Разработка аппаратно-программного комплекса двухкамерного МР-совместимого электрокардиостимулятора | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Несмотря на коронавирус, электронный вариант журнала выйдет 6 июня.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №19 (309) май 2020 г.

Дата публикации: 07.05.2020

Статья просмотрена: 2 раза

Библиографическое описание:

Воробьева, И. С. Разработка аппаратно-программного комплекса двухкамерного МР-совместимого электрокардиостимулятора / И. С. Воробьева, А. И. Шук. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 19 (309). — С. 11-17. — URL: https://moluch.ru/archive/309/69696/ (дата обращения: 29.05.2020).



В данной статье рассматривается процесс разработки АПК (аппаратно-программного комплекса) двухкамерного МР-совместимого (совместимого с процедурой магнитно-резонансной томографии) ЭКС (электрокардиостимулятора) в программной среде AllFusion Process Modeler.

В данной статье рассматриваются следующие задачи:

– Описание принципа работы АПК двухкамерного МР-совместимого ЭКС

– Разработка и описание этапов работы АПК

– Разработка структурной схемы разрабатываемого АПК

– Создание и описание модели в программной среде AllFusion Process Modeler.

– Описание процессов функциональной диаграммы

– Описание стрелок функциональной диаграммы

– Разработка диаграмм декомпозиции

Описание управления АПК электрокардиостимулятора

Внутреннее устройство кардиостимулятора, регистрирующее ЭКГ-сигнал, записывает его в блок памяти кардиостимулятора. Затем полученный ЭКГ-сигнал переходит в блок обработки данных, формирующий отчет об состоянии ЭКГ. Отчет поступает в блок хранения данных, откуда его можно загрузить на ПК с помощью программатора, и блок подстройки работы ЭКС под физическую нагрузку (блок частотной адаптации ЭКС). Параллельно акселерометр регистрирует физическую активность пациента и также загружает данные в блок подсторойки работы ЭКС под физическую нагрузку. Далее принимается решение о кардиостимуляции электрическим импульсом [1].

Система также имеет блок подстройки ЭКС под МРТ. Существует возможность включения и отключения (возврата к предыдущей конфигурации программных параметров) режима МР-совместимости при помощи программатора. Измененные настройки вводят ЭКС в режим асинхронной стимуляции. Это позволяет обеспечить безопасную работу устройства в магнитно-резонансной среде даже в случае перегрузки микропроцессора. Также снижается риск индуцированной нежелательной сердечной стимуляции. После процедуры МРТ настройки ЭКС также через программатор возвращают в стандартный режим работы.

Разработка функциональной диаграммы (IDEF0)

Вначале построения модели в программной среде AllFusion Process Modeler была создана контекстная диаграмма (Диаграмма 1), представляющая всю систему в виде одного блока «Управление биотехнической системой имплантируемого электрокардиостимулятора» и дуг, изображающих все основные внешние связи моделируемой системы. Диаграмма декомпозиции, полученная в результате разбиения контекстной диаграммы на отдельные активности, выявляет полный набор подфункций, каждая из которых представлена как блок, границы которого определены интерфейсными дугами. Рассмотрим подробнее каждую из полученных диаграмм [2].

– Диаграмма 1 — функциональная диаграмма (рисунок 2);

– Диаграмма 2 — декомпозиция функциональной диаграммы 1 (рисунок 3);

– Диаграмма 3 — декомпозиция блока «Постройка работы ЭКС под МРТ» (рисунок 4);

– Диаграмма 4 — декомпозиция блока «Подстройка работы ЭКС под физическую нагрузку» (рисунок 5).

В таблице 1 показано описание функциональной диаграммы (диаграмма 2).

Таблица 1

Описание функциональной диаграммы (диаграмма 2)

Процессы

Описание

1. Блок обработки ЭКГ-сигнала

Производится обработка ЭКГ-сигнала, считанного с биообъекта:

— Вычисление QRS-комплекса;

— Вычисление амплитуды

R-зубца;

— Вычисление величины временных промежутков между QRS-комплексами.

