автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Многоканальный измерительный преобразователь биоэлектрической активности сердца

На правах рукописи

Келянин Федор Александрович

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ СЕРДЦА

05.13.05-«Энементы и устройства вычислительной техники и систем управления»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара2006

Работа выполнена на кафедре радиотехники и медицинских диагностических систем Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева» (СГАУ).

Научный руководитель: Официальные оппоненты;

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Калакутский Л.И.

доктор технических наук, профессор Логвинов Л.М. кандидат технических наук, доцент Гуменников В.Б.

Уфимский государственный авиационный технический университет

Защита диссертации состоится 28 декабря 2006 в 10 часов на заседании диссертационного совета Д212.215.05 Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королева по адресу: 443086, Самара, Московское шоссе, 34, корпус За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного аэрокосмического университета

Автореферат разослан 27 ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, * .

доктор технических наук, профессор чРЩШЁЩ? A.A. Калентьев

Актуальность работы.

Важным направлением в совершенствовании систем управления состоянием организма человека является разработка измерительных преобразователей (ИП) физиологической информации, позволяющих получить данные о текущем состоянии организма. При построении ИП физиологической информации широко используются параметры биоэлектрической активности сердца человека для оценки состояния организма и формирования управляющих воздействий, направленных на изменение состояния. Рассмотрению данных вопросов посвящены работы В.М.Ахутина, Р.М.Баевского, Е.П.Попечителева, А.П.Немирко, В.Г.Гусева, Л. И.Титом и ра, О.В.Баума, А.В.Калатара, Д.Б.Гезеловица, J.A.Crowe, в которых показаны основные направления развития ИП для получения информации о хронотропной структуре сердечного ритма и диагностических показателей состояния. Показатели сердечного ритма плода отражают активность процессов регуляции в вегетативной нервной системе и могут быть использованы для диагностики угрожающих состоянии плода, в частности, гипоксических состояний.

Управление состоянием организма во время беременности, когда предъявляются повышенные требования к оперативности и эффективности оценки состояния организма, требует построения ИП биоэлектрической активности сердца плода в период внутриутробного развития. Данная проблема не получила должного решения, и в настоящее время не производится аппаратуры для оценки и управления состоянием плода, основанной на регистрации биоэлектрической активности сердца во время беременности, хотя потребность в подобных средствах очень высока. Существующая аппаратура фетального мониторинга, основанная на ультразвуковых методах измерения параметров сердечного ритма плода, не обладает достаточной точностью оценки параметров ритма сердца, в то же время обсуждается вопрос о безопасности ультразвукового исследования для плода на ранних этапах его развития.

Разработка и внедрение ИП биоэлектрической активности сердца плода сдерживается отсутствием теоретической базы формирования сигналов в условиях фетальных измерений. Необходимо исследование закономерностей формирования сигналов и структурного построения измерительных преобразователей. Кроме того, необходимо повышение точности измерения параметров хронотропной структуры сердечного ритма плода в условиях фетальных измерений, когда в регистрируемом электрокардиосигнале (ЭКС) присутствует помеховая составляющая, обусловленная биоэлектрической активностью сердца женщины.

В этом плане разработка новых ИП, позволяющих снизить погрешности измерения параметров сердечного ритма, и исследование их характеристик

является актуальной задачей, эффективное решение которой позволит существенно улучшить диагностику внутриутробного плода и управление его состоянием.

Цель и задачи работы. Целью данной работы является создание многоканального измерительного преобразователя хронотропных параметров биоэлектрической активности сердца плода, обладающего заданными метрологическими характеристиками, позволяющего повысить оперативность и эффективность диагностики и управления состоянием плода во время беременности.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ известных методов и технических средств построения измерительных преобразователей биоэлектрической активности сердца систем управления состоянием организма в условиях фетапьных измерений.

2. Разработать модели электрических генераторов сердца и модели измерительного преобразователя хронотропных параметров биоэлектрической активности сердца в условиях феггальных измерений, учитывающих анатомо-ф и экологические особенности организма.

3. Разработать требования к величине погрешностей измерительных преобразователей хронотропных параметров биоэлектрической активности сердца.

4. Разработать многоканальный измерительный преобразователь : хронотропных параметров биоэлектрической активности сердца плода,

удовлетворяющий критериям точности диагностики состояния.

5. Исследовать погрешности измерительных преобразователей хронотропных параметров биоэлектрической активности сердца.

6. Провести клиническую апробацию экспериментального образца многоканального измерительного преобразователя биоэлектрической активности сердца плода в составе системы управления состоянием организма.

Научная новизна проведенной работы состоит в следующем:

1. Создана математическая модель биоэлектрической активности сердца в виде би-днпольного эквивалентного электрического генератора, в которой желудочковая активность сердца описывается с помощью изменения во времени пространственного положения векторов дипольных моментов по кривой, имеющей форму кардиоиды с точкой возврата, расположенной в точке, соответствующей электрическому центру сердца.

2. Предложен новый способ формирования электрокардиоснгнала и построения входных цепей измерительного преобразователя биоэлектрической активности сердца плода, обеспечивающий снижение погрешностей измерительных преобразователей за счет уменьшения

4

динамического диапазона элекггрокар диосигнала. 3. Предложена методика автоматической коррекции усиления в многоканальном измерительном преобразователе биоэлектрической активности сердца плода, обеспечивающая автоматическую компенсацию амплитудных помех. Практическую ценность работы представляют:

1. Схема многоканального измерительного преобразователя с автоматической компенсацией амплитудных помех.

2. Методика оценки погрешностей измерительного преобразователя биоэлектрической активности сердца.

3. Методы автоматической регулировки значения коэффициента передачи в формирователе напряжений электрокардиосигнала многоканальною измерительного преобразователя биоэлектрической активности сердца плода.

4. Методы амплитудно-временного порогового обнаружения опорных точек электрокардиосигнала плода.

5. Программное обеспечение обработки сигналов измерительного преобразователя и интерфейс пользователя в системе мониторинга и управления состоянием организма.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовался математический аппарат теории вероятностей и математической статистики, интегрального и дифференциального исчисления, применялось имитационное моделирование на ЭВМ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Всероссийской научной конференции "Актуальные проблемы радиоэлектроники" (Самара, 2003); Международном славянском конгрессе по электростимуляция и клинической электрофизиологии сердца "Кардиостим-2004" (Санкт-Петербург, 2004); Европейской конференции Те1етес11сте & ЕНеаНЬ Окейогу (Люксембург, 2005); Европейской конференции ЕМВЕС'05 (Прага, 2005); Международной НТК физика и радиоэлектроника в медицине и экологии ФРЭМЭ-2006 (Владимир, 2006); Всероссийской НТК МИС-2006 (Таганрог, 2006).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Маггематическая модель биоэлектрической активности сердца в виде би-дипольного эквивалентного электрического генератора, в которой желудочковая активность сердца описывается с помощью изменения во времени пространственного положения векторов дипольных моментов по кривой, имеющей форму кардиоиды с точкой возврата, расположенной в точке, соответствующей электрическому центру сердца.

