Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

Щербакова Т.Ф., Козлов С.В., Можгинский В.Л., Култынов Ю.И. Валиуллин А.И.

Спасение человеческих жизней и минимизация ущерба для здоровья людей - самая важ­ная задача из решаемых при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций (аварий, катастроф техногенного и природного происхождения, террористических актов и др.). Для успешного её решения спасатели должны быть оснащены эффективными средствами контроля состояния жизненно важных органов и систем человека, в частности головного мозга и сердца. Одними из наиболее эффективных средств для этого являются системы анализа электроэнцефалографиче­ского и электрокардиосигнала.

Ввиду того, что обе указанные системы имеют много общего, их целесообразно объеди­нить в комплекс. Разрабатываемая портативная комплексная система регистрации и анализа электрических сигналов сердца и мозга представляет собой универсальную систему, имеющую малые габариты, позволяющую осуществлять регистрацию электрокардиосигнала (ЭКС) по 12 стандартным отведениям и сигнала фоновой электрической активности головного мозга (ЭЭГ) по 2 каналам.

Система регистрации и анализа электрических сигналов сердца и мозга включает в себя миникомпьютер wincent Dot 320 4.0 и подсоединенное к нему устройство ввода и первичной об­работки, которое в свою очередь состоит из предусилителя, АЦП, микроконтроллера, блока со­пряжения.

Подключение миникомпьютера wincent Dot 320 4.0 и устройства ввода и первичной обработки осуществляется через интерфейс Compact Flash. Данное решение позволяет достаточно просто и эффективно реализовать сложные алгоритмы обработки сигналов на фоне шумов и по­мех, даёт возможность их доработки и адаптации к изменяющимся условиям, позволяет прово­дить оперативную диагностику и связь с использованием стандартных средств и одновременно обеспечивать требования к вводу биоэлектрических сигналов. При этом устройство ввода раз­мещается в малогабаритном корпусе, образующем одно целое с миникомпьютером.

Устройство ввода и первичной обработки включает в себя предварительный усилитель с устройствами защиты, сигма-дельта (S-D) АЦП и микроконтроллер, управляющий работой уст­ройства и производящий первичную обработку и контроль вводимых данных. Система позволяет осуществлять параллельный ввод либо ЭКС по 12 стандартным отведениям или ЭКГ по 2 отве­дениям. Ввод данных осуществляется по потенциальной схеме по каждому электроду независи­мо. Формирование отведений производится микроконтроллером в зависимости от режима рабо­ты системы.

Управление системой, основная обработка и отображение сигнала, задание режима рабо­ты осуществляется миникомпьютером.

Для обмена данными с миникомпьютером используется блок сопряжения, реализованный в виде двухпортового оперативного запоминающего устройства (ДОЗУ), эмулирующего интерфейс Compact Flash миникомпьютера. На первый порт ДОЗУ подаются данные от микрокон­троллера устройства ввода. Второй порт ДОЗУ соединен через интерфейс Compact Flash с мини-компьютером и рассматривается им как модуль расширения памяти. Таким образом, удается осуществить двухсторонний высокоскоростной обмен данными, между устройством ввода и ми-никомпьютером.

В качестве АЦП выбран AD1879, имеющий модулятор пятого порядка. Он чувствителен к продолжительному ряду текущих единиц или нулей, и это является причиной нестабильности его работы. Чтобы избежать этого, применяется схема, контролирующая выходной поток и сбра­сывающая в случае необходимости интеграторы.

Контроль наложения электродов при вводе, ввод данных с АЦП, формирование отведе­ний, первичная обработка полученных данных осуществляется микроконтроллером PIC18F6720.

Контроль наложения производится косвенным методом. При отключении от измеряемой схемы на вход операционного усилителя через резистор подается потенциал, достаточный для выработки АЦП сигнала о превышении входного динамического диапазона (около 1,2 В). Огра­ничение сигнала на входе АЦП контролируется микроконтроллером. При возникновении данной ситуации на одном из входов АЦП микроконтроллер выдает сообщение о нарушении наложения конкретного электрода, которое через блок сопряжения поступает в миникомпьютер и выдается в виде сообщения.

Формирование отведений для ввода ЭКС производится согласно системе 12 стандартных отведений. В режиме контроля ЭЭГ формируются два дифференциальных отведения.

Для окончательного формирования отведений требуется ограничение полосы частот. Фильтр нижних частот (ФНЧ) реализуется на базе АЦП. Фильтр верхних частот (ФВЧ) реализу­ется в цифровом виде на микроконтроллере. Для выделения отдельных ритмов или дополни­тельном ограничения полосы ЭКС может быть включен дополнительный цифровой фильтр на миникомпьютере.

В качестве устройства обработки и отображения информации используется миникомпьютер wincent Dot 320 4.0. Его основными функциями является ввод с устройства съема и первич­ной обработки сигнала, вычисление его параметров, отображение полученной информации и са­мих реализаций сигнала, а также управление всей системой.

В системе предусмотрена возможность дистанционной передачи результатов съёма и обработки сигналов с применением стандартных радиоинтерфейсов.