Разработка и исследование средств регистрации и обработки биосигналов для управления режимами работы медицинских комплексов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.17, кандидат наук Симон Всеволод Алексеевич

• Симон Всеволод Алексеевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Симон Всеволод Алексеевич

Введение

1. Методы регистрации биосигналов

1.1. Типовая структура устройств регистрации биосигналов

1.2. Основные характеристики устройств регистрации биосигналов

1.3. Основные каскады устройств регистрации биосигналов

1.4. Помехи и артефакты

1.5. Бесконтактная регистрация ЭКГ

1.5.1. Разработки Калифорнийского Университета

1.5.2. Разработки компании QUASAR

1.5.3. Проект Case Western Reserve University

1.5.4. Проект Университета Суссекса

1.5.5. Продукция компании Plessey Semiconductors

1.5.6. Проект Университета Сеула

1.6. Выводы по главе

2. Методы цифровой фильтрации биосигналов

2.1. Обобщенная структура адаптивного фильтра

2.2. Алгоритм минимальной среднеквадратичной ошибки

2.3. Адаптивный режекторный фильтр

2.4. Метод повышения эффективности алгоритма адаптивной фильтрации

2.5. Выводы по главе

3. Методы аппаратной фильтрации биосигналов

3.1. Пассивные RC-фильтры и их характеристики

3.2. Активный режекторый фильтр

3.3. Данные, полученные в ходе эксперимента

3.4. Сопоставление данных эксперимента с расчетными значениями

3.5. Выводы по главе

4. Разработка средств регистрации и обработки биосигналов

4.1. Устройство для бесконтактной регистрации биосигналов

4.2. Одноканальный электроэнцефалограф для мониторинга глубины анестезии

4.3. Метод синхронизации работы рентгеновского аппарата по ЭКГ при рентгенографии сердца в неонатологии

4.4. Компьютерный манипулятор для людей с ограниченными возможностями

4.5. Выводы по главе

Заключение

Список использованных источников

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование средств регистрации и обработки биосигналов для управления режимами работы медицинских комплексов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы обусловлена тем, что регистрация и обработка биосигналов является сегодня одним из основных методов получения информации для управления режимами работы медицинских комплексов. Преимуществом такого подхода является возможность регистрации значительного объема информации, в том числе в течение длительного времени, а также наличие автоматизированных средств обработки полученных данных.

Принцип работы средств для регистрации биосигналов заключается в непосредственном приеме и усилении электрических потенциалов от органов и тканей или в преобразовании в электрический сигнал других видов физических воздействий, возникающих в процессе жизнедеятельности организма. Обработка биосигналов заключается в анализе параметров сигнала, расчете характеристических коэффициентов, автоматизированном выявлении паттернов. Результаты анализа используются для управления внешними информационными и исполнительными устройствами в составе медицинских комплексов. На качество сигналов существенное воздействие оказывают многие негативные факторы, среди которых можно выделить сетевую помеху, миографические помехи (тремор мышц), артефакты движения и дыхания. Использование аналоговой и цифровой фильтрации позволяет минимизировать влияние негативных факторов.

Научный задел, созданный благодаря работам В. В. Шаповалова, З. М. Юлдашева, J. Bruhn, T. W. Bouillon, G. Cauwenberghs, G. D. Clifford, M. Cascella, N. G. Chamoun, R. K. Ellerkmann, A. Gacek, A. Hoeft, S. Kreuer, S. Leonhardt, B. Musizza, J. Pan, V. Pedrycz, R. M. Rangayyan, S. Ribaric, H. Röpcke, M. Särkelä, J. C. Sigl, W. J. Tompkins, A. P. Vakkuri, H. Viertiö-Oja, A. Yli-Hankala и других, дал возможность широкого применения методов регистрации и цифровой обработки биосигналов в медицинских комплексах.

Постоянное развитие медицинской техники, информатизация современных медицинских комплексов требует непрерывного совершенствования средств регистрации и обработки биосигналов, что и позволило сформулировать цель диссертационного исследования - разработка и исследование средств регистрации и обработки биосигналов для управления режимами работы медицинских комплексов.

Для достижения поставленной цели были решены следующие теоретические и практические задачи:

- исследованы методы комплексной аналоговой и цифровой фильтрации биосигналов;

- разработан метод увеличения эффективности алгоритмов адаптивной фильтрации помех в биосигналах;

- разработана принципиальная электрическая схема режекторного фильтра для подавления одночастотных помех в биосигналах с настройкой частоты путем изменения параметров одного компонента;

- исследовано влияние параметров предложенной схемы режекторного фильтра на его характеристики с целью повышения эффективности фильтрации одночастотных помех в биосигналах;

- исследована возможность применения разработанных средств регистрации и обработки биосигналов для управления режимами работы медицинских комплексов;

- проведена разработка и технические испытания одноканального электроэнцефалографа для регистрации сигналов головного мозга при мониторинге глубины анестезии, устройства для регистрации электрокардиограмм (ЭКГ) без прямого контакта между электродами и кожей человека, а также компьютерного манипулятора для людей с ограниченными возможностями, позволяющего управлять курсором на экране компьютера путем перемещения мундштука, а также вдоха или выдоха через него;

- разработан метод синхронизации работы рентгеновского аппарата с диастолической фазой ЭКГ.

Объектом исследования являются средства регистрации и обработки биосигналов.

Предметом исследования являются факторы, определяющие характеристики средств регистрации и обработки биомедицинских сигналов.

При решении поставленных задач применялись следующие методы исследования: обобщение данных в области разработки средств регистрации и обработки биосигналов, математическое моделирование, программирование, проведение экспериментов с образцами технических средств регистрации и обработки биосигналов, созданными в ходе работы.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований согласуются между собой и с мнением экспертов в профильной области, что подтверждает достоверность выводов и рекомендаций, сделанных в работе.

В процессе работы были получены новые научные результаты:

- разработан метод увеличения эффективности алгоритмов адаптивной фильтрации остаточного уровня сетевой помехи в биосигналах, используемый также для подавления высших гармоник данной помехи;

- разработана схема режекторного фильтра с регулировкой центральной частоты путем изменения только одного параметра его схемы для фильтрации одночастотных помех в биосигналах;

- разработаны методы обработки биосигналов и способы их применения для управления режимами работы медицинских комплексов.

Практическая значимость определяется тем, что в процессе работы:

- разработаны методы фильтрации биосигналов, позволяющие значительно снизить уровень сетевой помехи, что повышает информативность биосигналов при их регистрации в различных, в том числе нестационарных, условиях;

- разработан метод синхронизации работы рентгеновского аппарата с диастолической фазой ЭКГ, позволяющий уменьшить негативное влияние двигательной активности пациента на качество получаемых рентгеновских изображений.

- проведена разработка, технические испытания и апробация бесконтактного электрокардиографа, одноканального электроэнцефалографа и компьютерного манипулятора для лиц с ограниченными возможностями.

В результате проведенных экспериментальных и теоретических исследований на защиту выносятся следующие научные положения:

1. Совместное использование аналоговой фильтрации и адаптивной цифровой фильтрации биосигналов, применяемой после аналоговой фильтрации, позволяет уменьшить уровень сетевой помехи более чем на порядок.

2. Применение разработанного режекторного фильтра в полосе частот 5 Гц в устройстве регистрации ЭКГ без прямого контакта с кожей позволяет повысить коэффициент усиления полезного сигнала не менее чем в 3 раза без перегрузки усилителя благодаря уменьшению уровня сетевой помехи.

3. Разработанные методы обработки биосигналов позволяют повысить эффективность работы автоматизированных информационных и исполнительных устройств в составе медицинских комплексов за счет снижения вероятности ложного срабатывания из-за сетевой помехи.

При непосредственном участии автора была проведена разработка бесконтактного электрокардиографа и манипулятора для лиц с ограниченными возможностями, а также разработка, изготовление, испытание и внедрение в производственный процесс ПАО «Красногвардеец» одноканального электроэнцефалографа для мониторинга глубины анестезии и разработка, испытание и внедрение в производственный процесс ЗАО «ЭЛТЕХ-Мед» метода синхронизации работы рентгеновского аппарата с диастолической фазой ЭКГ. Результаты диссертационной работы также широко используются в учебном процессе подготовки специалистов в области электроники на кафедре электронных приборов и устройств СПбГЭТУ «ЛЭТИ».

Апробация работы проводилась на международных и всероссийских конференциях, конгрессах и семинарах, среди которых: VIII Всероссийский съезд аритмологов (Томск, 2019), XII и XIII Международный конгресс «Кардиостим» (Санкт-Петербург, 2016, 2018), Международная научно-техническая конференция (НТК) «Intermatic» (Москва, 2017), XII Российско-Германская конференция по биомедицинской инженерии (Суздаль, 2016), XXVIII Всероссийская НТК студентов, молодых ученых и специалистов «БиоМедСистемы» (Рязань, 2015), VII Научно-практическая конференция с международным участием «Наука настоящего и будущего» (Санкт-Петербург, 2019), 71-я Всероссийская НТК, посвященная Дню Радио (Санкт-Петербург, 2016), III Научно-техническая школа-семинар «Инфокоммуникационные технологии в цифровом мире» (Санкт-Петербург, 2013).

По теме диссертации опубликована 21 печатная работа (из них 3 в

рекомендованных ВАК изданиях, 9 - индексируемых в Scopus), получено 2 патента на полезную модель и 3 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (102 наименования). Основная часть работы изложена на 154 страницах машинописного текста, содержит 130 рисунков и 3 таблицы.

1. МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ БИОСИГНАЛОВ

Биопотенциал (биоэлектрический потенциал) - энергетическая характеристика взаимодействия зарядов, находящихся в исследуемой живой ткани, например, в различных областях мозга, клетках и других структурах [1]. Амплитуда биопотенциалов может составлять от десятков милливольт до единиц микровольт и ниже. Обычно измеряется не абсолютное значение потенциала, а сумма или разность потенциалов между различными точками ткани, демонстрирующая биоэлектрическую активность клеток ткани и характер протекающих метаболических процессов. Регистрация биопотенциалов производится с использованием электродов различной конструкции, устанавливаемых в определенные точки на теле пациента. Биосигналы отражают изменение биопотенциалов за определенное время. Регистрация биосигналов, таких как электрокардиограмма (ЭКГ), электроэнцефалограмма (ЭЭГ), электромиограмма и других, является одним из основных методов исследования, использующихся в электрофизиологии [2].

Методы регистрации биосигналов широко используются в клинической практике, являясь зачастую основными при оценке функционального состояния различных тканей и органов. Информация, полученная при регистрации биосигналов, применяются в бионике, кибернетике и других отраслях современной науки, а также для управления работой информационных и исполнительных устройств в составе медицинских комплексов.

1.1. Типовая структура устройств регистрации биосигналов

Увеличение информативности биосигналов в основном определяется совершенствованием техники и методов исследований, регистрирующей и измерительной аппаратуры.

Простейшим видом такой аппаратуры является одноканальное устройство, позволяющее регистрировать электрические потенциалы с одного определенного участка органа: например, ЭЭГ с одной области мозга [3], ЭКГ в одном отведении [4]. Такое устройство включает в себя ряд отводящих электродов, минимальное

количество которых обычно составляет три изделия. Например, устройство для регистрации ЭКГ в одном отведении имеет электроды, которые размещаются в различных точках тела (правая рука, левая рука, левая нога, различные точки грудной клетки). Это позволяет последовательно записывать ЭКГ сначала в I отведении, затем во II, III, а также в грудных отведениях. Для реализации такого способа регистрации все отводящие провода от электродов подключаются к коммутатору электродов (мультиплексору), который последовательно соединяет различные пары электродов в любых комбинациях. От коммутатора электродов два выбранных провода идут к усилителю. Усилитель, не изменяя формы и длительности сигнала, значительно увеличивает его амплитуду. Затем усиленные потенциалы регистрируются с использованием аналого-цифрового преобразования и сохраняются в виде файла на компьютере. С помощью самописца график изменения биопотенциалов во времени также может быть изображен на специальной бумаге.

В устройствах для регистрации биосигналов также присутствуют и вспомогательные приборы: калибраторы напряжения, стимуляторы, отметчики времени и моментов раздражения. Также в состав устройства для регистрации биосигналов может входить экранирующая камера, которая необходима для защиты установки от внешних помех - от медицинского оборудования, электросети, радиочастотных устройств. При отсутствии экранированной камеры сигнал может быть искажен помехами, а при значительном уровне помех регистрация биопотенциалов может стать невозможной.

1.2. Основные характеристики устройств регистрации биосигналов

Оценка качества устройства для регистрации биосигналов любого типа зависит от его основных характеристик: чувствительности, диапазона амплитуд регистрируемых биосигналов, частотных характеристик, уровня собственных шумов.

Чувствительность установки - величина входного напряжения, необходимая для изменения выходного сигнала на определенную величину.

Чувствительность современных устройств экспертного класса при использовании самописца не хуже 1 мкВ/мм.

Диапазон амплитуд регистрируемых колебаний зависит от типа регистрирующего прибора и устройства усилителей. Существуют ограничения пропорциональности между изменением уровня выходного сигнала и величиной поданного напряжения: повышение напряжения на входе будет вызывать пропорциональное изменение выходного сигнала только в определенном диапазоне амплитуд. За пределами установленного диапазона эта пропорциональность нарушается: изменение выходного сигнала будет меньше, чем степень повышения входного напряжения. Соответственно, чем больше чувствительность устройства, тем больше диапазон регистрируемых амплитуд, что расширяет область его применения. Наименьшая амплитуда входного сигнала, которую может зарегистрировать устройство, определяется чувствительностью устройства и уровнем собственных шумов усилителя.

Частотная характеристика - это диапазон частот, которые устройство для может регистрировать без искажения. Частотная характеристика определяется особенностями усилителя и аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Если на оси абсцисс установить частоту синусоидальных колебаний, а на оси ординат амплитуду этих колебаний, затем на входе повышать частоту, не изменяя амплитуду, то в зависимости от частотной характеристики устройства на записи можно получить разный результат: в одном случае амплитуда потенциалов будет уменьшаться (искажаться) при небольшой частоте, а в другом - на более высокой частоте. Если два устройства одинаково регистрируют низкие частоты, то лучшим из них будет то устройство, которое может регистрировать без искажений сигналы более высокой частоты.

Собственные шумы представляют собой непериодические колебания, по

характеру похожие на некоторые записи биосигналов живых тканей. Похожий

шум будет регистрироваться устройством до того, как ее на вход будут поданы

исследуемые потенциалы. Если амплитуда шума будет достаточно большой, то

такое устройство непригодно для использования. В любом устройстве

9

присутствует собственный шум, но его амплитуда должна быть ниже, чем амплитуда регистрируемого сигнала. В современных устройствах для регистрации биосигналов уровень собственного шума не превышает 1-2 мкВ.

При оценке устройств для регистрации биосигналов в первую очередь учитывают их чувствительность, диапазон регистрируемых амплитуд, частотные характеристики и уровень собственных шумов, принимая во внимание параметры, которыми характеризуются регистрируемые биосигналы.

1.3. Основные каскады устройств регистрации биосигналов

Качество устройства регистрации биосигналов зависит от характеристик отдельных ее каскадов (трактов), каждый из которых имеет определенное назначение.

Так как регистрация биопотенциалов производится одновременно или последовательно с многих пар электродов, размещенных на объекте исследования, необходимо переключать электроды, подсоединяемые к входу устройства. Коммутатор позволяет производить отведение потенциалов от любых областей в различных комбинациях.

Простейший коммутатор представляет собой входную колодку с множеством перемычек и гнезд, с помощью которых можно соединить в пару любые электроды. В установках, которые имеют много каналов и большое число электродов, используются переключатели, позволяющие отводить потенциалы от множества точек в различных комбинациях. Устанавливая переключатель в определенное положение, можно подвести сигнал к выбранному каналу регистрации от любой пары электродов.

Применение усилителей позволяет регистрировать биопотенциалы с помощью малочувствительных приборов, таких как самописцы. Зачастую один каскад не обеспечивает достаточный уровень усиления биопотенциалов, поэтому обычно применяются многокаскадные усилители. Использование АЦП высокой разрядности (в настоящее время используются АЦП разрядностью 24 и 32 бита) позволяет значительно снизить требуемый коэффициент усиления.

Все усилители делятся на две группы в зависимости от того, как соединены каскады между собой в многокаскадном усилителе: усилители с емкостной связью между каскадами (усилители переменного тока) и усилители с непосредственной прямой связью между каскадами (усилители постоянного тока).

У усилителя с емкостной связью связь между каскадами осуществляется с помощью конденсатора. Если регистрируемый процесс является низкочастотным, то импеданс конденсатора будет высоким, и потенциалы с первого каскада практически не будут передаваться на второй. Коэффициент усиления у такого усилителя будет близким к нулю.

Для регистрации медленных процессов применяется усилитель с непосредственной связью между каскадами. У такого усилителя между каскадами нет разделительного конденсатора, поэтому усилитель может регистрировать даже постоянные напряжения. Усилители постоянного тока имеют ряд недостатков. Из-за прямой связи между каскадами усилитель, в особенности с большим коэффициентом усиления, становится крайне чувствительным к колебаниям напряжения входного каскада.

В усилителях присутствует возможность регулирования полосы пропускания частот. Это осуществляется установкой RC-фильтров перед каскадами усиления. Усиленные биопотенциалы подаются на регистрирующее устройство, осуществляющее регистрацию колебаний электрических потенциалов на бумаге в виде кривой или в цифровом виде.

1.4. Помехи и артефакты

В процессе регистрации биопотенциалов могут появляться помехи и артефакты. Помехами называют электрические колебания, которые поступают на вход устройства для регистрации биосигналов, они не являются частью регистрируемых биопотенциалов.

Токи утечки являются одним из источников помех. Провода электросети, по которым течет переменный ток, имеют конечное значение сопротивления.

Материалы, из которых сделаны потолки, пол, стены проявляют не столько диэлектрические, сколько полупроводниковые свойства, пропуская токи, называемые токами утечки. Токи утечки обычно распространяются от проводов в землю, а поскольку устройство регистрации заземлено, то они могут попасть на входные провода, подключенные к электродам. Токи утечки очень малы: они могут создавать незначительные потенциалы на входе устройства, но усилитель увеличивает амплитуду входных сигналов в тысячи раз, приводя к значительному уменьшению отношения сигнал-шум.

Другая причина помех - это магнитные поля, создаваемые вокруг проводов, по которым течет ток. Если провода, имеющие противоположную полярность, свиты между собой, то суммарное магнитное поле, создаваемое ими, будет незначительным. В случае единичного провода магнитное поле может создать помехи, если он расположен близко к входу устройства регистрации биосигналов.

Электрические поля, которые возникают между проводами противоположной полярности, также могут быть причиной помех. Постоянное электрическое поле, которое создается проводами с постоянным током, не является помехой для регистрации биопотенциалов. Переменные же токи порождают переменные электрические поля, которые создают на теле пациента электрические потенциалы, регистрируемые вместе с исследуемыми биопотенциалами. Наводки такого типа особенно сильны при большом сопротивлении электродов, т. е. при плохом их контакте с пациентом.

Последний тип помех - это высокочастотные поля (с частотой, превышающей частоту промышленной сети), создаваемые рентгеновскими установками, генераторами высокой частоты, микроволновыми установками, электромоторами. Опасность таких полей в том, что они могут распространяться на большое расстояние и оказывать влияние на входной тракт установки как прямо, так и путем возбуждения колебаний в проводах, между объектом и землей.

Артефакты - это колебания, которые создаются многими факторами:

смещением электродов, движением и дыханием пациента, поступлением на вход

устройства регистрации биопотенциалов различных сигналов от других органов и

12

тканей, колебания, возникающие вследствие механических вибраций различного оборудования.

Один из методов борьбы с артефактами и помехами - это выбор помещения, в котором устанавливается устройство регистрации биосигналов. Помещение должно находиться вдали от высоковольтных линий, по возможности на самом нижнем этаже, в сухой комнате. Устройство регистрации биосигналов должно располагаться вдали от мощных трансформаторов, кабинетов физиотерапии, рентгеновских аппаратов. Одной из важных мер по борьбе с токами утечки является изоляция пациента и регистрирующего устройства от пола.

Экранировка помогает избежать помех от магнитных полей, от электрических полей, создаваемых промышленной сетью, от высокочастотных полей. Самым надежным методом борьбы с помехами является оборудование специальной экранированной камеры.

Экранированные камеры должны быть сделаны из листового железа или латуни. Освещение внутри камеры может осуществляться различными способами: от источника постоянного тока, от лампочки, экранированной металлической сеткой. Необходимо, чтобы стены, потолок и пол камеры являлись единой системой с высокой электропроводностью. Для этого листы железа или металлическую сетку, из которых изготавливается камера, сваривают друг с другом для обеспечения электрического контакта. Дверь и стены камеры должны быть изготовлены из одинаковых материалов. Камера подсоединяется к системе заземления с помощью толстых медных проводов.

В камере должна обеспечиваться хорошая вентиляция. Внутри камеры должен находиться только объект исследования. Провода, идущие от пациента, также должны быть экранированными.

1.5. Бесконтактная регистрация ЭКГ

Регистрация биосигналов, в частности ЭКГ, может осуществляться не только при прямом низкоомном контакте электродов с кожей пациента, но и через электрическую емкость между электродом и кожей, разделенных электрически непроводящим материалом, что дает возможность изготавливать плоские электроды, встраиваемые в различные изделия широкого потребления.

Значительное количество научных трудов по теме бесконтактной электрокардиографии создано при участии Герта Ковенбергса (Gert Cauwenberghs), сотрудника кафедры биологической инженерии Калифорнийского университета. В докладе [5] рассматриваются причины, побудившие к исследованиям бесконтактного метода получения ЭКГ. Главным побуждающим фактором выступает стремление преодолеть недостаток классических систем измерения ЭКГ, заключающийся в необходимости обеспечения надежного омического контакта электродов с поверхностью кожи. Проводящие гели, обычно использующиеся для обеспечения омического контакта, могут привести к раздражениям кожных покровов. Также контактный метод плохо приспособлен для работы в неклинических условиях. Однако схемотехнические решения, реализующие контактную схему измерения ЭКГ, достаточно просты, надежны и давно используются в клинических и исследовательских кардиографах. Наиболее простая электрическая схема, позволяющая измерить электрическую активность миокарда, состоит всего из нескольких электронных компонентов [6].

В настоящее время существует множество публикаций по теме контактного метода регистрации ЭКГ. Среди них следует выделить «Указания по разработке аппаратной части модуля для регистрации ЭКГ» [7], выпущенные подразделением China Applications Support Team компании Analog Devices. При всей своей краткости этот документ содержит всю самую необходимую разработчикам электрокардиографического оборудования информацию. В «Указаниях по разработке» приведена обобщенная форма ЭКГ сигнала с указанием характерных величин измеряемых параметров (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Форма ЭКГ сигнала и характерные значения его параметров.

Исходя из информации, представленной на рисунке 1.1 можно заключить, что системе измерения ЭКГ приходится иметь дело с сигналами величиной в несколько милливольт. Диапазон частот ЭКГ сигнала ограничен несколькими сотнями Герц, при этом для стандартного клинического использования можно ограничиться полосой от 0.05 Гц до 100 Гц. Сигнал с такой полосой частот будет испытывать негативное воздействие помехи промышленной частоты 50/60 Гц, для избавления от которой обычно используются режекторные фильтры (также именуемые нотч-фильтрами, от англ. notch - вырезка, выемка).

Также в «Указаниях по разработке» обращается внимание и на другие виды помех, воздействующих на ЭКГ сигнал:

1. Шум, возникающий вследствие изменения условий контакта электрода с кожей;

2. Искажения сигнала при движении пациента, связанные с изменением импеданса контакта электрод-кожа;

3. Помехи электромагнитной природы от различных электроны устройств;

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Симон Всеволод Алексеевич, 2019 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Ингерлейб М. Б. Медицинские исследования: справочник. М.: Эксмо, 2018. 594 с.

2. Ингерлейб М. Б. Полный справочник анализов и исследований в медицине. М.: Омега-Л, 2014. 500 с.

3. Nunez P. L., Srinivasan R. Electric Fields of the Brain—The Neurophysics of EEG. Oxford: Oxford University Press, 2006. 234 p.

4. Тартаковский М. Б. Однополюсная электрокардиография. Л.: Медгиз, 1958. 332 с.

5. Chi Y. M., Cauwenberghs G. Wireless non-contact ECG and EEG for unobtrusive cardiac and brain monitoring. Integrated Systems Neuroengineering Lab. BENG186 Guest Lecture, 2011. 28 p.

6. Герасимов В. А., Афанасьев П. В., Бохов О. С. и др. Исследование возможности создания систем бесконтактного получения электрокардиограмм // Биотехносфера. 2015. № 3(39). С. 2-6.

7. Fountain M., Wenshuai L. Hardware Design Specifications. Project: ECG Monitoring Module. Analog Devices, China Applications Support Team, 2007. 23 p.

8. Chi Y. M., Cauwenberghs G. Micropower Non-contact EEG Electrode with Active Common-Mode Noise Suppression and Input Capacitance Cancellation // 31st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Minneapolis, 2009. P. 4218-4221.

9. Lee J. M., Pearce F., Hibbs A. D. et al. Evaluation of a Capacitively-Coupled, Non-Contact (through Clothing) Electrode or ECG Monitoring and Life Signs Detection for the Objective Force Warfighter // RTO-MP-HFM, 2004. Vol. 109. P. 25-1-25-10.

10. Matthews R., McDonald N. J., Fridman I. et al. The invisible electrode - zero prep time, ultra low capacitive sensing // Quantum Applied Science and Research, Inc. 2010. URL: http ://dev.quasarusa.com/wp-content/uploads/2010/12/Matthews_HCII-2005_The-invisible-electrode-zero-prep-time-ultra-low-capacitive-sensing.pdf

11. An ultra-wearable, wireless, low power ECG monitoring system / Chou P. H., Bai Y., Matthews R., Hibbs A. // Proceedings of BIOCAS IEEE, 2006. P. 241-244.

12. Sullivan T. J., Deiss S. R., Cauwenberghs G. A Low-Noise, Non-Contact EEG/ECG Sensor // Proceedings of BIOCAS IEEE. Montreal, 2007. P. 154-157.

13. Wireless Non-contact EEG/ECG Electrode for Body Sensor Networks // Proceedings of the 2010 International Conference on Body Sensor Networks. Singapore, 2010. P. 297-301.

14. Ultra Low Input Bias Current Instrumentation Amplifier INA116 / Burr-Brown Corporation, 1994. URL: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina116.pdf

15. Bill X. Y. An Innovative Non-contact Sensing Platform to Prevent Traffic Accident due to Driver Drowsiness // The Ohio Transportation Consortium. Akron, 2011. URL: http://otc.uakxon.edu/files/2014/02/An-Innovative-Non-contact-Sensing-Platform-to-Prevent-Traffic-Accident-due-to-Driver-Drowsiness.pdf

16. Harland C. J., Clark T. D., Prance R. J. Electric Potential Probes - New Directions in the Remote Sensing of the Human Body // Measurement Science and Technology. 2002. Vol. 13. № 2. P. 163-169.

17. Prance R. J., Debray A., Clark T. D. et al. An Ultra Low Noise Electric Potential Probe for Human Body Scanning // Measurement Science and Technology. 2000. Vol. 11. № 3. P. 291-297.

18. Lowne A., Breakspear R. Non-contact ECG measurement using EPIC Sensors // Saelig Company, Inc. URL: http://www.saelig.com/supplier/plessey/Non-contact ECG measurement using EPIC-article0911312P.pdf

19. PS25201A EPIC Ultra High Impedance ECG Sensor Advance Information // Saelig Company, Inc. URL: http://www.saelig.com/supplier/plessey/PS25201A.pdf

20. Lee K. M., Lee S. M., Park K. S. Belt-type Wireless and Non-contact Electrocardiogram Monitoring System Using Flexible Active Electrode // International Journal of Bioelectromagnetism. 2010. Vol. 12. № 4. P. 153-157.

21. Haykin S. Adaptive Filter Theory / Pearson. 2013. 912 p.

22. Thakor N. V.; Zhu Y.-S. Applications of adaptive filtering to ECG analysis: noise cancellation and arrhythmia detection // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 1991. Vol. 38. № 8. P. 785-794.

23. Рангайян Р. М. Анализ биомедицинских сигналов. Практический подход / Пер. с англ. под ред. А. П. Немирко. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2007. 440 с.

24. Уидроу Б., Стирнз С. Д. Адаптивная обработка сигналов. М.: Радио и связь. 1989. 439 с.

25. Uhov A. A., Gerasimov V. A., Kostrin D. K. et al. An approach to digital adaptive filtering of bioelectric signals // Proceedings of the 2019 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). Saint Petersburg, 2019. 8657204. P. 1347-1351.

26. Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ: Учеб. пособие для вузов / Под ред. А. Л. Барановского и А. П. Немирко. М.: Радио и связь. 1993. 248 с.

27. Симон В. А. Метод синхронизации по электрокардиограмме при проведении рентгенографии сердца в неонатологии // Вопросы радиоэлектроники. 2019. № 12. С. 48-59.

28. Ухов А. А., Герасимов В. А., Селиванов Л. М. и др. Аналоговая схемотехника. Схемы на транзисторах и операционных усилителях: учеб.-метод. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2016. 96 стр.

29. Ухов А. А., Герасимов В. А., Селиванов Л. М. и др. Аналоговая схемотехника. Источники питания и усилители мощности: учеб.-метод. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2017. 48 стр.

30. Кореневский Н. А., Юлдашев З. М. Проектирование биотехнических систем медицинского назначения. Средства обработки и отображения. Учебник. Старый Оскол: Тонкие наукоемкие технологии. 2018. 332 с.

31. Кореневский Н. А., Попечителев Е. П. Узлы и элементы биотехнических систем: учебник. Старый Оскол: ТНТ. 2012. 448 с.

32. Зайченко К. В. Информационная система съема и обработки сигналов датчиков биоэлектрической активности живых систем // Датчики и системы. 2015. № 2 (189). С. 52-56.

33. Сергеев Т. В. Полосовой фильтр с регулируемыми параметрами для регистрации и обработки электрокардиосигналов по методу ЭКГ СВР // Биомедицинская радиоэлектроника. 2013. № 9. С. 58-62.

34. Зайченко К. В., Сергеев Т. В. Аналоговая обработка биоэлектрических сигналов со сверхвысоким разрешением // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2009. № 3. С. 27-34.

35. Съем и обработка биоэлектрических сигналов: Учеб. пособие / под ред. К. В. Зайченко. СПб.: Изд-во СПбГУАП. 2001. 140 с.

36. Jung W. Op Amp Applications Handbook. Burlington: Newnes. 2005. 896 p.

37. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ. 2014. 16 с.

38. Linear Circuit Design Handbook / Zumbahlen H., ed. Newnes. 2008. 960 p.

39. Симон В. А., Герасимов В. А., Кострин Д. К. и др. Режекторный фильтр с настраиваемыми параметрами // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2017. № 5. С. 3-9.

40. Герасимов В. А., Кострин Д. К., Селиванов Л. М. и др. Режекторный фильтр с независимой регулировкой центральной частоты и добротности // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2017. Т. 17. № 4. С. 1068-1070.

41. Low Power, Single-Supply Difference Amplifier INA132. Data Sheet. Burr-Brown Corporation. 1996. URL: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina132.pdf

42. Precision, Very Low Noise, Low Input Bias Current, Wide Bandwidth JFET Operational Amplifiers AD8510/AD8512/AD8513. Data Sheet. Analog Devices, Inc. 2018. URL: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD8510_8512_8513 .pdf

43. Симон В. А., Кострин Д. К., Сенотрусова Е. А. и др. Режекторный

фильтр. Пат. на полезн. мод. №180799. Заявл. 25.01.2018 г., зарег. 22.06.2018 г.

148

44. Precision Dual-Channel Difference Amplifier AD8270. Data Sheet. Analog Devices, Inc. 2016. URL: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD8270.pdf

45. JFET Input Instrumentation Amplifier with Rail-to-Rail Output in MSOP Package AD8220. Data Sheet. Analog Devices, Inc. 2019. URL: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD8220.pdf

46. Семчук И. П., Змиевской Г. Н., Муравская Н. П., Самородов А. В. Бесконтактный фотоплетизмограф для исследования жизненно важных функций организма // Приборы. 2018. № 7 (217). С. 1-6.

47. Семчук И. П., Змиевской Г. Н., Муравская Н. П. и др. Экспериментальное исследование методов бесконтактной фотоплетизмографии // Медицинская техника. 2019. № 1 (313). С. 1-4.

48. AK5381 24Bit 96 kHz AS ADC. Data Sheet. Asahi Kasei Microdevices. 2005. URL: http://www.akm.com/akm/en/file/datasheet/AK5381ET.pdf.

49. Красичков А. С., Григорьев Е. Б., Нифонтов Е. М., Шаповалов В. В. Алгоритм обнаружения и сортировки кардиокомплексов в задаче обработки данных длительного мониторирования кардиосигнала // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2016. Т. 50. № 6. С. 70-78.

50. Исаков Р. В., Салех М. А., Сушкова Л. Т. Сегментарный подход к обработке электрокардиографических сигналов при построении систем автоматизированного анализа // Проектирование и технология электронных средств. 2010. № 4. С. 24-29.

51. Кавасма Р. А., Кузнецов А. А., Плеханов А. А., Сушкова Л. Т. Ярусный метод анализа RR-интервалограмм // Биомедицинская радиоэлектроника. 2007. № 12. С. 62-65.

52. Simon V. A., Gerasimov V. A., Kostrin D. K., Selivanov L. M., Uhov A. A. Peculiarities of noncontact cardiac signal registration // Journal of Physics: Conference Series. - 2018. - Vol. 1124. - P. 031003.

53. Нгуен Ч. Т., Юлдашев З. М., Садыкова Е. В. Система удаленного мониторинга сердечного ритма для выявления эпизодов фибрилляции предсердий // Медицинская техника. 2017. № 3 (303). С. 28-31.

54. Нгуен Ч. Т., Юлдашев З. М. Носимая система для предупреждения у пациента мерцательной аритмии // Биотехносфера. 2015. № 4 (40). С. 25-27.

55. Andreae M. H., Andreae D. A. Local anaesthetics and regional anaesthesia for preventing chronic pain after surgery // Cochrane Database of Systematic Reviews. 2012. № 10. CD007105.

56. Levene J. L., Weinstein E. J., Cohen M. S. et al. Local anesthetics and regional anesthesia versus conventional analgesia for preventing persistent postoperative pain in adults and children: A Cochrane systematic review and metaanalysis update // Journal of Clinical Anesthesia. 2019. Vol. 55. P. 116-127.

57. Recommendations for standards of monitoring during anaesthesia and recovery. Association of Anaesthetists, Royal College of Anaesthetists. 2015. URL: https://anaesthetists.org/Portals/0/PDFs/Guidelines%20PDFs/Guideline_standards_of_ monitoring_anaesthesia_recovery_2015_final.pdf?ver=2018-07-11-163757-223&ver=2018-07-11-163 757-223

58. Musizza B., Ribaric S. Monitoring the depth of anaesthesia // Sensors. 2010. № 10. P. 10896-10935.

59. Fiehn A. Monitoring awareness during cardiac surgery // Annals of Cardiac Anaesthesia. 2002. № 5. P. 149-155.

60. Цветков О. В. Энтропийный анализ данных в физике, биологии и технике. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2015. 202 с.

61. Калиниченко А. Н., Манило Л. А., Немирко А. П., Волкова С. С. Оценка глубины анестезии по ЭЭГ на основе спектральной энтропии // Биотехносфера. 2010. № 3 (9). С. 27-34.

62. Пантеева О. Н., Лебединский К. М., Немирко А. П. и др. ЭЭГ как инструмент оценки глубины анестезии // Эфферентная терапия. 2010. Т. 16. № 4. С. 28-34.

63. Немирко А. П., Манило Л. А., Калиниченко А. Н., Волкова С. С. Сравнительный анализ применения различных оценок энтропии ЭЭГ-сигнала для распознавания стадий наркоза // Биотехносфера. 2010. № 3 (9). С. 3-10.

64. Manilo L. A., Volkova S. S. Recognition of the deep anesthesia stage from parameters of the approximated entropy of EEG signal // Pattern Recognition and Image Analysis (Advances in Mathematical Theory and Applications). 2013. Т. 23. № 1. С. 92-97.

65. Kalinichenko A. N., Manilo L. A., Nemirko A. P. Analysis of anesthesia stages based on the EEG entropy estimation // Pattern Recognition and Image Analysis (Advances in Mathematical Theory and Applications). 2015. Т. 25. № 4. С. 632-641.

66. Немирко А. П., Манило Л. А., Калиниченко А. Н., Волкова С. С. Энтропийные методы оценки уровня анестезии по ЭЭГ-сигналу // Информационно-управляющие системы. 2010. № 3 (46). С. 69-74.

67. Technology overwiev: Bispectral Index. Aspect Medical Systems, Inc. 1997. URL: http://symona.ru/wp-content/uploads/2018/05/Technology-0verview-Bispectral-Index-1.pdf

68. Sigl J. C., Chamoun N. G. An introduction to bispectral analysis for the electroencephalogram // Journal of Clinical Monitoring. 1994. Vol. 10. P. 392-404.

69. Viertio-Oja H., Sarkela M., Talja P. et al. Entropy of the EEG Signal Is a Robust Index for Depth of Hypnosis // Anesthesiology. 2000. Vol. 93. A-1369.

70. Bruhn J., Lehmann L. E., Roepcke H. et al. Shannon entropy applied to the measurement of the electroencephalographic effects of desflurane // Anesthesiology. 2001. Vol. 95. P. 30-35.

71. Ellerkmann R. K., Liermann V. M., Alves T. M. et al. Spectral entropy and bispectral index as measures of the electroencephalographic effects of sevoflurane // Anesthesiology. 2004. Vol. 101 P. 1275-1282.

72. Bruhn J., Röpcke H., Hoeft A. Approximate entropy as an electroencephalographic measure of anesthetic drug effect during desflurane anesthesia // Anesthesiology. 2000. Vol. 92 P. 715-726.

73. Viertio-Oja H., Maja V., Sarkela M. et al. Description of the Entropy algorithm as applied in the Datex-Ohmeda S/5 Entropy Module // Acta Anaesthesiologica Scandinavica. 2004. Vol. 48. P. 154-161.

74. Schmidt G. N., Bischoff P., Standl T. et al. Comparative evaluation of the Datex-Ohmeda S/5 Entropy Module and the Bispectral Index monitor during propofol-remifentanil anesthesia // Anesthesiology. 2004. Vol. 101. P. 1283-1290.

75. Simon V. A. A method of simultaneous registration of biomedical signals // AIP Conference Proceedings. 2019. Т. 2140. P. 020071.

76. Simon V. A., Gerasimov V. A., Kostrin D. K. et al. Analog-digital educational setup for electrocardiogram and photoplethysmogram registration // AIP Conference Proceedings. 2019. Т. 2089. P. 020018.

77. Simon V. A., Gerasimov V. A., Kostrin D. K. et al. Method of recording bioelectrical signals using a capacitive coupling // Journal of Physics: Conference Series. 2017. Т. 929. P. 012016.

78. Uhov A. A., Gerasimov V. A., Selivanov L. M. et al. A method of cardiac signal registration through a capacitive coupling between sensors and patient's skin // Proceedings of the 2016 IEEE North West Russia Section Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference (EIConRusNW). 2016. 7448302. P. 797-799.

79. Simon V. A., Gerasimov V. A., Kostrin D. K. et al. Single-channel electroencephalograph for monitoring the depth of anaesthesia // Journal of Physics: Conference Series. 2017. Vol. 881. P. 012021.

80. Simon V. A., Gerasimov V. A., Kostrin D. K. et al. One-channel EEG monitor for tracking the depth of narcosis // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 1038. P. 012028.

81. Свид. об. офиц. рег. прог. для ЭВМ. 2017663228 Программа для мониторинга состояния батарей автономного питания энцефалографа («EncephalBatMng»). Ухов А. А., Герасимов В. А., Селиванов Л. М., Симон В. А., Сенотрусова Е. А.; заявл. 05.10.2017 г., зарег. 27.11.2017 г.

82. Свид. об. офиц. рег. прог. для ЭВМ. 2017663087 Программа для визуализации состояния батарей автономного питания энцефалографа «BatCon». Ухов А. А., Герасимов В. А., Селиванов Л. М., Симон В. А., Сенотрусова Е. А.; заявл. 05.10.2017 г., зарег. 24.11.2017 г.

83. Свид. об. офиц. рег. прог. для ЭВМ. 2018611813 Программа для получения данных от электроэнцефалографического (ЭЭГ) монитора ("EEGMon2PC"). Кострин Д. К., Ухов А. А., Герасимов В. А., Селиванов Л. М., Симон В. А., Сенотрусова Е. А.; заявл. 19.12.2017 г., зарег. 07.02.2018 г.

84. Gacek A., Pedrycz W. ECG Signal Processing, Classification and Interpretation: A Comprehensive Framework of Computational Intelligence. London: Springer-Verlag. 2012. 278 p.

85. Merrow A. C., Jr., Hariharan S. (editors) Imaging in Pediatrics E-Book. Salt Lake City, Elsevier, 2017, 300 p.

86. Reid J. R., Lee Ed. Y., Paladin A. et al. (editors) Pediatric Radiology. New York, Oxford University Press USA, 2014, 525 p.

87. Kim In-One (editor) Radiology Illustrated: Pediatric Radiology. Berlin, Springer-Verlag, 2014, 1093 p.

88. Yu C.-C. Radiation Safety in the Neonatal Intensive Care Unit: Too Little or Too Much Concern? // Pediatrics and Neonatology, 2010, Vol. 51, № 6, pp. 311-319.

89. Edison P., Chang P. S., Toh G. H. et al. Reducing radiation hazard opportunities in neonatal unit: quality improvement in radiation safety practices // BMJ Open Quality, 2017, Vol. 6, № 2, p. e000128.

90. Mazurov A. I., Potrakhov N. N., Potrakhov Yu. N. Current X-Ray Diagnosis Technology in Neonatology // Biomedical Engineering, 2019, Vol. 53, № 1, pp. 66-70.

91. Potrakhov N. N. Modern technical means of x-ray diagnostics in neonatology // AIP Conference Proceedings, 2019, Vol. 2089, p. 020017.

92. Hlaihel C., Boussel L., Cochet H. et al. Dose and image quality comparison between prospectively gated axial and retrospectively gated helical coronary CT angiography // The British Journal of Radiology. 2011. Vol. 84. P. 51-57.

93. Litmanovich D. E., Tack D. M., Shahrzad M. et al. Dose Reduction in Cardiothoracic CT: Review of Currently Available Methods // Radiographics. 2014. № 6. P. 1469-1486.

94. Сильченко Н. С., Насникова И. Ю., Морозов С. П. Низкодозовая МСКТ коронарных артерий с проспективной кардиосинхронизацией // Кремлевская медицина. Клинический вестник, 2010, № 2, C. 50-54.

95. Коков А. Н., Семенов С. Е., Масенко В. Л. и др. Мультиспиральная компьютерная томография в диагностике врожденных пороков сердца у детей первых лет жизни // Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний, 2013, № 4, С. 42-49.

96. Eom G.-M., Kim K.-S., Kim C.-S. et al. Gyro-Mouse for the Disabled: 'Click' and 'Position' Control of the Mouse Cursor // International Journal of Control, Automation, and Systems. 2007. Vol. 5. № 2. P. 147-154.

97. Tsai P.-S., Wu T.-F., Hu N.-T. et al. Assistive computer input device for muscular atrophy patients // Advances in Mechanical Engineering. 2016. Vol. 8. P. 1-10.

98. Ghani M. U., Chaudhry S., Sohail M. GazePointer: A Real Time Mouse Pointer Control Implementation Based On Eye Gaze Tracking // Proceedings of the 16th International Multi Topic Conference (INMIC). 2013. P. 154-159.

99. Design and Implementation of Advanced Wireless Tongue Drive / Operated System for Paralyzed, Disabled & Quadriplegic Patients / U. Abbas, M. Z. Shaikh, A. Panhwer et al. // Journal of Bioengineering & Biomedical Science. 2016. Vol. 6. № 2. P. 185.

100. Wechtenhiser B. W. Mouth Pipe Unit for Activating a Device // Пат. США № 8,643,478 B2. Заявл. № 13/200,293 от 21.09.2011. Зарег. 04.02.2014.

101. Таланов А. С., Кострин Д. К., Симон В. А. и др. Компьютерный манипулятор для людей с ограниченными возможностями // Пат. на полезн. мод. №192632. Заявл. 18.06.2019 г., зарег. 24.09.2019 г.

102. Кострин Д. К., Симон В. А., Потрахов Н. Н., Ухов А. А. Компьютерный

манипулятор для людей с ограниченными возможностями здоровья //

Электроника: наука, технология, бизнес. 2019. № 10. С. 15-21.

154