2. Способ формирования электрокардиосигнала и построения входных цепей измерительного преобразователя биоэлектрической активности сердца плода, обеспечивающий снижение погрешностей измерительных

преобразователей за счет уменьшения динамического диапазона электрок ар дноси гнала. 3. Методика автоматической коррекции усиления в многоканальном измерительном преобразователе биоэлектрической активности сердца плода, обеспечивающая автоматическую компенсацию амплитудных помех.

Внедрение результатов работы. Полученные в работе результаты внедрены при разработке аппаратуры клинического мониторинга и управления состоянием организма на предприятии "Инженерно-медицинский центр "Новые приборы" (г.Самара), в учебный процесс в Самарском государственном аэрокосмическом университете при обучении студентов по специальности 200401 "Биотехнические и медицинские аппараты и системы", а также в клиническую практику кафедры акушерства и гинекологии Самарского государственного медицинского университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе патент на изобретение.

Структура н объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 138 наименований. Диссертация содержит 181 страницу, в том числе 12 таблиц и 93 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, формулируется цель работы, научная новизна, практическая ценность работы.

В первой главе диссертации рассмотрены существующие системы фетального мониторинга и управления состоянием организма: ультразвуковые, фоно кардиографические, электрокардиографические, магн нто кардиографические, описано их построение, перечислены достоинства и недостатки. Показаны преимущества

электрокардиографических систем, реализующих методы анализа вариабельности ссрдечного ритма (ВСР), в которых регистрация параметров ритма сердца плода осуществляется путем фиксации электродов на животе женщины (абдоминальное отведение). Проведенный анализ исследований в области диагностики состояния плода и новорожденного показал, что использование методов анализа ВСР является клинически эффективным методом при оценке защитно-приспособительных механизмов плода. Методом регистрации параметров ритма сердца плода, обеспечивающим точность, необходимую для применения методов анализа ВСР, является абдоминальная электрокардиография.

Описаны методы формирования диагностических показателей ВСР, использующихся для оценки состояния плода: статистические, геометрические, спектральные. Для диагностики состояния плода наибольшей эффективностью обладают показатели: ЭОТ^ГМ - стандартное

отклонение длительностей кардиоциклов (КЦ); НЯУ - отношение интеграла плотности распределения длительностей КЦ к максимуму плотности распределения длительностей КЦ; TINN (трнангулярная интерполяция распределения длительностей КЦ) • ширима основания распределения длительностей КЦ, измеренная как ширина основания треугольника, аппроксимирующего распределение длительностей КЦ

Проанализированы методы построения ИП биоэлектрической активности сердца, проведена их классификация. Сделан вывод, что существующим ИП биоэлектрической активности сердца свойственны существенные недостатки, не позволяющие их использовать в системах мониторинга и управления состоянием организма плода: недостаточная точность измерения параметров ритма сердца плода; сложность проведения обследования, препятствующая оперативному измерению параметров ритма сердца плода, а также мониторингу состояния плода в течение длительного времени.

Вторая глава посвящена исследованию процессов формирования напряжений ЭКС в ИП, Рассмотрены известные модели биоэлектрической активности сердца. Предложена дипольная модель формирования желудочкового комплекса электрокардиограммы, в которой распространение электрического возбуждения в сердце описывается с помощью изменения во времени пространственного положения вектора дипольного момента по кривой, имеющей форму кардиоиды с точкой возврата, соответствующей электрическому центру сердца. Потенциал, формируемый диполем в точке наблюдения, пропорционален скалярному произведению вектора дипольного момента и вектора отведения, направленного от диполя к точке измерения потенциала. Для проверки адекватности предложенной модели распространения электрического возбуждения в желудочках сердца произведено сравнение фрагментов опорных ЭКС, зарегистрированных в трех стандартных отведениях, и соответствующих фрагментов сигналов, полученных при помощи модели. На основании того, что значения метрик для сравниваемых сигналов не превысили 10%, сделан вывод о том, что предложенная модель распространения электрического возбуждения в желудочках сердца адекватно описывает электрические процессы в миокарде.

Предложена модель биоэлектрического генератора сердца женщины и плода, представленная двумя токовыми диполями и Р, расположение которых в пространстве совпадает с электрическими центрами сердца женщины и плода (рис.1). На основании электрофизнологических данных определены угловые скорости вращения векторов дипольных моментов V/ и Р-диполя, а также соотношение амплитуд дипольных моментов V/ и Б-диполя, которые являются адекватными с точки зрения описания реальной физиологической картины.

б,

Рис. 1. Формирование потенциала в точке наблюдения Р для би-дипольной

модели

Основной составляющей помех, затрудняющих измерение параметров биоэлектрической активности сердца плода, является биоэлектрическая активность мышц матки. Для моделирования данных помех в рассматриваемой задаче используется "по мехов ый" мультидипольный генератор I, расположенный в области, соответствующей анатомическому центру матки. Потенциал <р в точке наблюдения Р будет определяться выражением:

(1)

О- 1 I I У '

"4«г[ |гг|> [г,]' ¿Г ;

где: й/г, 0,„ ' векторы дипольных моментов р-диполя, W-диполя, 1„-диполя; /у, г№, г,^ - векторы наблюдения, направленные из точек Р, IV, /„ в точку Р; а—удельная электропроводность среды.

V.«!»

а)

б)

Рис.2. Распределения ДДА ЭКС для адК5 \у=50°, р=90" а) входная цепь с одним активным электродом; б) входная цепь с двумя активными электродами (Р|=Р|т„,, Р2^аг). 3

С помощью разработанной модели исследованы способы построения входных цепей ИП биоэлектрической активности сердца, определены распределения значений потенциала, напряжений ЭКС во входных цепях ИП и динамического диапазона амплитуд (ДДА) ЭКС, определяемого как отношение амплитуды ЭКС, обусловленного №>диполем, к амплитуде ЭКС, обусловленного Р-диполем, в зависимости от построения входных цепей ИП (входная цепь ИП с одним и двумя активными электродами) (рис.2). Входная цепь ИП с одним активным электродом строится по дифференциальной схеме, активный электрод находится в точке наблюдения Р, напряжение пассивного электрода формируется путем суммирования потенциалов с конечностей.

