Информационно-измерительная система амбулаторного мониторинга состояния сердца с адаптивной фильтрацией электрокардиосигнала тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Сафронов Максим Игоревич

• Сафронов Максим Игоревич
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Сафронов Максим Игоревич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР И КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СПОСОБОВ, СРЕДСТВ И УСЛОВИЙ РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА ПРИ АМБУЛАТОРНОМ МОНИТОРИНГЕ СОСТОЯНИЯ СЕРДЦА

1.1 Анализ способов мониторинга состояния сердца

1.1.1 Стационарный мониторинг состояния сердца

1.1.2 Амбулаторный мониторинг состояния сердца

1.1.3 Проблемы амбулаторного мониторинга состояния сердца

1.2 Анализ средств регистрации электрокардиосигнала в условиях амбулаторного мониторинга

1.2.1 Система холтерского мониторинга первого поколения

1.2.2 ЭКГ-монитор Bittium Faros 360, 180 и 180L

1.2.3 ЭКГ-рекордер AliveCor KardiaMobile 6L

1.2.4 Телемедицинский комплекс Астрокард Телеметрия GLOBAL MONITORING

1.2.5 Кардиомонитор Нейрософт Теле-ЭКГ (Поли-Спектр-8/G)

1.3 Требования к средствам амбулаторного мониторинга состояния сердца

Основные результаты и выводы. Постановка задач исследования

ГЛАВА 2 СИНТЕЗ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ АМБУЛАТОРНОГО МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ СЕРДЦА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕЛЕМЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

2.1 Требования к информационно -коммуникационной системе амбулаторного мониторинга состояния сердца с использованием телемедицинских технологий

2.3 Требования к быстродействию канала передачи данных портативных информационно -измерительных систем амбулаторного мониторинга состояния сердца

2.4 Требования к подсистеме обработки электрокардиосигнала для выявления гемодинамически значимых аритмий сердца

2.5 Требования к подсистеме адаптивной фильтрации электрокардиосигнала

2.6 Синтез структуры информационно -измерительной системы в составе информационно-коммуникационной системы

Основные результаты и выводы

ГЛАВА 3 СИНТЕЗ СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА ПРИ АМБУЛАТОРНОМ МОНИТОРИНГЕ СОСТОЯНИЯ СЕРДЦА

3.1 Модель формирования токов возбуждения клеток миокарда, образующих потенциалы на поверхности гетерогенной среды

3.2 Способ минимизации некардиальной составляющей электрокардиосигнала

3.3 Устранение дрейфа изолинии

3.4 Способ определения гемодинамически значимой аритмии

Основные результаты и выводы

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ АМБУЛАТОРНОГО МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ СЕРДЦА

4.1 Разработка аппаратного обеспечения портативного кардиоанализатора

4.1.1 Разработка функциональной схемы портативного кардиоанализатора

4.1.2 Разработка принципиальной схемы портативного устройства

4.2 Разработка программного обеспечения портативного кардиоанализатора в составе информационно -измерительной системы амбулаторного мониторинга состояния сердца

4.3 Экспериментальные исследования подсистемы измерений портативного кардиоанализатора в составе информационно -измерительной системы амбулаторного мониторинга состояния сердца

Основные результаты и выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Принципиальная схема портативного кардиоанализатора

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Листинг программных модулей

ПРИЛОЖЕНИЕ В Акты внедрения результатов диссертационного исследования

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Информационно-измерительная система амбулаторного мониторинга состояния сердца с адаптивной фильтрацией электрокардиосигнала»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. По данным Федеральной службы государственной статистики, за 2020 год от болезней системы кровообращения и ишемической болезни сердца умерло более миллиона человек. Высокая смертность от данных заболеваний во многих случаях обусловлена несвоевременной диагностикой. Для решения данной проблемы требуется разработка новых способов и средств мониторинга состояния сердца на основе анализа данных электрокардиограммы (ЭКГ), повышающих достоверность выставляемых диагнозов в амбулаторных условиях (АУ).

Одним из направлений диагностики сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ), которое стало актуальным благодаря техническому прогрессу, является амбулаторный мониторинг (АМ) функционального состояния сердца. «АМ ЭКГ -важный диагностический метод для установления корреляции между симптомами и сердечным ритмом» (О.Л. Бокерия). Наиболее распространенным является холтерский мониторинг электрокардиосигнала (ЭКС), осуществляющий регистрацию ЭКС и позволяющий оценить риск опасных для жизни аритмий сердца, в том числе гемодинамически значимых аритмий (ГЗА). Современные информационно-телекоммуникационные технологии сделали возможным разработку портативных носимых устройств регистрации функциональных параметров человека. Применение подобных устройств потребовало более глубокого и детального изучения средств и алгоритмов обработки ЭКС. Большой вклад в развитие данного направления и компьютерной диагностики состояния сердечно-сосудистой системы (ССС) в целом внесен научными школами под руководством таких выдающихся ученых, как Л.А. Бокерия, Е.И. Чазов, Л.И. Титомир, В.Н. Орлов, Г.Г. Иванов, Р.М. Баевский, А.В. Струтынский, Ю.И. Неймарк, С.В. Селищев, А.П. Немирко, Э.К. Шахов.

Исследование посвящено решению проблем разработки информационно -измерительной системы (ИИС) в составе информационно-коммуникационной системы (ИКС) медицинской организации и регистрации ЭКС в условиях АМ.

Данные проблемы связаны с высоким уровнем разнородных помех в ЭКС, вызываемых постоянным изменением электрической проводимости тканей грудного отдела во время мониторинга и снижающих информативность зарегистрированных сигналов, а также затрудняющих правильную их интерпретацию в процессе формирования экспресс-оценки, в том числе автоматической. Для этого необходимо выявлять источники возникновения помех и исследовать возможности их минимизации.

Для повышения оперативности диагностики ССЗ предлагается использовать портативные приборы с функцией экспресс -оценки состояния сердца. Портативное устройство для постоянного скрининга электрической активности сердца (ЭАС) с возможностью постановки предварительного диагноза разработано как частичная замена дорогостоящих специализированных средств регистрации ЭКС в лечебно -профилактических учреждениях (ЛПУ) и носимых индикаторных устройств определения пульса. Использование современных технологий в области регистрации ЭКС, цифровой обработки сигналов направлено на повышение достоверности данных, зарегистрированных с помощью устройств подобного типа.

Объект исследования: телемедицинская информационно -коммуникационная система для автоматизации процессов сбора, обработки и хранения данных оказания кардиологической помощи в региональной системе здравоохранения.

Предмет исследования: разработка портативной информационно -измерительной системы для неинвазивного мониторинга электрической активности сердца в составе медицинской информационно-коммуникационной системы.

Цель исследования: снижение основной погрешности информационно -измерительной системы на основе адаптивной фильтрации электрокардиосигнала для оперативного выявления гемодинамически значимых аритмий в условиях неинвазивного амбулаторного мониторинга состояния сердца.

Задачи исследования:

1 Анализ способов, средств и условий регистрации электрокардиосигнала при амбулаторном мониторинге состояния сердца.

2 Синтез информационно -измерительной системы амбулаторного мониторинга состояния сердца с адаптивной фильтрацией электрокардиосигнала и возможностью исключения коллизии данных при одновременном обращении нескольких пользователей к данным одного пациента в условиях функционирования в составе информационно-коммуникационной системы.

3 Синтез модели формирования электрического потенциала в гетерогенной среде для определения токов возбуждения клеток миокарда.

4 Минимизация некардиальной составляющей электрокардиосигнала в процессе мониторинга электрической активности сердца пациента, обусловленной методической погрешностью измерения разности биопотенциалов при регистрации электрокардиограммы.

5 Синтез алгоритмов обработки электрокардиосигнала для выявления гемодинамически значимых аритмий сердца.

