Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка экспериментального образца аппаратно-программного комплекса для неинвазивной регистрации микропотенциалов сердца в широкой полосе частот без фильтрации и усреднения в реальном времени с целью раннего выявления признаков внезапной сердечной смерти.

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
внезапная сердечная смерть, поздние потенциалы желудочков, поздние потенциалы предсердий, микропотенциалы сердца, наносенсор, метод ранней диагностики.

Цель проекта:
Цель проекта Разработать экспериментальный образец аппаратно-программного комплекса для регистрации микропотенциалов сердца от 0,3 мкВ в частотном диапазоне (0-10000) Гц в реальном времени без усреднения и фильтрации с использованием разрабатываемых в рамках проекта высокочувствительных, малошумящих, высокостабильных, неполяризующихся, помехоустойчивых медицинских наносенсоров с целью раннего выявления признаков внезапной сердечной смерти (далее - АПК). Задача выполнения проекта Разработка аппаратно-программного комплекса для раннего выявления признаков внезапной сердечной смерти (ВСС) на основе неинвазивной регистрации в реальном времени микропотенциалов сердца с использованием разработанных в рамках проекта высокочувствительных, малошумящих, высокостабильных, неполяризующихся, помехоустойчивых медицинских наносенсоров для широкого применения в медицине высокотехнологичной аппаратуры высокого разрешения для исследования сердца в поликлиниках, медпунктах, санаториях и т.д. Разрабатываемый аппаратно-программный комплекс по уровню разрешающей способности превосходит существующие аналоги как в России, так и за рубежом.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения ПНИ должны быть получены следующие научно-технические результаты
1. Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ.
2. Экспериментальные образцы наносенсоров для съёма биопотенциалов сердца человека (далее наносенсоры).
3. Экспериментальный образец АПК.
4. Стенд для испытаний экспериментальных образцов наносенсоров.
5. Стенд для испытаний экспериментального образца АПК.
6. Эскизная конструкторская и программная документация на экспериментальный образец АПК.
7. Эскизная конструкторская и технологическая документация на экспериментальные образцы наносенсоров.
Технические параметры наносенсоров и АПК на наносенсорах превышают параметры существующих медицинских электродов и АПК для исследования сердца как в России, так и за рубежом. Высокие метрологические параметры наносенсоров позволили создать АПК высокого разрешения для исследования сердца, стоимость которого будет приемлема для широкого применения в первичных медицинских учреждениях, где проходит основной поток пациентов

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Технические параметры наносенсоров:

- Наносенсоры имеют дрейф на постоянном токе, не превышающий 5 нВ/с.
- Уровень собственных шумов разработанных экспериментальных образцов наносенсоров не превышает ± 200 нВ по мгновенному значению в полосе от 0 до 10000 Гц.
- Cопротивление наносенсоров в диапазоне частот от 1 Гц до 10000 Гц составляет десятки и единицы Ом.
Наносенсоры благодаря конструктивно-технологическим особенностям обеспечивают в отличие от известных электродов многоканальный съём биопотенциалов сердца с наноразмерных участков поверхности тела человека, аккумулируют сигнал и ослабляют действие помех. Не имеют аналогов в мире.
Технические характеристики стенда для испытаний наносенсоров:

- Разность электродных потенциалов: от минус 10 мВ до плюс 10 мВ;
- Дрейф напряжения: от минус 150 мкВ до плюс 150 мкВ;
- Напряжение шума в диапазоне частот 0…10 кГц: от минус 150 мкВ до плюс 150 мкВ;
- Напряжение электромеханического шума в диапазоне частот 0…75 Гц: от минус 150 мкВ до плюс 150 мкВ;
- Полное сопротивление наносенсоров в диапазоне частот 0…10 кГц: 0…1 кОм;
- Напряжение поляризации наносенсоров: от минус 25 мВ до плюс 25 мВ;
Разработано специальное программное обеспечение для оценки собственных шумов наносенсоров нановольтового уровня.

Технические характеристики стенда для испытаний АПК:

- напряжение постоянного тока: минус 300 мВ и плюс 300 мВ;
- дискретные уровни переменного тока синусоидальной, треугольной и прямоугольной форм 0,3 мкВ, 1,0 мкВ, 10 мкВ, 0,1 мВ, 1 мВ, 4мВ, 10 мВ, 1 В, 5 В амплитудного значения в диапазоне от 0,5 до 500 мГц с дискретностью 0,5 мГц, от 500 мГц до 500 Гц с дискретностью 10 мГц, от 500 до 40000 Гц с дискретностью 0,1 Гц;
- выходное напряжение искусственной ЭКГ от  500 мкВ до  10 мВ, дискретность по амплитуде 5 мкВ с частотой от 30 1/мин до 360 1/мин.

Основные технические параметры разработанного АПК:
- Диапазон измеряемых напряжений от 300 нВ до 10 мВ;
- Частотный диапазон от 0 до 10000 Гц.
Для обработки микропотенциалов, зарегистрированных АПК высокого разрешения на наносенсорах в реальном времени без фильтров, разработаны следующие программы:
1 Программа обработки оцифрованных сигналов электрокардиограмм (ООСЭКГ).
Цель программы – предоставить пользователю инструментарий для устранения электромагнитных помех (при наличии) и снижения уровня шумов измерительной аппаратуры, что позволит выявлять микропотенциалы сердца на кардиоимпульсах, значения которых изменяются от 300 нВ до единиц и десятков микровольт.
2 Программа «ЭКС анализатор».
Программа предназначена для анализа электрокардиограммы (ЭКГ), количественной оценки микропотенциалов и постановки предварительного диагноза.
3 Математическая электродинамическая модель сердца для обнаружения некротических участков в сердце человека.
Программа предназначена для моделирования электрической активности сердца пациента с учетом индивидуальных параметров (форма торса и сердца) для получения ЭКГ сигнала на поверхности тела (модельный ЭКГ сигнал). Моделирование электрической активности сердца осуществляется с помощью библиотеки классов Chaste. Модельный ЭКГ сигнал сравнивается с ЭКГ сигналом высокого разрешения, который получен с помощью АПК для измерения микропотенциалов сердца. Путем вариации параметров электродинамической модели сердца в ходе итерационной процедуры достигается минимизация разности этих ЭКГ сигналов. Настроенная подобным образом на пациента компьютерная модель может быть использована врачом для диагностики локальных изменений сердечной ткани размером до (1-2) мм, вызывающих появление микропотенциалов в электрокардиографическом сигнале пациента.
4 Программа предобработки томограмм
Программа предобработки томографических изображений предназначена для определения пространственных характеристик сердца. В основу алгоритмов предобработки изображений положены развитые исполнителями проекта теоретико-групповые статистические методы пространственной фильтрации изображений с локальной группой преобразований. Результаты предобработки предназначены для их использования в качестве граничных условий для программы решения системы дифференциальных уравнений в рамках бидоменной модели сердечно-сосудистой системы.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Потенциальные потребители продукции
Лечебные учреждения: поликлиники, амбулатории, медпункты, клиники, специализированные кардиологические центры,
АПК для домашнего применения будут приобретаться населением.
Пути и действия по доведению результата до потребителя

1. Проведение работ по организации серийного производства наносенсоров.
2. Проведение работ по подготовке производства для серийного освоения АПК совместно с Индустриальным партнером.
3. Проведение работ по включению разрабатываемого метрологического оборудования в Государственный реестр средств измерений.
4. Проведение работ по сертификации наносенсоров и АПК в системе Росздравнадзора.
Проект имеет социальное значение, раннее выявление отклонений в работе сердца позволит провести своевременное профилактическое лечение, что приведет к снижению уровня смертности от сердечно-сосудистых заболеваний.

Текущие результаты проекта:
1Изготовлены экспериментальные образцы наносенсоров.
2 Изготовлен стенд для испытаний экспериментальных образцов наносенсоров. Получен аттестат.
3 Проведены испытания экспериментальных образцов наносенсоров.
4 Разработана математическая электродинамическая модель сердца.
5 Изготовлен стенд для испытаний экспериментального образца АПК. Получен аттестат.
6 Разработана эскизная конструкторская и программная документация на экспериментальный образец АПК.
7 Изготовлены экспериментальные образцы АПК – 3 шт..
8 Проведены испытания экспериментальных образцов АПК.
9 Сделан анализ результатов испытаний экспериментальных образцов АПК.
10 Проведена корректировка эскизной конструкторской и программной документации на экспериментальные образцы АПК и доработка АПК.