Руководство - Портал информационно
реклама
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина» Физико-технологический институт Кафедра экспериментальной физики ИНСТРУМЕНТАЛЬНО-ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС «КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА СБОРА И УПРАВЛЕНИЯ ДАННЫМИ КОМПЛЕКСА ПРИБОРОВ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ» РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ Екатеринбург 2012 СОДЕРЖАНИЕ Реферат ................................................................................................................................. 3 Перечень сокращений ......................................................................................................... 4 Введение ............................................................................................................................... 5 1 Технические методы и средства медицинской диагностики (Литературный обзор) 7 1.1 Измерение артериального давления. ........................................................................... 7 1.2 Метод электрокардиографии ..................................................................................... 15 1.3 Фотометрический анализ крови................................................................................. 21 1.3.1 Фотоплетизмография ............................................................................................... 21 1.3.2. Оксиметрия (пульсоксиметрия) ............................................................................. 23 1.4 Фотометрический анализ дыхательной смеси. Капнометрия ................................ 26 1.5 Респираторная плетизмография ................................................................................. 29 2 Интерфейсы для подключения прибора к ПК ............................................................. 32 3 Аппаратная часть комплекса для медико-биологических исследований ................ 35 3.1 Автоматический тонометр UA-767PC ...................................................................... 35 3.2 Электрокардиограф Schiller AT-101 .......................................................................... 38 3.3 Монитор пациента МПР6-03-«Тритон» .................................................................... 42 4 Программная часть комплекса для медико-биологических исследований.............. 46 4.1 Программное обеспечение к тонометру EZ Doctor ................................................. 46 4.2 Программное обеспечение к электрокардиографу SEMACOMM и SEMA-200 .. 49 4.3 Программное обеспечение к МПР6-03-«Тритон» ................................................... 51 5 Разработка компьютерной системы сбора и информационной поддержки результатов измерений ..................................................................................................... 54 5.1 Локальная медицинская сеть учреждения ................................................................ 54 5.2 Проектирование БД «Пациенты2012» для АПР ...................................................... 57 5.3 Разработка учебно-методического комплекса по биомедицинской инженерии .. 69 Заключение......................................................................... Error! Bookmark not defined. Библиографический список .............................................................................................. 72 2 РЕФЕРАТ Приведено описание инструментально-программно-методического комплекса «Компьютерная система сбора и управления данными комплекса приборов медикобиологического назначения». В состав комплекса входят автоматический тонометр UA-767PC, портативный электрокардиограф Schiller AT-101, монитор прикроватный реаниматолога и анестезиолога переносной МПР6-03-«Тритон». Приводится краткий теоретический обзор технических методов и средств медицинской диагностики, основных интерфейсов, которые используются для подключения оборудования к персональному компьютеру (ПК). Рассмотрена компьютерная система сбора и информационной поддержки результатов измерений. Система выполняет следующие функции: сбор и хранение биомедицинской информации, ведение базы данных пациентов, графическое представление данных и их математическая обработка. Согласно определенной концепции она включает в себя локальную медицинскую сеть учреждения и базу данных «Пациенты2012». ИМПК предназначен для проведения лабораторного практикума у студентов медико-технических специальностей. Разработаны методические указания для проведения трех лабораторных работ с использованием оборудования, входящего в состав ИПМК. Ключевые ПАЦИЕНТА, слова: ТОНОМЕТР, ПРОГРАММНОЕ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФ, ОБЕСПЕЧЕНИЕ, КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА. 3 БАЗА МОНИТОР ДАННЫХ, ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ ЭКГ – электрокардиограмма ЧСС – частота сердечных сокращений ССС – сердечно-сосудистая система. САД – систолическое артериальное давление ПО – программное обеспечение ОС – операционная система ИЭВС – интегральный электрический вектор сердца ДАД – диастолическое артериальное давление БД – база данных АД – артериальное давление ИПМК – инструментально-программно-методический комплекс 4 ВВЕДЕНИЕ Современную медицину невозможно представить без систем программного и информационного обеспечения медицинских технологий. Сегодня большинство лечебно-профилактических учреждений оснащены автоматизированными рабочими местами специалистов, ведут электронный документооборот, пользуются базами данных пациентов. Сегодня медицинский аппарат представляет собой сложный комплекс, реализующий множество функций: получение диагностической информации, автоматизированная интерпретация результата с помощью экспертных систем, передача данных во внешние устройства. Сопряжение прибора с компьютером позволяет получить больше полезной диагностической информации за счет использования дополнительных ресурсов и программного обеспечения при обработке. В конечном итоге это позволяет повысить точность постановки диагноза, быстрее обнаружить причину заболевания, облегчить труд врача. В связи с этим постоянно возрастает роль компьютерных технологий в обработке медикобиологической информации. Целью выпускной квалификационной работы является разработка аппаратнопрограммного комплекса для медико-биологических исследований, одним из практических приложений которого является лабораторный практикум у студентов медико-технических специальностей. Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи: исследовать устройство и принцип работы оборудования для создания ИПМК; изучить основы функционирования специализированного программного обеспечения; наладить передачу данных в ПК и через локальную медицинскую сеть учреждения; спроектировать базу данных с результатами медицинских измерений; 5 разработать учебно-методический комплекс для проведения лабораторных работ. Лабораторный практикум позволит студентам изучить принцип работы автоматического тонометра, электрокардиографа, монитора пациента, их устройство, ознакомиться с особенностями построения программного обеспечения, со способами обмена данными между компьютером и медицинскими приборами. Для создания аппаратно-программного комплекса были использованы электрокардиограф Schiller Cardiovit AT-101, автоматический тонометр UA-767PC, монитор прикроватный МПР6-03-«Тритон», которые приобрела кафедра экспериментальной физики в рамках программы развития УрФУ. В комплекте к аппаратам поставлялось программное обеспечение или его демо версия. Приборы имеют возможность передачи данных в ПК, память на определенное количество измерений. Электрокардиограф и монитор пациента способны проводить автоматическую интерпретацию результатов измерения. 6 1 ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКИ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР) 1.1 Измерение артериального давления. Артериальное давление является одним из важнейших показателей для диагностики работы сердечно-сосудистой системы. Главная роль принадлежит сердцу, ритмические сокращения которого обуславливают движение крови. Цикл работы сердца можно разделить на две основные части: систолу и диастолу. Систола определяется как период сокращения сердечных мышц, во время которого кровь выталкивается в легочную артерию и в аорту. Диастола – это период расширения полостей сердца, во время которого они наполняются кровью. Сосуды, по которым кровь выносится из сердца и поступает к органам, называются артериями, а сосуды, приносящие кровь к сердцу, — венами. Мышечная сила сердца, преодолевая сопротивление сосудов, создаёт давление, с которым очередная порция крови вводится в кровеносную систему. Поскольку давление крови в артериях выше, чем в венах, то при исследовании сердечно-сосудистой системы используются значения артериального давления, а не венозного. С наименьшими потерями информативности при наименьшем дискомфорте для человека характер давления исследуют на плечевой артерии. Под минимальным (диастолическим – ДАД) давлением понимают наименьшее его значение к концу диастолического периода. Значение его зависит от степени проходимости или величины оттока крови через прекапиллярное русло, упругих свойств сосудов, частоты сердечных сокращений (ЧСС). Максимальное (систолическое – САД) давление возникает в момент выброса крови из сердца в аорту. Оно характеризует количество энергии, которым обладает движущаяся масса крови на данном участке сосуда. Артериальное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба – мм рт ст, результат указывается как запись двух чисел, через дробь: САД / ДАД. Значение 120/80 мм рт ст. считается эталоном. 7 В настоящее время существует два метода определения АД: прямой (инвазивный); косвенный (неинвазивный). Прямое измерение артериального давления выполняется путем установки катетера (игла или канюля) непосредственно в артерию. Катетер (зонд с датчиком давления) стерильной трубкой, заполненной стерильным физиологическим раствором, соединен с монитором, на котором наблюдается изменение давления со временем. Неинвазивные способы измерения артериального давления позволяют измерять давление без хирургических вмешательств. Благодаря этому они получили преимущественное распространение в клинической практике. В зависимости от принципа, положенного в основу их работы, различают аускультативный и осциллометрический методы. Аускультативный метод измерения АД использует звуковые эффекты- «тоны Короткова», которые возникают в артерии при изменении условий кровотока. Для этого, нагнетая давление в манжете, временно останавливают кровообращение в руке. Затем, постепенно снижают давление в манжете и с помощью фонендоскопа выслушивают специфические тоны. Первые порции крови, проникая в сосуд ниже места сужения, вызывают колебания расслабленной стенки пустого сосуда, что соответствует появлению тонов над артерией. Момент появления тонов соответствует уровню систолического давления. Когда давление в манжете становится равно диастолическому, исчезает всякое препятствие току крови. Этот момент характеризуется ослаблением и полным исчезновением тонов. В основе другого косвенного метода измерения давления – осциллометрического метода – лежит анализ пульсаций давления (осцилляций), возникающих в манжете, сжимающей артерию в режимах компрессии или декомпрессии воздуха. Для регистрации устанавливается датчик осцилляций в давления воздушную с характеристиками. 