Введение к работе
Актуальность темы
Системы регистрации, обработки и анализа физиологической информации человека широко применяются в медицинской практике Их применение обусловлено объективностью, информативностью и хорошей воспроизводимостью получаемых результатов С развитием вычислительной техники повсеместно осуществляется переход на компьютерную обработку и хранение медицинской информации Совершенствующиеся технологии повышают диагностические возможности медицинской аппаратуры
Важнейшей задачей системы здравоохранения является сохранение здоровья граждан, причем более эффективно ориентировать систему здравоохранения на профилактику заболеваний, а не на лечение уже развившегося недуга Поэтому особое значение принимает разработка методик оценки состояния здоровья
Одним из важных показателей здоровья организма является его способность адаптироваться к изменчивым условиям внешней среды Любое воздействие среды на организм вызывает ответную реакцию регуляторнои системы, задача которой за счет внутренних резервов организма обеспечить гомеостатический режим его деятельности
Система кровообращения ответственна за адаптацию организма к большому числу различных факторов внешней среды В большинстве случаев систему кровообращения можно рассматривать как индикатор состояния функциональных резервов целого организма Дыхательная система является функционально связанной с системой кровообращения, и, учитывая способность системы регуляции компенсировать нагрузку на связанные системы, совместный анализ кровообращения и дыхания (кардиореспираторной системы) позволяет наиболее полно оценивать состояние организма При
этом важно обеспечить синхронную связь между параллельно регистрируемыми физиологическими сигналами этих систем Цель работы проектирование и создание программно-аппаратного комплекса анализа, управления и обработки физиологической информации, ориентированного на исследования и диагностику кардиореспираторнои системы человека
Основные задачи
Разработка проблемно-ориентированного программно-аппаратного комплекса анализа, управления и обработки физиологической информации, параллельно регистрирующего электрокардиограмму, импедансо-грамму, сейсмокардиограмму, фотоплетизмограмму, пневмотахограмму
Разработка методов и алгоритмов интеллектуальной поддержки принятия решений по результатам исследования кардиореспираторнои системы человека с использованием биологической обратной связи, методов и алгоритмов проведения диагностических экспериментов
Разработка проблемно-ориентированной системы управления, позволяющей испытуемому человеку проводить диагностические исследования самостоятельно без участия специализированного медицинского персонала
Разработка специализированного интерфейса визуализации, трансформации и анализа физиологической информации о кардиореспираторнои системе человека на основе компьютерных методов представления и обработки информации
Научная новизна 1 Впервые разработаны методы и алгоритмы решения задач анализа, управления и обработки физиологической информации для параллельной регистрации электро-
кардиограммы, импедансограммы, сейсмокардиограммы,
фотоплетизмограммы, пневмотахограммы на основе 22-
разрядных сигма-дельта аналого-цифровых
преобразователей.
Впервые разработаны методы и алгоритмы интеллектуальной поддержки диагностики кардио-респираторной системы человека на основе адаптивной биологической обратной связи.
Впервые разработан цифровой программно-аппаратный комплекс, позволяющий испытуемому человеку самостоятельно проводить исследования его кардио-респираторной системы без участия специализированного медицинского персонала.
Практическая значимость работы: 1. Разработан цифровой программно-аппаратный комплекс Пневмокард для проведения исследований кардио-респираторной системы, позволяющий синхронно регистрировать физиологические сигналы: электрокардиограмму, импедансограмму, сейсмокардиограмму, фотоплетизмограмму, пневмотахограмму (рисунок 1).
Рисунок 1 - Комплекс Пневмокард с комплектом
датчиков и способ их установки на испытуемом.
2. Разработан комплект датчиков для регистрации физиологических сигналов кардиореспираторной системы.
Разработано программное обеспечение для управления экспериментом по исследованию кардиореспираторной системы, реализующее возможность биологической обратной связи, возможность гибкой настройки сценария эксперимента, позволяющее испытуемому проводить эксперимент самостоятельно в полуавтоматическом режиме, без участия медицинского персонала
Разработан комплект контрольно-тестовой аппаратуры
Изготовлена партия программно-аппаратных комплексов Пневмокард и комплект контрольно-тестовой аппаратуры
Достоверность результатов
Достоверность полученных результатов обусловлена использованием апробированных медицинских методов исследования, типовых способов регистрации физиологических сигналов, а так же подтверждается лабораторными и клиническими верификационными испытаниями
Внедрение результатов работы
Разработанное программное обеспечение и прибор в составе комплекса «Пневмокард» прошли приемо-сдаточные испытания в Государственном научном центре Российской Федерации -Институте медико-биологических проблем РАН, и были допущены к эксплуатации в составе Российского сегмента Международной космической станции (МКС)
Результаты диссертационной работы были использованы при реализации следующих проектов кафедры биомедицинских систем МИЭТ
НИР «Малогабаритный внешне носимый электрический кардиовертер-дефибриллятор, средства контроля за сердечной деятельностью в чрезвычайных ситуациях», НИР «Система бесконтактного контроля сердечной деятельности человека во время сна в условиях международной космической станции» (2003-2004 годы, НТП Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям
науки и техники»)
НИР «Разработка программного обеспечения для автоматического анализа данных, получаемых с помощью комплекса СОНОКАРД», НИР «Разработка наземного программного обеспечения (ПО) для обработки и анализа физиологических данных, получаемых в ходе проведения эксперимента ПУЛЬС» (2001-2003 годы, заказчик - ГНЦ «Институт медико-биологических проблем» РАН)
Положения, выносимые на защиту
Параллельная регистрация электрокардиограммы, импедансограммы, сейсмокардиограммы, фотоплетизмо-граммы, пневмотахограммы на основе 22-разрядных сигма-дельта аналого-цифровых преобразователей обеспечивает анализ, управление и обработку физиологической информации, характеризующей кардиореспираторную систему человека
Пользовательский интерфейс программы управления экспериментом с поддержкой настройки хода эксперимента с помощью файла сценариев, возможностью отображения мультимедиа информации, с применением механизмов автоматического регулирования параметров отображения сигналов позволяет испытуемому проводить эксперимент самостоятельно без участия медицинского персонала
Разработанный программно-аппаратный комплекс может быть использован для проведения экспериментов по исследованию кардиореспираторной системы человека, в том числе операторов сложных систем, спортсменов, как в условиях медицинских учреждений, так и в специальных условиях, например в условиях Международной космической станции
Апробации работы
Приведенные в диссертации результаты представлялись автором на
Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика -2002», Москва, МИЭТ, 17-18 апреля 2002,
Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика -2003», Москва, МИЭТ, 23-24 апреля 2003,
Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика -2004», Москва, МИЭТ, 21-22 апреля 2004,
V Международная научно-техническая конференция "Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии" ФРЭМЭ'2004, Суздаль 28-31 августа 2004 года,
Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика -2005», Москва, МИЭТ, 19-21 апреля 2005,
Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика -2006», Москва, МИЭТ, 19-21 апреля 2006
Молодежном научно-инновационном конкурсе «Электроника 2006 - 2007», Москва, МИЭТ 30 ноября 2006
The 3rd Russian-Bavarian conference on biomedical engineering at Fnednch-Alexander-University Erlangen-Nuremberg and Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS Erlangen, Bavaria, July 2/3, 2007
Публикации
По теме диссертации опубликовано 5 статей и 6 тезисов докладов
Структура и объем работы
Похожие диссертации на Программно-аппаратный комплекс анализа, управления и обработки информации для исследования кардиореспираторной системы человека
