Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Построение и методы испытаний современных цифровых электрокардиографов 10
1.1. Схемотехническое построение современных цифровых электрокардиографов 10
1.2. Программное обеспечение современных цифровых электрокардиографов 15
1.3. Методы и средства испытаний современных цифровых электрокардиографов 21
Глава 2. Алгоритм синтеза тестовых электрокардиосигналов 31
2.1 Описание многоканальных электрокардиосигналов с помощью набора координатных систем 31
2.2. Методики вычисления параметров элементов электрокардиосигналов 33
2.3. Оптимизация алгоритма синтеза тестовых электрокардиосигналов по вычислительным ресурсам микроконтроллера 38
Глава 3. Методика оценки амплитудно-частотных характеристик многоканальных цифровых электрокардиографов 43
3.1. Общее описание методики оценки амплитудно-частотных характеристик многоканальных цифровых электрокардиографов 43
3.2. Алгоритм синтеза шума с постоянной спектральной плотностью в заданном частотном диапазоне 47
3.3. Методы оценок спектральной плотности мощности сигнала 52
Глава 4. Построение многофункционального программируемого имитатора электрокардиосигналов 58
4.1. Технические требования к многофункциональному программируемому имитатору электрокардиосигналов 58
4.2. Схемотехническая реализация многофункционального программируемого имитатора ЭКС 68
Заключение 78
Библиографический список литературы
- Программное обеспечение современных цифровых электрокардиографов
- Оптимизация алгоритма синтеза тестовых электрокардиосигналов по вычислительным ресурсам микроконтроллера
- Алгоритм синтеза шума с постоянной спектральной плотностью в заданном частотном диапазоне
- Схемотехническая реализация многофункционального программируемого имитатора ЭКС
Введение к работе
Актуальность темы.
Действующий ГОСТ 19687-89 "Приборы для измерения биоэлектрических потенциалов сердца. Общие технические требования и методы испытаний" распространяется на аналоговые приборы для измерения и регистрации биоэлектрических потенциалов сердца. Установленные стандартом тестовые сигналы не позволяют полноценно тестировать и калибровать цифровые электрокардиографы (ЭК). Например, при использовании сигнала гармонической формы с частотой больше 10% частоты дискретизации сигналов ЭК приходится сталкиваться с эффектом "визуального биения" амплитуды оцифрованного сигнала, что затрудняет точное измерение его амплитудных характеристик.
Разрабатываемый Международной Электротехнической Комиссией документ стандарта на современные ЭК рекомендует методы испытаний, основанные на тестовых сигналах, имитирующих электрическую активность сердца. Применение таких сигналов обусловлено следующими причинами:
-
Невозможностью провести определение параметров цифровых ЭК с помощью методов испытаний, применяющие сигналы гармонической, прямоугольной формы и их смеси в качестве тестовых сигналов.
-
Необходимостью в определении точности оценок длительностей и амплитуд элементов электрокардиофаммы (ЭКГ), устойчивости к различным шумам и артефактам измерительных алгоритмов, построение которых основано на априорных знаниях структуры ЭКГ.
-
Необходимостью определения чувствительности и специфичности алгоритмов постановки диагностических заключений с целью сопоставления результатов обследований пациента, полученных на разных ЭК.
В качестве тестовых сигналов могут применяться заранее
классифицированные реальные или синтезированные
элоктрокардиосигналы (ЭКС), которые воспроизводятся генераторами сигналов специальных форм - имитаторами ЭКС.
Существует большое разнообразие имитаторов ЭКС, которые необходимы для тестирования и периодической поверки ЭК в условиях медицинских учреждений и производства. Характеристики тестовых сигналов имитаторов существенно влияют на возможность проведения метрологического контроля аппаратной и программной частей
современного ЭК в соответствии с принятыми стандартами.
Новый международный стандарт опирается на предшествующий стандарт на аналоговые приборы, используя его методы испытаний. Безусловно, определенная преемственность методов испытаний должна быть сохранена, поскольку основные функции ЭК со времен их создания не изменились. Однако цифровые ЭК предоставляют доступ к оцифрованным сигналам. На основании этого возможно и необходимо строить методы испытаний базирующиеся на цифровой обработке данных.
