Использование информационных технологий для автоматизации метрологической поверки электрокардиоаппаратуры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование информационных технологий для автоматизации метрологической поверки электрокардиоаппаратуры

Егоров Б.А., Козюра А. В., Яковенко М.В.

The questions of ECA (electric cardio appliance) checking in metrological parameters with the use of information technologies. The new method is suggested of checking for which a new generator of test signals is made up produced. A method of electrocardiogram representation, taken from scanning is suggested. The results of commercial testing are given.

Электрокардиоаппаратура (ЭКП) - электрокардиографы, электрокардиоскопы и электрокардиоанализаторы, применяемые для диагностики сердца, - это самый массовый вид медицинских диагностических приборов. Только в Орловской области в эксплуатации их около 800 единиц всевозможных разновидностей и возможностей от одноканальных портативных, применяемых в основном в службах «Скорой помощи», до многоканальных, компьютеризированных, применяемых в стационарах. Т.е. примерно один прибор на 100 человек населения. В то же время, значение таких приборов для общей диагностики чрезвычайно велико, имея в виду, что до 80% населения в РФ в той или иной степени страдают заболеваниями, связанными с сердцем и, по широко известной статистике, причиной примерно 70% всех смертей является отказ сердца.

Вместе с тем, метрологическая поверка ЭКП, осуществляемая службами Госстандарта, представляет собой вполне определенные трудности, связанные как с методикой ее выполнения по ГОСТ Р 50.2.009-2001 (Рекомендации по метрологии. Электрокардиографы, электрокардиоскопы, электрокардиоанализаторы. Методика поверки), так и с применяемым для этого оборудованием, рекомендованным этим же ГОСТом. Суть методики заключается в анализе записанного на бумажный носитель поверяемым ЭКП тестового сигнала, подаваемого на вход специальным, рекомендованным в методике генератором. При этом форма тестовых сигналов весьма сложна, создатели методики и генератора пошли по пути придания этом сигналам вида, близкого к типовой кардиограмме, содержащей множество важных амплитудных и временных показателей, рис. 1.

Рисунок 1 - Форма тестового нормального ЭКГ-сигнала (отведения все кроме aVR)

Все это привело к тому, что специалист (государственный поверитель средств измерения медицинского назначения), занимающийся метрологической поверкой ЭКП, затрачивает, в среднем, полный рабочий день для поверки только одного прибора. Вручную, при помощи примитивных средств (лупа, штангенциркуль и т.п.), он измеряет десятки показателей, вписывает их в различные таблицы, проводит множество вычислений всевозможных показателей и оформляет соответствующую документацию. Ситуация осложняется еще и тем, что поверяемые приборы не сконцентрированы в одном или нескольких центрах, как это имеется в промышленности, а разбросаны по всей территории региона в десятках медицинских и лечебно-профилактических учреждений, различных медпунктах и т.п., а используемых для поверки генераторов (ГФ-05) во всей Орловской области всего два, один из которых в Орловском ФГУ ЦСМ, а другой в МУП «Медтехника». Кстати, ситуация в других областях РФ аналогична.

Таким образом, ситуация с поверкой ЭКП требует решения задач, направленных на ее принципиальное изменение. Эти задачи заключаются в следующем:

1) совершенствование методики поверки;

2) автоматизация процесса поверки, направленная на обеспечение сокращения всех действий с 6-8 часов до нескольких минут.

Для решения поставленных задач в период 2006-2007 гг. на кафедре ПМиС проведена работа по созданию экспериментальной методики поверки ЭКП, предусматривающей использование возможностей современных достижений в области информатизации, в частности, продукта компании National Instruments - LabVIEW седьмой и восьмой версий и соответствующих устройств сопряжения с ПК. Для технической реализации поставленных задач разработан и создан экспериментальный комплекс для поверки ЭКП, состоящий из разработанного генератора виртуального тестовых сигналов (ГПС-В), сканирующего устройства для передачи данных о записанном поверяемым ЭКП сигнале, блока сопряжения сканирующего устройства и ПК со специализированным ППП.

Структурная схема комплекса для поверки ЭКП приведена на рис. 2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2 - Структурная схема комплекса для поверки ЭКП

Основой комплекса является разработанный на кафедре ПМиС виртуальный «Генератор программный поверочных сигналов специализированный» - ГПС-В.

Лицевая панель ГПС - В представлена на рис. 3.

Проведено промышленное опробование ГПС-В с использованием в качестве поверяемого ЭКП типового электрокардиоаппарата ЭК1Т - 03М2, применяемого в службе «Скорой помощи», и сравнение полученных результатов с использованием стандартных генераторов ГФ-05 и «Диатест», предназначенных для поверки по стандартной методике.

Результаты поверки, полученные с использованием стандартных показателей, приведены в таблице 1 и таблице 2.

