РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ДАТЧИКА ОЦЕНКИ УРОВНЯ РЕГУЛЯЦИИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ И АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА НА ЕГО ОСНОВЕ.
,
Саратовский государственный университет им. ,
E-mail: *****@***ru
Совершенствование методов клинической диагностики заболеваний сердечно-сосудистой системы (ССС) является одним из наиболее перспективных направлений различных исследований. Актуальность таких задач определяется тем, что заболевания ССС являются основной причиной смертности, причём тенденция характерна как для стран третьего мира, так и для Европейских государств и США. Поэтому разработка методик диагностики ССС является важным направлением современной кардиологии.
Ранее нами была разработана методика количественной оценки степени взаимодействия подсистем регуляции CCC человека, высокая эффективность применения которой была показана в результате многолетней совместной работы с сотрудниками Саратовского НИИ кардиологии. Предложенная методика предполагала анализ одновременных записей ЭКГ и фотоплетизмограммы (ФПГ) длительностью 10 минут [1]. Метод был реализован в виде программного обеспечения [2] и успешно используется в клинической практике в Саратовском НИИ кардиологии.
Однако в ходе клинических исследований нашими коллегами-врачами было показано, что для получения важной дополнительной диагностической информации необходимо длительное (суточное) мониторирование физиологических сигналов ССС с помощью специализированного носимого устройства.
Ранее было создано мобильное устройство, имеющее два канала: ЭКГ и ФПГ, что приводило к увеличению габаритов, увеличивало энергопотребление, делало устройство неэргономичным, вследствие необходимости подключения электродов ЭКГ и сенсора ФПГ проводами к носимому блоку, приводило к увеличению измерительных шумов, наводящихся на эти провода, увеличивало требования к объёму используемой энергонезависимой памяти.
На основе проведённых ранее исследований была показана возможность перехода к обработке унивариантных данных.
Мной был разработан и создан лабораторный образец устройства, осуществляющего съём и обработку данных с регистрацией единственного канала ФПГ (структурная схема представлена на рис. 1), что позволило избавиться от недостатков, характерных для схемы анализа бивариантных данных, однако поставило несколько дополнительных задач.
Принципиальным преимуществом разработанного устройства, по сравнению с предыдущим вариантом, кроме использования единственного регистрируемого канала является компоновка датчика, с размещением оптического сенсора и усилитель непосредственно на пальце. При этом проводной канал связи датчика с основным блоком монитора оказывается существенно менее подвержен шумам.
Рис. 1 Слева - структурная схема устройства. Справа – фотография лабораторного образца созданного монитора. Габариты носимого блока 100x60x25 мм., габариты пальцевого датчика (виден под носимым блоком) 18x13x4 мм.
На рис. 2 представлен результат сопоставления временных реализаций и спектров мощности сигналов, выделенных из ФПГ с помощью монитора и сигналов ФПГ и ЭКГ, одновременно зарегистрированных с помощью эталонного прибора Медиком Энцефалан-10. Такое сопоставление выявило, что необходимая для компенсации значительных трендов и изменения среднего сигнала ВЧ фильтрация затрудняет использование аналогового датчика для наших целей. Если спектры RR и РР хорошо соответствуют друг-другу, то из рис. 2б видно, что ФПГ, зарегистрированная монитором сильно ограничена по полосе пропускания в НЧ области. Поэтому, одним из дальнейших направлений работы является совершенствования ФВЧ этого устройства либо создания системы активного вычитания трендов с помощью использования вычислительных ресурсов контроллера и использования ЦАП.
Рис. 2 Результаты обработки сигналов монитора с аналоговым датчиком (а) в сравнении с сигналами эталонного прибора Медиком Энцефалан-10 (б), (в) - сопоставление спектров мощности RR и РР – интервалов, (г) спектров ФПГ. Полученные суммарные проценты синхронизации: 63.7 и 46.47.
Ещё одним направлением совершенствования устройства является использование многоразрядных прецизионных внешних АЦП. Мной был создан лабораторный макет датчика, включающего внешний 24 битный сигма-дельта АЦП со встроенным противоподменным ФНЧ. Сопоставления записи такого макетного образца с эталонным прибором показало, что хотя по техническим причинам частоту дискретизации в этой системе пришлось снизить до 105.3 Гц, качество сигнала в такой системе стало удовлетворительным для проведения требуемого анализа (см. рисунок 3), а суммарные проценты, рассчитанные двумя устройствами, близки. Минусами новой системы являются относительно большие габариты, большое количество внешних навесных элементов, наличие специфических ВЧ помех в виде спайков на сигнале ФПГ.
Рис. 3 сопоставление ФПГ, зарегистрированных с помощью эталонного прибора (а) и созданного датчика с внешним 24 битным АЦП (б) сопоставление спектров мощности RR и РР – интервалов, (в) спектров ФПГ, зарегистрированных эталонным прибором и созданным датчиком. Суммарные проценты синхронизации: 42.1 и 43.0.
Дальнейшим направлением работ является совершенствование аналогового датчика в указанных выше направлениях, а также разработка на базе макета цифрового датчика с многоразрядным АЦП системы, включающей мониторирующий блок и малогабаритный датчик с малым по габаритам прецизионным АЦП. Также будет детально изучен вопрос о влиянии разрядности и частоты дискретизации сигнала на качество анализа.
Библиографический список
1. и др. Патент на изобретение № 000
«Способ оценки функционального состояния сердечно-сосудистой
системы человека», 2009.
2. П и др. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № «Программа для исследования синхронизованности
между ритмами сердечно-сосудистой системы человека с контролем
статистической значимости результатов (Синхрокард)», 2008.
Сведения об авторах
– аспирант, дата рождения: 7.12.1987г
– студент, г
Вид доклада: (устный/стендовый)