8 магистраль необходимыми манжеты динамическими Сущность метода заключается в том, что при линейном увеличении (компрессии) или уменьшении (декомпрессии) регистрируется давление воздуха в манжете. Анализируя амплитуды и формы зарегистрированных осцилляций, можно выделить области характерных изменений, при которых давление в манжете соответствует искомым параметрам АД. Так, если плавно изменять давление в манжете (рис. 1.3,б) и при этом измерять и регистрировать амплитуду колебаний давления в ней (рис. 1.3,а), то можно определить среднее динамическое давление Рср.дин. Оно будет соответствовать тому давлению в манжете, при котором амплитуда (размах) колебаний будет иметь максимальную величину (среднее давление по Марлею). По резкому уменьшению амплитуд пульсаций в манжете можно определить моменты, когда давление в ней станет меньше диастолического и больше систолического. Рисунок.1.3- Колебания давления в манжете (а) и изменение среднего давления в ней (б) Регистрируя значения пульсаций давления по существу, оценивают изменения размеров сосуда под манжетой при разных значениях противодавления. При противодавлении, равном среднему динамическому давлению, изменения размеров сосуда под манжетой будут иметь максимальное значение, при противодавлениях, больших систолического и меньших диастолического – минимальные значения. [10] Положительным компрессии, когда моментом является отсутствуют регистрация местные 9 уровня нарушения АД в фазе кровообращения, появляющиеся в период стравливания воздуха. Методика оказалась более надежной и при суточном мониторировании АД. Использование осциллометрического принципа позволяет оценить уровень давления не только на уровне плечевой и подколенной артерий, но и на других артериях конечностей. Это послужило причиной создания целой серии профессиональных и бытовых измерительных приборов с их фиксацией на плече, запястье и упростило измерение АД в амбулаторных условиях, в дороге, и т.п. Тонометр (сфигмоманометр) – это прибор для неинвазивного (косвенного) измерения артериального давления. В зависимости от метода, положенного в основу измерения, различают механические и электронные тонометры. Механический тонометр (Рис.1.4) реализует аускультативный метод. В состав механических тонометров входят: фонендоскоп – устройство аускультации (прослушивания тонов Короткова) и контроля параметров кровотока; манжета – герметичная воздушная камера, которая, меняя свои размеры, пережимает стенки сосудов; нагнетатель воздуха с регулирующими клапанами – резиновая груша, регулирует давление воздуха в манжете. манометр – используется для измерения давление воздуха в манжете. Рисунок.1.4 -Механический тонометр 10 Электронные тонометры реализуют осциллометрический метод. По способу нагнетания воздуха в манжету электронные тонометры подразделяются на: полуавтоматические – с нагнетанием воздуха в манжету ручным способом с помощью резинового нагнетателя (груши, как в механических тонометрах) автоматические – закачивающие воздух в манжету под давлением с помощью компрессора с электрическим двигателем В зависимости от места наложения манжеты различают запястные и плечевые автоматические тонометры (Рис.1.5). 11 Рисунок.1.5 Тонометры полуавтоматический, автоматический на плечо, автоматический на запястье Общий принцип работы автоматического тонометра представлен на рис1.6 . Рисунок.1.6 - Схема работы электронного тонометра Рассмотрим внутреннее устройство и принцип работы основных структурных элементов автоматического тонометра: 1. Манжета Тонометр регистрирует колебания воздуха в манжете. По сути, манжета – это жгут, от которого требуется перетянуть руку и полностью остановить движение крови в сосуде. Под тканью манжеты находится резиновая пневмокамера, при накачивании принимающая форму руки. У нее имеется только один выход – воздуховод, через который нагнетается и стравливается воздух. 2. Нагнетатель воздуха Автоматические приборы нагнетают воздух с помощью помпы. Это устройство при помощи электродвигателя вращает подвижные части, которые поочередно забирают и закачивают воздух в воздуховод, идущий к манжете. 3. Соленоидальный клапан Поддерживать скорость спуска воздуха из манжеты во время измерения и сбрасывать воздух из манжеты после окончания измерения позволяет электронный клапан сброса воздуха. Важная деталь электронного тонометра, при помощи 12 которой регулируется или блокируется выпуск воздуха из пневмосистемы в процессе измерения. 4. Датчик давления Самая главная деталь тонометра, отвечающая за преобразование механического давления воздуха в электрический сигнал. Выпускаемый из манжеты воздух оказывает давление на датчик, состоящий из сильфона и прикрепленной к нему подвижной пластины конденсатора. С увеличением давления зазор между пластинами воздушного конденсатора уменьшается, уменьшение ёмкости увеличивает частоту выходного сигнала датчика давления. Изменение расстояния между обкладками регистрируется, далее анализируются амплитуды пульсаций давления в манжете. 5. Микроконтроллер Сигнал от датчика поступает к микроконтроллеру, где обрабатывается по определенному алгоритму. Колебания пульсовой волны, улавливаемые датчиком, запоминаются и обрабатываются. 6. Жидкокристаллический дисплей Для вывода информации и связи с пользователем служит ЖК дисплей. Цифры от 0 до 9 и некоторые буквы на дисплее тонометра отображены на семисегментном индикаторе. В добавление к ним ЖКИ отображает дополнительные символы – это индикатор аритмии (полое сердечко), индикатор режима измерения и отображения пульса (закрашенное сердце), индикатор режима памяти (М), элементы индикаторов батареи и шкалы всемирной организации здравоохранения. Принцип работы электронного тонометра следующий. При нажатии на кнопку «старт измерения», прибор включается, питание идет или от сети, через адаптер или от батареек. Система выполняет самопроверку, датчик давления калибруется относительно атмосферного и устанавливается на ноль. Помпа начинает нагнетать воздух в манжету путем вращения электродвигателя, к вращательной части которого прикреплена ось, другим концом соединенная с системой трех муфточек. При вжатой одной из них две другие забирают воздух, который при нажатии 13 выходит к соединительной трубке. Этот процесс цикличен и протекает с большой скоростью. По соединительной трубке поток воздуха поступает в манжету, которая в свою очередь соединена с главной частью прибора – датчиком давления. Он отслеживает давление, создаваемое в манжете. Изначально приборы ориентированы на заданную величину (160-170мм рт.ст.), до которой следует нагнетать воздух в манжету, после чего начинается стравливание воздуха и непосредственно измерение. В момент компрессии они отслеживают, когда прекратится движение крови, после чего докачивают еще сорок единиц, необходимых по методике, и повторно, достаточно быстро, проверяют результаты, полученные при накачивании. В момент работы помпы соленоидальный клапан блокируется, за счет чего выход воздуха невозможен. По достижении необходимого давления в манжете работа помпы прекращается, клапан открывается. Происходит стравливание воздуха с заданной скоростью. В момент равенства давления воздуха в манжете и давления крови в артерии, манжете передаются колебания от движущегося потока. Таким образом, создаются колебания воздуха в манжете, которые по соединительной трубке передаются датчику давления. Когда скорость потока восстанавливается, прибор выпускает оставшийся в манжете воздух при помощи клапана стравливания воздуха, или соленоидального клапана нового образца, который самостоятельно регулирует скорость спуска воздуха. Анализируя данные пульсации, высчитывается результат и выводится на ЖК дисплей. Модификации электронных тонометров имеют встроенную память до 200 результатов измерений, вычисление средних показателей АД, возможность вывода данных памяти на компьютер, программное обеспечение для статистической обработки множества результатов, построения графика, учет аритмии. 14 1.2 Метод электрокардиографии В основе сердечной деятельности (сокращение и расслабление) лежат электрические процессы, связанные с возбуждением сердечных клеток. Электрические поля клеток, суммируясь, создают электрическое поле вокруг участков ткани или органа. В результате возникают определенным образом распределенные потенциалы (биопотенциалы) во всем организме. Суммарный электрический потенциал сердца достаточно велик, чтобы можно было зарегистрировать его на теле человека, т.о. получают важную диагностическую информацию. Метод регистрации биопотенциалов, возникающих на поверхности тела в результате электрической активности сердца, получил название электрокардиография, а регистрируемые кривые изменения биопотенциалов – электрокардиограммами. На рисунке 1.2 представлена ЭКГ, записанная во II стандартном отведении. Показатели нормальной ЭКГ указаны в таблице 1.1 [4, c. 71]. Рисунок 1.2 – Зубцы и интервалы ЭКГ в норме (II стандартное отведение) Таблица 1.1 – Показатели нормальной ЭКГ человека 15 В составе кривой ЭКГ можно выделить шесть видов характерных зубцов: Q, R, S, T, U, P. Сердечный цикл начинается с зубца P, соответствующего возбуждению и сокращению предсердий. Интервал PQ характеризует период распространения волны возбуждения от предсердий в желудочки. Желудочковый комплекс включает в себя начальную часть – комплекс QRS, отражающий охват возбуждения и сокращения обоих желудочков, промежуточную – интервал ST, обычно расположенный на нулевой линии или несколько выше ее, и конечную – зубец T, соответствующий реполяризации желудочков, т.е. процессу восстановления их исходного состояния. Интервал QRST (до конца T) называется электрической систолой. Зубец U иногда появляется за зубцом Т, он непостоянен и мал и отражает повышенную возбудимость миокарда после систолы. После зубца Е или U до зубца Р идет горизонтальная линия, называемая сегментом ТР и соответствующая диастоле сердца [6, c. 92]. Регистрация осуществляется с помощью электродов на теле пациента, их соединяют с измерительной схемой. Система из двух электродов называется отведением. Регистрируемая в любом отведении разность потенциалов является проекцией интегрального электрического вектора сердца (ИЭВС) на линию, соединяющую электроды этого отведения. Этот воображаемый вектор отражает равнодействующую потенциалов, возникающих мышечных волокон. 