2. Подстройка работы

ЭКС под физическую нагрузку

Происходит сравнение обработанного ЭКГ-сигнала и данных о физической активности пациента, полученных с акселерометра, с нормальными показателями сердца в условиях покоя либо активности. Формируется ответ о наличии патологии в работе сердца.

3. Генерация и передача

электрического импульса

БО

Опираясь на данные, полученные с предыдущего блока, происходит электростимуляция биообъекта в случае наличия патологии в работе.

4. Подстройка работы

ЭКС под МРТ

Перед проведением МТР настройки ЭКС меняются с помощью программатора. ЭКС вводится в асинхронный режим стимуляции. После МРТ настройки ЭКС также с помощью программатора перепрограммируются в стандартный режим работы.

5. Формирование отчета

о состоянии ЭКГ на ПК

Отчет о состоянии ЭКГ поступает в блок хранения данных, откуда может быть считан на ПК для дальнейшей работы кардиолога с ним.


1_page-0001.jpg

Рис.2. Диаграмма 1 — функциональная диаграмма

2_page-0001.jpg

Рис. 3. Диаграмма 2 — декомпозиция функциональной диаграммы 1

44_page-0001.jpg

Рис. 4. Диаграмма 3 — декомпозиция блока «Постройка работы ЭКС под МРТ»

3_page-0001.jpg

Рис.5. Диаграмма 4 — декомпозиция блока «Подстройка работы ЭКС под физическую нагрузку»


ВЫВОДЫ

Был описан принцип работы аппаратно-программного комплекса двухкамерного МР-совместимого ЭКС, разработана функциональная блок-схема АПК и сформулированы основные ее функции. На основании функциональной блок-схемы АПК и сформулированных функций разработана модель АПК, выполненная в программной среде AllFusion Process Modeler.

По методу IDER0 была разработана одна контекстная диаграмма и три диаграммы декомпозиции. Приведено описание функциональных процессов и стрелок, изображённых на этих диаграммах. Разработанные диаграммы являются основой для дальнейшей разработки АПК двухкамерного МР-совместимого ЭКС, т. е. служат наглядным пособием для написания программы, которая и представляет собой АПК.

Литература:

  1. ГОСТ 31212–2003 Электрокардиостимуляторы имплантируемые. Общие технические требования и методы испытаний
  2. Р 50.1.028–2001 Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Методология функционального моделирования

1

Основные термины (генерируются автоматически): функциональная диаграмма, физическая нагрузка, диаграмма, помощь программатора, декомпозиция блока, программная среда, контекстная диаграмма, настройка ЭКС, ЭКС, аппаратно-программный комплекс.


Похожие статьи

Подход к моделированию процессов функционирования систем...

Возможность декомпозиции процессов на диаграммах позволяет представить процесс

Модель на основе диаграмм потоков данных (DFD) позволяет описывать систему только с

функциональный блок — «Защитить информацию по направлению защиты каналов связи»

Информационная система для индивидуального предпринимателя...

Рис. 3. Декомпозиция контекстной диаграммы. Недостатком существующего учета деятельности такси является то, что применяется бумажный журнал учета, которые не позволяет вести оперативный учет и доступ к информации, серьезно затрудняет и замедляет ее анализ.

Применение DFD-диаграмм при разработке компьютерных игр

DFD-диаграмма (Data Flow Diagram) или «диаграмма потоков данных» — один из основных инструментов структурного анализа и

Такое разбиение на блоки позволяет описывать процессы любой сложности, в DFD-диаграммах каждый функциональный блок можно...

Структура программного кода и практическое использование...

Любой программный компонент обладает свойством инкапсуляции, т.е. работает как «черный ящик», скрывая детали

На базе свойства инкапсуляции программные компоненты позволяют осуществлять структурную декомпозицию проекта.

Использование блока GEN на практике.

