Rozhraní biomedicínských aplikací

Abstract

Díky rozmachu mobilních technologií v oblasti medicíny je v současnosti vyvíjena snaha vytvořit spolehlivý mobilní EKG monitorovací systém. Aby tento systém mohl být precizní, je třeba eliminovat rušivé vlivy nebo je alespoň minimalizovat. Precizní hardwarový návrh a kvalitní zpracování signálu jsou základními předpoklady. V této práci je popisován vývoj nového typu kapacitních elektrod, kde jednoduchou inovací konstrukce došlo ke zvýšení kvality přenášeného EKG signálu na rozhraní elektroda - kůže. Naneštěstí, spolu s relevantním EKG signálem je také vždy přenášen pohyb nositele a tedy i pohybové artefakty, které jsou hlavním problémem mobilních monitorů. Existuje velké množství prací zabývajících se detekcí a eliminací těchto artefaktů. Doposud však nebyla vytvořena metoda, která by spolehlivě a zcela eliminovala pohybové artefakty a to zejména proto, že se frekvenční spektra EKG a pohybových artefaktů překrývají a tedy je velmi složité, ne-li nemožné tyto dvě složky oddělit. V této práci je popsán nový přístup k řešení tohoto problému. Je vytvořen prototyp měřicího zařízení, které umožňuje současné snímání EKG a VKG (Vektorkardiograf). Díky tomu je možné porovnávat záznamy a rozhodnout, který z nich je kvalitnější z hlediska pohybových artefaktů. K tomu je vytvořen komparátor neboli algoritmus, který automaticky vyhodnocuje a provádí selekci kvalitnějšího svodu téměř v reálném čase. Nové kapacitní elektrody i komparátor jsou proto vhodnými pro použití v mobilních monitorech EKG.

With the expansion of mobile technology in medicine there is currently an effort to create a reliable mobile ECG monitoring system. In order for this system to be accurate, it is necessary to eliminate interference or at least minimize it. Precise hardware design and signal processing quality are prerequisites. This work describes the development of a new type of capacitive electrodes, where a simple design innovation was able to increase the quality of transmitted ECG signal. Unfortunately, along with relevant ECG signal is also always transmitted the movement of the wearer and thus the motion artifacts which are the main problem of mobile monitors. There is a large number of works dealing with the detection and elimination of these artifacts. However, so far there is no method developed which reliably and completely eliminate motion artifacts, especially because the frequency spectrum of ECG signal and motion artifacts overlap and thus it is very difficult, if not impossible to separate these two components. In this work is described a new approach to solve this problem. It is a prototype of measuring device that allows simultaneous recording of ECG and VCG (vectorcardiograph). This makes possible to compare these records and decide which one is superior in terms of motion artifacts. This is performed by a new comparator i.e. algorithm that automatically evaluates and performs the selection of better quality lead almost in real time. New capacitive electrodes and the comparator are therefore suitable for use in mobile ECG monitor.