2. ˇCesk´e vysok´e uˇcen´ı technick´e v Praze
Fakulta elektrotechnick´a
Diplomov´a pr´ace
Pˇresn´a mˇeˇric´ı deska pro ´uˇcely monitorov´an´ı hemodynamick´ych
parametr˚u kardiovaskul´arn´ıho syst´emu
Martin Loskot
Vedouc´ı pr´ace: Ing. Vratislav Fabi´an
Studijn´ı program: Elektrotechnika a informatika (magistersk´y), strukturovan´y
Obor: Biomedic´ınsk´e inˇzen´yrstv´ı
kvˇeten 2010

3. ii

4. Podˇekov´an´ı
Dˇekuji panu Ing. Vratislavu Fabi´anovi, vedouc´ımu diplomov´e pr´ace, za jeho ochotu, ˇcas a cenn´e
rady, kter´e mi pomohly ke zd´arn´emu dokonˇcen´ı t´eto pr´ace. D´ale dˇekuji sleˇcnˇe Bc. Gabriele
Styborov´e za pˇripom´ınky k n´avrhu uˇzivatelsk´eho rozhran´ı a za asistenci pˇri testov´an´ı pˇr´ıpravku.
iii

5. iv

7. vi

8. Abstract
This diploma thesis discusses the analysis, the design and the implementation of a precise
measure board for monitoring of hemodynamic parameters of cardiovascular system. The first
and main output of this thesis is a measure board containing a pressure sensor, an AD converter
and an optically coupled USB interface. The second output is a control application gathering
data from the device and saving it to a text file for later use. The third part of the thesis
is considering parameters and the actual usability of the device. The thesis also includes the
description of some recommended modifications and extensions of the device.
Abstrakt
Pr´ace se zab´yv´a anal´yzou, n´avrhem a realizac´ı pˇresn´e mˇeˇric´ı desky pro ´uˇcely monitorov´an´ı
hemodynamick´ych parametr˚u kardiovaskul´arn´ıho syst´emu. Hlavn´ım v´ystupem pr´ace je mˇeˇric´ı
deska obsahuj´ıc´ı tlakov´y senzor, AD pˇrevodn´ık a opticky oddˇelen´e USB rozhran´ı. Druh´ym c´ılem
je vytvoˇren´ı ovl´adac´ıho programu ukl´adaj´ıc´ıcho namˇeˇren´a data do textov´eho souboru pro dalˇs´ı
pouˇzit´ı. Tˇret´ı ˇc´ast´ı je vyhodnocen´ı parametr˚u a re´aln´e pouˇzitelnosti zaˇr´ızen´ı. Souˇc´ast´ı pr´ace
je popis nˇekter´ych doporuˇcen´ych ´uprav a rozˇs´ıˇren´ı pˇr´ıpravku.
vii

9. viii

10. Obsah
Seznam obr´azk˚u xi
Seznam tabulek xiii
1 ´Uvod 1
2 Teorie mˇeˇren´ı parametr˚u c´evn´ıho ˇreˇciˇstˇe 3
2.1 Krevn´ı tlak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2 Mˇeˇren´ı krevn´ıho tlaku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2.1 Invazivn´ı mˇeˇren´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2.2 Palpaˇcn´ı metoda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2.3 Auskultaˇcn´ı metoda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2.3.1 Tlakomˇery pro palpaˇcn´ı a auskultaˇcn´ı metodu . . . . . . . . . 5
2.2.4 Oscilometrick´a metoda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.2.5 Metoda odt´ıˇzen´ı arterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.2.6 Ultrazvukov´a metoda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.7 Rychlostn´ı metoda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.8 Aplanaˇcn´ı tonometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.9 Mˇeˇren´ı pˇri suprasystolick´em tlaku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3 Hemodynamick´e parametry a jejich diagnostick´y v´yznam . . . . . . . . . . . . 8
2.3.1 Arterioskler´oza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3.1.1 Predikce arterioskler´ozy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3.2 Perifern´ı rezistence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3.3 Srdeˇcn´ı v´ydej a Frank-Starling˚uv z´akon . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3.4 Rizika pˇri mˇeˇren´ı hemodynamick´ych veliˇcin . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3 Z´akonn´a ´uprava zdravotnick´ych pˇr´ıstroj˚u 13
3.1 Z´akon ˇc. 22/1997 Sb. o technick´ych poˇzadavc´ıch na v´yrobky . . . . . . . . . . 13
3.1.1 § 1 Pˇredmˇet ´upravy, odstavec 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1.2 § 4 ˇCesk´e technick´e normy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1.3 Souvisej´ıc´ı pˇredpisy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2 Norma ˇCSN EN 60601-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3 Klasifikace a poˇzadavky na pˇr´ıpravek Pressure board . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3.1 Tˇr´ıda pˇr´ıstroje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3.2 Mˇeˇric´ı funkce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3.3 Stupeˇn ochrany pˇred ´urazem elektrick´ym proudem . . . . . . . . . . . . 14
3.3.4 Galvanick´a izolace, EMC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4 N´avrh a realizace hardwaru 15
4.1 Seznam poˇzadavk˚u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.2 V´ybˇer komponent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.3 MPXV5050GP - senzor tlaku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.3.1 Potlaˇcen´ı ruˇsen´ı tlakov´eho senzoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.4 Rozhran´ı SPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.5 AD7732BRU - AD pˇrevodn´ık . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.5.1 Popis pˇrevodn´ıku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.5.2 Chopping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.5.3 Konfigurace AD pˇrevodn´ıku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
ix

11. 4.5.4 Jednor´azov´y pˇrevod a ˇcten´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.5.5 kontinu´aln´ı pˇrevod a ˇcten´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.5.6 AD780AN nebo LT1019 - reference napˇet´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.5.7 SFH615A - optron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.6 FT2232D - USB rozhran´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.6.1 Nap´ajen´ı pˇres USB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.6.2 S´eriov´y engine MPSSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.7 N´avrh desky ploˇsn´eho spoje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.8 Mechanick´e ˇreˇsen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
5 Ovl´adac´ı program PBoard 29
5.1 Seznam poˇzadavk˚u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.2 Ovladaˇce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.3 Knihovna funkc´ı pro rozhran´ı SPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.4 Struktura programu PBoard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.4.1 Inicializace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.4.2 Nastaven´ı pˇrenos˚u a spuˇstˇen´ı pˇrevodu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.4.2.1 WriteStartCondition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.4.2.2 WaitDataWriteComplete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.4.2.3 HighPinsWriteActiveStates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.4.2.4 Write Control and Data Bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.4.3 ˇCten´ı dat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.4.4 Pˇrepoˇcet namˇeˇren´ych dat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.4.5 Uloˇzen´ı do souboru a ukonˇcen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.4.6 Doplˇnkov´e v´ystupy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.5 Pouˇzit´ı programu PBoard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
6 Vyhodnocen´ı parametr˚u 35
6.1 Vzorkovac´ı frekvence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
6.2 Offset, ˇsum a efektivn´ı rozliˇsen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
6.3 Mˇeˇren´ı na pacientovi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
6.4 Shrnut´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
7 Z´avˇer 41
8 Seznam literatury 43
A Sch´ema zapojen´ı 45
B Seznam souˇc´astek 46
C Obsah CD 47
x

12. Seznam obr´azk˚u
2.1 Kˇrivka krevn´ıho tlaku v pr˚ubˇehu srdeˇcn´ı revoluce . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2 TIP senzor pro invazivn´ı mˇeˇren´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.3 Auskultaˇcn´ı mˇeˇren´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.4 Pr˚ubˇeh tlaku pˇri mˇeˇren´ı oscilometrickou metodou . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.5 Tlakov´e oscilace po filtraci horn´ı propust´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.6 Aplanaˇcn´ı tonometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.7 Vznik vlny odraˇzen´e od bifurkace a jej´ı mˇeˇren´ı pˇri suprasystolick´em tlaku . . . 8
2.8 Mˇeˇren´ı pˇri suprasystolick´em tlaku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.9 Tlakov´e pulsace na arterii brachialis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.10 Frank-Starling˚uv z´akon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4.1 Blokov´e sch´ema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.2 ˇRez senzorem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.3 Blokov´e sch´ema senzoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.4 Charakteristika senzoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.5 Filtrace ruˇsiv´ych napˇet´ı a blokov´an´ı nap´ajec´ıho napˇet´ı . . . . . . . . . . . . . . 18
4.6 Z´apis a ˇcten´ı na sbˇernici SPI (Mode 0) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.7 Efektivn´ı rozliˇsen´ı pˇrevodn´ıku a ˇsum pˇri zapnut´em choppingu . . . . . . . . . . 20
4.8 Cesta sign´alu AD pˇrevodn´ıkem pˇri zapnut´em choppingu . . . . . . . . . . . . . 21
4.9 AD pˇrevodn´ık AD7732 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.10 Pˇrehled registr˚u pˇrevodn´ıku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.11 Jednor´azov´y pˇrevod a pˇrenos 16bitov´ych dat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.12 Napˇeˇtov´a reference AD780 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.13 Blokov´e sch´ema USB rozhran´ı FT2232D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.14 Ilustraˇcn´ı negativ DPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.15 Mechanick´e ˇreˇsen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
5.1 Program PBoard - inicializace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.2 Program PBoard - uˇzivatelsk´e rozhran´ı s doporuˇcen´ymi parametry . . . . . . . 31
5.3 Program PBoard - ˇCten´ı a pˇrepoˇcet namˇeˇren´ych dat . . . . . . . . . . . . . . . 32
6.1 Offset a ˇsum pˇri nulov´em tlaku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
6.2 Tlakov´a kˇrivka bˇehem vyˇsetˇren´ı pacienta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
6.3 Detail tlakov´e kˇrivky, tlak v manˇzetˇe suprasystolick´y . . . . . . . . . . . . . . . 38
6.4 Detail tlakov´e kˇrivky, tlak v manˇzetˇe bl´ızk´y SP . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
6.5 Detail tlakov´e kˇrivky, tlak v manˇzetˇe bl´ızk´y MAP . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
6.6 Detail tlakov´e kˇrivky, tlak v manˇzetˇe bl´ızk´y DP . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
A.1 Sch´ema zapojen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
C.1 Obsah CD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
xi

13. xii

14. Seznam tabulek
2.1 Klasifikace krevn´ıho tlaku dospˇel´ych osob . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2 Vybran´e hemodynamick´e parametry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 Referenˇcn´ı hodnoty PWV a AI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4.1 SPI piny rozhran´ı FT2232D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
B.1 Seznam souˇc´astek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
xiii

15. xiv

16. KAPITOLA 1. ´UVOD 1
1 ´Uvod
Souˇcasn´y rozvoj medic´ıny je tˇesnˇe spjat s rozvojem l´ekaˇrsk´e techniky. V posledn´ıch desetilet´ıch
se oba obory up´ınaj´ı k diagnostice a terapii chronick´ych onemocnˇen´ı, jejichˇz v´yznam roste jak
se st´ale dokonalejˇs´ım l´eˇcen´ım akutn´ıch stav˚u, tak se st´arnut´ım populace a rozˇsiˇrov´an´ım tzv.
civilizaˇcn´ıch chorob. Tyto choroby zp˚usobuj´ı nejvˇetˇs´ı procento ´umrt´ı nejen v nejbohatˇs´ıch
zem´ıch svˇeta. Na ˇceln´ım m´ıstˇe mezi nimi stoj´ı chronick´e postiˇzen´ı kardiovaskul´arn´ıho syst´emu.
Je tˇreba naj´ıt takov´e zaˇr´ızen´ı, kter´e by umoˇznilo soustavn´e, jednoduch´e, rychl´e a levn´e preven-
tivn´ı monitorov´an´ı stavu obˇehov´e soustavy obyvatelstva a vˇcasn´e odhalen´ı pˇr´ıznak˚u skryt´ych
onemocnˇen´ı. K v´yvoji takov´eho zaˇr´ızen´ı bych chtˇel pˇrispˇet touto prac´ı.
C´ılem diplomov´e pr´ace je realizovat zaˇr´ızen´ı umoˇzˇnuj´ıc´ı neinvazivn´ı mˇeˇren´ı arteri´aln´ı tlakov´e
kˇrivky. Jeho ´uˇcelem je poskytovat z´aznam oscilometrick´ych pulsac´ı, ze kter´ych mohou b´yt po
digit´aln´ım zpracov´an´ı spoˇcteny pˇresn´e hodnoty systolick´eho, diastolick´eho a stˇredn´ıho krevn´ıho
tlaku, rychlost ˇs´ıˇren´ı pulsn´ı vlny, index zes´ılen´ı odraˇzen´e vlny a dalˇs´ı hemodynamick´e parame-
try kardiovaskul´arn´ıho syst´emu. Zaˇr´ızen´ı m´a b´yt zp˚usobil´e k proveden´ı klinick´e studie a k
porovn´an´ı oscilometrick´ych metod s invazn´ımi metodami mˇeˇren´ı.
V teoretick´e kapitole pˇripomenu z´akladn´ı pojmy, jako je krevn´ı tlak a klasifikace stupˇn˚u hy-
pertenze, pop´ıˇsi souˇcasn´e metody mˇeˇren´ı tlaku a vybran´e hemodynamick´e parametry a uvedu
v´yznam a n´asledky nadlimitn´ıch hodnot tˇechto parametr˚u.
V n´avrhov´e a realizaˇcn´ı ˇc´asti detailnˇe rozeberu zvolen´y koncept ˇreˇsen´ı a provedu principi´aln´ı
n´avrh jak hardwaru - desky Pressure board, tak softwaru - obsluˇzn´eho programu PBoard.
Pop´ıˇsi n´avrhov´e z´asady, v´ybˇer komponent, sch´ema zapojen´ı, ploˇsn´y spoj a mechanick´e ˇreˇsen´ı.
Popis dopln´ım doporuˇcen´ymi zmˇenami a n´amˇety na rozˇs´ıˇren´ı. D´ale provedu mˇeˇren´ı a vyhod-
nocen´ı parametr˚u hotov´e desky.
Obsahem doprovodn´eho CD je elektronick´a podoba t´eto pr´ace spolu s obsluˇzn´ym programem,
datasheety pouˇzit´ych komponent, sch´ematem zapojen´ı a n´avrhem ploˇsn´eho spoje.

17. 2 KAPITOLA 1. ´UVOD

18. KAPITOLA 2. TEORIE MˇE ˇREN´I PARAMETR˚U C´EVN´IHO ˇRE ˇCIˇSTˇE 3
2 Teorie mˇeˇren´ı parametr˚u c´evn´ıho ˇreˇciˇstˇe
2.1 Krevn´ı tlak
Krevn´ı tlak je silou p˚usob´ıc´ı na jednotkovou plochu c´evn´ı stˇeny. Arteri´aln´ı tlak vznik´a
sloˇzen´ım hydrostatick´eho tlaku s tlakem zp˚usoben´ym pˇribliˇznˇe periodickou srdeˇcn´ı ˇcinnost´ı
a s odraˇzen´ymi tlakov´ymi vlnami (odrazy jsou pops´any podrobnˇeji v kap. 2.2.9 na obr. 2.7 a
2.8). V´ysledn´y pr˚ubˇeh tlakov´e kˇrivky popisuje obr. 2.1.
Obr´azek 2.1: Kˇrivka krevn´ıho tlaku v pr˚ubˇehu srdeˇcn´ı revoluce. Pˇrevzato z [14] a upraveno.
Systolick´y tlak (systolic pressure, SP) je nejvyˇsˇs´ı tlak dosaˇzen´y pˇri srdeˇcn´ım stahu, kter´y bˇehem
n´asledn´e relaxace myokardu poklesne na hodnotu diastolick´eho tlaku (diastolic pressure, DP).
Krevn´ı tlak se ud´av´a v jednotk´ach odpov´ıdaj´ıc´ıch ekvivalentn´ı v´yˇsce sloupce rtuti, tedy mmHg.
Plat´ı, ˇze:
1 mmHg = 133, 322 Pa.
Pro diagnostick´e ´uˇcely je vˇsak d˚uleˇzit´e zn´at i hodnotu tzv. stˇredn´ıho arteri´aln´ıho tlaku (mean
arterial pressure, MAP), pro jehoˇz v´ypoˇcet pˇredpokl´ad´ame periodick´y pr˚ubˇeh tlakov´e kˇrivky
p(t) o d´elce periody T a spoˇcteme jej integrac´ı:
MAP =
1
T
t0+T
t0
p(t)dt.
V´ypoˇcet MAP lze zjednoduˇsit za pˇredpokladu, ˇze doba trv´an´ı diastoly je rovna dvˇema tˇretin´am
doby srdeˇcn´ıho cyklu. To plat´ı u zdrav´eho ˇclovˇeka v klidu, tj. pˇri frekvenci kolem 60 tep˚u/min
(s rostouc´ı frekvenc´ı se diastola zkracuje na m´enˇe neˇz polovinu periody). Pˇri splnˇen´ı t´eto
podm´ınky lze pouˇz´ıt:
MAP =
SP + 2 · DP
3
.
MAP je m´enˇe ovlivnˇen pohybov´ymi artefakty pˇri mˇeˇren´ı katetrem a neovlivn´ı jej skl´ad´an´ı
pulsn´ıch vln. Je pˇribliˇznˇe stejn´y (pˇri stejn´e v´yˇsce vzhledem k srdci) ve vˇsech ˇc´astech jak plicn´ıho,
tak syst´emov´eho arteri´aln´ıho ˇreˇciˇstˇe, je pouze zanedbatelnˇe ovlinˇen´y pˇrenosovou charakteris-
tikou mˇeˇric´ıho zaˇr´ızen´ı a dobˇre aproximuje tlak v cerebr´aln´ıch (mozkov´ych) kapil´ar´ach [14].