6 Практическая реализация информационно -измерительной системы амбулаторного мониторинга состояния сердца.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались теоретические основы электрокардиографии, методы статистической обработки сигналов, цифровой обработки сигналов, методы синтеза информационно -измерительных систем, а также методы математического моделирования.

Научная новизна:

1 Новая информационно -измерительная система амбулаторного мониторинга осуществляет предоставление данных, относящихся к пациентам медицинского учреждения, отличается блоком определения приоритетности пользователей медицинской информационно -коммуникационной системы, позволяющий исключить коллизию данных при одновременном обращении пользователей к данным одного пациента с использованием телемедицинских технологий (пункт 2 специальности 2.2.12).

2 Новая модель формирования токов возбуждения клеток миокарда, образующих потенциалы в гетерогенной среде, отличающаяся тем, что параметры модели определяются путем совместных измерений параметров биоимпеданса гетерогенной среды и биопотенциалов, позволяющая учесть влияние некардиальных факторов, возникающих в процессе амбулаторного мониторинга, на электрокардиосигнал (пункт 14 специальности 2.2.12).

3 Способ адаптивной фильтрации электрокардиосигнала, отличающийся учетом биоимпеданса тканей грудного отдела и коррекцией искажения формы электрокардиосигнала, минимизирующей некардиальную составляющую электрокардиосигнала, и позволяющий уменьшить относительную погрешность измерения амплитуды напряжения на различных участках электрокардиосигнала с 17% до 5% (пункт 1 специальности 2.2.12).

4 Способ определения гемодинамически значимой аритмии на основе анализа электрокардиосигнала, отличающийся тем, что для трех последовательных кардиоциклов электрокардиосигнала определяют факт снижения фракции выброса до уровня менее 50% и факт удлинения интервала QT, что позволяет установить наличие гемодинамически значимой аритмии в момент ее возникновения (пункт 2 специальности 2.2.12).

5 Портативный кардиоанализатор в составе телемедицинской информационно-измерительной системы амбулаторного мониторинга состояния сердца, отличающийся наличием блоков:

- устранения дрейфа изолинии электрокардиосигнала;

- адаптивной фильтрации электрокардиосигнала;

- определения гемодинамически значимой аритмии,

и позволяющий осуществлять регистрацию электрокардиосигнала в условиях амбулаторного мониторинга с предельной инструментальной относительной погрешностью не более ±1,5% (пункт 1 специальности 2.2.12).

Теоретическая и практическая значимость работы. Работа обобщает проведенные автором теоретические и экспериментальные исследования по синтезу портативных информационно -измерительных систем для амбулаторного

мониторинга электрической активности сердца. В проведении работ в этом направлении заинтересованы предприятия в области медицинского приборостроения.

Работа выполнялась при поддержке в форме гранта Российского Фонда Фундаментальных Исследований «Аспиранты» по теме «Совершенствование методов и средств амбулаторного мониторинга состояния сердца на основе данных ЭКГ» (РФФИ Аспиранты 20-38-90165, АААА-А20-120100290011-7).

Положения, выносимые на защиту:

1 Информационно -измерительная система амбулаторного мониторинга состояния сердца оперативно предоставляет данные, относящиеся к пациентам медицинского учреждения, и позволяет исключить коллизию данных при одновременном обращении пользователей системы к персональной информации пациента.

2 Модель формирования биопотенциалов, создаваемых токами возбуждения клеток эпикарда, позволяет учесть влияние некардиальных факторов на электрокардиосигнал путем измерения параметров биоимпеданса синхронно с регистрацией электрокардиосигнала.

3 Алгоритм адаптивной фильтрации электрокардиосигнала на основе измерения параметров биоимпеданса кожного покрова пациента в процессе амбулаторного мониторинга состояния сердца позволяет снизить влияние некардиальной составляющей электрокардиосигнала.

4 Алгоритм анализа трех последовательных кардиоциклов электрокардиосигнала по критериям удлинения интервала QT и снижения фракции выброса ниже 50% выявляет гемодинамически значимые аритмии в условиях амбулаторного мониторинга.

5 Портативный кардиоанализатор в составе телемедицинской информационно-измерительной системы амбулаторного мониторинга удовлетворяет требованиям к измерениям амплитуды сигналов пункта 201.12.1.101.2* ГОСТ Р МЭК 60601-2-25-2016 [1] и осуществляет регистрацию электрокардиосигнала с синхронным устранением дрейфа изоэлектрической

линии для каждого кардиоцикла в пределах PQRST-сегмента электрокардиосигнала.

Степень достоверности и апробация работы. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и представленных результатов подтверждается публикацией результатов в рецензируемых изданиях, апробацией на всероссийских и международных конференциях. Экспериментальное подтверждение предложенных способов получено в результате тестирования с применением ЭКС из специализированных баз данных и сигналов реальных пациентов.

Основные положения и результаты исследований по диссертационной работе прошли апробацию на 12 международных и региональных конференциях: X, XI, XII МНТК «Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации» (Пенза, 2018, 2019, 2020); Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям (Санкт -Петербург, 2019); The 19th, 24th, 27th Conference of Open Innovations Association FRUCT (Хельсинки, 2017; Москва, 2019; Ярославль, 2020); XVI МНПК «Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе» (Пенза, 2016, 2018, 2019).

Соответствие паспорту специальности. Диссертация и автореферат Сафронова М.И. соответствуют п. 1 паспорта научной специальности 2.2.1 -Информационно-измерительные и управляющие системы (технические науки) и п. 1. и п. 2. паспорта научной специальности 2.2.12 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения (технические науки).

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 40 научных работ, из них 7 статей в рецензируемых научных журналах из Перечня ВАК (в том числе 1 единоличная), 8 статей в изданиях, индексируемых в SCOPUS, получено 3 патента на изобретение Российской Федерации, 1 патент на изобретение Евразийского патентного ведомства и 4 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.

Внедрение результатов работы. Предложенная подсистема обнаружения гемодинамически значимых аритмий используется в лечебном процессе ГБУЗ

«Клиническая больница №6» им. Г.А. Захарьина (г. Пенза). Предложенные в работе методы, алгоритмы и принципы построения ИИС АМ состояния сердца используются в учебном процессе на кафедре «Внутренние болезни» Медицинского Института ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет».

Личный вклад автора. Основные результаты, выносимые на защиту, получены автором лично. Результаты, опубликованные совместно с другими авторами, принадлежат авторам в равных долях. Результаты других авторов, которые использованы при изложении результатов работы, содержат ссылки на соответствующие источники.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, включающего 77 источников и 3 приложений. Основная часть работы изложена на 133 страницах машинного текста, содержит 43 рисунков и 12 таблиц.

ГЛАВА 1 ОБЗОР И КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СПОСОБОВ, СРЕДСТВ И

УСЛОВИЙ РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА ПРИ АМБУЛАТОРНОМ МОНИТОРИНГЕ СОСТОЯНИЯ СЕРДЦА

1.1 Анализ способов мониторинга состояния сердца 1.1.1 Стационарный мониторинг состояния сердца

В процессе диспансеризации или другого планового обследования пациента, включающего обязательное наблюдение за работой ССС, с помощью стационарного мониторинга состояния сердца на основе электрокардиографии регистрируют ЭАС на протяжении всего нескольких секунд (порядка 30 с). С ее помощью можно обнаружить постоянные отклонения в работе сердца, представленные в виде ГЗА. В рамках медицинских стационаров, а также в реанимационных отделениях, осуществляют стационарный мониторинг состояния сердца в течение длительного промежутка времени (вплоть до недель). В обоих случаях проведение стационарного мониторинга состояния сердца накладывает существенные ограничения на естественную жизнедеятельность пациента, ограничивая его двигательную активность.

Неоспоримым достоинством стационарного мониторинга состояния сердца является его высокая точность. Такая точность достигается с помощью ряда мер: в процессе электрографии пациент должен находиться, лежа в горизонтальном положении; необходимо обработать контактные электроды токопроводящим гелем для обеспечения надежного электрического контакта между электродом и кожей; применение системы из 12 отведений - 3 стандартных (I, II, III), 3 усиленных (аУЯ, аУЕ, аУЬ) и 6 грудных (У1-6) - позволяет получить полную картину электрической активности сердца [2].

Средства стационарного мониторинга состояния сердца, например У1а1вш ТН12 [3], представленный на Рисунке 1, не имеют ограничений по масса-габаритным параметрам и, как следствие, сочетают в себе наиболее

высококачественные сетевые источники питания высокого качества наряду с известными системами подавления помех.

Рисунок 1 - Средство стационарного мониторинга электрической активности

сердца У1Швш ТН12

Средства стационарного мониторинга ЭАС позволяют получать ЭКГ в виде кривых, нанесенных на специальную бумагу с помощью встроенного термопринтера. Это позволяет подобным устройствам выдавать стандартный, понятный всем врачам-кардиологам и среднему медицинскому персоналу, результат регистрации ЭКС - ЭКГ в форме бумажного документа. Юридическую силу подобный документ получает после его заверения подписью лечащего врача -кардиолога и печати организации.

1.1.2 Амбулаторный мониторинг состояния сердца

Эпизоды нарушения сердечного ритма и недостаточного притока крови к сердечной мышце являются кратковременными и слабо предсказуемыми. Для

выявления таких эпизодов можно использовать АМ состояния сердца, в ходе которого ЭКС, являющийся цифровым представлением изменения ЭАС во времени, регистрируется непрерывно в течение 24-48 часов, пока пациент ведет обычную повседневную деятельность. Также можно использовать АМ состояния сердца на основе регистрации событий, при котором ЭКС непрерывно отслеживается в течение месяца, но записывается только в течение заранее определенного периода времени (обычно от нескольких секунд до нескольких минут) непосредственно до и после того, как пациент запустит средство мониторинга, или устройство обнаружит отклонение сердечного ритма.

Проведение АМ осуществляется с применением средств АМ состояния сердца (например, НПП Монитор КРП-01 [4], представленного на Рисунке 2) как в условиях амбулаторий (пациент приходит в специализированное медицинское учреждение самостоятельно в соответствии с назначенным курсом лечения), так и в домашних условиях.

Рисунок 2 - Средство амбулаторного мониторинга электрической активности

сердца НПП Монитор КРП-01

Подобное расширение условий применения электрокардиографа наложило негативный отпечаток на качество получаемых сигналов, связанный главным образом со смещением положения регистрирующих электродов в процессе АМ.

Средства АМ смогли побороть главный недостаток средств стационарного мониторинга состояния сердца - ограничение двигательной активности пациента. Это позволило применять современные средства АМ состояния сердца при долгосрочном мониторинге (от 24 часов) в реальных условиях жизнедеятельности пациента под контролируемыми и естественными нагрузками. АМ состояния сердца помог диагностам точнее реагировать на изменения в ЭАС, а современное программное обеспечение (ПО) в составе средства АМ состояния сердца позволило определять наличие нарушений в работе сердца автоматически, разгрузив врача от монотонной работы [5].

Отличительными особенностями АМ состояния сердца являются отсутствие ограничений двигательной активности пациента и подготовительных процедур, таких как обработка электродов токопроводящим гелем (в отличие от стационарного мониторинга). При этом сохраняется возможность получать информацию об ЭАС как с 12 стандартных отведений ЭКГ, так и с меньшего числа отведений (по Небу, по Эйндховену и т.д.) [6].

1.1.3 Проблемы амбулаторного мониторинга состояния сердца

АМ состояния сердца отличается от стационарного мониторинга условиями применения. АУ отличаются от стационарных условий значительным влиянием некардиальных процессов на регистрируемый ЭКС (наряду с кардиальными).

Кардиальными процессами называют такие процессы, которые обусловлены функционированием сердца (процессы реполяризации и деполяризации желудочков и т. д.) [7]. К некардиальным процессам относят все остальные процессы, влияющие на форму кардиоцикла ЭКГ (электромагнитные помехи, двигательная активность пациента, потоотделение в месте подключения электрода

и т. д.). На основе анализа только ЭКГ нельзя оценить влияние некардиальных процессов на форму кривой ЭКГ.

Для обеспечения АМ состояния сердца в региональном масштабе необходимо применение специализированных телемедицинских ИКС, которая состоит из портативной ИИС, сервера медицинского учреждения и модуля интеграции с Единой государственной информационной системой здравоохранения [8].

При долговременном АМ ЭАС имеет место снижение информативности записей долговременного мониторинга за счет роста интенсивности влияния некардиальных процессов на форму ЭКГ. При АМ ЭАС врач не имеет возможности постоянного контроля состояния ССС пациента, и для повышения эффективности работы врача-кардиолога современные ИКС предоставляют для анализа только информативные участки ЭКС.

Основными причинами возникновения некардиальной составляющей ЭКС являются детерминированные и случайные шумы нормального вида.

Для повышения помехоустойчивости в средствах регистрации ЭКС применяются классические фильтры верхних и нижних частот, а также режекторные фильтры с постоянной передаточной характеристикой, настроенные на частоту промышленной электрической сети. Полоса пропускания классических фильтров в средствах регистрации ЭКС обусловлена информативным частотным диапазоном ЭКС [11].

Главное отличие АМ ЭАС от стационарного - изменение некардиальных факторов во времени, представленное на Рисунке 3. Важно учитывать изменения воздействующих некардиальных факторов как можно чаще.

Следует также отметить, что шум при регистрации ЭКС, неизбежно возникающий в процессе стационарного мониторинга состояния сердца, переходит в разряд помех при существенном увеличении влияния некардиальных факторов. Под помехой понимается такие искажения формы ЭКГ, которые превышают значения 100 мкВ при типовой чувствительности средства

регистрации ЭКГ -

10мм 1мВ '

Искажения, не превышающие 100 мкВ при типовой

10мм

чувствительности средства регистрации ЭКГ —— при АМ, считаются шумом.

Наиболее значимым из измеряемых некардиальных факторов, влияющих на форму кривой ЭКГ, является биоимпеданс тканей грудного отдела. На Рисунке 3 представлено изменение биоимпеданса, отражающее изменение влияния некардиальных факторов во времени.

т

1 ---__ 1 Г X —

/ 1 г а,) смсщ4 1' 2 (О1 емешу 27 / \ 2 (О смешу У

о

Рисунок 3 - Изменение биоимпеданса тканей грудного отдела во времени

На Рисунке 3 приняты следующие условные обозначения:

20 - опорное значение биоимпеданса кожи в условиях стационара;

- изменение биоимпеданса кожи в процессе естественной жизнедеятельности;

..з) - мгновенные значения отклонения биоимпеданса от

опорного значения 20.

Из анализа влияния на форму кривой ЭКГ некардиальных факторов, возникающих при переходе от стационарного к АМ, следует, что частотный диапазон ЭКС расположен на частотах от 0,03 до 150 Гц, однако в случаях применения кардиостимулятора верхняя граница частотного диапазона ЭКС

увеличивается до 8 кГц. Основными некардиальными факторами, искажающими форму ЭКС в АУ, являются шагательные движения, дыхательные движения, пульсовая волна, электромагнитное излучение промышленных электрических сетей и бытовое освещение. На Рисунке 4 приведены нормированные амплитудно-частотные характеристики кардиальной и некардиальной составляющих ЭКС в условиях АМ ЭАС.

Частота, Гц

Рисунок 4 - Амплитудно-частотные характеристики кардиальной и некардиальной составляющих электрокардиосигнала в условиях амбулаторного мониторинга

электрической активности сердца

Из анализа Рисунка 4 следует, что некардиальная составляющая ЭКС является результатом суммарного воздействия большого количества разнородных некардиальных факторов, существенно отличающихся по природе их возникновения. Традиционный подход к повышению помехоустойчивости средства АМ состояния сердца не позволяет учесть влияние изменяющихся во

времени некардиальных факторов. Для минимизации некардиальной составляющей ЭКС система должна содержать блок управления адаптивной фильтрацией ЭКС, что позволит снизить влияние этих факторов на форму ЭКС по отдельности.

1.2 Анализ средств регистрации электрокардиосигнала в условиях

амбулаторного мониторинга

1.2.1 Система холтерского мониторинга первого поколения

Система холтерского мониторинга 1-го поколения [12], представленная на Рисунке 5а, представляет собой средство АМ состояния сердца, состоящее из рекордера (регистратора), который пациент носит с собой (на ремне через плечо или на поясе). Запись ведется по 2, 3 или более каналам (до 12 каналов). До сих пор наиболее распространены именно 2- и 3-канальные регистраторы. В ряде случаев имеется возможность при трехканальной записи получить математически восстановленную ЭКГ 12 каналов, что может быть полезно в топической диагностике экстрасистол [9].

а)

б)

Рисунок 5 - Холтерский монитор (а) и программное обеспечение для анализа

записей (б)

Такой процесс АМ состояния сердца называется холтерским мониторингом в честь американского ученого -исследователя Нормана Дж. Холтера, впервые применившего в 1961 году эту методику [11].

Для повышения качества долгосрочного мониторинга электрической активности сердца в условиях свободной двигательной активности применяют специализированные медицинские электроды на основе Ag/Ag+, представленные на Рисунке 6.

Контакт подобных электродов с кожей пациента осуществляется с помощью специализированного медицинского адгезива [13]. Для улучшения контакта электродов покровом необходима предварительная подготовка кожного покрова пациента, а именно сбривание волос на груди с последующим обезжириванием кожи. Наилучшее качество записи обеспечивают электроды с «твердым» гелем, не требующие дополнительной обработки специализированными составами, повышающими проводимость кожи.

Проведение долгосрочного АМ состояния сердца накладывает минимальные ограничения на двигательную активность пациента, не снижая качества жизнедеятельности. Пациентам с холтерским мониторам противопоказаны большие физические нагрузки, однако базовые физические

Рисунок 6 - Электроды для длительного мониторинга ЭКГ

активности, такие как прогулки, доступны в полном объеме при консультации с лечащим врачом.

Конечной целью АМ состояния сердца является получение юридически достоверного медицинского заключения о наличии (отсутствии) заболеваний ССС. При формировании подобного заключения лечащий врач опирается в основном на ЭКГ - графическое представление электрической активности сердца. Современные средства амбулаторного мониторинга позволяют проводить экспресс-оценку состояния сердца, а именно определять источник сердечного ритма, различные виды его нарушения, морфологический анализ зубцов и сегментов ЭКГ, а также предоставляют дополнительную информацию об установленных водителях ритма, таких как кардиостимуляторы. Стоит отметить, что результаты экспресс -оценки не имеют юридической силы и предназначены только для информирования лечащего врача о потенциальных проблемах в работе ССС. Для постановки диагноза, являющегося главной частью медицинского заключения, существует свод общепринятых медицинских рекомендаций, не имеющих под собой единой нормативно-правовой базы, поэтому врач берет ответственность за свое заключение на себя.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сафронов Максим Игоревич, 2024 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. ГОСТ Р МЭК 60601-2-25-2016. Национальный стандарт Российской Федерации. Изделия медицинские электрические. Часть 2-25. Частные требования безопасности с учетом основных функциональных характеристик к электрокардиографам (утв. и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 28 сентября 2016 г. N 1243 -ст) (ред. от 01. 09.2017) // Изделия медицинские электрические. Часть 2-25: сб. ГОСТов. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2016.

2. Орлов, В.Н. Руководство по электрокардиографии. / В.Н. Орлов. - М.: ООО «Издательство «Медицинское информационное агентство», 2012. - 560 с.

3. Viatom TH12: 12 lead Holter recorder with AI Analysis: URL: https://www.viatomtech.com/th12-12lead-holter-recorder (дата обращения 14.03.2023

г.)

4. НПП Монитор КРП-01: электрокардиограф КРП-01 в кабеле ЭКГ для домашнего использ ования. URL : http s ://www. monito r-ltd. ru/elektrokardio graf-krp-01 (дата обращения 14.03.2023 г.)

5. Сафронов, М.И. Особенности обработки электрокардиосигналов в системах мобильного мониторинга / В. И. Волчихин, М. А. Митрохин, М.И. Сафронов, О.Н Бодин, Н.Ю. Митрохина, А.Ю. Тычков // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2018. - № 1(45). - С. 54-63.

6. Safronov, M., Kuzmin, A., Bodin, O., Petrovsky, M., & Sergeenkov, A. (2016). Mobile Heart Monitoring System Prototype Based on the Texas Instruments Hardware: Energy Efficiency and J-point Detection. International Journal of Embedded and RealTime Communication Systems (IJERTCS), 7(1), pp. 64-84.

7. Сафронов, М. И. Снижение некардиальной составляющей электрокардиосигнала в системах долгосрочного амбулаторного мониторинга состояния сердца / М. И. Сафронов // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2022. - № 3(43). - С. 179-186.

8. Сафронов, М. И. Канал измерения скорости распространения пульсовой волны персонализированной информационно -измерительной системы для телемедицинского амбулаторного мониторинга / О. А. Тимохина, В. А. Баранов, М. И. Сафронов // Труды международного симпозиума "Надежность и качество". -2021. - Т. 2. - С. 75-77.

9. Сафронов, М. И. Совершенствование методов и средств амбулаторного мониторинга состояния сердца на основе данных ЭКГ / М. И. Сафронов // Перспективные информационные технологии (ПИТ 2021): Труды Международной научно-технической конференции, Самара, 24-27 мая 2021 года / под ред. С.А. Прохорова. - Самара: Самарский научный центр РАН, 2021. - С. 406-410.

10. Макаров Л.М., Комолятова В.Н., Куприянова О.О., и др. Национальные Российские рекомендации по применению методики холтеровского мониторирования в клинической практике. Российский кардиологический журнал, №2., - 2014. - С 6-71.

11. 9. Ансельрод, А.С. и др. Холтеровское мониторирование. ЭКГ: возможности, трудности, ошибки / А. С. Аксельрод, П.Ш. Чомахидзе, А.Л. Сыркин. - М.: Медицинское информационное агенство, 2007. - 174 с.

12. Сафронов, М. И. Построение компьютерной модели торса и сердца пациента в компьютерной диагностической системе «КАРДИОВИД» / О.Н. Бодин, А.В. Кузьмин, М.И. Сафронов, А.С. Сергеенков // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2015. № 3. С. 23-31.

13. Подольский М. Д., Тараканов С. А., Кузнецов И. А. Бесконтактные электроды // ВНМТ. 2014. №4. URL: https://cyberlenmka.ra/artide/n/beskontaktnye-elektrody (дата обращения: 14.03.2023).

14. Bittium Faros™ - Waterproof ECG Devices for Cardiac Monitoring. URL: https://www.bittium.com/medical/bittium-faros (дата обращения: 14.03.2023).

15. AliveCor KardiaMobile® 6L. URL: https://store.kardia.com/products/kardiamobile6l (дата обращения: 15.03.2023).

16. Телеметрия GLOBAL MONITORING. URL: https://astrocard.ru/produktsiya/telemetriya-3g.html (дата обращения: 14.03.2023).

17. Мобильный 12-канальный электрокардиограф для записи, измерения и интерпретации ЭКГ с возможностью отправки записи в аналитический центр для поддержки в принятии диагностических и клинических решений. URL: https://neurosoft.com/ru/catalog/ecg/1947 (дата обращения: 14.03.2023).

18. Сафронов, М.И. Информационно -измерительная система для телемедицинского мониторинга состояния больного COVID-19 / В.А. Баранов, Е.А. Печерская, М.И. Сафронов, О.А. Тимохина // Измерения, мониторинг, управление, контроль. - 2021. - №1 (35). - С. 85-92 DOI 10.21685/2307-5538-20211-10.

19. M. Safronov, A. Kuzmin, O. Bodin, S. Prokhorov and A. Stolbova, "Mobile ECG monitoring system prototype and wavelet-based arrhythmia detection," 2017 21st Conference of Open Innovations Association (FRUCT), 2017, pp. 210-216.

20. Safronov, M.I. Portable cardioanalyzer / O. N. Bodin, M. I. Safronov, K. A. Ozhikenov, A. K. Zhumagulov, V. G. Polosin and A. G. Ubiennykh // 18th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM), Erlagol, Russia, 2017, pp. 605-609

21. ГОСТ Р 52636-2006. Электронная история болезни. Общие положения. -URL: http://protect.gost.ru. (дата обращения: 14.03.2023).

22. Федеральная целевая программа «Создание системы обеспечения вызова экстренных оперативных служб по единому номеру «112» в Российской Федерации на 2013-2017 годы». - URL: http://www.mchs.gov.ru (дата обращения: 14.03.2023).

23. Mell, P. The NIST Definition of Cloud Computing. Recommendations of the National Institute of Standards and Technology / Peter Mell and Timothy Grance. -NIST, 2011.

24. Патент РФ № RU2586854C1, 10.06.2016. Способ предоставления данных, относящихся к пациентам медицинского учреждения // Патент на изобретение RU 2586854 C1, 10.06.2016. Заявка № 2015100793/14 от 12.01.2015. / Бодин О.Н., Балахонова С.А., Иванчуков А.А., Касимов А.О., Ожикенов К.А., Полосин В.Г., Рахматуллов Ф.К., Сафронов М.И., Сергеенков А.С.

25. Сафронов, М. И. Организация распределенной системы диагностики состояния сердца / С.А. Балахонова, О.Н. Бодин, Д.С. Логинов, Е.А. Ломтев, М.И. Сафронов // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2016. № 2 (16). С. 131-137.

26. Eric Rescorla. SSL and TLS: Designing and Building Secure Systems. - 1-st. -Addison- Wesley Professional. - 2000, October 27. - Т. 1. - 528 p.

27. Bluetooth® Wireless Technology Overview. URL: https://www.bluetooth.com/learn-about-bluetooth/tech-overview/ (дата обращения: 14.03.2023).

28. What is a WiFi Technology. URL: https://www.elprocus.com/how-does-wifi-technology-work/ (дата обращения: 14.03.2023).

29. Chellappa, Muthu & Madasamy, Shanmugaraj & Prabakaran, R.. (2011). Study on ZigBee technology. 297-301.

30. Oke A.O, Emuoyibofarhe J.O, Adetunji A.B. Development of a GSM based Control System for Electrical Appliances // International Journal of Engineering and Technology Volume 3 No. 4, April, 2013

31. Шлома Д. Н., Егоров А. Р., Виноградов Б. Г., Протченко А. В. Совершенствование систем развертывания СПО для ЭВМ комплексов дальней радиосвязи // Техника радиосвязи, выпуск 1 (24), 2015 г.

32. Сафронов, М. И. Методы анализа электрокардиосигнала для диагностики инфаркта миокарда / М. И. Сафронов, А. Д. Анисимов, А. Э. Каташов // Перспективные информационные технологии (ПИТ 2021) : Труды Международной научно-технической конференции, Самара, 24-27 мая 2021 года / под ред. С.А. Прохорова. - Самара: Самарский научный центр РАН, 2021. - С. 410-413.

33. Бокерия Л.А. Синдром удлиненного интервала QT - клиника, диагностика, лечение / Л.А. Бокерия, А.Ш. Ревишвили, И.В. Проничева // Анналы аритмологии. - 2005. - Т. 2, №4. - С. 7-17.

34. Bazett НС. «An analysis of the time-relations of electrocardiograms». Heart (7): 1920. P. 353-370

35. ГОСТ Р 8.673-2009 https://docs.cntd.ru/document/1200080194

36. Сафронов, М. И. Способ и аппаратно -программные средства анализа биоимпеданса для систем мобильного мониторинга ЭКГ / М.И. Сафронов, А.В. Кузьмин, О.Н. Бодин, В.А. Баранов, О.А. Тимохина, О.Д. Чебан // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. 2020. № 3 (35). С. 118128.

37. Осипов А.И. Внезапная сердечная смерть (причины и профилактика) / А.И. Осипов, В.Ф. Байтингер, А.А. Сотников. - Томск, 2004. - 114 с.

38. Патент № 2764498 C2 Российская Федерация, МПК A61B 5/318. способ и устройство регистрации множественных отведений электрокардиосигнала : № 2020122154 : заявл. 03.07.2020 : опубл. 17.01.2022 / О. Н. Бодин, М. Н. Крамм, А. Ю. Бодин [и др.].

39. McSharry P. E., Clifford G. D., Tarassenko L., Smith L. A dynamical model for generating synthetic electrocardiogram signals // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2003. Vol. 50. P. 289-294.

40. Goldberger A., Amaral L., Glass L. [et al.]. PhysioBank, PhysioToolkit, and PhysioNet: Components of a new research resource for complex physiologic signals // Circulation. 2000. № 101. P. 215-220.

41. Карпов О. Э., Храмов А. Е. Информационные технологии, вычислительные системы и искусственный интеллект в медицине. М. : ДПК Пресс, 2022. 480 с.

42. Ефимова О. И., Павлова Т. В., Пыщева Л. В., Хохлунов С. М. Оценка эффективности комплексной системы амбулаторного мониторинга пациентов с фибрилляцией предсердий, перенесших кардиоэмболический инсульт // Российский кардиологический журнал. 2021. № 26 (1S). С. 4402.

43. Bera T. K. Bioelectrical Impedance Methods for Noninvasive Health Monitoring: A Review // Journal of Medical Engineering. 2014.

44. Braun F., Proenfa M., Wendler A. [et al.]. Noninvasive measurement of stroke volume changes in critically ill patients by means of electrical impedance tomography // Journal of Clinical Monitoring and Computing. 2020. Vol. 34. P. 903-911.

45. Патент РФ № RU2615286C1, 04.04.2017. Способ неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца // Патент на изобретение RU 2615286 C1, 04.04.2017. Заявка № 2016120449 от 25.05.2016. / Аржаев Д.А., Бодин О.Н., Полосин В.Г., Рахматуллов А.Ф., Рахматуллов Ф.К., Сафронов М.И.

46. M. Safronov, A. Kuzmin, O. Bodin, V. Baranov, O. Timokhina and O. Cheban, "Reducing of Bioimpedance Influence on ECG by Correction Filter in Mobile Heart Monitoring System," 2020 27th Conference of Open Innovations Association (FRUCT), 2020, pp. 200-206.

47. Сафронов, М. И. Обоснование статистической обработки результатов мониторинга электрофизиологических характеристик сердца / В.Г. Полосин, О.Н. Бодин, М.И. Сафронов // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2015. № 2 (12). С. 78-83.

48. M. Safronov, A. Kuzmin, O. Bodin, V. Baranov, A. Trofimov and A. Tychkov, "Mobile ECG Monitoring Device with Bioimpedance Measurement and Analysis," 2019 24th Conference of Open Innovations Association (FRUCT), 2019, pp. 375-380

49. Сафронов, М. И. Способ и аппаратнопрограммные средства анализа биоимпеданса для систем мобильного мониторинга ЭКГ / А.В. Кузьмин, О.Н. Бодин, М.И. Сафронов [и др.]. // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. 2020. № 3. С. 118-128.

50. Hafid A., Benouar S., Kedir-Talha M. [et al.]. Simultaneous recording of ICG and ECG using Z-RPI device with minimum number of electrodes // Journal of Sensors. 2018. № 9. P. 1-7.

51. Posada-Quintero H. F., Reljin N., Eaton-Robb C. [et al.]. Analysis of Consistency of Transthoracic Bioimpedance Measurements Acquired with Dry Carbon Black PDMS Electrodes, Adhesive Electrodes, and Wet Textile Electrodes // Sensors (Basel). 2018. Vol. 18, № 6.

52. Евразийский патент № 039701, 01.03.2022. Способ адаптивной фильтрации электрокардиосигнала // Патент на изобретение № 039701, 01.03.2022. Заявка №

202131166 ot 30.04.2021 / O^HKeHOB K.A., EogHH O.H., Ca#OHOB M.H., OMap6eKOB

E.O., O^HKeHOBa A.K., AnHM6aeB ^.A., AnHM6aeBa ^.H., EaaH6an H.A.

53. Steinberg, J. S. ISHNE-HRS expert consensus statement on ambulatory ECG and external cardiac monitoring/telemetry / J. S. Steinberg, N. Varma, I. Cygankiewicz, P. Aziz, et al // Annals of Noninvasive Electrocardiology. - 2017. - Vol. 22, issue 3. - P. 1-40.

54. Rossi, S. Bioimpedance sensing in wearable systems: From hardware integration to model development / S. Rossi, C. Mancarella, C. Mocenni, L. Della Torre // IEEE 3rd International Forum on Research and Technologies for Society and Industry (RTSI). -2017. - P. 1-6.

55. Clifford, G. Advanced Methods and Tools for ECG Data Analysis / G. Clifford,

F. Azuaje, P. McSharry // ArtechHouse, 2006. - 384 p.

56. Validation of thoracic impedance cardiography by echocardiography in healthy late pregnancy / J. McIntyre, K. M. Ellyett, E. A. Mitchell, G. M Quill, J. Thompson, A. W Stewart, R. N Doughty, P. R Stone // BMC Pregnancy and Childbirth. - 2015. - Vol. 15. - P. 70.

57. Mobile ECG Monitoring Device with Bioimpedance Measurement and Analysis / M. Safronov, A. Kuzmin, O. Bodin, V. Baranov, A. Trofimov, A. Tychkov // Proceed-126 ings of the 24th Conference of Open Innovations Association FRUCT, Moscow, Russia. - Helsinki (Finland) : FRUCT Oy, 2019. - P. 375-380.

58. PhysioBank, PhysioToolkit and PhysioNet: Components of a New Research Resource for Complex Physiologic Signals / A. Goldberger, L. Amaral, L. Glass, J. Hausdorff, P. Ivanov, R. Mark, J. Mietus, G. Moody, C.-K. Peng, H. Stanley. // Circulation. - 2000. - Vol. 101 (23). - P. 215-220.

59. TINA Circuit Simulator for Analog, RF, Digital, MCU, HDL, Symbolic & Mixed Circuit Simulation with Integrated PCB Design // Designsoft official website. -URL: https://www.tina.com

60. Mobile Heart Monitoring System Prototype Based on the Texas Instruments Hardware: Energy Efficiency and J-point Detection / A. Kuzmin, M. Safronov, O.

Bodin, M. Petrovsky, A. Sergeenkov // International Journal of Embedded and RealTime Communication Systems. - 2016. - Vol. 7 (1). - P. 64-84.

61. Shin, Y-S. Small-area low-power heart condition monitoring system using dualmode SAR-ADC for low-cost wearable healthcare systems / Y-S. Shin, J.-K. Wee, I. Song, S. Lee // 3rd International Conference on Biomedical Engineering and Technology (iCBEB 2014). - Beijing, China, 2014 - P. S277-S284.

62. M. I. Safronov, O. N. Bodin, K. A. Ozhikenov, A. K. Zhumagulov, V. G. Polosin and A. G. Ubiennykh, "Portable cardioanalyzer," 2017 18th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM), 2017, pp. 605-609

63. Патент № 2644303 C1 Российская Федерация, МПК A61B 5/0402, A61B 5/0456. способ оказания экстренной кардиологической помощи : № 2016145352 : заявл. 18.11.2016 : опубл. 08.02.2018 / М.И. Сафронов, О. Н. Бодин, Д. А. Аржаев, А. Ю. Бодин [и др.] ; заявитель Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "Кардиовид".

64. ISO/IEEE 11073-10406:2012 - Health informatics - Personal health device communication - Part 10406: Device specialization - Basic electrocardiograph (ECG) (1- to 3-lead ECG) [Электронный ресурс] / International Organization for Standardization; - Электрон. дан. - : International Organization for Standardization, 2017 - . - Режим доступа: http ://www. iso.org/iso/ru/home/store/catalogue_tc/catalogue_detail. htm?c snumber=618 76, свободный. - Загл. с экрана. — Яз. рус.

65. Сафронов, М. И. Экспресс-оценка критического состояния сердца / А.К. Ожикенова, О.Н. Бодин, А.Ю. Бодин, К.А. Ожикенов, М.И. Сафронов // Российский кардиологический журнал. 2019. Т. 24. № S2. С. 22.

66. Патент РФ № RU2644303C1, 08.02.2018. Способ оказания экстренной кардиологической помощи // Патент на изобретение RU 2644303 C1, 08.02.2018. Заявка № 2016145352 от 18.11.2016. / Бодин О.Н., Аржаев Д.А., Бодин А.Ю., Ожикенов К.А., Полосин В.Г., Рахматуллов А.Ф., Рахматуллов Р.Ф., Рахматуллов Ф.К., Сафронов М.И., Сергеенков А.С., Убиенных А.Г.

67. M. I. Safronov, O. N. Bodin, M. N. Kramm, R. F. Rakhmatullov, F. K. Rakhmatullov and A. Y. Bodin, "Portable Cardioanalyzer with Registration of Multiply Leads of Electrocardiac Signals," 2020 21st International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM), 2020, pp. 445449

68. Texas Instruments official website, ADS1298 Performance Demonstration Kit. Интернет-ресурс. Ссылка: http://www.ti.com/tool/ads1298ecgfe-pdk (дата обращения - 23.02.2019).

69. Mainstream Performance line, ARM Cortex-M3 MCU with 64 Kbytes Flash, 72 MHz CPU, motor control, USB and CAN. Интернет ресурс. Ссылка: http://www.st.com/en/microcontrollers/stm32f103c8.html (Дата обращения -21.01.2018)

70. Новицкий Александр Синхронный последовательный интерфейс SPI в микроконтроллерах «от а до я» и его реализация в aduc70xx фирмы Analog Devices // Компоненты и Технологии. 2009. №94. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sinhronnyy-posledovatelnyy-interfeys-spi-v-

mikro kontro llerah-ot-a-do-ya-i-ego -realizats iya-v-aduc 70xx-firmy-analo g-devices-1 (дата обращения - 19.03.2019).

71. Jonathan Ward XMODEM, XMODEM-1K, And XMODEM/CRC. Интернет-ресурс. Ссылка: http ://collaboration. cmc .ec.gc .ca/science/rpn/biblio/ddj/Website/articles/CUJ/1990/9009 /ward/ward.htm (дата обращения - 21.03.2019).

72. Волков С. В., Чапаев В. С. Повышение помехозащищенности средств измерений // НиКа. 2010. №1.

73. GraphView. Android Graph Library for creating zoomable and scrollable line and bar graphs // GraphView GitHub page. - URL: https://github.com/jjoe64/GraphView/wiki

74. M. Safronov, A. Kuzmin, O. Bodin, M. Petrovsky and A. Sergeenkov, "Device and software for mobile heart monitoring," 2016 19th Conference of Open Innovations Association (FRUCT), 2016, pp. 121-127

75. Подмастерьев К. В., Козюра А. В. Проблемы метрологического обеспечения электрокардиографической техники и возможные пути их решения // Биотехносфера. 2010. №1.

76. A. Kuzmin, M. Safronov, O. Bodin, M. Petrovsky, A. Sergeenkov, «Mobile Heart Monitoring System Prototype Based on the Texas Instruments Hardware: Energy Efficiency and J-point Detection», International Journal of Embedded and Real-Time Communication Systems, vol. 7(1), 2016, pp. 64-84 DOI:10.4018/IJERTCS.2016010104.

77. ГОСТ 8.401-80. Межгосударственный стандарт. Государственная система обеспечения единства измерений. Классы точности средств измерений. Общие требования (утв. и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 12 ноября 1980 г. N 5320 дата введения установлена 01.07.81) (ред. от 01. 10.2010) // Государственная система обеспечения единства измерений: сб. ГОСТов. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2010.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Принципиальная схема портативного кардиоанализатора

:C2 r 0D1UF[

AVDD

< WAKE UP_S T MX PA_0

PA3-WKUP1

PA1

PA2

PA3

PAt

PAÎ

PAS

PA?

PAS

PA9

PA10

PA11

PA12

P A13i7TMS-S WDIO PA1WTCK-SWCLK PA15/JTDI

PC15-OSC32 OUT PC14-OSC32 IN PC13-WKÜP2 PC 12 PC11 PC 10 PC9 PC8 PC7 PC6 PC5 PC* PC3 PC2 PCI PCO

RLDREF RLDINV RLDIN RLDOUT

— D1 AGND NUP1301

CS _S T AP.T

Camect RL

< PD 15 v PD_14

< PD 12 USART^RX

— D2 AGND NUP1301

i :

AGND

PWDN

RESET

GPI04 oho; GPI02 GPIOl

pa_B

< SPI3 NSS X PA15

< CS START X PB 0

< PB 1

< FC 2

AVM>

DVDD

_

Forte Beid

; USART3_TX "IV.aît" "

— D3 AGND NUP1301

AGND

Ccroect V6

DAISY_IN

PB1 PB2

PB3/JTDO

PB4

PB5

CLKSEL

Forts Beid

PD 10 SCON BUE 3.3V > PT'_0 Vlg^-T^RK >

DVDD 1 DVDD

DGND_2 DGND 1

TES TP_PACE_OUTl TESTN_PACE_OUT2

ATOD

ACärt)

VCAP1

AVDD1 AVDD 4 AVDD_3 AVDD_2 AVDD_1 AVDD

.

<SPD_MQSÏ""X PB15

iGND ACälD

R31 2*1 R32 lCk

VCAP2 VCAP3 VCAW

AVDD

AGND R35 23(1

AGND

AVDD

VREFN

PE7

PE6-WKUP3 PE5 PE4

S MF 05 : U5_

RES VI

— DJ

AGND NUP1301

Forte Bend

" Vcc _ J

RST 3-i-l

- V«

STM1001RWX6F

AGND R38 22(1

HMzzi—

AVDD

S MF 05 C U7_

SWDIO

VDDA

AGND NUP1301

VSSA

SMF05C

— D9 AGND NUP1301

SMF05 : U9_

MiaoSDCD )

DATO DAT1 DAT2 DAT3

SWDIO SWCLK

; SPBS CK >

UAKTi TV . ! UARTIRX)

— D10 AGND NTJP1301

STM32L151VDT6

AGND

AGND

AGND_3.3V

USBLC6-2SC6

"ri PDTC143ZT

/YV,_

Fort« Beid

_rrr»_

Forte Beid

OUT OUT OUT PG STAT1 STAT2 BAT BAT TS VREF

=C61 22uF5:10V

T2 IRL ML5203

BUS 33V >

J- YYV_ Forte Bea

_.-.-.tj '

prwc ICJI - VUiipilXyK' (K'I'OIW I C'B

NCV8161-33

Accefcrcmeter INT1

MiroUSI

Tor iqia» ?№T,TA

SCL/SPC SDA/SDI/SDO

TT3 PDTC143ZT

= C66 22ÙFX10V

BQ2407D

Power 0№0FF

4 TuFxlöV

S DO/SAO

+LtP0L

NCV8161-3D

LIS3DH

12 C id± - 001100Afkb

GND CLEAR

Li-POL Accimulatcr

M RAM (512K\t)

«AX17043

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Листинг программных модулей

Листинг программного модуля render.php:

<?php

require_once("bootstrap.php");

use pChart\pDraw;

use pChart\pCharts;

function create_png($Data){

$myPicture = new pDraw(7 00,230);

$myPicture->myData->addPoints($Data);

$myPicture->

setFontProperties(["FontName"=>MpChart/fonts/Forgotte.ttf", "FontSize"=>11]);

$myPicture->setGraphArea(60,40,670,190); $myPicture->drawScale(); (new pCharts($myPicture))->drawSplineChart();

$myPicture->autoOutput("image.png"); }

?>

Листинг программного модуля parser.php:

function parseString(String $test_string){ $test_string = (String)$test_string; $sample_size = 3; $sample = 0;

$samples_array = array_fill(1, 250, 0); $work_area = strlen($test_string);

for ($i = 0; $i < $work_area; $i += $sample_size): $sample = unpack("C*", substr($test_string,

$i, 3) ) ;

<------>$index = $i/3;

<------>$samples_array[$index] =

signedint24($sample[1 ] * 65536 + $sample[2] * 256 + $sample[3]);

endfor;

return $samples_array;

}

function generate_data_plot($new_frame) {

global $DataPlotIndexes, $frames; $new_frame = (array)$new_frame;

$CurrentDataIndex = array_pop($DataPlotIndexes); array_unshift($DataPlotIndexes, $CurrentDataIndex);

$frames[$DataPlotIndexes[0]] = $new_frame; $LocalDataPlot array_merge($frames[$DataPlotIndexes[0]],

$frames[$DataPlotIndexes[1]],

$frames[$DataPlotIndexes[2]],

$frames[$DataPlotIndexes[3]],

$frames[$DataPlotIndexes[4]]);

while (in_array(0, $LocalDataPlot)):

<------>$key = array_search(0, $LocalDataPlot);

<------>$LocalDataPlot[$key] = $LocalDataPlot[$key -

endwhile;

return $LocalDataPlot;

}

$DataPlot = array_fill(1,12 50,0); $DataPlotIndexes = array(0,1,2,3,4);

Листинг программного модуля ПКА:

#define ID 0x0 0 //информация о микросхеме

#define RDATAC 0x10 //войти в режим непрерыного

преобразования

#define START 0x08 // старт измерений

#define ID1298R 0xD2 // ID регситр 1298R

#define ID1298 0x92 // ID регситр 1298

#define CONFIG1 0x01

#define CONFIG2 0x02

#define CONFIG3 0x03

#define LOFF 0x04

#define CH1SET 0x05

#define CH2SET 0x06

#define CH3SET 0x07

#define CH4SET 0x08

#define CH5SET 0x09

#define CH6SET 0x0A

#define CH7SET 0x0B

#define CH8SET 0x0C

#define RLD SENS P 0x0D

#define RLD SENSN 0x0E

#define LOFF_SENSN Г 0x0F

#define LOFF_SENSP 0x10 #define LOFF_FLIP 0x11

#define LOFF_STATP 0x12 //инфа по стостоянию обрыва пооложительных электродов

#define LOFF_STATN 0x13 //инфа по стостоянию обрыва отрицательных элеткродов #define GPIO 0x14 #define PACE 0x15 #define RESP 0x16 #define CONFIG4 0x17 #define WCT1 0x18 #define WCT2 0x19 //размерность буфера приема данных #define RXBUFSIZE 27 #define TXBUFSIZE 30 //50

// the sensor communicates using SPI, so include the library:

#include <SPI.h>

// Константы комманд SPI ADS12 9 8

const byte READ = 0x2 0; // SCP10 00's read command

const byte WRITE = 0x40; // SCP1000's write command // Глобальные переменные const int chipSelectPin = 7; bool DRDY = false;

uint8_t current_tx_buffer_size = 0; bool uart_data_ready = false; uint8_t raw_data[RXBUFSIZE]; uint8_t uart_send_buf[TXBUFSIZE]; long sample = 0;

uint8 t dummy = 0; //переменная для конвертации в long

uint8_t tx_counter = 0; bool flag = true; int counter = 0;

//прототипы функций

uint8_t readRegister(byte thisRegister);

void writeRegister(byte thisRegister, byte thisValue);

void interrupt routine(void);

void sendCommand(String command);

//инициализация переферии

void setup() {

memset(raw_data, 0x00, RXBUFSIZE); memset(uart_send_buf, 0x00, TXBUFSIZE); Serial.begin(19200); //Код инициализации модема sendCommand("AT"); delay (500) ;

sendCommand("AT+CSQ"); sendCommand("AT+CREG?");

sendCommand("AT+CGSOCKCONT=1,\"IP\",\"CMNET\""); delay (500) ;

sendCommand("AT+CSOCKSET PN=1"); sendCommand("AT+CIPMODE=0"); delay (500) ;

sendCommand("AT+NETOPEN"); delay (4 000);

sendCommand("AT+CIPOPEN=0,\"TCP\",\"82.209.115.203\",10090 ); // Поменять IP и порт

//sendCommand("AT+CIPOPEN=0,\"TCP\",\"87.247.33.190\M,9115" , 200, DEBUG); // Поменять IP и порт delay (2000);

// start the SPI library: SPI.begin();

SPI.beginTransaction(SPISettings(4 00000 0, MSBFIRST, SPI_MODEl));

// initalize the data ready and chip select pins: pinMode(chipSelectPin, OUTPUT);

//Configure SCP1000 for low noise configuration: SPI.transfer(0x06) ; //RESET SPI.transfer(0x0A) ; //RESET SPI.transfer(0x11); //остановить RDATAC char IDD = readRegister(ID);

writeRegister(CONFIG3, 0xDC); //устанавлиаем

internal reference 2.4, rld connected

writeRegister(CONFIG1, 0x06); //устанавливаем HR mode и 500 sps

writeRegister(CONFIG2, 0x10); //internal generated test signal

writeRegister(RLD_SENSP, 0x0 0); //подключаем rld на 2 канал

writeRegister(RLD_SENSN, 0x00); writeRegister(LOFF, 0x03); writeRegister(LOFF_SENSP, 0xFF); writeRegister(LOFF_SENSN, 0x02); writeRegister(LOFF_FLIP, 0x00); writeRegister(LOFF_STATP, 0xFF);

writeRegister(LOFF_STATN, 0x0 6); writeRegister(GPIO, 0x00); writeRegister(PACE, 0x00); writeRegister(RESP, 0xF0); writeRegister(CONFIG4, 0x22); writeRegister(WCT1, 0x0A); writeRegister(WCT2, 0xE3);

//устанавливаем для всех каналов тестовый сигнал,

gain 6

writeRegister(CH1SET, 0x00); writeRegister(CH2SET, 0x05); writeRegister(CH3SET, 0x05); writeRegister(CH4SET, 0x05); writeRegister(CH5SET, 0x05); writeRegister(CH6SET, 0x05); writeRegister(CH7SET, 0x05); writeRegister(CH8SET, 0x05); //читаем регистры

for (byte i = 0; i < RXBUFSIZE; i++) { raw_data[i] = readRegister(i); Serial.println(raw_data[i], HEX);

}

// give the sensor time to set up: sendCommand("AT+CIPSEND=0,7 50"); digitalWrite(chipSelectPin, LOW); SPI.transfer(RDATAC); //запуск RDATAC digitalWrite(chipSelectPin, HIGH); delay (1);

digitalWrite(chipSelectPin, LOW);

SPI.transfer (START); digitalWrite(chipSelectPin, HIGH); attachInterrupt(1, interrupt_routine, FALLING); delay (100) ;

}

void loop() {

// don't do anything until the data ready pin is

high:

if (DRDY) {

//Read the temperature data digitalWrite(chipSelectPin, LOW); for (byte i = 0; i < RXBUFSIZE; i++) { raw_data[i] = SPI.transfer(0x00);

}

digitalWrite (chipSelectPin, HIGH);

//sample = 0; // этот код нужен для отрисовки данных от АЦП в плоттере ардуино //dummy = 0; //if (raw_data[6]&0x80) // dummy = 0xFF;

//sample = (long)dummy << 24 | (long)raw_data[6] << 16 | raw_data[7] << 8 | raw_data[8] << 0;

//Serial.println(raw_data[6], HEX); //Serial.println(raw_data[7], HEX); //Serial.println(raw_data[8], HEX); //for (uint8_t i = 6; i <= 8; i++){

// Serial.write(raw_data[i]); //}

//Serial.println();

//Serial.println(sample, DEC); //Serial.println(sample, HEX); //Serial.println(sample, BIN); / /*/

if (current_tx_buffer_size < 10){ //В этой конструкции пропускается каждый 51 элемент!

uart_send_buf[3*current_tx_buffer_size] =

raw_data[6];//0x8 0; //raw_data[6]

uart_send_buf[3*current_tx_buffer_size+1] =

raw_data[7];//0x00; //raw_data[7]

uart_send_buf[3*current_tx_buffer_size+2] =

raw_data[8];//0x00; //raw_data[8]

current_tx_buffer_si ze++;

}

else{

current_tx_buffer_size = 0; uart_data_ready = true;

}

DRDY = false;

// detachInterrupt(1); }

if(uart_data_ready){ if (tx_counter < 24){

Serial.write(uart_send_buf, TXBUFSIZE); tx_counter++;

}

else if (tx_counter == 24){ tx_counter = 0;

Serial.write(uart_send_buf, TXBUFSIZE); // Сюда вставить команду для отправки 750 байт через модем

sendCommand("AT+CIPSEND=0,750");

}

uart_data_ready = false;

}

}

//Read from or write to register from the SCP1000: uint8_t readRegister(byte thisRegister) { char result = 0; // result to return byte dataToSend = READ + thisRegister; // take the chip select low to select the device: digitalWrite(chipSelectPin, LOW);

// send the device the register you want to read:

SPI.transfer(dataToSend);

delayMicroseconds(2);

SPI.transfer(0x00);

delayMicroseconds(2);

// send a value of 0 to read the first byte returned:

result = SPI.transfer(0x00);

// take the chip select high to de-select:

digitalWrite(chipSelectPin, HIGH);

// return the result:

return (result);

}

//Sends a write command to SCP1000

void writeRegister(byte thisRegister, byte thisValue)

{

byte dataToSend = WRITE + thisRegister; digitalWrite(chipSelectPin, LOW);

SPI.transfer(dataToSend); //Send register location delayMicroseconds(2);

SPI.transfer(0x00); //Send register location delayMicroseconds(2);

SPI.transfer(thisValue); //Send value to record into register

// take the chip select high to de-select: digitalWrite(chipSelectPin, HIGH);

}

void interrupt_routine(void) { //detachInterrupt(1); DRDY = true;

}

void sendCommand(String command){ Serial.print(command); Serial.write(0x0D);

}

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Акты внедрения результатов диссертационного исследования

УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе