Введение к работе
Актуальность проблемы. Работами отечественных и зарубежных ученых было убедительно показано, что одной из ведущих причин возникновения и развития заболеваний является снижение адаптационных возможностей организма (Казначеев В.П., Баевский P.M., Сорокин А.П., Судаков К.В.). Обеспечивая достоверный контроль и управление адаптационными резервами организма можно решать задачи снижения риска возникновения заболеваний, и в ряде случаев оптимизировать процессы их лечения.
В ряде работ убедительно показывается, что в качестве надежного индикатора адаптационных резервов целостного организма может выступать система кровообращения человека (Парин В.В., Баевский Р.М., Машин В.А.). С точки зрения функционального и адаптационного резервов, при различных типах адаптации, исследование реакций системы кровообращения дает наиболее наглядные и типичные примеры. Это объясняется тем, что методы измерения уровня функционирования сердечно-сосудистой системы общедоступны (артериальное давление, частота пульса, минутный и ударный объем крови и т.п.), а также тем, что большое количество различных рецепторов контролируют множество параметров, как в самом сердце, так и в разных точках сосудистого русла. Это обеспечивает гибкость приспособления сердца и сосудов к непрерывно изменяющимся условиям окружающей среды в результате деятельности весьма совершенных механизмов регуляции. В свою очередь существуют доступные методы оценки состояния регу-ляторных механизмов системы кровообращения, одним из которых является математический анализ ритма сердца (Баевский P.M., Парин В.В., Берсенева А.П.).
Существуют различные подходы к определению адаптационных резервов организма, среди которых широкое применение находят различные приемы оценки параметров ритма сердца (Пятакович Ф.А., Баевский P.M., Федоров В.Ф.). Однако точная оценка адаптационных резервов по параметрам сердечных ритмов затрудняется из-за влияния целого ряда помех, не связанных с процессом адаптации. В свою очередь недостаточная точность в оценке адаптационных резервов создает проблемы в выборе рациональных схем коррекции состояния человека. Одним из подходов к повышению достоверности оценок адаптационных резервов по параметрам ритма сердца является применение кардиореспираторной синхронизации, которую можно использовать также и для управления уровнем адаптационных резервов, снижая тем самым риск возникновения и развития целого ряда заболеваний (Парцерняк С.А., Суворов Н.Б., Сметанкин А.А.).
Однако современные системы управления адаптационным резервом, основанные на кардиреспираторной сонхронизации, не обеспечивают стабильной синхронизации из-за высокого уровня помех и наличия субъективно устанавливаемой задержки между экстремальными показателями ритма сердца и командами управления «вдох-выдох».
Поэтому разработка медико-технического комплекса управления адаптационным резервом сердечно-сосудистой системы человека на основе кар-диореспираторной синхронизации, позволяющего немедикаментозно улучшать адаптационный резерв систем организма, является актуальной задачей. Работа выполнена в соответствии с Федеральной целевой программой «Предупреждение и борьба с социально-значимыми заболеваниями» 2007-2011 г., подпрограмма «Артериальная гипертония» и с научным направлением Курского государственного технического университета «Медико-экологические информационные технологии».
Целью работы является разработка и исследование медико-технического комплекса управления адаптационным резервом сердечнососудистой системы на основе кардиореспираторной синхронизации.
Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:
синтезировать математическую модель системы регуляции ритма сердца, обеспечивающей гомеостаз, с учетом резонансных свойств ее компонент;
разработать способ возбуждения функционального резонанса кардиореспираторной системы с учетом изменчивости основной частоты резонанса и алгоритмическое и программное обеспечение для его реализации;
разработать устройство, позволяющее осуществить способ коррекции адаптационного резерва человека с учетом изменчивости основной частоты резонанса кардиореспираторной системы;
провести экспериментальные исследования, позволяющие подтвердить повышение качества управления адаптационным резервом сердечно-сосудистой системы человека на основе кардиореспираторной синхронизации в разработанном медико-техническом комплексе.
Методы исследований. В работе использовались методы системного анализа, теории автоматического управления, спектрального анализа, математического моделирования, математической статистики, цифровой обработки сигналов и распознавания образов.
Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
математическая модель системы регуляции ритма сердца, отличающаяся учетом резонансных свойств барОрефлективной обратной связи, учетом изменений интраторакального давления из-за дыхательных движений и изменчивости во времени резонансных параметров барорефлективной обратной связи, позволяющая получить аналитические соотношения между реі гистрируемыми параметрами и адаптационным резервом регулирующих систем;
способ коррекции адаптационного резерва сердечно-сосудистой системы человека, заключающийся в регистрации и анализе кардиоинтерва-лограммы пациента и управлении его дыхательными движениями в зависимости от результатов этого анализа, отличающийся тем, что для повышения
помехоустойчивости управляющих команд установлены временные интервалы блокировки анализа кардиоинтервалограммы;
устройство регистрации и анализа электрокардиосигнала, обеспечивающее устойчивую и эффективную кардиореспираторную синхронизацию, отличающееся тем, что команды «вдох-выдох», которым подчиняется пациент, формируются микроконтроллерным регистратором-анализатором на основе анализа системы комплексных показателей, вычисляемых по параметрам электрокардиосигнала.
Практическая значимость и результаты внедрения работы. Разработанные математические модели, способы, устройство и алгоритмы использованы для создания опытно-конструкторского образца медико-технического комплекса управления адаптационным резервом сердечнососудистой системы человека на основе кардиореспираторной синхронизации.
Применение предложенных в диссертации разработок позволяет повысить точность оценки адаптационного резерва человека и улучшить качество его коррекции, что в свою очередь обеспечивает снижение риска появления и развития различных патологий, связанных с изменениями в механизмах адаптации.
Предложенные в работе способ, алгоритмы и программное обеспечение внедрены в учебный процесс кафедры биомедицинской инженерии Курского государственного технического университета (дисциплина «Проектирование диагностической и терапевтической техники») и используются в клинической практике в Больнице скорой медицинской помощи №1 г. Курска.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийском молодежном научно-инновационном конкурсе-конференции «Электроника - 2006» (Москва, 2006); на XX Всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов «Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы» (Биомедсистемы - 2007) (г. Рязань, 2007); на I Всероссийской научно-технической конференции «Информтех-2008» (Курск, 2008); на XIV и XV Российских научно-технических конференциях «Материалы и упрочняющие технологии - 2007 и 2008» (Курск 2007, 2008); на IX и XI Международных научно-технических конференциях «Медико-экологические информационные технологии 2006 и 2008» (Курск, 2006, 2008); на VIII Международной конференции «Распознавание - 2008» (Курск, 2008); на научно-технических семинарах кафедры биомедицинской инженерии КурскГТУ (Курск, 2005, 2006, 2007,2008).
Положения, выносимые на защиту
1. Математическая модель системы регуляции ритма сердца, учитывающая резонансные свойства барорефлективной обратной связи, изменения интраторакального давления из-за дыхательных движений и изменчивость во времени резонансных параметров барорефлективной обратной связи по-
зволяет разработать способ и алгоритмы управления адаптационным резервом сердечно-сосудистой системы на основе кардиореспираторной синхронизации, повышающие качество управления адаптационным резервом сердечно-сосудистой системы.
-
Управление адаптационным резервом сердечно-сосудистой системы человека, основанное на синхронизации дыхательных движений с колебаниями собственного сердечного ритма посредством биологической обратной связи с формированием команд «вдох-выход» микроконтроллерным регистратором-анализатором, позволяет повысить эффективность управляющих воздействий на вегетативную нервную систему человека и увеличить адаптационный резерв сердечно-сосудистой системы.
-
Предложенный медико-технический комплекс позволяет повысить достоверность контроля дыхательной аритмии сердца более чем в два раза, контролировать адаптационный резерв сердечно сосудистой системы в процессе терапевтических воздействий на основе параметров кардиореспираторной синхронизации и повысить эффективность управления адаптационным потенциалом сердечно-сосудистой системы более чем на 30%.
Публикации. Самостоятельно и в соавторстве по материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Личный вклад автора. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, в [1], [3], [4] и [8] автором предлагаются и исследуются способы коррекции адаптационного резерва сердечнососудистой системы посредством кардиореспираторной синхронизации, в [2] автор предложил способы и алгоритмы обмена данными между микроконтроллерным анализатором-регистратором и персональным компьютером, в [5] автором предложено устройство для реализации способов кардиореспираторной синхронизации; в [9], [10] и [11] соискатель предложил и исследовал модели регуляции артериального давления, в [12] соискателем доказано, что применение разработанного медико-технического комплекса повышает точность контроля показателей дыхательной аритмии сердца.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка, включающего 93 отечественных и 13 зарубежных наименований. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков и 6 таблиц.
![Управление муниципальным амбулаторно-поликлиническим комплексом на основе медико-экономического мониторинга [Электронный ресурс]](/i/i/4258/168198.png "Управление муниципальным амбулаторно-поликлиническим комплексом на основе медико-экономического мониторинга [Электронный ресурс] Бредихин Сергей Викторович")
