Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0053

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0053
Тематическое направление
Науки о жизни
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта"
Название доклада
Разработка программно-аппаратного комплекса для дистанционной беспроводной диагностики функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе метода фотоплетизмографии
Докладчик
Борчевкин Данил Александрович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью выполнения прикладных научных исследований является создание научно-технического задела в области дистанционной медицины для своевременного выявления и купирования заболеваний ССС путем дистанционного мониторинга основных физиологических показателей человека.
В рамках данного проекта разработан программно-аппаратный комплекс для дистанционной беспроводной диагностики функционального состояния ССС человека на основе метода фотоплетизмографии. При этом решены задачи по определению признаков ССЗ в потоке данных, снимаемых устройством контроля физиологических показателей человека в режиме реального времени, и повышению точности диагностики болезней ССС.
Актуальность и новизна исследования
В настоящее время в области диагностики и лечения ССЗ остается ряд нерешенных проблем, связанных с тем, что представленные на рынке стационарные диагностические комплексы, предлагаемые отечественными и зарубежными производителями медицинской аппаратуры, как правило, очень дороги и сложны в эксплуатации. Обследование с помощью этих приборов требует обязательного присутствия в медицинском учреждении и занимает длительное время. Для работы на этом оборудовании требуется не только специальное медицинское образование, но и продолжительное обучение. Таким образом, существующие технологии диагностики оказываются недоступными большинству граждан.
Актуальность данного проекта обоснована необходимостью проведения научных исследований в области развития измерительных преобразователей биомедицинских сигналов для создания новых результатов, важных для решения актуальных проблем дистанционной беспроводной диагностики состояния человека с достаточным условием его мобильности.
В качестве исследуемых характеристик выступает пульсовая волна, которая несет в себе информацию о состоянии физиологических показателях пациента, в частности - о состоянии ССС. Пульсовая волна содержит в себе наибольшую информацию о состоянии CCC по сравнению с ЭКГ.
Разрабатываемое устройство, зафиксированное на запястье человека, в режиме автономной работы с записью всех данных в энергонезависимую память и функцией передачи лечащему врачу на персональный компьютер, может заменить традиционные системы, при этом демонстрируя аналогичную или даже лучшую разрешающую способность. Подобные датчики позволяют решать широкий круг задач — от простого кардиомониторинга до более сложных клинико-диагностических исследований.

Описание исследования

Метод фотоплетизмографии для контроля физиологических показателей организма, таких как сердечный ритм и кислородонасыщение крови, в процессе диагностики и лечения ССЗ применяется достаточно давно. Современный этап развития диагностической техники в области ССЗ представлен устройствами на основе датчиков, контактирующих с кожной поверхностью, для анализа физических характеристик пульсовой волны. Однако остаются нерешенными задачи, связанные с мобильностью пациентов, т.к. данная технология предполагает стационарное обследование, но только анализ текущих параметров сердечного ритма способствует проведению своевременных действий по купированию выраженной симптоматики ССЗ.

В ходе реализации проекта решены следующие научно-технические задачи:

  1. Определены признаки ССЗ в потоке данных, снимаемых устройством контроля физиологических показателей человека в режиме реального времени.

Решение данной задачи можно разделить на две составляющие: аппаратную и методическую, другими словами, сначала необходимо получить сигнал, снимаемый оптическим датчиком (фотоплетизмограмму) и содержащий информацию о состоянии гемодинамики пациента, затем разработать программное обеспечение, которое будет проводить комплексный анализ пульсовой волны, показывать параметры ЧСС пациента во время работы устройства, и, на основе полученных данных, проводить качественный анализ состояния ССС.

Разрабатываемый программно-аппаратный комплекс (ПАК) позволяет получить значение пульсовой волны и ЧСС (в минуту), содержащие информацию о нарушениях гемодинамики пациента и состоянии ССС, для этого решены следующие задачи:

- подобрана оптимальная длина волны оптического датчика, которая зависит от места, где находится устройство;

- определен оптимальный источник питания и режимы его работы.

Для решения методической составляющей:

- разработаны методы обработки снимаемых показаний;

- разработано специализированное программное обеспечение анализа пульсовой волны и ЧСС, согласно существующим стандартам в области обработки медицинских сигналов и кардиологии.

2. Задана точность диагностики болезней ССС.

Параметры пульсовой волны зависят от текущего состояния ССС. На данный момент при снятии пульсовой волны и ЧСС применяют стационарные комплексы, которые находятся в специализированных кардиологических центрах, что является неудобным, так как не всем пациентам предписано стационарное наблюдение. В рамках данной работы разработано устройство контроля физиологических сигналов человека с записью всех данных в энергонезависимую память для последующей их передачи врачу при помощи USB интерфейса, интернета.

Решение данной задачи реализовано в виде браслета, входящего в состав ПАК следующими методами:

- обеспечено удобное местоположение устройства на теле пациента для постоянного ношения, кроме этого учтены оптимальные характеристики: размеры, вес, дизайн, удобные для использования. Сложность в обеспечении мобильности пациента является самой главной проблемой и пути ее решения, следующие:

- разработано схемотехническое решение для снятия необходимых параметров (пульсовая волна и ЧСС);

- создано программное обеспечение, которое производит фильтрацию снимаемого сигнала, что поспособствовало уменьшению габаритов устройства, не снижая при этом характеристик получаемых сигналов;

- разработаны методы и алгоритмы сопоставления получаемых сигналов со статистически данными, т.е. программное обеспечение содержит базу данных пациента (рост, вес, возраст, ЧСС), после подключения производится сравнение с базой, что предоставляет возможность быстрой оценки состояния ССС.

Таким образом, решена задача по уменьшению габаритов диагностического устройства, разработке специального программного обеспечения, удобного в использовании и не требующего специальной подготовки от потребителя продукта, и созданию канала передачи данных в режиме реального времени лечащему врачу на персональный компьютер.

Новизна проекта заключается в уменьшении габаритов устройства, а также - оптимизации схемотехнического решения существующих на сегодняшний день устройств (комплексов). 

Результаты исследования

В соответствии с требованиями технического задания и плана-графика выполнения ПНИЭР получены следующие результаты по ПНИЭР в целом:

  1. Изготовлен экспериментальный образец устройства для диагностики функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека.
  2. Разработан и изготовлен экспериментальный образец АПК.
  3. Разработаны алгоритмы интеллектуальной обработки данных пульсовой волны и частоты сердечных сокращений в режиме реального времени для выявления патологических состояний, требующих немедленного реагирования, согласно существующим стандартам в области обработки медицинских сигналов и кардиологии.
  4. Разработаны алгоритмы сопоставления двигательной активности пациента с медицинскими данными измерений пульсовой волны и частоты сердечных сокращений для повышения точности диагностики.
  5. Разработаны методы автоматизированного формирования отчетов рекомендательной системы по составлению проектов врачебных заключений для последующей обработки их медицинскими работниками.
  6. Разработана инструкция по применению АРМ врача для работы с медицинскими данными измерений пульсовой волны и ЧСС.
  7. Разработаны Программа и методики, в соответствии с которыми проведены  технические испытания экспериментальных образцов устройства для диагностики состояния сердечно-сосудистой системы человека и экспериментальных образцов АПК.
  8. Разработаны Программа и методики технических испытаний программного обеспечения.
  9. Проведены испытания системы для передачи данных с устройства на удаленный сервер с возможностью он-лайн доступа, накопления, анализа и обработки полученной информации с целью подтверждения соответствия требованиям ТЗ.
  10. Проведены токсикологические испытания и испытания на безопасность по разработанной программе и методикам испытаний.

  11. Проведены дополнительные испытания экспериментальных образцов АПК с целью устранения артефактов при снятии биомедицинских сигналов. 

  12. Разработаны технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики. 

 

Практическая значимость исследования
Области применения результатов проекта:
1. Индивидуальный кардиомониторинг населения и людей с ССЗ.
Способ использования – внедрение в стандарты оказания медицинской помощи больным с артериальной гипертонией (распространенность более 30% населения). Данное внедрение позволит снизить очереди в больницах и производить ряд диагностических процедур в любом удобном месте. Также следует отметить, что разрабатываемое устройство может заменить существующие стационарные комплексы.
2. Производство отечественных устройств контроля физиологических показателей человека в амбулаторном режиме с учетом мобильности пациента.
Внедрение в производство разрабатываемого устройства будет способствовать развитию отечественного производства, а также предоставит возможность модернизации подобных устройств.
Постер

Poster_0053 (2).ppt