Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Программно-аппаратный комплекс анализа, управления и обработки информации для исследования кардиореспираторной системы человека Охрицкий Александр Анатольевич

Программно-аппаратный комплекс анализа, управления и обработки информации для исследования кардиореспираторной системы человека
<
Программно-аппаратный комплекс анализа, управления и обработки информации для исследования кардиореспираторной системы человека Программно-аппаратный комплекс анализа, управления и обработки информации для исследования кардиореспираторной системы человека Программно-аппаратный комплекс анализа, управления и обработки информации для исследования кардиореспираторной системы человека Программно-аппаратный комплекс анализа, управления и обработки информации для исследования кардиореспираторной системы человека Программно-аппаратный комплекс анализа, управления и обработки информации для исследования кардиореспираторной системы человека Программно-аппаратный комплекс анализа, управления и обработки информации для исследования кардиореспираторной системы человека Программно-аппаратный комплекс анализа, управления и обработки информации для исследования кардиореспираторной системы человека Программно-аппаратный комплекс анализа, управления и обработки информации для исследования кардиореспираторной системы человека Программно-аппаратный комплекс анализа, управления и обработки информации для исследования кардиореспираторной системы человека Программно-аппаратный комплекс анализа, управления и обработки информации для исследования кардиореспираторной системы человека Программно-аппаратный комплекс анализа, управления и обработки информации для исследования кардиореспираторной системы человека Программно-аппаратный комплекс анализа, управления и обработки информации для исследования кардиореспираторной системы человека
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Охрицкий Александр Анатольевич. Программно-аппаратный комплекс анализа, управления и обработки информации для исследования кардиореспираторной системы человека : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.01 Москва, 2007 113 с., Библиогр.: с. 99-103 РГБ ОД, 61:07-5/2375

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Медицинские системы для регистрации физиологических параметров 12

1.1. Физиологические сигналы 13

1.1.1. Электрокардиограмма 13

1.1.2. Реограмма 14

1.1.3. Баллистокардиограмма 17

1.1.4. Сейсмокардиограмма 18

1.1.5. Фотоплетизмограмма 19

1.1.6. Пневмотахограмма 19

1.1.7. Кровяное давление 20

1.2. Параллельная регистрация физиологических сигналов 21

ГЛАВА 2. Многоканальное устройство для регистрации физиологической информации на основе технологий ЦОС 28

2.1. Типовая схема многоканального устройства для регистрации физиологической информации 29

2.2. Построение аналогово-цифрового блока многоканального устройства на основе многоразрядных сигма-дельта АЦП 31

2.2.1. Сигма-дельта АЦП. Основные принципы функционирования 31

2.2.2. Технические характеристики сигма-дельта АЦП AD7716 38

2.2.3. Структурная схема аналого-цифрового блока многоканального комплекса на основе сигма-дельта АЦП 41

2.2.4. Конструкция многоканального устройства для регистрации физиологических сигналов 43

2.2.5. Цифровая часть 46

2.2.6. Обеспечения требований электробезопасности 47

2.2.7. Обеспечение требований по влагостойкости 48

2.3. Сенсоры и датчики 49

2.3.1. Отведения ЭКГ/ИКГ 50

2.3.2. Датчик ФПГ 51

2.3.3. Датчик СКГ 53

2.3.4. Датчик ПТГ 55

2.3.5. Комплект контрольно-тестовой аппаратуры 56

2.4. Сопряжение многоканального комплекса с ПК 58

2.4.1. Интерфейс сопряжения с ПК 58

2.4.2. Стандарт интерфейса USB 61

2.4.3. Программное обеспечение для работы с USB в периферийных устройствах 62

2.4.4. Программное обеспечение для работы с USB на ПК 66

ГЛАВА 3. Программное обеспечение комплекса 68

3.1. Требования к ПО комплекса 68

3.2. Структура 70

3.3. Низкоуровневый драйвер USB 70

3.4. Библиотека динамической компоновки DLL 72

3.4.1. Типы динамического связывания 73

3.4.2. Экспортируемые функции 73

3.5. Языки описания сценария работы ПО 75

3.5.1. Язык описания данных XML 76

3.5.2. Файлы настройки Windows 77

3.6. Интерфейс программного обеспечения 79

3.7. Фильтрация сигнала и алгоритм автоматического регулирования коэффициента усиления 82

3.7.1. Фильтрация сигналов 82

3.7.2. Автоматическое регулирование коэффициента усиления 84

3.8. Формат хранения сигналов 84

3.8.1. Обеспечение целостности данных 87

3.9. Алгоритм кодирования-компрессии без потерь 89

3.9.1. Библиотека прикладного программиста для компрессии физиологических сигналов 91

3.10. Обеспечение восстановления программы в случае сбоя 95

Выводы 96

Библиография

Введение к работе

Системы регистрации, обработки и анализа физиологической информации человека широко применяются в медицинской практике, это обусловлено их объективностью, информативностью и хорошей воспроизводимостью получаемых результатов. С развитием вычислительной техники, повсеместно осуществляется переход на компьютерную обработку и хранение медицинской информации, совершенствующиеся технологии повышают диагностические возможности медицинской аппаратуры.

Важнейшей задачей системы здравоохранения является сохранение здоровья граждан, причем более эффективно ориентировать систему здравоохранения на профилактику заболеваний, а не на лечение уже развившегося недуга. Поэтому особое значение принимает разработка методик оценки состояния здоровья.

Одним из важных показателей здоровья организма является его способность адаптироваться к изменчивым условиям внешней среды. Любое воздействие среды на организм вызывает ответную реакцию системы регуляции, задача которой за счёт внутренних резервов организма, обеспечить гомеостатический режим его деятельности [3].

Система кровообращения ответственна за адаптацию организма к большому числу различных факторов внешней среды. В большинстве случаев систему кровообращения можно рассматривать как индикатор состояния функциональных резервов целого организма. Дыхательная система является функционально связанной с системой кровообращения, и, учитывая способность системы регуляции компенсировать нагрузку на связанные системы, совместный анализ кровообращения и дыхания (кардио-респираторной системы) позволяет наиболее полно оценивать состояние организма. При этом важно обеспечить синхронную связь между параллельно регистрируемыми физиологическими сигналами этих систем.

Цель работы

Целью работы являлось проектирование и создание цифрового про-

граммно-аппаратного комплекса анализа, управления и обработки физиологической информации, ориентированного на исследования и диагностику кардиореспираторнои системы человека.

Основные результаты работы

Разработан и изготовлен программно-аппаратный комплекс для проведения исследований кардиореспираторнои системы человека в составе:

многоканальный усилитель комплекса «Пневмокард», позволяющий синхронно регистрировать физиологические сигналы в частотном диапазоне от постоянной составляющей (от 0 Гц) (Рис. 1);

комплект датчиков для регистрации каналов электрокардиограммы, импедансограммы, сейсмокардиограммы, фотоплетизмограммы и пневмотахограммы;

программное обеспечение для управления экспериментом по исследованию кардиореспираторнои системы, реализующее возможность биологической обратной связи, возможность гибкой настройки сценария эксперимента, позволяющее испытуемому проводить эксперимент самостоятельно в полуавтоматическом режиме, без участия медицинского персонала;

комплект контрольно-тестовой аппаратуры.

Рис. 1 Многоканальный цифровой усилитель комплекса ПНЕВМОКАРД.

Комплекс ПНЕВМОКАРД (Рис. 1) является цифровой системой,

в которой применён многоразрядный сигма-дельта АЦП [72] позволяющий регистрировать широкий диапазон амплитуд и частот физиологических сигналов кардиореспираторной системы. Для управления АЦП и передачи данных через гальваническую развязку в приборе используются однокристальные микро ЭВМ (ОМЭВМ) [74]. Современная элементная база позволила выполнить прибор в малогабаритном пластиковом корпусе 100x60x3 Омм.

