Исследование помехоустойчивости биотехнических систем для регистрации Биоэлектрических сигналов.

В.А. Карпухин

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ БИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ.

Электронное учебное издание

Методические указания к выполнению лабораторных работ №1-2 по дисциплине «Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы»

Москва

(С) 2015 МГТУ им. Н.Э. БАУМАНА

 

 

УДК 615.47

 

 

Карпухин В.А.

Методические указания к выполнению лабораторных работ №1-2 по дисциплине «Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы». - М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2015. – 46 с.

В издании представлены краткие теоретические сведения о характеристиках биоэлектрических сигналов и помех, возникающих при их регистрации. Предложена обобщенная схема биотехнической системы для регистрации биоэлектрических сигналов, анализ которой позволил определить подходы к численной оценке ее помехоустойчивости. Разработаны методики расчета оценки помехоустойчивости указанных биотехнических систем к основным видам помех.

Для студентов 4-го курса МГТУ имени Н.Э. Баумана по направлению подготовки «Биотехнические системы и технологии».

 

 

Валерий Анатольевич Карпухин

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ БИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ.

 

© 2015 МГТУ имени Н.Э. Баумана

 

Оглавление

Оглавление. 3

1. Введение. 4

2. Краткие теоретические сведения. 5

2.1    Биоэлектрических сигналы. 5

2.2    Классификация помех, возникающих при регистрации биоэлектрических сигналов. 11

2.3    Аддитивные помехи. 14

2.4    Мультипликативные помехи. 15

2.5    Обобщенная структурная схема биотехнической системы для регистрации биоэлектрических сигналов. 16

2.6    Математическое моделирование элементов БТС биообъект - входной тракт. 17

2.6.1 Электрические модели биологического объекта. 19

2.6.2 Электрическая модель системы электрод-кожа. 20

2.6.3 Электрическая схема замещения кабеля отведений. 21

2.6.4 Эквивалентная схема замещения входной цепи. 23

2.7    Оценка помехоустойчивости к аддитивным помехам при униполярной системе отведения. 25

2.7.1 Помехи, обусловленные биообъектом.. 26

2.7.2 Помехи, обусловленные системой электрод-кожа. 27

2.7.3 Помехи, обусловленные входной цепью.. 28

2.7.4 Выводы.. 30

2.8    Оценка помехоустойчивости к мультипликативным помехам при униполярной системе отведения. 31

2.9    Особенности оценки помехоустойчивости при биполярной системе отведений. 33

3. Минимальные требования к лабораторному оборудованию. 37

4. Порядок выполнения лабораторной работы №1. 37

5. Содержание отчета лабораторной работы №1. 38

6. Темы для проведения контрольного тестирования лабораторной работы №1. 39

7. Порядок выполнения лабораторной работы №2. 39

8. Содержание отчета лабораторной работы №2. 41

9. Темы и вопросы для проведения контрольного тестирования к лабораторной работе №2. 41

10.    Список литературы.. 42

11.    Приложение 1. 43

12.    Приложение 2. 45

 

 

Введение

Большинство процессов жизнедеятельности организма сопровождается генерированием электрических сигналов, которые формируются во всех нервных клетках и распространяются по нервным волокнам, соединяющим все органы с различными отделами нервной системы. Поэтому изучение биоэлектрической активности организма человека имеет важное значение для диагностики большого числа заболеваний.

За последние десятилетия накоплен значительный клинический опыт по изучению состояния организма в норме и патологии с использованием информации, получаемой при анализе биоэлектрических сигналов (БЭС).

В наибольшей степени распространена электрокардиография (ЭКГ), по­зволяющая контролировать состояние сердечно-сосудистой системы, нарушения в которой занимают ведущее место среди прочих заболеваний. Электроэнцефалография (ЭЭГ), связанная с изучением электрической активности головного мозга, используется достаточно часто при диагностике эпилепсии, новообразований в структуре головного мозга и при оценке психоэмоционального состояния человека. Электромиография (ЭМГ) и электронейромиография (ЭНМГ) дают возможность диагностировать заболевания нервно-мышечного аппарата. Нейромиосигналы в последнее время весьма успешно используются в биоуправляемых протезах конечностей. Электроретинография (ЭРГ) позволяет производить объективную оценку функционального состояния сетчатки глаза. Электроокулография (ЭОГ) применяется при диагностике заболеваний вестибулярного аппарата и исследовании вестибулоокулярного рефлекса в космической медицине. Электрогастрография (ЭГГ) используется при оценке функционирования желудочно-кишечного тракта и перистальтики кишечника.