Анализ приведенных в таблицах 1 и 2 результатов показывает, что при испытании типового электрокардиографа отклонения в амплитудных параметрах записанного электрокардиосигнала, поданного с ГПС-В, не превышают отклонений, поданных с генератора ГФ-05 (используемого при проведении поверочных и ремонтных работ «Медтехникой») и аппарата «Диатест» (используемого ФГУ Орловский ЦСМ для метрологической поверки электрокардиогафов в Орловской области). Отклонения параметров во временной области указывают на необходимость как технической доработки ГПС - В в данной части, так и совершенствования методики.

Рисунок 3 - Лицевая панель ГПС-В

Следующим этапом совершенствования методики поверки ЭКП является автоматизация наиболее продолжительных этапов - измерения линейных размеров тестового сигнала, записанного на бумажный носитель, вычисления погрешностей и вывода отчета (оформление соответствующей документации). При этом следует учесть, что запись в современных ЭКП может производиться на обычную бумагу или термобумагу, в одну линию или параллельно по нескольким каналам, а ширина записи может быть 40 или 150 мм. Кроме того, дополнительной трудностью является наличие специальной разметки на бумаге, предназначенной для определения временных интервалов. тестовый сигнал программный обработка

Для решения этой задачи было разработано специализированное программное обеспечение, которое в качестве исходных данных получает оцифрованное изображение бумажного носителя, а в качестве результата формирует отчет с указанием основных параметров электрокардиосигнала и заключением об их соответствии допустимым значениям. Данное программное обеспечение реализовано с использованием современной технологии Microsoft.Net Framework, которая позволяет применять в процессе разработки последние достижения в области объектно-ориентированного программирования, а также обеспечивает быстроту разработки, отладки и портирования программного продукта на другие платформы (GNU\Linux, Windows CE).

Таблица1 - Амплитудные характеристики поверяемого электрокардиоаппарата ЭК1Т - 03М2.

Таблица 2 - Временные параметры электрокардиоаппарата ЭК1Т - 03М2.

Ввод (оцифровка) бумажного носителя с записанным тестовым электрокардиосигналом производится с помощью оптического сканирующего устройства (сканера). Минимальные требования к сканирующему устройству могут быть определены на основании требований к погрешности установки маркера (+0,1 мм), что обеспечивается минимальным разрешением сканирования 254 dpi, т.е. в качестве сканирующего устройства может быть выбран практически любой из серийно выпускаемых образцов сканеров.

На рисунке 4 представлен образец оцифрованного носителя.

Рисунок 4 - Образец оцифрованного бумажного носителя с записанным тестовым сигналом

Основная сложность использования данного типа устройств для решения поставленной задачи заключается в трудности учета инструментальной погрешности, состоящей в возможном несоответствии реального разрешения сканирования заявленному разрешению. Кроме того, возникает необходимость введения алгоритмов устранения артефактов сканирования и дефектов бумажного носителя, а это, как следствие, усложняет архитектуру программы и снижает быстродействие.

Полученное оцифрованное изображение обрабатывается при помощи выше упомянутого программного обеспечения. На рисунке 5 показан пример обработки изображения тестового сигнала, полученного из источника, представленного на рисунке 4.

Рисунок 5 - Пример работы программного обеспечения

Процедура обработки состоит из нескольких этапов:

1. Выбор оператором параметров прибора и записи, необходимых для проведения процедуры (год выпуска прибора, данные о масштабе и скорости записи);

2. Анализ изображения и выделение информативных признаков - выравнивание, очистка от шумов и артефактов, возникающих при сканировании, детектирование границ (верхний и нижний край линии) записанного сигнала и расчет их линейных размеров в соответствии с масштабом и разрешением сканирования);

3. Расстановка оператором специальных маркеров на изображении тестового электрокаридиосигнала, необходимых для расчета параметров сигнала;

4. Расчет погрешностей основных параметров сигнала (амплитудных и временных) производится на основе полученных данных о линейных размерах границ линии сигнала и исходя из расположения маркеров;

5. Вывод отчета в виде документа утвержденной формы.

Таким образом, за счет применения данной программы возможно сокращение времени проведения поверки в несколько раз. Оцифровка бумажного носителя, ввод необходимых параметров и расстановка маркеров занимают у подготовленного пользователя десятки минут.

Предварительное тестирование версии программного обеспечения показало достаточно высокую устойчивость и адекватность разработанных алгоритмов при работе с высококонтрастными бумажными носителями, которые применяются для записи сигнала в электрокардиоаппаратах ЭК1Т - 03М2.

Предложенный вариант автоматизации метрологической поверки ЭКП показал большие перспективы его использования, возможность многократного уменьшения времени поверки и снижения в разы стоимости процедуры. На базе выполненной работы может быть существенно изменена вся система метрологического обеспечения медицинской техники в нашем регионе, а также за его пределами.

Размещено на Allbest.ru