Elektronika 2009-05.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych ...

Konfiguracja opracowanego systemuPodstawowe procedury pomiarowe polegają na realizacji detekcjiprzebiegu fali tętna za pomocą nieinwazyjnych czujnikówoptoelektronicznych montowanych bezpośrednio naobiekcie. Zaprojektowany system, którego schemat blokowyprzedstawiono na rys. 2, składa się z: zestawu czujników pomiarowych,układów kondycjonowania pozyskiwanych sygnałów,generatora zasilającego źródła promieniowaniaoptycznego w czujnikach i układu rejestracji oraz ekspozycjiwyników pomiarów. System pozwala na pozyskanie fali tętnajednocześnie z kilku czujników umieszczonych w różnychmiejscach na ciele pacjenta. Możliwa jest detekcja sygnałówoptycznych o bardzo małym natężeniu w obecności promieniowaniatła oraz szumów [3].Rys. 2. Schemat blokowy systemu pomiarowegoFig. 2. Block diagram of a measuring systemCzujniki optoelektroniczneJak wspomniano wcześniej system jest przeznaczony dowspółpracy zarówno z czujnikami odbiciowymi, jak i prześwietleniowymi,a więc możliwe jest rozmieszczenie wieluczujników w różnych miejscach ciała człowieka, o różnymukrwieniu. W przypadku obiektów tworzących warstwęoptycznie grubą, konieczne jest użycie czujników odbiciowych.Na rys. 3. przedstawiono wykonane czujniki odbiciowezawierające różne konfiguracje elektroluminescencyjnychRys. 3. Wykonane odbiciowe czujnikiFig. 3. View of designed reflectance sensorsdiod nadawczych i fotodiod odbiorczych. Źródłem wymuszeńpromieniowania padającego na obiekt są diody LED emitującepromieniowanie o długościach fali 640, 880 lub 940 nm,natomiast detektorem promieniowania odbitego przez obiektjest fotodioda PIN BPW34. Widmo promieniowania emitowanegoprzez diody LED obejmuje maksimum czułości widmowejfotodiody. Elementy czujników zostały zamontowanew specjalnej obudowie, która umożliwia dogodne umieszczenieza pomocą opasek lub taśm w dowolnym miejscu na cieleosoby badanej.Układ kondycjonowania i akwizycji sygnałówSygnał wyjściowy z czujnika zawiera szerokie spektrum częstotliwości.W skład widma wchodzą różne składowe:zakłócające - generowane przez sieć energetyczną, wolnozmienne- powstające wskutek ruchu pacjenta i wysokoczęstotliwościoweo charakterze szumu. Zadaniem układukondycjonowania jest eliminacja niepożądanych składowychczęstotliwościowych zawartych w widmie sygnału PPG orazwzmocnienie tylko tych składowych, które przenosząpożądane informacje diagnostyczne o badanym obiekcie.Układ kondycjonowania to przetwornik prąd-napięcie i filtr dolnoprzepustowyBessela, będący jednocześnie filtrem antyaliasingowym,ograniczającym do 30 Hz przenoszone pasmoczęstotliwości. Karta pomiarowa IOtech DaqBoard2000 pełnirolę przetwornika analogowo-cyfrowego; jej parametry pozwalająna rejestrację sygnałów z fotodiod czujnikowych orazumożliwiają generowanie odpowiednich analogowych i cyfrowychsygnałów sterujących pracą diod nadawczych. Parametrytechniczne karty pomiarowej to: 16 wejść analogowychlub 8 wejść analogowych różnicowych o rozdzielczości 16-bitów, maksymalna częstotliwość próbkowania 200 kHz, zakresnapięć wejściowych mieszczący się w zakresie ±11 V, 40wejść/wyjść cyfrowych typu I/O, dwa 16-bitowe wyjścia analogowe.Zestaw komputera PC wraz z kartą pomiarową i środowiskiemLabVIEW stanowi system akwizycji, rejestracjii wizualizacji pozyskanych danych pomiarowych.Zadania programu komputerowego są następujące:• konfiguracja karty pomiarowej (włączenie aktywnych kanałówi ustawienie ich parametrów, ustawienie odpowiedniejczęstotliwości próbkowania i liczby próbek pozyskanychw czasie jednej akwizycji),• przetwarzanie sygnału (cyfrowa filtracja sygnału eliminującazakłócenia) i jego analiza,• wizualizacja i zapis do pliku przetworzonego sygnału orazwyników analizy.Na użytek systemu realizującego zadania przedstawionepowyżej opracowano program komputerowy w środowiskuLabVIEW. Aplikacja pracująca w trybie on line, obsługuje proceduryobsługi karty pomiarowej oraz wstępnie przetwarzasygnał, natomiast w trybie off line - pozwala na odczyt zapisanychdanych pomiarowych i zastosowanie bardziej zaawansowanychmetod analizy krzywej PPG. Dodatkowo,w programie umieszczono wiele procedur pomocniczych takichjak: eliminacja składowej stałej i składowej wolnozmiennej,skalowanie wartości amplitud, interpolacja wyświetlanychdanych pomiarowych, identyfikacja charakterystycznychpunktów ekstremalnych sygnału.ELEKTRONIKA 5/2009 99