Несмотря на успехи клинического использования указанных методов, требования к аппаратуре для изучения биоэлектриче­ской активности организма постоянно возрастают [1,2]. Основной проблемой при изучении биоэлектрической активности организма является повышение достоверности передачи информационных признаков полезного сигнала на фоне помех, которые наводятся на элементы биотехнических систем (БТС) для регистрации БЭС. Способность БТС выполнять свои функции при наличии помех называется помехоустойчивостью. Оценка помехоустойчивости медицинских электрических изделий и систем является неотъемлемой частью при проведении их технических испытаний [3]. Однако, условия, при которых проводятся испытания медицинских электрических изделий и систем, весьма далеки от реальных условий проведения регистрации БЭС. Поэтому при проектировании новых медицинских изделий необходим учет реальной электромагнитной обстановки, оказывающей влияние не только на медицинское изделие, но и на биологический объект, а также другие элементы БТС.  

Цель практикума - изучение влияния параметров элементов БТС для регистрации БЭС на помехоустойчивость БТС при наличии электромагнитных помех.

После выполнения лабораторного практикума студенты приобретут следующие навыки:

- разрабатывать математические модели для расчета основных характеристик БТС для регистрации БЭС;

- оценивать помехоустойчивость БТС для регистрации БЭС;

- обосновывать технические требования, предъявляемые ко входным цепям измерительных преобразователей БЭС при наличии электромагнитных помех.

 

Биоэлектрических сигналы.

Одновременно на поверхности биообъекта присутствует большое число сигналов от различных функциональных систем организма, его органов и тканей. Эти сигналы обусловлены электрическими полями биологического происхождения, связанными с электрохимическими и кинетическими процессами в организме человека [4].

Электрокардиографический сигнал представляет собой изменение во времени электрического потенциала сердца, который регистрируется с определенных участков тела, называемых отведениями [6] На рисунке 1 приведен фрагмент ЭКГ - сигнала, зарегистрированного у здорового человека в нормальных условиях в 12-ти стандартных отведениях. Диапазон изменений амплитуды ЭКГ сигнала составляет 0,01…5,0 мВ; частотный диапазон сигнала составляет – 0,05…150 Гц.

В последние время развивается метод электрокардиографии высокого разрешения (ЭКГ ВР). Одна из важнейших областей применения ЭКГ ВР - выявление потенциалов замедленной деполяризации миокарда, так называемых поздних потенциалов желудочков (ППЖ) и предсердий (ППП). ППЖ - это дискретные, высокочастотные (20-50 Гц), низкоамплитудные (при регистрации с поверхности тела 5-20 мкВ) электрические сигналы, определяющиеся в конечной части комплекса QRS и распространяющиеся на сегмент ST. Для их регистрации необходимо, во-первых, усиление сигнала ЭКГ в 10³-10⁵ раз, во-вторых, выделение высокочастотного сигнала от низкочастотных составляющих и внесердечной электрической активности (шума).

 

Рисунок1 - Фрагмент электрокардиографического сигнала, зарегистрированного у здорового человека в нормальных условиях.

 

Электроэнцефалографический сигнал представляет собой изменение во времени совокупности постсинптических потенциалов многих нейронов головного мозга, фиксируемых в определенных участках кожи головы. На рисунке 2 приведен ЭЭГ сигнал, зарегистрированный в восьми отведениях у здорового бодрствующего человека. Диапазон изменений амплитуды ЭЭГ сигнала составляет 0,0005…1 мВ; частотный диапазон сигнала составляет – 0,3…100 Гц. При этом принята следующая классификация ритмов колебаний по диапазонам: дельта - 0.5¸3.5 Гц, тета - 4¸7 Гц, альфа - 8¸14 Гц, бета - 15¸35 Гц, гамма - более 35 Гц.

Рисунок 2 - ЭЭГ сигнал, зарегистрированный в восьми отведениях у здорового бодрствующего человека.

 

Электромиографический сигнал представляет собой изменение во времени электрического потенциала мышц. Регистрируется с помощью электродов накладываемых на кожу в проекции исследуемых мышц или игольчатых электродов, вводимых подкожно.  Диапазон изменения амплитуды сигнала составляет 0,001…10 мВ, частотный диапазон составляет 0,1…10000 Гц. Регистрация и обработка ЭМГ сигнала используется в диагностике функционального состояния нервно-мышечной проводимости, состояния опорно-двигательного аппарата в основном, путем анализа топографии и амплитуды сигнала на коротких записях. На рисунке 3 представлен пример ЭМГ-сигнала.

Рисунок 3 - Сигнал ЭМГ, зарегистрированный поверхностными электродами, расположенными на коже выше первого заднего межкостного мускула в руке. Сигнал увеличивается по амплитуде пропорционально силе мышечного сокращения.

 

Электроокулографический сигнал представляет собой изменение во времени корнеоретинального электрического потенциала, вызываемого движением глазного яблока. Регистрируется с помощью электродов, накладываемых на кожу в области век. На рисунке 4 приведены электроокулографические сигналы, записанные одновременно с ЭЭГ сигналом и ЭМГ сигналом напряжения мышц подбородка. Диапазон изменения амплитуды электроокулографического сигнала составляет 0,01…0,2 мВ, частотный диапазон составляет 0,1…7 Гц.

Рисунок 4 - Электроокулографические сигналы, записанные одновременно с ЭЭГ сигналом и ЭМГ сигналом напряжения мышц подбородка.

 

Электроретинографический сигнал представляет собой совокупность биоэлектрических потенциалов нейронов и глиальных клеток Мюллера сетчатки глаза в ответ на световую стимуляцию. Сигнал снимается с роговицы глаза контактным электродом. ЭРГ сигнал имеет следующие характеристики: динамический диапазон 0,005…1 мВ, частотный диапазон 0,3…300 Гц. На рисунке 5 представлена схема формирования ЭРГ сигнала различными структурами глаза.

 

Рисунок 5 - Схема формирования ЭРГ сигнала различными структурами глаза.

 

Электрогастрографический сигнал представляет собой изменение во времени электрического потенциала, возникающего при работе желудочно-кишечного тракта. Регистрируется с помощью электродов, накладываемых на кожу передней брюшной стенки. На рисунке 5 приведен пример записи электрогастрографического сигнала человека. Диапазон изменения амплитуды электрогастрографического сигнала составляет 0,2…1,0 мВ, частотный диапазон составляет 0,01…2,0 Гц

 

Рисунок 6 - Пример записи электрогастрографического сигнала человека.

 

Характеристики основных БЭС, наиболее часто используемых в медицинской практике, сведены в таблицу 1. Динамический диапазон физиологических сигналов вычислялся по следующему соотношению:

 

 

где U_{c_max}, U_{c_min} - границы динамического диапазона БЭС соответственно максимальная и минимальная

Разрядность АЦП для указанных динамических диапазонов БЭС определялась из соотношения [7]:

Таблица 1 – Характеристики основных биоэлектрических сигналов.

Вид сигнала	Частотный диапазон, Гц	Амплитудныйдиапазон, мВ	Физиологический динамический диапазон, дБ	Разрядность АЦП
ЭКГ	0,05…100	0,01…5	54	9
ЭКГВР	0,05…2000	0,001…5	74	13
ЭЭГ	0,03…100	0,0005…1	66	11
ЭМГ	0,1…10000	0.001…10	80	14
ЭОГ	0,1…7	0,01…0,2	26	5
ЭРГ	0,3…300	0,005…1	46	8
ЭГГ	0,01…2,0	0,01…1,0	40	7

 

Однако, в таблице 1 представлены данные по разрядности АЦП без учета влияния электромагнитных помех, наличие которых приводит к существенному увеличению числа разрядов АЦП.

Аддитивные помехи

Аддитивные помехи вносят наибольшую погрешность при регистрации БЭС. Аддитивные помехи делятся на синфазные и дифференциальные.

Синфазные — помехи, мгновенные значения которых на активных входах измерительного преобразователя БЭС совпадают (к таким помехам относятся “наводки” от питающей сети и промышленных электрических установок). Наличие емкости между проводами силовой или осветительной цепи и пациентом приводит к тому, что на поверхности тела относительно земли присутствует напряжение частотой 50 Гц, амплитуду и фазу которого вследствие относительно хорошей проводимости тканей организма можно считать практически одинаковыми во всех точках тела. Максимальная амплитуда синфазной помехи от сети может достигать 5... 10 В.

Инфранизкочастотные синфазные помехи зависят от среднего уровня поляризационных потенциалов электродов, который может достигать сотен милливольт, токов смещения входных цепей, которые протекают через биологические ткани и создают дополнительное падение напряжения, а также от кожно-гальванического рефлекса (КГР).

Дифференциальными называют помехи, мгновенные значения которых на активных входах измерительного преобразователя БЭС равны и противоположны по знаку. К их числу относят следующие составляющие:

А) Внутрисистемные помехи.

· биоэлектрическая активность органов, близко расположенных к месту отведения;

· неравенство поляризационных потенциалов электродов, достигающее уровня ±300 мВ;

· разброс значений импедансов системы электрод-кожа;

· фазическая и тоническая составляющие напряжения КГР, обусловленного реакцией вегетативной нервной системы;

· токи смещения входных цепей ИП БЭС, протекающие через биоткани;

· напряжение смещения входных цепей ИП БЭС;

· электрические шумы элементов БТС.

Как следует из табл. 1, спектры большинства БЭС перекрываются. Поэтому выделение одного требуемого сигнала из всей совокупности БЭС, являющихся в данном случае помехами, затруднено.

Б) Внесистемные помехи.

· Электростатические разряды (ЭСР);

· Излучаемые радиочастотные электромагнитные поля (80…2500 МГц);

· Наносекундные импульсные помехи;

· Микросекундные импульсные помехи большой энергии;

· Кондуктивные помехи, наведенные радиочастотными электро-магнитными полями (0,15…80 МГц);

· Провалы, кратковременные прерывания и изменения напряжения входных линий электропитания;

· Магнитные поля промышленной частоты.

Все медицинские электрические изделия и системы проходят испытания на помехоустойчивость к внесистемным помехам в соответствие с [3].

Следует отметить, что из всей совокупности внутри- и внесистемных аддитивных помех при проведении регистрации БЭС в реальной электромагнитной обстановке наибольшее влияние оказывают на верхнюю границу динамического диапазона ИП БЭС:

· Магнитные поля промышленной частоты.

· Неравенство поляризационных потенциалов электродов, достигающее уровня ±300 мВ.

На нижнюю границу динамического диапазона:

· разброс значений импедансов системы электрод-кожа;

· токи смещения и сдвига входных цепей измерительного преобразователя БЭС, протекающие через биоткани;

· напряжение смещения входных цепей измерительного преобразователя БЭС;

· электрические шумы элементов БТС.

Мультипликативные помехи

Одной из причин искажения БЭС является наличие мультипликативных помех в измерительном тракте БТС для регистрации БЭС, обусловленных неконтролируемым изменением импеданса электрод-кожа. Наличие подобных помех может приводить к существенному искажению формы БЭС и, как следствие, повышению вероятности постановки ошибочного диагноза. В силу сложности проблемы численной оценки мультипликативных помех при измерении ЭФС в литературе крайне мало уделяется внимания этим вопросам.

В БТС для регистрации БЭС сопротивление электрод-кожа в действительности может изменять свое значение в достаточно широких пределах. При взаимодействии с сигналами, присутствующими в БТС, в полезном сигнале возникают дополнительные гармоники, обусловленные сверткой спектра помехи, связанной с изменением сопротивления электрод-кожа, и спектрами этих сигналов. Наличие дополнительных гармоник в спектре полезного сигнала приводит к существенному изменению его формы во временной области и, как следствие, неправильной интерпретации этих изменений.

Наибольшее влияние на спектр полезного сигнала будут оказывать мультипликативная помеха при взаимодействии, во-первых, с синфазным сигналом, во- вторых, с напряжением поляризации электродов и, в-третьих, с токами смещения входных каскадов.

Выводы

Для численной оценки помехоустойчивости БТС для регистрации БЭС предложена эквивалентная схема замещения элементов БТС БО-ВТ.

Разработаны методики расчета помехоустойчивости БТС для регистрации БЭС к следующим видам помех, обусловленных: биообъектом; системой электрод-кожа; входной цепью.

Показано, что помехоустойчивость БТС для регистрации БЭС к аддитивным помехам при униполярном отведении определяется соотношением

,

где  - среднее значение полной энергии помехи.

Содержание отчета лабораторной работы №1

1. Отчет выполняется в среде MathCAD.

2. Отчет должен включать титульный лист с указанием названия организации, факультета и кафедры, названия лабораторной работы, ФИО исполнителя и года выполнения работы.

3. Отчет должен содержать:

· Цель работы.

· Исходные данные.

· Полную эквивалентную схему замещения элементов БТС БО-ВТ.

· Математические модели для расчета дифференциального и синфазного напряжений, а также К_д, К_сс, К_сд с комментариями.

· Результаты исследований влияния указанных в задании параметров на U _вц и ОСП_вц.

· Численные выводы.

4. Файл прикрепляется на сайт электронного обучения для проверки.

Вопросы для проведения контрольного тестирования лабораторной работы №1

1. Приведите в соответствие назначение приборов:

Электрокардиограф предназначен для измерения биопотенциалов …

Электромиограф предназначен для измерения биопотенциалов …

Электроэнцефалограф предназначен для измерения биопотенциалов …

Электроретинограф предназначен для измерения биопотенциалов …

Электроокулограф предназначен для измерения биопотенциалов …

Электрогастрограф предназначен для измерения биопотенциалов …

Электронистгмограф предназначен для измерения биопотенциалов …

Электронейромиограф предназначен для измерения биопотенциалов …

2. Приведите в соответствие динамические диапазоны сигналов в мВ: ЭКГ, ЭКГ ВР, ЭЭГ, ЭМГ.

3. Приведите в соответствие частотные диапазоны сигналов в мВ: ЭКГ, ЭКГ ВР, ЭЭГ, ЭМГ.

4. По положению источника помехи и БТС можно разделить на: …

5. По типу взаимодействия с полезным сигналом помехи делятся на …

6. В зависимости от соотношения продолжительностей полезного сигнала и помехи, различают …

7. Как взаимодействуют с полезным сигналом мультипликативные помехи?

8. Как взаимодействуют с полезным сигналом аддитивные помехи?

9. Длительность сосредоточенной по времени помехи по отношению к полезному сигналу …

10. Ширина спектра сосредоточенной по времени помехи по отношению к полезному сигналу …

11. Ширина спектра сосредоточенной по частоте помехи по отношению к полезному сигналу …

12. Длительность сосредоточенной по частоте помехи по отношению к полезному сигналу...

13. Какие бывают флуктуационные помехи?

14. Как взаимодействуют с полезным сигналом шумы?

15. В зависимости от физической природы шумы подразделяют на …

16. Акустические шумы подразделяют на …

17. Электрические шумы подразделяют на …

18. Какими параметрами характеризуются электрические шумы …

19. Дробовые шумы связаны …

20. Тепловые шумы связаны …

21. Среднеквадратичное напряжение теплового шума определяется уравнением …

22. Выберите уравнение Найквиста.

23. Каким коэффициентом связана шумовая полоса пропускания с полосой пропускания усилителя по уровню 0.7?

24. В каком частотном диапазоне в большей степени проявляется фликкер-шум?

25. К какому виду помех относится ЭКГ при измерении ЭМГ?

26. Какие элементы БТС для регистрации БЭС являются источником аддитивных помех?

27. Какие требования надо предъявить к элементам БТС, чтобы на входе усилителя был минимальный синфазный сигнал?

28. Приведите в соответствие эквивалентные схемы замещения биологических тканей.

29. Приведите в соответствие элементы схемы замещения биполярной БТС БО-ВТ.

30. Перечислите основные достоинства биполярной системы отведения БЭС.

31. Дифференциальным напряжением называется …

32. Синфазным напряжением называется …

33. Приведите в соответствие определения коэффициентов передачи:

Коэффициент передачи дифференциального сигнала -

Коэффициент передачи синфазного сигнала -

Коэффициент преобразования синфазного сигнала в дифференциальный -

34. Приведите в соответствие назначение элементов эквивалентной схемы замещения системы электрод-кожа.

Содержание отчета лабораторной работы №2

1. Отчет выполняется в среде MathCAD.

2. Отчет должен включать титульный лист с указанием названия организации, факультета и кафедры, названия лабораторной работы, ФИО исполнителя и года выполнения работы.

3. Отчет должен содержать:

· Цель работы.

· Исходные данные.

· Полную эквивалентную схему замещения элементов БТС БО-ВТ.

· Математические модели для расчета ΔК_д, ΔК_сд с комментариями.

· Результаты исследований влияния указанных в задании параметров на ОСП_вц.

· Численные выводы.

4. Файл прикрепляется на сайт электронного обучения для проверки.

9. Темы и вопросы для проведения контрольного тестирования к лабораторной работе №2

1. Понятие мультипликативной помехи при измерении БЭС.

2. Какие элементы БТС для регистрации БЭС являются источником мультипликативных помех

3. Алгоритмы расчета дискретной свертки сигналов и ОСП

4. Функции MathCAD для вычисления свертки.

5. Оценка помехоустойчивости к мультипликативным помехам при униполярной системе отведения.

6. Особенности оценки помехоустойчивости к мультипликативным помехам при биполярной системе отведений.

7. Численная оценка влияния мультипликативных помех на форму электрофизиологического сигнала в отсутствие аддитивных помех

8. Численная оценка влияния мультипликативных помех на форму электрофизиологического сигнала в присутствии узкополосных аддитивных помех (синфазная помеха и напряжение поляризации электродов)

9. Требования, которые необходимо предъявить к элементам БТС БО-ВТ, чтобы уменьшить влияние мультипликативных помех на помехоустойчивость БТС.

Список литературы

1. Кореневский Н. А., Попечителев Е. П. Биотехнические системы медицинского назначения: учебник для вузов / Кореневский Н. А., Попечителев Е. П. - Старый Оскол: ТНТ, 2013. - 687 с.

2. Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы. Учебник/ Текст Н.А. Кореневский, Е.П. Попечителев, С.П. Серегин; Курск. Гос. Ун-т. – Курск, ОАО «ИПП Курск», 2009. – 986 с.

3. ГОСТ Р МЭК 60601-1-2-2014. ИЗДЕЛИЯ МЕДИЦИНСКИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ. Часть 1-2. Общие требования безопасности с учетом основных функциональных характеристик. Параллельный стандарт. Электромагнитная совместимость. Требования и испытания.

4. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника: Учебник. –М.: Кнорус, 2013. – 800 с.

5. Волькенштейн М. В. Биофизика: учеб. пособие / Волькенштейн М. В. - 4-е изд., стер. - СПб.: Лань, 2012. - 594 с.

6. Орлов Ю.Н., Митрохин В.Н. Проектирование медицинских измерительных преобразователей: учебное пособие: в 3 ч. - Ч.2: Измерительные преобразователи электрических полей живого (биоэлектрические электроды) для диапазона низких и крайне низких частот – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – 81 с.

7. Денисов К.М. Цифровая обработка сигналов: [Электронный документ]. - http://ets.ifmo.ru/denisov/dsp/lec3.htm. Проверено 22.07.2015

8. Федотов А.А., Акулов С.А. Измерительные преобразователи биомедицинских сигналов систем клинического мониторинга. –М.: Радио и связь, 2013. – 250 с.

9. Калакутский Л. И. Основы импульсной импедансометрии биологических тканей [Электронный ресурс]: электрон. учеб. пособие / Л. И. Калакутский, С. А. Акулов, А. А. Федотов; Минобрнауки России, Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королева (нац.исслед. ун-т). – Электрон. текстовые и граф. дан. (2,86 Мбайт). – Самара, 2011. – 1 эл. опт. диск (CD-ROM).

10. Мамий А.Р., Тлячев В.Б. Операционные усилители. − Майкоп: АГУ, 2005. − 192 с.

Приложение 1.

 

П р и м е р б ы с т р о г о п р е о б р а з о в а н и я Ф у р ь е (Б П Ф) с и г н а л а и а д д и т и в н о й п о м е х и

Листинг программы для расчета электрокардиосигнала и аддитивной помехи.

 

 

П о с т р о е н и е г р а ф и к а м о д у л я с п е к т р а Э К С

О т с ч е т ы в ч а с т о т н о й о б л а с т и (м а к с и м а л ь н о е з н а ч е н и е с о о т в е т- с т в у е т 128 Г ц.)

Б П Ф

П о с т р о е н и е г р а ф и к а о д н о г о п е р и о д а э л е к т р о к а р д и о с и г н а л а (Э К С)

О т с ч е т ы в о в р е м е н н о й о б л а с т и (м а к с и м а л ь н о е з н а ч е н и е с о о т в е т- с т в у е т 1 с е к.)

М а с ш т а б и р о в а н и е с и г н а л а п о у р о в н ю

З а д а н н а я м а к с и м а л ь н а я а м п л и т у д а Э К С

О п р е д е л е н и е м а к с и м а л ь н о г о з н а ч е н и я д а н н ы х в ф а й л е

О п р е д е л е н и е м а к с и м а л ь н о г о ч и с л а д а н н ы х в ф а й л е

С ч и т ы в а н и е д а н н ы х и з ф а й л а (ф а й л д а н н ы х д о л ж е н н а х о д и т ь с я в т о й ж е д и р е к т о р и и, ч т о  и э т о т ф а й л)

 

 

П р е д с т а в л е н и е а д д и т и в н о й п о м е х и

П о с т р о е н и е г р а ф и к а м о д у л я с п е к т р а п о м е х и

С и г н а л и а д д и т и в н а я п о м е х а в ч а с т о т н о й о б л а с т и

С и г н а л и а д д и т и в н а я п о м е х а в о в р е м е н н о й о б л а с т и

 

Приложение 2

Листинг программы для расчета свертки мультипликативной помехи и сигнала для униполярной системы отведений.

Напряжение мультипликативной помех определяется соотношением

С п е к т р Э К С

Б а з о в о е с о п р о т и в л е н и е э л е к т р о д -к о ж а

Ч а с т о т а м у л ь т и п л и к а т и в н о й п о м е х и

В р е м я, с е к

М о д е л ь с п р о т и в л е н и я э л е к т р о д -к о ж а

Н о м е р а о т с ч е т о в н а ч а л а и о к о н ч а н и я м у л ь т и п л и к а т и в н о й п о м е х и

М о д е л ь и с т о ч н и к а м у л ь т и п л и к а т и в н о й п о м е х и

 

С п е к т р и с т о ч н и к а м у л ь т и п л и к а т и в н о й п о м е х и

В х о д н о е с о п р о т и в л е н и е в х о д н о й ц е п и

Е м к о с т ь к а б е л я о т в е д е н и я

В х о д н о й   и м п е д а н с

Δ K в ч а с т о т н о й о б л а с т и (м у л ь т и п л и к а т и в н а я п о м е х а)

С в е р т к а с п е к т р о в с и г н а л а и м у л ь т и п л и к а т и в н о й п о м е х и

М у л ь т и п л и к а т и в н а я п о м е х а в о в р е м е н н о й о б л а с т и

 

 

В.А. Карпухин

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ БИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ.

Электронное учебное издание

Методические указания к выполнению лабораторных работ №1-2 по дисциплине «Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы»

Москва

(С) 2015 МГТУ им. Н.Э. БАУМАНА

 

 

УДК 615.47

 

 

Карпухин В.А.

Методические указания к выполнению лабораторных работ №1-2 по дисциплине «Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы». - М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2015. – 46 с.

В издании представлены краткие теоретические сведения о характеристиках биоэлектрических сигналов и помех, возникающих при их регистрации. Предложена обобщенная схема биотехнической системы для регистрации биоэлектрических сигналов, анализ которой позволил определить подходы к численной оценке ее помехоустойчивости. Разработаны методики расчета оценки помехоустойчивости указанных биотехнических систем к основным видам помех.

Для студентов 4-го курса МГТУ имени Н.Э. Баумана по направлению подготовки «Биотехнические системы и технологии».