7

Лабораторная работа № 1.2 «совместное исследование ритмов сердца и дыхания»

Цель работы: 1) ознакомиться с приемами исследования биоэлектрической и дыхательной деятельности человеческого организма; 2) ознакомиться с принципом исследования параметров физиологических процессов с помощью ПЭВМ; 3) познакомиться с приемами сглаживания данных и оценки параметров сигналов физиологических процессов; 4) убедиться в наличии механизмов регулирования физиологических процессов.

Лабораторная установка и обработка данных

Структурная схема лабораторной установки показана на рис.1. Для анализа ритма сердца может быть выбрано любое электрокардиографическое отведение (не обязательно классическое отведение), например дифференциальное грудное отведение, которое предоставляет возможности изменения положения конечностей при измерении.

Рисунок 1. Структурная схема лабораторной установки

Электроды

кардиоотведения

Термодатчик

Канал кардио- сигнала

ПК

Блок сопряжения

Канал сигнала

дыхания

В качестве термодатчика при анализе ритма дыхания использован миниатюрный полупроводниковый диод, который легко установить с помощью клипсы в носовой канал и в котором при пропускании в прямом направлении стабильного микротока контактная разность потенциалов изменяется практически линейно при изменении температуры.

Блок сопряжения датчиков физиологических процессов с компьютером содержит канал кардиосигнала и канал сигнала дыхания. Для регистрации R-зубцов кардиоканал пропускает полосу частот 25 Гц – 35 Гц. Кроме этого в кардиоканале предусмотрены схемотехнические меры по подавлению синфазной помехи, типичные для схем измерения разности потенциалов и применяемые в кардиоусилителях. В разработанном блоке сопряжения для подавления синфазной помехи применены раздельные усилители потенциалов, снимаемых с электродов, имеющие большое входное сопротивление (порядка 3-5 Мом). Эти усилители подключены к вычитающему усилителю с прецизионными резисторами.

В канале дыхания формируются импульсы вдоха и выдоха, по которым в программе будут определяться интервалы дыхания. Для получения этих импульсов использован формирователь типа триггера Шмита, а также дифференцирующая цепочка.

Для перевода аналоговых сигналов с выхода блока сопряжения в цифровую форму используется звуковая карта ПК.

На рис.2 показана последовательность импульсов, регистрируемых в канале дыхания.

Рисунок 2. Импульсы, регистрируемые в канале дыхания

вдох-вдох V_k+1 (Bp_k+1 = +1)

вдох-выдох Bt_k

выдох-вдох Bt_k+1

Bt_k+2

Tb_k-1

Tb_k

Tb_k+1

Tb_k+2

выдох-выдох V_k+2 (Bp_k+2 = -1)

V_k , Bp_k

При этом импульсы положительной полярности с признаком Bp = +1 соответствуют началу фазы вдоха, а импульсы отрицательной полярности (признак Bp = -1) – началу выдоха, Tb_i – время регистрации очередного импульса (независимо от полярности); V_i – интервал между соседними вдохами (Bp = +1) или выдохами (Bp = -1); Bt_i – интервалы выдох-вдох (Bp = +1) или вдох-выдох (Bp = -1). Заметим, что здесь и в дальнейшем для краткости слова вдох и выдох означают начало фазы вдоха и выдоха, соответственно.

Таким образом, последовательности Bt_i, Bp_i и V_i определены в моменты регистрации вдохов и выдохов Tb_i. Что касается кардиоинтервалов H_i, то они определены в моменты регистрации QRS-комплексов Th_i. Для формирования модифицированных последовательностей, определенных в одинаковые моменты времени, удобно провести интерполяцию интервальных последовательностей на моменты сердечных возбуждений Th_i. При этом значения дыхательных интервалов Bt_k, Bp_k и V_k присваиваются всем моментам Th_i, относящихся к дыхательному интервалу (Tb_k-1, Tb_k):

, если Tb_k-1 < Th_i < Tb_k .

Аналогично

, если (Tb_k-2 < Th_i < Tb_k ) ∩ (Bp_k-2 = Bp_k = +1),

здесь учтено, что интервалы вдох-вдох соответствуют импульсам датчика дыхания с положительной полярностью. В качестве примера на рис.3 показано формирование модифицированной последовательности (последовательность интервалов вдох-выдох, выдох-вдох).

Рисунок 3. Формирование модифицированной последовательности интервалов вдох-выдох, выдох-вдох

В соответствии с рис.3 первые два импульса дыхания, регистрируемые в моменты Tb₁ и Tb₂, не могут использоваться для определения интервалов Bt_i, Bp_i и V_i. При этом начало формирования модифицированных интервальных последовательностей должно соответствовать первому кардиоинтервалу, удовлетворяющего условию Th_i>Tb₃. Аналогично, формирование необходимо закончить, когда Th_i>Tb_N , где N – номер последнего в записи импульса дыхания.

Используя модифицированные интервальные последовательности, можно по аналогии с (1) найти оценки коэффициентов корреляции между , , и H_i : , и .