Редактор диаграмм состояний гибридных систем для среды...

Описана графическая нотация диаграмм состояний гибридных систем для среды моделирования ИСМА, разработан

Грамматика по-прежнему остается контекстно-свободной, так как была добавлена одна продукция, в левой части которой одиночный нетерминал.

Методы и средства проектирования информационных систем

Как итог моделирования получена диаграмма классов, позволяющая перейти к физической реализации системы.

Фаулер М. Архитектура корпоративных программных приложений.

Особенности разработки контекстной диаграммы структурно-функциональной модели.

Разработка и отладка программного обеспечения для...

Данный программно-аппаратный комплекс будет внедрен в МГТУ им. Н. Э. Баумана на

Потенциальные возможности расширения круга задач, решаемых с помощью мониторинга в

Внедрение иего перспективы. Данный программно-аппаратный комплекс будет внедрен в...

Функциональное моделирование процесса проведения...

Контекстная диаграмма составлена с точки зрения начальника отдела организации лабораторной деятельности с целью систематической оценки соответствия процесса проведения лабораторных испытаний установленным требованиям. Диаграмма декомпозиции содержит 5...

Проектирование UML-диаграмм для системы учета рабочего...

В статье описывается процесс проектирования приложения для учета рабочего времени сотрудников Томского политехнического университета в условиях единой информационной среды с использованием UML-диаграмм.

Похожие статьи

Подход к моделированию процессов функционирования систем...

Возможность декомпозиции процессов на диаграммах позволяет представить процесс

Модель на основе диаграмм потоков данных (DFD) позволяет описывать систему только с

функциональный блок — «Защитить информацию по направлению защиты каналов связи»

Информационная система для индивидуального предпринимателя...

Рис. 3. Декомпозиция контекстной диаграммы. Недостатком существующего учета деятельности такси является то, что применяется бумажный журнал учета, которые не позволяет вести оперативный учет и доступ к информации, серьезно затрудняет и замедляет ее анализ.

Применение DFD-диаграмм при разработке компьютерных игр

DFD-диаграмма (Data Flow Diagram) или «диаграмма потоков данных» — один из основных инструментов структурного анализа и

Такое разбиение на блоки позволяет описывать процессы любой сложности, в DFD-диаграммах каждый функциональный блок можно...

Структура программного кода и практическое использование...

Любой программный компонент обладает свойством инкапсуляции, т.е. работает как «черный ящик», скрывая детали

На базе свойства инкапсуляции программные компоненты позволяют осуществлять структурную декомпозицию проекта.

Использование блока GEN на практике.

Редактор диаграмм состояний гибридных систем для среды...

Описана графическая нотация диаграмм состояний гибридных систем для среды моделирования ИСМА, разработан

Грамматика по-прежнему остается контекстно-свободной, так как была добавлена одна продукция, в левой части которой одиночный нетерминал.

Методы и средства проектирования информационных систем

Как итог моделирования получена диаграмма классов, позволяющая перейти к физической реализации системы.

Фаулер М. Архитектура корпоративных программных приложений.

Особенности разработки контекстной диаграммы структурно-функциональной модели.

Разработка и отладка программного обеспечения для...

Данный программно-аппаратный комплекс будет внедрен в МГТУ им. Н. Э. Баумана на

Потенциальные возможности расширения круга задач, решаемых с помощью мониторинга в

Внедрение иего перспективы. Данный программно-аппаратный комплекс будет внедрен в...

Функциональное моделирование процесса проведения...

Контекстная диаграмма составлена с точки зрения начальника отдела организации лабораторной деятельности с целью систематической оценки соответствия процесса проведения лабораторных испытаний установленным требованиям. Диаграмма декомпозиции содержит 5...

Проектирование UML-диаграмм для системы учета рабочего...

В статье описывается процесс проектирования приложения для учета рабочего времени сотрудников Томского политехнического университета в условиях единой информационной среды с использованием UML-диаграмм.

Задать вопрос