Исследование входных цепей ИП показало, что ДДА ЭКС в случае во входной цепи с одним активным электродом изменяется в широких пределах (7..45 дБ). Для случая входной цепи с двумя активными электродами ДДА ЭКС оказывается существенно'меньше, чем для входной цепи с одним активным электродом, однако значение ДДА ЭКС сильно зависит от изменения положения точек фиксации потенциалов. Это затрудняет использование входных цепей с одним и двумя активными электродами для практической регистрации ЭКС, так как точки Р^щ и Рзтш не имеют анатомической привязки к поверхности тела.

Для снижения ДДА ЭКС предложено построение входных цепей ИП с тремя активными электродами, при котором точки фиксации потенциалов Рь Рь Р) находятся на линии проходящей через точку 1Уу, являющуюся проекцией точки IV на плоскость У, и образующей угол у с вертикальной осью OZ(рис.З).

Рис.3. Схема расположения точек фиксации потенциала и формирования

ЭКС во входной цепи ИП с тремя активными электродами. Напряжения и$, и с выходов сумматоров 51 и Э2 суммируются с * коэффициентом веса к, который изменяется по критерию минимизации амплитуды ЭКС, обусловленного W-дипoлeм, на выходе входной цепи ИП. Напряжение на выходе сумматора $3 определяется выражением:

р*К и»-и*]

Исследование модели показало, что наименьшее значение ДЦА ЭКС достигается в следующем случае: точка Р} располагается в проекции точки Р (ч>=20°), а точки Р; и Р} выбираются равноудаленными на расстояние </ от точки Р}, где <1 — расстояние от р-диполя до плоскости наблюдения. Предложенная входная цепь ИП с тремя активными электродами обеспечивает значительное уменьшение ДЦА ЭКС (-15..-5 дБ) и увеличение отношение амплитуды сигналах помехе (2,5.. 8 дБ).

Третья глава посвящена исследованию погрешностей ИП биоэлектрической активности сердца. Исследованы зависимости погрешности измерения длительностей КЦ от изменения отклонения ДП состояния. Исследованы требования к величине погрешности ИП в зависимости от изменения ДП состояния. Предложены модели формирования состояний организма с точки зрения изменения хронотропной структуры сердечного ритма путем формирования выборки длительностей КЦ. Анализ последовательностей длительностей КЦ, полученных для различных состояний организма, показал, что форма гистограммы распределения длительностей КЦ близка к кривой плотности вероятности нормального распределения (применялся критерий согласия Пирсона). На этом основании при формировании модельной выборки длительность КЦ задавалась как случайная величина, распределенная в статистически достоверной выборке по нормальному закону. Функциональное состояние организма в этом случае задается путем изменения параметров распределения (табл.1).

Таблица 1 - Шкала состояний организма человека для оценки параметров ритма сердца

Состояние, ед 1 2 3 4 5 67

БОЫН мс 20 40 60 80 100

ЧСС, уд/мин 120 105 90 75 60

Зависимости погрешности измерения длительностей КЦ, определяемой при доверительной вероятности 0,9, от изменения относительного отклонения показателей БЭЬ^, ТГКГЫ и НКУ при различных состояниях организма показывают, что уменьшение допустимого отклонения диагностических показателей повышает требования к допустимой

погрешности измерения длительностей КЦ (рис.4). Для области критических состояний требования к допустимой погрешности измерения длительностей КЦ выше, чем для состояний «нормы». Если ограничить отклонение диагностических показателей на уровне 10%, то погрешность измерений не должна превышать 14 мс, что достигается относительно простыми аппаратно-программными средствами.

относительного отклонения показателей ЭОЫМО), НЯ\'(2) и Т1ЫМ(3) при различных состояниях организма (Л-1ед, Б-5ед)

Зависимости чувствительности показателей Т1ЫЫ и НЯУ к изменению состояния (С) для различных значений интервала группирования при построении гистограммы распределения значений длительности КЦ показывают, что без существенного снижения чувствительности показателей интервал группирования может быть выбран равным Юме, что соответствует требованиям стандартов оценки ВСР (рис.5).

Рис.5. Зависимости чувствительности показателей Т1№1, НЯУ от изменения состояния при различных значениях интервала группирования (А*5мс, Б-

Юме, В-20мс, Г-50мс)

Зависимости относительного отклонения диагностических показателей от изменения размера выборки длительностей КЦ показывают, что уменьшение размера выборки приводит к увеличению отклонения диагностических показателей от истинного значения. Для геометрических показателей данное отклонение значительно больше, чем для SDNN. С уменьшением вариабельности (для критических состояний) отклонения уменьшаются. Наблюдение за показателями ВСР путем следящей регистрации ритма сердца для отслеживания быстрых изменений состояния требует уменьшения размера выборки.. Это приводит к увеличению погрешностей диагностических показателей и уменьшению эффективности диагностики. Если относительную ошибку диагностических показателей ограничить 10%, тогда размер выборки для достоверной оценки SDNN должен быть не менее 50 КЦ, для TINN и HRV — 250 КЦ (для области критических состояний). Таким образом, SDNN - наиболее устойчив к сокращению размера выборки, то есть обладает наилучшими динамическими характеристиками при' монитерировании состояния.

Одним из источников погрешности измерения длительности КЦ и, как следствие, погрешности определения диагностических показателей состояния являются ошибки обнаружения опорных точек ЭКС. В качестве оценки эффективности обнаружителей можно использовать разность между вероятностью правильного и ложного обнаружения опорных точек ЭКС (Р). Зависимости относительной погрешности показателей SDNN, TINN и HRV от изменения эффективности обнаружения опорных точек ЭКС показывают, что снижение эффективности обнаружения опорных точек приводит к повышению погрешности показателей (рнс.б).

4 t -1

4 1 f t / i

t t / /

4 г 4 / ✓ £_ Г-;

4 i у --

ш и н н н уо И К h U н

Рис.б. Зависимости относительного отклонения показателей ЗОЫЫ(1), НЮ/{2) и Т1ИЫ(3) от изменения эффективности обнаружения опорных точек ЭКС для различных состояний Если погрешность определения диагностических показателей ограничить значением 10%, тогда требования к эффективности обнаружения опорных точек ЭКС составляют не менее 95%.

