Биоэлектричество и медицинская электроника: Учебное пособие, страница 27

Для ослабления возможности возбуждения устройства схема может быть модернизирована (рис. 50). В данном случае для развязывания двух цепей обратной связи используется дифференциальный  усилитель 5.

Преимущество предлагаемых схем заключается в том, что компенсация постоянной составляющей в этом случае осуществляется в  каждом из плеч источника сигнала. Аналогичным образом устройства могут быть реализованы также на основе фильтров высоких частот.

Источником питания большинства устройств для исследования и регистрации кардиосигналов является промышленная сеть. В связи с этим возникает две проблемы: первая – защита пациента и персонала от поражения электрическим током при нарушениях изоляции высоковольтных сильноточных цепей, вторая – ослабление влияния помехи с частотой промышленной сети, проникающей на входы каскадов предварительного усиления по цепям питания.

Спектр кардиосигнала занимает полосу от 0,05 до 800 Гц. Ограничение полосы пропускания усилителей до 120 Гц уменьшает проникновение биопотенциалов скелетных мышц в кардиосигнал, существенно не искажая последний. Используемые на практике приборы имеют еще более узкую полосу: 0,05 – 60 Гц. Именно в нее попадает частота промышленной сети, равная 50 Гц. Чтобы ослабить влияние этой помехи в ряду других решений (фильтры, вырезающие частоту 50 Гц), входные каскады усилителя гальванически изолируют («развязывают») от остальной части устройства, от заземляющего провода и корпуса прибора (рис. 51). При соответствующем выборе напряжения пробоя изоляции этот прием решает и проблему защиты пациентов и персонала от поражения электрическим током. Исключение гальванической связи приводит к необходимости решения задачи питания входных каскадов и передачи от них кардиосигнала в последующие каскады. Первая часто решается путем преобразования выпрямленного напряжения промышленной сети 7 в переменное напряжение высокой (до 100 кГц и более) частоты 5, последующей передаче этого напряжения (обычно с помощью трансформатора 3 с высоковольтной изоляцией  между обмотками) в устройство питания входного усилителя 2, где и происходит его преобразование в требуемое постоянное напряжение.

Передача кардиосигнала из входного усилителя 1 может осуществляться различными способами. В настоящее время известны устройства гальванического разделения с магнитной, оптической или радиосвязями 4. В случае магнитной связи сигнал может передаваться либо непосредственно через изолирующий трансформатор, либо путем переноса его спектра в более высокочастотный диапазон (модуляции), передачи с помощью связанного или свободного электромагнитного поля, приема и демодуляции. При оптической связи передача кардиосигнала также осуществляется с использованием механизмов модуляции–демодуляции. Различие заключается лишь в элементной базе, реализующей эти принципы: в устройстве связи 4 используется светоизлучающий диод, световой поток которого подвергается модуляции, и фотоприемник, сигнал на выходе которого пропорционален кардиосигналу.

Блок индикации служит для визуализации кардиосигнала. Его структурное построение изменяется в зависимости от назначения. В одних случаях электрический сигнал преобразуется в механические перемещения, траектория которых фиксируется на носителе (самописец). Чаще это бумажная лента, движущаяся с определенной скоростью, перпендикулярно к направлению которой перемещается записывающий элемент. Используются различные способы записи: чернильная, струйная, тепловая и другие.

В других случаях информация выводится на экран электроннолучевой трубки или других электронных, полупроводниковых или газоразрядных индикаторов. Каждый из способов имеет свои преимущества и недостатки. Первый ограничен по времени наблюдения  конечной длиной ленты, основной недостаток второго – относительная сложность документирования информации.

Кроме этих основных блоков, устройства для измерений и регистрации кардиосигналов имеют еще кабели отведений, соединяющие электроды со входными цепями и, в случае последовательной регистрации из многих отведений, переключатели отведений. Кабели отведений – это изолированные гибкие проводники достаточно большой (около 1 м) длины. Высокая чувствительность кардиосигнала и большая длина кабелей отведений делают устройство весьма чувствительным к различного рода радиочастотным помехам. Вследствие этого в некоторых случаях кабели отведений экранируют. Еще больший эффект приносит подключение электродов к усилителю через повторители, установленные либо на самих электродах, либо близко к ним настолько, чтобы наводки на отрезок провода, соединяющего электрод с повторителем, были несущественны. В этом случае малое выходное сопротивление повторителя и возможность передачи сигнала от него радиочастотным кабелем практически исключают проникновение внешних помех во входные цепи усилителя.

Переключатели отведений представляют собой либо обычные механические устройства, либо электронные коммутаторы. Последние, как правило, имеют интегральное исполнение. Управление каналами осуществляется цифровым способом. Требования к переключателям сводятся к малости и стабильности контактных сопротивлений, долговечности, надежности и простоте манипуляций при переключениях.

По длительности непрерывного наблюдения и фиксации кардиоаппараты делятся на две большие группы. В первую группу входят приборы, с помощью которых осуществляется наблюдение или документирование кардиосигнала в течение относительно небольших (единицы – десятки минут) интервалов времени. Такого рода приборы именуются кардиографами или кардиоскопами. В кардиографах запись информации осуществляется на бумажной ленте, в кардиоскопах сигнал наблюдается на экране электроннолучевой трубки.