Генератор кардиосигнала (имитатор ЭКГ) предназначен для проверки и ремонта кардиографов, мониторов Холтера и кардиоблоков реанимационных мониторов и дефибрилляторов. Генератор ЭКГ сигнала - портативный прибор с питанием от встроенного литиевого аккумулятора.
Имеется возможность подключать кабеля со штекерами 4 мм с пружиной (banana), DIN3.0 (Pro версия) и контактами типа "кнопка" или "зажим".
Прибор для проверки кардиографов генерирует сигналы прямоугольной формы с длительностью импульса = длительности паузы (скважность = 2), и сигнал, имитирующий работу сердца (кардиоподобный сигнал).

Генератор кардиосигнала

Рис. 1 Внешний вид генератора кардиосигнала (имитатора ЭКГ).

Основные характеристики прибора для проверки кардиографов (генератора кардиосигнала):
Сигнал прямоугольной формы амплитудой 1.0 мВ, и частотой 1 Гц (60 уд/мин) и 2 Гц (120 уд/мин).
Сигнал, имитирующий работу сердца, имеет ненормированную амплитуду (порядка 1.0 мВ) и частоту 1 Гц (60 уд/мин).
Частота сигнала стабилизирована кварцем, амплитуда - встроенным стабилизатором напряжения.
Имитатор ЭКГ портативный, питается от встроенного литий - полимерного аккумулятора.
Зарядным устройством служит зарядное от старых мобильных телефонов Nokia (тип ACP-7E 3.7V 355mA 1.3VA).
Время полной зарядки встроенного аккумулятора составляет 2,5-3 часа.
Процесс зарядки контролируется встроенным контроллером, перезарядка исключена. Состояние зарядки контролируется светодиодом.
Полной зарядки аккумулятора хватает не менее, чем на 48 часов непрерывной работы генератора кардиосигнала.
Габариты прибора: длина 133 мм, ширина 80 мм, высота 54 мм.
Режим работы - может работать круглосуточно без перерывов.
Вес генератора кардиосигнала без принадлежностей 170 гр.
Рабочий диапазон температур    0 - +50 град. С
Диапазон температур хранения    -40 - +50 град. С

Форма сигнала ЭКГ в режиме генерации кардиоподобного сигнала

Рис. 2 Форма сигнала в режиме генерации кардиоподобного сигнала (имитатора ЭКГ).

Простой малогабаритный прибор для проверки кардиографов (генератор кардиосигнала) без микроконтроллера и ПЗУ (прототип).


При разработке генератора кардиосигнала (прибора для проверки кардиографов) ставилась задача обеспечить приемлемые эксплуатационные характеристики при максимальной простоте и надежности конструкции. Как показала многолетняя практика, прибор должен быть портативным (малогабаритным, легким), питаться от встроенного аккумулятора и иметь контакты для подключения как кардиографов, так и кардиомониторов. Для большинства практических случаев хватает прямоугольного выходного сигнала с несколькими фиксированными значениями амплитуды и частоты. Для простоты повторения конструкции мы решили обойтись без микроконтроллера. Как показала в последствии практика эксплуатации, генерируемая микроконтроллером серия сигналов, качественно имитирующих сигналы сердца, необходима лишь для проверки автоматической постановки диагноза кардиографами, да и демонстрации работы клиенту. А, например, для проверки комплексов стресс-теста вполне достаточно сигнала, генерируемого предлагаемым имитатором ЭКГ.

Исходя из этих требований была разработана и опробована схема генератора кардиосигнала (имитатора ЭКГ) версии 1.0 (прототип), изображенная на Рис. 3. Здесь и далее при скачивании рисунки будут иметь исходный размер.

Схема простого генератора кардиосигнала

Рис. 3 Схема прототипа (версии 1.0) простого генератора кардиосигнала.

