ДИАГНОСТИКО  ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ  КОМПЛЕКС  СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ  ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Фоминых  Алексей  Михайлович

аспирант  каф.  ТТМ,  ПГТУ,  г.  Йошкар-Ола

E-mail:  fommet@mail.ru

DIAGNOSTICS  THERAPEUTIC  COMPLEX  CARDIOVASCULAR  ACTIVITY

Fominykh  Alexey

postgraduate  student  of  PGTU,  Yoshkar-Ola

АННОТАЦИЯ

Рост  числа  людей  имеющих  хронические  болезни  сердца,  врожденные  или  приобретенные,  увеличивает  потребность  в  индивидуальных  средствах  постоянной  диагностики  и  терапии.  В  моем  проекте  решаются  задачи,  связанные  с  индивидуальным  непрерывным  терапевтическим  кардиомониторингом. 

Мной  предлагается  микроконтроллерная  система,  снабженная  быстрыми  АЦП  и  ЦАП  для  обработки  данных  измерительного  комплекса,  а  также  управления  аппаратными  системами  воздействия  и  передачи  данных. 

Терапевтическое  воздействие  синхронизировано  с  диагностическими  данными  сердечно  сосудистой  системы  человека.

ABSTRACT

Growth  of  number  of  people  having  chronic  heart  troubles,  congenital  or  acquired,  increases  need  for  individual  means  of  continuous  diagnostics  and  therapy.  In  my  project  the  problems  connected  with  individual  continuous  therapeutic  cardiomonitoring  are  solved. 

I  offer  the  microcontroller  system  supplied  with  fast  ADC  and  DAC  for  data  processing  of  a  measuring  complex,  and  also  management  of  hardware  systems  of  influence  and  data  transmission. 

Therapeutic  influence  is  synchronized  with  diagnostic  data  of  cardiovascular  system  of  the  person.

Ключевые  слова:  сердечно-сосудистая  система;  кардиограмма;  артериальное  давление;  терапия  состояний  сердечно-сосудистой  системы;  ЭКГ;  пульс.

Keywords:  cardiovascular  system;  cardiogram;  arterial  pressure;  therapy  of  conditions  of  cardiovascular  system;  Electrocardiogram;  pulse.

Спроектированный  прибор  постоянно  регистрирует  пульсовую  волну  [5]  и  ЭКГ  [3]  с  12-ти  отведений  [3].  Осуществляет  постоянное  детектирование  R-зубцов  [3]  ЭКГ  и  фронта  пульсовой  волны.  При  запуске  прибора  в  течение  следующих  4  сек.  набирается  массив  амплитудных  значений  ЭКГ  и  обнаруживается  средний  уровень  детектирования  R-  зубцов  в  I-ом  отведении.

Если  значения  в  массиве  превышает  средний  амплитудный  уровень,  программа  записывает  единицу  и  выставляет  интервал  задержки  детектирования  на  0,3  сек.  После  регистрации  четвертого  зубца  R  происходит  расчет  коэффициента  частоты  пульса  [1],  количество  импульсов  тактового  генератора  за  минуту  делится  на  измеренное  количество  импульсов  (от  первого  до  четвертого  R  зубца).  Далее  полученный  коэффициент  умножается  на  четыре  и  результат  сохраняется  в  памяти  как  электрофизиологическая  частота  пульса.

Одновременно  записывается  массив  амплитудных  значений  пульсовой  волны  в  течение  4  сек  и  находится  максимальное  значение.  Если  амплитудные  значения  массива  будут  находиться  в  пределах  максимума  (+/–15  %),  то  программа  зарегистрирует  пульсовой  фронт  и  выставит  задержку  детектирования  на  0,3  сек.  После  регистрации  четырех  пульсовых  фронтов,  программа  вычисляет  значение  пульса  и  сохраняет  в  памяти  как  «фотометрическая  частота  пульса»  [1]. 

Затем,  по  окончании  измерений  вычисляется  среднее  арифметическое  частоты  пульса  по  данным  ЭКГ  и  пульсоксиметрии  [1].

Начало  периода  измерения  частоты  пульса  для  обеих  программ  синхронизировано.  Это  дает  возможность  во  время  цикла  измерения  частоты  пульса  определять  количество  отсчетов  тактового  генератора  между  моментом  регистрации  R-зубца  и  моментом  регистрации  фронта  пульсовой  волны.  В  итоге  в  конце  измерения  получиться  четыре  значения  времен  опоздания  пульсовой  волны  от  кардиосигнала.  Время  задержки  вычисляется  как  среднее  четырех. 

Затем  пациент  должен  ввести  в  прибор  значение  верхнего  артериального  давления  [1],  зафиксированного  у  него  на  данный  момент.  Используя  значения  времени  запаздывания  и  значении  артериального  давления  (АД),  рассчитывается  индивидуальный  коэффициент  АД  человека,  используя  который,  прибор  в  дальнейшем  сам  может  вычислять  значение  АД  [1].

Также  с  блока  регистрации  массив  данных  поступает  в  блок  системы  автоматического  анализа  ЭКГ  [5].  В  зависимости  от  полученного  результата  происходит  принятие  решения  о  виде  передачи  данных  или  терапевтическом  воздействии.

