автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.17, диссертация на тему:Электрокардиограф на наноэлектродах

На правах рукописи

004663366

ЛЕЖНИНА ИННА АЛЕКСЕЕВНА

ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФ НА НАНОЭЛЕКТРОДАХ

специальность: 05.11.17- Приборы, системы и изделия медицинского

назначения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 3 СЕН 2010

Томск - 2010

004608366

Работа выполнена в ОСП «НИИ интроскопии» ГОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Научный руководитель:

- доктор технических наук, профессор Авдеева Диана Константиновна

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Агафонников Виктор Филиппович

- кандидат технических наук, доцент Мельник Ольга Владимировна

Ведущая организация:

- ОАО НПО «ЭКРАН», г.Москва.

Защита состоится "5" октября 2010 г. в 15:00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.09 в Национальном исследовательском Томском политехническом университете по адресу: 634028, г. Томск, ул. Ленина, 2, ауд.213.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального исследовательского Томского политехнического университета по адресу: 634034, г. Томск, ул. Белинского, 53.

Автореферат разослан "2. " 09 2010 года.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций

Д 212.269.09, доцент, к.т.н. Винокуров Б.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проблема распространения сердечно-сосудистых заболеваний является одной из наиболее актуальных и значимых в современном мире. Болезни сердца - основная причина инвалидности и преждевременной смертности жителей экономически развитых стран. Доля смертности в результате осложнений кардиологических заболеваний составляет более 50%. Число больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями увеличивается каждый год и такая тенденция сохраняется на протяжении десятилетий. Сердечно-сосудистые заболевания называют болезнями века, которые в последнее время значительно «помолодели». Инфарктам и инсультам, которые ранее считались заболеваниями пожилых, сегодня подвержены молодые и сильные люди. Проблема диагностики сердечнососудистых заболеваний и патологий сердца на ранних стадиях возникновения становится важнейшей проблемой здравоохранения.

Переломным фактором к изменению ситуации может быть увеличение возможностей ранней диагностики, в том числе с помощью новейших технических и программных средств с повышенной разрешающей способностью.

Самым распространенным и доступным методом диагностики сердечнососудистой системы является электрокардиография, основанная на принципе измерения потенциалов с поверхности тела человека при помощи медицинских электрокардиографических электродов. Такое широкое распространение в клинической практике электрокардиография получила за счет высокой информативности и хорошей восприимчивости получаемых результатов в сочетании с минимально возможным воздействием на организм человека.

В последние десятилетия развитие электрокардиографии проходит особенно интенсивно. В настоящее время многие предприятия занимаются разработкой новой и усовершенствованием более старых моделей техники по диагностике электрической активности сердца. Рынок электрокардиографической аппаратуры переполнен однотипными приборами, технические характеристики которых ограничены требованиями действующих стандартов. Это обуславливает естественное "методическое насыщение" ЭКГ-метода, т.е. достижение предельно возможных, не улучшаемых далее показателей диагностической ценности ЭКГ.

Сегодня уровень развития современной медицинской науки позволяет идентифицировать разнообразные нарушения в работе сердечно-сосудистой системы человека в момент их появления и существования. Однако до сих пор остается открытым вопрос об определении степени риска возникновения различных заболеваний и их раннего прогнозирования.

Эта проблема требует создания аппаратурных и программных средств с повышенной разрешающей способностью с целью выявления ранних сдвигов в функционировании сердца человека по результатам измерения ЭКГ'-сигнала.

Повышение разрешающей способности аппаратуры можно достичь путем одновременной реализации трех направлений:

1) Создать более качественные электрокардиографические электроды с параметрами, превышающими существующие -

• стабильность электродного потенциала на постоянном токе;

• степень поляризации;

• величина полного сопротивления;

• уровень собственных шумов;

• величина контактных потенциалов, возникающих в контакте «кожа-электрод».

2) Устранить воздействие фильтров в измерительной цепи, вносящих амплитудные и фазовые искажения на форму и амплитудно-временные параметры электрокардиосигнала.

3) Применять самые высококачественные электронные компоненты и разработать специальные информационно-измерительные технологии для создания программно-аппаратного комплекса с максимально возможным значением отношения сигнал/шум.

Такой комплексный подход позволит создать аппаратуру для регистрации биоэлектрической активности сердца на поверхности тела человека, неискаженной фильтрами.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами работ НИИ интроскопии ГОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», а также по проектам:

1) Проект РФФИ №08-08-99069 «Разработка научных основ формирования малошумящего неполяризующегося перехода «электронная-ионная проводимость» на базе пористой керамики», 2008г.

2) Грант Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе научно-инновационного конкурса У.М.Н.И.К. «Разработка электрокардиографа с повышенной разрешающей способностью на основе высокостабильных малошумящих хлор-серебряных электродов», 2008г.

3) Грант ТПУ для молодых ученых «Разработка научных основ и создание макетов электрокардиографической аппаратуры на базе медицинских наноэлектродов», 2009г.

4) Грант Рособразования «Проведение исследований биоэлектрической активности сердца человека при помощи электрокардиографической аппаратуры на базе медицинских наноэлектродов методом Холтеровского мониторирования с целью оценки сдвига сегмента БТ и выявления признаков ишемических изменений миокарда, построение автоматизированных информационных систем для детального анализа ЭКГ», 2009г.

5) Проект «Разработка средств диагностики и экспресс-методов, основанных на применении медицинских наноэлектродов, для оценки физического и психо-эмоционального состояния здоровья обучающихся» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)».

Цель работы. Разработка технических средств и информационно-измерительных технологий с повышенной разрешающей способностью для

выявления незначительных по уровню изменений в регистрируемом ЭКГ-сигнале с помощью медицинских наноэлектродов.

Основными задачами, решаемыми в диссертационной работе в связи с поставленной целью, являются следующие:

1)Анализ современного состояния электрокардиографической техники. Исследование влияния фильтров на электрокардиосигнал.

2) Разработка медицинских наноэлектродов многократного применения для целей электрокардиографии в покое и в динамике. Экспериментальные исследования метрологических характеристик электродов.

3) Разработка информационно-измерительных технологий для устранения сосредоточенных помех, случайных шумов и обработки ЭКГ-сигналов.

4) Разработка электрокардиографической аппаратуры с повышенной разрешающей способностью на базе медицинских наноэлектродов для регистрации неискаженной фильтрами биоэлектрической активности сердца человека.

5) Проведение предварительных медицинских исследований.

Методы исследований: теоретические и экспериментальные, основанные на теории электрического поля, прикладной и вычислительной математике, прикладных программах для персонального компьютера, технологиях математического и физического моделирования, проведения экспериментов, а также на принципах построения электрографической измерительной медицинской аппаратуры.

Достоверность и обоснованность. Все выводы, полученные в результате теоретических исследований и математического моделирования, проверены и подтверждены путем экспериментальных исследований.

Научная новизна работы

1) Впервые разработаны и экспериментально исследованы макеты медицинских электрокардиографических наноэлектродов многократного применения, созданных на основе современных нанотехнологий и наноматериалов, параметры которых на порядок или в несколько раз превышают параметры существующих электрокардиографических электродов многократного применения - по стабильности электродного потенциала (на порядок), степени поляризации (ЭДС поляризации изменяется от 0,2 мВ до 0,3 мВ при длительном воздействии постоянным током 100 нА, дрейф электродного потенциала при токе 100 нА от 0,005 мкВ/с до 0,010 мкВ/с), по величине полного сопротивления (на порядок), по собственным шумам (в несколько раз - десятки нановольт).

2) Впервые разработаны на базе электрокардиографических наноэлектродов структуры электрокардиографов и созданы три модели электрокардиографов с повышенной разрешающей способностью без фильтрующих элементов в измерительной цепи, позволяющие регистрировать без искажений фильтрами истинную биоэлектрическую активность сердца на поверхности тела человека в области частот от 0 Гц и выше в диапазоне от -20 мВ до +20 мВ с уровнем шумов от -1 мкВ до +1 мкВ.

-63) Разработаны информационно-измерительные технологии устранения влияния сосредоточенных помех и случайных шумов, основанные на сравнении энергий двух случайных реализаций в заданных частотных интервалах, не искажающих спектральную структуру ЭКГ-сигнала.

4) Разработаны программно-аппаратные средства, позволяющие оценить воздействие фильтров высокой частоты и низкой частоты на реальный неискаженный фильтрами электрокардиосигнал.

5) Получены результаты измерения неискаженной фильтрами электрокардиограммы на пациентах.

Практическая ценность и внедрение:

1. Практическая ценность исследований состоит в разработке электрокардиографа на наноэлектродах без фильтров, который позволил при медицинских исследованиях на кардиологических пациентах зарегистрировать с одинаковым высоким разрешением как постоянные биопотенциалы, так и ЭКГ-комплексы со стандартных сердечных отведений как в покое, так и в динамике, что открывает новые перспективы для исследования функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека.

2. Созданы макеты наноэлектродов многократного применения для электрокардиографических исследований как в покое, так и в динамике.

Полученные результаты внедрены в производство медицинских электродов на базе пористой керамики в ОСП «НИИ интроскопии» ГОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет».

Информационно-измерительные технологии, разработанные в диссертационной работе, внедрены в учебный курс «Преобразование измерительных сигналов» для студентов специальности 200106 «Информационно-измерительная техника и технологии» в ГОУ ВПО Национальный исследовательский Томский политехнический университет.

Личный вклад автора. Основные научные теоретические и экспериментальные исследования, макетирование выполнены автором самостоятельно либо при его непосредственном участии.

Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

• Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии». - Томск, 26-30 марта, 2007 г;

• Международной научно-технической конференции «Измерения в современном мире», С.-Петербург, 16-18 октября 2007г.

• Международная молодежная научная конференция «XV Туполевские чтения», Казань, 9-10 ноября, 2007г.

• Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии». - Томск, 26-30 марта, 2008г.

• Международной научно-практической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика». - Томск, 2008 г;

• Международной научной конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в медицине». - Китай, Пекин, 26 ноября -4 декабря, 2008 г.

• Международная научная конференция, посвященная 100-летию со дня рождения профессора А.А.Воробьева «Становление и развитие научных исследований в высшей школе».- Томск, ТПУ, 14-16 сентября, 2009г.

• Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии». - Томск, 4-8 мая, 2009 г.

• Научная конференция "Фундаментальные и прикладные исследования в медицине". - Париж, октябрь 2009г.

• VI общероссийская научная конференция «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВУЗОВСКОЙ НАУКИ». - Дагомыс, сентябрь 2009г.

• Научно-практическая конференция «Информационно-измерительная техника и технологии».-Томск, 25-26 февраля, 2010г.

• Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии». - Томск, 12-16 апреля, 2010 г.

• Научно-техническая конференция «Современные керамические материалы и их применение-2010».-Новосибирск, 12-14 мая, 2010г.

• 10-th European Conference on Non-Destructive Testing: Abstracts -Moscow, 7-11 June, 2010 y.

Публикации.

Основное содержание работы изложено в 17 опубликованных статьях и докладах, в описании патента на изобретение (патент № 2368911)[15].

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, 14-и приложений (представленных отдельным томом) и списка литературы, включающего 101-у библиографическую ссылку, содержит 181 страницы основного машинописного текста, 133 рисунка и 29 таблиц.

Положения, выносимые на защиту:

1) Экспериментально доказано, что разработанные

электрокардиографические наноэлектроды многократного применения имеют дрейф на постоянном токе 1 нА, не превышающий 0,001 мкВ/с; напряжение поляризации от 0,2 мВ до 0,3 мВ при длительном воздействии постоянным током 100 нА, дрейф электродного потенциала при постоянном токе 100 нА от 0,005 мкВ/с до 0,01 мкВ/с; значение полного сопротивления десятки Ом в полосе от 1 Гц и выше, в полосе от 1 Гц и ниже значение полного сопротивления не увеличивается с уменьшением величины тока, протекающего через электроды, и равно сопротивлению при токе 10 мкА. Получено, что значения постоянных биопотенциалов, возникающих на поверхности тела человека в сердечных отведениях в контакте с наноэлектродами, изменяются в пределах шкалы (±20) мВ как в покое, так и в динамике.

2) Показано, что разработанные информационно-измерительные технологии устранения влияния сосредоточенных помех и случайных шумов, основанные на сравнении энергий двух случайных реализаций в заданных частотных интервалах, позволяют сохранить спектральную структуру ЭКГ-сигнала.

3) Доказано в результате клинических исследований электрокардиографов на наноэлектродах возможность измерения без искажения фильтрами электрокардиографических сигналов в полосе частот от О Гц и выше с высоким разрешением.

4) Результаты моделирования воздействия фильтров на реальные неискаженные электрокардиографические сигналы, полученные при клинических исследованиях электрокардиографов на наноэлектродах, показали значительное влияние фильтров на форму и амплитудно-временные параметры ЭКГ-сигналов как в покое, так и в динамике.

5) Разработанная структура электрокардиографов, включающая наноэлектроды, преобразователь аналог-код, микроконтроллер и носитель информации является перспективной для создания постоянно носимых кардиографов для пациентов в постинфарктном состоянии.

Во введении обоснована актуальность темы, поставлена цель и обозначены задачи исследования, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава диссертации посвящена анализу состояния и диагностических возможностей современной электрокардиографии, проведен обзор существующей электрокардиографической аппаратуры для исследования сердца, электрокардиографических электродов, рассмотрены основные достоинства и недостатки. Также проведен анализ входных измерительных схем электрокардиографов, проведено моделирование влияния фильтров на амплитуды, длительности зубцов и смещение интервалов

электрокардиосигнала.

Вторая глава посвящена рассмотрению вопросов электрофизиологии, основных функций и строения сердца, физиологическим особенностям формирования электрокардиограммы. Также дано описание основных моделей эквивалентного электрического генератора сердца, предложена приближенная методика расчета распределения потенциала на поверхности грудной клетки человека по результатам измерения ЭКГ в I, II и III отведениях, основанная на дипольной модели эквивалентного электрического генератора сердца.

Выражение для потенциала диполя в точке наблюдения для однородного неограниченного проводника в форме цилиндра радиусом К в прямоугольной системе координат имеет следующий вид:

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

<р(г,) = -

1 Д • «ма.

(Я^Т (л/^1)3

Л -¡та.

где Ох,Оу,Ог - компоненты дипольного момента, которые рассчитываются на основании известных экспериментальных данных для трех стандартных отведений I, II и III, о - удельная электропроводность тканей грудной клетки, У\ - координата, определяющая высоту цилиндра в У-ой точке, а, - угол, изменяющийся в диапазоне от 0 до 360°.

По найденным значениям для компонент дипольного момента в фиксированный момент времени строится распределение потенциала диполя сердца на поверхности тела человека используя выражение (1).

Распределение электрического потенциала сердца на поверхности тела

человека для зубца Я представлено на рис.1.

Третья глава посвящена описанию разработанных

конструкций медицинских электрокардиографических наноэлектродов для исследования сердца в покое и в динамике и их экспериментальным исследованиям. Представлены

_____= ,Ь результаты измерения дрейфа

Рис.1 электродных потенциалов на

постоянном токе, полного сопротивления электродов, степени поляризации наноэлектродов.

В НИИ интроскопии в 2008 году в рамках выполнения проекта РФФИ №08-08-99069 были проведены исследования электрической активности перехода в зависимости от количества частиц серебра в порах керамической диафрагмы и их размеров. Впервые в технологии изготовления электродов были использованы наночастицы серебра размером не более 100 нм и созданы первые лабораторные образцы медицинских наноэлектродов.

При изготовлении электродов на базе пористой керамики в поры керамической диафрагмы электрода были имплантированы наночастицы серебра.

Результаты исследований наноэлектродов представлены в [1-5]. Показано, что в наноэлектродах увеличивается объем керамической диафрагмы, заполненной частицами серебра благодаря специальной технологии имплантации наночастиц в поры керамической диафрагмы, что приводит к значительному увеличению количества наноэлектродов в порах керамической диафрагмы.

В данной работе приводится описание конструкций медицинских электрокардиографических наноэлектродов, выполненных по усовершенствованной технологии. Были проведены исследования влияния пористости керамической диафрагмы на метрологические характеристики наноэлектродов.

В дальнейшем приводятся результаты метрологических исследований наноэлектродов, созданных по усовершенствованной технологии, в сравнении с первыми моделями наноэлектродов.

Разработаны специальные конструкции медицинских

электрокардиографических наноэлектродов для фиксации на теле человека:

- наноэлектрод ЭСК-01/н - грудной присасывающийся электрод для целей электрокардиографии;

наноэлектрод ЭСК-02/н - конечностный электрод, который устанавливается на конечностях (левая рука, правая рука, левая нога, правая нога) с помощью специального зажима «клипсы»;

- наноэлектроды ЭСК-03/н1 и ЭСК-03/н2 - грудные и конечностные электроды, которые фиксируются на груди и конечностях с помощью резинового пояса и ремней;

- наноэлектрод ЭСМГ-1/н1 с кнопочным отведением для целей электромиографии, электроокулографии и электрокардиографии;

наноэлектрод с кнопочным отведением ЭСМГ-1/Н2 для электромиографии и электрокардиографии;

наноэлектрод с кнопочным отведением ЭСМГ-1/нЗ для электромиографии, электрокардиографии и измерения кожно-гальванической реакции;

наноэлектроды с кнопочным отведением ЭСМГ-1/н4 для электромиографии и электрокардиорафии.

В качестве примера на рис. 2 представлены наноэлектроды с кнопочным

Проведены экспериментальные

исследования метрологических характеристик двух типов электродных ячеек (ЭЯ):

• ЭЯ] - пара электродов типа ЭСК-03/н1 (10 ячеек);

• ЭЯ2 - пара электродов типа ЭСК-03/н2 (10 ячеек).

Экспериментальные исследования

проводились на 10 парах каждого вида ЭЯ) и ЭЯг, причем для каждой пары эксперименты повторялись по 10 раз. На рис. 3 и 4 показаны результаты с максимальными значениями исследуемых параметров.

Метрологические исследования проводились с помощью автоматизированной установки для проверки медицинских электродов автоматизированной УПЭ-2 (Сертификат об утверждении типа средства измерений №33700, зарегистрирована в Государственном реестре средств измерений под № 39325-08), ячейки находились в камере с двойным экраном, условия измерений - нормальные.

1) Исследование дрейфа разности электродных потенциалов на постоянном токе.

отведением.

. мшшммитаи]

Рис.2. Наноэлектроды с кнопочным отведением различных типоразмеров

На рис. 3 а, б, в представлены зависимости изменения дрейфа разности электродного потенциала на постоянном токе, полученного на ячейке ЭЯ]. На рис. 4 а, б, в представлены зависимости изменения дрейфа разности электродного потенциала, полученного на ячейке ЭЯ2.

На графиках также представлены значения математического ожидания М, среднеквадратического отклонения о, максимального отклонения от среднего в сторону больших значений +ДХтах и максимального отклонения от среднего в сторону меньших значений -ДХтах.

0,198 0,178 0,158 0,138 0,118 0,098 0,078

0,198 0,178 0,158 0,138 0,118 0,098 0,078

М = 0,1253 мВ; а = 0,0112 мВ; +ДХ„» = +0,0136 мВ; -ДХ™» = -0,0140 мВ

<Р .<Р ч0 с? .■С ¿>

М = 0,1219 мВ; а = 0,0045 мВ; МХ„ = +0,0032 мВ; -ДХ™» = -0,0098 мВ

а) 1 сутки

М = 0,1056 мВ; а = 0,0064 мВ; +ДХ,™ = +0,0098 мВ; -ДХ™, = -0,0122 мВ 6) 2 сутки

М = 0,1100 мВ; о = 0,0044 мВ; +ДХ„» = +0,0054 мВ; -АХшх = -0,0077 мВ в) 3 сутки

Рис. 3 а, б, в. Электродный потенциал во времени электродной ячейки ЭЯ1

М = 0,7551 мВ; +ДХ™ = +0,0102 мВ; -ДХ»» а) 1 сутки

0,0073 мВ; = -0,0086 мВ

М = 0,7904 мВ; а = 0,0057 мВ; +ДХта< = +0,0090 мВ; -ДХ„х =-0,0069 мВ б) 2 сутки

М = 0,8754 мВ; а = 0,0040 мВ; +ДХтах = +0,0057 мВ; -ДХ™, =-0,0064 мВ

в) 3 сутки

Рис. 4 а, б, в. Электродный потенциал во времени электродной ячейки ЭЯ2

Сравнение результатов измерения электродного потенциала во времени показывает, что электрокардиографические электроды имеют изменения электродного потенциала относительно среднего значения ±10 мкВ, дрейф электродного потенциала не превысил 0,001 мкВ/с.

2) Экспериментальные исследования дрейфа электродного потенциала при воздействии постоянным током

Были проведены исследования изменения разности электродных потенциалов во времени при протекании постоянного тока 0,1 мкА через электродную ячейку. Полученные зависимости для ЭЯ[ представлены на рис. 5 а, б. Зависимости для ЭЯг представлены на рис. 6.

Дрейф электродного потенциала ЭЯ( равен 0,005 мкВ/с; напряжение поляризации - 0,25 мВ; среднее значение равно 0,3188 мВ; среднеквадратическое отклонение - 0,0080 мВ; максимальное отклонение в сторону положительных значений равно 0,0092 мВ, в сторону отрицательных значений (-0,0018) мВ.

0,32 0,27 0,22 0,17 0,12

0,07 **

М = 0,3188 мВ; п = 0,0080 мВ;

+ДХт„ = +0,0093 мВ; -ДХтх = -0,0180 мВ а) б)

Рис. 5 а, б. Дрейф разности электродного потенциала ОЯ| во времени при токе ОД мкА

Дрейф электродного потенциала ЭЯ2 равен 0,01 мкВ/с; напряжение поляризации - 0,3 мВ; среднее значение равно 0,9655 мВ; среднеквадратическое отклонение - 0,0295мВ; максимальное отклонение в сторону положительных значений равно 0,0484 мВ, в сторону отрицательных значений (- 0,0425) мВ.

3) Полное сопротивление электродных ячеек ЭЯ) и ЭЯг проводилось на установке УПЭ-2.

Измерения проводились на частотах измерительного тока 0,01; 0,05; 0,15; 1; 2; 75; 10000 Гц. Результаты исследований приведены на рис. 7 а, б.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Сопротивление наноэлектродов, в диапазоне частот от 1 Гц и выше составляет десятки Ом.

2. Значительно уменьшился разброс значений сопротивления электродной ячейки в зависимости от величины тока при частотах, меньших 1 Гц, которое равно сопротивлению при токе 10 мкА.

М = 0,9655 мВ; а = 0,0295 мВ; +АХ™, = +0,0484 мВ; -ДХта, = -0,0425 мВ

Рис. 6. Дрейф разности электродного потенциала ЭЯ2 во времени при токе 0,1 мкА

а) ЭЯ, 6) ЭЯ2

Рис. 7 а, б. Зависимость полного сопротивления электродных ячеек от частоты при разных токах

нагрузки

В четвертой главе дано описание трех макетов электрокардиографов на наноэлектродах для исследования сердца. Приведены описание и принцип работы: назначение, область применения, технические характеристики, описание структурной и принципиальной схем, описание программного обеспечения для запуска электрокардиографа и вывода ЭКГ на экран монитора.

Для получения полной информации о работе сердца электрокардиограмма должна сниматься в полосе частот от 0 Гц, т.е. без фильтра, ограничивающего сигнал в области нижних частот.

Фильтр высоких частот приводит к искажению ЭКГ-сигнала в области низких частот и к появлению ошибок при выявлении ишемической болезни сердца, при которой у больных наблюдается смещение S-T комплекса электрокардиограммы.

Для регистрации электрокардиограммы было разработано два варианта прибора:

2 переносных одноканальных электрокардиографа с накоплением данных на flash-носитель (с биоусилителем на входе и без биоусилителя);

- переносной трехканальный электрокардиограф с одновременной регистрацией трех стандартных отведений (I, II, III) и с накоплением данных на flash-носитель.

Блок-схемы одноканальных электрокардиографов представлены на рис.8

а, б.

Рис. 8. Структурная схема электрокардиографа: а - без биоусилителя; б - с биоусилителем. АЦП - аналого-цифровой преобразователь; УПБ- дифференциальный усилитель; МК- микроко!ггроллер; ПК - персональный компьютер.

мкВ,

На рис. 9 представлена запись электрокардиограммы с грудной клетки по Небу в покое. Измерительный канал не имеет биоусилителя на входе, полоса пропускания от 0 до 100 Гц, отсутствует фильтр высоких частот, ограничивающий ЭКГ-сигнал со стороны низких частот, и заграждающий сетевой фильтр 50 Гц.

На рис. 10 представлена запись электрокардиограммы, полученная с одноканального электрокардиографа с усилителем. Зарегистрированные

электрокардиограммы при входных токах электрокардиографов (30-40)нА и <1нА подтверждают о высокой стабильности электродного потенциала наноэлектродов при длительном воздействии постоянным током и об отсутствии ЭДС поляризации.

Благодаря высокой стабильности электродного потенциала наноэлектродов во времени, низким контактным и поляризационным потенциалам

наноэлектродов, низкому полному сопротивлению наноэлектродов возможна регистрация ЭКГ без применения фильтров.

Электрокардиограммы, полученные на трехканальном электрокардиографе,

представлены на рис. 11,1, II, III отведения от конечностей.

Рис. 9

Рис. 10

..Канал 1

Канал 1 -Канал 3

Рис. 11

Исследования электрокардиографов показали следующие технические характеристики:

• диапазон входных напряжений от ± 0,002мВ до ±20мВ (по ГОСТ 19687-89 от 0,03мВ до 5мВ);

• уровень собственных внутренних шумов от пика до пика - от -1мкВдо +1мкВ;

• диапазон частот - (0-20)/(0-40)/(0-75)/(0-100) Гц;

• частота квантования - 200/500/1000/2000 Гц;

• число каналов - ] и 3;

• число электродов -3 и 7;

• запись на флэш с объемом памяти - 2 Гб;

• часы реального времени;

• питание от аккумуляторных батарей.

Внешний вид разработанных макетов электрокардиографов представлен на рис. 12.

Рис.12

Пятая глава посвящена разработке информационно-измерительных технологий обработки электрокардиологических сигналов и медицинским исследованиям электрокардиографа. Дано описание метода выделения слабых электрокардиографических сигналов из шума, подавления сосредоточенных помех (50Гц), приведено описание программы «Исследование кардиосигналов» («Е Кардио»). Приведены результаты медицинских исследований электрокардиографов.

Разработанный метод, основанный на сравнении случайных сигналов по энергиям в заданных частотных интервалах защищенный патентом РФ № 2368911 [15].

Считаем, что x(t), является суммой полезного сигнала и помехи:

x(t) = s{t) + n(t), (2)

где s(t) - полезный сигнал, a n(t) - шум регистрирующей системы, причем s(t) ограничен по времени и по частоте, a n(t) является случайным. Задача заключается в том, чтобы по зарегистрированному x(i) получить оценку s(t).

Алгоритм выделения слабых электрокардиографических сигналов из

шума:

• выполним для x(t) и n(t) преобразование Фурье, получим спектры X(f) и N(f), соответственно;

• разделим весь диапазон частот на ряд частотных интервалов;

• вычислим для спектров X(f) и N(f) энергии в выделенных частотных интервалах;

• вычислим Де; - разности энергий в выделенных частотных интервалах, то есть энергию полезного сигнала;

• определим коэффициент kt = —, где е, - энергия сигнала x(t) в

е,

заданных частотных интервалах;

• умножим вещественную и мнимую составляющие в заданных частотных интервалах сигнала x(t) на найденные коэффициенты к,\

• после переумножения на к, вычислим энергии в заданных частотных интервалах;

• просуммируем найденные значения энергий с энергией шума в заданных частотных интервалах;

• сравним значения вычисленной суммы значений энергий с исходными значениями для сигнала x(t) в заданных частотных интервалах;

• при несовпадении вычисленной энергии с исходной энергией, полученной для суммы сигнала и помехи, вычисления повторяют с другими коэффициентами методом интераций до получения равенства энергий в частотных интервалах с заданной точностью;

• при достижении заданной точности объединим полученные разности в единый спектр и выполним обратное преобразование Фурье для получения полезного сигнала s(t) во временной области.

Для электрокардиографов была создана программа «Исследование кардиосигналов» («Е Кардио»).

Программа «Исследование кардиосигналов» предназначена для чтения данных, полученных с одноканального электрокардиографа для исследования сердца как в покое, так и в динамике (по Холтеру). Программа позволяет выполнить чтение файлов нескольких форматов, произвести просмотр и обработку полученных данных и сохранить результаты.

Программа «Чтение и просмотр сигнала Холтера» предназначена для чтения целочисленных данных и приведения их в соответствующий масштаб.

Она позволяет выделять и исследовать отдельные участки электрокардиограммы. Для выделенного участка можно получить АЧХ (применить процедуру выполнения преобразования Фурье) и подсчитать частоту сердечных сокращений (ЧСС). Окно программы имеет несколько закладок. Загрузка и обработка текущего файла данных осуществляется на разных страничках окна программы путем последовательного перехода от странички к страничке посредством закладок. По каждой из закладок открывается соответствующая страничка с определенным набором элементов интерфейса. Каждая страничка позволяет решать ту или иную подзадачу.

Страница «Исходное» позволяет:

• выбрать требуемый файл .BIN с целочисленными данными Холтера;

• просмотреть паспортные данные файла и удостовериться, что это именно тот самый требуемый файл;

• загрузить файл в память компьютера;

• указать частоту дискретизации данных;

• указать левую и правую границы фрагмента, требующего изучения;

• указать масштабный коэффициент и линию осреднения сигнала при преобразовании;

• задать команду на выполнение преобразования — масштабирования и осреднения.

Страница '"'Вырезанный фрагмент" имеет вид как показано на рис. 13 а. Она позволяет:

• просмотреть и проанализировать отмасштабированный фрагмент сигнала;

• получить спектр сигнала (методом ДПФ);

• просмотреть проанализированный спектр сигнала;

• устранить 50 Гц при ее наличии.

Страница «ЧСС», то есть частота сердечных сокращений, имеет вид, как показано на рис. 13 б. Она позволяет:

• посмотреть отмасштабированный фрагмент сигнала;

• получить в автоматизированном режиме реперные точки фрагмента сигнала и проконтролировать корректность работы процедуры;

• посмотреть график ЧСС для текущего фрагмента сигнала.

а) б)

Рис. 13. а) вид страницы «Вырезанный фрагмент», б) вид страницы «Частота сердечных сокращений»

В НИИ кардиологии города Томска были проведены медицинские исследования электрокардиографа.

Были исследованы пациенты, имеющие патологии в сердечно-сосудистой системе, с помощью разработанного электрокардиографа в трех отведениях от конечностей (I, II, III) и в трех грудных отведениях по Небу в покос и в динамике (по Холтеру). Одновременно регистрировалась электрокардиограмма на стандартном электрокардиографе.

Результаты записи ЭКГ как в покое, так и в динамике представлены на рис. 14, а, б. Проведено исследование влияния фильтров и импульсов дефибриллятора на зарегистрированный сигнал ЭКГ. Построены амплитудные спектры сигналов пациентов как в покое, так и в динамике. Представлены графики частоты сердечных сокращений.

61

Рис. 14. Кардиограмма здорового человека в покое и в динамике а - в покое; б - в динамике.

1 1 -

,711" 1. • г ] И ;

Рис.15. Электрокардиограмма пациента с кардиостимулятором

По результатам медицинских исследований установлено -

• электрокардиографы на наноэлектродах позволяют зарегистрировать ЭКГ без фильтров (в спектре ЭКГ отсутствует помеха 50 Гц);

• диапазон постоянных потенциалов не превышает ±20мВ как в покое, так и в динамике;

• электрокардиографы регистрируют сигналы уровнем, составляющим единицы мкВ;

• фильтры высокой частоты приводят к дополнительному смещению 8-Т комплекса, составляющему десятки и сотни мкВ (смещение 100 мкВ диагностируется как ишемическая болезнь сердца);

• записи ЭКГ у пациентов со стимулятором не содержат артефактов, вызванных работой стимулятора (Рис.15).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертационной работе представлен аналитический обзор современной электрокардиографической техники и электродов, рассмотрены технические характеристики электрокардиографов, возможности холтеровских систем; сделан анализ шумов и помех, действующих на входе биоусилителя; приведены принципиальные схемы входных цепей стандартных электрокардиографов; дана оценка влияния фильтров на сигнал ЭКГ; рассмотрены вопросы электрофизиологии сердца, фундаментальные задачи биоэлектродинамики, обоснованно выбрана дипольная модель биогенератора; разработана приближенная методика расчета распределения потенциала на поверхности грудной клетки человека; усовершенствована технология изготовления наноэлектродов, спроектированы конструкции медицинских электрокардиографических наноэлектродов, проведены экспериментальные исследования метрологических характеристик разработанных моделей наноэлектродов; созданы на базе электрокардиографических наноэлектродов 2 одноканальных и 1 трехканальный электрокардиограф для исследования сердца как в покое, так и в динамике без фильтров во входной измерительной цепи; разработаны информационно-измерительные технологии обработки электрокардиографических сигналов (спектральный анализ, метод выделения слабых сигналов из шума, подавления сосредоточенных помех); представлены результаты медицинских исследований электрокардиографов.

Основные результаты исследований, проведенных в диссертационной работе, сводятся к следующему:

1. На основании аналитического обзора современной электрокардиографической техники показано, что современные

электрокардиографы широко применяются для оценки состояния сердечнососудистой системы человека и имеют, в основном, частотный диапазон, исключающий регистрацию постоянных и инфранизкочастотных биопотенциалов.

2. Показано на основании аналитического обзора и моделирования воздействия фильтров высокой частоты (ФВЧ) и низкой частоты (ФНЧ) на ЭКГ, зарегистрированную без фильтров в полосе от 0 Гц и выше, что фильтры искажают форму ЭКГ и ее амплитудно-временные параметры, на основании которых осуществляется медперсоналом диагностика состояния сердечнососудистой системы человека.

3. На основании анализа шумов и помех существующих электрокардиографов для исследования ЭКГ как в покое, так и в динамике, показано, что повышение разрешающей способности электрокардиографов по уровню измеряемых электрокардиосигналов и расширение частотного диапазона приборов в область низких частот возможно путем совершенствования электродной техники, применением малошумящей элементной базы и путем разработки специальных информационно-измерительных технологий обработки ЭКГ.

4. Разработана приближенная методика расчета распределения потенциала на поверхности грудной клетки человека, основанная на измерении ЭКГ в I, II, III отведениях и геометрических параметрах грудной клетки.

5. Разработаны 10 моделей электрокардиографических наноэлектродов для электрокардиографии в покое и в динамике (по Холтеру).

6. На основании метрологических исследований электрокардиографических электродов получены следующие значения:

• дрейф электродного потенциала при токе < 1 нА при наблюдении в течение нескольких суток - <0,001мкВ/с;

• дрейф электродного потенциала при токе < 100 нА при наблюдении в течение нескольких суток - (0,005^-0,01) мкВ/с;

• напряжение поляризации - < (0,2+0,3) мВ;

• полное сопротивление электрода составляет десятки Ом, начиная от 1 Гц и выше;

• на частотах ниже 1 Гц полное сопротивление увеличивается по экспоненциальному закону и не зависит от величины измерительного тока с понижением частоты, на частоте 0,01 Гц составляет (100-150) Ом и равно величине сопротивления при токе 10 мкА. В известных хлор-серебряных электродах с уменьшением величины тока наблюдается значительный рост сопротивления электрода с понижением частоты.

7. Разработана электрокардиографическая аппаратура на наноэлектродах с повышенной разрешающей способностью с единой шкалой измерения для регистрации с одинаковым разрешением постоянных биоэлектрических сигналов, возникающих в различных отведениях ЭКГ-сигнала на поверхности тела человека, так и для электрокардиосигналов, с целью регистрации неискаженной фильтрами электрокардиограммы как в покое, так и в динамике.

8. Созданные информационно-измерительные технологии обеспечивают просмотр и измерение врачом амплитудно-временных параметров исходного и обработанного сигналов, зарегистрированных без применения фильтров во входной измерительной цепи.

9. Информационно-измерительные технологии выделения сигнала из случайного шума и устранения сосредоточенных помех (сетевых и импульсных), основаны на методе сравнения энергий сигнала с помехой и без помехи в заданных частотных интервалах (Патент РФ № 2368911).

10. Проведены медицинские исследования электрокардиографов на наноэлектродах и информационно-измерительных технологий в Томском НИИ кардиологии.

11. По результатам медицинских исследований установлено -

• электрокардиографы на наноэлектродах позволяют зарегистрировать ЭКГ без фильтров (в спектре ЭКГ отсутствует помеха 50 Гц);

• диапазон постоянных потенциалов не превышает ±20мВ как в покое, так и в динамике;

• электрокардиографы регистрируют сигналы уровнем, составляющим единицы мкВ;

• фильтры высокой частоты приводят к дополнительному смещению S-T комплекса, составляющему десятки и сотни мкВ (смещение 100 мкВ диагностируется как ишемическая болезнь сердца);

• записи ЭКГ у пациентов со стимулятором не содержат артефактов, вызванных работой стимулятора.

Применение электрокардиографических наноэлектродов открывает перспективы для создания нового поколения электрокардиографической аппаратуры без применения фильтров во входных измерительных цепях (аналоговых и цифровых), а также постоянно носимых кардиомониторов для пациентов в постинфарктном состоянии.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1) Авдеева Д.К., Вылегжанин О.Н., Грехов И .С., Казаков В.Ю., Ким B.JI., Клубович И.А. Результаты экспериментальных исследований электрической активности перехода «электронная-ионная проводимость» // «Фундаментальные исследования». - 2008. -№12.-С. 72-73.

2) Авдеева Д.К., Вылегжанин О.Н., Грехов И.С., Клубович И.А., Рыбалка С.А., Садовников Ю.Г. Сравнительная оценка уровня шумов хлор-серебряных электродов на базе пористой керамики // МНТК «Измерения в современном мире». - С.-Петербург, 2007. - С. 1215.

3) Авдеева Д.К., Вылегжанин О.Н., Рыбалка С.А. Клубович И.А. Алгоритм обработки шумов хлор-серебряных электродов на базе пористой керамики // Международная молодежная научная конференция «XV Туполевские чтения». - Казань, 9-10 ноября, 2007, -С.42-43.

4) Авдеева Д.К, Вылегжанин О.Н., Грехов И.С, Казаков В.Ю., Ким B.JI., Клубович И.А. Автоматизированный испытательный стенд для метрологической проверки медицинских хлор-серебряных электродов на базе пористой керамики // Международная научно-техническая конференция «Неразрушающий контроль и диагностика». - Томск, 2008.-Том312.-№2. -С.353-357.

5) Авдеева Д.К., Вылегжанин О.Н., Грехов И.С., Казаков В.Ю., Ким B.JI., Клубович И.А. Автоматизированная установка для проверки медицинских электродов УПЭ-2// Медицинская техника».-2009,- №2.-С.51-55.

6) Авдеева Д.К., Вылегжанин О.Н., Рыбалка С.А., Клубович И.А, Результаты моделирования метода выделения электрокардиографического сигнала из случайных шумов при длительном мониторировании сердца человека// Становление и развитие научных исследований в высшей школе: Сборник трудов Международной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора А.А.Воробьева. -Томск, ТПУ.-2009.-С.28-29.

7) Авдеева Д.К. Грехов И.С., Клубович И.А., Садовников Ю.Г., Южаков М.М. Перспективы применения наноэлектродной техники на базе пористой керамики// Успехи современного естествознания.- 2009.-№11.-С.78.

8) Авдеева Д.К., Клубович И.А. Электрокардиограф на наноэлектродах// Успехи современного естествознания. -2009.-№11.-С.96-98.

9) Клубович И.А. Шумы и помехи при регистрации биоэлектрической активности сердца человека, статья// XIII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии». - Томск, 26-30 марта,

2007.-С. 352-353.

10) Клубович И.А. Электрокардиограф с повышенной разрешающей способностью для ранней диагностики патологических процессов сердечно-сосудистой системы человека// XIV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии». - Томск, 26-30 марта,

2008.-С.350-351.

11) Клубович И.А. Расчет электрического поля на поверхности тела человека// XV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии». - Томск, 4-8 мая, 2009г. -С. 394-395.

12) Лежнина И.А. Электрокардиограф с повышенной разрешающей способностью на наноэлектродах// Научно-практическая конференция «Информационно-измерительная техника и технологии». -Томск, 25 - 26 февраля, -2010.-С. 51-52.

13) Лежнина И.А. Проблемы и перспективы оценки сдвига сегмента ST как возможный признак ишемии миокарда при исследовании сердца методом Холтеровского мониторирования с помощью медицинских наноэлектродов // XVI Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии». - Томск, 12-16 апреля, 2010. - С. 342-343.

14) Avdeeva D.K., Vylegzhanin O.N., Grekhov I.S., Kazakov V.Y., Kim V.L., Klubovich I.A., Rybalka S.A., Sadovnikov Y.G., YukhinY.M. Experimental results of electric activity of "electronic-ionic conduction" junction // European journal of natural history, №2, 2009, ISSN 2073-4972, p.98.

15) Патент РФ № 2368911. Способ измерения размаха собственных шумов медицинских электродов для съема поверхностных биопотенциалов. /Авдеева Д.К., Вылегжанин О.Н., Грехов И.С., Ким В.Л., Клубович И.А., Рыбалка С.А., Садовников Ю.Г. -Бюлл.№27.

16) Авдеева Д.К., Лежнина И.А., Малый М.В., Фролов М.Д., Южаков М.М. Разработка керамических наноэлектродов для съема биопотенциалов человека//Труды научно-практической конференции «Современные керамические материалы и их применение».-Новосибирск, 12-14 мая, 2010г.-С.125-126.

17) Avdeeva D.K., Klubovich I.A. Results of Experimental Researches of Nanoelectrodes metrological Characteristics for Measurement of Electric Fields of the ground and biopotentials of the person. //10-th European Conference on Non-Destructive Testing: Abstracts -Moscow, 7-11 June 2010. - Moskow: SPEKTR, 2010. - т. 2. - С. 306-308 (84140893).

Подписано к печати 01.09.2010. Формат 60x84/16. Бумага «Снегурочка». Печать XEROX. Усл. печ. л. 1,22. Уч.-изд. л. 1,10.

_Заказ 1360-10. Тираж 100 экз._

Томский политехнический университет Система менеджмента качества Томского политехнического университета сертифицирована NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO 9001:2008

ИЗДАТЕЛЬСТВО^* ТПУ. 634050, г. Томск, лр. Ленина, 30 Тел./факс: 8(3822)56-35-35, wmv.tpu.ru

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ.

1.1 Технические характеристики электрокардиографов.

1.1Л Современная электрокардиография.

1.1.2 Технические параметры современных малогабаритных переносных электрокардиографов.

1.1.3 Возможности современных холтеровских систем.

1.1.4 Системы суточного мониторирования по Холтеру. Основные технические характеристики некоторых регистраторов.

ВЫВОДЫ.

1.2 Требования к входным цепям, принципиальные схемы входных цепей.

1.2.1 Помехи, действующие на входе усилителя биосигналов.

1.2.2 Взаимодействие входных цепей усилителя биосигналов с биообъектом.

ВЫВОДЫ.

1.3 Фильтрация сигнала ЭКГ.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 2. ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА.

2.1 Фундаментальные задачи биоэлектродинамики.

2.1.1 Прямая задача электрокардиографии.

2.1.2 Классификация эквивалентных генераторов.

2.1.3 Однодипольный генератор.

2.1.4 Определение пространственного расположения электрической оси сердца.

2.1.5 Приближенная методика расчета распределения потенциала на поверхности грудной клетки человека.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕДИЦИНСКИХ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИЧЕСКИХ НАНОЭЛЕКТРОДОВ.

3.1 Описание технологии изготовления наноэлектродов.

3.2 Описание конструкций моделей медицинских электрокардиографических наноэлектродов.

3.3 Экспериментальные исследования характеристик электрокардиографических наноэлектродов.

3.3.1 Исследование дрейфа разности электродных потенциалов на постоянном токе.

3.3.2 Экспериментальные исследования дрейфа электродного потенциала при воздействии постоянным током.

3.3.3 Экспериментальные исследования полного сопротивления электродов.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФ С ПОВЫШЕННОЙ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ НА НАНОЭЛЕКТРОДАХ.

4.1 Назначение электрокардиографа.

4.2 Описание принципиальных схем электрокардиографов на наноэлектродах для мониторирования сердца по Холтеру.

4.2.1 Описание принципиальных схем одноканальных электрокардиографов.

4.2.2 Описание принципиальной схемы трехканального электрокардиографа.

4.3 Программное обеспечение одноканальных электрокардиографов.

4.4 Результаты исследований амплитудно-частотных характеристик электрокардиографов на наноэлектродах.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ (ЭКГ-СИГНАЛОВ).

5.1 Спектральный анализ ЭКГ-сигналов.

5.2 Информационно - измерительные технологии для оценки малых изменений биоэлектрической активности органов.

5.2.1 Метод выделения слабых электрокардиографических сигналов из шума.

5.2.2 Подавление сосредоточенных помех (регулярных).

5.3 Программа «Исследование кардиосигналов» («Е Кардио»).

5.4 Инструкция оператора.

5.4.1 Порядок работы с программой «Чтение и просмотр сигнала Холтера».

5.4.2 Процесс вычисления ЧСС.

5.4.3 Порядок работы с программой «Энергия в интервалах»

5.4.4 Просмотр длинных записей.

5.4.5 Печать графиков на принтер.

5.4.6 Запись и чтение файлов пакета МаЛаЬ.,.

5.4.6.1 Порядок сохранения файла .МАТ.

5.4.6.2 Порядок чтения файла .МАТ.

ВЫВОДЫ.

5.5 Результаты медицинских исследований электрокардиографов.

ВЫВОДЫ.

Актуальность работы

Проблема распространения сердечно-сосудистых заболеваний является одной из наиболее актуальных и значимых в современном мире. Болезни сердца - основная причина инвалидности и преждевременной смертности жителей экономически развитых стран. Доля смертности в результате осложнений кардиологических заболеваний составляет более 50%. Число больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями увеличивается каждый год и такая тенденция сохраняется на протяжении десятилетий. Сердечнососудистые заболевания называют болезнями века, которые в последнее время значительно «помолодели». Инфарктам и инсультам, которые ранее считались заболеваниями пожилых, сегодня подвержены молодые и сильные люди. Проблема диагностики сердечно-сосудистых заболеваний и патологий сердца на ранних стадиях возникновения становится важнейшей проблемой здравоохранения.

Переломным фактором к изменению ситуации может быть увеличение возможностей ранней диагностики, в том числе с помощью новейших технических и программных средств с повышенной разрешающей способностью.

Самым распространенным и доступным методом диагностики сердечно-сосудистой системы является электрокардиография, основанная на принципе измерения потенциалов с поверхности тела человека при помощи медицинских электрокардиографических электродов. Такое широкое распространение в клинической практике электрокардиография получила за счет высокой информативности и хорошей восприимчивости получаемых результатов в сочетании с минимально возможным воздействием на организм человека.

В последние десятилетия развитие электрокардиографии проходит особенно интенсивно. В настоящее время многие предприятия занимаются разработкой новой и усовершенствованием более старых моделей техники по диагностике электрической активности сердца. Рынок электрокардиографической аппаратуры переполнен однотипными приборами, технические характеристики которых ограничены требованиями действующих стандартов. Это обуславливает естественное "методическое насыщение" ЭКГ-метода, т.е. достижение предельно возможных, не улучшаемых далее показателей диагностической ценности ЭКГ.

Сегодня уровень развития современной медицинской науки позволяет идентифицировать разнообразные нарушения в работе сердечно-сосудистой системы человека в момент их появления и существования. Однако до сих пор остается открытым вопрос об определении степени риска возникновения различных заболеваний и их раннего прогнозирования.

Эта проблема требует создания аппаратурных и программных средств с повышенной разрешающей способностью с целью выявления ранних сдвигов в функционировании сердца человека по результатам измерения ЭКГ-сигнала.

Повышение разрешающей способности аппаратуры можно достичь путем одновременной реализации трех направлений:

1) Создать более качественные электрокардиографические электроды с параметрами, превышающими существующие

• стабильность электродного потенциала на постоянном токе;

• степень поляризации;

• величина полного сопротивления;

• уровень собственных шумов;

• величина контактных потенциалов, возникающих в контакте «кожа-электрод».

2) Устранить воздействие фильтров в измерительной цепи, вносящих амплитудные и фазовые искажения на форму и амплитудно-временные параметры электрокардиосигнала.

3) Применять самые высококачественные электронные компоненты и разработать специальные информационно-измерительные технологии для создания программно-аппаратного комплекса с максимально возможным значением отношения сигнал/шум.

Такой комплексный подход позволит создать аппаратуру для регистрации истинной биоэлектрической активности сердца на поверхности тела человека.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами работ НИИ интроскопии ГОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», а также по проектам:

1) Проект РФФИ №08-08-99069 «Разработка научных основ формирования малошумящего неполяризующегося перехода «электронная-ионная проводимость» на базе пористой керамики», 2008г.

2) Грант Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе научно-инновационного конкурса У.М.Н.И.К. «Разработка электрокардиографа с повышенной разрешающей способностью на основе высокостабильных малошумящих хлор-серебряных электродов», 2008г.

3) Грант ТПУ для молодых ученых «Разработка научных основ и создание макетов электрокардиографической аппаратуры на базе медицинских наноэлектродов», 2009г.

4) Грант Рособразования «Проведение исследований биоэлектрической активности сердца человека при помощи электрокардиографической аппаратуры на базе медицинских наноэлектродов методом Холтеровского мониторирования с целью оценки сдвига сегмента 8Т и выявления признаков ишемических изменений миокарда, построение автоматизированных информационных систем для детального анализа ЭКГ», 2009г.

5) Проект «Разработка средств диагностики и экспресс-методов, основанных на применении медицинских наноэлектродов, для оценки физического и психо-эмоционального состояния здоровья обучающихся» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)».

Целью диссертационной работы является разработка технических средств и информационно- измерительных технологий с повышенной разрешающей способностью для выявления незначительных по уровню изменений в регистрируемом ЭКГ-сигнале с помощью медицинских наноэлектродов.

Основными задачами, решаемыми в диссертационной работе в связи с поставленной целью, являются следующие:

1) Анализ современного состояния электрокардиографической техники. Исследование влияния фильтров на электрокардиосигнал.

2) Разработка медицинских наноэлектродов многократного применения для целей электрокардиографии в покое и в динамике. Экспериментальные исследования метрологических характеристик электродов.

3) Разработка информационно-измерительных технологий для устранения сосредоточенных помех, случайных шумов и обработки ЭКГ-сигналов.

4) Разработка электрокардиографической аппаратуры с повышенной разрешающей способностью на базе медицинских наноэлектродов для регистрации неискаженной фильтрами биоэлектрической активности сердца человека.

5) Проведение предварительных медицинских исследований.

Методы исследований теоретические и экспериментальные, основанные на теории электрического поля, прикладной и вычислительной математике, прикладных программах для персонального компьютера, технологиях математического и физического моделирования, проведения экспериментов, а также на принципах построения электрографической измерительной медицинской аппаратуры.

Достоверность и обоснованность

Все выводы, полученные в результате теоретических исследований и математического моделирования, проверены и подтверждены путем экспериментальных исследований.

Научная новизна работы

1) Впервые разработаны и экспериментально исследованы макеты медицинских электрокардиографических наноэлектродов многократного применения, созданных на основе современных нанотехнологий и наноматериалов, параметры которых на порядок или в несколько раз превышают параметры существующих электрокардиографических электродов многократного применения — по стабильности электродного потенциала (на порядок), степени поляризации (ЭДС поляризации изменяется от 0,2 мВ до 0,3 мВ при длительном воздействии постоянным током 100 нА, дрейф электродного потенциала при токе 100 нА от 0,005 мкВ/с до 0,010 мкВ/с), по величине полного сопротивления (на порядок), по собственным шумам (в несколько раз - десятки нановольт).

2) Впервые разработаны на базе электрокардиографических наноэлектродов структуры электрокардиографов и созданы три модели электрокардиографов с повышенной разрешающей способностью без фильтрующих элементов в измерительной цепи, позволяющие регистрировать без искажений фильтрами истинную биоэлектрическую активность сердца на поверхности тела человека в области частот от 0 Гц и выше в диапазоне от -20 мВ до +20 мВ с уровнем шумов от -1 мкВ до +1 мкВ.

3) Разработаны информационно-измерительные технологии устранения влияния сосредоточенных помех и случайных шумов, основанные на сравнении энергий двух случайных реализаций в заданных частотных интервалах, не искажающих спектральную структуру ЭКГ-сигнала.

4) Разработаны программно-аппаратные средства, позволяющие оценить воздействие фильтров высокой частоты и низкой частоты на реальный неискаженный фильтрами электрокардиосигнал.

5) Получены результаты измерения неискаженной фильтрами электрокардиограммы на пациентах.

Практическая ценность работы

1. Практическая ценность исследований состоит в разработке электрокардиографа на наноэлектродах без фильтров, который позволил при медицинских исследованиях на кардиологических пациентах зарегистрировать с одинаковым высоким разрешением как постоянные биопотенциалы, так и ЭКГ-комплексы со стандартных сердечных отведений как в покое, так и в динамике, что открывает новые перспективы для исследования функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека.

2. Созданы макеты наноэлектродов многократного применения для электрокардиографических исследований как в покое, так и в динамике.

Полученные результаты внедрены в производство медицинских электродов на базе пористой керамики в ОСП «НИИ интроскопии» ГОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет».

Информационно-измерительные технологии, разработанные в диссертационной работе, внедрены в учебный курс «Преобразование измерительных сигналов» для студентов специальности 200106 «Информационно-измерительная техника и технологии» в ГОУ ВПО Национальный исследовательский Томский политехнический университет.

Апробация результатов

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

• Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии». -Томск, 26-30 марта, 2007 г;

• Международной научно-технической конференции «Измерения в современном мире», С.-Петербург, 16-18 октября 2007г.

• Международная молодежная научная конференция «XV Туполевские чтения», Казань, 9-10 ноября, 2007г.

• Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии». -Томск, 26-30 марта, 2008г.

• Международной научно-практической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика». - Томск, 2008 г;

• Международной научной конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в медицине». - Китай, Пекин, 26 ноября -4 декабря, 2008 г.

• Международная научная конференция, посвященная 100-летию со дня рождения профессора А.А.Воробьева «Становление и развитие научных исследований в высшей школе».- Томск, ТПУ, 14-16 сентября, 2009г.

• Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии». -Томск, 4-8 мая, 2009 г.

• Научная конференция "Фундаментальные и прикладные исследования в медицине". - Париж, октябрь 2009г.

• VI общероссийская научная конференция «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВУЗОВСКОЙ НАУКИ». - Дагомыс, сентябрь 2009г.

• Научно-практическая конференция «Информационно-измерительная техника и технологии».-Томск, 25-26 февраля, 2010г.

• Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии». -Томск, 12-16 апреля, 2010 г.

• Научно-техническая конференция «Современные керамические материалы и их применение-2010».-Новосибирск, 12-14 мая, 2010г.

• 10-th European Conference on Non-Destructive Testing: Abstracts -Moscow, 7-11 June, 2010 y.

Публикации

Основное содержание работы изложено в 17 опубликованных статьях и докладах [1-9, 39-41, 45, 46, 74], в описании заявки на патент на изобретение (патент №2368911) [60].

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, 14-и приложений (представленных отдельным томом) и списка литературы, включающего 101-у библиографическую ссылку, содержит 181 страницу основного машинописного текста, 133 рисунка и 29 таблиц.

Основные результаты исследований, проведенных в диссертационной работе, сводятся к следующему:

1. На основании аналитического обзора современной электрокардиографической техники показано, что современные электрокардиографы широко применяются для оценки состояния сердечнососудистой системы человека и имеют, в основном, частотный диапазон, исключающий регистрацию постоянных и инфранизкочастотных биопотенциалов.

2. Показано на основании аналитического обзора и моделирования воздействия фильтров высокой частоты (ФВЧ) и низкой частоты (ФНЧ) на ЭКГ, зарегистрированную без фильтров в полосе от 0 Гц и выше, что фильтры искажают форму ЭКГ и ее амплитудно-временные параметры, на основании которых осуществляется медперсоналом диагностика состояния сердечно-сосудистой системы человека.

3. На основании анализа шумов и помех существующих электрокардиографов для исследования ЭКГ как в покое, так и в динамике, показано, что повышение разрешающей способности электрокардиографов по уровню измеряемых электрокардиосигналов и расширение частотного диапазона приборов в области низких частот возможно путем совершенствования электродной техники, применением малошумящей элементной базы и путем разработки специальных информационно-измерительных технологий обработки ЭКГ.

4. Разработана приближенная методика расчета распределения потенциала на поверхности грудной клетки человека, основанная на измерении ЭКГ в I, II, III отведениях и геометрических параметрах грудной клетки.

5. Разработаны 10 моделей электрокардиографических наноэлектродов для электрокардиографии в покое и в динамике (по Холтеру).

6. На основании метрологических исследований электрокардиографических электродов получены следующие значения:

• дрейф электродного потенциала при токе < 1 нА при наблюдении в течение нескольких суток - <0,001мкВ/с;

• дрейф электродного потенциала при токе < 100 нА при наблюдении в течение нескольких суток - (0,005-^0,01) мкВ/с;

• напряжение поляризации - < (0,2-Ю,3) мВ;

• полное сопротивление электрода составляет десятки нановольт, начиная от 1 Гц и выше;

• на частотах ниже 1 Гц полное сопротивление увеличивается по экспоненциальному закону и не зависит от величины измерительного тока с понижением частоты, на частоте 0,01 Гц составляет (100-150) Ом и равно величине сопротивления при токе 10 мкА. В известных хлор-серебряных электродах с уменьшением величины тока наблюдается значительный рост сопротивления электрода с понижением частоты.

7) Разработана электрокардиографическая аппаратура на наноэлектродах с повышенной разрешающей способностью с единой шкалой измерения для регистрации с одинаковым разрешением постоянных биоэлектрических сигналов, возникающих в различных отведениях ЭКГ-сигнала на поверхности тела человека, так и для электрокардиосигналов, с целью регистрации неискаженной фильтрами электрокардиограммы как в покое, так и в динамике.

8) Созданные информационно-измерительные технологии обеспечивают просмотр и измерение врачом амплитудно-временных параметров исходного и обработанного сигналов, зарегистрированных без применения фильтров во входной измерительной цепи.

9) Информационно-измерительные технологии выделения сигнала из случайного шума и устранения сосредоточенных помех (сетевых и импульсных), основаны на методе сравнения энергий сигнала с помехой и без помехи в заданных частотных интервалах (Патент РФ № 2008114573. Способ измерения размаха собственных шумов медицинских электродов для съема поверхностных биопотенциалов).

10) Проведены медицинские исследования электрокардиографов на наноэлектродах и информационно-измерительных технологий в Томском НИИ кардиологии.

11) По результатам медицинских исследований установлено

• электрокардиографы на наноэлектродах позволяют зарегистрировать ЭКГ без фильтров (в спектре ЭКГ отсутствует помеха 50 Гц);

• диапазон постоянных потенциалов не превышает ±20мВ как в покое, так и в динамике;

• электрокардиографы регистрируют сигналы уровнем, составляющим единицы мкВ;

• фильтры высокой частоты приводят к дополнительному смещению 8-Т комплекса, составляющему десятки и сотни мкВ (смещение 100 мкВ диагностируется как ишемическая болезнь сердца);

• записи ЭКГ у пациентов со стимулятором не содержат артефакты, вызванные работой стимулятора.

Применение электрокардиографических наноэлектродов открывает перспективы для создания нового поколения электрокардиографической аппаратуры без применения фильтров во входных измерительных цепях (аналоговых и цифровых).

170

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе представлен аналитический обзор современной электрокардиографической техники, рассмотрены технические характеристики электрокардиографов, возможности холтеровских систем; сделан анализ шумов и помех, действующих на входе биоусилителя; приведены принципиальные схемы входных цепей стандартных электрокардиографов; дана оценка влияния фильтров на сигнал ЭКГ; рассмотрены вопросы электрофизиологии сердца, фундаментальные задачи биоэлектродинамики, обоснованно выбрана дипольная модель биогенератора; разработана приближенная методика расчета распределения потенциала на поверхности грудной клетки человека; спроектированы конструкции медицинских электрокардиографических наноэлектродов, проведены экспериментальные исследования метрологических характеристик разработанных моделей наноэлектродов; созданы на базе электрокардиографических наноэлектродов 2 одноканальных и 1 трехканальный электрокардиограф для исследования сердца по Холтеру, для снятия ЭКГ с конечностей и с грудных отведений по Небу без фильтров; разработаны информационно-измерительные технологии обработки электрокардиографических сигналов (спектральный анализ, метод выделения слабых сигналов из шума, подавление сосредоточенных помех); представлены результаты медицинских исследований электрокардиографов.

1. Авдеева Д.К. Приборное обеспечение неинвазивной электрокохлеографии: дис. . докт. техн. наук-М., 1999.

2. Авдеева Д.К., Вылегжанин О.Н., Грехов И.С., Казаков В.Ю., Ким B.JL, Клубович И.А. Результаты экспериментальных исследований электрической активности перехода «электронная-ионная проводимость» // «Фундаментальные исследования». 2008. - №12. - С. 72-73.

3. Авдеева Д.К., Вылегжанин О.Н., Грехов И.С., Клубович И.А., Рыбалка С.А., Садовников Ю.Г. Сравнительная оценка уровня шумов хлор-серебряных электродов на базе пористой керамики // МНТК «Измерения в современном мире». С.-Петербург, 2007. - С. 12-15.

4. Авдеева Д.К., Вылегжанин О.Н., Рыбалка С.А. Клубович И.А. Алгоритм обработки шумов хлор-серебряных электродов на базе пористой керамики // Международная молодежная научная конференция «XV Туполевские чтения». Казань, 9-10 ноября, 2007, -С.42-43.

5. Авдеева Д.К, Вылегжанин О.Н., Грехов И.С, Казаков В.Ю., Ким

6. Авдеева Д.К., Вылегжанин О.Н., Грехов И.С., Казаков В.Ю., Ким B.JL, Клубович И.А. Автоматизированная установка для проверки медицинских электродов УПЭ-2// Медицинская техника».-2009.- №2.-С.51-55.

7. Авдеева Д.К. Грехов И.С., Клубович И.А., Садовников Ю.Г., Южаков М.М. Перспективы применения наноэлектродной техники на базе пористой керамики// Успехи современного естествознания.- 2009.-№11 — С.78.

8. Авдеева Д.К., Клубович И.А. Электрокардиограф на наноэлектродах//Успехи современного естествознания. -2009.-№11.-C.96-98.

9. Авдеева Д.К., Садовников Ю.Г., Черногалова Л.Ф. Опыт разработки технологии и применения электрографических хлор-серебряных электродов ЭТЭ-2 // Неразрушающий контроль и диагностика: Известия ТПУ. Томск, 1998. - С. 86-87.

10. Авдеева Д.К., Дмитриев В.В., Добролюбов А.Т., Нагиев В.А., Самохвалов С .Я., Шилов С.А. Электрокардиографические хлорсеребряные электроды // Медицинская техника. 1984. - № 1. - С. 31-35.

11. Бендат Д.С., Пирсол А.Д. Прикладной анализ случайных данных: пер. с англ. М.: Мир, 1989. -540 с.

12. Бодин О.Н. Системы неинвазивного контроля состояния сердца: дис. . докт. техн. наук Пенза, 2008.

13. Букингем М. Шумы в электронных приборах и системах: Пер. с англ. М.: Мир, 1986. -399 с.

14. Водолазский Л.А. О значении межэлектродного сопротивления при регистрации биоэлектрических процессов с поверхности кожи человека

15. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. М., 1959. — № 10. -С. 94-96.

16. Волженская Л.Т., Медведев В.Т. Результаты исследований основных характеристик неполяризующихся электродов для электроэнцефалографии // Физические методы и вопросы метрологии биомедицинских измерений. Сб. научн. трудов. -М., 1974. С. 58-59.

17. Высокие медицинские технологии в практику функциональной диагностики. //Обозрение. Медтехника. -2007. -№5. http://www.altonika.ra/article.php7icH338.

18. Гаврилов Н.В. Изучение влияния контактирующих сред на ионное равновесие при биоэлектрических измерениях//Физические методы и вопросы метрологии биомедицинских измерений. Сб. научн. трудов. М., 1976.

19. ГОСТ 19687-89. Приборы для измерения биоэлектрических потенциалов сердца. Общие технические требования и методы испытаний. -Государственный Комитет СССР по стандартам, 1989.

20. ГОСТ Р 50627.25-94 (МЭК 601-2-25-93) Изделия медицинские электрические. Часть 2. Частные требования безопасности к электрокардиографам. Государственный Комитет СССР по стандартам, 1994.

21. ГОСТ Р МЭК 60601-1-1-2007. Изделия медицинские электрические. Часть 1-1. Общие требования безопасности. Требования безопасности к медицинским электрическим системам. Государственный Комитет СССР по стандартам, 2007.

22. ГОСТ 24878-81. Электроды для съема биоэлектрических потенциалов: Термины и определения. Государственный Комитет СССР по стандартам, 1982.

23. ГОСТ 25995-83. Электроды для съема биоэлектрических потенциалов: Общие технические требования и методы испытаний. -Государственный Комитет СССР по стандартам, 1984.

24. Грехов И.С. Разработка и исследование автоматизированной установки для проверки медицинских хлор-серебряных электродов и медицинских наноэлектродов для съема поверхностных биопотенциалов человека: дис. канд.техн.наук Томск. -2008.

25. Зайцева Г.Н. Методы исследования внешних проявлений деятельности сердца. Учебное пособие. -Курск.- 2008.- 159 с.

26. Зайченко К.В., Жаринов О., Кулин А.Н., Кулыгин Л.А., Орлов А.П. Съем и обработка биоэлектрических сигналов: Учебное пособие/Под ред. Зайченко К.В. СПбГУАП. -СП6.-2001.- 140 с.

27. Заявка (Великобритания) №1486865. Биомедицинский электрод//Изобретения в СССР и зарубежом, МКИ А61, 1978. №4. - С. 6.

28. Заявка (Великобритания) №1567961. Неметаллический наполняемый гелем медицинский электрод // Изобретения в СССР и за рубежом, МКИ А61, 1981. №3. - С. 31.

29. Заявка (Великобритания) №2034184. Управляющий и стимулирующий электрод // Изобретения в СССР и за рубежом, МКИ А61, 1981.-№6.-С. 50.

30. Заявка (Великобритания) №1556364. Электромедицинский электрод // Изобретения в СССР и за рубежом, МКИ А61, 1980. №11. -С. 49.

31. Заявка (Франция) №2359594. Медицинский электрод // Изобретения в СССР и за рубежом, МКИ А61, 1978. №15. - С. 34.

32. Заявка (ФРГ) №2449091. Электрод для съема биоэлектрических сигналов // Изобретения в СССР и за рубежом, МКИ А61, 1980. №3. - С. 35.

33. Заявка (Япония) №57-45570. Биоэлектрод // Изобретения в СССР и за рубежом, МКИ А61, 1983.-№9.

34. Заявка (Япония) №62-53176. Способ изготовления электрода из серебра и хлорида серебра// Изобретения в СССР и за рубежом, МКИ А61 В 5/04, 1987.-№1.- 1330.

35. Кнеппо П., Титомир Л.И. Биомагнитные измерения. М.: Энергоатомиздат. - 1989. - 288с. - ISBN 5-283-00557-7.

36. Компани-Бош Э., Хартманн Э. Электрокардиограф на базе микроконвертора// Компоненты и технологии. 2004г.- № 6. -С. 104-108.

37. Костин А., Балашов Ю. Проектирование устройств первичной обработки электрокардиосигнала для дистанционного мониторинга. ChipNews.- 2004г. № 1. -С.42-46.

38. Клубович И.А. Расчет электрического поля на поверхности тела человека// XV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии». Томск, 4-8 мая, 2009г. -С. 394-395.

39. Кугушев И.Г., Гаврилов Н.В. К вопросу о точности регистрации биопотенциалов, обусловленной параметрами электродов // Физические методы и вопросы метрологии биомедицинских измерений. Сб. научн. трудов. М., 1976. - С. 24.

40. Латфуллин И.А., Тептин Г.М., Контуров C.B. Сравнительный анализ погрешностей в аналоговой и компьютерной электрокардиографии//Вестник аритмологии.-1999. -№13. -С.54-58.

41. Лебедев C.B. Технические методы диагностических исследований биологических объектов. ( Математическое моделирование сердца, ЧАСТЬ 1). -М., 2005,- 76 с.

42. Лежнина И.А. Электрокардиограф с повышенной разрешающей способностью на наноэлектродах// Научно-практическая конференция «Информационно-измерительная техника и технологии». -Томск, 25 26 февраля, 2010.-С. 51-52.

43. Малых Д. Использование компьютерных технологий в медицине.-2004.- 74 с.

44. Марпл С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения: пер. с англ.-М.: Мир, 1990.- 584 с.

45. Нуссбаумер Г. Быстрое преобразование Фурье и алгоритмы вычисления сверток: пер.с англ.-М.: Радио и связь, 1985.- 284 с.

46. Обзор рынка электрокардиографов в России по состоянию на 2007г. SYNOPSIS-маркетинг для медицины. -М., 2007. Электронный ресурс. URL: http://marketing.rbc.ru/revshort/31555053.shtml (дата обращения: 14.03.2010)

47. Орлов Ю.Н. Контактные электроды для биомедицинских измерений: Учеб. пособие / МВТУ им. Баумана. М., 1988. -40с.

48. Орлов Ю.Н. Методы и технические средства для электрокардиографии: Учеб. Пособие- М: Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1997.-16 с.

49. Павлова О.И., Павлов А.Н. Регистрация и предварительная обработка сигналов с помощью измерительного комплекса МП100: Учеб. Пособие для студ.физ.фак. -Саратов: Научная книга, 2008.- 80 с.

50. Патент РФ №1200901. Электродное устройство / Авдеева Д.К., Дмитриев В.В., Добролюбов А.Т., Нагиев В.А., Самохвалов С.Я. Бюл. №48, 1985.-С. 10.

51. Патент РФ на промобразец №39626. Электрод электрокардиографический / Авдеева Д.К., Чухланцева М.М., Добролюбов А.Т. / Полезные модели. Промышленные образцы, 1994. №11. - С.55.

52. Патент РФ на промобразец №39627. Электрод электрокардиографический / Авдеева Д.К., Чухланцева М.М., Добролюбов А.Т. / Полезные модели. Промышленные образцы, 1994. №11. - С.55.

53. Патент РФ на промобразец №41385. Электрод электрокардиографический / Авдеева Д.К., Чухланцева М.М., Добролюбов А.Т. / Полезные модели. Промышленные образцы, 1994. №11. - С. 57.

54. Патент РФ №2057482. Электродное устройство / Авдеева Д.К., Чухланцева М.М., Добролюбов А.Т. Бюл. №10, 1996. - С. 138.

55. Патент РФ №2234851. Электродное устройство / Авдеева Д.К., Садовников Ю.Г. Бюл. №24, 2004.

56. Патент РФ № 2368911. Способ измерения размаха собственных шумов медицинских электродов для съема поверхностных биопотенциалов. /Авдеева Д.К., Вылегжанин О.Н., Грехов И.С., Ким B.JL, Клубович И.А., Рыбалка С.А., Садовников Ю.Г. Бюл.№27, 2009.

57. Паченко К., Тейксейра С. Delphi: Руководство разработчика: пер. с англ. -М.: СПб.: Киев: Вильяме, 2000.-Т.2Разработка компонентов и работа с базами данных. -2000.- 991 с.

58. Р. Плонси, Р.Барр. Биоэлектричество. Пер. с английского под ред. чл.-корр. АН СССР Л.М.Чайлахяна и проф. Л.И.Титомира.-М: Мир, 1991.-336с. ISBN 5-03-001841-7.

59. Рябыкина Г.В. Технические подходы к регистрации ЭКГ. // Кардиология. -2005. Т.45, Ж2.-С.81-85.

60. Самохвалов С.Я. Исследование и разработка электродов для съема инфранизкочастотных биопотенциалов: дис. . канд. техн. наук / ТПИ -Томск, 1981.

61. Сула A.C., Рябыкина Г.В., Гришин В.Г. Дисперсионное картирование новый метод анализа ЭКГ. Биофизические основы электродинамической модели биогенератора сердца //Кардиологический вестник. - 2007.- №1.

62. Сула A.C., Рябыкина Г.В., Гришин В.Г. ЭКГ-анализатор КАРДИОВИЗОР-ОбС: новые возможности выявления ишемии миокарда при скрининговых обследованиях и перспективы использования в функциональной диагностике// Кардиологический вестник.- 2003.- №2.

63. Титомир Л.И. Электрический генератор сердца. -М.: Наука. -1999.- 371 с.

64. Титомир Л.И., Кнеппо П. Математическое моделирование биоэлектрического генератора сердца.-М.: Наука. Физматлит, 1999.- 448 е.-ISBN 5-02-015245-5.

65. Тихоненко В.М., Возможности современных Холтеровских систем. -НИИ кардиологии МЗ РФ, http://www.medwedi.ru.

66. Фролов C.B., Строев A.B., Горбунов, В.А. Трофимов. Методы и приборы функциональной диагностики: Учебное пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. -80 с.

67. Шкарин В.В. Прогресс и проблемы современного этапа компьютерного анализа электрокардиограмм// «КАРДИОЛОГИЯ». Электронный ресурс. URL: http://www.diamant.spb.ru (дата обращения: 14.03.2010).

68. Эри JI. Голдберг, Девид Р. Ригне, Брюс Дж. Уэст. Хаос в функционировании организма говорит о здоровье. Электронный ресурс. URL: http://www.xaoc.ru (дата обращения: 25.08.2010).

69. IEC 60601-2-25 (1993) Аппаратура электрическая медицинская. Часть 2. Частные требования к безопасности электрокардиографов (ред. 1999 г.).

70. IEC 60601-2-51 (2003) Аппаратура электрическая медицинская. Часть 2-51. Частные требования к безопасности регистрирующих и анализирующих одноканальных и многоканальных электрокардиографов, включая основные эксплуатационные характеристики.

71. Аксельрод A.C. Возможности холтеровского мониторирования в выявлении ишемии миокарда. Официальный сайт ЗАО «ШИЛЛЕР.РУ». Электронный ресурс. URL: http://www.schiller.ru/articles/detail.php7ID =2169&SHOWALL 2=1 (дата обращения: 25.08.2010).

72. Электрокардиограф КАРДИОТЕХНИКА-ЭКГ-8/Справочник медицинского оборудования 2010. Электронный ресурс. URL: http://www.8a.ru/print/17945.php (дата обращения: 25.08.2010).

73. Официальный сайт института кардиологической техники (ИНКАРТ). Электронный ресурс. URL: www.incart.ru (дата обращения: 25.08.2010).

74. ХАИ-МЕДИКА оборудование для функциональной диагностики. Сайт научно-технического центра радиоэлектронных медицинских приборов и технологий. Электронный ресурс. URL: http://www.xai-medica.com (дата обращения: 25.08.2010).

75. Официальный сайт компании ООО «Нейрософт». Электронный ресурс. Дата обновления: 11.07.2010. URL: www.neurosoft.ru (дата обращения: 25.08.2010).

76. Официальный сайт ЗАО «ШИЛЛЕР.РУ». Электронный ресурс. URL: www.schiller.ru (дата обращения: 10.06.2010).

77. Официальный сайт компании BTL. Электронный ресурс. URL: http://www.btlnet.com (дата обращения: 25.08.2010).

78. Официальный сайт компании GENERAL ELECTRIC. Электронный ресурс. URL: http://www.rozinn.de (дата обращения: 15.04.2010).

79. И.В. Бувайлов. Холтеровские системы ROZIN ELECTRONICS: обзор текущих технологий //Вестник аритмологии.- №23,- 2001. Электронный ресурс. Систем, требования: Adobe Acrobat Reader. URL: http://www.stomioff.ru/pdf7aiythm.pdf (дата обращения: 30.08.2010).

80. Фильтрация ЭКГ: «мелочь» или нет?//Медицинский алфавит. Электронный ресурс. URL: http://www.medalfavit.ru/err.html (дата обращения: 24.06.2010).

81. Методы регистрации электрокадиограммы. Персональный сайт. Электронный ресурс. URL: http://www.c2n.ru/html/ekgogl.htm (дата обращения: 18.07.2010).

82. Россиев Д.А. Медицинская нейроинформатика. Электронный ресурс. URL: http://www.gotai.net/documents/doc-art-003-08.aspx (дата обращения: 18.07.2010).

83. Вариабельность сердечного ритма. Электронный ресурс. URL: http://hrv.ru (дата обращения: 21.08.2010).

84. Медицинская и биологическая физика: Лабораторные работы -Минск,-2004. С. 14-21. Электронный ресурс. Систем, требования: Adobe Acrobat Reader. URL: http://abitur.bsuir.by/rn/12l 166081 50930.pdf (дата обращения: 11.02.2010).

85. Рябыкина Г.В. Ишемии миокарда методом Холтеровского мониторирования // Вестник Аритмологии. ЭКГ. Электронный ресурс. URL: http://www.incart.ru/articleprint.jsp?id=897 (дата обращения: 21.08.2010).

86. Формирование электрокардиограммы при распространении волны возбуждения по сердцу. Электронный ресурс. URL: http://www.cardioportal.ru/elektrokardiografiya/9-html (дата обращения: 21.08.2010).

87. Холтеровское мониторирование. Персональный сайт. Электронный ресурс. URL: http://akapelwa.narod.ru/HOLTER.html (дата обращения: 08.08.2010).

88. Вторичные измерительные преобразователи и биотелеметрические системы: сайт Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. Электронный ресурс. URL: http://abitur.bsuir.by/eumk/bsip/page7.htm (дата обращения: 11.12.2009).

89. Холтеровская система Holter-3000. Электронный ресурс. URL: http://holtersystem.ru/ (дата обращения: 08.05.2010).

90. Национальный исследовательский Томский политехнический университет04201007158