Цель работы - построение алгоритмов и средств испытаний многоканальных цифровых ЭК. При этом решались следующие исследовательские задачи:
-
Создание и оптимизация алгоритма синтеза тестовых ЭКС.
-
Разработка метода определения амплитудно-частотных характеристик цифровых ЭК на основе спектрального анализа сигналов.
-
Разработка многофункционального программируемого имитатора ЭКС.
Научная новизна:
1. Впервые в России разработан многофункциональный
программируемый имитатор ЭКС со следующими
характеристиками:
a. Воспроизведение всех типов сигналов, оговоренных в
' стандартах. ' '
b. Многоканальная генерация независимых ЭКС.
c. Наличие интерфейса тестовых сигналов,
. обеспечивающий реализацию всех схем включения ЭК
при его испытании.
d. Взаимодействие пользователя с прибором
осуществляться двумя способами:
і. посредством программы на ПК через
последовательный интерфейс с гальванической
развязкой; ii. посредством иерархического меню прибора
через встроенные органы управления и
отображения.
e. Автономность питания.
2. Впервые установлено, что применение принципа набора
координатных систем и представление кардиоцшела как
п следовательность элементов отрезков и парабол позволяет эофективно синтезировать многоканальные калибровочные и аналитические ЭКС. 3. Впервые на базе спектрального анализа оцифрованных ЭК тестовых псевдослучайных сигналов (ПСС) предложена методика оценки амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) многоканальных цифровых ЭК.
Практическая значимость работы:
-
С помощью разработанного алгоритма синтеза многоканальных ЭКС возможно создавать тестовые ЭКС с заданными характеристиками.
-
Применение разработанной методики определения АЧХ многоканальных цифровых ЭК позволяет повысить качество и информативность этого метода испытаний.
-
Внедрение разработанного имитатора ЭКС в практику улучшает качество методов испытаний многоканальных цифровых ЭК.
Положения, выносимые на защиту:
-
Разработанный многофункциональный программируемый имитатор ЭКС позволяет проводить испытание аппаратных и программных средств многоканальных цифровых ЭК.
-
Применение принципа набора координатных систем, а также представления кардиоцикла как последовательность элементов отрезков и парабол, позволяет эффективно синтезировать многоканальные калибровочные и аналитические ЭКС нормального и патологического ритмов.
-
Применение цифровой обработки выходных тестовых сигналов ЭК методами теории идентификации систем повышает качество и динамику испытательных процедур.
-
Использование информационных методов спектрального оценивания при определении АЧХ многоканальных цифровых ЭК повышает их точность и сокращает время, необходимое для их оценки.
Апробации работы.
Приведенные в диссертации результаты работы были представлены автором на следующих конференциях:
-
Научно-техническая конференция "Микроэлектроника и информатика -2000", Москва, МИЭТ, 2000 г.
-
11 Всероссийская научно-техническая конференция
"Электроника и информатика -97й, Москва, МИЭТ, 1997 г.
-
Всероссийская научно-техническая конференция "Электроника и информатика-95", Москва, МИЭТ, 1995 г,
-
Научно-техническая конференция "Микроэлектроника н информатика -96", Москва, МИЭТ, 1996 г.
-
Научно-техническая конференция "Микроэлектроника и информатика -97", Москва, МИЭТ.1997 г,
-
Научно-техническая конференция "Микроэлектроника и информатика -95", Москва, МИЭТ, 1995 г.
-
Научно-техническая конференция "Микроэлектроника и информатика -98", Москва, МИЭТ, 1998 г.
-
I Российский Конгресс по патофизиологии "Патофизиология органов и систем. Типовые патологические процессы (Экспериментальные и клинические аспекты)", Москва, РГМУ, 1996 г.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 12 научных работ.
Структура и объем работы.