С целью обеспечения эффективности обнаружения И-зубцов плода предложено устройство, основанное на свойстве периодичности ЭКС.

Устройство включает полосовые фильтры ПФ1 и ПФ2, двухполупериодные выпрямители В1 и В2, ключи К1-КЗ, формирователи порогового уровня ФПУ1 и ФПУ2, пороговые устройства ПУ1 и ПУ2, формирователи импульса блокировки ФИБ1 и ФИБ2, вычислитель длительности КЦ ВЧСЛ1, усреднитель УСР1 (рис, 7).

Рис.7. Структурная схема устройства для выделения К.-зубцов плода, основанного на свойстве периодичности ЭКС Напряжение ЭКС и рад, содержащего составляющие, обусловленные биоэлектрической активностью сердца женщины, плода и помехи, поступает на вход ГТФ1, затем на вход В1 и далее на вход К1. Напряжение ЭКС и«/, содержащего составляющие, обусловленные биоэлектрической активностью сердца женщины, поступает на вход ПФ2, затем на вход В2 и далее на входы ФПУ2 и ПУ2. Управляющий вход К1 соединен с выходом ПУ2, благодаря чему на выходе К1 фрагменты ЭКС, содержащие 11-зубцы женщины, оказываются бланкированными. С выхода К1 сигнал поступает одновременно на входы ФПУ1 и ПУ1. На выходе ПУ1 формируются импульсы, соответствующие выделенным Я-зубцам плода. Данные импульсы поступают на входы ФИБ1 и К2, которые осуществляют первичную корректировку выходного импульсного сигнала. С выхода К2 импульсный сигнал поступает на вход КЗ, а также на ВЧСЛ1, УСР1, ФИБ2, которые выполняют функцию вторичной коррекции сигнала. На описанное устройство получена приоритетная справка. Для исследования устройства разработана модель в среде 51ши1тк.

Для повышения эффективности обнаружения К-зубцов плода и точности последующего измерения длительностей КЦ плода в абдоминальном ЭКС предложен метод амплитудно-временного обнаружения Я-зубцов плода. В основе его работы лежит метод «захвата и отслеживания сердечного ритма». Метод «захвата сердечного ритма» заключается в следующем: обнаруживаются два соседних локальных максимума, интервал времени между которыми находится в пределах физиологического диапазона возможных значений длительности КЦ плода (0,3 ..0,6 с). Если отношения амплитуды найденных максимумов к мощности помехи превышают установленные пороговые значения, тогда данные максимумы принимаются за Я-зубцы. «Отслеживание сердечного ритма» плода основано на том, что относительно ранее обнаруженного К-зубца плода производится определение

интервала времени (интервала поиска), на котором может появиться следующий И-зубец плода, на полученном интервале ищется максимум. Если отношение амплитуды найденного максимума к мощности помехи на интервале поиска превышает установленное пороговое значение, тогда данный максимум принимается за Я-зубец.

Сравнение предложенных и известных обнаружителей К-зубцов для задач фетапьного мониторинга показывает, что предложенный амплитудно-временной пороговый обнаружитель К-зубцов_плода обладает наибольшей эффективностью при значениях ДДА меньше 6.5 дБ и наименьшей погрешностью измерения длительности КЦ 8 мс (для А =8 дБ) (рис.8). Выделитель К-зубцов ЭКС плода, основанный на свойстве периодичности ЭКС, наиболее эффективен при ДДА больше 6,5 дБ.

1 - амплитудно-временной пороговый детектор;

2 - адаптивный пороговый детектор;

3 - корреляционный пороговый детектор с адаптивным порогом;

4 — МАМО адаптивный пороговый детектор;

5 • амплитудно-временной пороговый обнаружитель Я-зубцов плода;

6 - выделитель Я-зубцов ЭКС плела, основанный на свойстве периодичности ЭКС.

-в-4-Э.Г-101234£ЕТв9 10

Рис.8. Зависимости эффективности обнаружения Н-зубцов плода (а) и погрешности измерения длительности КЦ (б) от изменения ДДА модельного сигнала для различных обнаружителей К-зубцов Четвертая глава посвящена исследованию аппаратной реализации ИП биоэлектрической активности сердца плода и их клиническому использованию. Предложено построение ИП биоэлектрической активности сердца плода (рис.9), содержащее электроды Э1-Э4, буферные каскады БК1-БКЗ, дифференциальные усилители ДУ1-ДУЗ, подавитель синфазной помехи ПСП, делитель Д с регулируемым коэффициентом деления, микроконтроллер МК, ключ К, выделитель Я-зубцов беременной.

■ В среде БтиКпк произведено исследование компенсационного способа снижения ДДА ЭКС, позволившее разработать средства автоматической регулировки коэффициента передачи делителя Д. Предложено построение

Р,ед

вл-

6

N <

Ч

1 1

-4 -Э -2 И О 1 Л 3 46« 7 I I II

компенсационных ИП с автоматической регулировкой коэффициента передачи, осуществляемой по методу сравнения и методу пошагового приближения.

Рис.9. Схема построения многоканального ИП биоэлектрической активности

сердца плода

Разработана схема ИП, содержащая электроды Э1-Э4, буферные каскады БК1-БКЗ, дифференциальные усилители ДУ1-ДУЗ, подавитель синфазной помехи ПСП, делители напряжения Д1 и Д2 с регулируемым коэффициентом деления, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), микроконтроллер (МК) (рис.10). МК реализует алгоритмы автоматической регулировки коэффициента передачи делителя Д1 и Д2, цифровой фильтрации ЭКС, амплитудно-временного обнаружения Л-зубцов плода, измерения длительности КЦ плода.

Рис.10. Функциональная схема многоканального ИП биоэлектрической

активности сердца плода Изготовлен экспериментальный образец ИП, данные из которого поступают в ПК. Разработано программное обеспечение ПК, предназначенное для обработки данных измерительного преобразователя в системе мониторинга и управления состоянием, разработай интерфейс пользователя ПК. Программа для ПК осуществляет вычисление показателей состояния 501\ГЫ, Т1ЫЫ и И(IV, отображает ЭКГ, обусловленную биоэлектрической активностью сердца женщины и плода, и ЭКГ, обусловленную биоэлектрической активностью сердца плода. Кроме того, на экране отображаются ритмограмма плода, гистограмма распределения

длительностей КЦ в выборке, текущие значения диагностических показателей, тренды изменения показателей за последние 3 минуты, средние, минимальные и максимальные значения показателей.

Проведенная в условиях клиники Самарского государственного медицинского университета апробация разработанного ИП в составе системы мониторинга и управления состоянием организма показала эффективность оценки состояния плода в период беременности. В рамках клинических исследований обследовано 25 беременных женщин, поступивших в родильное отделение на дородовую госпитализацию. Определено состояние плода в дородовый и послеродовый период посредством клинических методов диагностики и при помощи разработанной системы мониторинга и управления состоянием организма. Сравнение результатов клинического обследования плода и результатов полученных при помощи разработанных средств показало соответствие последних клиническим методам оценки состояния плода: Выявленное соответствие результатов указывает н& адекватность разработанных средств мониторинга и управления состоянием организма плода. Определены показатели чувствительности и специфичности разработанных средств диагностики состояния плода, которые составили 88%. Диагностика с помощью разработанных средств является простым и эффективным методом оценки состояния плода. Разработанные средства позволяют оперативно и эффективно оценивать состояние плода во время беременности и проводить своевременную корректировку его состояния.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Предложена би-дипольная модель биоэлектрической активности сердца женщины и плода, позволяющая исследовать процессы регистрации биопотенциалов и формирования напряжений электрокардиосигнапа; показана адекватность модели для описания желудочкового комплекса электрокард иограммы.

2. Предложено построение входных цепей измерительного преобразователя биоэлектрической активности сердца плода, обеспечивающее уменьшение ДДА электрокардиосигнала по сравнению с входной цепью с двумя активными электродами с 2 до -5 дБ.

3. Предложена методика оценки погрешностей измерительного преобразователя биоэлектрической активности сердца, основанная на нормировании отклонения значений диагностических показателей состояния, в соответствии с которой требования к погрешности измерений длительностей кардиоциклов в измерительных преобразователях биоэлектрической активности сердца плода составляют не более 14 мс.

4. Установлено, что увеличение интервала группирования при формировании гистограммы распределения значений длительностей

кардиоциклов приводит к снижению чувствительности диагностических показателей к изменению состояния и ошибкам диагностики состояния.

5. Установлено, что показатель состояния SDNN обладает наименьшим отклонением 1,8% (отклонение TINN составляет 18%, HRV - 18%) при уменьшении размера выборки и может применяться в системах мониторинга и управления для отслеживания быстрых изменений состояния плода.

6. Определены параметры полосового выделяющего фильтра измерительного преобразователя, при которых обеспечивается наименьший ДДА электрокардиосигнала н одновременно наибольшее отношение амплитуды сигнала к помехе (нижняя частота среза - 20 Гц, верхняя частота среза - 49 Гц).

7. Предложен амплитудно-временной пороговый обнаружитель R-зубцов плода измерительного преобразователя, который обеспечивает наибольшую эффективность обнаружения R-зубцов плода Р=0,9 и позволяет получить наименьшую погрешностью измерения длительности КЦ 4мс (при ДДА электрокардиосигнала на входе 4 дБ).

S. Предложено построение компенсационных измерительных преобразователей с автоматической регулировкой коэффициента передачи, осуществляемой по методу сравнения, который позволяет адаптироваться к изменениям параметров регистрируемого электро кард иосигнапа.

9. Разработан алгоритм автоматической регулировки значения коэффициента передачи в формирователе напряжений элекгрокардиосигнала многоканального измерительного преобразователя биоэлектрической активности сердца плода.

10. Разработан алгоритм амплитудно-временного порогового обнаружителя опорных точек электрокардносигнала плода.

11. Разработано программное обеспечение обработки сигналов измерительного преобразователя в системе мониторинга и управления состоянием и интерфейс пользователя.

12. Проведена клиническая апробация разработанного измерительного преобразователя биоэлектрической активности сердца плода в составе системы мониторинга и управления состоянием организма, показавшая ее эффективность для диагностики состояния плода.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах: 1. Белянин Ф.А., Капакугский Л.И., Калакутский В,Л. Критерии точности измерения длительностей кардиоциклов в системах мониторинга показателей вариабельности ритма сердца // Мед.техника.- 2005,- №4.-С.39-43.

2. Беля нин Ф.А., Гуржин С.Г., Калакутский Л.И. Моделирование эле ктрокардиоси гнала в задачах фетального мониторинга // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника,- 2006,- №7, - С.32-38.

3. Белянин Ф.А. Моделирование биоэлектрической активности сердца в условиях миографических помех // Известия ТРТУ. Тематический выпуск, МИС,- Таганрог:Изд-во ТРГУ, 2006. №11. - С.39.

4. Белянин Ф.А., Калакутский Л.И. Первичный преобразователь электрокардиосигнала для систем фетального мониторинга // Известия ТРТУ. Тематический выпуск. МИС,- Таганрог:Изд-во ТРГУ, 2006. №11. -C.85-SS.

5. Белянин Ф.А., Калакутский Л.И. Выделение сердечного ритма плода в задачах фетального ЭКГ мониторинга // Международная НТК физика и радиоэлектроника в медицине и экологии - ФРЭМЭ-2006,- Владимир, 2006,-C.I И.

6. F.A.Belyanin, L.I.Kalakutski, V.L.Kalakutski Fetal heart rate variability index as a parameter for home monitoring networks // Telemedicine & eHealth Directory. -2005. -P. 67.

7. F. Belyantn, L. Kalakutskiy, V. Kalakutskiy, Uncertainty of heart rate variability diagnostic indices in patient monitoring systems И The 3rd European Medical and Biological Engineering Conference EMBEC05. Prague, 1FMBE Proc.- 2005.- 11(1).

8. Белянин Ф.А., Калакутский В.Л. Многоканальная система регистрации электрокардиографического сигнала // Актуальные проблемы радиоэлектроники. Материалы Всероссийской научн.техн.конф. — Самара: «НТЦ», 2003. -С. 107-108.

9. Белянин Ф.А., Калакутский Л.И., Калакутский В.Л. и др. Система оценки внутриутробного состояния плода с помощью анализа абдоминальной электрокардиограммы // Вестник аритмолопш,- 2004. -т.35. -С. 128.

10. Патент РФ 2269925 С2, МКИ А 61В 5/0444. Устройство для регистрации биопотенциалов сердца плода / В.Л. Калакутский, Л.И. Калакутский, Ф.А. Белянин, Э.С. Манелис. Бюл. № 5.2006.