19. 4 KAPITOLA 2. TEORIE MˇE ˇREN´I PARAMETR˚U C´EVN´IHO ˇRE ˇCIˇSTˇE
Namˇeˇren´y krevn´ı tlak b´yv´a klasifikov´an podle r˚uzn´ych krit´eri´ı a n´azvoslov´ı, obvykle se sleduj´ı
hypertenzn´ı stavy podle absolutn´ı hodnoty SP a DP (napˇr. tab. 2.1), dalˇs´ımi parametry b´yvaj´ı
pulsn´ı a stˇredn´ı tlak. Hypotenz´ı je naz´yv´an tlak pod 100/65 mmHg.
Kategorie SP [mmHg] DP [mmHg]
Norm´aln´ı do 120 do 80
Normotenze 130 do 85
Vysok´y norm´aln´ı 130 aˇz 139 85 aˇz 89
M´ırn´a hypertenze 140 aˇz 159 90 aˇz 99
Stˇrednˇe z´avaˇzn´a hypertenze 160 ˇz 179 100 aˇr 109
Tˇeˇzk´a hypertenze 180 a v´ıce 110 a v´ıce
Tabulka 2.1: Klasifikace krevn´ıho tlaku dospˇel´ych osob podle Mezin´arodn´ı spoleˇcnosti pro
hypertenzi (ISH) (zdroj: [18])
2.2 Mˇeˇren´ı krevn´ıho tlaku
Jak pro jednor´azov´e, tak pro kontinu´aln´ı sledov´an´ı krevn´ıho tlaku a n´asledn´e urˇcov´an´ı hemo-
dynamick´ych veliˇcin se vyvinula ˇrada metod a pˇr´ıstroj˚u, liˇs´ıc´ıch se zejm´ena pˇresnost´ı, opako-
vatelnost´ı, n´aroky na vybaven´ı, sloˇzitost´ı obsluhy, z´atˇeˇz´ı pro pacienta a v neposledn´ı ˇradˇe cenou
a provozn´ımi n´aklady. Kaˇzd´e mˇeˇren´ı je kompromisem a je nutno zv´aˇzit, kter´e poˇzadavky maj´ı
pro dan´e nasazen´ı prioritu. Mˇeˇric´ımi metodami a zpracov´an´ım namˇeˇren´ych dat se podrobnˇe
zab´yvaj´ı zejm´ena pr´ace [14], [18], [19] a [21], odkud jsem ˇcerpal teoretick´e znalosti.
2.2.1 Invazivn´ı mˇeˇren´ı
Invazivn´ı metoda umoˇzˇnuje pˇr´ım´e, spojit´e a nejpˇresnˇejˇs´ı mˇeˇren´ı skuteˇcn´e hodnoty krevn´ıho
tlaku. Na vyˇsetˇrovan´e m´ısto c´evn´ıho ˇreˇciˇstˇe (obvykle velk´e tepny jako arteria brachialis, ra-
dialis, femoralis apod.) se zavede katetr spojen´y s tlakov´ym senzorem. Obvykle se pouˇz´ıv´a
senzor mimoˇziln´ı, kter´y je s vnitˇrn´ım prostˇred´ım c´evy spojen prostˇrednictv´ım sloupce kapaliny
uvnitˇr tzv. Swanz-Ganzova katetru. Slabinou t´eto metody je moˇznost ovlivnˇen´ı namˇeˇren´eho
tlaku uloˇzen´ım katetru a dynamick´ymi vlastnostmi jeho stˇeny. Alternativnˇe m˚uˇze b´yt senzor
um´ıstˇen nitroˇzilnˇe pˇr´ımo na konci katetru zav´adˇen´em do c´evy (obr. 2.2) a k dalˇs´ımu zpracov´an´ı
je pak veden pouze elektrick´y nebo optick´y sign´al, coˇz pˇrisp´ıv´a k odolnosti proti mechanick´emu
ruˇsen´ı, ovˇsem za cenu vˇetˇs´ıho pr˚umˇeru katetru a vyˇsˇs´ı ceny.
Obr´azek 2.2: TIP senzor pro invazivn´ı mˇeˇren´ı. Pˇrevzato z [21].
Pro vˇsechny invazivn´ı metody je spoleˇcn´e riziko infekce a vzniku tromb˚u, je tˇreba pouˇz´ıvat
biokompatibiln´ı materi´aly. V´yhodou je moˇznost mˇeˇrit tlak v libovoln´em m´ıstˇe c´evn´ıho obˇehu,

20. KAPITOLA 2. TEORIE MˇE ˇREN´I PARAMETR˚U C´EVN´IHO ˇRE ˇCIˇSTˇE 5
tedy i v ˇzil´ach. Pouˇz´ıvaj´ı se zejm´ena pˇri operac´ıch a intenzivn´ı p´eˇci, kde je tˇreba kontinu´aln´ı
monitorov´an´ı ˇzivotn´ıch funkc´ı. Pro rutinn´ı mˇeˇren´ı, pˇr´ıpadnˇe self-monitoring byla vyvinuta ˇrada
neinvazivn´ıch metod.
2.2.2 Palpaˇcn´ı metoda
Dovoluje urˇcit pouze systolick´y tlak. Pacient m´a na paˇzi ve v´yˇsce srdce um´ıstˇenou manˇzetu,
kterou l´ekaˇr pomalu nafukuje (resp. vypouˇst´ı) a souˇcasnˇe palpaˇcnˇe (pohmatem) na arterii radi-
alis nebo brachialis sleduje okamˇzik vymizen´ı (resp. objeven´ı) pulsu. Systolick´y tlak odpov´ıd´a
tlaku v manˇzetˇe v tomto okamˇziku.
2.2.3 Auskultaˇcn´ı metoda
Rozˇs´ıˇren´a podoba palpaˇcn´ı metody. Manˇzeta je nafouknuta na tlak o 30 mmHg vyˇsˇs´ı, neˇz je
hodnota odhadnut´a pomoc´ı palpace, a pot´e je pomalu vypouˇstˇena rychlost´ı 2 mmHg/s. Ste-
toskopem um´ıstˇen´ym na arterii brachialis sledujeme okamˇziky objeven´ı a n´asledn´eho vymizen´ı
Korotkovov´ych ozev, kter´e odpov´ıdaj´ı dosaˇzen´ı systolick´eho a diastolick´eho tlaku (obr. 2.3).
Korotkovovy ozvy se zˇretelnˇe objevuj´ı, kdyˇz c´evou zaˇc´ın´a turbulentnˇe proudit krev, a nen´apadnˇe
zanikaj´ı, kdyˇz turbulentn´ı proudˇen´ı pˇrech´az´ı v lamin´arn´ı.
Pˇresnost auskultaˇcn´ı metody je vysok´a, pro jej´ı dosaˇzen´ı je vˇsak tˇreba tich´e prostˇred´ı a zejm´ena
znaˇcn´a zkuˇsenost. Proto byla v 80. letech pouˇz´ıv´ana automatick´a auskultaˇcn´ı metoda, pˇri
kter´e se pomoc´ı mikrofon˚u sn´ımaly ozvy v manˇzetˇe. Po n´asledn´e filtraci bylo moˇzno detekovat
okamˇziky objeven´ı a vymizen´ı ozev. Pozdˇeji byla tato metoda nahrazov´ana metodou oscilo-
metrickou, nyn´ı se obˇe metody pro zv´yˇsen´ı pˇresnosti kombinuj´ı.
Obr´azek 2.3: Auskultaˇcn´ı mˇeˇren´ı. Pˇrevzato z [21].
2.2.3.1 Tlakomˇery pro palpaˇcn´ı a auskultaˇcn´ı metodu
Tradiˇcnˇe jsou pouˇz´ıv´any tlakomˇery rtuˇtov´e, vyuˇz´ıvaj´ıc´ı vysokou hustotu a n´ızkou viskozitu ka-
paln´e rtuti. Jsou principi´alnˇe nejjednoduˇsˇs´ı, nejspolehlivˇejˇs´ı a nejpˇresnˇejˇs´ı. Z d˚uvodu toxicity
rtuti je v souˇcasnosti jejich pouˇz´ıv´an´ı legislativnˇe omezov´ano a postupnˇe zakazov´ano. Jejich
n´ahradou jsou tlakomˇery deformaˇcn´ı (aneroidn´ı), analogick´e tlakomˇer˚um v dom´ac´ıch barome-
trech, jejichˇz principem je mechanick´y pˇrevod deformace pruˇzn´eho tˇelesa na ruˇcku ukazuj´ıc´ı na

21. 6 KAPITOLA 2. TEORIE MˇE ˇREN´I PARAMETR˚U C´EVN´IHO ˇRE ˇCIˇSTˇE
tlakovou stupnici. Nemaj´ı velkou mechanickou odolnost, otˇresy a n´arazy pˇri pouˇz´ıv´an´ı mohou
rychle sn´ıˇzit pˇresnost a opakovatelnost mˇeˇren´ı.
2.2.4 Oscilometrick´a metoda
Je ˇsiroce rozˇs´ıˇren´a neinvazivn´ı metoda pro automatick´e stanoven´ı krevn´ıho tlaku. Pacient m´a
na paˇzi nebo z´apˇest´ı manˇzetu, kter´a je naplnˇena kompresorkem a pomalu vypouˇstˇena ventilem.
Bˇehem vypouˇstˇen´ı se sn´ım´a tlak v manˇzetˇe, na kter´em jsou patrn´e pulsace o velikosti nˇekolika
desetin mmHg, analogick´e kol´ıs´an´ı hladiny rtuti ve rtuˇtov´em tonometru pozorovan´emu pˇri
auskultaˇcn´ım mˇeˇren´ı (obr. 2.4). Po odstranˇen´ı stejnosmˇern´e sloˇzky se stanov´ı ob´alka pulsac´ı
(obr. 2.5). Tlak pˇri maxim´aln´ı ob´alce odpov´ıd´a MAP, tj. situaci, kdy je stˇredn´ı hodnota trans-
mur´aln´ıho tlaku mezi manˇzetou a arteri´ı nulov´a [14]. SP (resp. DP) nen´ı moˇzn´e pˇr´ımo zmˇeˇrit,
jeho hodnota se urˇc´ı odhadem, a to buˇd na z´akladˇe manˇzetov´eho tlaku v m´ıstˇe maxim´aln´ı (resp.
minim´aln´ı) prvn´ı derivace ob´alky, nebo na z´akladˇe tlaku odpov´ıdaj´ıc´ıho okamˇziku, ve kter´em
dos´ahne amplituda pulsac´ı pˇredem urˇcen´eho procenta ze sv´eho maxima (obr. 2.5). Nˇekdy se
oba odhady kombinuj´ı, pˇresn´e algoritmy jsou tajemstv´ım v´yrobc˚u.
Obr´azek 2.4: Pr˚ubˇeh tlaku pˇri mˇeˇren´ı oscilometrickou metodou. Pˇrevzato z [12] a upraveno.
Hlavn´ı nev´yhodou t´eto metody je principi´aln´ı nepˇresnost a sn´ıˇzen´a opakovatelnost odhadu sys-
tolick´eho a diastolick´eho tlaku. Proto je obvykl´e oscilometrickou metodu doplˇnovat, popˇr´ıpadˇe
nahrazovat metodou auskultaˇcn´ı, coˇz je nutn´e zajm´ena u pacient˚u s poruchami srdeˇcn´ıho rytmu,
obˇehov´e soustavy nebo u starˇs´ıch osob. Je vˇsak obl´ıben´a zejm´ena pro snadnou obsluhu a n´ızkou
cenu zaˇr´ızen´ı, je vhodn´a i pro dom´ac´ı self-monitoring pacienta. V posledn´ı dobˇe s´ıl´ı snaha
integrovat do tonometru i funkce umoˇzˇnuj´ıc´ı oscilometricky stanovit mnoh´e hemodynamick´e
veliˇciny (napˇr. AI, PWV), kter´e budou pops´any v patˇriˇcn´e kapitole.
2.2.5 Metoda odt´ıˇzen´ı arterie
Dlouhodob´e kontinu´aln´ı mˇeˇren´ı krevn´ıho tlaku umoˇzˇnuje metoda vyvinut´a ˇcesk´ym vˇedcem
Janem Peˇn´azem, anglicky naz´yvan´a Vascular Unloading Method, komerˇcnˇe Finapres (pˇr´ıp.
Portapres). Pacientovi se na prst navl´ekne pr˚usvitn´a nafukovateln´a manˇzeta vybaven´a zdroji
svˇetla a fotodiodami, kter´a je nafukov´ana a vypouˇstˇena tak, aby mnoˇzstv´ı svˇetla proch´azej´ıc´ı
prstem bylo konstantn´ı. Je tedy vyuˇz´ıv´ana fotopletysmografie pˇr´ımo mˇen´ıc´ı tlak v manˇzetˇe,
kter´y je n´aslednˇe zmˇeˇren a pokl´ad´an za ekvivalentn´ı tlaku krevn´ımu. V´ystupem je kontinu´aln´ı
tlakov´a kˇrivka. Metoda je vhodn´a zejm´ena pro sledov´an´ı relativn´ıch zmˇen tlaku a tvaru tlakov´e

22. KAPITOLA 2. TEORIE MˇE ˇREN´I PARAMETR˚U C´EVN´IHO ˇRE ˇCIˇSTˇE 7
Obr´azek 2.5: Tlakov´e oscilace po filtraci horn´ı propust´ı. Pˇrevzato z [12] a upraveno.
kˇrivky. Podm´ınkou pro jej´ı pouˇzit´ı je dostateˇcn´e prokrven´ı prst˚u, kter´e m˚uˇze b´yt oslabeno
napˇr´ıklad pˇri podchlazen´ı, pˇri ˇsokov´ych stavech nebo n´asledkem diabetick´e angiopatie.
2.2.6 Ultrazvukov´a metoda
Pouˇzita je manˇzeta a ultrazvukov´a sonda, systolick´y a diastolick´y tlak je urˇcen z Dopplerova
posuvu mezi pˇr´ım´ym sign´alem a sign´alem odraˇzen´ym od pohybuj´ıc´ı se stˇeny arterie.
2.2.7 Rychlostn´ı metoda
Je zaloˇzena na pozitivn´ı korelaci mezi rychlost´ı ˇs´ıˇren´ı pulsn´ı vlny a krevn´ım tlakem. Ke sn´ım´an´ı
pulsn´ı vlny postaˇcuj´ı piezorezistivn´ı mˇeniˇce. Z´ısk´av´a se kontinu´aln´ı sign´al a nen´ı tˇreba manˇzeta.
Tonometr je tˇreba zkalibrovat na dan´eho pacienta pomoc´ı nˇekter´e z pˇresn´ych metod.
2.2.8 Aplanaˇcn´ı tonometrie
Na art´erii se um´ıst´ı sn´ımaˇc tlaku, pomoc´ı kter´eho se tepna zploˇst´ı (aplanuje), takˇze se na senzor
pˇren´aˇsej´ı jej´ı objemov´e zmˇeny ´umˇern´e tlaku (obr. 2.6). Mˇeˇr´ı se tedy pouze relativn´ı zmˇeny
tlaku, coˇz vˇsak postaˇcuje k urˇcen´ı kˇrivky zmˇen tlaku a v´ypoˇctu AI a PWV [7]. Nev´yhodou je,
ˇze se pˇri tomto mˇeˇren´ı projevuje Bernoulliho efekt a zv´yˇsen´ı rychlosti proudˇen´ı krve (napˇr. z
d˚uvodu sn´ıˇzen´ı pr˚uˇrezu art´erie pˇri jej´ım stlaˇcen´ı) vede k poklesu tlaku a nebezpeˇc´ı zaniknut´ı
slabˇs´ıch odraˇzen´ych pulsn´ıch vln. Proto se nahrazuje mˇeˇren´ım s manˇzetou pˇri suprasystolick´em
tlaku.
2.2.9 Mˇeˇren´ı pˇri suprasystolick´em tlaku
Tuto metodu pouˇz´ıvaj´ı arteriografy ke zjiˇstˇen´ı hemodynamick´ych veliˇcin [7]. Paˇzn´ı manˇzeta se
nafoukne na tlak o nˇekolik des´ıtek mmHg vyˇsˇs´ı neˇz systolick´y (moˇzno i nad SP + 100 mmHg).
Manˇzeta jako celek se pak chov´a jako tlakov´y senzor registruj´ıc´ı mal´e zmˇeny objemu zaˇskrcen´ych
c´ev. Na tlakovou kˇrivku ust´alenou na suprasystolick´em tlaku se pak superponuj´ı impulsy pˇr´ım´e
(P1) a odraˇzen´e (P2) systolick´e vlny a pozdˇeji diastolick´y tlak (P3), mezi kter´ymi jsou patrn´e
z´aˇrezy (obr. 2.8 a 2.7). Je zˇrejm´e, ˇze SP, DP ani MAP nelze touto metodou pˇr´ımo urˇcit.

23. 8 KAPITOLA 2. TEORIE MˇE ˇREN´I PARAMETR˚U C´EVN´IHO ˇRE ˇCIˇSTˇE
Obr´azek 2.6: Aplanaˇcn´ı tonometrie. Pˇrevzato z [7].
Obr´azek 2.7: Vznik vlny odraˇzen´e od bifurkace a jej´ı mˇeˇren´ı pˇri suprasystolick´em tlaku.
Pˇrevzato z [7] a upraveno.
2.3 Hemodynamick´e parametry a jejich diagnostick´y v´yznam
Hemodynamick´e parametry popisuj´ı dynamick´e vlastnosti c´evn´ıho ˇreˇciˇstˇe, jako je jeho poddajnost,
roztaˇzitelnost, chov´an´ı pˇri srdeˇcn´ı systole a diastole, vznik oscilac´ı a podobnˇe, jak je uvedeno
v tab. 2.2. Jsou d˚uleˇzit´e zejm´ena pro vyhodnocen´ı stavu arteri´ı a samotn´eho srdeˇcn´ıho svalu.
Zjiˇsˇtuj´ı se hlavnˇe pro aortu a velk´e arterie. Umoˇzˇnuj´ı predikovat hroz´ıc´ı nebezpeˇc´ı, jako je
napˇr. selh´an´ı srdeˇcn´ıch komor nebo s´ın´ı a zejm´ena arterioskler´oza.
2.3.1 Arterioskler´oza
Arterioskler´oza (ateroskler´oza) je nejˇcastˇejˇs´ım onemocnˇen´ım krevn´ıch c´ev. U norm´aln´ıch ar-
teri´ı je jejich vnitˇrn´ı stˇena neporuˇsen´a, tenk´a a c´evy jsou pruˇzn´e. U arterioskler´ozy vznik´a
nepravideln´e ztluˇstˇen´ı c´evn´ı stˇeny v d˚udledku ukl´ad´an´ı lipid˚u v intimˇe. Nejprve vznikaj´ı
ˇzlut´e lipoidn´ı skvrny. Pozdˇeji se skvrny zvˇetˇsuj´ı, prominuj´ı do lumen a vazivovˇe se pˇremˇeˇnuj´ı.
Vznikaj´ı sklerotick´e pl´aty. Pˇres siln´y pl´at v´azne v´yˇziva (a hlavnˇe difuse O2) z lumen do stˇeny
c´evy. ˇC´ast stˇeny s pl´atem propad´a nekr´oze. Nekrotick´a tk´aˇn spolu s lipidy vytv´aˇr´ı kaˇsovitou

24. KAPITOLA 2. TEORIE MˇE ˇREN´I PARAMETR˚U C´EVN´IHO ˇRE ˇCIˇSTˇE 9
ˇCesky Anglicky Definice, popis, jednotky Metody
mˇeˇren´ı
Modul
pruˇznosti
Elastic
modulus
zmˇena tlaku teoreticky potˇrebn´a k roztaˇzen´ı tepny
o 100% proti klidov´emu stavu
∆P·D
∆D [mmHg]
ultrazvuk,
MRI
+ tlak
Young˚uv
modul
Young’s
modulus
jednotkov´y modul pruˇznosti
∆P·D
∆D·h [mmHg/cm]
ultrazvuk,
MRI
+ tlak
Roztaˇznost
tepny
Arterial dis-
tensibility
relativn´ı zmˇena pr˚umˇeru ku zmˇenˇe tlaku
∆D
D·∆P [1/mmHg]
ultrazvuk,
MRI
+ tlak
Poddajnost
tepny
Arterial
compliance
absolutn´ı zmˇena pr˚umˇeru ku zmˇenˇe tlaku
∆D
∆P [cm/mmHg]
ultrazvuk,
MRI
+ tlak
Rychlost ˇs´ıˇren´ı
puzn´ı vlny
Pulse wave
velocity
spoˇcten´a z ˇcasov´eho rozd´ılu pr˚uchodu tlakov´e vlny
dvˇema m´ısty o zn´am´e vzd´alenosti, meze viz tab. 2.3
PWV = ∆l
∆t [cm/s]
tlakov´a
kˇrivka,
ultrazvuk,
MRI
Index zes´ılen´ı
pulsn´ı vlny
Augmentation
index
rozd´ıl amplitud odraˇzen´e a pˇr´ım´e pulsn´ı vlny jako pro-
cento pulzn´ıho tlaku, meze viz tab. 2.3
AI = ∆P
PP = MaxOPV −MaxPPV
max(MaxPPV,MaxOPV )−MinPV
tlakov´a
kˇrivka
Index tuhosti Stiffness
index
logaritmus pod´ılu systolick´eho a diastolick´eho tlaku
dˇelen´y relativn´ı zmˇenou pr˚umˇeru
β =
ln Ps
Pd
Ds−Dd
Dd
ultrazvuk,
MRI
+ tlak
Kapacitn´ı
poddajnost
Capacitative
compliance
pomˇer zmˇeny objemu ku zmˇenˇe tlaku bˇehem expo-
nenci´aln´ı f´aze diastolick´eho poklesu tlaku
∆V
∆P [cm3/mmHg]
tlakov´a
kˇrivka
Oscilaˇcn´ı
poddajnost
Oscillatory
compliance
pomˇer osciluj´ıc´ı zmˇeny objemu ku osciluj´ıc´ı zmˇenˇe
tlaku v okol´ı exponenci´aln´ı f´aze diastolick´eho poklesu
tlaku
∆V
∆P [cm3/mmHg]
tlakov´a
kˇrivka
C´evn´ı
impedance
Vascular
impedance
impedance charakteristick´a (pˇredpokl´ad´a nulov´e
odrazy), vstupn´ı (impedance c´evy dist´alnˇe od
katetru, ovlivnˇen´a odrazy), koncov´a (odpov´ıd´a
rezistenci perifern´ıch c´ev) a pod´eln´a (prost´y pomˇer
tlakov´eho gradientu a pr˚utoku)
∆P
Q [(mmHg · s)/cm3]
invazivn´ı,
souˇcasn´e
mˇeˇren´ı P
a Q na
jednom
m´ıstˇe,
obt´ıˇzn´e
Ejekˇcn´ı ˇcas Ejection
duration
doba vypuzen´ı, ˇcas potˇrebn´y k vytlaˇcen´ı krve z lev´e
komory
tlakov´a
kˇrivka
P...tlak, D...pr˚umˇer, V...objem, Q...pr˚utok, h...s´ıla stˇeny, l...vzd´alenost, t...ˇcas, v...rychlost,
s...systolick´y, d...diastolick´y, PP...pulsn´ı tlak, PPV...pˇr´ım´a pulzn´ı vlna, OPV...odraˇzen´a
pulzn´ı vlna (viz obr. 2.9 a 2.7), MRI...magnetick´a rezonance
Tabulka 2.2: Vybran´e hemodynamick´e parametry (zdroj: [7][17][20][19])

25. 10 KAPITOLA 2. TEORIE MˇE ˇREN´I PARAMETR˚U C´EVN´IHO ˇRE ˇCIˇSTˇE
Obr´azek 2.8: Mˇeˇren´ı pˇri suprasystolick´em tlaku. Pˇrevzato z [7].
ˇzlutavou hmotu - atheromov´y pl´at. Na jeho povrchu m˚uˇze b´yt endotel zniˇcen. Snadno na nˇem
proto doch´az´ı ke vzniku n´astˇenn´e tromb´ozy [11].
ˇCasem doch´az´ı k dystrofick´e kalcifikaci pl´at˚u a v´ysledkem je tuh´a, tvrd´a, avˇsak kˇrehk´a c´evn´ı
stˇena. Nejˇcastˇeji b´yv´a postiˇzena aorta - zvl´aˇstˇe bˇriˇsn´ı, s maximem nad bifurkac´ı. V´yznamn´e
je zvl´aˇstˇe postiˇzen´ı koron´arn´ıch, mozkov´ych a ledvinn´ych tepen. D˚usledky arterioskler´ozy
jsou zejm´ena ischemie (nedostateˇcn´a vyˇzivenost tk´anˇe, nˇekdy aˇz infarkt myokardu) vznikl´e
z d˚usledku z´uˇzen´ı nebo uz´avˇeru c´evy nebo krv´acen´ım. Vzniknout mohou i aneurysmata (te-
penn´e v´ydutˇe), kter´e mohou prasknout a zp˚usobit smrteln´e krv´acen´ı [11].
2.3.1.1 Predikce arterioskler´ozy
Pr´avˇe r˚ust tuhosti c´ev je snadno detekovateln´ym prediktorem arterioskler´ozy. Jeho nejsn´aze
mˇeˇritelnou mˇerou je rychlost ˇs´ıˇren´ı pulsn´ı vlny (PWV), kter´a s rostouc´ı tuhost´ı c´ev (ukl´ad´an´ım
lipid˚u, nekrotizac´ı, kalcifikac´ı) roste.
2.3.2 Perifern´ı rezistence
Index zes´ılen´ı odraˇzen´e pulsn´ı vlny (AI) naopak poskytuje informace o rezistenci mal´ych arteri´ı.
V pˇr´ıpadˇe ˇspatn´e funkce endotelov´e v´ystelky c´ev kles´a produkce oxidu dusnat´eho v endotelu,
v d˚usledku ˇcehoˇz se zvyˇsuje jejich tonus. N´asledn´y r˚ust rezistence zvyˇsuje velikost odraˇzen´e
vlny, coˇz m´a za n´asledek pˇret´ıˇzen´ı a moˇznou hypertrofii nebo selh´an´ı srdce [7].
Parametr PWV [m/s] AI [%]
Optim´aln´ı do 7 do -30
Norm´aln´ı 7 aˇz 9,7 -30 aˇz -10
Zv´yˇsen´y 9,7 aˇz 12 -10 aˇz 10
Abnorm´aln´ı 12 a v´ıce 10 a v´ıce
Tabulka 2.3: Referenˇcn´ı hodnoty PWV a AI (zdroj: [25])

26. KAPITOLA 2. TEORIE MˇE ˇREN´I PARAMETR˚U C´EVN´IHO ˇRE ˇCIˇSTˇE 11
Obr´azek 2.9: Tlakov´e pulsace na arterii brachialis, nahoˇre pr˚ubˇeh u zdrav´eho pacienta,
dole u pacienta s rigidn´ımi stˇenami arteri´ı. PP...pulsn´ı tlak, PPV...pˇr´ım´a pulzn´ı vlna,
OPV...odraˇzen´a pulzn´ı vlna (viz obr. 2.7). Pˇrevzato z [19].
2.3.3 Srdeˇcn´ı v´ydej a Frank-Starling˚uv z´akon
Srdeˇcn´ı v´ydej (cardiac output, CO, typicky 5 l/min) je mnoˇzstv´ı krve pˇreˇcerpan´e srdcem za
minutu. Je roven souˇcinu tepov´e frekvence (heart rate, HR, pr˚umˇernˇe 72 tep˚u/min) a tepov´eho
objemu (strobe volume, SV, v klidu 70 ml). Je zvyˇsov´an zejm´ena zv´yˇsen´ım HR i SV ˇcinnost´ı
autonomn´ıho nervstva sympatiku, d´ale humor´alnˇe (hormon´alnˇe) pomoc´ı adrenalinu a nora-
drenalinu, sniˇzov´an je naopak parasympatikem a acetylcholinem. Na ˇr´ızen´ı se pod´ılej´ı aort´aln´ı
baroreceptory (tlakov´a ˇcidla). Dostateˇcn´y v´ydej je potˇrebn´y pro spr´avnou perf´uzi (prokrven´ı)
vˇsech org´an˚u, pˇr´ıliˇs vysok´y v´ydej zp˚usobuje r˚ust krevn´ıho tlaku a zv´yˇsen´e nam´ah´an´ı obˇehov´e
soustavy.
Regulaˇcn´ım faktorem nez´avisl´ym na nervov´em i hormon´aln´ım ˇr´ızen´ı je Frank-Starling˚uv z´akon.
ˇR´ık´a, ˇze rostouc´ı ˇziln´ı n´avrat krve do lev´e komory zvyˇsuje jej´ı enddiastolick´y tlak (left ventricu-
lar enddiastolic pressure, LVEDP) a objem, coˇz zvyˇsuje komorov´y preload (tlak pˇred zaˇc´atkem
systoly, kolem 8 mmHg). To vede ke zv´yˇsen´ı tepov´eho objemu. Vysvˇetluje se to t´ım, ˇze zv´yˇsen´y
plnic´ı tlak zp˚usob´ı protaˇzen´ı myocyt˚u (bunˇek srdeˇcn´ı svaloviny) a jejich sarkomer, ˇc´ımˇz vzroste

27. 12 KAPITOLA 2. TEORIE MˇE ˇREN´I PARAMETR˚U C´EVN´IHO ˇRE ˇCIˇSTˇE
jejich s´ıla a schopnost vypudit n´ahle zv´yˇsen´y objem krve [16]. Zmˇeny SV ukazuje obr. 2.10.
Prostˇredn´ı kˇrivka plat´ı za norm´aln´ıch klidov´ych podm´ınek, sousedn´ı kˇrivky zn´azorˇnuj´ı moˇzn´e
posuny z´avislosti pˇri zmˇen´ach kontraktility svalov´ych vl´aken a pˇri r˚uzn´em afterloadu (nitroko-
morov´em tlaku na konci systoly).
Obr´azek 2.10: Frank-Starling˚uv z´akon. Pˇrevzato z [16].
2.3.4 Rizika pˇri mˇeˇren´ı hemodynamick´ych veliˇcin
Mezi potenci´aln´ı nebezpeˇc´ı pro zejm´ena pro starˇs´ı pacienty s tˇeˇzˇs´ım stupnˇem kardiovaskul´arn´ıch
chorob pˇri invazivn´ım mˇeˇren´ı patˇr´ı uvolnˇen´ı trombu a n´asledn´a tromb´oza, protrˇzen´ı aneurys-
matu a n´asledn´e krv´acen´ı a samozˇrejmˇe infekce. I z tˇechto d˚uvod˚u se tato pr´ace zab´yv´a n´avrhem
pˇr´ıpravku vhodn´ym pro neinvazivn´ı mˇeˇren´ı v´yˇse uveden´ych parametr˚u.

28. KAPITOLA 3. Z ´AKONN ´A ´UPRAVA ZDRAVOTNICK ´YCH P ˇR´ISTROJ˚U 13
3 Z´akonn´a ´uprava zdravotnick´ych pˇr´ıstroj˚u
N´avrh, v´yroba, distribuce, pouˇzit´ı i servis zdravotnick´ych elektrick´ych pˇr´ıstroj˚u jsou v ˇCesk´e
republice upraveny z´akony a technick´ymi normami. Z´akony jsou z´avazn´e pro kaˇzd´eho, zat´ımco
dodrˇzov´an´ı norem je dobrovoln´e, pokud nen´ı naˇr´ızeno zvl´aˇstn´ım pr´avn´ım pˇredpisem [13].
Dodrˇzov´an´ı norem je pˇresto v´yhodn´e, neboˇt se t´ım zv´yˇs´ı jak bezpeˇcnost, tak konkurenceschop-
nost v´yrobku a usnadn´ı se schvalovac´ı ˇr´ızen´ı pro uveden´ı v´yrobku na trh. Z´akladn´ımi doku-
menty t´ykaj´ıc´ımi se l´ekaˇrsk´e techniky jsou z´akon ˇc. 22/1997 Sb. a norma ˇCSN EN 60601-1.
3.1 Z´akon ˇc. 22/1997 Sb. o technick´ych poˇzadavc´ıch na v´yrobky
3.1.1 § 1 Pˇredmˇet ´upravy, odstavec 1
Tento z´akon upravuje
a) zp˚usob stanovov´an´ı technick´ych poˇzadavk˚u na v´yrobky, kter´e by mohly ve zv´yˇsen´e m´ıˇre
ohrozit zdrav´ı nebo bezpeˇcnost osob, majetek nebo ˇzivotn´ı prostˇred´ı, popˇr´ıpadˇe jin´y
veˇrejn´y z´ajem (...),
b) pr´ava a povinnosti osob, kter´e uv´adˇej´ı na trh nebo distribuuj´ı, popˇr´ıpadˇe uv´adˇej´ı do
provozu v´yrobky, kter´e by mohly ve zv´yˇsen´e m´ıˇre ohrozit opr´avnˇen´y z´ajem; t´ımto nejsou
dotˇcena ustanoven´ı zvl´aˇstn´ıch pr´avn´ıch pˇredpis˚u pro provoz v´yrobk˚u,
c) pr´ava a povinnosti osob povˇeˇren´ych k ˇcinnostem podle tohoto z´akona, kter´e souvis´ı s
tvorbou a uplatˇnov´an´ım ˇcesk´ych technick´ych norem nebo se st´atn´ım zkuˇsebnictv´ım,
d) zp˚usob zajiˇstˇen´ı informaˇcn´ıch povinnost´ı souvisej´ıc´ıch s tvorbou technick´ych pˇredpis˚u a
technick´ych norem, vypl´yvaj´ıc´ıch z mezin´arodn´ıch smluv a poˇzadavk˚u pr´ava Evropsk´ych
spoleˇcenstv´ı [9].
3.1.2 § 4 ˇCesk´e technick´e normy
(1) ˇCesk´a technick´a norma je dokument schv´alen´y povˇeˇrenou pr´avnickou osobou (§ 5) pro
opakovan´e nebo st´al´e pouˇzit´ı vytvoˇren´y podle tohoto z´akona a oznaˇcen´y p´ısmenn´ym
oznaˇcen´ım ˇCSN, jehoˇz vyd´an´ı bylo ozn´ameno ve Vˇestn´ıku ´Uˇradu pro technickou normal-
izaci, metrologii a st´atn´ı zkuˇsebnictv´ı (...). ˇCesk´a technick´a norma nen´ı obecnˇe z´avazn´a.
(2) N´azev ˇcesk´a technick´a norma a p´ısmenn´e oznaˇcen´ı ˇCSN nesmˇej´ı b´yt pouˇzity k oznaˇcen´ı
jin´ych dokument˚u.
(3) ˇCesk´a technick´a norma poskytuje pro obecn´e a opakovan´e pouˇz´ıv´an´ı pravidla, smˇernice
nebo charakteristiky ˇcinnost´ı nebo jejich v´ysledk˚u zamˇeˇren´e na dosaˇzen´ı optim´aln´ıho
stupnˇe uspoˇr´ad´an´ı ve vymezen´ych souvislostech [9].
V souˇcasnosti je povˇeˇrenou pr´avnickou osobou schvaluj´ıc´ı normy z prvn´ıho odstavce ´Uˇrad pro
technickou normalizaci, metrologii a st´atn´ı zkuˇsebnictv´ı (´UNMZ), kter´y nahradil dˇr´ıvˇejˇs´ı ˇCesk´y
normalizaˇcn´ı institut (ˇCNI).
3.1.3 Souvisej´ıc´ı pˇredpisy
Pojem zdravotnick´y prostˇredek (ZP) je definov´an v §2, odstavec 1 aˇz 3, z´akona ˇc. 123/2000 Sb.
o zdravotnick´ych prostˇredc´ıch. Tento z´akon ´uzce souvis´ı s naˇr´ızen´ım vl´ady ˇc. 336/2004 Sb.,
kter´ym se stanov´ı technick´e poˇzadavky na zdravotnick´e prostˇredky. Jedn´a se o harmonizovan´e
naˇr´ızen´ı se smˇernic´ı Rady evropsk´ych spoleˇcenstv´ı ˇc. 93/42/EHS, v platn´em znˇen´ı, kde jsou
shrnuty z´akladn´ı postupy pro uv´adˇen´ı zdravotnick´ych prostˇredk˚u na ˇcesk´y trh [13].

29. 14 KAPITOLA 3. Z ´AKONN ´A ´UPRAVA ZDRAVOTNICK ´YCH P ˇR´ISTROJ˚U
3.2 Norma ˇCSN EN 60601-1
Tato mezin´arodn´ı norma plat´ı pro z´akladn´ı bezpeˇcnost a nezbytnou funkˇcnost zdravotnick´ych
elektrick´ych pˇr´ıstroj˚u a zdravotnick´ych elektrick´ych syst´em˚u [10]. Souˇcasn´a norma ˇCSN EN
60601-ed.2 z roku 2007 odpov´ıd´a tˇret´ımu vyd´an´ı IEC 60601-1 z roku 2005.
3.3 Klasifikace a poˇzadavky na pˇr´ıpravek Pressure board
3.3.1 Tˇr´ıda pˇr´ıstroje
Pˇr´ıloha 9 naˇr´ızen´ı vl´ady ˇc. 336/2004 Sb. urˇcuje klasifikaˇcn´ı pravidla zdravotnick´ych prostˇredk˚u.
Tato pravidla rozdˇeluj´ı zdravotnick´e prostˇredky do tˇr´ıd I, IIa, IIb a III podle potenci´aln´ıho
nebezpeˇc´ı hroz´ıc´ıho pˇri jejich provozu. Klasifikaˇcn´ı pravidla jsou podrobnˇe vysvˇetlena v [13].
Kaˇzd´y v´yrobek, kter´y nen´ı tˇr´ıdy I s mˇeˇric´ı funkc´ı, mus´ı b´yt provˇeˇren notifikovanou osobou.
Pokud prostˇredek spln´ı vˇsechna krit´eria na nˇej kladen´a, je opatˇren znaˇckou CE a ˇctyˇrm´ıstn´ym
k´odem notifikovan´e osoby. Teprve po t´eto proceduˇre m˚uˇze b´yt fin´aln´ı produkt uveden na
evropsk´y trh [13]. Pˇr´ıpravek Pressure board bude zaˇrazen do tˇr´ıdy IIa.
3.3.2 Mˇeˇric´ı funkce
Pˇr´ıpravek Pressure board bude souˇc´ast´ı zdravotnick´eho prostˇredku s mˇeˇric´ı funkc´ı. ZP s mˇeˇric´ı
funkc´ı mus´ı b´yt navrˇzeny a vyrobeny tak, aby poskytovaly dostateˇcnou pˇresnost a stabilitu
v dan´ych mez´ıch pˇresnosti s ohledem na jejich urˇcen´y ´uˇcel pouˇzit´ı; meze pˇresnosti stanov´ı
v´yrobce. Stupnice mˇeˇridel a displeje mus´ı b´yt ˇreˇseny v souladu s ergonomick´ymi z´asadami s
ohledem na urˇcen´y ´uˇcel pouˇzit´ı. V´ysledky mˇeˇren´ı proveden´ych ZP s mˇeˇric´ı funkc´ı mus´ı b´yt
vyj´adˇreny v z´akonn´ych jednotk´ach podle zvl´aˇstn´ıch pr´avn´ıch pˇredpis˚u ([13], dle odst. 10 pˇr´ılohy
1 naˇr´ızen´ı vl´ady ˇc. 336/2004 Sb.).
3.3.3 Stupeˇn ochrany pˇred ´urazem elektrick´ym proudem
Tato klasifikace podle normy ˇCSN EN 60601-1 se vztahuje na pˇr´ıloˇzn´e ˇc´asti pˇr´ıstroje. Pro kaˇzd´y
typ norma definuje nejvyˇsˇs´ı pˇr´ıpustn´e proudy prot´ekaj´ıc´ı pacientem za norm´aln´ıch podm´ınek
a za stavu jedn´e z´avady. Pˇr´ıloˇznou ˇc´ast´ı naˇseho pˇr´ıpravku bude manˇzeta typu BF. Typ B
je z´akladn´ı typ pˇr´ıloˇzn´e ˇc´asti s nejniˇzˇs´ım stupnˇem ochrany, typ BF je jej´ı plovouc´ı (floating)
varianta, kter´a je normou definov´ana jako pˇr´ıloˇzn´a ˇc´ast, jej´ıˇz pacientsk´a pˇripojen´ı jsou oddˇelena
od ostatn´ıch ˇc´ast´ı ME pˇr´ıstroje natolik, ˇze j´ı nem˚uˇze prot´ekat proud vyˇsˇs´ı neˇz dovolen´y proud
unikaj´ıc´ı pacientem, je-li ne´umyslnˇe z vnˇejˇs´ıho zdroje na pacienta a t´ım i mezi pacientsk´e
pˇripojen´ı a zem pˇrivedeno napˇet´ı [10].
3.3.4 Galvanick´a izolace, EMC
Galvanick´a izolace senzoru a pˇrevodn´ıku od USB modulu bude provedena pomoc´ı optron˚u s
izolaˇcn´ım napˇet´ım 5300 V (efektivn´ı hodnota napˇet´ı). Izolaˇcn´ı vzd´alenost na desce bude 8 mm,
kter´a je umoˇznˇena rozteˇc´ı v´yvod˚u optron˚u. Senzor a pˇrevodn´ık bude nap´ajen z baterie.
D´ale je nutn´e respektovat normu ˇCSN EN 60601-1-9 (364801) Zdravotnick´e elektrick´e pˇr´ıstroje
- ˇC´ast 1-9: Vˇseobecn´e poˇzadavky na z´akladn´ı bezpeˇcnost a nezbytnou funkˇcnost - Skupinov´a
norma: Poˇzadavky na n´avrh s ohledem na ˇzivotn´ı prostˇred´ı. Poˇzadavky t´eto normy by mˇely
b´yt pˇr´ımo zahrnuty i v nov´em vyd´an´ı normy ˇCSN EN 60601-1.

30. KAPITOLA 4. N ´AVRH A REALIZACE HARDWARU 15
4 N´avrh a realizace hardwaru
4.1 Seznam poˇzadavk˚u
Zde se pokus´ım shrnout vˇsechny poˇzadavky, kter´e byly na mˇeˇric´ı desku poloˇzeny. Nˇekter´e
byly obsaˇzeny v zad´an´ı diplomov´e pr´ace, jin´e vyplynuly pˇri konzultac´ıch s vedouc´ım pr´ace a s
diplomanty, kteˇr´ı maj´ı na tuto pr´aci navazovat.
• Mˇeˇric´ı deska bude vhodn´a pro ´uˇcely neinvazivn´ıho mˇeˇren´ı arteri´aln´ıch tlakov´ych pulsac´ı.
• Deska bude splˇnovat z´akladn´ı podm´ınky pro l´ekaˇrsk´e pˇr´ıstroje, tj. zejm´ena spolehliv´e
galvanick´e oddˇelen´ı od nap´ajec´ı s´ıtˇe a PC.
• Minim´aln´ı vzorkovac´ı frekvence AD pˇrevodn´ıku bude 500 Hz.
• Pˇri dan´e vzorkovac´ı frekvenci bude snaha dos´ahnout maxim´aln´ıho moˇzn´eho efektivn´ıho
rozliˇsen´ı cel´e mˇeˇric´ı soustavy. Je nutn´e dos´ahnout lepˇs´ıho rozliˇsen´ı, neˇz se st´avaj´ıc´ımi 8
a 12bitov´ymi syst´emy.
• Deska bude pˇripojiteln´a pˇres USB rozhran´ı k PC vybaven´emu operaˇcn´ım syst´emem Mi-
crosoft Windows verze XP nebo novˇejˇs´ı, potˇrebn´e ovladaˇce budou k dispozici.
• Bude zvolen nebo navrˇzen vhodn´y protokol pro komunikaci mezi deskou a PC, pˇredpokl´ad´a
se pouˇzit´ı jazyka C# nebo prostˇred´ı LabVIEW.
• Veˇsker´e ovl´ad´an´ı desky vˇcetnˇe konfigurace a mˇeˇren´ı bude prov´adˇeno softwarovˇe.
• K desce bude vytvoˇren jednoduch´y ovl´adac´ı program prov´adˇej´ıc´ı konfiguraci zaˇr´ızen´ı,
mˇeˇren´ı, zobrazov´an´ı namˇeˇren´ych dat a ukl´ad´an´ı dat do textov´eho souboru.
• Pˇr´ıpravek bude fyzicky ˇreˇsen jako pˇrenosn´e zaˇr´ızen´ı pˇripojiteln´e k bˇeˇzn´e tonometrov´e
manˇzetˇe.
• Pˇr´ıpravek bude zp˚usobil´y k proveden´ı klinick´e studie a k porovn´an´ı oscilometrick´ych
metod s invazivn´ımi metodami mˇeˇren´ı.
• Vˇsechny komponenty mus´ı b´yt dostupn´e v ˇCesk´e republice, a to i v kusov´ych mnoˇzstv´ıch
a s dodac´ı lh˚utou do jednoho mˇes´ıce.
4.2 V´ybˇer komponent
V´ychoz´ım prvkem pˇri n´avrhu desky byl tlakov´y senzor MPXV5050GP (Freescale Semiconduc-
tor, Inc., [5]), se kter´ym mˇeli dobr´e zkuˇsenosti autoˇri pˇredch´azejic´ıch prac´ı podobn´eho zamˇeˇren´ı.
Jeho rozsah (50 kPa, tj. asi 375 mmHg) vyhovuje s dostateˇcnou rezervou oˇcek´avan´ym hod-
not´am mˇeˇren´ych tlak˚u (zpravidla do 220 mmHg), vnitˇrn´ı ´uprava sign´alu zajiˇsˇtuje stabilitu,
odolnost proti ruˇsen´ı a opakovatelnost mˇeˇren´ı. Tomuto senzoru byl podˇr´ızen v´ybˇer dalˇs´ıch
komponent.
Pouˇzil jsem AD pˇrevodn´ık AD7732BRU (Analog Devices, Inc., [1]), neboˇt je nejjednoduˇsˇs´ım
a nejdostupnˇejˇs´ım samostatn´ym pˇrevodn´ıkem splˇnuj´ıc´ım poˇzadavky zad´an´ı. Vyˇzaduje pˇresn´y
zdroj referenˇcn´ıho napˇet´ı 2,5 V, zvolil jsem LT1019CN8-2.5, kter´y byl v dobˇe n´avrhu jedinou
dostupnou n´ahradou v´yrobcem doporuˇcen´eho AD780AN [3]. Dostupn´y je pouze v pouzdru
DIP8, kter´emu jsem pˇrizp˚usobil koneˇcn´y n´avrh desky. Pˇrevodn´ık nab´ız´ı s´eriov´e rozhran´ı stan-
dardu SPI, kter´e je snadn´e galvanicky oddˇelit, k ˇcemuˇz jsem pouˇzil optrony SFH615A (Vishay

31. 16 KAPITOLA 4. N ´AVRH A REALIZACE HARDWARU
Semiconductors, [6]). Jako USB interface slouˇz´ı FT2232D (Future Technology Devices Inter-
national Ltd., [8]), kter´y pˇr´ımo podporuje SPI rozhran´ı. Ostatn´ı souˇc´astky jsem vyb´ıral podle
doporuˇcen´ı v datasheetech v´yˇse uveden´ych ˇcip˚u.
ˇC´ast desky s USB rozhran´ım je nap´ajena pˇr´ımo z USB, postaˇcuje v´ychoz´ı nastaven´ı jako low-
power device (5 V, max. 100 mA). Senzor a AD pˇrevodn´ık jsou nap´ajeny 5 V z osvˇedˇcen´eho
stabiliz´atoru LF50CDT, odbˇer nepˇrekroˇc´ı 40 mA, a proto jsem jako zdroj napˇet´ı pouˇzil
dev´ıtivoltovou destiˇckovou baterii.
Blokov´e sch´ema je na obr. 4.1, kompletn´ı sch´ema desky na obr. A.1 v pˇr´ıloze, n´avrh v OrCAD
Capture na pˇriloˇzen´em CD.
Obr´azek 4.1: Blokov´e sch´ema
4.3 MPXV5050GP - senzor tlaku
Monolitick´y piezorezistivn´ı kˇrem´ıkov´y senzor tlaku (obr. 4.2) vhodn´y pro pˇripojen´ı k jak k AD
pˇrevodn´ık˚um integrovan´ym v procesorech, tak k samostatn´ym pˇrevodn´ık˚um. Sv´ym rozsahem
je urˇcen pro fyziologick´e rozmez´ı tlaku, obsahuje integrovanou teplotn´ı kompenzaci a ´upravu
v´ystupn´ıho sign´alu (obr. 4.3) [21].
Obr´azek 4.2: ˇRez senzorem. Pˇrevzato z [5].
Parametry senzoru [5]:
• jmenovit´e nap´ajec´ı napˇet´ı 5 V (mezi 4,75 V aˇz 5,25 V je v´ystupn´ı napˇet´ı pˇr´ımo ´umˇern´e
nap´ajec´ımu)
• nap´ajec´ı proud 7 aˇz 10 mA
• provozn´ı teplota -40 aˇz +125 ◦C

32. KAPITOLA 4. N ´AVRH A REALIZACE HARDWARU 17
Obr´azek 4.3: Blokov´e sch´ema senzoru. Pˇrevzato z [5].
• rozsah tlaku 0 aˇz 50 kPa (0 - 375 mmHg)
• offset pˇri nulov´em tlaku 0,2 V, stabilita offsetu ± 0,5 % z full-scale v´ystupu
• full-scale v´ystup typicky 4,7 V (4,587 V aˇz 4,813 V)
• celkov´a maxim´aln´ı chyba ± 2,5 % z full-scale v´ystupu
• doba odezvy 1 ms
• pˇrevodn´ı charakteristika viz obr. 4.4
Obr´azek 4.4: Charakteristika senzoru. Pˇrevzato z [5].
4.3.1 Potlaˇcen´ı ruˇsen´ı tlakov´eho senzoru
Pro pˇresn´e mˇeˇren´ı je nutn´e minimalizovat ˇsum, kter´y by degradoval pˇresnost senzoru i AD
pˇrevodn´ıku. Piezorezistivn´ı m˚ustek senzoru vytv´aˇr´ı rozd´ılov´e napˇet´ı v ˇr´adu milivolt˚u a inte-
grovan´y zesilovaˇc toto napˇet´ı zes´ıl´ı tak, aby byl dodrˇzen poˇzadovan´y v´ystupn´ı rozsah. Me-
chanick´a odezva senzoru je pˇribliˇznˇe 500 Hz, jeho ˇsum (rovnˇeˇz zes´ılen´y) se pohybuje mezi 500
Hz a 1 MHz. ˇSum je tak vysok´y, ˇze dok´aˇze degradovat rozliˇsen´ı osmibitov´eho pˇrevodn´ıku o 1

