WWW.KONF.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Авторефераты, диссертации, конференции
 

«СИСТЕМА И АЛГОРИТМЫ РЕГИСТРАЦИИ И ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА В УСЛОВИЯХ СВОБОДНОЙ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ...»

На правах рукописи

ПЕТРОВСКИЙ Михаил Александрович

СИСТЕМА И АЛГОРИТМЫ РЕГИСТРАЦИИ

И ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА

В УСЛОВИЯХ СВОБОДНОЙ

ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ

Специальности:

05.11.17 – Приборы, системы и изделия медицинского назначения;



05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (в технике и технологиях)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пенза – 2015

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Бодин Олег Николаевич.

Научный консультант: доктор медицинских наук, профессор Рахматуллов Фагим Касымович.

Официальные оппоненты:

Михеев Анатолий Александрович – доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет» (г. Рязань), профессор кафедры «Биомедицинская и полупроводниковая электроника»;

Истомин Борис Александрович – кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет» (г. Пенза), доцент кафедры «Информационные технологии и менеджмент в медицинских и биотехнических системах».

Ведущая организация – ФГАОУ ВО «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет)» (г. Самара).

Защита состоится 30 июня 2015 г. в 14:00 на заседании диссертационного совета Д.212.186.02 в ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет» по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет». Диссертация размещена на сайте http://dissov.pnzgu.ru/ecspertiza/petpowcki Автореферат разослан «____» ___________ 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Анатолий Вильевич Светлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В настоящее время портативные системы диагностики заболеваний и мониторинга функционального состояния человека получают все большее распространение. Согласно отчетам мировых исследовательских компаний рынок носимых устройств мониторинга здоровья будет расти со скоростью 43,3 % в год с 2013 по 2019 г. и составит 8 млрд долл. США в 2019 г. Рост рынка вызван повышением спроса на информационные технологии в медицине и подкреплен политикой многих государств на укрепление здоровья населения. В России данное утверждение закреплено в тексте федеральной целевой программы «Развитие фармацевтической и медицинской промышленности Российской Федерации на период до 2020 г. и дальнейшую перспективу», в частности отдельным пунктом выделяется задача разработки инновационных приборов медицинского назначения. Устройства контроля и диагностики сердечнососудистых заболеваний лидируют среди востребованных медицинских приборов. Применение инноваций в этой области приблизит достижение одной из целей государственной программы Российской Федерации «Развитие здравоохранения» – снизить смертность от болезней системы кровообращения (на 100 тыс. населения) до 622 в 2020 г.

Носимые устройства отличаются повышенными диагностическими возможностями по сравнению со стационарными средствами анализа электрокардиосигнала (ЭКС). Современные технологии позволяют разрабатывать и производить миниатюрные носимые устройства регистрации функциональных параметров человека. Для их работы необходимо совершенствование классических средств и алгоритмов регистрации и обработки кардиосигнала, так как работа в условиях свободной двигательной активности (СДА) отличается повышенным фоном помех и меньшим числом каналов измерения и требует большей энергоэффективности. Большой вклад в развитие данной области был внесен научными школами под руководством таких выдающихся российских ученых, как Л. И. Титомир, Р. М. Баевский, Г. Г. Иванов, А. В. Струтынский, Ю. И. Неймарк, В. Н. Орлов, С. В. Селищев, А. П. Немирко, Э. К. Шахов.





Одной из нерешенных проблем современного здравоохранения остается риск внезапной сердечной смерти (ВСС). Распространенность внезапной сердечной смерти, произошедшей за пределами стационара, в Европе составляет 38 случаев на 100 000 населения. Этому риску подвержены как люди пожилого возраста с известными болезнями сердца, так и молодые люди, не подозревающие о наличии у них проблем со здоровьем. Отдельной категорией являются люди, подверженные риску для здоровья из-за специфики своей работы, а также спортсмены. Для снижения рисков ВСС необходимо совершенствование портативных систем регистрации и обработки электрокардиосигнала как в аппаратной части, так и в программной за счет совершенствования способов и средств обработки ЭКС с учетом применения их в условиях СДА.

Поэтому совершенствование портативных систем регистрации и обработки электрокардиографической информации как в аппаратной, так и в программной части за счет совершенствования способов и средств обработки информации с учетом применения их в условиях СДА является актуальной научно-технической задачей.

Объектом исследования являются портативные системы обработки электрокардиографической информации.

Предметом исследования являются способы и средства регистрации, обработки и анализа ЭКС в составе портативных кардиоанализаторов.

Целью исследования является улучшение существующих способов помехозащищенной обработки и анализа ЭКС для определения симптомов ВСС в портативных системах кардиодиагностики в условиях СДА.

Задачи исследования:

1. Анализ существующих способов автоматического измерения параметров ЭКС в портативных системах кардиодиагностики, выявление их недостатков и обоснование разработки новых или совершенствования существующих алгоритмов анализа ЭКС.