Программное обеспечение современных цифровых электрокардиографов
Основная идея методов эталонов [35,30] состоит в следующем. Один комплекс QRS в начале записи ЭКГ принимается за эталон. Далее он сопоставляется с последующими комплексами и, возможно, корректируется. Сопоставление QRS комплексов может осуществляется по-разному, в зависимости от выбранной метрики близости (например, среднеквадратичная, равномерная и корреляционная). Этот метод обладает большей помехоустойчивостью. Однако основной недостаток его заключается в том, что случайный выбор зашумленного эталона приводит к ошибкам при его сравнении с другими участками ЭКГ.
Принципиально другим подходом к задаче идентификации QRS комплексов является структурный подход. Он состоит в том, что для описания объектов распознавания и построения самой процедуры используется аппарат математической лингвистики [52,94,4]. Первым шагом анализа является сегментация сигнала и описание последнего в виде последовательности элементарных символов. В процессе распознавания устанавливается, является ли данная последовательность синтаксически правильной по отношению к заданной грамматике. Существуют два подхода в структурном анализе ЭКГ: структурно-лингвистический и структурно-статистический.
Структурно-лингвистический анализ формы ЭКГ базируется на правилах разбора последовательностей имен сегментов [94,52]. Алгоритмы, реализующие этот подход, сравнительно просты и не требуют больших вычислительных ресурсов. Эффективность распознавания определяется полнотой грамматических правил и пороговых значений, подбираемых опытно-логическим путем, для чего требуется обширный и представительный обучающий материал.
Алгоритмы структурно-статистического анализа ЭКГ оперируют с априорными и апостериорными вероятностями сочетаний значений различных сегментов [53]. Так же, как при лингвистическом разборе, здесь могут строиться правила проверок сочетаний одиночных сегментов или их групп. Для построения грамматик также требуется репрезентативный архив, но процесс обучения может быть автоматизирован. Существенным ограничением данного подхода является низкое быстродействие программ, реализующих алгоритм структурно-статистического анализа ЭКГ.
Результаты выявления элементов ЭКГ и измерения их параметров используются для интерпретации ЭКГ с целью постановки диагностических заключений. Существует два распространенных подхода к решению этой задачи.
Первый подход - детерминистический; он представляет собой попытку формализовать логику врача-кардиолога [33]. При таком подходе используется метод выбора типа "да-нет". Данные измерений зубцов ЭКГ тестируют по установленным критериям и получают набор непротиворечивых заключений по ЭКГ.
При втором подходе используются методы многовариантной статистической классификации для расчета вероятности того или иного диагностического заключения [26]. При этом группу пациентов исходно разбивают по диагностическим категориям на основании независимой, т.е. не электрокардиографической информации: данные катетеризации сердца, коронарной ангиографии, результаты аутопсии и т. д. Расчет вероятности основан на одновременном использовании - обычно многомерных векторов -большого числа ЭКГ переменных. Для минимаксной классификации используют общепринятые статистические параметры и байесовские процедуры.
Таким образом, современный цифровой электрокардиограф реализуется как система взаимосвязанных аппаратных и программных средств. С одной стороны, такое техническое решение позволяет повысить качество и функциональность электрокардиографов. С другой стороны, цифровые электрокардиографы должны удовлетворять действующим техническим требованиям на основные их параметры,- которые проверяются с помощью оговоренных методов испытаний [88]. Эти методы испытаний разрабатывались для проверки приборов, измеряющих и регистрирующих биоэлектрические потенциалы сердца - аналоговые электрокардиографы. Они не распространяются на приборы с автоматическим анализом и диагностикой, которыми являются современные цифровые электрокардиографы. Используемые этими методами тестовые сигналы (например, гармонической, прямоугольной формы и их смесь) не позволяют корректно измерять параметры приборов в силу особенностей цифровой обработки сигналов, которая применяется современными электрокардиографами. В связи с этим возникает необходимость в разработке испытательных методов специально для цифровых электрокардиографов [17,39,40,75].
Оптимизация алгоритма синтеза тестовых электрокардиосигналов по вычислительным ресурсам микроконтроллера
При возбуждении и реполяризации сердца возникает электрическое поле, которое можно зарегистрировать на поверхности тела. При этом между различными точками создается разность потенциалов, изменяющаяся в соответствии с колебаниями величины и направления этого электрического поля. Эти разности потенциалов, изменяющиеся во времени, будем называть электрокардиосигналами (ЭКС). Существуют различные подходы к описанию и моделированию ЭКС. Одни методы опираются на разложение ЭКС в ряд по заданным базисным функциям, другие применяют биофизические модели генерации электрического поля сердца. Для реализации генерирования ЭКС имитаторами наиболее подходит алгоритм, основанный на линейной и квадратичной интерполяции участков ЭКС. В рамках этого алгоритма ЭКС задается в виде последовательности отрезков и участков парабол, называемых далее элементами ЭКС. Для описания изменения формы и очередности появления элементов ЭКС введен набор систем координат (рис. 2.1). Начала систем координат совпадают с началом текущего кардиоцикла и последовательно перемещаются при возникновении следующих кардиоциклов. Момент времени первого отклонения какого-либо ЭКС от собственной изоэлектрической линии является началом систем координат в текущем кардиоцикле. Изоэлектрическая линия ЭКС является осью абсцисс соответствующей этому сигналу системы координат. Таким образом формируется перемещаемый набор систем координат циклов ЭКС, относительно которых определяются координаты исходных и конечных точек элементов ЭКС. Каждый і-й элемент ЭКС кодируется шестью параметрами аІ5 b;, х;, уІ5 xw, yi+!. Параметры xf, ys и хі+ь у 1 задают исходную и конечную координату элемента ЭКС. В случае элемента параболы а; (ордината) и bj.(абсцисса) определяют её экстремум. В случае элемента отрезка а; и Ь,. полагаются равными нулю. Тогда уравнения элементов ЭКС записываются в следующем виде:
Шесть параметров каждого элемента ЭКС можно определять двумя способами. Первый способ позволяет строить калибровочные сигналы со строго заданными свойствами. Второй способ дает возможность вычислять параметры элементов ЭКС как нормального ритма, так и патологической формы на основе реальных сигналов. Он основан на методе наименьших квадратов, выбор которого обусловлен следующими соображениями. Если отсчеты ЭКС получены с погрешностью, то не имеет смысла использовать интерполяцию Лагранжа полиномами и сплайнами [65,66] для их обработки. В данном случае необходимо провести аппроксимирующую кривую, которая отражает форму элемента ЭКС и сглаживает его незначительные выбросы.
Первый способ заключается в том, что параметры элементов ЭКС задаются абстрактно от реального сигнала. Следует обратить внимание, что при неточном задании параметров элементов ЭКС могут возникнуть участки изломов между соседними элементами (рис. 2.2). С целью предотвращения этих искажений предлагается следующая процедура. Будем требовать, чтобы выполнялись условия yi+1=/i"uaU(Xi+i-bi)2+ai (2.3) где ХІ ЬІ ХІ-І, аі {уі, уі+і}, а; - заданная ордината экстремума параболы. Данные условия накладывают ограничения на форму искомого участка параболы, который должен проходить через заданную конечную координату и содержать точку экстремума. Тогда, решая уравнение (2.3) относительно bj, получаем следующее соотношение:
Второй способ предполагает использование реальных ЭКС. Из этих ЭКС удаляют сетевую помеху, диагностически незначимые колебания с помощью полосового фильтра с частотами среза 0.05 и 65.5 Гц, а также другие артефакты. С помощью программы находятся исходные и конечные координаты элементов ЭКС. Поскольку не все программы автоматизированного измерения ЭКС точно и корректно производят анализ кривых (определение моментов точек перегиба ЭКС) [76], то такие программы должны реализовывать функцию "ручного" обмера и корректировки измеренных величин. Вычислению подлежат параметры ai; Ь, параболического элемента, поскольку исходными и конечными координатами элементов отрезка и параболы являются точки, полученные на начальном этапе определения изломов ЭКС.