Соискатель

Ф.А.Белянин

Подписано в печать 24.11.2006 Тираж 100 экз.

Отпечатано с готовых оригинал-макетов СГАУ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РИТМА СЕРДЦА В СИСТЕМАХ МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ СОСТОЯНИЕМ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА.

1.1. Системы фетального мониторинга и управления состоянием организма.

1.2. Методы формирования диагностических показателей, использующие измерение параметров ритма сердца.

1.3. Методы построения измерительных преобразователей биоэлектрической активности сердца.

1.4. Выводы.

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА В МНОГОКАНАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ СЕРДЦА ПЛОДА.

2.1. Формирование потенциалов на поверхности тела, обусловленных биоэлектрической активностью сердца.

2.2. Дипольная модель формирования желудочкового комплекса ЭКГ.

2.3. Исследование би-дипольной модели электрических генераторов сердца в условиях фетальных измерений.

2.4. Формирование ЭКС в многоканальных измерительных преобразователях биоэлектрической активности сердца в условиях фетальных измерений.

2.5. Выводы.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РИТМА СЕРДЦА ПЛОДА.

3.1. Критерии точности измерительных преобразователей биоэлектрической активности сердца плода.

3.2. Средства обнаружения опорных точек ЭКС.

3.3. Исследование погрешностей устройств выделения электрокардиосигнала плода.

3.4. Выводы.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МНОГОКАНАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ СЕРДЦА.

4.1. Исследование аппаратной реализации компенсационного способа сжатия ДДА ЭКС в многоканальных измерительных преобразователях биоэлектрической активности сердца плода.

4.2. Аппаратная реализация многоканальных измерительных преобразователей биоэлектрической активности сердца плода.

4.3 Практическая реализация и клиническое использование многоканальных измерительных преобразователей биоэлектрической активности сердца в составе системы фетального мониторинга и управления.

4.4 Выводы.

Актуальность темы. Важным направлением в совершенствовании систем управления состоянием организма человека является разработка измерительных преобразователей (ИП) физиологической информации, позволяющих получить данные о текущем состоянии организма. При построении ИП физиологической информации широко используются параметры биоэлектрической активности сердца человека для оценки состояния организма и формирования управляющих воздействий, направленных на изменение состояния. Рассмотрению данных вопросов посвящены работы В.М.Ахутина, Р.М.Баевского, Е.П.Попечителева, А.П.Немирко, В.Г.Гусева, Л.И.Титомира, О.В.Баума, А.В.Калатара, Д.Б.Гезеловица, J.A.Crowe в которых показаны основные направления развития ИП для получения информации о хронотроп-ной структуре сердечного ритма и диагностических показателей состояния. Показатели сердечного ритма плода отражают активность процессов регуляции в вегетативной нервной системе и могут быть использованы для диагностики угрожающих состояний плода, в частности гипоксических состояний.

Управление состоянием организма во время беременности, когда предъявляются повышенные требования к оперативности и эффективности оценки состояния организма, требует построения ИП биоэлектрической активности сердца плода в период внутриутробного развития. Данная проблема не получила должного решения и настоящее время не производится аппаратуры для оценки и управления состоянием плода, основанной на регистрации биоэлектрической активности сердца во время беременности, хотя потребность в подобных средствах очень высока. Существующая аппаратура фетального мониторинга, основанная на ультразвуковых методах измерения параметров сердечного ритма плода не обладает достаточной точностью оценки параметров ритма сердца, в то же время обсуждается вопрос о безопасности ультразвукового исследования для плода на ранних этапах его развития.

Разработка и внедрение ИП биоэлектрической активности сердца плода сдерживается отсутствием теоретической базы формирования сигналов в условиях фетальных измерений. Кроме того, необходимо повышение точности измерения параметров хронотропной структуры сердечного ритма плода в условиях фетальных измерений, когда в регистрируемом электрокардиосиг-нале (ЭКС) присутствует составляющая обусловленная биоэлектрической активностью сердца женщины.

В этом плане разработка новых ИП, позволяющих снизить погрешности измерения параметров сердечного ритма, и исследование их характеристик является актуальной задачей, эффективное решение которой позволит существенно улучшить диагностику внутриутробного плода и управление его состоянием.

Цель и задачи работы. Целью данной работы является с создание многоканального измерительного преобразователя хронотропных параметров биоэлектрической активности сердца плода, обладающего заданными метрологическими характеристиками, позволяющего повысить оперативность и эффективность диагностики и управления состоянием плода во время беременности.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ известных методов и технических средств построения измерительных преобразователей биоэлектрической активности сердца систем управления состоянием организма в условиях фетальных измерений.

2. Разработать модели электрических генераторов сердца и модели измерительного преобразователя хронотропных параметров биоэлектрической активности сердца в условиях фетальных измерений, учитывающих ана-томо-физиологические особенности организма.

3. Разработать требования к величине погрешностей измерительных преобразователей хронотропных параметров биоэлектрической активности сердца.

4. Разработать многоканальный измерительный преобразователь хронотроп-ных параметров биоэлектрической активности сердца плода, удовлетворяющий критериям точности диагностики состояния.

5. Исследовать погрешности измерительных преобразователей хронотроп-ных параметров биоэлектрической активности сердца.

6. Провести клиническую апробацию экспериментального образца многоканального измерительного преобразователя биоэлектрической активности сердца плода в составе системы управления состоянием организма.

Научная новизна проведенной работы состоит в следующем:

1. Создана математическая модель биоэлектрической активности сердца в виде би-дипольного эквивалентного электрического генератора, в которой желудочковая активность сердца описывается с помощью изменения во времени пространственного положения векторов дипольных моментов по кривой, имеющей форму кардиоиды с точкой возврата, расположенной в точке, соответствующей электрическому центру сердца.

2. Предложен новый способ формирования электрокардиосигнала и построения входных цепей измерительного преобразователя биоэлектрической активности сердца плода, обеспечивающий снижение погрешностей измерительных преобразователей за счет уменьшения динамического диапазона электрокардиосигнала.

3. Предложена методика автоматической коррекции усиления в многоканальном измерительном преобразователе биоэлектрической активности сердца плода, обеспечивающая автоматическую компенсацию амплитудных помех.

Практическую ценность работы представляют:

1. Схема многоканального измерительного преобразователя с автоматической компенсацией амплитудных помех.

2. Методика оценки погрешностей измерительного преобразователя биоэлектрической активности сердца.

3. Методы автоматической регулировки значения коэффициента передачи в формирователе напряжений электрокардиосигнала многоканального измерительного преобразователя биоэлектрической активности сердца плода.