2. Разработка алгоритмов анализа ЭКС для определения начала реполяризации желудочков сердца и выявления риска ВСС в условиях СДА.

3. Разработка структуры портативной системы кардиодиагностики, реализующей предложенные алгоритмы анализа ЭКС для диагностики состояния сердца в условиях СДА.

4. Реализация разработанных алгоритмов анализа ЭКС и алгоритма повышения энергоэффективности портативного устройства регистрации ЭКС в системе кардиодиагностики.

5. Экспериментальное исследование и внедрение портативной системы кардиодиагностики, реализующей разработанные алгоритмы анализа и повышения энергоэффективности портативного устройства регистрации ЭКС.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались теоретические основы диагностики состояния сердечно-сосудистых заболеваний, теория цифровой обработки сигналов, теория системного анализа, теоретические основы радиотехники.

Научная новизна исследования:

1. Предложен новый алгоритм обработки электрокардиографической информации в условиях свободной двигательной активности пациента, заключающийся в автономной регистрации и анализе ЭКС для выявления риска ВСС.

2. Предложен новый алгоритм анализа временных параметров ЭКС, позволяющий определить начало реполяризации желудочков сердца для систем автоматизированной диагностики состояния сердца, заключающийся в том, что над ЭКС производится операция сглаживания для устранения артефактных всплесков, выделяются границы кардиоцикла и производится поиск начала сегмента ST в заданном интервале (Патент РФ № 2522392).

3. Предложен новый алгоритм автоматизированного определения наличия травматического шока в условиях свободной двигательной активности, отличающийся от известных тем, что для определения диагностических параметров используется электрокардиографическая информация (Патент РФ № 2547783).

4. Предложена структура портативной системы кардиодиагностики на основе устройства для регистрации и анализа ЭКС в условиях свободной двигательной активности, отличающаяся наличием блоков самоконтроля и определения критического состояния сердца (Патент РФ № 2540528).

5. Предложен алгоритм самодиагностики и выбора предпочтительных параметров настройки портативной системы кардиодиагностики на основе разработанного устройства регистрации ЭКС, заключающийся в оценке уровня помех и качества контакта «кожа – электрод» и позволяющий в условиях свободной двигательной активности выбирать наиболее энергоэффективный режим работы.

Практическая значимость исследования заключается в следующем:

1. Предложенные средства и алгоритмы обработки электрокардиографической информации реализованы в действующем макете портативной системы диагностики состояния сердца, проходящем апробацию в Городской клинической больнице скорой медицинской помощи им. Г. А. Захарьина г. Пензы.

2. Алгоритмы обработки электрокардиографической информации позволят диагностировать опасные для жизни состояния сердца в условиях свободной двигательной активности и тем самым снизить риски ВСС.

3. Результаты работы использованы при выполнении НИР «Разработка и исследование программных продуктов для мобильных устройств контроля и коррекции состояния здоровья», реализуемой ООО «Экспертная кардиологическая система» при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере в 2013–2014 гг.

4. Предложенные алгоритмы регистрации и обработки ЭКС использованы при выполнении НИР «Моделирование электрической активности сердца», реализуемой в ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет» в рамках государственного задания Минобрнауки России в 2014– 2015 гг.

5. Разработанный при участии автора работы макет портативной системы кардиодиагностики применяется в образовательном процессе Медицинского института Пензенского государственного университета.

На защиту выносятся:

1. Алгоритм анализа временных параметров ЭКС, позволяющий с достоверностью до 93 % определить начало реполяризации желудочков сердца для систем автоматизированной диагностики состояния сердца (специальность 05.11.17, п. 1).

2. Алгоритм автоматизированного определения наличия травматического шока в условиях свободной двигательной активности, использующий ЭКС в качестве основного диагностического инструмента (специальность 05.11.17, п. 1).

3. Алгоритм предварительной обработки ЭКС в условиях свободной двигательной активности на основе адаптивных ранговых процедур фильтрации (специальность 05.11.17, п. 1; специальность 05.13.01, п. 5).

4. Структура портативной системы кардиодиагностики на основе устройства регистрации и обработки ЭКС в условиях свободной двигательной активности, отличающаяся наличием блоков самоконтроля и определения критического состояния сердца (специальность 05.13.01, п. 9).

5. Алгоритм выбора предпочтительных параметров настройки портативного устройства регистрации ЭКС, позволяющий в условиях свободной двигательной активности выбирать наиболее энергоэффективный режим работы системы (специальность 05.13.01, п. 11).