Пусть требуется найти уравнение параболического элемента ЭКС у = а х2+Ь х + с на заданном множестве точек (xi,yi), ...(хк,ук), ...(хп, уп). Преобразуем это множество точек к виду (tbyi), ...(tK,yK), ...(tn, уп), где tK=xK-Xi. Для того, чтобы избежать появления участков изломов между соседними элементами и уменьшить влияние остаточного шума в исходных данных ук, параметры параболы будем находить по методу наименьших квадратов с краевыми условиями y(ti)=yi и y(tn)=yn
Алгоритм синтеза шума с постоянной спектральной плотностью в заданном частотном диапазоне
В документах ГОСТ 19687-89 [88] описывается метод вычисления неравномерности АЧХ (модуля комплексного коэффициента передачи) электрокардиографов, основанный на измерениях выходных амплитуд гармонического сигнала при подаче его на входы прибора. Трудоемкость этого метода связана с тем, что для каждого канала электрокардиографа необходимо провести серию измерений выходных амплитуд гармонического сигнала при
Представлены два графика гармонических сигналов с частотами 10 Гц (верхний) и 70 Гц (нижний) с равными амплитудами (2 мВ), оцифрованные с частотой 250 Гц. разных значениях частоты. При использовании этого метода для тестирования цифровых электрокардиографов приходится стакиваться с эффектом "визуального биения" амплитуды выходного гармонического сигнала (рис. 3.1), когда частота тестовой синусоиды больше 10% частоты дискретизации сигналов электрокардиографа, что затрудняет точное измерение АЧХ. С одной стороны, этот метод является единственным недорогим способом определения лчгХ каналов аналоговых электрокардиографов. С другой стороны, современные электрокардиографы, использующие, цифровое преобразование измеряемых сигналов, предоставляют доступ к оцифрованным значениям сигналов. Наличие такого доступа к данным цифровых электрокардиографов, которые могут быть обработаны методами спектрального анализа,-. делает возможным упростить способ и повысить точность измерения АЧХ каналов приборов. Оценивание передаточных функций методами спектрального анализа широко используется, например, в геофизике [29], в промышленных приложениях [12] и во многих других областях [77, 60]. К сожалению, автор данной работы не нашел источники литературы (что не исключает их существования), в которых описывались бы подобные методы оценки АЧХ для цифровых электрокардиографов. В этом разделе изложены возможные методы и средства частотного подхода к определению АЧХ электрокардиографов. Описываемый ниже метод основан на оценке частотных спектров мощности оцифрованных электрокардиографом тестовых псевдослучайных сигналов (ГТСС), синтезируемых имитатором электрокардиосигналов.
Существуют методы генерации ПСС, которые характеризуются тем, что внутри заданного диапазона частот содержит все гармонические составляющие одинаковой амплитуды, т.е. имеет постоянную спектральную плотность мощности. При подобном воздействии на вход линейной системы (цепи до аналогово-цифрового преобразователя электрокардиографа можно считать линейными) вследствие характерного для нее принципа суперпозиции на выходе системы действует сумма всех входных сигналов без какого-либо взаимного влияния друг на друга. Важным преимуществом подобного воздействия является возможность идентификации систем (например, определение комплексного коэффициента передачи F(jco) элементов систем) благодаря минимизации времени измерения.
Комплексный коэффициент передачи F(jco) можно определить как отношение вектора Y выходной величины системы к вектору X входной величины синусоидальной формы при заданном значении ее частоты со. Выходной вектор Y можно вычислить умножением входного вектора X на F(jco), если комплексный коэффициент передачи априори известен. При дискретных значениях частот необходимо говорить о спектральных плотностях амплитуд XD(jco) на входе системы и YDG CO) на ее выходе, тогда YDGco)=F(jco)XDGco). (3.1) Учитывая тот факт, что оценка спектральной плотности мощности выражается через оценку спектральной плотности амплитуд на интервале измерения сигнала Т как (3.2) X(jcfl) S(co)=T т.е. оценка спектральной плотности мощности s(o) пропорциональна квадрату модуля спектральной плотности амплитуд x(j«), легко устанавливается зависимость между оценками спектральных плотностей мощности sx(co) на входе и sy(a) на ее выходе:
Спектральная плотность мощности, определяемая модулем спектральной плотности амплитуд, не отражает фазовых соотношений составляющих сигнала, поэтому взаимосвязь между спектральными плотностями мощности входного и выходного сигналов линейной системы определяется исключительно АЧХ, которая выражается оценкой А(Ю). Выражение (3.3) характеризует возможность измерения АЧХ линейной системы путем воздействия на её вход шумоподобным тестовым сигналом. При этом измеряют спектральные плотности мощности выходного и входного сигналов и вычисляют квадратный корень из их отношения. Измерения упрощаются при постоянстве спектральной плотности мощности Sw тестового сигнала и вычислении логарифма АЧХ: л А(ш) = 1018 М дБ. (3.4) Sw В этом случае отпадает необходимость в измерении входного тестового сигнала, если известно постоянное значение его спектральной плотности мощности, и операции извлечения квадратного корня.
