Сайт посвящен ПЭВМ АГАТ: Передовица » Макулатура » Микропроцессорные средства и системы » 1984, N2

1984, N2

Медицинский многофункциональный комплекс на основе персональной ЭВМ

Торгов Ю.И., Кравченко Т.А., Азимова Г.У.

УДК 681.322.1:519.2

Как правило, современные медицинские приборы на базе микропроцессоров и микроЭВМ — узкоспециализированы. Этим и объясняется их широкая номенклатура, порождающая много проблем. Огромный парк современных медицинских приборов затрудняет обучение медперсонала пользованию ими, организацию их периодического обслуживания и ремонта в условиях поликлиник и больниц. В узкоспециализированных приборах обычно используются специализированные микроЭВМ, выпускаемые малыми сериями в «приборном» исполнении.

Встроенные микропроцессорные средства позволяют разработать многофункциональные приборы, способные заменить целый комплекс узкоспециализированных массовых приборов.

Целесообразно проектировать многофункциональные медицинские приборы на базе серийных персональных ЭВМ (ПЭВМ) и набора периферийных специализированных измерительных блоков, подключаемых к стандартным цифровым каналам ПЭВМ.

Специализация такого комплекса на требуемый вид работы сводится к подключению нужного периферийного блока и ввода соответствующей программы со стандартных машинных носителей. Повышенная стоимость ПЭВМ, оснащенной стандартной периферией, по сравнению со стоимостью специализированной микроЭВМ в приборном исполнении компенсируется тем, что одна ПЭВМ используется одновременно в нескольких приборах, тогда как специализированные микроЭВМ нужны в каждом. К тому же стоимость массовых ПЭВМ имеет тенденцию к снижению. Модернизировать прибор, построенный на базе ПЭВМ, значительно проще, чем на базе специализированных микроЭВМ. Помимо стандартных средств отображения, хранения и документирования данных ПЭВМ оснащены системами автотестирования и помощи оператору в случаях его ошибок. Это позволяет автоматизировать настройку и калибровку приборов на базе ПЭВМ при включении, организовать выдачу на дисплей поясняющих инструкций медперсоналу по запросу или в случае обнаружения ошибочных действий, в том числе и при обучении медперсонала.

Главный аргумент в пользу применения серийных ПЭВМ в качестве стандартного блока медицинских приборов — наличие прилагаемого к ПЭВМ стандартного набора технических и программных средств для повышения удобства и эффективности работы пользователя. До сих пор они были доступны почти исключительно программистам, хотя чрезвычайно важны и для медперсонала.

Важно учитывать, что программное обеспечение и дополнительные модули к ПЭВМ — это результат работы не только относительно узкой группы разработчиков, но и огромного числа пользователей и могут быть эффективны для медицины. И, наконец, ПЭВМ, входящую в приборный комплекс, следует использовать в качестве средства обработки документов, так как автоматизация ведения историй болезней, статистики и т. п. сейчас недостаточно широко применяется.

Рассмотрим сферы применения разработанного для районных поликлиник комплекса на базе ПЭВМ «Агат».

Анализатор изменений сердечного ритма

Сердечный ритм — это важный диагностический параметр состояния организма. Анализатор используется для оценки глубины наркотического сна, определения оптимального режима гипербарической оксигенации и др. [1]. Прибор непрерывно измеряет длительность последовательных интервалов R — R, регистрирует измеренные значения. Для каждых 120 интервалов он вычисляет гистограмму распределения, математическое ожидание, дисперсию, ее изменение и комплексный диагностический параметр «коэффициент напряженности» по формуле, учитывающей статистические параметры (рис. 1).

В численном виде на экран выводятся номер интервала в цикле, длительность интервала (мс), соответствующее этой длительности число ударов пульса в минуту, математическое ожидание и дисперсия для каждого цикла из 120 измеряемых интервалов. Графически на экране отображаются длительность всех интервалов цикла, гистограмма распределения и величина дисперсии. Это позволяет наглядно представить характер сердечного ритма, быстро оценить тенденции его изменения и при необходимости принять меры для нормализации состояния пациента. Появление аномальных параметров сопровождается сигналом тревоги.

По указанию оператора, полученные данные буферизуются в памяти ПЭВМ и сохраняются на магнитном носителе после сеанса.

Периферийный блок. Сигнал ЭКГ с выхода предусилителя подается на периферийный блок, стыкованный с ПЭВМ через стандартный разъем подключения дополнительных функциональных блоков к сигнальным шинам.

В состав периферийного блока входят преобразователь АЦП (точность — 8 двоичных разрядов, время преобразования — 3 мкс), преобразователь «время—код» на базе программируемого таймера КР580ВИ53 [5] и параллельный порт на базе БИС КР580ИК55. Параллельный порт используется для программного управления вспомогательным оборудованием и приборами во время сеанса, а также для генерации прерывания от внешних сигналов и от программируемого таймера. Аналоговые сигналы ЭКГ преобразуются в цифровые с частотой от 250 до 4000 отсчетов/с и непрерывно обрабатываются программой фильтрации с одновременным дифференцированием. При этом истинное положение экстремума зубца R определяется с точностью до 0,25 мс даже при существенных сетевых помехах. Чтобы распознавать зубец R, программа анализирует значения сигнала, его первой и второй производных. Это практически исключает ошибки в случае аномально большого зубца T (обычно меньшего, чем зубец R). Обнаружив экстремум R-зубца, программа вводит с преобразователя «время—код» значение длительности предыдущего интервала RR и дает преобразователю команду измерить новый интервал. Длительность каждого измеренного интервала RR анализируется и при выходе за допустимые пределы отбрасывается. Это позволяет исключить искажения ЭКГ, возникающие, например, из-за движений пациента.

Предусилителем может быть стандартный кардиограф, источником входного сигнала — кардиосигнализатор КС-02. Последний формирует на выходе прямоугольный сигнал R-зубца, который можно подать на вход системы прерываний ПЭВМ. При этом отпадает надобность в АЦП, в программе обработки сигнала и выделения экстремума зубца R, но точность определения интервала снижается до 2 мс (для многих практических случаев этого достаточно).

Анализатор активности мозга по ЭЭГ

Как показано в работе [2], при снятии электроэнцефалограммы (ЭЭГ) с кожи головы, высокочастотная (60-120 Гц) составляющая сигнала несет важную информацию о степени активности мозга (рис. 2). В качестве диагностических параметров прибор вычисляет среднее число экстремумов высокочастотной составляющей ЭЭГ, значение средней линии и среднюю амплитуду сигнала в единицу времени (обычно 10 с).

В состав блока сопряжения входят 4-канальный АЦП (8 разрядов, 3 мкс), БИС программируемого таймера КР580ВИ53 и параллельный порт на БИС КР580ИК55.

Программа обработки ЭЭГ. Аналоговый сигнал ЭЭГ вводится с выходов предусилителя энцефалографа на входы АЦП. Цифровые сигналы вводятся в «кольцевые буферы», организованные в памяти ПЭВМ. В них в любой момент времени содержится 16 последних значений сигнала, используемых программой фильтрации. При нахождении экстремума по изменению знака производной разность сигналов в точках двух последних экстремумов разного знака сравнивается с заданным порогом. В случае превышения порога экстремум считается истинным. Программа обработки данных написана на языке ассемблер и работает по временным прерываниям от программируемого таймера с частотами 500 и 1000 Гц. При частоте прерываний 500 Гц можно одновременно обрабатывать сигналы с четырех каналов.

Фоновая программа на языке Бейсик вычисляет по формулам, отображает на экране в виде графика значения полученных параметров на всем протяжении сеанса и буферизует результаты для последующей записи на машинные носители.

Программируемый стимулятор для кабинетов рефлексотерапии

Программируемый стимулятор измеряет динамические характеристики биологически активных точек (БАТ) и анализирует динамику реограммы; генерирует программируемые по величине и закону изменения во времени напряжения и токи для электроакупунктуры, а также белый шум или периодический сигнал в диапазоне частот от долей герца до 2 МГц для облучения, набор звуковых и визуальных стимулов, включает и выключает вспомогательную аппаратуру (магнитофон, диапроектор) и т. п..

По запросу лечащего врача программа выдает на экран графического терминала схему расположения БАТ на теле пациента и набор-меню рекомендуемых способов воздействия на них (схему наложения электродов, вид, интенсивность и время воздействия):

ТОЧКА:

ХЭ—ГУ/Lig 4 ПОКАЗАНИЯ:

Двигательные расстройства верхних конечностей.

Повышение мышечного тонуса.

Заболевания полости рта и носа, глотки, миндалин, бронхов, аллергический вазомоторный ринит. РАСПОЛОЖЕНИЕ:

Между 1 и 2 пястными костями, ближе к лучевому краю 2 пястной кости на вершине возвышения, возникающего при прижатии I пальца. ВИД ВОЗДЕЙСТВИЯ:

Укол — глубина укола 1,5 см.

Прижигание — 5-20 мин.

Электростимуляция: Программы стимуляции 1-10.С.

Программа регистрации запоминает в файле пациента выбранные лечащим врачом вид, режим воздействия и комментарии медицинского персонала. Это исключает появление недостоверной информации при обработке результатов после лечения.

Автоматическая обработка флюорограмм

Для автоматической обработки флюорограмм с классификацией на норму и патологию [3, 4] используют пары флюорографических снимков. Один из них сделан в фиксированном положении грудной клетки при полном вдохе, а второй — при полном выдохе. Рулон проявленной стандартной пленки заряжается в программно-управляемое устройство ввода информации (с механической разверткой). Разрешающая способность по полю кадра — 1,5 мм. Это соответствует введенной матрице оптических плотностей размерностью 40x40 элементов разложения.

В состав периферийного блока входят преобразователь (4-канальный АЦП) и параллельный интерфейс для управления двигателями развертки в устройстве ввода.

Программа анализа замеряет интегральные характеристики различных полей изображения и по принятой методике классифицирует снимки на нормальные и патологические (патологические снимки делятся на несколько классов). Время обработки одной пары — 5 с.

Информация со следующей пары снимков вводится одновременно с обработкой предыдущей пары. После обработки каждой пары снимков значения интегральных характеристик и индекс классификации заносятся в формируемый файл пациента и переносятся на магнитный носитель (ГМД или компакткассету).

С помощью прибора оператор получит набор гистограмм оптических плотностей по указанным сечениям, цифровые интегральные характеристики задаваемых областей и т. п. Результаты можно отобразить в цифровом и графическом виде на экране дисплея (рис. 3) или в виде картинок в псевдоцветах на экране цветного телевизора. Матричное печатающее устройство с графическими возможностями регистрирует результаты на бумаге.

ЛИТЕРАТУРА

1. Агеенко В.П., Воробьев В.С., Прохоров Б.А., Денисова Л.А. Автоматизация контроля за состоянием новорожденных при лечении гипоксических состояний методом ГБО. — В кн.: Материалы Всесоюз. конф. «Автоматизация электрокардиологических и клинических исследований». Каунас, 1981.

2. Мицкине В., Миляускас Р., Мицкис А. Средняя частота экстремумов и средняя амплитуда электрокортикограммы в динамике тиопенталового наркоза. — Фармакол. Токсикол., 1970, т. 33, № 1, с. 3-7.

3. Амосов И.С. Новая методика рентгенологического исследования функции внешнего дыхания (рентгенопневмополиграфия и томопневмополиграфия). — В кн.: Тез. докл. об-ва рентгенологов. Л., 1960.

4. Амосов И.С., Дегтярев В.А., Игуминов В.П. Методика и техника рентгенопневмополиграфии. Обнинск, 1977.

5. Торгов Ю.И. Программируемый таймер КР580ВИ53 и его применение. — Микропроцессорные средства и системы, 1984, № 1, с. 77-84.

Статья поступила 25 апреля 1984 г.

УДК 681.326:528

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *