Software & Systems

Типовая аналоговая аппаратура для ФКГ неудобна в использовании по нескольким причинам. Основные из них:

-    для получения качественной фонограммы необходима хорошая помехозащищенность сигнала без потери информации (то есть фильтрация сигнала помехи фильтрами высокого порядка, так как помехи лежат в полосе сигнала). Это сложная и дорогая задача;

-    при записи фонограммы любое случайное постороннее воздействие на микрофон может испортить всю запись (и достаточно дорогую термо- или фотобумагу);

-    аналоговая аппаратура не позволяет варьировать частотными характеристиками фонограммы после ее записи.

В этой связи предлагается использовать в качестве фонокардиографа персональный компьютер (ПК). Схема фонокардиографа с цифровой обработкой сигнала на основе ПК представлена на рисунке.

Тоны сердца преобразуются в электрические сигналы с помощью пьезоэлектрического микрофона, вмонтированного в головку обычного фонендоскопа. Такая конструкция проста, привычна для врачей, а чувствительность высока. Сигнал от микрофона далее поступает на вход АЦП звуковой карты типа Sound Blaster. Это устройство достаточно дешево стоит, легко программируется и позволяет не только оцифровывать сигнал, но и прослушивать его, причем, если необходимо, то одновременно с записью на магнитный носитель. Доступность звуковых карт является основным фактором, позволяющим широко использовать ПК в качестве фонокардиографов в лечебных учреждениях.

Современная фильтрационная фонокардиография предусматривает запись ФКГ с различными частотными характеристиками. Регистрация ФКГ с несколькими характеристиками позволяет полнее выявить звуки сердца разной высоты и интенсивности и получить представление об их частотном составе. Спектр тонов частот акустических колебаний сердца находится в диапазоне от 10 до 1000 Гц. Поэтому для записи фонокардиограмм оцифровку сигнала достаточно проводить со стандартной частотой дискретизации 11 КГц, принятой для звуковых карт.

Оцифрованный и сохраненный на магнитном носителе звуковой сигнал фильтруется цифровыми фильтрами на четыре частотных диапазона согласно схеме Мааса и Вебера (см.: Кельман И.М. Электрокардиография и фонокардиография. -М.: Медицина, 1974.). Применение цифровых фильтров не только позволяет выделять любые частотные диапазоны, но и хирургически точно отфильтровывать сигнал помехи, при этом не внося никаких изменений в конструкцию аппаратуры. В рассматриваемой программно-аппаратной реализации фонокардиографа подпрограмма фильтрации временного ряда представляет собой алгоритм синтеза синусного фильтра Баттерворта. Его применение обеспечивает не только высокую крутизну АЧХ при переходе от полосы пропускания к полосе непрозрачности фильтра, но и близкую к линейной зависимость фазочастотной характеристики. Данное обстоятельство имеет решающее значение для неискаженного представления формы сигнала фонокардиограммы с целью его визуального анализа. Отметим также, что цифровая обработка сигнала даже большой длительности (10 секунд записи составляют 110000 отсчетов) синусным фильтром Баттерворта 4-8 порядка занимает около 15 секунд.

В заключение отметим, что применение мультимедийных ПК существенно дешевле серийно выпускаемых кардиографов как с точки зрения единовременных, так и эксплуатационных затрат. Кроме этого, используя методы цифровой обработки сигналов и спектрального анализа, можно получить более полную, чем обычным способом, диагностическую информацию.