МИКРОПРОЦЕССОРЫ В МЕДИЦИНЕ
УДК 681.322.1:519.2
Ю. И. Торгов, Т. А. Кравченко, Г. У. Азимова
медицинский многофункциональный
комплекс на основе персональной эвм
Измерительно-диагностический комплекс на основе
персональной ЭВМ используется для контроля опти-
мального режима в камере гипербарической оксигена-
ции (см. фото на первой странице обложки), оценки
глубины наркотического сна. Комплекс можно приме-
нять в качестве анализатора изменений сердечного рит-
ма; анализатора активности мозга по электроэнцефа-
лограммам; программируемого стимулятора для каби-
нетов рефлексотерапии; прибора для автоматического
анализа флюорограмм и т. д;
Как правило, современные медицинские
приборы на базе микропроцессоров и микро-
ЭВМ — узкоспециализированы. Этим и объ-
ясняется их широкая номенклатура, порожда-
ющая много проблем. Огромный парк совре-
менных медицинских приборов затрудняет
обучение медперсонала пользованию ими, ор-
ганизацию их периодического обслуживания
и ремонта в условиях поликлиник и больниц.
В узкоспециализированных приборах обычно
используются специализированные мик-
роЭВМ, выпускаемые малыми сериями в
«приборном» исполнении.
Встроенны-е микропроцессорные средства
позволяют разработать многофункциональные
приборы, способные заменить целый комплекс
узкоспециализированных массовых приборов.
Целесообразно проектировать многофунк-
циональные медицинские приборы на базе
серийных персональных ЭВМ (ПЭВМ) и на-
бора периферийных специализированных
измерительных блоков, подключаемых к стан-
дартным цифровым каналам ПЭВМ.
Специализация такого комплекса на тре-
буемый вид работы сводится к подключению
нужного периферийного блока и ввода соот-
ветствующей программы со стандартных ма-
шинных носителей. Повышенная стоимость
ПЭВМ, оснащенной стандартной периферией,
по сравнению со стоимостью специализиро-
ванной микроЭВМ в приборном исполнении
компенсируется тем, что одна ПЭВМ исполь-
зуется одновременно в нескольких приборах,
тогда как специализированные микроЭВМ
нужны в каждом. К тому же стоимость мас-
совых ПЭВМ имеет тенденцию к снижению.
Модернизировать прибор, построенный на ба-
зе ПЭВМ, значительно проще, чем на базе
специализированных микроЭВМ. Помимо
стандартных средств отображения, хранения
и документирования данных ПЭВМ оснаще-
ны системами автотестирования и помощи опе-
ратору в случаях его ошибок. Это позволяет
автоматизировать настройку и калибровку
приборов на базе ПЭВМ при включении, ор-
ганизовать 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 приме-
нения серийных ПЭВМ в качестве стан-
дартного блока медицинских приборов — на-
личие прилагаемого к ПЭВМ стандартного на-
бора 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 обес-
печение и дополнительные модули к ПЭВМ —•
это результат работы не только относитель-
но узкой группы разработчиков, но и огром-
ного числа пользователей и могут быть эф-
фективны для медицины. И, наконец, ПЭВМ,
входящую в приборный комплекс, следует ис-
пользовать в качестве средства обработки
документов, так как автоматизация ведения
историй болезней, статистики и т. п. сейчас
недостаточно широко применяется.
Рассмотрим сферы применения разрабо-
танного для районных поликлиник комплекса
на базе ПЭВМ «Агат».
Анализатор изменений сердечного ритма
Сердечный ритм — это важный диагно-
стический параметр состояния организма.
Анализатор используется для оценки глубины
наркотического сна, определения оптимально-
го режима гипербарической оксигенации и
др. [1]. Прибор непрерывно измеряет дли-
тельность последовательных интервалов R—
R, регистрирует измеренные значения. Для
каждых 120 интервалов он вычисляет гисто-
грамму распределения, математическое ожи-
дание, дисперсию, ее изменение и комплекс-
ный диагностический параметр «коэффици-
ент напряженности» по формуле, учитываю-
щей статистические параметры (рис. 1).
В численном виде на экран выводятся но-
мер интервала в цикле, длительность интерва-
ла (мс), соответствующее этой длительности
число ударов пульса в минуту, математиче-
ское ожидание и дисперсия для каждого
цикла из 120 измеряемых интервалов. Графи-
чески на экране отображаются длительность
всех интервалов цикла, гистограмма распре-
деления и величина дисперсии. Это позволяет
наглядно представить характер сердечного
ритма, быстро оценить тенденции его измене-
ния и при необходимости принять меры для
нормализации состояния пациента. Появле-
ние аномальных параметров сопровождается
сигналом тревоги.
По указанию оператора, полученные дан-
ные буферизуются в памяти ПЭВМ и сохра-
няются на магнитном носителе после сеанса.
Периферийный блок. Сигнал ЭКГ с выхо-
да предусилителя подается на периферийный
блок, стыкованный с ПЭВМ через стандарт-
ный разъем подключения дополнительных фун-
кциональных блоков к сигнальным шинам.
В состав периферийного блока входят пре-
образователь АЦП (точность — 8 двоичных
разрядов, время преобразования — 3 мкс),
преобразователь «время—код» на базе про-
граммируемого таймера КР580ВИ53 [5] и
параллельный порт на базе БИС КР580ИК55.
Параллельный порт используется для програм-
много управления вспомогательным оборудо-
ванием и приборами во время сеанса, а так-
же 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 дифференциро-
ванием. При этом истинное положение экстре-
мума зубца R определяется с точностью до
0,25 мс даже при существенных сетевых по-
мехах. Чтобы распознавать зубец R, програм-
ма анализирует значения сигнала, его первой
и второй производных. Это практически ис-
ключает ошибки в случае аномально большо-
го зубца Т (обычно меньшего, чем зубец R).
Обнаружив экстремум /?-зубца, программа
вводит с преобразователя «время—код» зна-
чение длительности предыдущего интервала
RR и дает преобразователю команду изме-
рить новый интервал. Длительность каждого
измеренного интервала RR анализируется и
при выходе за допустимые пределы отбрасы-
вается. Это позволяет исключить искажения
ЭКГ, возникающие, например, из-за движений
пациента.
Предусилителем может быть стандартный
кардиограф, источником входного сигнала —
кардиосигнализатор КС-02. Последний фор-
мирует на выходе прямоугольный сигнал
Я-зубца, который можно подать на вход си-
стемы 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 голо-
вы, высокочастотная (60—120 Гц) составляю-
щая сигнала несет важную информацию о
степени активности мозга (рис. 2). В качест-
ве диагностических параметров прибор вычис-
ляет среднее число экстремумов высокочас-
тотной составляющей ЭЭГ, значение средней
линии и среднюю амплитуду сигнала в едини-
цу времени (обычно 10 с).
В состав блока сопряжения входят 4-ка-
нальный АЦП (8 разрядов, 3 мкс), БИС про-
граммируемого таймера КР580ВИ53 и парал-
лельный порт на БИС КР580ИК55.
Программа обработки ЭЭГ. Аналоговый
сигнал ЭЭГ вводится с выходов предусилите-
ля энцефалографа на входы АЦП. Цифровые
сигналы вводятся в «кольцевые буферы», ор-
ганизованные в памяти ПЭВМ. В них в лю-
бой момент времени содержится 16 последних
значений сигнала, используемых программой
фильтрации. При нахождении экстремума по
изменению знака производной разность сигна-
лов в точках двух последних экстремумов
разного знака сравнивается с заданным поро-
гом. В случае превышения порога экстремум
считается истинным. Программа обработки
данных написана на языке ассемблер и рабо-
тает по временным прерываниям от програм-
мируемого таймера с частотами 500 и 1000 Гц.
При частоте прерываний 500 Гц можно одно-
временно обрабатывать сигналы с четырех
каналов.
Фоновая программа на языке Бейсик вы-
числяет по формулам, отображает на экране
в виде графика значения полученных пара-
метров на всем протяжении сеанса и буфери-
зует результаты для последующей записи на
машинные носители.
Программируемый стимулятор для кабинетов
рефлексотерапии
Программируемый стимулятор измеряет
динамические характеристики биологически
активных точек (БАТ) и анализирует дина-
мику реограммы; генерирует программируе-
мые по величине и закону изменения во вре-
мени напряжения и токи для электроакупунк-
туры, а также белый шум или периодический
сигнал в диапазоне частот от долей герца до
2 МГц для облучения, набор звуковых и ви-
зуальных стимулов, включает и выключает
вспомогательную аппаратуру (магнитофон,
диапроектор) и т. п.
По запросу лечащего врача программа вы-
дает на экран графического терминала схему
расположения БАТ на теле пациента и на-
бор-меню рекомендуемых способов воздейст-
вия 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, возни-
кающего 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 меди-
цинского персонала. Это исключает появле-
ние недостоверной информации при обработ-
ке результатов после лечения.
Автоматическая обработка флюорограмм
Для автоматической обработки флюоро-
грамм с классификацией на норму и патоло-
гию [3, 4] используют пары флюорографиче-
ских снимков. Один из них сделан в фиксиро-
ванном положении грудной клетки при пол-
ном вдохе, а второй — при полном выдохе.
Рулон проявленной стандартной пленки заря-
жается в программно-управляемое устройство
ввода информации (с механической разверт-
кой). Разрешающая способность по полю кад-
ра — 1,5 мм. Это соответствует введенной
матрице оптических плотностей размерностью
40X40 элементов разложения.
В состав периферийного блока входят пре-
образователь (4-канальный АЦП) и парал-
лельный интерфейс для управления двига-
телями развертки в устройстве ввода.
Программа анализа замеряет интеграль-
ные характеристики различных полей изоб-
ражения и по принятой методике классифици-
рует 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 преды-
дущей пары. После обработки каждой пары
снимков значения интегральных характери-
стик и индекс классификации заносятся в
формируемый файл пациента и переносятся
на магнитный носитель (ГМД или компакт-
кассету) .
С помощью прибора оператор получит на-
бор 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 экра-
не цветного телевизора. Матричное печатаю-
щее устройство с графическими возможно-
стями регистрирует результаты на бумаге.
ЛИТЕРАТУРА
1. Агеенко В. П., В о р о б ь е в В. С., Прохо-
ров Б. А., Денисова Л. А. Автоматизация конт-
роля за состоянием новорожденных при лечении гипо-
ксических состояний методом ГБО. — В кн.: Матери-
алы Всесоюз. конф. «Автоматизация электрокардиологи-
ческих и клинических исследований». Каунас, 1981,
2. Мицкине В., Миляускас Р., МицкисА.
Средняя частота экстремумов и средняя амплитуда
электрокортикограммы в динамике тиопенталового нар-
коза. — Фармакол. Токсикол., 1970, т. 33, № 1, с. 3—7.
3. А м о с о в И. С. Новая методика рентгенологиче-
ского исследования функции внешнего дыхания (рент-
генопневмополиграфия и томопневмополиграфия). —
В кн.: Тез. докл. об-ва рентгенологов. Л., 1960.
4. Амосов И. С., Дегтярев В. А., Игу ми-
нов В. П. Методика и техника рентгенопневмополи-
графии. 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