33. 18 KAPITOLA 4. N ´AVRH A REALIZACE HARDWARU
bit, desetibitov´eho aˇz o 5 bit˚u. Proto je d˚uleˇzit´e blokovat nap´ajen´ı a filtrovat v´ystupn´ı napˇet´ı
senzoru. [22]
Na v´ystup senzoru je vhodn´e zaˇradit jako doln´ı propust RC ˇcl´anek (obr. 4.5), v´yrobcem
navrˇzen´e hodnoty zaruˇcuj´ı mezn´ı frekvenci filtru 650 Hz. D´ale je moˇzn´e pouˇz´ıt digit´aln´ı
potlaˇcen´ı ˇsumu, kter´y bude filtrov´an filtrem klouzav´ych pr˚umˇer˚u (moving-average) pˇres 8 aˇz
64 vzork˚u, coˇz sn´ıˇz´ı amplitudu ˇsumu na 2,5 aˇz 1 mV. [22]
Obr´azek 4.5: Filtrace ruˇsiv´ych napˇet´ı senzoru a blokov´an´ı nap´ajec´ıho napˇet´ı. Pˇrevzato z [22].
Nap´ajec´ı napˇet´ı senzoru se nesm´ı od jmenovit´eho odch´ylit v´ıce neˇz o ± 5 %, neboˇt mimo
tyto hranice nen´ı nastavena kompenzace offsetu a teplotn´ıho koeficientu. Pro nap´ajen´ı nejsou
vhodn´e sp´ınan´e zdroje, menˇs´ı ruˇsen´ı zajist´ı line´arn´ı regul´ator napˇet´ı v kombinaci s dvojic´ı
keramick´ych blokovac´ıch kondenz´ator˚u, kter´e maj´ı rychlejˇs´ı odezvu, neˇz napˇr. elektrolytick´e
(obr. 4.5). Senzor se doporuˇcuje nap´ajet ze stejn´eho uzlu, ze kter´eho je nap´ajena reference AD
pˇrevodn´ıku, ˇc´ımˇz se kompenzuje chyba vznikl´a kol´ıs´an´ım nap´ajec´ıho napˇet´ı [22].
Samozˇrejmˇe je nutn´e db´at i na ostatn´ı n´avrhov´e z´asady, jako je minimalizace d´elky vodiˇc˚u a
proudov´ych smyˇcek a prostorov´e i proudov´e oddˇelen´ı od digit´aln´ıch obvod˚u.
4.4 Rozhran´ı SPI
Dˇr´ıve neˇz zaˇcnu popisovat pr´aci s AD pˇrevodn´ıkem, mus´ım se zm´ınit o vlastnostech rozhran´ı,
pˇres kter´e je ovl´ad´an. Jedin´e rozhran´ı, kter´e souˇcasnˇe podporuj´ı jak AD pˇrevodn´ık, tak USB
modul, je SPI (Serial to Peripheral Interface, [4]).
SPI je synchronn´ı s´eriov´e rozhran´ı typu master-slave, pˇres kter´e se pˇren´aˇsej´ı bez rozliˇsen´ı jak
data, tak pˇr´ıkazy (interpretace je na konkr´etn´ım komunikuj´ıc´ım zaˇr´ızen´ı). D´ıky tomu, ˇze
jde o s´eriovou sbˇernici, je snadno galvanicky oddˇeliteln´a optrony. Vˇsechny pˇrenosy, stejnˇe
jako pˇrenosovou rychlost a d´elku bitu, ˇr´ıd´ı master. U vysokorychlostn´ıch zaˇr´ızen´ı m˚uˇze b´yt
pˇrenosov´a rychlost aˇz 70 Mbps. SPI poskytuje n´avrh´aˇr˚um relativn´ı volnost v nastaven´ı
rychlosti, klidov´e polarity hodinov´eho sign´alu i aktivn´ı hrany hodin. Dan´ı za to je nutnost re-
spektovat mnohdy nejasnˇe popsan´e parametry pˇripojen´ych slave obvod˚u (zde AD pˇrevodn´ıku)
a pˇrizp˚usobit jim veˇsker´a nastaven´ı.
Pouˇz´ıvaj´ı se 4 sign´aly:
• SCLK (Serial Clock) - Hodinov´y sign´al, kter´y master vys´ıl´a, pouze pokud chce pˇren´aˇset
data. Jinak drˇz´ı pˇrednastavenou klidovou hodnotu.
• MOSI (Master Out Slave In) - data odes´ılan´a masterem

34. KAPITOLA 4. N ´AVRH A REALIZACE HARDWARU 19
• MISO (Master In Slave Out) - data pˇrij´ıman´a masterem
• CS (Chip Select) - Sign´al pro v´ybˇer zaˇr´ızen´ı, pro kaˇzd´y samostatn´y slave je tˇreba zvl´aˇstn´ı
vodiˇc ovl´adan´y masterem. V naˇsem pˇr´ıpadˇe nen´ı pouˇzit, neboˇt m´ame jen jeden slave,
kter´emu staˇc´ı pˇripojit CS pin na zem.
Pˇrenos dat je navrˇzen tak, aby mohl fungovat duplexnˇe na principu cyklicky propojen´ych po-
suvn´ych registr˚u, kter´e si vymˇeˇnuj´ı sv´e obsahy. Proto je d˚uleˇzit´e vˇedˇet, co pos´ılat na z´apisovou
linku bˇehem samostatn´eho ˇcten´ı dat, aby nedoˇslo k nechtˇen´emu pˇrenastaven´ı nebo resetov´an´ı
c´ılov´eho zaˇr´ızen´ı. Napˇr´ıklad pouˇzit´y pˇrevodn´ık AD7732 vyˇzaduje, aby do nˇej bˇehem ˇcten´ı byla
zapisov´ana sekvence nul, neboˇt jin´a data by jej mohla uv´est do nedefinovan´eho stavu a 32
jedniˇcek by jej resetovalo.
Nastaven´ı pˇrenosov´eho m´odu se prov´ad´ı volbami CPOL (klidov´a ´uroveˇn hodin) a CPHA (ak-
tivn´ı hrana hodin) [4]. Pr˚ubˇeh pˇrenosu zachycuje obr. 4.6.
• Mode 0 (CPOL = 0, CPHA = 0): klidov´a ´uroveˇn 0, ˇcten´ı pˇri rostouc´ı hranˇe, z´apis pˇri
klesaj´ıc´ı
• Mode 1 (CPOL = 0, CPHA = 1): klidov´a ´uroveˇn 0, ˇcten´ı pˇri klesaj´ıc´ı hranˇe, z´apis pˇri
rostouc´ı
• Mode 2 (CPOL = 1, CPHA = 0): klidov´a ´uroveˇn 1, ˇcten´ı pˇri klesaj´ıc´ı hranˇe, z´apis pˇri
rostouc´ı
• Mode 3 (CPOL = 1, CPHA = 1): klidov´a ´uroveˇn 1, ˇcten´ı pˇri rostouc´ı hranˇe, z´apis pˇri
klesaj´ıc´ı
V´yrobce USB modulu poskytuje knihovnu FTCSPI.dll pro jednoduchou pr´aci s SPI, pomoc´ı
kter´e je moˇzn´e pˇr´ımo nastavovat v´yˇse vˇsechny parametry pˇrenosu a prov´adˇet ˇctec´ı a z´apisov´e
cykly. K dispozici jsou i konstrukˇcn´ı sch´ematick´e bloky pro LabVIEW, kter´e jsem pouˇzil pro
tvorbu ovl´adac´ıho programu.
Obr´azek 4.6: Z´apis a ˇcten´ı na sbˇernici SPI (Mode 0). Pˇrevzato z [4].
4.5 AD7732BRU - AD pˇrevodn´ık
4.5.1 Popis pˇrevodn´ıku
• 24 bitov´y sigma-delta pˇrevodn´ık napˇet´ı, pˇri frekvenci pˇrevodu pod 8545 Hz zaruˇcuje
nepˇr´ıtomnost missing codes (chybˇej´ıc´ıch v´ystupn´ıch symbol˚u)
• 2 diferenˇcn´ı analogov´e vstupy, rozsahy + 5 V, ± 5 V, + 10 V, ± 10 V, povolen´e pˇrekroˇcen´ı
rozsahu do ± 16,5 V bez ovlivnˇen´ı sousedn´ıho kan´alu, do ± 50 V bez poˇskozen´ı pˇrevodn´ıku

35. 20 KAPITOLA 4. N ´AVRH A REALIZACE HARDWARU
• nap´ajec´ı napˇet´ı 5 V, digit´aln´ı ˇc´ast moˇzno nap´ajet 3 V
• s´eriov´e rozhran´ı kompatibiln´ı s SPI, QSPI, MICROWIRE a DSP slouˇz´ı ke konfiguraci
a ˇr´ızen´ı pˇrevodn´ıku i k pˇrenosu dat, veˇsker´a komunikace se prov´ad´ı z´apisem a ˇcten´ım
vnitˇrn´ıch registr˚u
• obvody pro automatickou kalibraci jak vlastn´ıho pˇrevodn´ıku, tak obou kan´al˚u
• rozliˇsen´ı pˇri zapnut´em choppingu (vysvˇetleno n´ıˇze) na obr. 4.7
Obr´azek 4.7: Efektivn´ı rozliˇsen´ı pˇrevodn´ıku a ˇsum pˇri zapnut´em choppingu. Pˇrevzato z [1] a
upraveno.
Struktura a doporuˇcen´e zapojen´ı pˇrevodn´ıku, ze kter´eho jsem pˇri n´avrhu desky vych´azel, je na
obr. 4.9. Kromˇe z´akladn´ıch funkˇcn´ıch ˇc´ast´ı popsan´ych v blokov´em sch´ematu obsahuje jeˇstˇe
obvody pro autokalibraci, detektor pˇripojen´ı referenˇcn´ıho napˇet´ı, gener´ator hodinov´eho sign´alu
a I/O port pˇripojen´y na dva piny [1].
4.5.2 Chopping
Pozornost si zaslouˇz´ı tzv. chopping, metoda slouˇz´ıc´ı ke zv´yˇsen´ı pˇresnosti a potlaˇcen´ı obvykl´ych
chyb AD pˇrevodn´ıku. Jeho princip spoˇc´ıvaj´ıc´ı v ´upravˇe chodu sign´alu ˇretˇezcem ´uprav ukazuje
obr. 4.8. Za vstupn´ımi rezistory je um´ıstˇen multiplexer, kter´y periodicky zamˇeˇnuje kladn´y a
z´aporn´y p´ol diferenˇcn´ıho vstupu. Sign´al je d´ale veden pˇres impedanˇcn´ı oddˇelen´ı sledovaˇcem do
bˇeˇzn´eho sigma-delta modul´atoru s digit´aln´ım filtrem. Vyfiltrovan´a jsou postupnˇe ˇctena kali-
braˇcn´ı jednotkou, kter´a kromˇe obvykl´eho scalingu (ˇc´ıseln´eho pˇrepoˇcten´ı na z´akladˇe kalibraˇcn´ıch
hodnot) pr˚umˇeruje po sobˇe jdouc´ı p´ary hodnot. T´ım je zaruˇceno odstranˇen´ı chyby offsetu sle-
dovaˇce i sigma-delta modul´atoru.
Protoˇze je choppingov´y multiplexer zaˇrazen aˇz za vstupn´ı rezistory, nelze takto odstranit jimi
zp˚usoben´y offset ani offsetov´y drift [1]. Celkovˇe je moˇzno ˇr´ıci, ˇze zapnut´ı choppingu je vhodn´e
pro zv´yˇsen´ı pˇresnosti a odstranˇen´ı nutnosti kalibrace na nulov´y offset. Nev´yhodou je m´ırn´e
sn´ıˇzen´ı rychlosti pˇrevodu, coˇz zde nen´ı na z´avadu, takˇze jsem se rozhodl chopping zapnout.
Aktivace choppingu je jako vˇsechna ostatn´ı nastaven´ı realizov´ana softwarovˇe, proto je snadn´e
v pˇr´ıpadˇe potˇreby chopping i deaktivovat.
Pro pˇripojen´ı tlakov´eho senzoru na kan´al 0 jsem pouˇzil rozsah odpov´ıdaj´ıc´ı jeho v´ystupu,
tedy + 5 V. Zvolil jsem frekvenci pˇrevodu 1001 Hz, kter´a by pˇri ide´aln´ım potlaˇcen´ı ruˇsen´ı mˇela
umoˇznit efektivn´ı rozliˇsen´ı aˇz 18,3 bit˚u. Obˇe ˇc´asti pˇrevodn´ıku nap´aj´ım spoleˇcn´ym zdrojem 5 V.

36. KAPITOLA 4. N ´AVRH A REALIZACE HARDWARU 21
Obr´azek 4.8: Cesta sign´alu AD pˇrevodn´ıkem pˇri zapnut´em choppingu. Pˇrevzato z [1].
Obr´azek 4.9: AD pˇrevodn´ık AD7732. Pˇrevzato z [1].
4.5.3 Konfigurace AD pˇrevodn´ıku
Obvod AD7732 se konfiguruje obsahem vnitˇrn´ıch registr˚u, stejnˇe tak jsou z registr˚u ˇctena
namˇeˇren´a data. Nˇekter´e konfiguraˇcn´ı registry ovl´adaj´ı chov´an´ı cel´eho pˇrevodn´ıku, zat´ımco
jin´e jsou specifick´e pro kaˇzd´y z obou kan´al˚u. ˇS´ıˇrka registr˚u nen´ı stejn´a, pouˇzity jsou 8bitov´e,
16bitov´e a 24bitov´e registry. K registr˚um se pˇristupuje prostˇrednictv´ım tzv. komunikaˇcn´ıho
registru. Pˇrehled registr˚u ukazuje obr. 4.8, podrobn´e popisy a pouˇzit´ı registr˚u ud´av´a
datasheet [1].
Veˇsker´a komunikace s pˇrevodn´ıkem mus´ı b´yt zah´ajena z´apisem do 8bitov´eho komunikaˇcn´ıho re-
gistru, jehoˇz obsah urˇcuje c´ıl (adresu) a smˇer (ˇcten´ı/z´apis) bezprostˇrednˇe n´asleduj´ıc´ıho pˇrenosu.
Z´apis do komunikaˇcn´ıho registru je automaticky oˇcek´av´an po kaˇzd´em zapnut´ı a resetov´an´ı ob-
vodu i po ukonˇcen´ı pˇredch´azej´ıc´ıch operac´ı ˇcten´ı a z´apisu. Ukonˇcen´ı ˇcten´ı nebo z´apisu je
zjiˇsˇtov´ano prost´ym odpoˇc´ıt´an´ım pˇrenesen´ych bit˚u. Pokud dojde ke ztr´atˇe pˇrenosov´e sekvence
(napˇr. pˇri vynech´an´ı bitu), m˚uˇze b´yt interface resetov´an z´apisem alespoˇn 32 jedniˇcek. Pˇritom
je vˇsak resetov´ano veˇsker´e nastaven´ı pˇrevodn´ıku a veˇsker´a konfigurace se mus´ı opakovat [1].