Основные характеристики прибора для проверки кардиографов:

  • Схема обеспечивает амплитуду выходного сигнала 1 мВ.
  • ЧСС (частота сердечных сокращений) переключается только в режиме П-образных импульсов 1 Гц (60 уд/мин) и 2 Гц (120 уд/мин).
  • В режиме имитации (генерирование кардиоподобного сигнала Рис. 2) частота фиксированная 1 Гц (60 уд/мин).
  • Время полной зарядки аккумулятора составляет 2,5-3 часа.
  • Время непрерывной работы генератора - до 48 часов.

Структурная схема генератора кардиосигнала

Рис. 4 Структурная схема генератора кардиосигнала.

Для сведения потребления энергии к минимуму применены КМОП микросхемы. Кварцевый генератор и делитель собраны на элементах D1, Z1, R10, R11, C10, C11... Чтобы улучшить эксплуатационные характеристики, в схему был введен простой формирователь кардиосигнала на 1-й микросхеме D2. Для простоты переключение ЧСС выполнено только для П-образного сигнала. Светодиод HL3 единственный, из светодиодов, питающийся от аккумуляторной батареи и является самым потребляемым ток элементом. Поэтому на него подается не постоянный ток, а П-образные импульсы, что позволило сократить его энергопотребление вдвое и обеспечило контроль максимального количества функций:

  1. индикация включения питания;
  2. индикация ЧСС П-образного выхода;
  3. индикация работоспособности кварцевого генератора и делителя частоты.

Переменными сопротивлениями R17 и R19 регулируется выходная амплитуда сигнала в режиме соответственно имитатора и в режиме П-образных импульсов.
Для простоты конструкции и в то же время чтобы обеспечить селекцию сигнала по разным отведениям (для локализации неисправного отведения) был применен механический переключатель S4. Резисторы R24 - R33 являются примерно сопоставимыми с сопротивлением тела человека. С ними по искажениям записи выявляются такие неисправности, как утечки на экран в кабелях отведений и в защитных диодах входных цепей кардиографов и кардиомониторов. Схема питания генератора кардиосигнала представлена на Рис. 5.

Схема источника питания генератора кардиосигнала

Рис. 5 Схема питания генератора кардиосигнала.

Схема питается от литий - полимерного 1-элементного аккумулятора 200 мА/ч рабочим напряжением 3,7 В через стабилизатор напряжения на микросхеме IC2, на выходе которого получается напряжение 3,3 В. Схема на IC3, T1, R5 - R7 служит для предотвращения включения микросхемы IC2 в случае падения напряжения на аккумуляторе ниже 3,4 В, что предотвращает переразряд аккумулятора и его преждевременную потерю емкости, а также несоответствие выходных напряжений генератора кардиосигнала из-за падения напряжения +3,3 В.
Применение литий - полимерного аккумулятора потребовало введения в схему контроллера его заряда и состояния на микросхеме IC1, резисторах R3 и R4. Цепь D1, R1 нужна для предотвращения выхода из строя микросхемы IC1 в случае использования нескольких зарядных с разными характеристиками. Если же планируется использовать рекомендуемое зарядное для мобильных телефонов Nokia старого образца, то эту цепь можно опустить.

Генератор кардиосигнала (имитатор ЭКГ) собран на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размером 70 х 50 мм (Рис. 6). Полукруглый вырез служит для размещения переключателя отведений S3.

Печатная плата генератора кардиосигнала

Рис. 6 Печатная плата генератора кардиосигнала (имитатора ЭКГ).

Правильно собранная схема будет работать сразу же после подачи питания, но для получения соответствия всех характеристик необходимо провести несложную наладку.
Налаживание схемы прибора питания сводится к подбору резистора R5, чтобы при включении питания выключателем S3 напряжение питания +3,3 В появлялось только если напряжение на аккумуляторе больше или равно 3,4 В.
Подстроечными резисторами R17 и R19 добиваемся заданной амплитуды напряжения на выходах генератора кардиосигнала.

03 сентября 2014 г.     г. Одесса