16 во множестве элементарных Таким образом, задача оценки электрического вектора сердца осуществляется с помощью различного количества электродов, располагаемых в определенных зонах [7. c. 164]. Наибольшее распространение при регистрации электрокардиограммы получили 12 способов отведения: 6 от конечностей и 6 грудных, основанных на концепции треугольника Эйнтховена. При этом человеческое тело рассматривается в виде однородного проводника, генератор сердечной ЭДС заменяется точечным диполем и помещается в центре равностороннего треугольника, вершины которого расположены на правой и левой руках (у кистей) и левой ноге (у ступни). Основными являются три стандартных двуполюсных отведения от конечностей по Эйнтховену (рисунок 1.3):правая рука – левая рука, правая рука – левая нога, левая нога – левая рука). Они используются для определения величины и направления эквивалентного электрического диполя сердца, которым описывается его электрическая активность. Эти отведения обозначаются RL, LF, RF, где R – правая рука, L – левая рука, F – левая нога. Рисунок 1.3 – Схема наложения стандартных электродов при записи стандартных отведений ЭКГ Различают усиленные однополюсные отведения от конечностей по Гольдбергу. В этой системе суммирующая цепь для формирования нулевого 17 электрода подключается только к двум точкам отведения. Разность потенциалов измеряется между третьей точкой отведения и нейтральным электродом. Усиленные отведения обозначаются aVR, aVL, aVF. В схеме отведения по Вильсону измерительный электрод помещают в шести выбранных определенным образом точках в области грудной клетки. Отведения по Небу предполагают, что все три электрода образуют малый сердечный треугольник на грудной клетке. Разность потенциалов регистрируется между каждой парой электродов [10, c. 32]. Электрокардиограф – прибор для регистрации биоэлектрический активности сердца. Блок-схема типичного клинического электрокардиографа приведена на рисунке 1.7 [12, с. 255]. Рисунок 1.7 – Блок-схема типичного электрокардиографа Электроды для снятия биопотенциалов с поверхности тела представляют собой токопроводящие (обычно металлические) круглые или прямоугольные пластинки небольшой площади. Электроды укрепляются на теле с помощью клипс или резиновыми присосками. Для уменьшения сопротивления кожи человека используют электродный контактный гель с высокой электропроводностью. 18 Схема защиты. Эта схема обеспечивает защиту входных цепей электрокардиографа от высоких напряжений. Коммутатор отведений. Все электроды подключаются к усилителю через коммутатор отведений, который выбирает два электрода либо электрод и псевдоэлектрод, подключаемые к входам каждого канала усиления. Псевдоэлектроды, такие как объединенный электрод Вильсона, также формируются в этом блоке. Коммутатором отведений управляет оператор либо микроконтроллер. Калибратор. Калибровочный сигнал с амплитудой 1 мВ может быть временно подключен к входу электрокардиографа для его проверки. Предусилитель. Осуществляет начальное усиление сигнала ЭКГ. Обычно используется инструментальный усилитель. Блок изоляции. Формирует гальванический барьер между цепями, присоединенными к пациенту, и остальной частью схемы, который предотвращает протекание опасного тока на землю самописца или компьютера. Схема компенсации синфазной помехи. Электрод RL подключается либо к земле усилителя, либо к схеме компенсации помехи. Выходной усилитель мощности. Усиливает ЭКГ до входного уровня самописца. Часто позволяет добавлять постоянное смещение на выходе, чтобы управлять положением записи на бумаге. С выхода усилителя усиленные биопотенциалы поступают на регистрирующее устройство. С помощью регистратора биопотенциалы представляются в виде записанной тем или иным образом кривой. Самописец или принтер. Осуществляет запись или распечатку ЭКГ, информации о пациенте и тп на бумаге. Для получения графической зависимости изменений биопотенциалов во времени бумажная лента должна протягиваться с постоянной скоростью. Такое протягивание обеспечивается лентопротяжным механизмом с электроприводом. Скорость протягивания определяется частотным спектром биопотенциалов и обычно составляет 25 и 50 мм/с [13, с 249]. 19 Все большее значение сейчас начинают играть цифровые способы записи информации. При этом роль регистратора выполняет электронная память компьютера или самого электрокардиографа. Для этого сигнал усилителя преобразуется в цифровой код с помощью аналогово-цифрового преобразователя АЦП. Блок памяти. Многие современные электрокардиографы не только записывают ЭКГ на бумаге, но и сохраняют в памяти. Вместе с ЭКГ сохраняется информация о пациенте, введенная с клавиатуры. Все это происходит под управлением микроконтроллера. Микроконтроллер. Управляет работой электрокардиографа в целом. Когда оператор выбирает тот или иной режим работы, вызывается соответствующая программа. В некоторых электрокардиографах микроконтроллер осуществляет также анализ ЭКГ: определение частоты сердечных сокращений, распознавание определенных аритмий, определение электрических осей зубцов ЭКГ и временных интервалов между зубцами. 20 1.3 Фотометрический анализ крови. 1.3.1 Фотоплетизмография Как диагностический метод плетизмография используется главным образом при сосудистых заболеваниях для объективной оценки состояния и степени нарушений регионарного кровотока, тонуса артерий и вен, заболеваний сосудов. Фотоплетизмография — диагностический метод графического изучения кровенаполнения тканей в динамике, основанный на оценке уровня поглощения биологической тканью светового излучения. Кривая, характеризующая изменение степени поглощения светового излучения в зависимости от времени называется фотоплетизмограмма. Рисунок 2.3.- Фотоплетизмограмма Если световой поток пропускать через биологическую ткань , в которой имеются кровеносные сосуды и оценивать значение светового потока, прошедшего через нее , то поглощение (абсорбция ) светового излучения будет зависеть от толщины биоткани , ее внутренней структуры , размеров кровеносных сосудов и спектрального состава источника света. При изменении размеров сосуда , пульсирующих синхронно с работой сердца, соответственно изменяется степень поглощения светового потока. На практике метод используют для тех участков биоткани , которые имеют небольшую толщину, как например , у пальца. 21 Рисунок- Датчик прищепка Датчик может быть выполнен в форме прищепки. С одной ее стороны устанавливается источник света , а с другой- фотоприемник. Сигнал с фотоприемника подается на монитор, который осуществляет его визуализацию или передается на устройство записи. В качестве источника светового излучения могут быть использованы миниатюрные лампы накаливания или светодиоды. Используя фотоплетизмограмму, можно определить частоту сердечных сокращений (ЧСС). Для этого необходимо измерить время между соседними максимумами (т.е. длительность кардиоинтервала) и воспользоваться уравнением: ЧСС 60 n (уд/мин) , n t ки i 1 где n- число кардиоинтервалов. 22 1.3.2. Оксиметрия (пульсоксиметрия) Насыщение крови кислородом является интегральным показателем состояния дыхательного аппарата и функции кровообращения, а также нервной корреляции между легочной вентиляцией и кровоснабжением легких. Гемоглобин является основным перевозчиком кислорода в теле человека. Это сложный железосодержащий белок, способный обратимо связываться с кислородом. У человека в капиллярах лёгких в условиях избытка кислорода последний соединяется с гемоглобином. Током крови эритроциты, содержащие молекулы гемоглобина со связанным кислородом, доставляются к органам и тканям, где кислорода мало; здесь необходимый для протекания окислительных процессов кислород освобождается из связи с гемоглобином. Кроме того, гемоглобин способен связывать в тканях небольшое количество диоксида углерода (CO2) и освобождать его в лёгких. Оксиметрия (пульсоксиметрия) - неинвазивный метод определения степени насыщения крови кислородом. Пульсоксиметрия основана на различном спектральном поглощении оксигемоглобина и восстановленного гемоглобина крови. В основу положено то обстоятельство, что при длине волны λ =660 нм (красная область) гемоглобин поглощает почти в 10 раз больше светового потока, чем оксигемоглобин . А при λ =940 нм (ИК область) ситуация обратная. Пульсирующая кровь в ткани просвечивается источниками излучения в области красного и инфракрасного спектра, а полученные с фотоприемника сигналы после соответствующей обработки позволяют определить насыщение кислородом гемоглобина крови (сатурацию). Сатурацией кислорода (SpO2) называют отношение количества оксигемоглобина к общему количеству гемоглобина в крови, выраженное в процентах. Нормой показаний у здоровых испытуемых считается 95-98 %, значения ниже этого уровня указывают на дыхательную недостаточность, более высокие значения бывают при кислородной терапии. 23 При использовании метода можно одновременно определять ЧСС, характеризующую пульс. Поэтому соответствующие приборы получили название пульсоксиметров. В измерительном канале пульсоксиметра используется метод , когда на обьект измерения воздействуют красным и инфракрасным излучениями. По сигналу микропроцессора с формирователя импульсов излучения подаются электрические сигналы на светодиодные излучатели датчика (он выполнен в форме прищепки). может быть Излучение , созданное ими , проходит через биоткань пациента или отражается от ее элементов . При этом уровень потока, падающего на фотоприемник датчика, оказывается промодулированным пульсирующей кровью. Электрические импульсы с фотоприемника подаются во входную часть электронного усилителя. Далее они усиливаются с помощью усилителя , имеющего переменный коэффициент усиления (К1). С помощью устройств выборки и хранения УВХ1 (красный) и УВХ2 (инфракрасный) импульсы, полученные при облучении красным и инфракрасным светом, разделяются на 2 канала и преобразуются в квазинепрерывные напряжения. Сигналы УВХ1 и Увх2 , содержащие сумму постоянной и переменной составляющих в соответствующей области длин волн, подаются на входы АЦП и на входы фильтров высокой частоты ФВЧ1 и ФВЧ2 . С выхода АЦП сигналы в форме кодов вводятся в микропроцессор. На выходы ФВЧ1 и ФВЧ2 проходят только переменные составляющие суммарных сигналов, поданных на их вход С помощью коммутатора они поочередно подаются на вход второго усилителя с переменным управляемым коэффициентом (К2). В нем сигнал переменной составляющей усиливается до необходимого значения . Затем он подается на вход АЦП и вводится в микропроцессор , в котором выполняется расчет значения сатурации (SpO2 ). Значения коэффициентов усиления (К1, К2) усилителей устанавливаются сигналами микропроцессора , исходя из значений получаемого суммарного сигнала (К1 + К2) Благодаря чему осуществляется автоматическая регулировка усиления у 24 усилительного тракта. По такому же принципу устроен измерительный канал пульсоксиметрии в Мониторе прикроватном МПР6-03-«Тритон», который вошел в состав аппаратно – программного комплекса для медико-биологических исследований. ФВЧ1 к АЦП к АЦП Датчик Входная часть Усилитель К1 УВХ1 Коммутатор Усилитель К2 УВХ2 к АЦП Формирователь импульсов Микро процессор ФВЧ2 Рисунок.. Блок-схема. пульсоксиметра 25 1.4 Фотометрический анализ дыхательной смеси. Капнометрия Измерение концентрации углекислого газа СО2 в выдыхаемом пациентом воздухе (газовой смеси) называется капнометрией. Оно может выполняться с помощью газоанализаторов, масс-спектрометров и инфракрасных абсорбционных фотометров. Последние на сегодняшний день получили самое широкое распространение. В основу метода положено свойство углекислого газа поглощать (абсорбировать) инфракрасное излучение определенных частот. Коэффициент поглощения светового потока соответствующей частоты слоем газа заданной толщины зависит от концентрации СО2. Пропуская ИК излучение через измерительную ячейку, через которую проходит анализируемый газ , и, оценивая с помощью фотоприемника степень ослабления интенсивности светового потока за счет его абсорбции в газе, можно оценить концентрацию СО2 в нем. Поскольку максимальное светопоглощение для СО2 наблюдается при длине волны 4,3 мкм , то излучатель света в приборе должен обеспечивать получение излучения этой длины волны. Датчики капнометров выполняются или по однолучевой схеме, когда излучение разных длин волн попеременно пропускается через измерительную ячейку, или по двухлучевой схеме, при которой световой поток делится на две части. Одна часть проходит через измерительную ячейку с исследуемым газом, другая - через контрольную ячейку с газом известной концентрации СО2. Заполнение измерительной ячейки осуществляется двумя способами. Первый, проточный способ, когда датчик устанавливается в эндотрахеальную трубку, непосредственно в дыхательном тракте пациента. Второй способ, пробоотбор из дыхательного контура пациента путем аспирации газа в измерительную ячейку датчика. 26 На рисунке представлена структурная схема подобного капнометра. Воздух Газ Излучатель Возд. Клапан Буфер давления Изм. Ячейка Стакан Насос Вых. патрубок Контр Ячейка Фото приемник Микро процессор УРС Усилитель Коммутатор Монитор Рисунок- Блок-схема капнометра На входе прибора устанавливается ловушка (стакан) для влажного конденсата, который образуется на стенках пробоотборной трубки. Из патрубка стакана газ поступает в измерительную ячейку. В случае закупорки воздушного тракта осуществляется продувка струей воздуха из клапана. Свет от излучателя разделяется на 2 луча (двухлучевая схема). Один из них проходит через измерительную ячейку и поступает на фотоприемник . Другой луч проходит через контрольную ячейку , заполненную газом с известной концентрацией СО2 , и поступает на тот же фотоприемник. Включение каждого сигнала осуществляется коммутатором , сигнал фотоприемника усиливается усилителем . С помощью отдельного устройства выполняется разделение сигналов, характеризующих абсорбцию света в измерительной и контрольной ячейках, и введение их в микропроцессор. Он управляет работой прибора и обрабатывает измерительные сигналы. Данные о значении со2 выводятся на экран дисплея. Градуировка капнометров осуществляется в единицах парциального давления (0...99 мм рт. ст.) либо в единицах объемной концентрации (0...10%). На экране отображается капнограмма (график зависимости СО2 от времени). После измерения газ поступает на выходной патрубок прибора. 27 Рисунок - Капнограмма монитора МПР3-06 Тритон. 28 1.5 Респираторная плетизмография Термин плетизмография относится к измерению объема или его вариации для всего тела , или же его некоторой части . В пульмонологии применяют два основных способа плетизмографии , предназначенных для оценки изменений объема грудной полости 1. измерение геометрических параметров грудной клетки в некоторых специальных участках тела и 2. оценка влияния изменений торакального объема на параметры газа внутри плетизмографической камеры , содержащей все тело (интегральная или общая плетизмография, ОПГ). (с412Медицинские приборы ) . Этот метод применяют для исследования функций внешнего дыхания и минутного объема кровообращения. Существует несколько приборов для непрерывного измерения движений грудной клетки, связанных с изменением ее объема . при дыхании меняется электрический импеданс грудной полости (импедансная плетизмография или реоплетизмография), который можно регистрировать , чтобы следить за дыхательной активностью . Импедансные плетизмографы используют для детектирования апное и мониторинга ночного дыхания , когда существенным является наличие или отсутствие дыхательных движений , их частота и относительная амплитуда , а не истинные изменения объема легких. Большинство типов дыхания характеризуется двумя основными степенями свободы: движением ребер грудной клетки и движением диафрагмы. Соответственно, применение магнетометров, тензодатчиков и переменной индуктивности в качестве сенсоров требует одновременной регистрации дыхательных движений в двух частях грудной клетки: в грудном и брюшном отделах. Изменение объема в грудной полости оценивают по взвешенной сумме перемещений в обоих отделах , причем показания абдоминального датчика могут служить мерой диафрагмального дыхания . Магнетометры и др линейные преобразователи перемещений могут измерять диаметр грудной клетки и брюшной полости . Тензодатчики, расположенные вокруг грудной клетки , измеряют локальные изменения ее периметра во время дыхания. В качестве тензометра для регистрации дыхательных движений нередко 29 используют силиконовую трубку небольшого сечения , заполненную ртутью . В индуктивном дыхательном плетизмографе в качестве датчика используются два провода , нашитых зигзагообразно на эластичные пояса , обладающие высокой растяжимостью Один пояс надевают вокруг грудной клетки , а другой – вокруг живота таким образом, чтобы каждый из проводов образовал одинарную петлю . Через Через оба провода пропускают низкоамплитудный переменный ток в радиочастотном диапазоне. Изменение сечения петли , образованной проводником , вызывает соответствующие изменения самоиндукции. После демодуляции выходного сигнала получают напряжение пропорциональное площади поперечного сечения грудной клетки в той ее части , где проходит пояс. Каждый из этих приборов измеряет какой-либо геометрический параметр (диаметр , периметр, или площадь), с помощью которого оценивают изменения объема груди, а также изменение относительного вклада грудной клетки и диафрагмы (брюшное дыхание) в дыхательный обьем. Точность этих оценок варьируется от метода к методу . Метод основан на установленной А.А. Кедровым пропорциональной зависимости между изменениями импеданса (ΔZ) по отношению к его исходной величине (Z) и приростом объема (ΔV) по отношению к исходному объему (V) исследуемой части тела: ΔV / V = - ΔZ / Z, где ΔV / V – относительное изменение объема на исследуемом участке, ΔZ / Z – относительное изменение импеданса. Для регистрации реоплетизмограмм используют специальные приборы — реоплетизмографы, выполненные, как правило, в виде приставок к многоканальным регистрирующим устройствам (полиграфам, электрокардиографам). Основными элементами реографа любой модификации являются генератор тока высокой частоты (обычно не менее 30 кГц), подаваемого через токовый электрод к исследуемому участку тела: датчик-преобразователь «импеданс — напряжение», соединяемый с исследуемым участком тела электродом напряжения (потенциальным); детектор; усилитель сигналов датчика-преобразователя; калибрующее устройство с дискретно включаемыми в электрическую цепь стандартными сопротивлениями (0,01; 0,05; 0,1; 0,2 Ом). 30 В зависимости от конструкции прибора для записи реограмм могут использоваться одна или несколько из применяемых систем отведений, например, тетраполярная, при которой между двумя отдаленно расположенными на теле токовыми электродами помещают два потенциальных электрода для измерения изменений напряжения на участке тела между ними (тетраполярный реоплетизмограф). Полученная таким образом плетизмографическая кривая линия показывает троякого рода волны (см. фиг. 2); самые мелкие — пульсовые, выражающие, что при каждом сокращении сердца объем органа — руки ли, ноги и т. д. — увеличивается вследствие прилива новой порции крови, вталкиваемой сердцем в органы тела; эти пульсовые волны сидят на более широких дыхательных волнах колебания объема органов, зависящих от того, что при начале каждого вдоха кровь сильно присасывается из вен к сердцу, а при начале выдоха, — наоборот — кровь несколько задерживается в венах; поэтому при вдохе получается падение, а при выдохе, наоборот, повышение объема органов; так как на каждое дыхательное движение приходится около 4 сердцебиений, то дыхательные колебания объема органов реже пульсовых. Но эти волны дыхательных колебаний объема органов сидят сами на волнах еще больших, происходящих от периодического сокращения и расширения сосудов, зависящих от их собственной сосудодвигательной иннервации. Таким образом, путем плетизмографического способа исследования различных органов можно следить за изменением кровообращения при тех или иных условиях. Рисунок. - Респирограмма, полученная на мониторе пациента МПР3 -06 Тритон 31 2 ИНТЕРФЕЙСЫ ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ПРИБОРА К ПК Современные медицинские приборы оснащаются специальными интерфейсными выходами для связи с компьютером, это позволяет существенно расширить возможности последующего хранения и обработки медицинской информации. Простым с точки зрения организации и потому весьма популярным интерфейсом является СОМ-порт. Рассмотрим подробнее особенности передачи данных по этому интерфейсу. COM-порт представляет собой двунаправленный последовательный интерфейс, предназначенный для обмена байтовой информацией. Согласно стандарту RS-232C, осуществляется передача данных в асинхронном режиме, когда передающая сторона по очереди выдает в линию 0 и 1, а принимающая отслеживает их и запоминает. Логической единице на входе приемника соответствует уровень напряжения -3 ... -12 В. Логическому 0 соответствует напряжение +3 ... +12 В. Уровни сигналов на выходах передатчика должны лежать в диапазоне +5...