37. 22 KAPITOLA 4. N ´AVRH A REALIZACE HARDWARU
Obr´azek 4.10: Pˇrehled registr˚u pˇrevodn´ıku. Pˇrevzato z [1].
4.5.4 Jednor´azov´y pˇrevod a ˇcten´ı
Uk´azka pˇrevodu a pˇrenosu je na obr. 4.11. Kaˇzd´a d´ılˇc´ı pˇrenosov´a operace prob´ıh´a pˇri aktivn´ım
sign´alu CS bˇehem osmi hodinov´ych cykl˚u. Nejprve je do komunikaˇcn´ıho registru zaps´ana hod-
nota 38h, coˇz znamen´a, ˇze n´asleduj´ıc´ı operace bude z´apis do mode registru. Z´apisem 40h do
mode registru se spust´ı jednor´azov´y pˇrevod v 16bitov´em m´odu. Po vyˇck´an´ı na dokonˇcen´ı kon-
verze (projev´ı se aktivac´ı RDY pinu a z´aroveˇn RDY bitu pˇr´ısluˇsn´eho kan´alu v ADC Status
Registru) lze do komunikaˇcn´ıho registru zapsat 48h, ˇc´ımˇz se pˇrevodn´ık pˇriprav´ı na ˇcten´ı z da-
tov´eho registru prvn´ıho kan´alu. D´ıky pˇredch´azej´ıc´ımu nastaven´ı se datov´y registr chov´a jako
16bitov´y a m˚uˇze b´yt pˇreˇcten bˇehem n´asleduj´ıc´ıch 16 hodinov´ych cykl˚u. T´ım je pˇrenos dokonˇcen
a pˇrevodn´ık ˇcek´a na dalˇs´ı z´apis do komunikaˇcn´ıho registru.
4.5.5 kontinu´aln´ı pˇrevod a ˇcten´ı
Kromˇe popsan´eho jednor´azov´eho pˇrevodu (Single Conversion) lze pouˇz´ıt i kontinu´aln´ı pˇrevod
(Continuous Conversion), kter´y pro opakov´an´ı pˇrevodu nevyˇzaduje opakovan´e z´apisy do mode
registru, ale automaticky prov´ad´ı pr˚ubˇeˇznou konverzi nastavenou rychlost´ı. Kontinu´aln´ı pˇrevod
je moˇzn´e kombinovat s kontinu´aln´ım ˇcten´ım (Continuous Read), pˇri kter´em nen´ı tˇreba opakovat
ani ˇctec´ı pˇr´ıkaz a pˇrevodn´ık pˇredpokl´ad´a, ˇze po spuˇstˇen´ı pˇrevodu uˇz bude n´asledovat pouze
ˇcten´ı. Reˇzim kontinu´aln´ıho ˇcten´ı lze ukonˇcit z´apisem 80h, coˇz uvede rozhran´ı pˇrevodn´ıku do

38. KAPITOLA 4. N ´AVRH A REALIZACE HARDWARU 23
klidov´eho stavu.
Knihovna FTCSPI.dll bohuˇzel vˇzdy pˇredpokl´ad´a, ˇze pˇred kaˇzd´ym ˇcten´ım bude odesl´an ˇctec´ı
pˇr´ıkaz, coˇz pouˇzit´ı kontinu´aln´ıho ˇcten´ı znemoˇzˇnuje. Pouˇzil jsem proto kontinu´aln´ı pˇrevod a
jednor´azov´e, avˇsak st´ale opakovan´e ˇcten´ı.
Obr´azek 4.11: Jednor´azov´y pˇrevod a pˇrenos 16bitov´ych dat. Pˇrevzato z [1].
4.5.6 AD780AN nebo LT1019 - reference napˇet´ı
Tento obvod zajiˇsˇtuje AD pˇrevodn´ıku st´alou hodnotu referenˇcn´ıho napˇet´ı. Pro oscilometrick´e
mˇeˇren´ı hemodynamick´ych parametr˚u sice nen´ı tˇreba stanovovat pˇresnou absolutn´ı hodnotu
namˇeˇren´eho tlaku (ta je nejv´ıce ovlivnˇena upevnˇen´ım a pˇrenosem manˇzety a hadiˇcek), ale je
nutn´e zajistit pˇresn´e mˇeˇren´ı tlakov´ych zmˇen a ˇcasovou st´alost alespoˇn po dobu jednoho mˇeˇren´ı.
Parametry napˇeˇtov´e reference [3]:
• nap´ajec´ı napˇet´ı 4 V aˇz 36 V
• v´ystupn´ı napˇet´ı 2,5 V nebo 3 V
• chyba maxim´alnˇe ± 1 mV
• klidov´y nap´ajec´ı proud 1 mA, maxim´aln´ı v´ystupn´ı proud 30 mA
Zdroje referenˇcn´ıho napˇet´ı pracuj´ı na principu kompenzace kladn´eho teplotn´ıho koeficientu
z´aporn´ym koeficientem pˇrechodu b´aze-emitor. V pˇr´ıpadˇe reference AD780 (obr. 4.12) jsou
pouˇzity dva bipol´arn´ı NPN tranzistory, kter´e se 12kr´at liˇs´ı velikost´ı plochy emitoru. Rozd´ıl
napˇet´ı na jejich BE pˇrechodech zp˚usob´ı proud tekouc´ı rezistorem R5. To zp˚usob´ı vznik napˇet´ı
na rezistoru R4, kter´e se seˇcte s napˇet´ım na BE pˇrechodu tranzistoru Q7. Tento souˇcet je
nez´avisl´y na teplotˇe [3].
K zachov´an´ı pˇresnosti je nutn´e pˇresn´e nastaven´ı integrovan´e rezistorov´e s´ıtˇe. Hodnota v´ystupn´ıho
napˇet´ı je d´ana rezistory R13, R14, a R15 ve zpˇetnovazebn´ı smyˇcce operaˇcn´ıho zesilovaˇce. Volba
mezi 2.5 V a 3.0 V se prov´an´ı odpojen´ım, resp. pˇrizemnˇen´ım rezistoru R15 [3].

39. 24 KAPITOLA 4. N ´AVRH A REALIZACE HARDWARU
Obr´azek 4.12: Napˇeˇtov´a reference AD780. Pˇrevzato z [3].
4.5.7 SFH615A - optron
Jedin´ymi prvky spojuj´ıc´ımi mˇeˇric´ı a komunikaˇcn´ı ˇc´ast desky jsou ˇctyˇri optrony. Oddˇeluj´ı po-
tenci´alnˇe nebezpeˇcnou ˇc´ast spojenou s PC od pˇr´ıloˇzn´ych ˇc´ast´ı tonometru bari´erou 5300 V [6].
Zvolil jsem nejdostupnˇejˇs´ı variantu SFH615A-1X006 v pouzdru DIP-4 s rozteˇc´ı v´yvod˚u 400 mil
(10,16 mm) poskytuj´ıc´ı izolaˇcn´ı vzd´alenost 8 mm. Tato varianta splˇnuje poˇzadavky normy IEC
60950 na zes´ılenou izolaci a je vhodn´a i pro l´ekaˇrskou techniku. V naˇsem pˇr´ıpadˇe (pˇrenos dat
pˇres sbˇernici SPI) nen´ı nutn´e db´at na linearitu pˇrenosu, podstatn´e je, aby byl moˇzn´y dostateˇcnˇe
rychl´y pˇrenos.
Za dostateˇcnou frekvenci hodin SPI sbˇernice povaˇzuji 66,6 kHz, pro jej´ıˇz dosaˇzen´ı postaˇcuje,
kdyˇz maj´ı s´eriov´e rezistory omezuj´ıc´ı proud hodnotu 1 kΩ na stranˇe vys´ılac´ı (LED dioda) a
330 Ω na stranˇe pˇrij´ımac´ı (fototranzistor). Niˇzˇs´ı hodnoty by vedly ke zbyteˇcn´emu zvyˇsov´an´ı
pˇr´ıkonu a zahˇr´ıv´an´ı jak pˇrevodn´ıku, tak USB modulu. Vysok´e hodnoty odporu naopak vedou
ke zploˇstˇen´ı n´abˇeˇzn´e hrany hodinov´eho i datov´eho sign´alu a chyb´am pˇrenosu.
4.6 FT2232D - USB rozhran´ı
Obvod FT2232D v naˇsem zaˇr´ızen´ı zajiˇsˇtuje konverzi SPI na USB rozhran´ı. Nab´ız´ı dva kan´aly,
z nichˇz kaˇzd´y m˚uˇze b´yt nez´avisle provozov´an v nˇekolika reˇzimech pˇrenosu. Na v´ybˇer je klasick´y
UART, FIFO rozhran´ı a Bit-Bang m´od, j´a jsem vˇsak vyuˇzil sluˇzby MPSSE (viz n´ıˇze). Cel´y
USB protokol je realizov´an na ˇcipu, nen´ı tedy tˇreba zajiˇsˇtovat jej programovˇe. Pro ´uplnou
konfiguraci je moˇzn´e k obvodu pˇripojit extern´ı pamˇeˇt EEPROM a programem MProg do n´ı
nahr´at kompletn´ı nastaven´ı, coˇz nen´ı pro naˇsi mˇeˇric´ı desku nutn´e a zmiˇnuji to jen pro pˇr´ıpad
potˇreby jej´ıho rozˇs´ıˇren´ı [8]. USB rozhran´ı odpov´ıd´a standardu USB 2.0 Full Speed (12 Mbps).
Struktura cel´eho obvodu je na obr. 4.13.
4.6.1 Nap´ajen´ı pˇres USB
FT2232D umoˇzˇnuje nap´ajen´ı typu self powered (z vlastn´ıho zdroje), high-power bus powe-
red (z USB, maxim´alnˇe 500 mA) i prost´e bus powered (z USB, maxim´alnˇe 100 mA, pro n´as
postaˇcuj´ıc´ı). Tolerovan´e nap´ajec´ı napˇet´ı je 4,35 V aˇz 5,25 V. Napˇeˇtov´e ´urovnˇe kaˇzd´eho z kan´al˚u
mohou b´yt nastaveny na 3,3 V nebo 5 V (n´aˇs pˇr´ıpad) [8]. Abych nemusel ˇreˇsit zdvojen´e, resp.

40. KAPITOLA 4. N ´AVRH A REALIZACE HARDWARU 25
Obr´azek 4.13: Blokov´e sch´ema USB rozhran´ı FT2232D. Pˇrevzato z [8].
galvanicky oddˇelen´e nap´ajen´ı t´eto ˇc´asti desky, vyuˇzil jsem tuto moˇznost.
4.6.2 S´eriov´y engine MPSSE
MPSSE (Multi-Protocol Synchronous Serial Engine) slouˇz´ı k efektivn´ı implementaci s´eriov´ych
protokol˚u, jako je JTAG, I2C a n´aˇs SPI. M˚uˇze b´yt ale pouˇzit k realizaci libovoln´eho s´eriov´eho
synchronn´ıho protokolu. Je dostupn´y pouze na kan´alu A. MPSSE je programov´ano zas´ıl´an´ım
pˇr´ıkaz˚u datovou rourou (data pipe). Data mohou b´yt zas´ıl´ana individu´alnˇe nebo pro dosaˇzen´ı
vyˇsˇs´ı rychlosti v paketech. Dosaˇziteln´a ust´alen´a rychlost je aˇz 5,6 Mbps [8].
V´yvody obvodu FT2232D tvoˇr´ıc´ı SPI rozhran´ı shrnuje tab. 4.1. Zapojen´ı ostatn´ıch pin˚u a
v´ybˇer podp˚urn´ych komponent jsem provedl podle datasheetu [8]. Ovl´adac´ı program vyuˇz´ıvaj´ıc´ı
moˇznost´ı MPSSE bude pops´an ve vlastn´ı kapitole.
4.7 N´avrh desky ploˇsn´eho spoje
Snaˇzil jsem se pouˇz´ıvat pˇredevˇs´ım SMD souˇc´astky v pouzdru velikosti 0805 a maxim´alnˇe re-
spektovat ostatn´ı doporuˇcen´ı vedouc´ı jak ke sn´ıˇzen´ı citlivosti na ruˇsiv´a elektrick´a a magnetick´a
pole, tak ke sn´ıˇzen´ı vlastn´ıho vyzaˇrov´an´ı (napˇr. [24], [23] a [15]). Interfaceov´a ˇc´ast s USB
portem je od zbytku desky oddˇelena jak galvanicky, tak prostorovˇe, nap´ajen´ı pˇrevodn´ıku je
d˚uslednˇe rozdˇeleno podle pˇr´ısluˇsnosti k analogov´e a digit´aln´ı ˇc´asti. Pouˇz´ıval jsem spoje o ˇs´ıˇrce

41. 26 KAPITOLA 4. N ´AVRH A REALIZACE HARDWARU
Pin Sign´al Popis
21 (ADBUS3) TMS/CS Chip Select
22 (ADBUS2) TDO/DI Datov´y vstup, v SPI terminologii MISO
23 (ADBUS1) TDI/DO Datov´y v´ystup, v SPI terminologii MOSI
24 (ADBUS0) TCK/SK Hodinov´y sign´al
Tabulka 4.1: SPI piny rozhran´ı FT2232D. (zdroj: [8])
12 mil, tj. cca 0,3 mm. Kde to bylo moˇzn´e, volil jsem ´uhel ohybu spoj˚u 45 stupˇn˚u. Minimali-
zoval jsem plochy proudov´ych smyˇcek jak soubˇeˇzn´ym veden´ım spoj˚u, tak v´ybˇerem typu desky.
Deska je navrˇzena jako ˇctyˇrvrstv´a, vyrobena byla firmou PragoBoard s.r.o. z obvykl´eho ma-
teri´alu FR4 1,5mm 18um Cu (z´aklad), skladba DPS: 2x 1080 + j´adro 1,2mm 35um Cu + 2x
1080. Poˇrad´ı vrstev je Top-Ground-Power-Bottom. Pro pˇripojen´ı k USB jsem pouˇzil konektor
typu B v proveden´ı pro zap´ajen´ı do desky ploˇsn´eho spoje, tlakov´y senzor je tak´e um´ıstˇen pˇr´ımo
na DPS. Napˇeˇtov´a SMD reference AD780AN nebyla v dobˇe konstrukce zaˇr´ızen´ı dostupn´a, jako
n´ahradu jsem pouˇzil ekvivalentn´ı LT1019 (Linear Technology). Byl dostupn´y jen v pouzdru
DIP-8, coˇz naˇstˇest´ı nem´a vliv na funkˇcnost zaˇr´ızen´ı.
Ilustraˇcn´ı negativ desky je na obr. 4.14, n´avrh v OrCAD Layout na pˇriloˇzen´em CD.
Obr´azek 4.14: Ilustraˇcn´ı negativ DPS
4.8 Mechanick´e ˇreˇsen´ı
Rozmˇery desky jsou 93 x 48 mm, v´yˇska vˇcetnˇe komponent cca 16 mm. Senzor tlaku je hadiˇckou
pˇripojen k pr˚uchodce pro pˇripojen´ı k manˇzetˇe. Deska je spolu s destiˇckovou bateri´ı, sp´ınaˇcem
a pr˚uchodkou vestavˇena do krabiˇcky od modemu (obr. 4.15). Z bˇeˇznˇe dostupn´ych krabiˇcek
by bylo moˇzn´e zvolit napˇr´ıklad krabiˇcku pro d´alkov´e ovl´ad´an´ı KPDO 3 vybavenou dv´ıˇrky pro

42. KAPITOLA 4. N ´AVRH A REALIZACE HARDWARU 27
snadn´e vkl´ad´an´ı baterie.
Obr´azek 4.15: Mechanick´e ˇreˇsen´ı
Je nutn´e vˇenovat pozornost dokonal´emu utˇesnˇen´ı vˇsech spoj˚u, zejm´ena m´ısta pˇripojen´ı prvn´ı
hadiˇcky na tlakov´y senzor. Plat´ı, ˇze vnitˇrn´ı pr˚umˇer hadiˇcky mus´ı b´yt menˇs´ı, neˇz vnˇejˇs´ı pr˚umˇer
v´yvodu tlakov´eho senzoru, jinak nebude spojen´ı spolehliv´e. Za t´ım ´uˇcelem jsem vyuˇzil zataven´ı
konce hadiˇcky, do kter´eho jsem pak vyvrtal otvor o pr˚umˇeru 1 mm. D´ıky pruˇznosti pouˇzit´eho
materi´alu a zajiˇstˇen´ı lepidlem proti pohybu je spoj tˇesn´y.

43. 28 KAPITOLA 4. N ´AVRH A REALIZACE HARDWARU

44. KAPITOLA 5. OVL ´ADAC´I PROGRAM PBOARD 29
5 Ovl´adac´ı program PBoard
5.1 Seznam poˇzadavk˚u
Po n´avrhu hardwaru bylo nutn´e diskutovat vlastnosti ovl´adac´ıho programu PBoard. Bˇehem
konzultac´ı s diplomanty, kteˇr´ı maj´ı na tomto pˇr´ıpravku prov´adˇet klinickou studii, jsme
shrom´aˇzdili n´asleduj´ıc´ı doplˇnuj´ıc´ı poˇzadavky.
• Vstupem programu bude USB port s pˇripojen´ym pˇr´ıpravkem, volbu portu provede pro-
gram automaticky.
• Odmˇer a pˇrenos dat bude opakov´an zvolenou vzorkovac´ı frekvenc´ı 500 Hz.
• V´ystupem programu bude textov´y soubor, na kaˇzd´em ˇr´adku bude ˇcasov´a znaˇcka odmˇeru
v milisekund´ach, oddˇeluj´ıc´ı mezera a hodnota tlaku v kPa s dostateˇcn´ym poˇctem m´ıst
za desetinnou teˇckou. Doplˇnuj´ıc´ım v´ystupem pro testov´an´ı funkˇcnosti bude indik´ator
aktu´aln´ıho tlaku.
• Program bude realizov´an intuitivnˇe a n´azornˇe, aby umoˇzˇnoval snadn´e ´upravy, rozˇsiˇrov´an´ı
a konfiguraci i v pr˚ubˇehu klinick´e studie. Bude vˇsak navrˇzen tak, aby pˇri z´akladn´ım
pouˇzit´ı nebyla pˇredstartovn´ı konfigurace nutn´a.
• Program bude m´ıt grafick´e uˇzivatelsk´e rozhran´ı pro ovl´ad´an´ı i konfiguraci.
V z´ajmu splnˇen´ı tˇechto poˇzadavk˚u jsme se rozhodli pouˇz´ıt prostˇred´ı LabVIEW 2009 firmy
National Instruments, kter´e je urˇceno pro grafick´y n´avrh a programov´an´ı mˇeˇric´ıch a ˇr´ıdic´ıch
syst´em˚u. Vizualizace konfiguraˇcn´ıho a mˇeˇric´ıho procesu umoˇzn´ı jeho snadn´e pochopen´ı a
´upravy i laikovi se z´akladn´ımi znalostmi algoritmizace.
Protoˇze oˇcek´av´am, ˇze bˇehem testov´an´ı, ladˇen´ı a zkuˇsebn´ıho provozu mˇeˇric´ıho syst´emu bude
tˇreba mˇenit parametry AD pˇrevodn´ıku i USB modulu, rozhodl jsem se, ˇze v uˇzivatelsk´em
rozhran´ı nech´am zpˇr´ıstupnˇeny i nejd˚uleˇzitˇejˇs´ı konfiguraˇcn´ı a indikaˇcn´ı prvky. Ostatn´ı mohou
b´yt zviditelnˇeny a um´ıstˇeny podle potˇreby.
5.2 Ovladaˇce
Jak jiˇz bylo ˇreˇceno, v´yrobce FTDI poskytuje pro USB pˇrevodn´ıky bal´ık ovladaˇc˚u. Pouˇzil
jsem aktu´aln´ı verzi FTDIChip CDM Driver Package verze 2.06.00, kter´y je kompatibiln´ı s
operaˇcn´ımi syst´emy MS Windows verz´ı 2000, XP, Vista, 7, Server 2003 a Server 2008 vˇcetnˇe
jejich 64bitov´ych verz´ı. K dispozici jsou jak samostatn´e soubory ovladaˇc˚u, tak samoinstalaˇcn´ı
exe-bal´ıˇcek. Po instalaci ovladaˇc˚u a pˇripojen´ı pˇr´ıpravku k USB portu je pˇrevodn´ık pˇr´ıpravku
rozpozn´an jako dvˇe jednotky ”USB Serial Converter” (pro kan´aly A a B). Vendor ID (VID) je
0403, Product ID (PID) je 6010.
5.3 Knihovna funkc´ı pro rozhran´ı SPI
Pro vyuˇzit´ı MPSSE jako SPI rozhran´ı dod´av´a FTDI knihovnu FTCSPI.dll. Pouˇzil jsem verzi
1.2, k jej´ımˇz funkc´ım je pˇripraveno zapojen´ı demonstraˇcn´ıch funkˇcn´ıch blok˚u pro LabVIEW
7 a novˇejˇs´ı. Ke staˇzen´ı je i zdrojov´y k´od knihovny. D´ale struˇcnˇe pop´ıˇsi jen pouˇzit´ı funkc´ı
protˇrebn´ych pro program PBoard. Pro spr´avnou funkci mus´ı b´yt samozˇrejmˇe knihovna uloˇzena
v pracovn´ım adres´aˇri LabVIEW. Detailn´ı popis knihovny je v dokumentu [2].