Апробация результатов исследования. Основные результаты работы прошли апробацию на семи Международных и всероссийских научных конференциях, в том числе на Х Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии и системы» (Пенза, 2012);

на XXIII и XXIV научно-практических конференциях профессорскопреподавательского состава и студентов ПГУ «Актуальные проблемы науки и образования» (Пенза, 2012, 2013); на XIV Конгрессе Российского общества холтеровского мониторирования и неинвазивной электрофизиологии (РОХМиНЭ) (Иркутск, 2013); на VI Всероссийском конгрессе «Клиническая электрокардиология» (Иркутск, 2013); на III Межрегиональном форуме «Инномед» (Пенза, 2013); на Региональном молодежном форуме «Открытые инновации – вклад молодежи в развитие региона» (Пенза, 2013); на XI Международном конгрессе «Кардиостим» (Санкт-Петербург, 2014), Международной научно-технической конференции «Перспективные информационные технологии» (Самара, 2015).

Публикации. Основные положения работы представлены в 14 публикациях, в том числе в четырех статьях в изданиях, рекомендованных ВАК, трех патентах РФ, семи статьях и тезисах докладов в других изданиях.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Общий объем составляет 125 страниц; работа содержит 46 рисунков, 10 таблиц, список литературы, включающий 81 наименование.

В приложениях представлены:

1. Текст программы нахождения начала реполяризации желудочков, реализованной в среде Matlab.

2. Принципиальная схема устройства для регистрации и обработки ЭКС.

3. Документы о внедрении результатов диссертационной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении проведен анализ существующих способов и средств регистрации и обработки кардиосигналов в условиях свободной двигательной активности, рассмотрено современное направление развития портативных систем кардиодиагностики, предназначенных для мониторинга и контроля здоровья и показателей функционального состояния организма. Выявлены недостатки и ограничения современных портативных кардиоанализаторов.

На основе проведенного анализа обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе приведено описание рисков и симптомов внезапной сердечной смертности. ВСС неожиданная смерть от причин, связанных с нарушением работы сердечно-сосудистой системы, произошедшая в течение часа от появления симптомов у пациента с известной сердечной болезнью или без нее. Известно, что наиболее опасными рисками ВСС являются инфаркт миокарда (ИМ) и травматический шок (ТШ). В большинстве случаев симптомами является фибрилляция желудочков.

Автором в первой главе рассмотрены особенности регистрации ЭКС в условиях свободной двигательной активности пациента, такие как наличие большего числа помех и артефактов, а также существующий подход к анализу кардиосигнала, в частности определение диагностически важного признака ИМ – смещения сегмента ST в кардиоцикле (рис. 1).

–  –  –

Рисунок 1 – Определение сегмента ST (а); типичный ЭКС, зарегистрированный в условиях свободной двигательной активности (б) Для определения начала ST-участка осуществляется поиск момента времени, соответствующего началу реполяризации желудочков сердца.

Точка перехода комплекса QRS в сегмент RS-Т называется точкой J (от слова junction – соединение). Отклонения точки J от изолинии используют для количественной характеристики смещения сегмента RS-Т. Практически для нахождения точки J чаще всего от вершины R отступают 40 мс, эту точку принимают за точку начала отсчета смещения ST. Привязка к вершине зубца осуществляется по вершине максимально положительного или по вершине максимально отрицательного зубца желудочкового комплекса.

Смещение сегмента ST оценивается по правилу J + 60 или 80 мс (в зависимости от частоты пульса). Диагностически значимым считается отклонение сегмента ST продолжительностью 0,08 с, начиная от точки J. Эта продолжительность немного уменьшается при тахикардии. Так, при частоте пульса до 90 уд./мин она равна 0,08 с, при 120 уд./мин – 0,07 с, 150 уд./мин – 0,065 с, 180 уд./мин – 0,06 с, 210 уд./мин – 0,055 с.

По мнению автора, существующие подходы к определению и количественной оценке сегмента ST требуют доработки для возможности автоматического определения ИМ в портативных системах кардиодиагностики.

Достоверное определение начала реполяризации желудочков в условиях свободной двигательной активности требует помехозащищенной обработки ЭКС и автоматизированных алгоритмов.

Автором в первой главе рассмотрен существующий способ диагностики травматического шока на основе метода фотоплетизмографии и установлено, что данный способ диагностики травматического шока не может быть использован в портативных системах кардиодиагностики для выявления симптомов ВСС ввиду трудоемкости регистрации фотоплетизмограммы, большой затраты времени и больших погрешностей измерения.

Автором был проведен обзор существующих на рынке портативных устройств и перспективных разработок для регистрации и анализа кардиосигнала и сделан вывод, что существующие системы в условиях свободной двигательной активности не обеспечивают автоматический анализ ЭКС для выявления симптомов ВСС, не имеют функции определения такого опасного для жизни состояния, как травматический шок. Не все системы обладают интерфейсом «пользователь – мобильное устройство – врач» и обеспечивают автономность обработки ЭКС.

В первой главе на основе произведенного анализа были поставлены задачи диссертационного исследования, решение которых позволит расширить возможности существующих портативных систем кардиодиагностики для выявления симптомов ВСС.

Среди них:

разработка новых алгоритмов анализа ЭКС для диагностики состояния сердца в условиях свободной двигательной активности;

разработка структурной схемы портативной системы кардиодиагностики, реализующей новые алгоритмы обработки ЭКС;

реализация алгоритмов анализа ЭКС в портативной системе кардиодиагностики;

экспериментальное исследование и внедрение портативной системы кардиодиагностики, реализующей новые способы анализа ЭКС.

Вторая глава посвящена разработке алгоритма автоматического выявления симптомов ВСС на основе анализа ЭКС в условиях СДА.

Суть предлагаемого алгоритма заключается в:

проверке качества соединения «электрод – кожа» на торсе пациента;

регистрации ЭКС в условиях свободной двигательной активности пациента;

усилении и аналого-цифровом преобразовании ЭКС;

адаптивной фильтрации на основе ранговых процедур и удалении дрейфа изолинии;

предварительной обработке: приведении ЭКС к изолинии, выделении кардиоцикла и выделении отдельных сегментов кардиоцикла;

выявлении симптомов наиболее опасных рисков ВСС (инфаркта миокарда и травматического шока) на основе анализа ЭКС, выделенного кардиоцикла и его отдельных сегментов;

передаче результатов анализа по радиоканалу.

Применение этого алгоритма позволяет снизить риск ВСС за счет анализа состояния сердца в режиме реального времени и своевременной диагностики, что позволит повысить эффективность системы здравоохранения.

Предлагаемый алгоритм автоматического выявления симптомов ВСС на основе анализа ЭКС в условиях свободной двигательной активности представлен на рисунке 2.

Как следует из рисунка 2, предлагаемый алгоритм содержит следующие операции: регистрацию ЭКС, предварительную обработку и фильтрацию, определение с помощью известных и предлагаемых автором способов критических состояний сердца и симптомов ВСС. В случае их наличия производится оповещение как можно большего круга людей, включая самого пациента и скорой помощи, посредством доступных каналов связи.

В рамках предлагаемого подхода разработана структура портативной системы кардиодиагностики. Система состоит из портативного устройства регистрации ЭКС и мобильного вычислительного устройства. В портативном устройстве регистрации введены блоки детектора обрыва, предварительной обработки кардиосигнала и блок самоконтроля, в вычислительном устройстве – блоки регистрации местоположения, дополнительной обработки и блок анализа риска ВСС.

Загрузка...

Для устранения помех и артефактов на ЭКС, полученном в условиях СДА, автором был предложен следующий алгоритм. Для фильтрации высокочастотных и импульсных помех предлагается использовать адаптивный ранговый фильтр. Для оценки существующей помехи и выбора значения параметра настройки фильтра введены блоки обнаружения информативного участка (ИУ) ЭКС и формирователь оценки помехи. Для устранения дрейфа изолинии используется способ вычитания из ЭКС аппроксимированного полинома, построенного по опорным точкам сигнала.

Рисунок 2 – Алгоритм выявления симптомов ВСС в условиях СДА Предложенный алгоритм обработки ЭКС позволит устранять основные виды помех, проявляющиеся в условиях СДА: высокочастотные, импульсные помехи и дрейф изолинии. Применение ранговых алгоритмов для помехоустойчивой обработки ЭКС позволит повысить скорость вычислений, качество подавления помех и достоверность обнаружения QRSкомплексов.

Также во второй главе автором была предложена методика определения начала реполяризации желудочков. Она направлена на повышение достоверности выделения R-зубцов и на определение начала сегмента ST.

Суть методики заключается в определении интервала на ЭКС правее зубца R, где абсолютная разница амплитуд его отсчетов ниже порогового уровня.

Этот интервал является частью сегмента ST, и его левая граница соответствует началу реполяризации желудочков сердца, или точке J. Трудность анализа ЭКС при наличии артефактов устраняется путем введения операции сглаживания сигнала, позволяющей устранить влияние артефактных всплесков на формирование порогового уровня при обнулении незначащего сигнала.

В выделенном R-R-интервале определяется левая и правая границы интервала поиска начала реполяризации желудочков сердца относительно зубца R, задаются два множества отсчетов ЭКС в интервале поиска X1 xa xb и X 2 xc xd. Далее производится вычисление средних арифметических значений амплитуд M1 и M2 отсчетов из множеств X1 и X2, вычисляется абсолютная разница средних значений амплитуд ЭКС D M1 M 2 и, пока значение D не станет ниже порогового уровня ЭКС, повторяется вычисление M1, M2 и D для множеств X1 и X2, смещенных на один элемент вправо до достижения правой границы интервала поиска.

В каждом j-м отведении, в котором производилась регистрация ЭКС, вычисляется отсчет J j,i xa, для которого D ниже порогового уровня ЭКС.

Затем определяется самое позднее среди значений Jj,i всех отведений.

Найденное значение является началом реполяризации желудочков сердца в i-м кардиоцикле.

Преимущество предложенного алгоритма заключается в надежном выделении начала реполяризации желудочков на основе более достоверного выделения R-зубцов. Надежное выделение R-зубцов способствует улучшению условий последующей обработки ЭКС, выделение начала реполяризации желудочков сердца позволяет диагностировать один из признаков ишемической болезни сердца и инфаркта миокарда – смещение сегмента ST.

Для расширения возможностей существующих средств регистрации кардиосигнала в условиях свободной двигательной активности автором предлагается способ определения наличия травматического шока. Он отличается от известных тем, что производится автоматически без участия врача на основе только данных ЭКС. Для диагностики травматического шока по Вейлю необходимы два параметра – частота сердечных сокращений (ЧСС) и значение артериального давления. Автором предложен метод определения основных параметров гемодинамики, которые могут косвенно оценить изменение артериального давления. Данная методика заключается в анализе временных параметров QRST-комплекса ЭКС.

Для начала определяются конечный диастолический (КДР) и систолические размеры (КСР) по следующим формулам:

КДР (a bt RS )(tQR t RS ) ct RS (см), (1) tST T

–  –  –

зала, что предложенные методики позволяют повысить энергоэффективность на 19 %.

Для исследования алгоритма выделения начала реполяризации желудочков сердца был произведен эксперимент, состоящий в проверке алгоритма на образцах записей ЭКГ. В качестве тестовой выборки были взяты записи из свободной базы данных людей из разных групп, здоровых и с заболеваниями сердца. Общее количество выборки составило 200 записей длительностью 30 с каждая в стандартных отведениях и отведениях по Нэбу.

При исследовании использовались участки как с большим уровнем помех и артефактов, так и с относительно низким. Алгоритм нахождения точки J был реализован в среде Matlab. На рисунке 3 представлен результат работы на чистом ЭКС и на ЭКС, содержащим артефакты. В обоих случаях все выделенные значения начала реполяризации желудочков находятся в границах сегмента ST. В качестве проверки результатов использовался метод экспертной оценки. Как эксперт выступал врач-кардиолог с многолетней практикой. Обобщенные результаты исследования приведены в таблице 1.

Рисунок 3 – Результат работы алгоритма на ЭКС без помех (сверху) и с артефактными всплесками (снизу) Из таблицы 1 видно, что наилучшие результаты работы получились в первом стандартном отведении и первом отведении по Нэбу – Dorsalis.

Достоверность определения начала реполяризации желудочков составила от 88 до 93 %.

Также в третьей главе автором были проанализированы возможности практической применимости предлагаемой методики регистрации и анализа электрокардиографических данных: рассмотрены современные аппаратные решения, проведен анализ пропускной способности радиоканала и возможностей современных мобильных вычислительных устройств. Результаты проверки позволяют сделать вывод о возможности применения предлагаемого алгоритма регистрации и анализа ЭКС в условиях свободной двигательной активности на существующих аппаратных возможностях.

–  –  –

Четвертая глава посвящена реализации портативной системы кардиодиагностики. Автором разработаны структурная (рисунок 4) и функциональная схемы устройства регистрации ЭКС.

Рисунок 4 – Структурная схема устройства для регистрации и обработки ЭКС в рамках портативной системы кардиодиагностики: Э1–Э3 – электроды;

У1–У2 – усилители; УЗ – устройство защиты; ФВЧ – фильтр верхних частот;

УС – устройство сравнения; АЦП – аналого-цифровой преобразователь;

ЦФ – цифровой фильтр; МК – микроконтроллер; ПП – приемо-передатчик;

БП – блок питания; БОС – блок оцифровки сигнала;

БПП – блок приема/передачи; УК – устройство контроля Произведен выбор элементной базы и разработана принципиальная схема портативного устройства для регистрации и обработки ЭКС. Также был разработан и реализован алгоритм работы устройства. Структурная схема устройства представлена на рисунке 4. Схема состоит из электродов (Э1–Э3), цепей защиты (ЦЗ), блока оцифровки сигнала (БОС), блока питания (БП) и блока передачи и приема (БПП).

В качестве приемопередатчика выступает модуль Bluetooth 4.0 с низким энергопотреблением, в качестве аналого-цифрового преобразователя – законченный аналоговый ЭКГ-интерфейс производства компании Texas Instruments.

Результатом проектирования и разработки стал макетный образец, изображенный на рисунке 5. Для тестирования устройства было разработано приложение для ПК.

–  –  –

Измеренные параметры позволяют сделать вывод, что спроектированная портативная система кардиодиагностики отвечает современным требованиям. Применение алгоритма выбора предпочтительных параметров настройки системы позволило продлить время автономной работы на 5 часов. На данный момент производится доработка и модернизация системы.

Разработанный автором макетный образец тестируется в Городской клинической больнице скорой медицинской помощи им. Г. А. Захарьина г. Пензы.

В разделе «Основные результаты» приводятся выводы о проделанной работе, в том числе о работоспособности и эффективности предложенных способов и средств обработки электрокардиосигнала в условиях свободной двигательной активности для диагностики внезапной сердечной смерти.

В приложениях представлены:

1. Текст программы нахождения начала реполяризации желудочков, реализованной в среде Matlab.

2. Принципиальная схема портативной системы кардиодиагностики.

3. Документы о внедрении результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Проанализированы существующие способы автоматического измерения параметров ЭКС в портативных системах кардиодиагностики, выявлены их недостатки и предложены меры по их совершенствованию.

2. Предложен новый подход к обработке электрокардиографической информации в условиях свободной двигательной активности пациента, включающий адаптивную фильтрацию и позволяющий выявлять критические состояния сердца и признаки внезапной сердечной смерти в 85 % случаев.

3. Разработан новый алгоритм автоматического выделения начала реполяризации желудочков сердца на ЭКГ, что позволяет с достоверностью до 93 % определять начало сегмента ST ЭКС в условиях свободной двигательной активности.

4. Предложен новый алгоритм диагностики травматического шока, основанный на косвенном анализе основных параметров гемодинамики по данным ЭКС, что позволяет использовать его в условиях свободной двигательной активности.

5. Разработана и исследована портативная система диагностики состояния сердца в условиях свободной двигательной активности, позволяющая автономно выявить и сообщить о критическом состоянии сердца.

6. Разработан и исследован алгоритм самоконтроля и выбора предпочтительных параметров настройки портативной системы диагностики состояния сердца, позволяющий продлить время автономной работы на 19 %.

7. Разработанная портативная система диагностики внедрена в образовательный процесс Медицинского института Пензенского государственного университета, действующий макет системы проходит апробацию в Городской клинической больнице скорой медицинской помощи им. Г. А. Захарьина г. Пензы.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Петровский, М. А. Портативный ЭКГ-датчик компьютерной диагностической системы «Кардиовид» / М. А. Петровский, О. Н. Бодин, Л. Ю. Кривоногов, А. Г. Иванчуков // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 4. – URL: www.science-education.ru/118-14104 (дата обращения: 13.02.2015).

2. Петровский, М. А. Концепция диагностики состояния сердца в условиях свободной двигательной активности / М. А. Петровский, О. Н. Бодин, А. Г. Иванчуков, В. Г. Полосин // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6. – URL: www.science-education.ru/120дата обращения: 12.03.2015).

3. Петровский, М. А. Разработка и исследование систем самотестирования портативных ЭКГ-сенсоров // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1. – URL: http://www.science-education.ru/121дата обращения: 02.04.2015).

4. Петровский, М. А. Перспективы применения ранговых алгоритмов для помехоустойчивой обработки электрокардиосигналов в условиях свободной двигательной активности / М. А. Петровский, Л. Ю. Кривоногов // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2–13. – С. 2806–2809.

Публикации в других изданиях

5. Петровский, М. А. Беспроводная система электрокардиомониторинга как альтернатива холтеровским мониторам / М. А. Петровский, Л. Ю. Кривоногов, А. Г. Иванчуков, Е. А. Бальзанникова // Клиническая электрокардиология : материалы 14-го конгресса Российского общества холтеровского мониторирования и неинвазивной электрофизиологии (РОХМиНЭ), 6-го Всерос. конгресса (г. Иркутск, 11–12 сентября 2013 г.). – М. : КАСКОН, 2013, 104 с.

6. Петровский, М. А. Беспроводной кардиоусилитель компьютерной диагностической системы «Кардиовид» / М. А. Петровский, О. Н. Бодин, Л. Ю. Кривоногов, А. Г. Иванчуков // Кардиостим–2014 : сб. тезисов XI Междунар. конгресса. – СПб. : Человек, 2014. –270 с.

7. Петровский, М. А. Особенности построения беспроводного кардиоусилителя / М. А. Петровский, О. Н. Бодин, А. Г. Иванчуков // Информационно-измерительная техника : межвуз. сб. науч. тр. / под ред.

Е. А. Ломтева. – Пенза : Изд-во ПГУ, 2012. – Вып. 37. – 200 c.

8. Петровский, М. А. Интеллектуальная система мониторинга и контроля состояния сердца / М. А. Петровский // Перспективные информационные технологии (ПИТ–2015) : тр. Междунар. науч.-техн. конф. / под ред.

С. А. Прохорова. – Самара : Изд-во Самар. науч. центра РАН, 2015. – Т. 1. – С. 348–349.

9. Петровский, М. А. Беспроводной кардиоусилитель для КДС «Кардиовид» / М. А. Петровский, А. Г. Иванчуков // Открытые инновации – вклад молодежи в развитие региона : сб. материалов Регионального молодежного форума. – Пенза : Изд-во ПГУ, 2013. – С. 329–331.

10. Петровский, М. А. Особенности организации интерфейса мобильного кардиоанализатора / М. А. Петровский, А. Г. Иванчуков // Измерение.

Мониторинг. Управление. Контроль. – 2013. – № 1 (3). – С. 44–49.

11. Петровский, М. А. Использование микросхемы аналогового интерфейса ADS1291 в миниатюрных кардиоанализаторах / М. А. Петровский, Е. А. Бальзанникова, А. Г. Иванчуков // Новые информационные технологии и системы : тр. X Междунар. науч.-техн. конф. (г. Пенза, 27–29 ноября 2012 г.). – Пенза : Изд-во ПГУ, 2012. – 390 с.

Патенты и свидетельства о регистрации

12. Пат. 2522392 Российская Федерация. Способ выделения начала реполяризации желудочков сердца / Петровский М. А., Бодин О. Н., Логинов Д. С., Балахонова С. А., Рахматуллов Ф. К., Макарова Т. А., Бальзанникова Е. А. – № 2013114682/14 ; заявл. 01.04.2013; опубл. 10.07.2014, Бюл.

№ 19. – 18 с.

13. Пат. 2540528 Российская Федерация. Устройство для регистрации электрокардиосигналов в условиях свободной двигательной активности / Бодин О. Н., Кривоногов Л. Ю., Петровский М. А., Рахматуллов Ф. К., Иванчуков А. Г., Бальзанникова Е. А., Папшев Д. В. – № 2013132637/14 ;

заявл. 16.07.2013; опубл. 10.02.2015, Бюл. № 4. – 22 с.

14. Пат. 2547783 Российская Федерация. Способ диагностики травматического шока / Бодин О. Н., Кривоногов Л. Ю., Петровский М. А., Рахматуллов Ф. К., Иванчуков А. Г., Михайличенко Ю. В. – № 2013132638/14 ;

заявл. 16.07.2013; опубл. 10.04.2015, Бюл. № 10. – 15 с.

–  –  –

СИСТЕМА И АЛГОРИТМЫ РЕГИСТРАЦИИ И ОБРАБОТКИ

ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА В УСЛОВИЯХ СВОБОДНОЙ

ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ

Специальности:

05.11.17 – Приборы, системы и изделия медицинского назначения;

05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (в технике и технологиях)

–  –  –



Похожие работы:

«НЕДОПЕКИН АЛЕКСАНДР ЕВГЕНЬЕВИЧ РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НЕСТАЦИОНАРНЫХ КВ СИГНАЛОВ С ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ Специальность: 05.12.04 — Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Казань — 2012 Диссертационная работа выполнена на кафедре прикладной математики и информатики Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения...»

«МОРОЗОВСКИЙ Кирилл Валерьевич МЕТОД И АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ НА БАЗЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ХАФА, ИНВАРИАНТНЫЕ К ПРЕОБРАЗОВАНИЯМ ВРАЩЕНИЯ, МАСШТАБИРОВАНИЯ И ПЕРЕНОСА Специальность 05.13.17 – Теоретические основы информатики Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук ПЕНЗА 2015 Работа выполнена на кафедре радиотехнических и медико-биологических систем ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический...»

«Артищев Сергей Александрович ДИАГНОСТИКА КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ И ПРОВОДНИКОВ МЕТОДОМ НЕЛИНЕЙНОЙ ВИДЕОИМПУЛЬСНОЙ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ Специальность 05.12.04 – «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения» АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Томск – 2015 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Томский государственный университет...»

«Самищенко Алексей Сергеевич НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ДАКТИЛОСКОПИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ РАЗВИТИЯ Специальность: 12.00.12 – криминалистика; судебно-экспертная деятельность; оперативно-розыскная деятельность Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата юридических наук Москва – 2015 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет радиотехники,...»

«ВОЛОВАЧ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ, ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ И СРЕДСТВ РЕАЛИЗАЦИИ ЭФФЕКТИВНЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОБНАРУЖЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПРОТЯЖЕННЫХ ОБЪЕКТОВ Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Самара 2015   Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Поволжский...»

«Бадван Ахмед Али ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЯХ ИОРДАНИИ Специальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Владимир 2014 Работа выполнена на кафедре радиотехники и радиосистем ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» (ВлГУ). Научный руководитель Галкин Александр Павлович доктор технических...»

«Ахметов Денис Булатович СИНТЕЗ И РЕАЛИЗАЦИЯ СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТ ДЛЯ БЕСПРОВОДНЫХ СИСТЕМ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2015 Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» Научный...»

«Сонис Роман Григорьевич Совершенствование элементов системы управления электронным документооборотом на основе методов функциональной стандартизации и технологии открытых систем Специальность: 05.13.05—Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления, 05.13.15— Вычислительные машины и системы. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2006 Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный институт радиотехники,...»

«МАЙОРОВ Виталий Викторович ПОМЕХОЗАЩИЩЕННЫЕ МЕТОДЫ ДОВЕДЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ В ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИСТЕМАХ В УСЛОВИЯХ КОМПЛЕКСА ПОМЕХ Специальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Воронеж – 2015 Работа выполнена в Акционерном обществе «КОНЦЕРН «СОЗВЕЗДИЕ». Научный Малышев Иван Иосифович, руководитель доктор технических наук, старший научный сотрудник Официальные Нахмансон Геннадий...»

«Денисенко Виктор Васильевич МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СБИС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛУНАТУРНОЙ МОДЕЛИ МОП-ТРАНЗИСТОРА 05.27.01 — «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микрои наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах» Автореферат Диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Таганрог 2010 Работа выполнена в Технологическом институте ФГАОУ высшего профессионального образования Южный федеральный университет в г. Таганроге, на кафедре теоретических...»

«ПАНКРАТОВА НАТАЛЬЯ МИХАЙЛОВНА ОБНАРУЖЕНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ МЕЖДУ РЕЖИМАМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ГОЛОВНОГО МОЗГА ПО ДАННЫМ МАГНИТНОЙ ЭНЦЕФАЛОГРАФИИ Специальность: № 03.01.02 – Биофизика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва, 2015 Работа выполнена в Отделе перспективных информационных технологий Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт математических проблем биологии Российской...»

«Суровцев Роман Сергеевич Вычислительные алгоритмы, методики и рекомендации для проектирования бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата с учетом электромагнитной совместимости Специальность 05.12.04 – радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Томск–2015 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального...»

«Шулятьев Аркадий Андреевич МОДЕЛИРОВАНИЕ АКТИВНЫХ МЕТОДОВ РАДИОМОНИТОРИНГА ЛЕСНЫХ ПОКРОВОВ Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Владимир 2015 г. Работа выполнена на кафедре радиотехники и радиосистем ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» (ВлГУ). Научный руководитель: Никитин...»

«Миловзоров Дмитрий Евгеньевич РЕЗОНАНСНЫЕ ПРОЦЕССЫ ФОТОСТИМУЛИРОВАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК ГИДРОГЕНИЗИРОВАННОГО И ФТОРИРОВАННОГО НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ Специальности: 01.04.10 физика полупроводников, АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Москва-2014 Работа выполнена в Рязанском государственном радиотехническом университете Научный консультант: Вихров Сергей Павлович, доктор физико-математических наук, профессор Официальные...»

«ШУВАЛОВ Андрей Сергеевич СИНТЕЗ И АНАЛИЗ МНОГОФАЗНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ БАРКЕРА Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2013 Работа выполнена на кафедре информационной безопасности Поволжского государственного технологического университета доктор физико-математических наук Научный руководитель: Леухин Анатолий Николаевич Официальные...»

«Беринцев Алексей Валентинович ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СЛАБЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ И ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ Специальность: 05.11.01 – Приборы и методы измерения (электрические измерения) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ульяновск – 2015 Работа выполнена на кафедре «Радиотехника, оптои наноэлектроника» Ульяновского государственного технического университета. Научный руководитель: доктор...»

«АЛЬ САИДИ САЛИМ АЛИ САЛЕХ РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ИНФОКОММУНИКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕДИЦИНЫ В ЙЕМЕНЕ Специальность 05.12.04Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Владимир 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича...»

«КОЛЯДИН НИКОЛАЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ, ПРОШЕДШИХ НАЗЕМНУЮ ТРАССУ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН, И ЕЁ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ПРОЕКТИРОВАНИИ ФАЗОВЫХ ПЕЛЕНГАТОРОВ Специальность 05.12.14 – Радиолокация и радионавигация АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Томск – 2015 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального...»

«Xвaлин Aлeкcандp Львoвич Aнaлиз и cинтeз интeгpaльныx мaгнитоупpaвляемыx рaдиoтeхничecкиx устpoйств нa фeppитoвыx peзoнaтopax 05.12.04 Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Самара – 2014 Работа выполнена в ОАО «Институт критических технологий», г.Саратов Официальные оппоненты: Ильин Евгений Михайлович, д.ф.-м.н., ведущий аналитик Инновационного технологического центра КНП МГТУ...»

«Гомес Жилберто Лоуренсо ПОВЫШЕНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ПЕРЕДАЧИ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО СЕТЯМ СВЯЗИ РЕСПУБЛИКИ АНГОЛА Специальность 05.12.13 Системы, сети и устройства телекоммуникаций АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Владимир 2015 Работа выполнена на кафедре радиотехники и радиосистем ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» ВлГУ. Самойлов Александр...»









 
2016 www.konf.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, диссертации, конференции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.