+12 В или -5 ... -12 В. Данные посылаются по одному байту (8 бит). Увидев стартовый бит, приемник выжидает интервал T1 и считывает первый бит, потом через интервалы T2 считывает остальные информационные биты. Последний бит — стоповый (состояние незанятой линии) говорит о том, что передача завершена. Особенностью данного порта по сравнению с другими "последовательными" технологиями является факт отсутствия каких-либо временных требований между 2 байтами. Временные требования есть только между битами одного байта (включая старт, стоп и четность), величина, обратная временной паузе между битами одного байта, называется baud rate - скорость передачи. Также в этой технологии отсутствует понятие "пакет". Последовательное отправление информации позволяет связать удалённые внешние устройства с различными скоростями передачи данных. Это освобождает аппаратуру от громоздких шлейфов и габаритных разъёмов. Стоит отметить, что у последовательных портов существует недостаток — относительно малая скорость передачи данных. Однако для подключения 32 малогабаритных медицинских приборов к компьютеру это не является принципиальным. Кроме того, передача информации по последовательному каналу, с точки зрения программирования, реализуется значительно легче, чем другие способы. Такой интерфейс использован в тонометре UA-767PC и электрокардиографе Schiller AT-101. Ethernet- это еще один интерфейс, который, как и СОМ-порт, использует последовательный способ обмена. Он применяется для передачи данных локальных компьютерных сетей. В этой технологии существует понятие "пакет" (кадр), для которого определены жесткие временные требования между всеми его битами. Кадр, передаваемый каждым узлом, содержит данные маршрутизации, управления и коррекции ошибок. Для сетей Ethernet параметры кадров определены стандартом IEEE группы 802.3. Базовая длина кадра может изменяться от 72 до 1526 байтов при типовой структуре, показанной на Рис.2. Рисунок.2. - Базовая структура кадра Ethernet Преамбула - Каждый кадр начинается с преамбулы длиной семь байтов. Преамбула используется в качестве синхронизирующей последовательности для интерфейсных цепей и способствует декодированию битов. SFD (Start-Frame Delimiter) - Разделитель начала кадра, состоящий из одного байта. Поле SFD указывает на начало полезной информации. Конечный МАС-адрес - Поле из шести байтов, содержащее адрес конечного узла. Исходный МАС-адрес - Поле из шести байтов, содержащее адрес исходного узла. 33 Примечание: В письменном виде МАС-адреса записываются в виде шести пар шестнадцатеричных цифр, разделенных тире, например, 08-10-39-03-2F-C3. Длина/Тип - Поле из двух байтов, указывающее на число байтов, содержащихся в поле данных управления логическими связями (LLC - Logical Link Control). В большинстве Ethernet-протоколах это поле содержит постоянную величину, указывающую на тип протокола (в данном случае эта поле имеет обозначение EtherType). Данные МАС-клиента - Это поле может содержать от 0 до 1500 байтов данных, предоставленных пользователем. Заполняющие байты - Необязательное поле для заполнения фиктивными данными, используемое для увеличения длины коротких кадров по меньшей мере до 64 байтов. Контрольная последовательность кадра (FCS) - Поле, содержащее четыре контрольных байта, сгенерированных кодом циклического контроля избыточности (CRC). Поле FCS используется для обнаружения ошибок в данных, содержащихся в кадре. Интерфейс Ethernet используется в мониторе прикроватном МПР6-03-«Тритон». Многие современные приборы имеют в наличии специальные выходы для подключения к ПК. Среди них можно выделить: связь через COM-порт, USB, LAN, порт PC-карты памяти, порт SD-карты памяти, BlueTooth, ИК-порт. Также имеется возможность телеметрической передачи данных при помощи встроенного модуля GSM. Необходимо подчеркнуть, что возможность передачи данных в ПК подразумевает обработку информации методами, позволяющими получать качественно иную информацию, не доступную при традиционном визуальном анализе. Это является важным по причине внедрения автоматизированных рабочих мест врачей с ведением электронных баз данных, в которых хранятся результаты медицинских обследований. 34 3 АППАРАТНАЯ ЧАСТЬ КОМПЛЕКСА ДЛЯ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 3.1 Автоматический тонометр UA-767PC Для создания аппаратно-программного комплекса были выбраны: автоматический тонометр UA-767PC; трехканальный портативный электрокардиограф Schiller AT-101 с синхронной регистрацией 12 отведений; монитор прикроватный реаниматолога и анестезиолога переносный МПР6-03-«Тритон». Далее рассматриваются технические характеристики данного оборудования, его основные функции и возможности, а также программное обеспечение, предлагаемое производителями. Автоматический тонометр UA-767PC предназначен для дневного мониторинга артериального давления и частоты сердечных сокращений [17]. Внешний вид прибора представлен на рис. 2.1. Рисунок. 2.1 – Автоматический тонометр UA-767PC Основные технические характеристики приведены ниже: Метод измерения: осциллометрический Способ накачивания манжеты: автоматический. Способ выпуска воздуха из манжеты: автоматический. Память на 280 измерений Переключатель уровня давления 4 ступени (150,180,210,240) 35 Регистрация даты и времени измерения Прибор работает на четырех элементах питания типа 316 (R6, АА). Прибор работает от сети. Сетевой адаптер тип – АС-S-0,006-0,500;входное напряжение – 220 V,50 Hz; выходное напряжение – стабилизированное 6 V,500...600 mA,3 W. Пределы измерения давления 20-280 мм рт.ст. Погрешность 5%. Пределы измерения пульса 40-200 ударов в мин.Погрешность 5%. передача данных в ПК с помощью интерфейсного кабеля Комплектация: Основной блок в корпусе Безболезненная манжета SlimFit стандартная (22-32 см) Трубка соединительная (воздуховод) Сетевой адаптер Элементы питания типа АА, R6 Интерфейсный кабель RS232C Для выполнения измерения необходимо вставить коннектор соединительной трубки в разъем на боковой панели прибора. Наложить манжету на плечо на расстоянии 2-3 см от локтевого сгиба. Установить переключатель уровня давления примерно на 30-40 мм рт ст выше предполагаемой величины САД (рекомендуемое 180). После нажатия кнопки START прибор начнет автоматически накачивать манжету до величины давления указанной переключателем. Питание осуществляется или от сети через адаптер, или от батареек. Система предварительно выполняет самопроверку, датчик давления калибруется относительно атмосферного и устанавливается на ноль. По достижении необходимого давления начинается выпуск воздуха и измерение. Если установленный уровень не достаточен для полного сжатия артерии, прибор производит дополнительное подкачивание манжеты. После измерения прибор выпускает оставшийся в манжете воздух. На ЖК дисплее появляются 36 значения САД, ДАД и пульса, которые автоматически сохраняются в памяти прибора. Также дисплей отображает дополнительные символы – это индикатор аритмии (полое сердечко), индикатор режима измерения и отображения пульса (закрашенное сердце), индикатор режима памяти (М), 37 элементы индикаторов батареи. 3.2 Электрокардиограф Schiller AT-101 Прибор предназначен для регистрации ЭКГ пациента в условиях неотложной помощи, а также в стационарных условиях лечебно-профилактических учреждений. Внешний вид прибора изображен на рисунке 2.1. Рисунок 2.1 – Электрокардиограф Schiller AT-101 Основные технические характеристики электрокардиографа Schiller AT-101 приведены ниже: Отведения, регистрируемые электрокардиографом: I; II; III; αVR; αVL; αVF; V и D, A, I по Небу. Чувствительность ξ: 5, 10, 20 мм/мВ. Скорость подачи бумаги V: 5, 10, 25 и 50 мм/с. возможность работы как от сети, так и от встроенного аккумулятора (до 3 часов). буквенно-цифровая клавиатура и выделенные функциональные клавиши для простого удобного управления; встроенный термопринтер с различными опциями формата печати, определяемые пользователем; опция вывода на внешний принтер; измерения и усредненные циклы с возможностью автоматической и ручной распечатки регистрации. автоматическая интерпретация ЭКГ; память на 40 регистраций; 38 передача данных в ПК. Комплектация: Электронный блок Встроенный термопринтер Кабель отведений Электроды: 4 на конечности в виде клипс и 6 грудных в грушевидном исполнении. Встроенный аккумулятор, сетевой адаптер. Интерфейсный кабель RS232C Для выполнения измерения необходимо подключить кабель отведений к электрокардиографу и к электродам, наложенным на тело пациента. Кабель отведений состоит из десяти проводов, соответствующих числу электродов и оканчивающихся штырями. Все электродные провода имеют цветокодировку; нужно следовать руководству для снятия ЭКГ. Для уменьшения сопротивления кожи человека следует использовать контактный высокопроводящий гель в месте наложения электрода. Если сопротивление электрода слишком высокое для качественной регистрации или электрод смещается в процессе регистрации, то на экране начнет мигать символ электрода и раздастся звуковой сигнал. Указанный электрод (электроды) должны быть наложены повторно. Комбинация электродов, определенная пользователем, должна быть установлена в меню «Настройки»: Меню\Настройка\Настройки ЭКГ\Отведения\. Электрокардиограф Schiller может работать в двух режимах: автоматической регистрации и ручной регистрации. В режиме автоматической регистрации печать идет по 12 каналам с данными пациента, текущей датой, установками фильтра, измерениями и интерпретацией (если выбрана). Регистрация может быть сохранена и/или при необходимости может быть распечатана дополнительная копия. Режим ручной регистрации предполагает длительную печать трех выбранных отведений (до нажатия клавиши «Stop»). Для запуска регистрации в автоматическом режиме надо нажать клавишу «Start», в ручном режиме – выделенную клавишу 39 «Ручная печать». В режиме автоматической регистрации обязательно наложение всех 10 электродов на тело пациента. В режиме ручной регистрации можно ограничиться только электродами на конечности, в таком случае следует выбрать следующие группы отведений: I, II, III; αVR, αVL, αVF; II, αVF, III. В процессе получения данных, как для визуализации, так и для ручной печати можно произвести выбор, используя верхний ряд клавиш клавиатуры: группы отведений; выбор чувствительности (мм/мВ); выбирается скорость подачи бумаги. включается и выключается миографический фильтр; включается выравнивание ЭКГ по изолинии и/или визуализация пульса 1 мВ на экране и распечатке; Существует 4 способа визуализации данных: 1. Экран получения данных и регистрации ЭКГ. В этом экране визуализируется ЭКГ в режиме реального времени. Из этого экрана возможен запуск длительной печати и произведена автоматическая регистрация. В автоматическом режиме 10 секунд регистрации ЭКГ анализируются и усредняются, и результаты выводятся на печать. Регистрация, произведенная в автоматическом режиме, также может быть сохранена в памяти для последующей распечатки или передачи. 2. Экран памяти. В этом экране возможен доступ к сохраненным регистрациям, их распечатка или передача. 3. Экран данных пациента. Ввод данных пациента через клавиатуру. 4. Ввод и настройка данных. В этих экранах производятся все системные настройки. Для передачи распечатки ЭКГ на внешний принтер в электрокардиографе предусмотрен порт LPT. Целесообразность печати ЭКГ на внешнем принтере заключается, во-первых, в материальном плане, так как термопринтер электрокардиографа работает только с оригинальной бумагой Schiller, а во-вторых, в том, что формат A4 гораздо более удобно вкладывать в личное дело пациента. 40 Электрокардиограф работает только с принтерами компании Hewlett-Packard. Если внешний принтер отсоединен или отключен, кардиограф автоматически переключается на внутренний термопринтер. Электрокардиограф сохраняет в памяти дату, время, ЭКГ и данные пациента. Для дальнейшей обработки полученного массива данных нужно обеспечить его передачу в компьютер. Для этого прибор оснащен специальным интерфейсным выходом для связи с компьютером, последовательным портом RS-232С (COMпортом). 