Бездротова система кардіографічного моніторингу

Дроботов М.О., Сніжко Є.М.

Медичні інновації спрямовані сьогодні на медичні пристрої персонального використання. Персональні пристрої базуються перш за все на портативності та забезпечують раннє виявлення хвороб та дають можливість вести постійне спостереження за власним здоров’ям [1-3]. Метою цієї роботи була розробка бездротового, дешевого та простого у використанні електрокардіограф для повсякденного застосування. Бездротове підключення за протоколом Bluetooth та автономне живлення робить пристрій універсальним, уможливлюючи його підключення до комп’ютера у кабінеті лікаря або вдома, а також до кишенькового комп’ютера або мобільного телефона.

Апаратна частина бездротового електрокардіографа містить 3 блоки. Аналогова частина містить інструментальні підсилювачі та фільтри, які необхідні до аналого-цифрового перетворення. Загальний коефіцієнт підсилення 1400. Цифрова частина містить мікроконтролер PIC16F688 для переводу сигналу в цифровий вид та його подальшу передачу по радіоканалу. За його допомогою також виконується керування радіочастотним модулем для передачі інформації по бездротовому каналу. У якості бездротового інтерфейсу для зв’язку з сервером було обрано Bluetooth 2.0. Одним із найголовніших параметрів на ряду з ціною є струм живлення. З урахуванням пропозиції на українському ринку обрано модуль Bluetooth BTM-112 фірми Rayson. Це модуль класу 2 з напругою живлення 3.3В та струмом споживання 46мА. Підключення можна здійснювати за протоколами USB та UART. Керування виконується за допомогою AT-команд. Єдине, що потребує додаткової уваги, це швидкість інтерфейсу UART, яка за замовчуванням дорівнює 19200 біт/с. Швидкість була підвищена за допомогою AT команд. Приймачем цього сигналу виступає персональний комп’ютер або мобільний пристрій (мобільний телефон або кишеньковий комп’ютер). Блок регуляції напруги виконує функцію генерації стабілізованої напруги 3,3 В та його половинного значення від внутрішніх елементів живлення1,8 – 3 В. Під дані критерії підходить DC-DC перетворювач MAX856 фірми Maxim. До то ж, у нього є індикатор низького заряду батареї. Для формування потенціалу зміщення V/2, яке необхідне для коректної роботи аналогово-цифрового перетворювача, а також усієї аналогової частини модуля використовується дільник напруги з буфером на операційному підсилювачі. Використовуючи два акумулятори ААА ємністю 2700 мАг, можна забезпечити пристрою приблизно дві доби безперервної роботи. Блок також сигналізує про низький заряд еле ментів живлення.

Рис.1. Структурна схема 3-канального бездротового кардіографа (ІП – інструментальні підсилювачі, MUX – мультиплексор).

Отримані такі технічні характеристики кардіографа:

· Три канали зняття електрокардіограми

· Частотний діапазон 0.5-170 Гц

· Зниження синфазного сигналу не менше 100 дБ

· Переведення сигналу у цифровий вид з розрядністю 10 біт

· Бездротова передача даних за протоколом Bluetooth

· Автономне живлення від акумуляторів не менше 24 годин автономної роботи від одного заряду

Друга частина комплексу спрямована на розробку програмного забезпечення для зв’язку з кардіографічним модулем, обробки прийнятих даних та їх відображення. Програмне забезпечення написано мовою Java та виконує такі функції.

· Зв’язок з кардіомонітором через модуль Bluetooth

· Розшифровка прийнятих даних

· Відображення кардіограми у вигляді графіків у реальному часі

· Збереження знятої кардіограми

· Відкриття з файлу попередньо збереженої кардіограми

· Незалежність від операційної системи, яка встановлена на ПК

· Простий інтерфейс користувача

Розроблено та випробувано дослідний зразок бездротового кардиогафа, який показав відповідність вимогам стандартів та надійний радіозв’язок з базовим комп’ютером.

Список літератури

1. Съем и обработка биоэлектрических сигналов: Учеб. Пособие / К.В. Зайченко и др.; Под ред. К.В. Зайченко – СПб.: СПбГУАП, 2001, -140 с.

2. Кореневский Н.А., Попечителев Е.П., Филист С. А. Проектирование электронной медицинской аппаратуры для диагностики и лечебных воздействий: Курск: 1999. – 537 с.

3. Prutchi D, Norris M. Design and development of medical electronic instrumentation – John Wiley & Sons, 2005. – 479 с.