CC BY
9
УДК615.47; 621.398
ЗУДОВ о. м.
МЕТОДИ БОРОТЬБИ В ЗАВАДАМИ I АРТЕФАКТАМИ У ФОТОПЛЕТИЗМОГРАФП
Розглянуто можлив1 пшяхи вирппення проблем, що виникаютъ при реестрацп ппе-тизмограм 1 вимпрюванш частота пульсу. Подано аналп piзнoмaнiтниx засоб1В боро-тьби ¡з завадами i артефактами, а також рекомендацп щодо застосування цих засоб1в.
В сучаснш медицин! вимоги до в1ропдносп доагностично! шформацп, зокрема, плетизмограф1чно1, висою, тому при розробхц електронних даагнос-тичних систем необхадно придаляти особливу увагу усуненню до завад 1 артефакпв, яы можуть призвести до помилок у робот1 апаратури { до одер-жання нев1рних даних.
Основш проблеми, що виникаютъ при обробщ плетизмограми, це: 1) вплив дихальних артефакпв; 2) доя мережних електричних наводок; 3) вплив рухових артефакпв; 4) труднохщ, пов'язаш з видолениям перюду плетизмограми для вишрювання частота серцевих скорочень (ЧСС).
Основний прояв впливу дихання - це так зваю «повшьш хвиш», яи яв-ляють собою шфранизькочастотний сигнал (частота 0,1...0,5 Гц вщповщають частот! дихання), що накладаеться на основний сигнал пульсово! хвил1. Повшьш хвшп, обумовлею в фотоплетизмографп змшою коефиценту вщбиття кров1 внаслщж окислювання гемоглобшу (сатураци), а також шшими про-цесами в оргатз\п, можуть в декшька раз1в перевищувата по амплиудо ко-рисний сигнал. Це призводить до збшьшення динам1чного доапазону сигналу, що тягне за собою, з одного боку, насичення шдсилювач1в, а з шшого боку, до необхщносп збшьшення розрядносп АЦП в раз1, якщо плетизмог-рама обробляегься за допомогою ЕОМ. Тому дихалып хвшп повинш бути вщфшьтроваш.
Згщно проведених нами експерименпв, в яких брали участь понад 30 оаб вшом вад 20 до 50 роив, виявили, що гз збшьшеиням частота дихання амшитуда повшьних хвиль зменьшуеться, 1 при наближенш частоти дихання до ЧСС вони стають практично непомггними. Це дае пщстави вважати за можливе позбавлятися 1'х за допомогою частотно! селекцп, тобто за допомогою ФВЧ. Для задовшьшн редукцп достатньо ф1льтру 3-го порядку з частотою зр1зу 0,7 Гц.
Окр1м того, знизити вплив дихання в фотоплетизмографп можна, вико-ристовуючи випром1нювач датчику, що працюе на певшй довжиш хвил1, на
98
© Зудов О. М.
яьсш коеф1щент вщбиття мало залежнгь вщ сатураци кров1 (так звана вобес-тична хвиля (к - 810 нм [1]).
Боротьба ¡3 мережними наводками здшсшосться за допомогою мостового включения датчику як наслщок, тридротового зв'язку з диференщйним шдсшповачем, що виконуеться за схемою шструментального гадсилювача [2] 1 здшснюе редуюцю синфазно! завади.
Обчислення спектра плетизмограми виявило, що и форму практично повюстю визначають перпп ам гармошк, тобто /верх < 28 Гц (коли ЧСС = 240 хв1). Тому д ля додатково! редукцн мережно! наводки 50 Гц можна вико-ристати ФНЧ.
Треба також ввдзначиги, що ютогао зменппгги дою наводок можна, роз-ташувавши пщсилювач безпосередньо поблизу датчика у виглвд суцшьного вшпрювального мжроблока, а практично повно! вщсутносп завад можна досягти, застосовуючи модулящйний метод, у якому датчик використо-вуеться безпосередньо для модуляци [3].
Вплив рухових артефакпв зумовлений неицльним закр1пленням датчика. Проте надго пильне кр1плення може лризвести до спотворення плетизмограми внаоддок сильного стиску судин. Тому плетизмограф1чний датчик повинен мати приладдя регулювання м1ри тиску, таке як, наприклад, запро-поноване в [4].
При використанш чотирьох фотоприймач1в (по два в протилежних плечах моста) можна зменшити дою рухового артефакта, розташувавши фото-приймач1 кожно1 пари по р1зш боки випромшювача.
Обчислення ЧСС за плетизмограмою ускладнене там, що форма пуль-сово1 хвиш звичайно мае два максимуми (анакротична 1 дикротична хвиля). Застосування часово! селекци (одокдабратора) для визначення перюдичносп серцевих скорочень недоцшьно, тому що часовий ¡нтервал м1ж максимумами звичайно становить 0,3 перюду пульсу, а змша ЧСС людини знаходиться в межах 40-250 хв"1, тобто /¡//н = Т^/Т^ > 6. Тому для часово'1 селекцн тщпбна шдстройка тривалосп ¡мпульсу «часового висна» для р1зних частот пульсу.
Проте другий максимум звичайно менший за перший, тому для визначення перюду серцевих скорочень можна використати пороговий прилад ¡з пстерезкюм (тригер Шмпта). У paзi ж, коли другий максимум сум1рний 13 першим, а це бувае при змш форми плетизмограми внаслщок затримки ди-хання, можливе використання амплпудно1 селекци з допомогою тригера Шмпта теля попереднього диференцповання сигналу, тому що крутизна фронту анакротично! фази пульсово! хвши звичайно бшыиа за крутизну фронпв дикротично! фази.
Внаслщок затримки дихання, кр1м того, звичайно спостеркалося змен-шення амплпуди пульсово! хвшп, що також може спричинити помилки у вим1рюванш ЧСС. Тому дощльно ввести в гадсилююч1 каскада плетизмографа автоматичне регулювання тдсилення (АРП).
На закшчення треба зазначити, що перел1чеш засоби обробки бюсигна-лу (фшьтращя, диференщювання, амшйтудна селекщя, АРП) можна реал1зу-вати як аналоговим засобом, так { за допомогою ЕОМ, перетворивши плети-змограму в цифрову форму. Другий зааб мае в!дом1 переваги, проте проведения обробки сигнал1в в реальному масштаб! часу вимагае великих обчислювальних ресурав \ високо! швидкоди ЕОМ. Дощльно провести по-передню аиалогову фшьтращю сигналу для зменшення, як уже вщзначалося, динам1чного диапазону.
Згадаш засоби були реалповаш \ випробуваш на макетних зразках фо-топлетизмограф1в, ¡спита яких дали позитивш результата у вирнненш задач1 точно! 1 завадостШко! реестрахц! плетизмограми.
Б1БЛЮГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Основные этапы развития фотооксигемометрии / Г. Н. Леонов, Ю. И. Мусий-чук и др. // Медицинская техника - 1993,- № 1.- С. 5-20.
2. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Т. 1,- М. : Мир, 1984 - 598 с.
3. Григорьев В. Ф., Даншевич В. В., Фролов Г. И. Устройство для дистанционного фотометрического анализа параметров кровотока // Приборы и техника эксперимента,- 1997.- № 3,- С. 169.
4. Метод и прибор с микропроцессорной обработкой информации для неинвази-вного определения гемоглобина в тканях человека / В. Будяк, В. Корсунский, А. Снегур и др. // Информационные технологии и программно-аппаратные средства в медицине, биологии и экологии. Материалы семинара. Ч. 1- К. : Мединформ, 1998.-С. 85-94.
Надшита до редколеги 23.03.98.