45. 30 KAPITOLA 5. OVL ´ADAC´I PROGRAM PBOARD
5.4 Struktura programu PBoard
Nejprve se provede inicializace, n´asleduje nastaven´ı a spuˇstˇen´ı AD pˇrevodu, ˇcten´ı a pˇrepoˇcet
namˇeˇren´ych dat, uloˇzen´ı do souboru a ukonˇcen´ı programu. Kaˇzd´a z ˇc´ast´ı je relativnˇe
samostatn´a a umoˇzˇnuje snadnou zmˇenu sekvence prov´adˇen´ı programu a zaˇrazen´ı diagnostick´ych
promˇenn´ych a ˇc´ıtaˇc˚u.
5.4.1 Inicializace
Inicializace je na 5.1 zah´ajena funkc´ı SPI GetDeviceNameLocID, kter´e jako parametr pˇred´ame
index poˇzadovan´eho zaˇr´ızen´ı. Pˇredpokl´adal jsem pˇripojen´ı pouze jednoho pˇr´ıpravku, proto jsem
index nastavil na hodnotu 0. Dalˇs´ım vstupem je DeviceNameBuffer (o velikosti BufferSize),
kter´e m˚uˇzeme pouˇz´ıt k uloˇzen´ı n´azvu zaˇr´ızen´ı pro snadnˇejˇs´ı identifikaci. V´ystupem je kromˇe
nˇej jeˇstˇe informace o um´ıstˇen´ı zaˇr´ızen´ı LocID.
Obr´azek 5.1: Program PBoard - inicializace
N´asleduj´ıc´ı funkce SPI OpenEx otevˇre zaˇr´ızen´ı s dan´ym um´ıstˇen´ım a vytvoˇr´ı jeho handle, tj.
ˇc´ıselnou hodnotu, pomoc´ı kter´e se na zaˇr´ızen´ı budou odvol´avat vˇsechny n´asleduj´ıc´ı funkce.
Funkci SPI SetClock zad´ame hodnotu frekvenˇcn´ıho dˇeliˇce ClockDivisor a z´ısk´ame t´ım ˇc´ıselnou
hodnotu frekvence v Hz, na kter´e bude prob´ıhat pˇrenos pˇres SPI. Hodnota dˇeliˇce je vstu-
pem i pro funkci SPI InitDevice, kter´a provede vlastn´ı nastaven´ı v´ychoz´ıch paramatr˚u USB
pˇrevodn´ıku. Od t´eto chv´ıle je moˇzn´e pˇrevodn´ıku pos´ılat ˇctec´ı a z´apisov´e pˇr´ıkazy.
ˇR´ıdic´ı prvky a indik´atory statusu jednotliv´ych funkc´ı mimo nastaven´ı dˇeliˇce jsem nastavil jako
neviditeln´e na ”front-panelu” uˇzivatelsk´eho rozhran´ı, neboˇt znalost jejich hodnot povaˇzuji pˇri
bˇeˇzn´em provozu za ruˇsivou. Pro potˇreby ladˇen´ı doporuˇcuji jejich zviditelnˇen´ı.
5.4.2 Nastaven´ı pˇrenos˚u a spuˇstˇen´ı pˇrevodu
Nyn´ı je rozhran´ı pˇripraveno pro pˇrenosy dat, avˇsak spolu s pˇr´ıpravou zapisovan´ych dat je
nutn´e nastavit parametry SPI pˇrenosu. Tyto parametry se nastavuj´ı zvl´aˇsˇt pro kaˇzd´e pouˇzit´ı
funkce SPI Write. Mus´ıme respektovat poˇzadavky na nastaven´ı SPI rozhran´ı v datasheetu AD
pˇrevodn´ıku [1], podle kter´eho je pouˇzit SPI m´od 0 a pˇrenos kaˇzd´eho bytu m´a zaˇc´ınat nejvyˇsˇs´ım
bitem.
5.4.2.1 WriteStartCondition
Pˇrep´ınaˇci Clock Pin High, Data Out High a Chip Select High se nastav´ı v´ychoz´ı (klidov´y) stav
tˇechto pin˚u, v naˇsem pˇr´ıpadˇe budou vˇsechny nulov´e (false). Chip Select Pin nevyuˇz´ıv´ame, na
jeho hodnotˇe nez´aleˇz´ı.

46. KAPITOLA 5. OVL ´ADAC´I PROGRAM PBOARD 31
5.4.2.2 WaitDataWriteComplete
ˇCekat na ukonˇcen´ı z´apisu nen´ı tˇreba, z´apis je dokonˇcen´y okamˇzitˇe, volbu ponech´ame neaktivn´ı
a upˇresˇnuj´ıc´ı parametry nenastavujeme.
5.4.2.3 HighPinsWriteActiveStates
Zde nastavujeme, kter´e doplˇnuj´ıc´ı I/O piny budou aktivn´ı a jakou budou m´ıt hodnotu. Rovnˇeˇz
nejsou vyuˇzit´e a zmiˇnuji se o nich, protoˇze by je bylo moˇzn´e pouˇz´ıt napˇr. k ovl´ad´an´ı LED
diod nebo ke zjiˇstˇen´ı, zda je zapnuto nap´ajen´ı AD pˇrevodn´ıku (samozˇrejmˇe po galvanick´em
oddˇelen´ı). Pro podrobnosti k jejich vyuˇzit´ı viz [8].
5.4.2.4 Write Control and Data Bits
Zahrnuj´ı volby pro z´apis. ClockOutDataBitsMSBFirst nastav´ıme na true, ClockOutDataBit-
sPosEdge na false. Knihovna FTCSPI vyˇzaduje, aby pˇred datov´ymi bity byly zaps´any
alespoˇn dva tzv. ˇr´ıdic´ı bity (Control Bits), coˇz vyˇreˇs´ıme v souladu s poˇzadavky na ini-
cializaci AD pˇrevodn´ıku z´apisem cel´eho bytu nul, tj. NumControlBitsToWrite = 8, Num-
ControlBytesToWrite = 1, WriteControlBuffer = 0x00 (obr. 5.2 vlevo). D´ale budeme za-
pisovat skuteˇcn´e datov´e bity, proto aktivujeme pˇrep´ınaˇc WriteDataBits a nastav´ıme Num-
DataBytesToWrite na poˇzadovanou hodnotu. Ovl´adac´ı prvek parametru NumDataBitsToWrite
nen´ı pˇr´ıtomen, nahradil jsem jej pˇr´ım´ym dosazen´ım osmin´asobku NumDataBytesToWrite.
Obr´azek 5.2: Program PBoard - uˇzivatelsk´e rozhran´ı s doporuˇcen´ymi parametry
WriteDataBuffer je jedin´y prvek, jehoˇz prostˇrednictv´ım nastavujeme cel´y AD pˇrevodn´ık.
ˇCtyˇrn´asobn´ym z´apisem 0xFF (sekvence 32 jedniˇcek) resetujeme AD pˇrevodn´ık do v´yrobcem
definovan´eho stavu. Z´apisem 0x28 (kter´y se automaticky provede do pˇrednastaven´eho komu-

47. 32 KAPITOLA 5. OVL ´ADAC´I PROGRAM PBOARD
nikaˇcn´ıho registru) sdˇel´ıme, ˇze bude n´asledovat z´apis do registru Channel Setup nastavuj´ıc´ıho
prvn´ı kan´al. Do nˇej zap´ıˇseme 0x0B, ˇc´ımˇz aktivujeme kan´al s ˇc´ıslem nula (ENABLE) a nas-
tav´ıme jedniˇcky do bit˚u RNG1 a RNG0, coˇz nastav´ı jeho rozsah na 0 V aˇz +5 V.
D´ale z´apisem 0x30 zpˇr´ıstupn´ıme pro z´apis registr Channel Conversion Time t´ehoˇz kan´alu a
vloˇz´ıme do nˇej hodnotu 0xAE, kter´a odpov´ıd´a vzorkovac´ı frekvenci pˇribliˇznˇe 1 kHz. Nakonec
zap´ıˇseme 0x38 pro volbu spr´avn´eho Mode registru a volbou 0x22 spust´ıme kontinu´aln´ı pˇrevod
ve 24bitov´em reˇzimu. T´ım jsme pˇripraveni pro ˇcten´ı namˇeˇren´ych dat.
5.4.3 ˇCten´ı dat
Jak jsem zm´ınil dˇr´ıve, kaˇzd´e ˇcten´ı datov´eho registru mus´ı b´yt pˇredch´azeno ˇctec´ım pˇr´ıkazem,
tedy z´apisem 0x48 do komunikaˇcn´ıho registru. Nastaven´ı pro tento z´apis je shodn´e s v´yˇse
popsan´ym nastaven´ım z´apisu. Po odesl´an´ı ˇctec´ıho pˇr´ıkazu staˇc´ı pos´ılat hodinov´y sign´al do
t´e doby, neˇz se pˇrenese nastaven´y poˇcet bit˚u do Read Data Bufferu (obr. 5.3), coˇz funkce
SPI Read zajist´ı bez naˇseho z´asahu. Nesm´ıme ovˇsem zapomenout nastavit v sekci Read Data
Bits parametry ClockInDataBitsMSBFirst a ClockInDataBitsPosEdge na true a NumDataBit-
sToRead minim´alnˇe na skuteˇcn´y poˇcet pˇren´aˇsen´ych bit˚u.
ˇCten´ı a pˇrepoˇcty dat se prov´ad´ı ve smyˇcce while. Zat´ımco pˇrevod AD pˇrevodn´ıkem prob´ıh´a
plnou vzorkovac´ı frekvenc´ı, rychlost ˇcten´ı je limitov´ana rychlost´ı a prioritou prostˇred´ı Lab-
VIEW. Pˇri vyˇsˇs´ım zat´ıˇzen´ı poˇc´ıtaˇce je proto patrn´e zpomalen´ı pˇrenosu. V´yhodou tohoto jevu
je, ˇze nen´ı nutn´e synchronizovat okamˇziky odmˇeru a pˇrenosu. Postaˇcuje ˇc´ıst data a opatˇrovat
je ˇcasovou znaˇckou, aby bylo moˇzn´e n´aslednou programovou interpolac´ı eliminovat neekvidis-
tantnost odmˇer˚u v ˇcase.
Obr´azek 5.3: Program PBoard - ˇCten´ı a pˇrepoˇcet namˇeˇren´ych dat

48. KAPITOLA 5. OVL ´ADAC´I PROGRAM PBOARD 33
5.4.4 Pˇrepoˇcet namˇeˇren´ych dat
Protoˇze napˇet´ı ze senzoru pˇrev´ad´ıme 24bitovˇe, je tˇreba z Read Data Bufferu separovat prvn´ı
tˇri byty (obr. 5.3). Pouˇzijeme k tomu funkci Index Array z LabVIEW. Data jsou v bufferu
uloˇzena od nejvyˇsˇs´ıho bytu k nejniˇzˇs´ımu, podle toho je pˇren´asob´ıme konstantami 65536, 256
a 1 a seˇcteme je. Vydˇelen´ım ˇc´ıslem 16777216 (= 65536 x 256 x 1) normujeme rozsah v´ystupu
mezi nulu a jedniˇcku. N´asleduje pˇrepoˇcet podle charakteristiky tlakov´eho senzoru (obr. 4.4),
jehoˇz v´ystupem je hodnota tlaku na vstupu senzoru v kPa.
5.4.5 Uloˇzen´ı do souboru a ukonˇcen´ı
Hodnota tlaku je funkc´ı Number To Fractional String pˇrevedena na ˇretˇezec, n´aslednˇe je opatˇrena
ˇcasovou znaˇckou a po ukonˇcen´ı cel´e ˇctec´ı smyˇcky tlaˇc´ıtkem Stop & Save je uˇzivatel funkc´ı Write
To Text File vyzv´an k zad´an´ı v´ystupn´ıho souboru. Souˇcasnˇe se zavˇre SPI zaˇr´ızen´ı a uvoln´ı se
jeho prostˇredky.
5.4.6 Doplˇnkov´e v´ystupy
Program PBoard bˇehem provozu pro kontrolu zobrazuje nastavenou hodinovou frekvenci SPI
rozhran´ı, aktu´aln´ı napˇet´ı na vstupu AD pˇrevodn´ıku, aktu´aln´ı tlak a grafick´y manometr. Po
skonˇcen´ı programu se aktualizuje ukazatel pr˚umˇern´e vyuˇzit´e vzorkovac´ı frekvence.
5.5 Pouˇzit´ı programu PBoard
• Nainstalujeme aktu´aln´ı LabVIEW 2009 Run-Time Engine (Standard) ze str´anek National
Instruments (k dispozici jsou 32 i 64bitov´e verze pro Windows 2000, XP, Vista, 7, Server
2003, Server 2008).
• Nainstalujeme ovladaˇc pro USB-SPI pˇrevodn´ık FT2232D CDM20600.exe (k dispozici na
pˇriloˇzen´em CD nebo na str´ank´ach FTDI, kde je i v aktu´aln´ı podobˇe ve formˇe archivu s
jednotliv´ymi dll soubory).
• Pˇripoj´ıme pˇr´ıpravek, kter´y bude rozpozn´an jako dvojit´y konvertor z USB na s´eriov´y port
a zapneme sp´ınaˇc (nahoru).
• Spust´ıme PBoard.exe, mˇeˇren´ı zaˇcne automaticky. Na virtu´aln´ım manometru zkontrolu-
jeme funkˇcnost. Nastaven´ı nen´ı tˇreba mˇenit.
• Mˇeˇren´ı m˚uˇzeme bez uloˇzen´ı v´ysledk˚u zastavit ˇcerven´ym tlaˇc´ıtkem ”Stop” v horn´ı liˇstˇe,
nov´e mˇeˇren´ı zah´aj´ıme tlaˇc´ıtkem s ˇcernou ˇsipkou ”Run”, pro zastaven´ı a souˇcasn´e uloˇzen´ı
stiskneme ”Stop & Save” a v n´asleduj´ıc´ım oknˇe zad´ame n´azev v´ystupn´ıho souboru.
• Pozor, spuˇstˇen´ı nov´eho mˇeˇren´ı smaˇze vˇsechna dosavadn´ı neuloˇzen´a data.

49. 34 KAPITOLA 5. OVL ´ADAC´I PROGRAM PBOARD

50. KAPITOLA 6. VYHODNOCEN´I PARAMETR˚U 35
6 Vyhodnocen´ı parametr˚u
6.1 Vzorkovac´ı frekvence
Skuteˇcn´a namˇeˇren´a vzorkovac´ı frekvence je pˇribliˇznˇe 100 Hz. Z obr. 6.4 je patrn´e, ˇze f´aze
postupn´eho poklesu tlakov´e kˇrivky je vzorkov´ana dostateˇcnˇe a odrazy tlakov´e vlny jsou na
n´ı zˇreteln´e. Pro detailn´ı zobrazen´ı okol´ı maxima tlakov´e kˇrivky by vˇsak byla tˇreba nejm´enˇe
dvojn´asobn´a frekvence.
Jak jiˇz bylo ˇreˇceno v´yˇse, pˇr´ıˇcinou takto n´ızk´e vzorkovac´ı frekvence je nedostateˇcn´a rychlost
pˇrenosu dat pˇres USB rozhran´ı. S knihovnami funkc´ı pro LabVIEW dod´avan´ymi s USB-SPI
pˇrevodn´ıkem nen´ı moˇzn´e pouˇz´ıt reˇzim kontinu´aln´ıho pˇrenosu a je nutn´e pos´ılat kaˇzd´y ˇctec´ı
pˇr´ıkaz individu´alnˇe, pˇriˇcemˇz frekvence zas´ıl´an´ı ˇctec´ıch pˇr´ıkaz˚u je ovlivˇnov´ana jak rychlost´ı
poˇc´ıtaˇce, tak jeho zat´ıˇzen´ım. Nen´ı tedy zaruˇcena ani rychlost pˇrenosu, ani ˇcasovˇe ekvidistantn´ı
doruˇcov´an´ı dat, kter´e vˇsak lze bˇehem zpracov´an´ı eliminovat vyuˇzit´ım ˇcasov´e znaˇcky pˇripojen´e
ke kaˇzd´emu odmˇeru.
Pro dosaˇzen´ı vyˇsˇs´ı frekvence (teoreticky aˇz 500 Hz, na kterou je nastaven AD pˇrevodn´ık) by
bylo nutn´e knihovnu funkc´ı upravit tak, aby umoˇzˇnovala kontinu´aln´ı ˇcten´ı. Zdrojov´e k´ody
v´yrobce jsou volnˇe dostupn´e.
6.2 Offset, ˇsum a efektivn´ı rozliˇsen´ı
Provedli jsme mˇeˇren´ı offsetu a ˇsumu pˇri nulov´em tlaku, viz obr. 6.1. Offset je pˇribliˇznˇe 485,3 Pa
(3,64 mmHg). Drift offsetu je 0,02 Pa/s (1, 5 · 10−4 mmHg/s).
Amplituda ˇsumu dosahuje 8 Pa. Protoˇze v´ıme, ˇze pln´y rozsah tlakov´eho senzoru je 50 kPa,
m˚uˇzeme dopoˇc´ıtat odstup sign´al-ˇsum (SNR, signal-to-noise ratio) podle vzorce
SNRdB = 10log10
Psignal
Pnoise
= 20log10
Asignal
Anoise
,
SNRdB = 20log10
50000Pa
8Pa
= 75, 9.
D´ale v´ıme, ˇze efektivn´ı poˇcet bit˚u (ENOB, effective number of bits) se urˇc´ı jako
ENOB =
SNRdB − 1, 76
6, 02
= 12, 31,
coˇz je rozliˇsen´ı vˇetˇs´ı, neˇz kter´e je teoreticky moˇzn´e dos´ahnout s 12 bitov´ym pˇrevodn´ıkem. V
praxi bude vhodn´e namˇeˇren´a data filtrovat ˇc´ıslicov´ymi filtry, ˇc´ımˇz se ˇsum m˚uˇze d´ale zreduko-
vat. Zvl´aˇstˇe pokud by se dos´ahlo oˇcek´avan´e skuteˇcn´e frekvence 500 Hz, vznikla by dostateˇcn´a
frekvenˇcn´ı rezerva a ˇc´ıslicov´a filtrace by byla velmi ´uˇcinn´a.

51. 36 KAPITOLA 6. VYHODNOCEN´I PARAMETR˚U
Obr´azek 6.1: Offset a ˇsum pˇri nulov´em tlaku (Zdroj: V. Fabi´an)
6.3 Mˇeˇren´ı na pacientovi
Obr´azek 6.2 demonstruje pr˚ubˇeh neinvazivn´ıho vyˇsetˇren´ı pacienta z´apˇestn´ı manˇzetou pˇripojenou
k pˇr´ıpravku. Na poˇc´atku je manˇzeta napuˇstˇena na suprasystolick´y tlak a postupnˇe je
prov´adˇen odmˇer tlakov´e kˇrivky pˇri suprasystolick´em, systolick´em, stˇredn´ım a diastolick´em
tlaku. V´ysledky mˇeˇren´ı mohou b´yt pouˇzity pro hled´an´ı souvislost´ı mezi kˇrivkami namˇeˇren´ymi
za v´yˇse uveden´ych podm´ınek nebo pˇr´ımo k urˇcov´an´ı hemodynamick´ych veliˇcin.
Obr´azek 6.4 ukazuje detail tlakov´e kˇrivky pˇri tlaku v manˇzetˇe bl´ızk´em systolick´emu tlaku.
Okamˇziky pˇr´ıchodu jak pˇr´ım´e vlny, tak odraˇzen´ych pulsn´ıch vln jsou na n´ı zˇretelnˇejˇs´ı, neˇz pˇri
mˇeˇren´ı s jin´ymi manˇzetov´ymi tlaky (obr. 6.3, 6.5 a 6.6). Rozd´ıl mezi klidov´ym´ı hodnotami
tlakov´e kˇrivky na zaˇc´atku a na konci mˇeˇren´ı pˇri suprasystolick´em tlaku (6.3) je zp˚usoben ne-
dokonal´ym utˇesnˇen´ım hadiˇcek pˇripojuj´ıc´ıch manˇzetu.

52. KAPITOLA 6. VYHODNOCEN´I PARAMETR˚U 37
Obr´azek 6.2: Tlakov´a kˇrivka bˇehem vyˇsetˇren´ı pacienta (Zdroj: V. Fabi´an)
6.4 Shrnut´ı
Mˇeˇric´ı pˇr´ıpravek pˇres pot´ıˇze s n´ızkou pˇrenosovou rychlost´ı splˇnuje souˇcasn´e poˇzadavky a m˚uˇze
b´yt pouˇzit pro vyhodnocov´an´ı metod mˇeˇren´ı krevn´ıho tlaku a souvisej´ıc´ıch veliˇcin. Bylo rozhod-
nuto o jeho testovac´ım nasazen´ı na vybran´e skupinˇe pacient˚u.

53. 38 KAPITOLA 6. VYHODNOCEN´I PARAMETR˚U
Obr´azek 6.3: Detail tlakov´e kˇrivky, tlak v manˇzetˇe suprasystolick´y (Zdroj: V. Fabi´an)
Obr´azek 6.4: Detail tlakov´e kˇrivky, tlak v manˇzetˇe bl´ızk´y SP (Zdroj: V. Fabi´an)

54. KAPITOLA 6. VYHODNOCEN´I PARAMETR˚U 39
Obr´azek 6.5: Detail tlakov´e kˇrivky, tlak v manˇzetˇe bl´ızk´y MAP (Zdroj: V. Fabi´an)
Obr´azek 6.6: Detail tlakov´e kˇrivky, tlak v manˇzetˇe bl´ızk´y DP (Zdroj: V. Fabi´an)

55. 40 KAPITOLA 6. VYHODNOCEN´I PARAMETR˚U

56. KAPITOLA 7. Z ´AVˇER 41
7 Z´avˇer
Prostudoval jsem dokumentaci tlakov´eho senzoru, principy n´avrhu analogovˇe-ˇc´ıslicov´ych zaˇr´ızen´ı,
zp˚usoby aplikace AD pˇrevodn´ık˚u, pouˇzit´ı s´eriov´ych rozhran´ı, specifikaci USB, n´avrh spr´avn´eho
nap´ajen´ı, bezpeˇcnostn´ı z´asady a poˇzadavky na zdravotnick´a zaˇr´ızen´ı. Vybral jsem hardwarov´e
komponenty a softwarov´e prostˇredky a navrhnul strukturu syst´emu.
Navrhnul jsem sch´ema zapojen´ı, ploˇsn´y spoj a mechanick´e uspoˇr´ad´an´ı, kter´e jsem realizoval.
Napsal jsem aplikaci PBoard a doporuˇcil jej´ı vhodn´e v´ychoz´ı nastaven´ı. Provedl jsem testovac´ı
mˇeˇren´ı a vyhodnocen´ı kvality a rychlosti mˇeˇric´ı desky.
V´ysledkem pr´ace je funkˇcn´ı vzorek pˇresn´e mˇeˇric´ı desky pro ´uˇcely monitorov´an´ı hemodynam-
ick´ych parametr˚u kardiovaskul´arn´ıho syst´emu zabudovan´y do pouzdra a opatˇren´y tlakov´ym
vstupem a USB v´ystupem. Pˇr´ıpravek je pouˇziteln´y pro pˇripojen´ı standardn´ı manˇzety s bal´onkem
nebo automatick´ym regul´atorem tlaku.
Hlavn´ım pˇr´ınosem zaˇr´ızen´ı je jeho jednoduchost, n´ızk´a cena a USB konektivita. To pˇrin´aˇs´ı
univerzalitu pouˇzit´ı z´avislou jen na zvolen´em softwaru. M˚uˇze se tak st´at prost´ym tonometrem,
ˇcidlem dynamick´ych veliˇcin nebo testovac´ı a kalibraˇcn´ı jednotkou nejr˚uznˇejˇs´ıch tlakov´ych se-
stav. Z ovl´adac´ıho programu je moˇzn´e vych´azet pˇri n´avrhu sofistikovanˇejˇs´ı aplikace realizuj´ıc´ı
v´ypoˇcty tlaku i parametr˚u krevn´ıho ˇreˇciˇstˇe. Douf´am, ˇze zaˇr´ızen´ı bude spolehlivˇe slouˇzit a ˇze
bude dobr´ym v´ychodiskem pro n´avrh pˇr´ıstroje uˇziteˇcn´eho v klinick´e praxi.

57. 42 KAPITOLA 7. Z ´AVˇER

58. KAPITOLA 8. SEZNAM LITERATURY 43
8 Seznam literatury
[1] AD7732. Analog Devices, 02/2003. online: <http://www.analog.com/static/
imported-files/data_sheets/AD7732.pdf>.
[2] Programmers Guide for High Speed FTCSPI DLL. Future Technology Devices Inter-
national, 03/2009. online: <http://www.ftdichip.com/Documents/ProgramGuides/AN_
111_Programmers_Guide_for_High_Speed_FTCSPI_DLL.pdf>.
[3] AD780. Analog Devices, 05/2004. online: <http://www.analog.com/static/
imported-files/data_sheets/AD780.pdf>.
[4] Interfacing FT2232H Hi-Speed Devices To SPI Bus. Future Technology Devices Inter-
national, 10/2009. online: <http://www.ftdichip.com/Projects/MPSSE/AN_114_FTDI_
Hi_Speed_USB_To_SPI_Example.pdf>.
[5] MPX5050. Freescale Semiconductor, 10/2009. online: <http://www.freescale.com/
files/sensors/doc/data_sheet/MPX5050.pdf>.
[6] SFH615A / SFH6156. Vishay Semiconductor, 10/2009. online: <http://www.vishay.
com/docs/83671/sfh615a.pdf>.
[7] Arteriograf TensioClinic TensioMedTM a program TensioMedTM, n´avod k pouˇzit´ı. I.C.C.-
Dr. Pohl, 11/2008. online: <http://www.icc.hu/webcz/doc/manual.pdf>.
[8] FT2232D Dual USB to Serial UART/FIFO IC. Future Technology Devices Inter-
national, 11/2009. online: <http://www.ftdichip.com/Documents/DataSheets/DS_
FT2232D.pdf>.
[9] Z´akon ˇc. 22/1997 Sb. o technick´ych poˇzadavc´ıch na v´yrobky. ˇCesk´a republika, 1997. online:
<http://portal.gov.cz/wps/portal/_s.155/701?kam=zakon&c=22/1997>.
[10] ˇCSN EN 60601-1. ˇCesk´y normalizaˇcn´ı institut, Praha, 2nd edition, 2007.
[11] J. B´artov´a. Patologie pro bakal´aˇrsk´e studium oˇsetˇrovatelstv´ı. Karolinum, Praha, 3rd edi-
tion, 2000.
[12] C. S. Chua and S. M. Hin. Digital Blood Pressure Meter. Freescale Semiconductor, 05/2005.
online: <http://www.freescale.com/files/sensors/doc/app_note/AN1571.pdf>.
[13] V. Fabi´an and M. Dobi´aˇs. Pouˇzit´ı technick´ych norem ve zdravotnictv´ı – zkuˇsenosti
autorizovan´eho metrologick´eho stˇrediska, malov´yrobce a dodavatele zdravotnick´e
techniky. Medicton Group, Praha, 1st edition, 2007. online: <http://www.
fbmi.cvut.cz/e/pouziti-technickych-norem-ve-zdravotnictvi-zkusenosti-
autorizovaneho-metrologickeho-strediska-malovyrobce-a-dodavatele-
zdravotnicke-techniky/1846.pdf>.
[14] J. Herynek. Zpracov´an´ı sign´alu oscilometrick´ych pulsac´ı. Diplomov´a pr´ace, FEL ˇCVUT,
Praha, 2004.
[15] W. Kester. The Data Conversion Handbook. Newness, Burlington, 1st edition,
2005. online: <http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/39-06/
data_conversion_handbook.html>.
[16] R. E. Klabunde. Cardiovascular Physiology Concepts. Ohio University, Athens, 1/2007.
online: <http://www.cvphysiology.com>.

59. 44 KAPITOLA 8. SEZNAM LITERATURY
[17] I. S. Mackenzie, I. B. Wilkinson, and J. R. Cockroft. Assessment of arterial stiffness in
clinical practice. Q J Med 2002, 95:67–74.
[18] V. Marek. Ambulantn´ı pˇr´ıstroj pro monitorov´an´ı tlaku krve. Diplomov´a pr´ace, FEL ˇCVUT,
Praha, 2008.
[19] A. Megela. V´ypoˇcet hemodynamick´ych parametr˚u centr´aln´ıho krevn´ıho ˇreˇciˇstˇe z pr˚ubˇehu
oscilometrick´ych pulsac´ı. Diplomov´a pr´ace, FEL ˇCVUT, Praha, 2008.
[20] J. J. Oliver and D. J. Webb. Noninvasive assessment of arterial stiffness and risk of
atherosclerotic events. Arteriosclerosis, Thrombosis and Vascular Biology 2003, 23:554–
566.
[21] D. Rabiˇn´ak. Oscilometrick´y tonometr s USB modulem. Diplomov´a pr´ace, FEL ˇCVUT,
Praha, 2007.
[22] A. Reodique and W. Schultz. Noise Considerations for Integrated Pressure Sen-
sors. Freescale Semiconductor, 05/2005. online: <http://www.freescale.com/files/
sensors/doc/app_note/AN1646.pdf>.
[23] V. Z´ahlava. OrCAD 10. Grada Publishing, Praha, 1st edition, 2004.
[24] V. Z´ahlava. N´avrh a konstrukce desek ploˇsn´ych spoj˚u. ˇCesk´a technika - nakladatelstv´ı
ˇCVUT, Praha, 1st edition, 2005.
[25] ´Almos Ivett. Z´akladn´ı informace o arteriografu. I.C.C.-Dr. Pohl, 10/2008. online: <http:
//www.icc.hu/webcz/doc/arteriograf.pdf>.

60. P ˇR´ILOHA A. SCH´EMA ZAPOJEN´I 45
A Sch´ema zapojen´ı
Obr´azek A.1: Sch´ema zapojen´ı

61. 46 P ˇR´ILOHA B. SEZNAM SOU ˇC ´ASTEK
B Seznam souˇc´astek
Poˇcet Hodnota Pouzdro Oznaˇcen´ı
1 750R R0805 R1
2 1R5 R0805 R2, R3
1 470R R0805 R4
2 27R R0805 R5, R6
1 1k5 R0805 R7
4 1k0 R0805 R8, R10, R12, R14
4 330R R0805 R9, R11, R13, R15
7 100n CK0805 C1, C12, C15, C19, C20, C26, C29
1 1M CK0805 C3
5 10n CK0805 C4, C8, C10, C22, C28
1 220n CK0805 C5
9 10M CK0805 C6, C7, C9, C11, C13, C14, C16, C17, C18
2 33p CK0805 C21, C25
2 27p CK0805 C23, C24
1 33n CK0805 C27
1 100M E100M/10VT C2
2 1M5 SMD1210 L1, L2
1 3M9 SMD1210 L3
1 6,144 MHz HC-49U Y1
1 6 MHz HC-49U Y2
4 optron SFH615A-1X006 ISO1, ISO2, ISO3, ISO4
1 stabiliz´ator napˇet´ı LF50CDT U1
1 AD pˇrevodn´ık AD7732BRU U2
1 pˇrevodn´ık USB-SPI FT2232D U3
1 reference napˇet´ı LT1019CN8-2.5 U4
1 senzor tlaku MPXV5050GP PS1
1 z´asuvka USB-B USB1X90B PCB CN-1
1 sp´ınaˇc P-KNX1
1 krabiˇcka KPDO 3
1 baterie 9V
1 konektor na baterii 9V
1 pr˚uchodka
1 hadiˇcka k pr˚uchodce
1 deska ploˇsn´eho spoje
4 ˇsrouby, matice, podloˇzky pr˚umˇer 3mm
Tabulka B.1: Seznam souˇc´astek

62. P ˇR´ILOHA C. OBSAH CD 47
C Obsah CD
Obr´azek C.1: Obsah CD
Datasheets Dokumentace a aplikaˇcn´ı pozn´amky pouˇzit´ych komponent
Drivers Ovladaˇce FTDI D2XX Direct Drivers pro obsluhu USB-SPI rozhran´ı
LaTeX Zdrojov´y k´od textu v LaTeXu a vloˇzen´e obr´azky
Libraries Knihovny symbol˚u souˇc´astek pro OrCAD Capture
PBoard exe Obsluˇzn´y program pro konfiguraci pˇr´ıpravku a mˇeˇren´ı
PBoard src Zdrojov´y k´od obsluˇzn´eho programu (LabVIEW 2009)
PCB Sch´ema zapojen´ı a n´avrh proˇsn´eho spoje (OrCAD 16.0)

63. 48 P ˇR´ILOHA C. OBSAH CD