МЕДИЦИНСКИЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

Четвертая глава освещает вопросы обмена и хранения ЭКГ информации. Стандарт SCP-ECG (Standard communications protocol for computerized electrocardiography) Европейского Союза, разработанный под эгидой технического комитета TC 251 Европейского Комитета по Стандартизации (CEN) устанавливает единый протокол передачи электрокардиографических данных как между цифровыми кардиографами и компьютеризированной системой управления, так и между компьютерными системами различных производителей. Стандарт разбивает логическую последовательность ЭКГ данных (запись) на секции и описывает содержание и формат представления каждой секции (Табл. 1).

Табл. 1 Общий формат записи в стандарте SCP-ECG

Для поддержки стандарта SCP-ECG на уровне категории 3 в ОС Windows разработаны программные компоненты, выполненные по технологии COM. Данная технология обеспечивает независимость от языка программирования, повторное использование кода и гибкое управление версиями программного обеспечения. Главным принципом этой архитектуры является требование поддержки компонентами определенных строго установленных наборов функций – интерфейсов. Для применения разработанных компонент необходимо создать приложение на языке программирования с поддержкой COM-технологии (практически все современные компиляторы для среды Windows). Реализация интерфейсов OLE Automation дополнительно позволяет интегрировать отдельные компоненты или всю систему с большим количеством уже существующих приложений, включая программы Excel и Word из пакета Microsoft Office

Разработаны следующие компоненты:

• Компонент представления данных SCPECGData, обеспечивающий доступ к информации посредством функций COM-интерфейса. Параметрами функций являются структуры данных стандарта SCP-ECG.
• Компонент кодирования и сжатия SCPECGCodec, преобразующий разнородные данные в единую последовательность секций согласно стандарту SCP-ECG, а также осуществляющий сжатие и контроль целостности информации.
• Транспортный компонент SCPECGTransport, отвечающий за установление соединения, передачу информации и работу с физическим уровнем. В его качестве может выступать RS-232C с протоколом передачи XMODEM или дисковый файл.
• Компонент-оболочка SCPECG для автоматизации инициализации и стыковки вышеперечисленных интерфейсов.

1. выбор оптимального шага для вычисления разности;
2. вычисление разностей между текущим и одним из предыдущих отсчетов, каким конкретно – определено по результату выполнения первого шага; результат сохраняется в массиве разностей;
3. определение минимального количества бит (веса) достаточного для хранения каждого разностного отсчета, полученного на предыдущем шаге; результат сохраняется в массиве весов;
4. оптимизация массива весов с использованием критерия штрафов (пропорциональных служебной информации) при переходе с одного веса на другой;
5. кодирование массива разностей с использованием количества необходимых бит на основе информации из массива весов; по возможности, дополнительное сжатие методом RLE (run length encoding — кодирование длин серий при помощи замены цепочки повторяющихся байт на этот байт и счетчик повторения).

• обеспечивает возможность стопроцентного восстановления исходного цифрового сигнала до сжатия,
• использует только целочисленные вычисления,
• обладает высокой скоростью восстановления — сигнал восстанавливается за один проход (цикл вычисления) при минимальных требованиях к оперативной памяти.

Выводы.

1. Типовая схема построения цифровых электрокардиографов имеет ряд недостатков и ограничений, в конечном счете отражающихся на технических и потребительских свойствах ЭКГ системы, — прецизионные резисторы во входном каскаде схемы формирования отведений, относительно сложные инструментальные входные усилители для подавления синфазной помехи, крупногабаритные конденсаторы с малыми токами утечки в ФВЧ, ФНЧ высокого порядка для ограничения спектра аналогового сигнала при достаточно низкой частоте оцифровки, схемы выборки–хранения и мультиплексор перед входом 12-ти разрядного АЦП, вносящие дополнительные нелинейные искажения и фазовый межканальный сдвиг в выходной цифровой код.
2. Сигма–дельта аналого–цифровое преобразование обеспечивает работу с разрешением 16-24 бит при полосе сигнала соответственно от долей герца до единиц килогерц. Основополагающими принципами сигма–дельта АЦП являются многократная передискретизация, цифровая фильтрация и децимация.
3. Применение многоканальных интегральных сигма–дельта АЦП позволяет строить принципиально новую схемотехнику цифровых электрокардиографов, обладающих целым рядом потребительских и технических преимуществ перед обычными аппаратами. За счет высокой разрядности сигма–дельта АЦП аналоговый канал такого электрокардиографа может состоять из однокаскадного усилителя постоянного напряжения с коэффициентом усиления в единицы. Дискретизация сигнала проводится параллельно по всем каналам. Требуемые в зависимости от задачи ФВЧ и схема отведений реализуется программно. Многократная передискретизация входного сигнала позволяет в качестве ФНЧ использовать простейший R–C фильтр.
4. Для подсоединения современного цифрового электрокардиографа к персональному компьютеру наиболее обосновано разрабатывать специальный последовательный канал передачи с интерфейсами к внутренним шинам ISA для стационарных систем и PCMCIA для портативных устройств. На данный момент в персональном компьютере отсутствуют общераспространенные внешние порты со скоростью передачи в 300 Кбод и выше. И ни один из существующих универсальных портов не предусматривает линий питания для подключаемых устройств.
5. Одними из наиболее распространенных и доступных современных методов неинвазивной электрокардиографии являются анализ вариабельности сердечного ритма и ЭКГ высокого разрешения. Их реализация в программном обеспечении для компьютерного электрокардиографа позволяет значительно повысить качество ЭКГ диагностики, в частности оценивать риск внезапной смерти, диагностировать диабетическую полинейропатию, прогнозировать возможность различных нарушении ритма сердца и т.д.
6. Для анализа биомедицинских сигналов эффективно применять волновое преобразование, обеспечивающее высокое разрешение по времени и частоте. При его использовании в электрокардиографии достигается высокая чувствительность в распознавании нарушений сердечного ритма (ВСР) и выявлении мелкоочаговых повреждений миокарда (ЭКГ ВР).
7. Для обмена ЭКГ данными между программными системами, а так же программными системами и автономными электрокардиографами целесообразно использовать стандарт SCP–ECG европейского комитета по стандартизации.
8. Сигма–дельта аналого–цифровое преобразование эффективно использовать в устройствах сбора медико–биологической информации при работе сигналами частотой до единиц килогерц.