4. Методы амплитудно-временного порогового обнаружения опорных точек электрокардиосигнала плода.

5. Программное обеспечение обработки сигналов измерительного преобразователя и интерфейс пользователя в системе мониторинга и управления состоянием организма.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовался математический аппарат теории вероятностей и математической статистики, интегрального и дифференциального исчисления, применялось имитационное моделирование на ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 138 наименований. Диссертация содержит 185 страниц, в том числе 12 таблиц и 93 рисунка.

Основные результаты работы.

1. Предложена би-дипольная модель биоэлектрической активности сердца женщины и плода, позволяющая исследовать процессы регистрации биопотенциалов и формирования напряжений электрокардиосигнала; показана адекватность модели для описания желудочкового комплекса электрокардиограммы.

2. Предложено построение входных цепей измерительного преобразователя биоэлектрической активности сердца плода, обеспечивающее уменьшение ДДА электрокардиосигнала по сравнению с входной цепью с двумя активными электродами с 2 до -5 дБ.

3. Предложена методика оценки погрешностей измерительного преобразователя биоэлектрической активности сердца, основанная на нормировании отклонения значений диагностических показателей состояния, в соответствии с которой требования к погрешности измерений длительностей кардиоциклов в измерительных преобразователях биоэлектрической активности сердца плода составляют не более 14 мс.

4. Установлено, что увеличение интервала группирования при формировании гистограммы распределения значений длительностей кардиоциклов приводит к снижению чувствительности диагностических показателей к изменению состояния и ошибкам диагностики состояния.

5. Установлено, что показатель состояния SDNN обладает наименьшим отклонением 1,8% (отклонение TINN составляет 18%, HRV - 18%) при уменьшении размера выборки и может применяться в системах мониторинга и управления для отслеживания быстрых изменений состояния плода.

6. Определены параметры полосового выделяющего фильтра измерительного преобразователя, при которых обеспечивается наименьший ДДА электрокардиосигнала и одновременно наибольшее отношение амплитуды сигнала к помехе (нижняя частота среза - 20 Гц, верхняя частота среза - 49 Гц).

7. Предложен амплитудно-временной пороговый обнаружитель R-зубцов плода измерительного преобразователя, который обеспечивает наибольшую эффективность обнаружения R-зубцов плода Р=0,9 и позволяет получить наименьшую погрешностью измерения длительности КЦ 4 мс (при ДДА электрокардиосигнала на входе 4 дБ).

8. Предложено построение компенсационных измерительных преобразователей с автоматической регулировкой коэффициента передачи, осуществляемой по методу сравнения, который позволяет адаптироваться к изменениям параметров регистрируемого электрокардиосигнала.

9. Разработан алгоритм . автоматической регулировки, значения коэффициента передачи в формирователе напряжений электрокардиосигнала многоканального измерительного преобразователя биоэлектрической активности сердца плода.

10.Разработан алгоритм амплитудно-временного порогового обнаружителя опорных точек электрокардиосигнала плода.

11 .Разработано программное обеспечение обработки сигналов измерительного преобразователя в системе мониторинга и управления состоянием и интерфейс пользователя.

12.Проведена клиническая апробация разработанного измерительного преобразователя биоэлектрической активности сердца плода в составе системы мониторинга и управления состоянием организма, показавшая ее эффективность для диагностики состояния плода.

По результатам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, в том числе патент на изобретение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Monitoring the fetal heart non-invasively: a review of methods/Peters M., Crowe J.A., Pieri J.F. et al. // J. Perinat. Med.- 2001.- №29,- P.408-416.

2. Robust estimation of fetal heart rate variability using Doppler ultrasound/Fernando K.L., Mathews V.J., Varner, M.W. Clark E.B. et al. // IEEE.-2003,-V.50, №8,-P. 950-957.

3. Федорова M.B. Диагностика и лечение внутриутробной гипоксии плода. М.: Медицина, 1982, -208 с.

4. Функциональная диагностика в акушерстве и гинекологии / Максимов Г.П., Гутман Л.Б., Травянко Т.Д. и др.; Под ред. Г.П. Максимова. -К.: Здоровья, 1989.-224 с.

5. Чернуха Е.А. Родовой блок.- М.: Триада, 2005.- 712 с.

6. Новые подходы к оценке функционального состояния плода на основе анализа вариабельности его сердечного ритма / Гудков В.Г. // Успехи совр.естеств.-2003.-№1.- С.30-40.

7. Linear and nonlinear parameters for the analysis of fetal heart rate signal from cardiotocographic recordings / Signorini M.G., Magenes G., Cerutti S. et al. // IEEE.- 2003.- V.50, №3,- P.365-374.

8. Real-time signal processing for fetal heart rate monitoring/Ibrahimy M.I., Ahmed F, Ali M.A.M. et al. // IEEE.- 2003,- V.50, №2.- P. 258-261.

9. Jezewski J., Wrobel J., Horoba K. et al. Estimation of beat-tobeat accuracy of fetal heart rate data obtained via doppler ultrasound // IFMBE Proceedings. -2002. V3(2). - P.1536-1537.

10. Стрижаков A.H. Избранные лекции по акушерству и гинекологии.-М.: Феникс, 2000.-512 с.

11. Development of a piezopolymer pressure sensor for a portable fetal heart rate monitor / Zuckerwar A.J., Pretlow R.A., Stoughton J.W. et al.- Biomedical Engineering, IEEE.- 1993,-V.40, I.9.-P.963-969.

12. Changes in cardiac time intervals in growth retarded fetuses as determined by fetal magnetocardiography / P. Van Leeuwen, A. Klein, S. Lange et al. // IFMBE Proceedings. 2002. - V3(2). - P. 1524-1525.

13. Fetal cardiac and brain magnetophysiology / Wakai R.T., Strasburger J.F., Lengle J.M. et al. // IFMBE Proceedings. 2002. - V3(2). - P. 1526-1527.

14. A fetal magnetocardiograph that is convenientfor use in the hospital / Uzunbajakau S., Brake H.J.M., Srinivasan N. et al. // IFMBE Proceedings. 2002. - V3(2). - P.1520-1521.

15. Fetal magnetocardiography: Development of the fetal cardiac time intervals / Kahler C., SchleuBner E., Brimm B. et al. // Prenat. Diagn. 2002. - № 5.- P.408-414.

