АВТОНОМНЫЙ  ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ  КАРДИОМОНИТОРИНГ

Фоминых  Алексей  Михайлович

аспирант  каф.  ТТМ,  Поволжский  государственный  технологический  университет,  РФ,  г.  Йошкар-Ола

E-mail:  fommet@mail.ru

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.

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  [4]:  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.