41 3.3 Монитор пациента МПР6-03-«Тритон» В настоящей работе используется Монитор прикроватный реаниматолога и анестезиолога переносный МПР6-03-«Тритон», предназначенный для длительного и непрерывного наблюдения за жизненно важными параметрами пациента. Применяется во время операций, в послеоперационном периоде, при проведении скрининг-тестов, инвазивных диагностических вмешательств и интенсивной терапии. Внешний вид прибора показан на рис 3.1,3.2,3.3. Рисунок - Прибор МПР6-03-«Тритон» Прибор предназначен для мониторинга следующих параметров: насыщение частота кислородом периферического гемоглобина пульса артериальной (ЧП) с крови регистрацией (SpO2), фотопле- тизмограммы (ФПГ); частота сердечных сокращений (ЧСС) с регистрацией электрокардиограммы (ЭКГ); частота дыхания (ЧД) с регистрацией кривой дыхания; поверхностная и/или центральная температура (Т°) тела (с возможностью отображения разности температур); систолическое, диастолическое и среднее артериальное давление (АД); 42 концентрация СО2 во время всего дыхательного цикла с отображением ее содержания в виде парциального давления (мм рт. ст.) или концентрации (%) в конце выдоха (EtCO2) и на вдохе (FiCO2); концентрация О2 с отображением ее содержания в виде парциального давления (мм рт. ст.) или концентрации (%)в конце выдоха (EtO2) и на вдохе (FiO2); показатели гемодинамики: сердечный выброс, ударный объём, системное сосудистое сопротивление, мощность сокращения левого желудочка, сердечный индекс, ударный индекс; параметры метаболизма: потребление кислорода, экскреция углекислоты, респираторный коэффициент, энергопотребность. Основные технические характеристики приведены ниже Функциональные модули: пульсоксиметрии , кардиометрии , параметров дыхания , термометрии, неинвазивного измерения АД, неинвазивного определения показателей гемодинамики, расчета параметров метаболизма. возможность работы как от сети, так и от встроенного аккумулятора в диапазоне напряжений сети (90...264В), Экран (цветной TFT-дисплей размером 12,1" и разрешением 800x600 пикселей) с сенсорной панелью управления. Манипулятор (энкодер) и выделенные функциональные кнопки для простого удобного управления. Световая и звуковая сигнализация. встроенный термопринтер автоматическая интерпретация поддержка сети централизованного мониторинга (СЦМ) передача данных в ПК Комплектация: электронный блок встроенный термопринтер 43 комплект периферии (ЭКГ- кабель пациента, манжета давления, датчики: сатурации и температуры). расходные материалы: одноразовые электроды-липучки, линия отбора дыхательной пробы, влагоотделитель, адаптер воздушного пути. интерфейсный кабель Ethernet Для выполнения измерения необходимо подсоединить к Монитору необходимую периферию. В соответствии с указаниями соответствующих разделов Руководства пользователя установить датчики на пациента, при необходимости произвести настройку прибора (установить необходимые пороги и т.д.) и приступить к мониторингу. При включении прибора на экране в режиме реального времени визуализируются показатели, регистрируемые одновременно по нескольким каналам т.е. можно, например, регистрировать ЭКГ, ФПГ и кривую дыхания. Конфигурирование окон на экране, ввод информации о пациенте, установка значений цифровых параметров и порогов срабатывания тревожной сигнализации осуществляются с помощью символов на сенсорном экране, энкодера и управляющих кнопок: «CAPNO», «NIBP» для ручного запуска измерения по соответствующим каналам , «FREEZE» для («заморозки»)/ запуска графиков на экране, кнопка с изображением колокола для оперативного отключения на 2 минуты всех звуковых тревог. в приборе производится одинаковым способом. Индикаторы «БАТАРЕЯ», «СЕТЬ», «ТРЕВОГА» сигнализируют о работе устройства и состоянии пациента. В приборе реализовано несколько групп профилей (Взрослый, Детский, Неонатальный), т.е. вариантов установки параметров по модулям. Профили определяют: для модуля НИАД - предельную величину создаваемого давления в манжете и предельное время измерения давления; установленные настройки порогов тревог по всем каналам; изменение алгоритмов работы измерительных модулях. 44 и способов расчета параметров в Также прибор может предупреждать о развитии нарушений сердечного ритма (например, асистолии), об изменении частоты периферического пульса, дыхательных расстройствах, отклонениях от нормальных величин артериального давления и содержания СО2 и других опасных для жизни пациента состояниях с помощью вывода на экран информационных сообщений. В приборе производится анализ электрокардиограммы с определением типа нарушений сердечного ритма, восстановление данных 12-ти отведений ЭКГ с использованием кабеля ЭКГ на 5 отведений. Электронный блок выполнен по функционально-блочному принципу и представляет собой настольно-переносную конструкцию с цветным жидкокри- сталлическим TFT-дисплеем. Оптоэлектронные датчики сатурации применяются: пальцевые («прищепка» и резиновый) и неонатальные (универсальный и одноразовый). Кабель пациента имеет распределительную коробку и клипсы, которые подключаются к одноразовым электродам, закрепленным на теле пациента. Манжеты для измерения давления применяются различных типов: взрослая, неонатальная, детская размерами и объемом и подходящие ко всем категориям пациентов. Термодатчики применяются двух типов: поверхностный (накожный) и внутриполостной (универсальный). К прибору могут подключаться сразу два термодатчика, что позволяет измерять температуру в двух разных точках одновременно. Линии отбора пробы для капнометра и измерения О2 применяются стандартные. Система питания прибора обеспечивает его работу от сети, а при отсутствии напряжения - автоматический переход на работу от внутреннего аккумулятора. Встроенный термопринтер обеспечивает распечатку регистрируемых прибором параметров. Поддержка компьютерной сети позволяет прибору работать в составе компьютерной сети централизованного мониторинга (СЦМ), просматривать на компьютере и сохранять в его памяти данные, регистрируемые прибором. 45 4 ПРОГРАММНАЯ ЧАСТЬ КОМПЛЕКСА ДЛЯ МЕДИКОБИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 4.1 Программное обеспечение к тонометру EZ Doctor Программа EZ Doctor поставлялась на диске вместе с дневным монитором АД и ЧСС UA767PC. Данная версия программы рассчитана на работу в операционной системе Windows 98/95. Для работы с другими операционными системами программа EZ Doctor не предназначена. Это является существенным техническим ограничением, поскольку данная программа не совместима с современными ОС Windows XP, Vista и т.д. Открытие программы сопровождается запуском поисковой формы, изображенной на рисунке. Рисунок,..................... Программа EZ Doctor предоставляет пользователю следующие возможности: 1. Наглядное представление базы данных пациентов. При запуске программы открывается Поисковая форма. Она служит для работы с базой данных пациентов и позволяет: Добавление в БД записи о новом пациенте; Поиск пациента в БД; Просмотр и редактирование анкеты пациента; 46 Удаление записи пациента из БД; Создание на рабочем столе пИПМКи с документами пациента. 2. Работа с монитором UA-767PC. Для взаимодействия с прибором необходимо подключить его к компьютеру через разъем RS232C серийного порта. В пИПМКе пациента с помощью формы для работы с монитором возможно: Считывание данных и создание соответствующего файла. Очистка памяти прибора. Программирование режимов работы. 3. Работа с данными. По щелчку мыши на иконке файла с результатами мониторинга происходит открытие формы обработки данных, которая позволяет: Производить фильтрацию полученных с монитора данных. Просматривать данные в виде таблицы и графика. Устанавливать пограничные значения АД и выделять интервалы для отдельного анализа. Автоматически рассчитать индексы, связанные с изменением АД и ЧСС. Создавать и выводить на печать один из 4 отчетов, содержащих основные параметры трендов АД и ЧСС, и заключение врача. Как уже говорилось выше, программа не совместима с современными ОС Windows XP, Vista и т.д., поэтому не удовлетворяет требованиям к ИПМК. Возникла потребность в ПО, которое лишено этого недостатка. С помощью логического анализатора TLA5201B были расшифрованы последовательности команд при выполнении основных операций с прибором (считывании и удалении данных). Полученные данные послужили исходным материалом для написания программы по управлению тонометром с помощью ПК. Программа была подготовлена в среде Delphi под руководством консультанта А.Ю. Дерстуганова. Внешний вид рабочего окна программы представлен на рис. 3.3. Программа позволяет проводить считывание данных с прибора и их удаление. 47 Рисунок.3.3 -. Рабочее окно программы Функции наглядного представления базы данных пациентов и работы с данными выполняет база данных «Пациенты 2012», о которой подробнее рассказано далее. 48 4.2 Программное обеспечение к электрокардиографу SEMACOMM и SEMA-200 Электрокардиограф, использованный для создания АПР, демонстрационной версией программного обеспечения SEMA-200, поставлялся в с составе которой существует отдельный модуль коммуникации SEMACOMM . Минимальные системные требования для работы SEMACOMM: Процессор: Pentium 300 MHz и выше. Оперативная память: 128 MB (рекомендовано 256 MB). COM-порт. Операционная система: Windows 2000 или Windows XP. Рисунок 2.2 – Окно программы SEMACOMM В настройках конфигурации программы SEMACOMM устанавливается скорость соединения по COM-порту, пИПМКа назначения для принятых файлов и др. Файлы на компьютер пишутся с расширением RST. Для корректной работы передачи данных скорость обмена информацией в модуле SEMACOMM должна совпадать с настройками скорости на кардиографе. Оптимально выбирать максимальную скорость, то есть 115200 бит/с. По умолчание файлы попадают в каталог C:\SemaComm\Import. После этого открывается программа SEMA-200, и производится импорт файлов в нее из каталога. Минимальные системные требования SEMA-200: Процессор Pentium 233 МГц или выше. 4 МБ RAM (рекомендуется 128). Графика XVGA, 1 MБ с разрешением 1024x768 или выше. Windows 2000, ХР. Далее в главном окне программы SEMA-200 (рисунок 3.4) можно выбрать конкретного пациента, воспользовавшись при этом поиском по фамилии, имени либо 49 ИД, а затем из списка доступных для этого пациента ЭКГ, отсортированных по дате, выбрать нужную. При двойном нажатии левой клавиши мыши на ячейку с выбранной ЭКГ откроется окно для ее изучения (рисунок 3.5). Рисунок 3.4 – Окно программы SEMA-200 для выбора пациента и его ЭКГ 50 Рисунок 3.5 – Окно программы SEMA-200 для анализа ЭКГ пациента 4.3 Программное обеспечение к МПР6-03-«Тритон» Вместе с монитором МПР6-03-«Тритон» поставлялась программа CardioNet 3.0., которая позволяет подключить прибор к ПК и СЦМ. (рис.2.). Рисунок.2. Система централизованного мониторинга СЦМ «Тритон» 51 СЦМ предназначена для постоянного наблюдения за состоянием нескольких пациентов одновременно. Сеть включает в себя центральный пост и прикроватные мониторы (или пульсоксиметры), оборудованные встроенными сетевыми адаптерами и соединенными сетью обмена данными с центральным постом [4]. Графический интерфейс обеспечивает простое управление окнами пациентов и вспомогательными окнами. Технические характеристики СЦМ: объединение в сеть до 32 приборов, как пульсоксиметров, так и мониторов; текущая память всей числовой и графической информации в автоматическом режиме 72 часа, в ручном - более 500 суток; вывод на принтер четырех стандартных печатных форм (суточные тренды, произвольные тренды, ЭКГ, тренды + ЭКГ); сохранение фрагментов ЭКГ, ФПГ произвольной длины на жесткий диск с последующим просмотром, анализом и печатью, возможность записи на СDдиски файлов или архива; возможность подключения к локальной сети учреждения. После подключения приборов программа отображает все приборы одновременно, весь экран разбит на отдельные панели, отображающие данные с приборов. Панель разделена на несколько частей: 52 Фамилия, Имя, Отчество, при двойном нажатии мыши на ФИО можно изменить информацию о пациенте Две кривые на выбор, выбор окна осуществляется в окне настройки панели; Цифровые показатели; Тревожное сообщение; Сообщения о неподключенных датчиках Программа имеет четыре режима просмотра, соответствующих вкладкам: Кривые - для просмотра всех кривых (ЭКГ,ФПГ, Дыхание) и всех цифровых параметров (HR ,SpO2,NIBP, T1,RESP,PR) в реальном времени, из памяти за последние несколько часов или из файла; Тренды - для просмотра трендов (изменения цифровых параметров во времени изображенные в виде графика) всех цифровых параметров в реальном времени, из памяти или из файла (HR ,SpO2,NIBP, T1,RESP,PR); Просмотр ЭКГ - для просмотра ЭКГ из памяти или из файла. 53 5 РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ СБОРА И ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ 5.1 Локальная медицинская сеть учреждения Современное учреждение, особенно медицинское, невозможно себе представить без электронного документооборота, баз данных и автоматизированных рабочих мест. Для обеспечения сбора и обработки результатов измерений Монитора пациента МПР6-03-«Тритон», Электрокардиографа Schiller AT-101 и тонометра UA-767PC на кафедре Экспериментальной физики была организована локальная медицинская сеть. Медицинская сеть включает в себя центральный пост и рабочие станции, оборудованные встроенными сетевыми адаптерами и соединенными сетью обмена данными с центральным постом (Рис.). Рисунок .... Работа локальной сети организована согласно наиболее-распространенной технологии Ethernet, которая описывается стандартом 802.3 и соответствует 1 и 2 уровням эталонной модели OSI. У каждого компьютера, который подключен к сети, есть два основных адреса: IP-адрес и MAC-адрес. Основная задача MAC-адреса - это 54 однозначная идентификация конкретного устройства. По MAC-адресу можно однозначно идентифицировать устройство, которое подключено в сеть. Для объединения устройств в сеть используется роутер (маршрутизатор; route – маршрут). Роутер осуществляет связь, как между сетями, так и между устройствами сети. Причём эти устройства могут соединяться через роутер как с помощью проводной, так и беспроводной связи. Сеть строится по принципу «звезды». То есть, все компьютеры и устройства, независимо друг от друга подключаются к роутеру, который является центром этой «звезды», то есть, сети. Роутер в свою очередь подключается к сети интернетпровайдера, и раздаёт internet на все подключённые к нему устройства (рис). Рисунок ПК подключаются к сетевым коммуникациям через разъем RJ-45 соединительным кабелем типа витой пары. Рабочая станция представляет собой место работы пользователя с медицинским прибором и включает в себя полноценный ПК, установленное на нем программное обеспечение для работы с конкретным медицинским аппаратом, а также вспомогательное оборудование (если потребуется). Так, например, рабочая станция для работы с электрокардиографом Schiller AT101 состоит из ПК со встроенной сетевой картой, ПО Sema-200 и SEMACOMM и 55 внешним принтером для печати экг и отчетов в формате А4. По аналогии устроены рабочие станции для осуществления управления данными, полученными с Монитора пациента МПР6-03-«Тритон» и тонометра UA-767PC. После того как будут получены результаты измерения медицинского аппарата через интерфейс СОМ-порт (тонометра или электрокардиографа) или Ethernet (монитора пациента) данные передаются в ПК рабочей станции и затем по сети направляются пользователем на центральный пост. Центральный пост представляет собой компьютер-сервер, выделенный из группы ПК рабочих станций для выполнения определенных сервисных задач. Главной задачей сервера является хранение биомедицинской информации, полученной из разных источников, что позволяет пользователю, имеющему право доступа, просмотреть результаты измерений, нескольких приборов прямо на своем рабочем месте, даже если оно физически находится в другом месте. 56 5.2 Проектирование БД «Пациенты2012» для АПР Программное обеспечение каждого производителя медицинского оборудования уникально и поэтому для построения единой компьютерной системы не годится, т.к. создано только для приборов одной компании и для работы с данными оборудования, произведенного другими, не предназначено. Одной из практических задач при создании аппаратно-программного комплекса для медико-биологических исследований было создание единой базы данных (БД) и импорт в нее данных из программного обеспечения приборов. БД «Пациенты 2012» была разработана для учета пациентов, обработки, графического представления и хранения данных, полученных в ходе измерения тонометром, электрокардиографом и монитором пациента. Чтобы обеспечить информационную поддержку и компьютерную обработку результатов измерений была выбрана программная среда Microsoft Office Access 2003. Основной формой хранения информации о пациентах в БД являются таблицы. В БД «Пациенты2012» таких таблиц 6, среди которых можно выделить четыре главные таблицы «Пациенты», «Результаты Измерений1», «Таблица Монитор», «Таблица ЭКГ». Таблица «Пациенты» содержит информационные записи (строки) обо всех пациентах, когда-либо зарегистрированных в БД, и имеет следующие поля (столбцы): «Код Пациента», «Фамилия», «Имя», «Отчество», «Дата Рождения», «Пол», «Фотография», «Адрес», «Телефон», «Рост», «Вес». Данные в каждом поле имеют определенный формат: текстовый, дата\время, числовой, счетчик или OLE. 57 Рисунок.3.4- Структура таблицы «Пациенты» С таблицей «Пациенты» связана подчиненная таблица «Пол», в которой хранятся коды соответствующего поля исходной таблицы. Вторая главная таблица «Результаты Измерений1» содержит результаты мониторинга АД и состоит из полей: «Код», «id», «дата», «время», «сад», «дад» и «пульс». Таблица «Импорт» является вспомогательной к ней и нужна для предварительной записи результатов измерений тонометра. «Таблица ЭКГ» выполняет функцию хранилища информации о проведенных записях ЭКГ всех пациентов БД с указанием даты и времени занесения информации в базу т.е. проведения исследования. Соответственно, она состоит из полей: «порядковый номер», «id», «дата», «время», «файл». Отличительной особенностью данной таблицы, является то, что поле «файл» имеет специальный формат OLE для хранения файла с расширением .pdf, сформированного в программе SEMA-200. По аналогии выстроена структура таблицы «Таблица Монитор», только в поле OLE загружается файл с расширением .gif, созданный программой CardioNet 3.0. Стоит отметить, что хранение непосредственно файлов gif и pdf не обязательно. По желанию пользователя, можно хранить в поле таблицы ссылку на 58 файл. Это позволяет не загружать базу большим объемом графической информации и увеличить ее быстродействие. При необходимости пользователь может добавлять, редактировать, удалять записи о пациентах непосредственно в таблицах. В БД для осуществления различных операций с данными предусмотрены запросы, формы и макросы. Важным компонентом при разработке БД было создание простого и понятного графического интерфейса для работы с данными. Графический интерфейс базы, представляет собой несколько связанных окон – форм (рис 3.5). На них расположены управляющие кнопки, поля для ввода информации с клавиатуры, списки для выбора объекта из уже имеющихся вариантов. Форма «ВходВБазу» Форма «НовыйПациент» Форма «ПоискПациента» Форма «КартаПациента» Форма «Отчет АД» Форма «Новый ЭКГ» Форма «Отчет ЭКГ» Форма «Новый Мониторинг» Форма «Отчет Мониторинг» Рисунок.3.5 - Графический интерфейс базы Форма «Вход В Базу» - это первая, стартовая форма, которую видит пользователь. Она предоставляет ему возможность выбора одного из двух последующих действий: поиск пациента в БД либо добавление в БД информации о 59 новом пациенте. Выбор осуществляется нажатием кнопки с соответствующим названием («Поиск Пациента», «Добавить Пациента»), после чего открываются формы «Новый Пациент» и «Поиск Пациента» для проведения данных операций. На исходной форме имеется также кнопка «Выход», при нажатии на которую можно закрыть БД. Рисунок.3.6 - Форма «Вход В Базу» Форма «Новый Пациент» представляет собой анкету, которую необходимо заполнить пользователю. Анкета содержит следующие графы для заполнения: «Фамилия», «Имя», «Отчество», «Дата Рождения», «Пол», «Адрес», «Телефон», «Рост», «Вес». Ввод информации осуществляется с клавиатуры. Имеется отдельное поле для размещения фотографии пациента в формате bmp. Для этого необходимо просто вызвать меню щелчком правой клавиши мыши на поле и выбрать «Добавить объект», после чего указать путь к файлу с фото. Кнопка «Сохранить» позволяет внести с формы в БД информацию о пациенте в виде новой записи в таблице «Пациенты». 60 Рисунок.3.7 Форма «Новый Пациент» Форма «Поиск Пациента» - это поисковая форма, которая позволяет найти информацию о конкретном пациенте, содержащуюся в записи таблицы «Пациенты». Для осуществления поиска пользователю необходимо выбрать один из трех параметров: «Пол», «Фамилия» или «Дата Рождения» - и указать его значение, после чего в поле «Список пациентов» появится нужная запись. Щелчок мыши по записи открывает форму «Карта Пациента». Рисунок.3.8 –Форма «Поиск Пациента» Форма «Карта Пациента» представлена в виде пИПМКи с четырьмя вкладками: «Анкета», «Измерения АД», «ЭКГ», «Мониторинг». Щелкая по вкладкам, можно получать данные отдельно взятого пациента и добавлять 61 результаты его медицинских исследований, полученные с помощью тонометра, электрокардиографа и монитора прикроватного. На вкладке «Анкета» отображается общая информация о пациенте и его фото, хранящиеся в БД. Вкладка «Измерения АД» включает в себя таблицу «Результаты», где содержатся значения: «дата», «время», «сад», «дад» и «пульс». Кроме того, предусмотрены еще две кнопки. При нажатии кнопки «Добавить» данные, полученные с тонометра, из пИПМКи «data», где содержится файл data.txt с результатами измерения, подгружаются в таблицу «Результаты» на форме. Во избежание дублирования информации в таблице при многократном нажатии кнопки предусмотрено ее исчезновение после первого щелчка. Кнопка «Показать Отчет» открывает форму «Отчет». Рисунок.3.9 - Форма «Карта Пациента» 62 Рисунок.3.10 - Форма «КартаПациента» Форма «Отчет» позволяет представить полученные в ходе мониторинга АД данные в удобной для дальнейшего анализа форме. На форме располагается график зависимости АД от времени, измерения отражаются в таблице «Результат Измерения». Значения автоматического расчета среднего, максимального и минимального значений ДАД, САД и пульса содержатся в полях «Сред», «Макс» и «Мин». Кнопка «Печать» позволяет распечатать «Отчет» на принтере. 63 Рисунок3.11- Форма «Отчет» Другая вкладка - «ЭКГ» предоставляет пользователю информацию о результатах исследования сердечной деятельности, проведенного на электрокардиографе Schiller AT-101. Внешний вид вкладки показан на рисунке 3.12. Рисунок 3.12.- Карта Пациента Вниманию пользователя здесь представлен список файлов с отчетами, сгенерированными в программе SEMA-200. Чтобы просмотреть нужный отчет, 64 достаточно кликнуть по строке мышью, после чего откроется отдельное окно. Фрагмент отчета изображен на рисунке 3.13 Рисунок 3.13.- Отчет ЭКГ В приведенном примере отчет содержит сведения о личности исследуемого, результаты подсчета ЧСС по данным ЭКГ, длительности кардиоинтервалов, интерпретации полученных значений и сами исходные кривые ЭКГ в нескольких отведениях. Содержание отчета зависит от настроек программы и прибора. Чтобы распечатать его, достаточно щелкнуть кнопку с надписью «Печать». Если требуется произвести какие-либо дополнительные манипуляции с отчетом, например, копировать или открыть файл в создавшем его приложении, то нужно кликнуть по изображению правой клавишей мыши, т.о. вызвав меню для дальнейшей работы с документом. У вкладки «ЭКГ» есть и другая функция – добавление новых отчетов пациента. Для этой цели предусмотрена кнопка «Добавить», которая вызывает чистую форму для заполнения, как показано на рисунке 3.14. 65 Рисунок 3.14. При добавлении нового отчета ему автоматически присваивается номер по порядку следования в «Таблице ЭКГ», требуется указать дату, время и загрузить файл в БД. Для внедрения файла достаточно кликнуть на поле, вызвать меню, выбрать «Добавить объект», найти файл и нажать «Сохранить». После этого файл появится в БД и в списке на вкладке «ЭКГ». Последняя вкладка на карте пациента - «Мониторинг», изображена на рисунке 3.15. Здесь доступны сведения из отчетов, созданных в программе CardioNet 3.0. По виду и содержанию она повторяет вкладку «ЭКГ». На форме расположены объекты управления: кнопка для добавления нового отчета и список с результатами мониторинга. 66 Рисунок 3.15- Вкладка «Мониторинг» на Карте пациента Отчет состоит из графиков (трендов) зависимостей параметров от времени. Можно оценить сатурацию SpO2, температуру Т, частоту пульса, сердечных сокращений, дыхания и АД. Благодаря этому документу можно наблюдать динамику изменения показателей в течение продолжительного периода. Автоматически фиксируются дата и время обследования, отмечаются имя и возраст пациента. Число кривых определяется количеством одновременно подключенных датчиков к монитору. Вид отчета представлен ниже на рис 3.15. Как и для ЭКГ, доступна функция вывода документа в печать, копирования и открытия в создавшем его приложении. 67 Рисунок 3.15 Таким образом, подводя промежуточный итог, можно сказать, что была организована информационная система поддержки и компьютерной обработки результатов измерений. Многофункциональный и в то же время понятный графический интерфейс позволяет пользователю производить все необходимые операции с данными. 68 5.3 Разработка учебно-методического комплекса по биомедицинской инженерии Одним из практических применений разработанного ИПМК может быть лабораторный практикум у студентов медико-технических специальностей. Приобретение навыков работы со специализированным оборудованием и изучение основ технических методов диагностики таких, как электрокардиография, пульсоксиметрия, капнометрия, осциллометрия, фотоплетизмография, импедансная плетизмография и др, представляются важными для подготовки специалистов по медицинской технике. В рамках биомедицинскому современным учебного практикума направлению, системам у особое программного студентов, внимание и обучающихся необходимо информационного по уделить обеспечения медицинских технологий. В лечебно-профилактических учреждениях широко применяются сетевые технологии, например, ведение электронных баз данных пациентов, сети централизованного мониторинга (СЦМ), поэтому проведение лабораторных работ с оборудованием, реализующим данную функцию, представляется полезным. Для решения этих задач был составлен учебно-методический комплекс лабораторных работ по биомедицинской инженерии. Были подготовлены методические указания к трем лабораторным работам по измерению медицинских показателей с помощью Монитора пациента МПР6-03«Тритон», Электрокардиографа Schiller AT-101 и тонометра UA-767PC: Измерение артериального давления Физические основы и технические аспекты электрокардиографии Измерение физиологических параметров организма с помощью монитора пациента В лабораторной работе №1: «Измерение артериального давления» студентам требуется выполнить три основные задачи. Во-первых, согласно методике, измерить АД с помощью тонометра, рассчитать нормальное для своего возраста давление, сравнить полученные 69 результаты с нормой, сделать предположение о причинах возможного несоответствия. Во-вторых, оценить влияние физической нагрузки на результат измерения АД. В качестве нагрузки предлагается сделать 15-20 приседаний, затем после анализа результатов делается вывод о реактивности сердечнососудистой системы. И, наконец, последнее задание- самостоятельно обработать результаты суточного мониторинга АД «Пациента Х», которые хранятся в БД «Пациенты 2012» . Под обработкой подразумевается расчет среднего, показателей суточного ритма, вариабельности, индексов нагрузки давлением. Эта лабораторная работа знакомит студентов с методикой измерения АД, рекомендованной ВОЗ, закрепляет теоретические аспекты измерения давления, знания о методе осциллометрии, устройстве и принципах работы тонометров. С содержанием методического указания можно ознакомиться в приложении к данной диссертации. В лабораторной работе№2 «Физические основы и технические аспекты электрокардиографии» необходимо провести регистрацию ЭКГ в I,II,III отведениях согласно описанной методике, затем провести анализ полученных измерений: вычислить амплитуду характерных зубцов, временные интервалы, оценить ЧСС, построить ИЭВС по двум проекциям, измерить угол наклона средней электрической оси сердца. Результаты сравниваются с нормой, после чего делаются соответствующие выводы. Данная работа электрокардиографии, позволяет консолидировать принципах знания функционирования и о методе строении электрокардиографа, способах передачи данных от медицинского оборудования к ПК и специализированном программном обеспечении. В лабораторной работе №3: «Измерение физиологических параметров организма с помощью монитора пациента» предлагается провести мониторинг электрической активности сердца и получить ЭКГ, осуществить неинвазивный мониторинг артериального давления (АД), измерить значение нескольких параметров гемодинамики, измерить значения концентрации СО2 с одновременной регистрацией капнограммы, определить с помощью респирограммы дыхательный и 70 минутный объемы легких, осуществить мониторинг насыщения артериальной крови кислородом. Лабораторная работа №3, во-первых, способствует закреплению у студентов знаний таких методов диагностики, как электрокардиография, пульсоксиметрия, капнометрия, осциллометрия, фотоплетизмография, импедансная плетизмография, во-вторых, знакомит с устройством и принципами работы монитора пациента, в котором эти методы реализованы, наконец, дает возможность приобрести практические навыки работы с такого рода оборудованием. 71 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Окороков А.Н Заболевания сердечно-сосудистой системы. Минск. Медицина, 2003. С.293-360. 2. Томилов А.Ф. Непосредственное исследование кровеносных сосудов Учебное пособие. Третье издание. Екатеринбург: УГМА, 2004. С.3-51. 3. Окороков А.Н.. Диагностика болезней внутренних органов.7 том. Минск. Медицина, 2003 С.370-416. 4. Шардина Л.А., Давыдова Н.С., Найданова Т.А., Шардин С.А., Кузьмин Ю.Ф. Артериальная гипотензия, Клиника, диагностика, лечение/Учебное пособие, Екатеринбург: УрГМА, 2006.С.59-73. 5. Фофанов П.Н. методика определения показателей артериального давления. Учебное пособие по механокардиографии. Военно-медицинская ордена Ленина Краснознаменная академия им. С.М. Кирова, Ленинград, 1977г.С.357. 6. Гусев В.Г. Получение информации о параметрах и характеристиках организма и физические методы воздействия на него. Учебное издание. ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет. - М.: Машиностроение, 2004. С. 315-345. 7. Барков А.В., Дерпгольц С.В., О возможности использования современных методов технической диагностики в медицине. АО ВАСТ, C-Петербург., 2005. С. 128-156. 8. Новые профилактические технологии в кардиологической практике. Сборник статей. Под ред. академика РАМН Оганова Р.Г. Москва, 2005 г. С.34-58. 9. Кромвель Л. Медицинская электронная аппаратура для здравоохранения. – М.: Радио и связь, 1981. – С.344-356. 10. Гусев В.Г. Методы и технические средства для медико-биологических исследований: Учебное пособие. Ч.1/В.Г.Гусев, Уфимск.гос.авиац.техн.унт.- Уфа: УГАТУ, 2001. С. 195-218. 72 11. Камышко В.И. Медицинские приборы. Разработка и применение.-М.Медицинская книга, 2004. С.292-332. 12. Инструментальные методы исследования сердечно-сосудистой системы (Справочник). Под ред. Виноградовой Т.С., М., «Медицина», 1986, С. 326328. 13. Приборы автоматические и полуавтоматические для косвенного измерения артериального давления. Общие технические требования и методы испытаний. ГОСТ 28703-90 (СТ СЭВ 6903-89). Дата введения 01.01.92. Издательство стандартов, 1991. УДК 612.141:006.354. Группа Р24. 14. Рогоза А.Н. Методы неинвазивного измерения артериального давления. Институт кардиологии им. А.Л. Мясникова РКНПК МЗ РФ.,2003, С. 115120. 15. Рогоза А.Н. К вопросу о точности измерения АД автоматическими приборами. Функциональная диагностика, № 1, 2003, НИИ кардиологии им. А.Л. Мясникова РКНПК МЗ РФ., 2003, С. 36-38. 16. Приборы, аппаратура и оборудование медицинские. Общие технические условия. ГОСТ Р 50444-92. Дата введения 01.01.94. Издательство стандартов,1993. 17. Дневной монитор для измерения АД и ЧСС UA-767PC: техническое описание и инструкция по эксплуатации, 2001. 18. Руководство по эксплуатации программного обеспечения тонометра (Инструкция по применению) EZ Doctor, 2001. 19. Программы измерения и интерпретации. Руководство для врача. Copyright 1996,1997 SCHILLER AG 20. Руководство пользователя Тритон –ЭлектроникС , 2010. 73