Кардиосигнал  снимается  с  кожной  поверхности  запястий  и  ног  металлическими  электродами  с  серебряным  покрытием  [3].  С  грудной  области  электродами,  изготовленными  из  токопроводящей  резины.  Нагрудные  электроды  вшиты  в  майку,  изготовленную  из  стрейчевой  ткани  с  коэффициентом  растяжения  равным  350  %.  Сигнал  пульсовой  волны  регистрируется  с  запястья  правой  руки  человека  с  помощью  оптопары.

Сигналы  с  ЭКГ  электродов  поступают  в  блок  инструментальных  прецизионных  усилителей.  Сигнал  с  фотоприемника  усиливается  по  мощности  в  1000  раз.  Затем  сигнал  очищается  от  50  герцовой  составляющей  и  усиливается  для  компенсации  потерь  при  фильтрации. 

Результаты  анализа  данных  ЭКГ  и  пульсоксиметрии  поступают  в  блок  контроллера  записи  данных  и  записываются  в  память.

Блок  анализа  данных  принимает  решение  о  миостимуляционном  воздействии  на  спинные  мышцы  человека  или  о  передаче  данных  [2]. 

Программа  анализа  начинает  свою  работу  с  инициализации  параметров  устройств  регистрации  информации.  Осуществляется  запуск  программы  цифровой  фильтрации  входных  данных.  Происходит  динамическая  фильтрация  входного  массива  данных. 

Далее  происходит  динамический  анализ  электрокардиограммы  (ЭКГ)  и  реограммы  (РГ)  [2].  Происходит  автоматический  запуск  программы  ZigBee,  осуществляющая  передачу  ЭКГ  сигнала  с  первого  отведения.

Программа  автоматической  диагностики  и  терапевтического  воздействия  представляет  собой  комплекс  подпрограмм:  программа  записи  данных  амплитудных  значений  ЭКГ;  программа  распознавания  характерных  ЭКГ  зубцов,  их  длительности  и  амплитуды,  дифференцированная  для  разных  типов  отведений;  программа  экспертной  системы  для  диагностирования  заболевания  по  данным  ЭКГ;  программа  принятия  решения  о  передаче  данных;  программа  принятия  решения  о  применении  терапевтического  воздействия;  программа  передачи  данных;  программа  вывода  рекомендаций  по  лечению  заболевания.  Диагностирование  заболевания  по  данным  ЭКГ  осуществляется  по  стратегии  Байеса.  Вычисляются  вероятности  заболеваний  [2].  Ставится  диагноз  с  процентом  диагностики.  Если  процент  диагностики  выше  50  %,  то  программа  формирует  таблицы  результатов,  одна  из  которых  содержит  артериальное  давление,  пульс  и  время,  а  другая  характерные  параметры  ЭКГ  зубцов(амплитуда,  длительность)  со  всех  12-ти  отведений.  Затем  произойдет  запуск  программы  вывода  ЭКГ  на  печать,  запуск  программы  передачи  данных  ZigBee,  и  запуск  программы  отправки  SMS  сообщения.

Если  процент  диагностики  ниже  50  %  [2],  то  через  каждые  15  минут  происходит  сохранение  строки  значений  времени,  АД  [1],  пульса,  диагноза  и  данных  о  миостимуляции.  Затем  через  каждый  час  происходит  отправка  SMS  сообщения  со  значениями  параметров  сердечно  сосудистой  системы  (ССС)  в  течение  часа.

Себестоимость  производства  1-го  прибора  12576  руб.  Свободная  отпускная  цена  1-го  прибора  19290  руб.

Изделие  может  быть  вполне  рентабельным  и  при  стабильном  выпуске  и  должной  реализации  даст  достаточно  ощутимый  экономический  эффект.

При  проведении  диагностики  прибор  в  автономных  условиях  способен  самостоятельно  принимать  решение  о  терапевтическом  воздействии. 

В  качестве  терапии  применяется  миостимуляция  трапециевидной  мышцы  спины  для  восстановления  кровотока.

Терапевтический  кардиомонитор  способен  функционировать  на  одном  комплекте  аккумуляторов  в  течении  80  часов.  Вес  прибора  не  превышает  100  г.  Прибор  может  использоваться  на  станциях  скорой  помощи  и  в  отделениях  стационарного  наблюдения  кардиологических  центров,  а  также  в  частной  практике  под  руководством  специалиста.

Список  литературы: 

1.Андриященко  П.Л.,  В.М.  Большов,  В.А.  Клочков,  В.Т.  Яковлев.  К  выбору  метода  измерения  артериального  давления  в  мониторных  комплексах  //  Мед.  техника.  —  1995.  —  №  4.  —  С.  26—29.

2.Искусственный  интеллект:  в  3  кн.  Кн.  1.  Системы  общения  и  экспертные  системы:  Справочник,  под  ред.  Э.В.  Попова.  М.:  Радио  и  связь,  1990.  —  464  с.,  ил.

3.Орлов  В.Н.  Руководство  по  электрокардиографии.  3-е  издание.  М.;  ООО  «Медицинское  информационное  агентство»,  2003.  —  528  с.:  ил.

4.Построение  экспертных  систем:  Пер.  с  англ./Под  ред.  Ф.  Хейеса-Рота,  Д.  Уотермана,  Д.  Лената.  М.:  Мир,  1987.  —  441  с.,  ил.

5.Разработка  устройств  сопряжения  для  персонального  компьютера  типа  IBM  PC.  Под  общей  редакцией  Ю.В.  Новикова.  Практ.  Пособие  М.:  ЭКОМ.,  2002  —  224  с.,  ил.