Подача на входы каналов электрокардиографа ПСС осуществляется последовательно, т.е. не подвергающиеся испытанию каналы должны быть соединены с нейтральным электродом. Это связано с тем, что цифровые данные электрокардиографов содержат значения ЭКГ отведений, из которых невозможно вычислить значения отдельных входных сигналов в каналах электрокардиографа. Поэтому для каждой системы отведений необходимо задавать определенную последовательность этапов подачи ПСС на каналы электрокардиографа и выделения в выходных цифровых данных ПСС, соответствующего испытываемому каналу. Например, для многоканальных электрокардиографов, вычисляющих три стандартных и шесть грудных отведений, порядок подачи ПСС представлен в табл. 2. В этой таблице знак плюс обозначает подачу ПСС на соответствующие каналы, а цифра О обозначает, что электрод соответствующего канала соединен с нейтральным
Схема подачи ПСС на входы многоканального электрокардиографа. электродом. В промежутках между этапами необходимо все каналы кратковременно соединять с нейтральным электродом, чтобы в выходных данных появлялся сигнал нулевого уровня, по началу и концу которого производят выделение участков сигналов в отведениях, соответствующие определенному каналу на данном этапе. Таким образом, сигнал в I отведении на 1-м этапе соответствует выходному сигналу канала R, сигнал в III отведении на 2-м этапе - выходному сигналу канала L, сигнал во II отведении на 3-м этапе -выходному сигналу канала F, и на 4-м этапе сигналы в отведениях VI,...,V6 соответствуют выходным сигналам каналов С1,...,С6. Далее, выделяя выходные сигналы для каждого канала, оценивают их АЧХ.
Схемотехническая реализация многофункционального программируемого имитатора ЭКС
Перечисленные характеристики сигналов составлялись на основе минимальных и максимальных значений параметров для одних и тех же сигналов, оговоренных в обоих стандартах. Второй пункт требований исходит из специфики электрокардиографических измерений и постановки диагностических заключений, которая требует измерения и сравнения множества параметров электрокардиограмм одновременно в разных отведениях. Формирование отведений как линейная комбинация ЭКС в разных каналах электрокардиографа исключает возможность подачи на всех каналы одинакового ЭКС, т.к. во всех отведениях не будет регистрироваться ЭКГ. Более того, использование сигналов из CSE Database в имитаторах проблематично, поскольку эта база данных содержит вычисленные отведения (электрокардиограммы), из которых невозможно выделить составляющие их ЭКС. Невозможность выделения ЭКС из отведений связана с особенностями любой системы отведения. А именно, система уравнений, составленная из математических выражений отведений, не имеет однозначного решения относительно ЭКС для любого канала электрокардиографа. Поэтому в последнем пункте первого требования присутствуют только одноканальные калибровочные и аналитические электрокардиограммы из CSE Data, которые необходимы для испытания аппаратной части цифровых электрокардиофафов и одинаковых для всех отведений измерительных алгоритмов. С целью тестирования анализирующих алгоритмов цифровых электрокардиографов с помощью имитаторов необходимо создавать базу ЭКС. Классификацию этой базы ЭКС должны проводить специалисты на основании анализа электрокардиограмм, сформированных из этих ЭКС. Для повышения функциональности имитатора ЭКС следует предусмотреть возможность изменения набора ЭКС с помощью загрузки их в прибор, что свою очередь связано с возможным ограничением его памяти и многообразием ЭКС.
Интерфейсом выходных сигналов будем называть совокупность сигналов и унифицированных типов разъемов, необходимых для. реализации взаимодействия имитатора ЭКС с электрокардиографом как через схемы включения, предписанные стандартами и направленные для обеспечения методов испытаний, так и непосредственно. Интерфейс имитатора ЭКС с электрокардиографом через схемы включения необходим для выявления рабочих характеристик аппаратной части электрокардиографа. Для его реализации используются однбканальные сигналы, которые приведены в первом пункте требований к имитаторам. Анализируя схемы испытаний электрокардиографов, приходим к выводу, что необходимы следующие три независимых выходных канала имитатора: 1). канал с выходным диапазоном напряжения ±5 мВ, 2). канал постоянного напряжения ±300 мВ, 3). канал с выходным напряжением ±20 В.
Через первый канал выводятся сигналы, перечисленные в пунктах 1, 4-7 первого требования к имитаторам. Разъемы 1 -го и 2-го канала предпочтительно использовать штекерного типа, т.к. этот тип наиболее распространен. Через третий канал выводится сигнал гармонической формы с частотами 50/60 Гц с диапазоном ±20 В, необходимый для определения коэффициента подавления синфазных сигналов в каналах электрокардиографа. Конструктивная реализация разъема этого канала должна обеспечивать изолированный выход сигнала (требования стандартов), поэтому необходимо использовать разъем байонетного типа. Испытание анализирующих программ электрокардиографа осуществляется с помощью прямого подсоединения (непосредственного интерфейса) электрокардиографа к имитатору без схем включения. Непосредственный интерфейс должен включать набор независимых каналов, соответствующий составу каналов испытываемого электрокардиографа. Диапазон выходных напряжений должен составлять ±5 мВ. В медицинской практике широко применяются трех и девятиканальные электрокардиографы, а также холтеры, поэтому девять выходных каналов непосредственного интерфейса должен содержать имитатор ЭКС. Выходные разъемы непосредственного интерфейса имитатора должны обеспечивать подключения электрокардиографа со следующими электродными разъемами: штекерного типа, типа "кнопка-клипса", типа "крокодил".
Учитывая тот факт, что разъемы типа "крокодил" могут подсоединяться к приемной части электродных разъемов типа "кнопка-клипса", имитатор должен содержать минимум два параллельных ряда приемных разъемов для штекерного и "кнопка-клипса" типа. Возможно выполнение комбинированных приемных разъемов, обеспечивающих соединение с любыми электродными разъемами.
Пользовательский интерфейс должен обеспечивать порядок работы имитатора тестовых сигналов, который включает следующие режимы: загрузка данных в ППЗУ имитатора, генерация выбранных тестовых сигналов, генерация тестовых сигналов в определенной последовательности, режим низкого энергопотребления (спящий режим). Первый режим инициируется программой на компьютере, а остальные могут задаваться перечисленными в четвертом требовании способами.
Выдача команд в имитатор должна осуществляться через компьютерный интерфейс с гальванической развязкой. В качестве возможных интерфейсов использовать RS232C или USB. Интерфейс RS232C не требует дорогих элементов и имеет простую схемотехнику гальванической (оптической) развязки (рис. 4.3). Однако низкая скорость передачи данных (до 10 кбайт/с) может ограничивать его применение в имитаторах, управляемых посредством компьютера в реальном масштабе времени. Интерфейс USB обладает высокими техническими характеристиками, такими как высокая скорость передачи данных, гибкость конфигурирования и др. Но в то же время требует повышенных технико-экономических затрат на его реализацию. Правильность передачи данных необходимо контролировать методом вычисления и сравнения значений циклического избыточного кода (ЦИК), который требует осуществлять передачу данных блоками. Рекомендуется использовать 16-ти разрядный ЦИК. Передаваемые команды должны иметь следующий формат:
