Идею, что нужно слушать своё сердце, и тогда не ошибёшься, все мы не раз встречали в книгах, фильмах, в интернете. На философском уровне с этим сложно спорить, однако в техническом плане всё не совсем так, ведь слушать сердце не равно правильно услышать, что оно говорит. «Голос» сердца едва уловим и сливается с шумом, поэтому, чтобы усилить послание и отделить его от помех, иностранный студент Политеха Петра Тянь Синьжань предложил новый подход к улучшению качества сигнала ЭКГ.
Говоря языком электрокардиограммы
Для регистрации электрических потенциалов сердца на коже фиксируются электроды. В результате получается поймать сигнал, отображающий сердечные циклы, — ЭКГ (электрокардиограмма). Один нормальный период ЭКГ состоит из 3 волн: P, QRS и T, которые несут в себе разную информацию.
- Волна P связана с деполяризацией предсердий, то есть с электрическим возбуждением их клеток, за которым следует механическое действие — сокращение предсердий.
- Волна QRS отвечает за деполяризацию желудочков, их электрическую активность перед сокращением.
- Волна T — характеристика реполяризации желудочков, когда клетки возвращаются в состояние покоя и происходит расслабление.
Рисунок волн, интервалы между ними — эти параметры выражают процессы, которые протекают в сердце, и, читая линии, можно заметить нарушение каких-то функций органа. Например, пилообразная форма волны P указывает на трепетание предсердий.
Почему сердечные сигналы сложно «услышать»
Сигнал ЭКГ имеет слабую амплитуду (5 мВ) и низкие частоты (от 0,1 до 150 Гц). На его качество также могут влиять помехи от электрических приборов, сети электропитания, шумы, вызываемые дыханием.
Потенциальное решение проблемы
Для улучшения характеристик сигнала и шумоподавления студент Политеха Петра Тянь Синьжань придумал новый концепт усилителя. В основе подхода — внедрения цифровой обработки в блок инструментального усилителя для ЭКГ вместо более сложных интегральных схем с аналоговой обработкой. Цифровая обработка позволяет снизить помехи путем точной настройки значений резистора и конденсатора, одновременно оптимизируя настройку усиления операционного усилителя, чтобы гарантировать, что сигнал будет достаточно чистым.
В работе используются решения на основе печатных плат и готовых элементов, в будущем планируется применять интегральные схемы.
В итоге аппарат достиг коэффициента усиления в 2001 раз. Согласно подсчетам, изобретение будет стоить дешевле аналогов.
Усилитель из усилителей
Инструментальный усилитель — это разновидность дифференциального усилителя, который работает по принципу: любой сигнал, общий для обоих входов (синфазный сигнал), подавляется и не появляется в выходном напряжении. Нежелательные сигналы, шум глушатся, поскольку они одинаково принимаются на обоих входах. С другой стороны, даже самая маленькая разница на входах усиливается.
В схему инструментального усилителя включены три операционных усилителя (на рисунке обозначены треугольниками).
📌 Первые результаты работы опубликованы в международном научном журнале.
Подписывайтесь на канал «Теория большого Политеха», чтобы лучше понимать, что говорит вам сердце!
Что ещё почитать?