СИСТЕМА БИОМЕТРИИ

Расшифровка кривых, таких как электрокардиограмма (ЭКГ) и энцефалограмма (ЭЭГ), является одной из самых трудных и сложных диагностических процедур, наиболее часто встречающихся в повседневной медицинской практике. Погрешности при расшифровке могут быть значительными, причём на анализ и расшифровку кривых затрачивается значительное количество времени. Так, для того чтобы вручную произвести поточечное измерение зубцов одной ЭКГ и вычислить необходимые параметры, врачу требуется около двух часов. На подобную операцию по расшифровке ЭКГ вычислительной машине, связанной с системой сбора медицинских данных, потребуется всего несколько минут.

image

Рис. 1. Структурная схема биометрической системы.

Структурная схема биометрической системы, предназначенной для сбора, кодирования и обработки ЭКГ с помощью малой вычислительной машины "Наири-2", приведена на рис. 1. Биопотенциалы с датчиков поступают на входы четырёх биоусилителей (У1-У4), которые повышают уровень входного сигнала до необходимого. Для проверки работоспособности усилителей и их калибровки служит генератор калибровки (ГК). Выходы усилителей в определённой последовательности с помощью электронного коммутатора подключаются к аналого-цифровому преобразователю (АЦП), который преобразует величину биопотенциалов из аналоговой формы в цифровую, необходимую для ввода в ЭВМ. Устройство управления (УУ) задаёт последовательность работы коммутатора, АЦП, ЭВМ и ЦАП. Вначале информация вводится в память ЭВМ, затем УУ переводит ЭВМ в режим обработки записанной информации, после чего обработанный материал поступает в цифро-аналоговый преобразователь, где преобразуется в удобную для чтения форму.

image

Рис. 2. Принципиальная схема биоусилителя.

Ниже приводится описание аналоговой части биометрической системы, разработанной автором совместно с В. С. Пенкиным, которая состоит из четырёх биоусилителей, генератора калибровки и электронного коммутатора.

Усилитель биопотенциалов должен иметь высокое входное сопротивление (примерно 106-1011 Ом) и малое значение входной ёмкости (поскольку при больших сопротивлениях электрода и входной ёмкости усилителя может происходить интегрирование коротких импульсов), малый уровень собственных шумов и высокий коэффициент подавления синфазной помехи.

Исходя из перечисленных выше основных требований, предъявляемых к биоусилителю, был разработан и изготовлен усилитель, принципиальная схема которого приведена на рис. 2. Входной каскад биоусилителя выполнен на полевых транзисторах Т1 и Т2 по дифференциальной схеме. Для увеличения коэффициента режекции до 95 дБ без предварительного подбора полевых транзисторов в цепи истоков Т1 и Т2 включён стабилизатор тока на транзисторах Т3 и Т4; кроме того, с этой же целью применен стабилизатор напряжения (T5, Т6 и Д1, Д2). Более подробно такой входной каскад был описан в § 49.

Второй каскад усилителя (на транзисторах Т9, Т10) также выполнен по дифференциальной схеме. Для получения высокого коэффициента усиления в цепь коллектора транзистора Т10 включён транзистор Т11, который является динамической нагрузкой для Т10 и представляет собой эквивалентное сопротивление примерно сотни килоом. Такое включение транзистора Т11 позволило поднять коэффициент усиления второго дифференциального каскада и выполнить выход несимметричным.

Выходной каскад усилителя выполнен по схеме истокового повторителя (T12, Т13) со следящей обратной связью. Коэффициент передачи такого повторителя может быть получен больше единицы изменением сопротивления резисторов R19, R18.

image

Рис. 3. Электронный коммутатор биометрической системы.

Нижняя граничная частота усилителя определяется ёмкостями конденсаторов С1-С3 и в изготовленных усилителях составляла 0,5 Гц. Коэффициент усиления биоусилителя около 1000, коэффициент режекции - 95 дБ; уровень шумов, приведённых ко входу усилителя, менее 7 мкВ.

Выходы усилителей У1-У4 подключаются к аналого-цифровому преобразователю с помощью электронного коммутатора, принципиальная схема которого изображена на рис. 3. Ключи в коммутаторе выполнены на полевых транзисторах типа КП103Ж ввиду их несомненных преимуществ над ключами на биполярных транзисторах (см. Эквивалентные схемы полевых транзисторов в режиме переключения). В коммутаторе используется универсальная схема управления ключами с буферным усилителем (транзисторы Т9-Т11), позволяющая иметь два выхода: высокоомный (Выход 1) и низкоомный (Выход 2). Высокоомный выход подключается к АЦП, входное сопротивление которого примерно 1 МОм. Ключи схемы управления, выполненные на биполярных транзисторах типа КТ312Б (Т1, Т3, Т5, Т7), управляются триггерами, которые в свою очередь переключаются в соответствии с программой, поступающей из блока управления в виде кода. Кроме того, в блоке биометрии имеется возможность с помощью специального переключателя (на рис. 3 не показан) соединять триггеры в схему кольцевого счётчика. При этом появляется возможность контролировать (наблюдать) на экране однолучевого осциллографа одновременно четыре процесса, подключая осциллограф к выводу «Осциллограф» (рис. 3). Поскольку частота опроса каждого канала выбрана значительно выше частоты регистрируемого процесса, а сами процессы разнесены по уровням с помощью резисторов R1-R5, то на экране осциллографа исследуемые сигналы воспроизводятся совокупностью коротких чёрточек, разнесённых на экране по вертикали.

Конструктивно аналоговая часть биометрической системы выполнена в виде переносного прибора. Все элементы управления вынесены на лицевую панель.

А.Г. Милехин

BACK MAIN PAGE

Рейтинг@Mail.ru