Для регистрации физиологических параметров в соответствии с методикой эксперимента разработан комплект датчиков с кабелем (Рис. 2)

Рис. 2 Комплект датчиков и

способ их установки.

Прибором регистрируется электрокардиограмма, импедансограмма, сейсмокардиограмма, пневмотахограмма и фотоплетизмограмма. Управление экспериментом, реализация биологической обратной связи и сбор данных с прибора осуществляется с помощью ПО на ПК. ПО функционально разделено на две части, одна из которых управляет экспериментом, регистрирует и сохраняет данные, другая используется при обработке результатов. Устройство подключается к ПК с использованием интерфейса USB [100], длина кабеля 2,5 м. Применение стандартного интерфейса обеспечивает передачу данных с необходимой скоростью, подачу питания на прибор, поддержку со стороны современных операционных систем ПК -Windows 98/2000/ХР.

Обеспечена гальваническая развязка пациента от вычислительного

блока (класс электробезопасности II тип CF). Комплекс соответствует требованиям безопасности, установленным ГОСТ Р 50267.0-92 (МЭК-601-1-88) для изделий медицинских электрических класса II типа В [28]. Основные параметры комплекса:

Канал импедансограммы

Входной диапазон

(значение базового импеданса)

Уровень собственных шумов, приведенных ко входу (для базового импеданса 100 Ом)

от 10 до 400 Ом

не более 0.004 Ом от пика до пика

Разработанное программное обеспечение и прибор в составе комплекса «Пневмокард» прошли приемо-сдаточные испытания в Государственном научном центре Российской Федерации - Институте Медико-Биологических Проблем, и были допущены к эксплуатации в составе Российского сегмента Международной космической станции (МКС).

Результаты диссертационной работы были использованы при реализации следующих проектов кафедры биомедицинских систем МИЭТ:

НИР «Малогабаритный внешне носимый электрический кардиовер-тер-дефибриллятор, средства контроля за сердечной деятельностью в чрезвычайных ситуациях», НИР «Система бесконтактного контроля сердечной деятельности человека во время сна в условиях международной космической станции» (2003-2004 годы, НТП Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники»)

НИР «Разработка программного обеспечения для автоматического анализа данных, получаемых с помощью комплекса СОНОКАРД», НИР «Разработка наземного программного обеспечения (ПО) для обработки и анализа физиологических данных, получаемых в ходе проведения эксперимента ПУЛЬС» (2001-2003 годы, заказчик - ГНЦ «Институт медико-биологических проблем» РАН)

Достоверность полученных результатов

Достоверность полученных результатов обусловлена использованием апробированных медицинских методов исследования, типовых способов регистрации физиологических сигналов, общепринятых методов разработки и верификации программного обеспечения, российских и международных стандартов на программно-аппаратные комплексы для съёма биомедицинских сигналов, а так же подтверждается лабораторными и клиническими верификационными испытаниями.

Апробация работы

Приведённые в диссертации результаты работы были представлены

автором на:

Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика - 2002», Москва, МИЭТ, 17-18 апреля 2002.

Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика - 2003», Москва, МИЭТ, 23-24 апреля 2003.

Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика - 2004», Москва, МИЭТ, 21-22 апреля 2004.

V Международная научно-техническая конференция "Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии" ФРЭМЭ'2004, Суздаль 28-31 августа 2004 года.

Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика - 2005», Москва, МИЭТ, 19-21 апреля 2005.

Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика - 2006», Москва, МИЭТ, 19-21 апреля 2006.

Молодежном научно-инновационном конкурсе «Электроника 2006 -2007», Москва, МИЭТ 30 ноября 2006.

За время работы над диссертацией было опубликовано 5 статей в журналах [4],[43],[53],[54],[55] и 6 тезисов в сборниках докладов [50],[51],[52],[56],[57],[89].

Физиологические сигналы

Электрокардиограмма (ЭКГ) графическое представление разности потенциалов, возникающей во время работы сердца на поверхности тела. Является одним из основных методов диагностики сердечно-сосудистых заболеваний.

Отведение в электрокардиографии означает определенное расположение электродов, а так же напряжение на этой системе электродов. Простейшее биполярное отведение состоит из двух электродов на поверхности тела.

Отведение ЭКГ снимается с поверхности грудной клетки посредством трех электродов (два активных и один уравнивающий потенциалы).

Для съема используются одноразовые клеящиеся малополяризую-щиеся (поверхность Ag/AgCl) электроды с контактом типа "кнопка", предназначенные для проведения нагрузочных проб или суточного "холтеров-ского" мониторирования.

К примеру, это могут быть широко распространенные электроды на полиэтиленовой основе модели F55 производства фирмы Leonard Lang GmbH (Австрия) или электроды на текстильной основе 2271 RedDot производства ЗМ (США). Для подключения электродов используются отдельные провода длиной не менее 60 см, допускающие многократный излом.

Измеряемый параметр - напряжение в диапазоне амплитуд 0.01-ЮмВ. Частотный диапазон ЭКГ 0.02-150Гц.

Для регистрации электрокардиограммы используются усилительные электрокардиографы, в которых разность потенциалов, отводимая от тела, подаётся на вход усилителя. Участки тела, от которых отводится разность потенциалов и графическая кривая этой разности потенциалов обозначается термином «электрокардиографическое отведение» или просто «отведение». Практический выбор способа отведения в том или ином методе исследований зависит от решаемой медицинской задачи и диагностической ценности определяемых параметров.

Все используемые отведения можно разделить на двухэлектродные и многоэлектродные. Двухэлектродные отведения формируют биполярные отведения, они содержат два электрода, каждый из которых является измерительным, а разность потенциалов регистрируется между двумя точками поверхности тела. В многоэлектродных отведениях в требуемые точки тела накладывается две группы электродов и электроды каждой группы соединяются через резисторы, образуя две ветви отведения. Общие точки каждой ветви подключаются ко входу усилителя.

Стандарт электрокардиологического исследования включает обязательную регистрацию 12 отведений. представляет собой комплексное сопротивление - импеданс. Интерес представляет относительные изменения значений импеданса, т.к. известно, что одним из главных факторов, определяющих электропроводность жи вой ткани, является степень её кровенаполнения.

Реография (от греч. rheos - течение, поток и... графия), метод изучения кровенаполнения какого-либо участка тела путём графической регистрации колебаний его электрического сопротивления.

Импедансная кардиография - это метод исследования функционального состояния сердца, основанный на графической регистрации изменений его полного электрического сопротивления в течение сердечного цикла.

Метод реографии основан на том, что при пропускании через участок тела переменного тока звуковой или сверхзвуковой частоты (16-300 кгц) и низкой амплитуды (0,1-0,4 мА) роль проводника тока выполняют жидкие среды организма, прежде всего кровь в крупных сосудах; это даёт возможность судить о состоянии кровообращения в определённой области тела или органе. На кровенаполнение влияют тонус сосудов и общее количество крови, поэтому реография даёт косвенное представление о периферическом сопротивлении току крови в сосудах и об объёме циркулирующей крови.

Биофизические основы импедансной реокардиографии были впервые обоснованы на рубеже 40-60 годов в работах отечественных (Кедров А.А., Пушкарь Ю.Т.,) и зарубежных ученых (W.G.Kubicek, B.Sramek)

Для измерения импеданса биоткани её необходимо подключить к источнику внешнего электрического тока. Подключение осуществляется с помощью электродов, устанавливаемых на поверхности тела. В зависимости от метода измерения количество одновременно используемых электродов, а, следовательно, и схема измерения могут изменяться.

Известно несколько схем подключения биоткани к источнику тока. Ниже рассмотрены некоторые методы регистрации импедансной кардиограммы и реограммы. Наиболее простой способ измерения сопротивления обеспечивает двухэлектродная схема подключения (Рис. 3).

Электрокардиограмма

Кровяное давление - давление, которое оказывает кровь на стенки кровеносных сосудов, по которым она движется. Величина кровяного давления определяется силой сердечных сокращений, количеством крови и сопротивлением кровеносных сосудов. Самое высокое давление наблюдается в момент выброса крови в аорту; минимальное - в момент, когда кровь достигает полых вен. Различают верхнее (систолическое) давление и нижнее (диастолическое) давление.

Артериальное давление наиболее точно может быть измерено инва-зивно, с помощью датчика давления размещённого в кровеносном сосуде. Инвазивные измерения кровяного давления используются при интенсив ной терапии и в целях научных исследований. Повсеместно используется не инвазивный метод, гораздо более простой и менее болезненный для пациента, однако менее точный.

Параллельная регистрация физиологических сигналов

Для получения наиболее точной и полной информационной картины исследуемого объекта целесообразно применять совместную, параллельную регистрацию нескольких различных физиологических сигналов. Приборы, выполняющие подобные задачи нашли применения в ряде областей: в клинической медицине, в биологических и психологических экспериментах, в прикладной психофизиологии, в частности в психофизиологическом методе «детекции лжи». Так как цели применения в каждой из областей свои, соответственно и требования к приборам несколько отличаются.

Оценка психофизиологического состояния человека с помощью полиграфа применяется в криминалистике, при оперативно-розыскной, следственной и кадровой работе.

Полиграф (поли- + греч. grapho писать, изображать) - многоканальное регистрирующее устройство для одновременной записи нескольких физиологических показателей при экспериментальном или диагностическом исследовании.

Полиграфы, изготовленные для этих целей, так называемые «детекторы лжи» используются в методике выявления возможно скрываемой человеком информации. Эксперимент, в данном случае, представляет собой опрос человека и одновременный анализ физиологических сигналов, которые возникают непроизвольно в ответ на задаваемые вопросы. Считается, что реакция на вопросы несущие информацию о значащих событиях в памяти опрашиваемого более выражена, чем реакция на вопросы с меньшей значимостью [6].

Выбор физиологических сигналов для регистрации такими полиграфами - «детекторами лжи» обусловлен спецификой решаемых ими задач, а именно задачей выявления психофизического состояния испытуемого.

Считается, что внешние стимулы (вопросы, предметы, изображения), несущие в себе информацию о запечатленном в памяти опрашиваемого лица событии и представляющем для него высокую значимость (ситуационная значимость), устойчиво, т.е. от предъявления к предъявлению, вызывают физиологические реакции, превышающие по своей выраженности реакции на аналогичные, но представляющие для него меньшую значимость стимулы.

Многоканальные приборы, применяемые в классической схеме психофизиологического метода «детектора лжи», как правило, регистрируют следующие сигналы: - сигнал кожно-гальванической реакции, характеризующий проводимость кожи вследствие потоотделения; - сердечно сосудистая активность (сигнал артериального давления, ЭКГ, сигнал плетизмограммы, характеризующий кровоток); - дыхание (грудное, брюшное);

Типовая схема многоканального устройства для регистрации физиологической информации

В настоящее время большинство научно исследовательских комплексов (в том числе и медицинских) где требуется обработка и визуализация зарегистрированной информации строится на базе персонального компьютера. Данный подход позволяет использовать персональный компьютер как готовый блок, предоставляющий возможность проводить обработку, вычисления, статистический анализ данных и любые другие расчёты. Кроме того, появляется возможность хранения и передачи данных по компьютерным сетям связи. В настоящее время ПК снабжены достаточным набором интерфейсов сопряжения с внешними устройствами, поэтому, при проектировании подобных систем, задача сводиться к разработке устройства ввода данных и написанию программного обеспечения для их обработки. Подобный поход целесообразно использовать при разработке многоканального комплекса для исследования кардиореспираторной системы. Задача обработки сигналов и управления экспериментом возлагается на программное обеспечение персонального компьютера, ниже рассмотрим составные части блока сбора данных, который состоит из комплекта датчиков и цифрового усилителя. сигналов с датчиков размещенных на теле пациента, предварительная фильтрация и усиление сигнала, аналого-цифровое преобразование и передача цифровых данных на персональный компьютер. К прибору могут быть подключены датчики различного характера, их можно разделить на активные датчики, которым требуется питание и пассивные, например электрокардиографические электроды.

На Рис. 13 представлена типовая схема блока усилителей цифрового многоканального устройства. В данном случае сигнал с датчиков поступает на вход инструментального усилителя. Фильтр высокой частоты (ФВЧ) устраняет постоянную составляющую в сигнале для согласования с динамическим диапазоном АЦП. Фильтр строится на основе операционных усилителей с применением прецизионных конденсаторов большой емкости. Частота среза фильтра выбирается минимальной, например 0.16 Гц. Важно чтобы данные фильтры не вносили существенного рассогласования по фазе сигнала в различных каналах, поэтому возникает требование к точности их частотных параметров и наличие в их составе прецизионных элементов, что особенно не просто обеспечить для конденсаторов, разброс в номиналах которых может быть значительным. В случае построения многоканальных систем использование крупногабаритных компонентов приводит к существенному увеличению площади печатных плат и габаритов прибора.

Фильтр низкой частоты (ФНЧ) ограничивает спектр входного сигнала сверху для соблюдения критерия Найквиста при аналого-цифровом преобразовании. При этом требуемый порядок ФНЧ приблизительно можно рассчитать по формуле [25]: FA - верхняя граница полосы входного сигнала, Гц.

В качестве примера, значения DR = 96nB, FS = 400ru, FA = 70 Гц определяют необходимость в построении в данной схеме ФНЧ 10-го порядка. Обычно требования к ФНЧ снижают, считая, что спектр входного сигнала известен и амплитуда высокочастотных составляющих в нем мала.

Быстродействующие АЦП с точностью 12-16 двоичных разрядов используют временное разделение для преобразования по нескольким (8-12) каналам. При этом схемы выборки хранения и мультиплексоры вносят в сигнал дополнительные нелинейные искажения и фазовые межканальные сдвиги. Сдвиги и искажения при анализе разностных сигналов могут привести к появлению дополнительных высокочастотных составляющих. Наличие межканальных фазовых набегов значительно ослабляет коэффициент ослабления синфазной помехи. Для уменьшения влияния этих ошибок повышают скорость аналого-цифрового преобразования, что усложняет схемотехнику и делает прибор более дорогим.

Можно выделить следующие недостатки, характерные типовому подходу: - для реализации аналогового ФВЧ необходимы прецизионные крупногабаритные конденсаторы с малыми токами утечки, т.к. рассогласование частотных параметров ФВЧ в разных каналах ведёт к потере синхронизации между каналами; - необходим аналоговый ФНЧ высокого порядка для ограничения частотного диапазона сигнала ЭКГ с целью предотвращения эффекта наложения спектров при дискретизации сигнала; - схемы выборки-хранения и мультиплексор перед входом 12-ти разрядного АЦП вносят дополнительные нелинейные искажения; - необходим дополнительный каскад усиления (в несколько сотен раз) после ФВЧ вследствие малой разрядности АЦП.

Требования к ПО комплекса

ПО комплекса выполняется на персональном компьютере, под управлением ОС семейства Windows. Требования к персональному компьютеру в первую очередь определяются возможностью надежной работы самой операционной системы, также необходимо наличие портов USB и манипуляторов типа «мышь».

