Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 9 августа, печатный экземпляр отправим 13 августа
Опубликовать статью

Молодой учёный

Исследование погрешностей измерения биопотенциалов сердца

Технические науки
28.12.2022
55
Поделиться
Библиографическое описание
Кадыков, Н. Ю. Исследование погрешностей измерения биопотенциалов сердца / Н. Ю. Кадыков, А. П. Васютенко. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2022. — № 52 (447). — С. 25-28. — URL: https://moluch.ru/archive/447/98409/.


В данной статье приводится выражение, описывающее зависимость напряжения, поступающего на холтер от грудных электродов, анализ составляющих погрешности измерения электрокардиограммы, выражения для определения первичных ошибок, коэффициентов влияния и суммарной погрешности измерения выходного напряжения холтера. Даны числовые значения ошибок составляющих и суммарной погрешности измерения.

Ключевые слова: электрокардиограмма, холтер, выходное напряжение, погрешность, измерение, первичная ошибка, коэффициент влияния.

Диагностика сердечных заболеваний в большей степени базируется на анализе изменений биопотенциалов сердца, связанными с тонкими электрохимическими процессами, протекающими в биологических мембранах мышечных клеток. Параметрами, характеризующими электрокардиограмму (ЭКГ), являются амплитуда зубцов (Uвых), интервалы и комплексы зубцов.

В статье исследуется точность выходного напряжения (Uвых). Выражение, описывающее зависимость напряжения, поступающего на холтер от грудных электродов, имеет следующий вид [1]:

(1)

На величину выходного параметра оказывают влияние отклонения следующих факторов (первичных ошибок):

– Тока сетевой наводки , мкА;

– Сопротивления электрода ,Ом;

– Сопротивления кожи грудного отдела

– Эквивалентного сопротивления кожи

– Входного сопротивления холтера

– Коэффициента усиления холтера ∆k;

– Коэффициента передачи усилителя ∆K.

Для вычисления коэффициентов влияния первичных ошибок , , ∆k, ∆K, определим частные производные выражения:

и определим выражения, описывающие зависимость коэффициентов влияния первичных ошибок на выходное напряжение холтера:

погрешность, связанная с колебанием величины тока наводки:

= (2)

погрешность, связанная с колебанием величины сопротивления электрода:

= (3)

погрешность, связанная с колебанием величины сопротивления грудного отдела:

= (4)

погрешность, связанная с колебанием величины эквивалентного сопротивления кожи:

= (5)

погрешность, связанная с колебанием величины входного сопротивления холтера:

= (6)

погрешность, связанная с колебанием величины коэффициента усиления холтера:

= (7)

погрешность, связанная с колебание величины коэффициентом передачи усиления:

= (8)

Суммарная погрешность измерения выходного напряжения холтера будет:

.(9)

Расчёт коэффициентов влияния и составляющих погрешности измерения проводился согласно выражений (2–9), а значения первичных ошибок ( ) принимались равными 10 % от номинального значения соответствующих параметров Iп = 0.75 мкА — ток сетевой наводки; R1 = 5 кОм — сопротивление кожи; R2 = 150 кОм — переходное сопротивление электрода; Rвх = 10 Мом — входное сопротивление холтера; R3 = 50 кОм — эквивалентное сопротивление кожи; k= 1000 — коэффициент усиления; K = 80 — коэффициент передачи. (Таблица 1). [2].

Таблица 1

Расчётные значения коэффициентов влияния и составляющих погрешности измерения

Наименование параметра

Обозначение ошибки

Значение коэффициентов влияния

Первичная ошибка

Значение погрешности (В)

Ток наводки питающей сети

Ом

0.075 * А

0,435*

Сопротивление электрода

500 Ом

0,003*

Сопротивление кожи

1500 Ом

0,009*

Эквивалентного сопротивление

5 кОм

4,35*

Входное сопротивление холтера

42,9*

1 мОм

4,29*

Коэффициент усиления

k

0,0456*

100

0,0435*

Коэффициент передачи

K

53,65*

8

4,9*

Суммарная погрешность измерения входного напряжения

14*

Если рассматривать составляющие погрешности измерения выходного напряжения как случайные величины ( ), то суммарная погрешность определится из выражения.

Выводы. Анализ расчётных данных позволяет выявить доминирующие составляющие погрешности измерения амплитуды выходного напряжения:

– токи наводки ( 0,435* В;

– изменение эквивалентного сопротивления кожи, на месте контакта электродов 0,003* ;

изменение внутреннего сопротивления электрической схемы =4,29*

– колебание величины коэффициента усиления холтера В.

Согласно ГОСТ Р50.2.009–2011 в рамках поверки и калибровки ЭКГ оборудования, измеряют амплитуду зубца R на 1, 2, V1 — V6 отведениях, а зубца S в отведении aVR. [3].

Измеренные значения должны находиться в диапазоне от 3,6 до 4,4 мВ, для систем, разработанных до 01.01.1995 года. А при номинальном значении 2,0 мВ после 01.01.1995 года, что соответствует относительной погрешности измерений δ= ± 10 % (± 14 % для разработанных до 01.01.1995 г.).

Расчётная величина суммарной погрешности измерения выходного напряжения холтера, согласно данным таблицы 1, составляет:

= 14* В, что не превышает допустимой величины

= 14* .

Литература:

  1. Системы и устройства в кардиологии/Алдонин Г. М., Желудько С. П. — Краснояр.: СФУ, 2014. -181 с.: ISBN 978–5–7638–3003–3
  2. Щукин С. И. Биотехнические системы медицинского назначения в 2 ч. Часть 2. Анализ и синтез систем: учебник для бакалавриата и магистратуры/ С. И. Щукин, Ю. А. Ершов. — 2-е изд.,испр. И доп. — М.: Издательство Юрайт, 2019. -346.
  3. ГОСТ Р50.2.009–2011 Рекомендации по метрологии. Государственная система обеспечение единства измерений. Электрокардиографы, электрокардиоскопы и электрокардиоанализаторы. Методика поверки.
Можно быстро и просто опубликовать свою научную статью в журнале «Молодой Ученый». Сразу предоставляем препринт и справку о публикации.
Опубликовать статью
Ключевые слова
электрокардиограмма
холтер
выходное напряжение
погрешность
измерение
первичная ошибка
коэффициент влияния
Молодой учёный №52 (447) декабрь 2022 г.
Скачать часть журнала с этой статьей(стр. 25-28):
Часть 1 (стр. 1-73)
Расположение в файле:
стр. 1стр. 25-28стр. 73

Молодой учёный