📄Работа №201011
Тема: РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСТОЯННО НОСИМОГО АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА НА НАНОСЕНСОРАХ ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОГО НАБЛЮДЕНИЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ СЕРДЦА ЧЕЛОВЕКА
Характеристики работы
Тип работы
Диссертация
Предмет
Медицина
Объем:
317 листов
Год:
2020
Просмотров:
69
700
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПОСТОЯННОГО ДИНАМИЧЕСКОГО НАБЛЮДЕНИЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ СЕРДЦА ЧЕЛОВЕКА 11
1.1 Исследуемые параметры при амбулаторном мониторировании 13
1.2 Электрокардиографы суточного мониторинга по Холтеру 27
1.3 Событийные регистраторы ЭКГ 31
1.4 Трекеры активности 35
1.5 Переносные телеметрические системы медицинского мониторинга ЭКГ
(MCOT-системы) 37
1.6 Анализ устройств на рынке амбулаторных электрокардиографов 40
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПОСТОЯННОГО ДИНАМИЧЕСКОГО НАБЛЮДЕНИЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ СЕРДЦА ЧЕЛОВЕКА 57
2.1 Обоснование технических требований к измерительным схемам 57
2.2 Разработка измерительной схемы 58
2.2 Результаты технических испытаний АПК 63
2.3 Разработка конструкции наносенсоров и постоянно носимого аппаратнопрограммного комплекса 64
ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММ 67
3.1 Обоснование метода обработки электрокардиологических сигналов,
зарегистрированных постоянно носимым аппаратно-программным комплексом на наносенсорах 67
3.2 Описание алгоритма и программы детектирования микропотенциалов (МП)
на электрокардиограмме 68
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ И МЕТОДИКИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММЫ С МИКРОПОТЕНЦИАЛАМИ
НА ДОБРОВОЛЬЦАХ 80
4.1 Методика проведения исследований 80
ВЫВОДЫ 84
ГЛАВА 5. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ МЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА ДОБРОВОЛЬЦАХ 85
5.1 Обработка сигнала и фильтрация 85
5.2 Анализ полученных результатов 86
ВЫВОДЫ 99
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 100
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 102
ПРИЛОЖЕНИЕ А Принципиальные схемы АПК 117
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Конструкторская документация на наносенсор 131
ПРИЛОЖЕНИЕ В Конструкторская документация на АПК 144
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Текст программы детектирования импульсов на электрокардиограмме 151
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Результаты обработки данных динамического наблюдения за состоянием сердца добровольца с фибрилляцией предсердий в 2019 г., отведение с диафрагмы исследуемого, доброволец 1 166
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Результаты обработки данных постоянного динамического наблюдения за состоянием сердца добровольца с фибрилляцией предсердий, отведение с диафрагмы исследуемого, доброволец 2 195
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Акт внедрения
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПОСТОЯННОГО ДИНАМИЧЕСКОГО НАБЛЮДЕНИЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ СЕРДЦА ЧЕЛОВЕКА 11
1.1 Исследуемые параметры при амбулаторном мониторировании 13
1.2 Электрокардиографы суточного мониторинга по Холтеру 27
1.3 Событийные регистраторы ЭКГ 31
1.4 Трекеры активности 35
1.5 Переносные телеметрические системы медицинского мониторинга ЭКГ
(MCOT-системы) 37
1.6 Анализ устройств на рынке амбулаторных электрокардиографов 40
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПОСТОЯННОГО ДИНАМИЧЕСКОГО НАБЛЮДЕНИЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ СЕРДЦА ЧЕЛОВЕКА 57
2.1 Обоснование технических требований к измерительным схемам 57
2.2 Разработка измерительной схемы 58
2.2 Результаты технических испытаний АПК 63
2.3 Разработка конструкции наносенсоров и постоянно носимого аппаратнопрограммного комплекса 64
ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММ 67
3.1 Обоснование метода обработки электрокардиологических сигналов,
зарегистрированных постоянно носимым аппаратно-программным комплексом на наносенсорах 67
3.2 Описание алгоритма и программы детектирования микропотенциалов (МП)
на электрокардиограмме 68
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ И МЕТОДИКИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММЫ С МИКРОПОТЕНЦИАЛАМИ
НА ДОБРОВОЛЬЦАХ 80
4.1 Методика проведения исследований 80
ВЫВОДЫ 84
ГЛАВА 5. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ МЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА ДОБРОВОЛЬЦАХ 85
5.1 Обработка сигнала и фильтрация 85
5.2 Анализ полученных результатов 86
ВЫВОДЫ 99
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 100
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 102
ПРИЛОЖЕНИЕ А Принципиальные схемы АПК 117
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Конструкторская документация на наносенсор 131
ПРИЛОЖЕНИЕ В Конструкторская документация на АПК 144
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Текст программы детектирования импульсов на электрокардиограмме 151
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Результаты обработки данных динамического наблюдения за состоянием сердца добровольца с фибрилляцией предсердий в 2019 г., отведение с диафрагмы исследуемого, доброволец 1 166
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Результаты обработки данных постоянного динамического наблюдения за состоянием сердца добровольца с фибрилляцией предсердий, отведение с диафрагмы исследуемого, доброволец 2 195
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Акт внедрения
📖 Аннотация
В данной работе представлены результаты разработки и исследования постоянно носимого аппаратно-программного комплекса (АПК) на основе наносенсоров для динамического долгосрочного мониторинга состояния сердечно-сосудистой системы человека. Актуальность исследования обусловлена глобальной проблемой высокой смертности от сердечно-сосудистых заболеваний, что подтверждается статистикой ВОЗ, Росстата и Американской кардиологической ассоциации, и необходимостью совершенствования методов ранней диагностики, таких как выявление ишемии и аритмий. В результате проведенной работы впервые создан одноканальный носимый комплекс, обеспечивающий регистрацию электрокардиосигнала (ЭКГ) в беспрецедентно широкой полосе частот от 0 до 3500 Гц с высокой чувствительностью (от 1 мкВ) и частотой дискретизации 16 кГц без применения фильтрующих звеньев в измерительном тракте, что позволяет детектировать микропотенциалы миокарда. Разработаны специализированная конструкция наносенсоров для комфортного крепления на грудной клетке и алгоритм программной обработки для анализа всей длительности ЭКГ-сигнала. Научная значимость заключается в получении новых данных о спонтанной активности клеток миокарда благодаря регистрации сигналов высокого разрешения, а практическая — в создании средства для персонального использования, длительного (до 14 суток) и холтеровского мониторинга в амбулаторных условиях. Проведенный анализ, включающий работы таких авторов, как Бокерия О.Л. (внезапная сердечная смерть), Задионченко В.С. (ЭКГ-диагностика) и обзоры возможностей холтеровского мониторирования, подтвердил существующий запрос на подобные высокоточные системы динамического наблюдения.
📖 Введение
Здоровье человека - это главный ресурс, необходимый для любой его деятельности и влияющий на работу предприятия, организации и общества в целом. Его поддержание на должном уровне является залогом для успешного существования и развития страны в целом. По этой причине в развитом обществе повышение качества медицинского обслуживания, эффективности заботы о здоровье со стороны медицинского персонала, повышение качества жизни и осведомленности о своем собственном здоровье со стороны пациентов, оптимизация расходов на здравоохранение являются главными задачами.
Одной из острых проблем здравоохранения является поддержание здоровья сердечно-сосудистой системы. Согласно статистическим исследованиям, проведенным Всемирной организацией здоровья, годовая доля смертности от заболеваний сердца относительно всех смертей составляет 31 процент, более всего данному виду смертности подвержены люди с низким и средним достатком [48]. Американское сообщество кардиологов в докладе от 2018 года сообщает, что смертность от нарушений работы сердца занимает лидирующее положение, по прогнозам врачей к 2035 году в США более 45% всего населения будет страдать от сердечно-сосудистых заболеваний [40]. Анализ, проводимый по данным Росстата, так же показывает значительную долю смертности от сердечных заболеваний: в 2017 году она составила 65,1% для женщин и 50,1% для мужчин [4].
Исследования, проводимые американским сообществом кардиологов, показывают, что одной из распространенных причин сердечной смерти является неосведомленность пациентов об аномальном состоянии здоровья, в результате чего не были заблаговременно приняты меры по корректировке его образа жизни и назначены необходимые медицинские процедуры или меры предосторожности [40]. Другой распространенной причиной является неосведомленность медицинского персонала о существующих аномалиях. Неосведомленность вызвана прежде всего тем, что в существующей практике наблюдение за пациентом осуществляется c помощью аппаратуры, имеющей низкое разрешение как по уровню регистрируемого сигнала, так и по частотному диапазону, которая неспособна неинвазивно регистрировать и анализировать микропотенциалы, характеризующие спонтанную активность клеток миокарда. Данная аппаратура не может обнаружить ранние ишемические очаги, которые при дальнейшем развитии приводят к аритмии как желудочковой, так и предсердной, и в конечном итоге к внезапной сердечной смерти [2, 94]. Необходимо увеличивать не только разрешение аппаратуры, но также периодичность исследований и его длительность. Так же аритмии могут стать причиной возникновения тромбов, являющихся критически опасными для жизни человека, так как могут привести к инсульту.
Согласно исследованиям [110], один из видов аритмии, известный как фибрилляция предсердий (ФП), приводит к инсульту в одном из трех случаев и часто оказывается вне внимания врачей и самих пациентов во время ее возникновения, так как проходит, в основном, бессимптомно [75]. При этом вызванные ФП случаи инсультов характеризуются большим поражением мозга, чем ишемические. Обнаружение ФП часто зависит от диагностической стратегии, применяемой к пациенту. Согласно результатам нескольких исследовательских групп, количество определяемых эпизодов ФП увеличивается со временем наблюдения [63]. Например, при анализе 122815 записей длительной ЭКГ было обнаружено, что в первые сутки исследований было обнаружено 45% эпизодов ФП, за 2 дня - 61%, за 7 дней - 91% и за 12 - 100 % [96]. В другом исследовании первое проявление ФП возникало в среднем только через 18 часов после начала записи, а 14,3% всех первых случаев возникало после 48 часов записи, что превышает, как обычную длительность записи стандартной ЭКГ, так и распространенной суточной кардиограммы по Холтеру [107].
Таким образом встает вопрос разработки, усовершенствования и использования методов и технических средств для долгосрочного и периодического исследования сердечно-сосудистой системы, которые позволят не только проводить исследования в течение длительного периода (например, в течение нескольких лет), но и составлять полную карту изменения состояния человеческого сердца, скрупулезно анализируя и обнаруживая аномалии, которые могут являться предвестниками таких жизнеугрожающих событий, как инфаркты, инсульты и внезапная остановка сердца.
Цель диссертационной работы:
Разработка и исследование постоянно носимого аппаратно-программного комплекса на наносенсорах высокого разрешения для динамического наблюдения за состоянием сердца человека.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать постоянно носимый аппаратно-программный комплекс (АПК) высокого разрешения на наносенсорах для динамического наблюдения за состоянием сердца человека.
2. Должны быть достигнуты следующие основные технические параметры постоянно носимого АПК: диапазон частот от 0 до 3500 Гц, уровни регистрируемых сигналов от 1 мкВ, частота дискретизации 16 кГц.
3. Постоянно носимый аппаратно-программный комплекс должен регистрировать электрокардиосигнал без фильтрации в измерительном канале, последующая обработка должна восстанавливать сигнал в реальном времени без усреднения.
4. Разработать специальную конструкцию наносенсоров для удобной фиксации на грудной клетке.
5. Разработать специальную конструкцию АПК, удобную для длительного ношения пациентом.
6. Разработать специальный алгоритм и программу для детектирования микропотенциалов сердца на всей реализации электрокардиограммы, определения их количества и полной энергии, построения динамических гистограмм с шагом 0,1 мкВ и 0,1 мс, анализа средней энергии микропотенциалов в заданных амплитудных и временных интервалах.
7. Разработать программу и методику исследования и провести предварительные исследования АПК на добровольцах.
Объект исследования - сердечно-сосудистая система человека.
Предмет исследования - носимый аппаратно-программный комплекс высокого разрешения на наносенсорах, параметры динамических электрокардиограмм, зарегистрированных постоянно носимым АПК высокого разрешения как в режиме динамического наблюдения, так и при длительном мониторировании, анализ результатов исследования на добровольцах.
Методы исследований:
Теоретические и экспериментальные, основанные на теории измерительных сигналов, прикладной и вычислительной математике, прикладных программах для персонального компьютера, принципах построения современных аппаратно-программных средств.
Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждаются использованием аттестованного испытательного стенда, прошедшего испытания в Томском центре стандартизации и метрологии, результатами предварительных исследований постоянно носимого АПК на добровольцах.
Научная новизна работы:
Впервые разработан постоянно носимый аппаратно-программный
1. комплекс на наносенсорах, который при динамических исследованиях сердца позволил регистрировать без фильтрации и последующего усреднения электрокардиограмму в диапазоне частот от 0 до 3500 Гц, уровнем от 1 мкВ, с частотой дискретизации 16 кГц.
2. Впервые разработан алгоритм и программа для оценки спонтанной активности клеток миокарда, позволяющая определить количество микропотенциалов и их энергию в различных амплитудных и временных интервалах, построить гистограммы распределения микропотенциалов по амплитуде с шагом 0,1 мкВ и по длительности с шагом 0,1 мс для любого вида аритмии и отклонений формы ЭКГ от стандартной.
3. Впервые получены результаты предварительных исследований сердечнососудистой системы человека постоянно носимым АПК на добровольцах в расширенном диапазоне частот.
Практическая ценность работы:
1. Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами работ Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ФГАОУ ВО НИ ТПУ, по проекту ФЦП «Разработка экспериментального образца аппаратнопрограммного 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», Соглашение № 14.578.21.0032 от 05.06.2014, 2014-2016 гг.
2. Разработаны конструкция наносенсоров для удобного наложения на поверхность грудной клетки и конструкция носимого АПК для длительного ношения пациентом.
3. Проведены исследования носимого АПК на добровольцах в Томском НИИ кардиологии.
Личный вклад автора:
Основные научные теоретические и экспериментальные исследования выполнены автором самостоятельно либо при его непосредственном участии.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Постоянно носимый аппаратно-программный комплекс на
наносенсорах, который при динамических исследованиях сердца позволил регистрировать без фильтрации и последующего усреднения
электрокардиограмму в диапазоне частот от 0 до 3500 Гц, уровнем от 1 мкВ, с частотой дискретизации 16 кГц.
2. Алгоритм и программа для оценки спонтанной активности клеток миокарда, позволяющая определить количество микропотенциалов и их энергию в различных амплитудных и временных интервалах, построить гистограммы распределения микропотенциалов по амплитуде с шагом 0,1 мкВ и по длительности с шагом 0,1 мс для любого вида аритмии и отклонений формы ЭКГ от стандартной, которые очень часто наблюдаются в тяжелых случаях заболеваний сердечно-сосудистой системы.
3. Результаты предварительных исследований сердечно-сосудистой
системы человека постоянно носимым АПК на добровольцах в расширенном диапазоне частот.
Апробация работы:
Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
- IV Russian forum for young scientists with international participation: “Space engineering”. - Томск, 12-14 апрель 2016 г.
- VIII International scientific and practical conference: “Information and measuring equipment and technologies“ - Томск, 22-25 ноябрь 2017 г.
- Ресурсоэффективные системы в управлении и контроле: взгляд в будущее: сборник научных трудов VII Международной конференции школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых, - Томск, 8-13 октября 2018 г.
- IX научно-практической конференции: «Информационно-измерительная техника и технологии». - Томск, 21-24 ноября 2018 г.
- V Международной конференции по инновациям в неразрушающем контроле SIBTEST. - Екатеринбург, 26-28 июня 2019 г.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе: 1 - в изданиях из списка ВАК, 8 - в зарубежных изданиях, рецензируемых базой цитирования SCOPUS, 2 - в других источниках. Результаты исследований изложены в двух отчетах о ПНИ, зарегистрированных в ЦИТИС.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и 7 приложений. Общий объем 262 страниц, в т.ч. рисунков - 85, таблиц - 137, библиография содержит 112 наименований. Общий объём
приложений составляет 145 страниц.
Одной из острых проблем здравоохранения является поддержание здоровья сердечно-сосудистой системы. Согласно статистическим исследованиям, проведенным Всемирной организацией здоровья, годовая доля смертности от заболеваний сердца относительно всех смертей составляет 31 процент, более всего данному виду смертности подвержены люди с низким и средним достатком [48]. Американское сообщество кардиологов в докладе от 2018 года сообщает, что смертность от нарушений работы сердца занимает лидирующее положение, по прогнозам врачей к 2035 году в США более 45% всего населения будет страдать от сердечно-сосудистых заболеваний [40]. Анализ, проводимый по данным Росстата, так же показывает значительную долю смертности от сердечных заболеваний: в 2017 году она составила 65,1% для женщин и 50,1% для мужчин [4].
Исследования, проводимые американским сообществом кардиологов, показывают, что одной из распространенных причин сердечной смерти является неосведомленность пациентов об аномальном состоянии здоровья, в результате чего не были заблаговременно приняты меры по корректировке его образа жизни и назначены необходимые медицинские процедуры или меры предосторожности [40]. Другой распространенной причиной является неосведомленность медицинского персонала о существующих аномалиях. Неосведомленность вызвана прежде всего тем, что в существующей практике наблюдение за пациентом осуществляется c помощью аппаратуры, имеющей низкое разрешение как по уровню регистрируемого сигнала, так и по частотному диапазону, которая неспособна неинвазивно регистрировать и анализировать микропотенциалы, характеризующие спонтанную активность клеток миокарда. Данная аппаратура не может обнаружить ранние ишемические очаги, которые при дальнейшем развитии приводят к аритмии как желудочковой, так и предсердной, и в конечном итоге к внезапной сердечной смерти [2, 94]. Необходимо увеличивать не только разрешение аппаратуры, но также периодичность исследований и его длительность. Так же аритмии могут стать причиной возникновения тромбов, являющихся критически опасными для жизни человека, так как могут привести к инсульту.
Согласно исследованиям [110], один из видов аритмии, известный как фибрилляция предсердий (ФП), приводит к инсульту в одном из трех случаев и часто оказывается вне внимания врачей и самих пациентов во время ее возникновения, так как проходит, в основном, бессимптомно [75]. При этом вызванные ФП случаи инсультов характеризуются большим поражением мозга, чем ишемические. Обнаружение ФП часто зависит от диагностической стратегии, применяемой к пациенту. Согласно результатам нескольких исследовательских групп, количество определяемых эпизодов ФП увеличивается со временем наблюдения [63]. Например, при анализе 122815 записей длительной ЭКГ было обнаружено, что в первые сутки исследований было обнаружено 45% эпизодов ФП, за 2 дня - 61%, за 7 дней - 91% и за 12 - 100 % [96]. В другом исследовании первое проявление ФП возникало в среднем только через 18 часов после начала записи, а 14,3% всех первых случаев возникало после 48 часов записи, что превышает, как обычную длительность записи стандартной ЭКГ, так и распространенной суточной кардиограммы по Холтеру [107].
Таким образом встает вопрос разработки, усовершенствования и использования методов и технических средств для долгосрочного и периодического исследования сердечно-сосудистой системы, которые позволят не только проводить исследования в течение длительного периода (например, в течение нескольких лет), но и составлять полную карту изменения состояния человеческого сердца, скрупулезно анализируя и обнаруживая аномалии, которые могут являться предвестниками таких жизнеугрожающих событий, как инфаркты, инсульты и внезапная остановка сердца.
Цель диссертационной работы:
Разработка и исследование постоянно носимого аппаратно-программного комплекса на наносенсорах высокого разрешения для динамического наблюдения за состоянием сердца человека.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать постоянно носимый аппаратно-программный комплекс (АПК) высокого разрешения на наносенсорах для динамического наблюдения за состоянием сердца человека.
2. Должны быть достигнуты следующие основные технические параметры постоянно носимого АПК: диапазон частот от 0 до 3500 Гц, уровни регистрируемых сигналов от 1 мкВ, частота дискретизации 16 кГц.
3. Постоянно носимый аппаратно-программный комплекс должен регистрировать электрокардиосигнал без фильтрации в измерительном канале, последующая обработка должна восстанавливать сигнал в реальном времени без усреднения.
4. Разработать специальную конструкцию наносенсоров для удобной фиксации на грудной клетке.
5. Разработать специальную конструкцию АПК, удобную для длительного ношения пациентом.
6. Разработать специальный алгоритм и программу для детектирования микропотенциалов сердца на всей реализации электрокардиограммы, определения их количества и полной энергии, построения динамических гистограмм с шагом 0,1 мкВ и 0,1 мс, анализа средней энергии микропотенциалов в заданных амплитудных и временных интервалах.
7. Разработать программу и методику исследования и провести предварительные исследования АПК на добровольцах.
Объект исследования - сердечно-сосудистая система человека.
Предмет исследования - носимый аппаратно-программный комплекс высокого разрешения на наносенсорах, параметры динамических электрокардиограмм, зарегистрированных постоянно носимым АПК высокого разрешения как в режиме динамического наблюдения, так и при длительном мониторировании, анализ результатов исследования на добровольцах.
Методы исследований:
Теоретические и экспериментальные, основанные на теории измерительных сигналов, прикладной и вычислительной математике, прикладных программах для персонального компьютера, принципах построения современных аппаратно-программных средств.
Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждаются использованием аттестованного испытательного стенда, прошедшего испытания в Томском центре стандартизации и метрологии, результатами предварительных исследований постоянно носимого АПК на добровольцах.
Научная новизна работы:
Впервые разработан постоянно носимый аппаратно-программный
1. комплекс на наносенсорах, который при динамических исследованиях сердца позволил регистрировать без фильтрации и последующего усреднения электрокардиограмму в диапазоне частот от 0 до 3500 Гц, уровнем от 1 мкВ, с частотой дискретизации 16 кГц.
2. Впервые разработан алгоритм и программа для оценки спонтанной активности клеток миокарда, позволяющая определить количество микропотенциалов и их энергию в различных амплитудных и временных интервалах, построить гистограммы распределения микропотенциалов по амплитуде с шагом 0,1 мкВ и по длительности с шагом 0,1 мс для любого вида аритмии и отклонений формы ЭКГ от стандартной.
3. Впервые получены результаты предварительных исследований сердечнососудистой системы человека постоянно носимым АПК на добровольцах в расширенном диапазоне частот.
Практическая ценность работы:
1. Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами работ Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ФГАОУ ВО НИ ТПУ, по проекту ФЦП «Разработка экспериментального образца аппаратнопрограммного 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», Соглашение № 14.578.21.0032 от 05.06.2014, 2014-2016 гг.
2. Разработаны конструкция наносенсоров для удобного наложения на поверхность грудной клетки и конструкция носимого АПК для длительного ношения пациентом.
3. Проведены исследования носимого АПК на добровольцах в Томском НИИ кардиологии.
Личный вклад автора:
Основные научные теоретические и экспериментальные исследования выполнены автором самостоятельно либо при его непосредственном участии.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Постоянно носимый аппаратно-программный комплекс на
наносенсорах, который при динамических исследованиях сердца позволил регистрировать без фильтрации и последующего усреднения
электрокардиограмму в диапазоне частот от 0 до 3500 Гц, уровнем от 1 мкВ, с частотой дискретизации 16 кГц.
2. Алгоритм и программа для оценки спонтанной активности клеток миокарда, позволяющая определить количество микропотенциалов и их энергию в различных амплитудных и временных интервалах, построить гистограммы распределения микропотенциалов по амплитуде с шагом 0,1 мкВ и по длительности с шагом 0,1 мс для любого вида аритмии и отклонений формы ЭКГ от стандартной, которые очень часто наблюдаются в тяжелых случаях заболеваний сердечно-сосудистой системы.
3. Результаты предварительных исследований сердечно-сосудистой
системы человека постоянно носимым АПК на добровольцах в расширенном диапазоне частот.
Апробация работы:
Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
- IV Russian forum for young scientists with international participation: “Space engineering”. - Томск, 12-14 апрель 2016 г.
- VIII International scientific and practical conference: “Information and measuring equipment and technologies“ - Томск, 22-25 ноябрь 2017 г.
- Ресурсоэффективные системы в управлении и контроле: взгляд в будущее: сборник научных трудов VII Международной конференции школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых, - Томск, 8-13 октября 2018 г.
- IX научно-практической конференции: «Информационно-измерительная техника и технологии». - Томск, 21-24 ноября 2018 г.
- V Международной конференции по инновациям в неразрушающем контроле SIBTEST. - Екатеринбург, 26-28 июня 2019 г.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе: 1 - в изданиях из списка ВАК, 8 - в зарубежных изданиях, рецензируемых базой цитирования SCOPUS, 2 - в других источниках. Результаты исследований изложены в двух отчетах о ПНИ, зарегистрированных в ЦИТИС.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и 7 приложений. Общий объем 262 страниц, в т.ч. рисунков - 85, таблиц - 137, библиография содержит 112 наименований. Общий объём
приложений составляет 145 страниц.
✅ Заключение
Основные результаты исследований и выводы:
1. В настоящее время актуально непрерывное динамическое наблюдение за состоянием сердечно-сосудистой системы человека для повышения качества диагностики заболеваний сердца.
2. Впервые разработан одноканальный постоянно носимый аппаратно программный комплекс на наносенсорах для регистрации ЭКГ в реальном времени в широкой полосе частот от 0 до 3500 Гц, уровнем от 1 мкВ, с частотой дискретизации 16 кГц без фильтрующих звеньев в измерительной цепи для динамического наблюдения за состоянием сердца человека, который может применяться для персонального динамического наблюдения за состоянием сердца в домашних условиях, для Холтеровского мониторирования (1-3 суток) и длительного мониторирования (14 суток) с целью выявления ранней ишемии и эпизодов аритмии.
3. Разработанные носимые технические средства высокого разрешения для динамического наблюдения за состоянием сердца человека, регистрирующие сигналы в диапазоне от 0 до 3500 Гц без фильтрации и усреднения, позволили получить новую информацию о спонтанной активности клеток миокарда при длительных и многократных исследованиях сердца.
4. Разработана специальная конструкция наносенсоров для удобного наложения на поверхность грудной клетки и конструкция АПК для постоянного ношения пациентом.
5. Разработан алгоритм и программа, позволяющие детектировать микропотенциалы на всей длительности ЭКГ сигнала с исключением зубцов кардиоимпульсов и резких всплесков в процессе обработки сигнала. Осуществляется построение гистограмм для количественной оценки и производится вычисление полной энергии анализируемых микропотенциалов, анализ количества микропотенциалов и их энергии в заданных интервалах по уровню и по длительности.
6. Разработана программа и методика предварительных исследований электрокардиограммы с микропотенциалами на добровольцах.
7. Анализ результатов исследования добровольцев с аритмией показал:
8. Постоянно носимый АПК позволяет одновременно следить за ритмом сердца и дыханием.
9. Исследование спонтанной активности клеток миокарда в реальном времени по результатам регистрации микропотенциалов сердца возможно при любых отклонениях формы электрокардиограммы от стандартной, при наличии аритмии и нестабильности формы ЭКГ за время наблюдения в отличие от широко применяемого за рубежом метода Симсона для обнаружения поздних потенциалов желудочков и предсердий, который основан на усреднении кардиоциклов.
1. В настоящее время актуально непрерывное динамическое наблюдение за состоянием сердечно-сосудистой системы человека для повышения качества диагностики заболеваний сердца.
2. Впервые разработан одноканальный постоянно носимый аппаратно программный комплекс на наносенсорах для регистрации ЭКГ в реальном времени в широкой полосе частот от 0 до 3500 Гц, уровнем от 1 мкВ, с частотой дискретизации 16 кГц без фильтрующих звеньев в измерительной цепи для динамического наблюдения за состоянием сердца человека, который может применяться для персонального динамического наблюдения за состоянием сердца в домашних условиях, для Холтеровского мониторирования (1-3 суток) и длительного мониторирования (14 суток) с целью выявления ранней ишемии и эпизодов аритмии.
3. Разработанные носимые технические средства высокого разрешения для динамического наблюдения за состоянием сердца человека, регистрирующие сигналы в диапазоне от 0 до 3500 Гц без фильтрации и усреднения, позволили получить новую информацию о спонтанной активности клеток миокарда при длительных и многократных исследованиях сердца.
4. Разработана специальная конструкция наносенсоров для удобного наложения на поверхность грудной клетки и конструкция АПК для постоянного ношения пациентом.
5. Разработан алгоритм и программа, позволяющие детектировать микропотенциалы на всей длительности ЭКГ сигнала с исключением зубцов кардиоимпульсов и резких всплесков в процессе обработки сигнала. Осуществляется построение гистограмм для количественной оценки и производится вычисление полной энергии анализируемых микропотенциалов, анализ количества микропотенциалов и их энергии в заданных интервалах по уровню и по длительности.
6. Разработана программа и методика предварительных исследований электрокардиограммы с микропотенциалами на добровольцах.
7. Анализ результатов исследования добровольцев с аритмией показал:
8. Постоянно носимый АПК позволяет одновременно следить за ритмом сердца и дыханием.
9. Исследование спонтанной активности клеток миокарда в реальном времени по результатам регистрации микропотенциалов сердца возможно при любых отклонениях формы электрокардиограммы от стандартной, при наличии аритмии и нестабильности формы ЭКГ за время наблюдения в отличие от широко применяемого за рубежом метода Симсона для обнаружения поздних потенциалов желудочков и предсердий, который основан на усреднении кардиоциклов.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.