АВТОРЕФЕРАТ. Содержание работы

Схема отведений/коммутации каналов ЭЭГ, в том числе выбор референтного электрода, формируется в данном случае программным способом на ПК. Для удержания изолинии ЭЭГ применяется цифровой ФВЧ (реализован на ПК). Частота среза фильтра задается в пределах 0.05-8 Гц в зависимости от типа клинических исследований.

Сложная структура ЦУЭЭГ, объем функциональных задач определяет использование в его составе однокристальных микроЭВМ (ОМЭВМ). ОМЭВМ реализует алгоритмы:

программирования и чтение данных с АЦП;
оценки качества наложения электродов путем измерения сопротивления на переменном токе;
калибровки каналов регистрации ЭЭГ с сохранением коэффициентов в энергонезависимой памяти;
каскадирования нескольких ЦУЭЭГ внутри комплекса с синхронной регистрацией ЭЭГ;
взаимодействия с внешними устройствами регистрации дополнительных биологических параметров по последовательному каналу;
самотестирования работоспособности устройства;
отображения информации на ЖКИ модуле;
поддержки интерфейса с ПК (при помощи внешнего контроллера).

Для реализации таких алгоритмов ОМЭВМ должна обладать производительностью 8-10 MIPS (миллионов операций в секунду), ОЗУ не менее 256 байт, ПЗУ – 8 кбайт,

энергонезависимой памятью 512 байт, иметь в своей структуре внешнюю параллельную шину данных.

Рис.4 Пример функциональной схемы ЦУЭЭГ.

На Рис.4 приведена функциональная схема, на Рис.5 внешний вид разработанного ЦУЭЭГ Neurovisor 40U.

Рис.5 Цифровой усилитель ЭЭГ сигналов Neurovisor40U.

Вторая глава посвящена вопросам разработки устройств фонофотостимуляции в составе цифрового ЭЭГ комплекса.

Рассмотрены основные методики исследования вызванных потенциалов мозга – слуховых, зрительных, эндогенных. Сформулированы технические требования, предъявляемые к устройствам стимуляции:

Точность синхронизации с ЦУЭЭГ +0.5 мс;
Яркость вспышек 100-1000кд/м²;
Частота следования вспышек 0.5-200 Гц;
Длительность вспышек1-500 мс;
Интенсивность тонового/импульсного аудиостимула 0-70 дБ*;
Частота следования тонового/импульсного aудиостимула 0.5-200 Гц;
Период/длительность тонового/импульсного аудиостимула0.1-100 мс;
Точность частотно/временных параметров +0.1%

* - интенсивность звука измеряется относительно порога слышимости человека (звуковое давление 20 мкПа).

Достаточно сложные алгоритмы управления процессами фоно- фотостимуляции, поддержка современного интерфейса с ПК определяют построение функциональной схемы устройства на основе ОМЭВМ.

На ОМЭВМ возлагается поддержка алгоритмов:

генерации управляющих сигналов для блока оптических излучателей с заданными временными параметрами, возможность формирования псевдослучайных последовательностей;
генерации выходных и управляющих сигналов для блока аудиоусилителя с заданными амплитудными и временными параметрами, возможность формирования псевдослучайных последовательностей и фонового шумового сигнала;
генерации шумового сигнала в аудиоканале для специального метода исследования слуховых вызванных потенциалов;
калибровки яркости вспышек, интенсивности звуковой стимуляции с сохранением коэффициентов в энергонезависимой памяти;
детектирования дополнительного внешнего источника питания (при отсутствии внешнего источника питания выходная мощность фоно- и фотостимуляции ограничивается);
протоколов управления устройством;
интерфейса с ПК (с помощью внешнего специализированного контроллера).

К ОМЭВМ предъявляются требования: производительность 6-8 MIPS, ОЗУ не менее 128 байт, ПЗУ – 8 кбайт, энергонезависимая память – несколько десятков байт, как минимум два многофункциональных таймера.

Выполнить блок оптических излучателей фотостимулятора возможно на основе:

Импульсной газоразрядной лампы:

сложность регулирования параметров вспышки – длительности, яркости;
издает акустический щелчок, что нежелательно при проведении ЭЭГ исследований;
управляется высоковольтным импульсом, что увеличивает вероятность возникновения емкостной наводки на чувствительные каналы регистрации ЭЭГ;
низкая стоимость.

Матрицы твердотельных полупроводниковых излучателей:

гибкое регулирование всех параметров вспышки – длительности, частоты следования, яркости;
управление низким напряжением;
ячеистая структура матрицы позволяет без дополнительных затрат организовать паттерн-режим подачи импульсов стимуляции;
относительно высокая стоимость.

Преимущества твердотельных полупроводниковых излучателей определяют их использование в современных устройствах фотостимуляции. Ранее применение светодиодных матриц возможно было только при конструктивном оформлении стимулятора в виде очков, что объяснялось недостаточной силой света излучателей. Кроме того, светодиоды имели довольно узкий, монохроматичный спектр (использовались обычно красные, длина волны 660 нм). При проведении ЭЭГ исследований, когда важно психо-эмоциональное состояние пациента, использование таких фотостимуляторов нежелательно. С развитием технологии микроэлектроники появились так называемые “сверхяркие” светодиоды, у которых сила света увеличена в 10-15 раз по сравнению со стандартными. Кроме того, спектр излучения некоторых из них существенно расширен и визуально оценивается как белый (таблица).

Характеристики светодиода HLMP-CW15 “Hewlett Packard”

Сила света (I=20мА) Мин. Тип.	1300 мКд 2000 мКд
Макс. ток (имп.)	100 мА
Макс. ток (пост.)	30 мА
Угол q_1/2 диаграммы направленности	15 град.

Применение матрицы из сверхярких светодиодов позволяет реализовать стандартный конструктив фотостимулятора в виде лампы на штативе.

Акустический блок стимулятора состоит из регулируемого усилителя мощности. Имеется стереофонический разъем для подключения головных телефонов или стационарных акустических систем. В приборе предусмотрен алгоритм калибровки уровня интенсивности звуковой стимуляции с сохранением коэффициентов в энергонезависимой памяти.

Третья глава содержит анализ современных компьютерных интерфейсов и обоснования выбора и особенностей применения интерфейса USB в качестве канала связи устройств ЭЭГ комплекса с ПК.

В Табл. 1 представлены характеристики внешних интерфейсов современного ПК. Показано, что при проектировании цифровых ЭЭГ комплексов наиболее целесообразно использовать стандарт USB.

Табл.1. Основные характеристики внешних интерфейсов ПК.

Интерфейс	Последова-тельный (RS232-C)	Параллель-ный (IEEE 1284)	USB	FireWire (IEEE 1394)
Скорость передачи даннах	до 11,5 кбайт/сек	до 300 кбайт/с	до 1.2 Мбайт/с	до 40 Мбайт/с
Количество проводов в кабеле	2-9	8-25	4	6
Наличие питания	нет	Нет	5 В до 0.5 А	8-40 В до 1.5 А
Длина соединения	до 15 метров	до 3 метров	до 5 метров	до 4.5 метров
Количество устройств	1	1	до 127	до 63
Уровень реализации	физический	физический	физический логический, сетевой	физический логический, сетевой

USB (Universal Serial Bus) - современный скоростной интерфейс для подключения периферийных устройств, появившийся в начале 1996 года. Его основные характеристики:

Поддержка двух скоростей передачи данных – 1.5 и 12 Мбит/с. Внедряется новая версия стандарта, где пропускная способность повышена до 480 Мбит/с за счет увеличения тактовой частоты на шине.
Разветвленная сеть протоколов, обеспечивающих передачу логически независимых потоков данных от одного устройства, высокую помехозащищенность.
Возможность синхронизации потоков данных от различных устройств.
Используется топология связанных узлов. При этом только одно устройство – концентратор USB (хаб) должно быть присоединено к ПК, а остальные, в свою очередь, подключаются хабу, образуя древовиднуя структуру соединений. Такая схема поддерживает одновременное подключение до 127 устройств USB.
Поддержка универсального стандарта автоконфигурирования “Plug and Play”, который обеспечивает подключение устройства к работающему ПК с автоматическим распознаванием и интеграцией в операционную систему (ОС).
В разъеме USB имеется линия питания +5В, с мощностью, достаточной для подключения обширного класса современных медицинских приборов.

Применение интерфейса USB предлагает разработчику современных компьютерных медицинских комплексов удобный путь сопряжения устройства с ПК и позволяет забыть о морально устаревших каналах связи и связанных с ними проблемами. Построение ЭЭГ комплекса с использованием единого интерфейса позволяет эффективно решить задачу обеспечения синхронизации потоков данных от различных устройств – регистраторов ЭЭГ, многофункциональных стимуляторов. Высокая скорость обмена, помехозащищенность, поддержка интерфейса со стороны ОС ПК, максимальная гибкость в подключении устройств к шине – все это, в конечном итоге, увеличивает потребительские качества системы.

Разработка канала связи на основе USB складывается из поддержки стандарта на уровне устройства и написания программного обеспечения на ПК.

Поддержка USB в устройстве подразумевает использование специализированных контроллеров. Они представляют собой достаточно интеллектуальные устройства, значительно облегчающие разработку приборов, обеспечивая поддержку шины на низком уровне – согласование уровней сигнала, кодирование-декодирование данных, проверка CRC кода, адресацию устройства и узлов, буферирование данных. Обеспечение стандарта USB на уровне протоколов осуществляется ОМЭВМ и соответствующим программным обеспечением.

На стороне ПК необходимо разработать драйвера ОС. В настоящее время USB поддерживается в следующих ОС: Windows 98/2000/NT5, MacOS и Linux.

Четвертая глава содержит краткое описание современных методов компьютерной обработки ЭЭГ, используемых в прикладном программном обеспечении:

спектральный анализ;
двух- и трехмерное спектральное картирование;
дипольный анализ.

Назад | Вперед