В задачу ПО комплекса входит обеспечение проведения эксперимента «Пневмокард». Одной из особенностей эксперимента является то, что испытуемый должен провести его самостоятельно без присутствия медицинского персонала. Поэтому на программное обеспечение возлагается задача выполнения руководящих действий на всех этапах самого эксперимента и подготовки к нему.

В целом, программное обеспечение выполняет следующие действия: управление многоканальным усилителем Пневмокард, чтение сигналов зарегистрированных прибором и сохранение их на жёстком дис ке, обработка сигналов и отображение их на экране монитора, реализация биологической обратной связи (БОС) в виде построения и отображения сигнала навязываемого ритма дыхания, отображение прочей графической и текстовой информации.

С учетом того, что программным обеспечением испытуемому придётся пользоваться без участия медицинского персонала, пользовательский интерфейс ПО был максимально упрощен, для отображения сигналов в программе применяется автоматическое регулирование коэффициента усиления, предусмотрена возможность применения ФНЧ и ФВЧ для каждого канала отдельно. Реализация блока усиления комплекса выполнена без применения аналоговой фильтрации, вся необходимая обработка выполняется цифровыми фильтрами непосредственно программным обеспечением. Параметры фильтров могут быть настроены для каждого канала отдельно, что особенно важно с учётом того, что комплекс может регистрировать сигналы с различной абсолютной амплитудой и с различными частотными характеристиками. Однако, работа фильтров для отображения сигнала на экране монитора не отражается на сохраняемый для последующей обработки сигнал.

Программное обеспечение для управление экспериментом выполняет следующие действия: - отображение на экране монитора инструкций по подготовке комплекса к проведению эксперимента, что включает информацию о порядке установки электродов и датчиков на обследуемого, подключение прибора к компьютеру. Вся информация снабжается необходимыми иллюстрациями; - контроль качества подключения датчиков, отображение сигналов на экране; - последовательная выдача на экран номера выполняемого этапа эксперимента, его содержание, а также информация о уже выполненных этапах, ПО, по команде пользователя, позволяет осуществлять переход на соседние этапы. Схема модулей программного обеспечения комплекса показана на

Исполняемый файл pnvmon.exe (блок 1) является главным модулем программы. Для связи с прибором используется динамически подгружаемая библиотека pnvmon.dll (блок 2). Библиотека реализует высокоуровневый интерфейс для работы с прибором ПНЕВМОКАРД. В библиотеке инкапсулированы системные обращения к низкоуровневому драйверу USB mcsusblO.sys (блок 3).

Верхний уровень содержит отдельные драйверы, поддерживающие специфичные классы устройств. Эти драйверы реализуют протокол, который используется в каналах, отличающихся от используемых по умолчанию. Они также реализуют дополнительную функциональность, которая делает устройство доступным другим частям ядра или пользовательской части. Они используют интерфейс драйвера USB, используемый слоем сервисов.

Для работы с приборами, интерфейсная часть которых реализована на микросхеме USBN9604, используется универсальный низкоуровневый драйвер USB разработанный в компании МКС. Данный драйвер загружается операционной системой в момент подключения устройства и находится в памяти до тех пор, пока устройство подключено к шине. Драйвер позволяет организовывать каналы связи с устройством на шине (pipe). Для внешних приложений работа с драйвером заключается в следующих операциях: - получение дескриптора драйвера; - открытие канала передачи данных к устройству; - запись данных для передачи в буфер драйвера; - чтение данных пришедших с устройства из буфера драйвера.

Для упрощения взаимодействия прикладной программы с низкоуровневым драйвером USB была реализована динамически подсоединяемая библиотека (dynamic-link library) DLL. Библиотека инкапсулирует все основные вызовы необходимые для работы с прибором, реализует двунаправленный интерфейс для передачи данных.

Похожие диссертации на Программно-аппаратный комплекс анализа, управления и обработки информации для исследования кардиореспираторной системы человека