Лекция_Структура ПБС

1.

Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
Институт Биомедицинских Систем
Эдуард Адипович Миндубаев
Персонализированные биомедицинские системы
Лекция №2
Структура персонализированных биомедицинских систем

2.

Обобщенная структура активной
имплантируемой биомедицинской системы
Основные функции имплантируемых
биомедицинских систем:
1. Телеметрия (telemetry).
2. Дистанционное воздействие на организм
(teleactuation).
2

3.

Блок беспроводного энергообеспечения
3

4.

Коммуникация между внешней и имплантируемой
частями системы
Цель подстройки параметров системы:
1. Подстройка системы с целью инициализации параметров системы.
2. Изменение настроек системы при изменении состояния пациента.
Таблица – Стандарты взаимодействия медицинских систем
Medical Implant
Communications Service
(MICS)
Medical Data Service (MEDS)
Диапазон частот, МГц
402...405
401...402 и 405...406
Число каналов коммуникации
9
18
Полоса пропускания канала, кГц
300
150 (в диапазоне 401,85...402 МГц)
100 (в диапазоне 401...401,85 МГц
и 405...406 МГц )
Эффективная изотропно излучаемая
мощность
25 мкВт (MICS)
100 нВт (MITS)
25 мкВт (LBT)
250 нВт (без LBT)
4

5.

Регулировка входного напряжения имплантата
5

6.

Регуляторы напряжения
1. Линейные регуляторы (Linear Regulator)
Простые и низкоэффективные схемы, используемые при малых отклонениях
напряжения от номинала. Избыточная мощность рассеивается в виде тепла.
2. Импульсные источники питания (Switch Mode Power Supply)
Высокоэффективные, но при этом комплексные схемы, используемые для
регулировки напряжения.
6

7.

Линейные регуляторы
7

8.

Импульсные источники питания
8

9.

Аналоговый входной блок
Аналоговый входной блок (Analog Front End) – набор схем обработки аналоговых
сигналов, включающий операционные усилители, фильтры и интегральные схемы
специального назначения (Application Specific Integrated Circuits), который
используется для соединения сенсоров и АЦП.
Осуществляет работу с «аналоговой частью системы», а именно непосредственно
процедуру измерений при помощи сенсоров и, например, электростимуляцию при
помощи электродов.
9

10.

Оптимизация энергопотребления имплантата
Принципы оптимизации энергопотребления имплантата:
– Доступная энергия значительно ограничена.
– Энергопотребление имплантата должно быть минимизировано: питание только тех
блоков схемы, которые работают в настоящий момент времени.
– Использование интегральных схем.
– Сегментирование блоков по выполняемым функциям.
10

11.

Центральное процессорное устройство
В общем случае центральное процессорное устройство (ЦПУ) включает в себя:
1. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – выполняет арифметические (сложение,
вычитание, деление, умножение) и логические (И, ИЛИ, НЕ и т.д.) операции.
2. Блок управления – извлекает инструкции для АЛУ из памяти устройства, передает
результаты выполнения инструкций в выходной реестр.
3. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) – дискретизация, квантование и
кодирование входного сигнала.
11

12.

Запоминающее устройство
Типы электронных запоминающих устройств:
1. Энергозависимая память (volatile memory) – память, в которой для удержания
информации необходимо энергообеспечение).
2. Энергонезависимая память (nonvolatile memory) – память, которая удерживает
информацию без энергообеспечения.
Таблица – Сравнение типов запоминающих устройств
Запоминающее устройство с
произвольным доступом /
Random Access Memory (RAM)
Постоянное запоминающее устройство /
Read-Only Memory (ROM)
Тип памяти
Энергозависимая
Энергонезависимая
Функция
Оперативная работа с данными,
буфер для временной информации
Сохранение программ, необходимых для
запуска системных приложений, хранилище
постоянной информации
Чтение/запись
Чтение и запись
Только чтение
12