16. Digital pre-processing of foetal magnetocardiographic signals for optimal extraction of foetal traces / S. Comani , D. Mantini , G. Cancellieri // IFMBE Proceedings. 2002. - V3(2). - P. 1522-1523.

17. Шеповальников P.А. Алгоритм обнаружения QRS-комплексов плода во время родов // Известия СПбГЭТУ ""ЛЭТИ"", Биотехнические системы в медицине и биологии,- СПбГЭТУ ""ЛЭТИ"". Санкт-Петербург.-Вып. 1.-2005.-С.38-44.

18. Бакулева Л.П., Новиков А.И., Нестерова А.А. и др. Спектральный анализ осцилляций сердечного ритма • плода в третьем триместре гестационного периода// Акуш. и гинекология.- 1998.- №6.- С.13-16.

19. Калентьева С.В., Ушакова Г.А. Кардиоритмография в диагностике акушерских и перинатальных осложнений // Акуш.и гинек.- 2004. №4.- С.6-8.

20. Дабровски А., Пиотрович Р. Суточное мониторирование ЭКГ / Пер. КорнееваН. В., Грабко Н. Н., Банникова С.Д.-М.: Медпрактика,1998. 208 с.

21. Математический анализ сердечного ритма в оценке психовегетативных нарушений у кардиохирургических больных / Косов В., Замотаев Ю., Мандрыхин Ю. // Врач,- 1996,- №11. С.17-18.

22. D'Addio G., Porta A., Maestri R. et al. Twenty-four-hour regularity analysis of heart rate variability in chronic heart failure and normal subjects // IFMBE Proceedings. 2002. - V3(2). - P.580-581.

23. Холтеровское мониторирование в космической медицине: шкала вариабельности сердечного ритма / Р.М.Баевский, Г.А.Никунина // Вестник аритмологии, 2000. №16. С. 6-14.

24. Современное состояние исследований по вариабельности сердечного ритма в России / Р.М.Баевский, Г.Г.Иванов, Г.В.Рябыкина // Вестник аритмологии, 1999. №14. - С. 71-75.

25. Розенфельд Б.Е. Некоторые моменты комплексной диагностики состояния плода во время беременности // Ультразвуковая диагностика.-1999.- №1.- С.16-22.

26. Кардиоритмография в диагностике акушерских и перинатальных осложнений / Калентьева С.В., Ушакова Г.А. // Акуш.и гинек.- 2004. №4.-С.6-8.

27. Sabry-Rizk М.,. Zgallai W., Carson E.R. et al Multi-fractility in fetal heart beat dynamics // IFMBE Proceedings. 2002. - V3(2). - P. 1530-1531.

28. Estimation of fetal heart rate using abdominal ECG recodings/Kalakutskij V., Konyukhov V, Manelis E. // IFMBE Proceedings. 2002. - V3(2). - P.1544-1545.

29. Boehm FH. Intrapartum fetal heart rate monitoring // Obstet Gynecol Clin North Am. 1999. V26(4). P.623-639.

30. Exploring non-stationary and fractal techniques for the analysis of antenatal heart rate variability / Echeverria J.C., Woolfson M.S., Crowe J.A et al. // IFMBE Proceedings. 2002. - V.3(2). - P.1528-1529.

31. Самоподобие вариабельности сердечного ритма человека на различных этапах онтогенеза / Туровский Я.А., Битюцкая JI.A., Мишин В.В. и др. // Биофизика,- 2003.- Т.48, Вып.4,- С.727-732.

32. Оценка постнатальной адаптации новорожденных с различной патологией методом компьютерного анализа ритма сердца / Евсеенко Д.А., Панова JT.H., Цирельников Н.И. // Акуш.и гинек.- 2002. №1.- С.31-34.

33. Спектральный анализ.ритма сердца у новорожденных/Евсеенко Д.А., Цирельников Н.И., Поздняков И.М. и др. // Акуш.и гинек.- 2004. №3.- С.26-32.

34. Сидорова И.С.И.О. Макаров А.А.Блудов Новый методологический подход к оценке регуляторных и защитно-приспособительных возможностей матери и плода с помощью компьютерной кардиоинтервалографии // Акуш. и гинекология.- 1998.- №2.- С.7-10.

35. Dipietro J.A., Costigen К.А., Gurewitsch E.D. Fetal response to induced maternal stress // Early Human Development. 2003. V.74. №2.- P.125-138.

36. Сидорова И.С., Макаров И.О., Быкощенко А.Н. и др. Адаптация плода при аномалиях родовой деятельности // Акуш. и гинекология.- 2001.-№2.- С. 17-23.

37. Электронный компьютерный миограф / Белянин Ф.А.,Калакутский Л.И., Абрамов Д.А., Никонов А.В./ / Вестник СГАУ, Актуальные проблемы радиотехники: Сб.научн.трудов / СГАУ -Самара, 2002. С. 4-7.

38. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем / Баевский P.M., Иванов Г.Г., Чирейкин JI.B. и др. // Вестник аритмологии, 2001. №24. - С. 65-87.

39. Вариабельность сердечного ритма: теоретические аспекты и возможности клинического применения / P.M. Баевский, Г.Г.Иванов // Ультразв. и функц. диагн.- 2001.- №3. С. 108-127.

40. Average trend of fetal HRV power spectral signals in correspondence of uterine contractions / Romano M., Bifulco P., Cesarelli M. et al. // IFMBE Proceedings. 2002. - V3(2). - P. 1546-1547.

41. Heart rate variability: Standarts of measurement, Physiological interpretation and clinical use // European Heart Journal. 1996. V.93.- P. 10431065.

42. Вариабельность сердечного ритма. Стандарты измерения, физиологической интерпретации и клинического использования // Вестник аритмологии. 1999. -№11.- С.52-77.

43. Баевский P.M., Кирилов О.И., Клецкин С.В. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе. М.: Наука, 1984. - 219 с.

44. Марпл C.JI. Цифровой спектральный анализ и его приложения.-М.: Мир, 1990.- 550 с.

45. Mateo J., Laguna P. Improved heart rate variability signal analysis from beat occurrence times according to the IPFM model // IEEE. -2000. V.47. -P.985-996.

46. Galletly D.C., Westenberg A.M., Robinson B.J. et al. Effect of halothane, isoflurane and fentanyl on spectral components of heart rate variability // Br J Anaesth. 1994. V72(2).- P. 177-180.

47. Introna R., Montano, N., Yodlowski E. et al. Low-frequency Component of Heart Rate Variability // Anesthesiology. 2000.V93(1). P.301-302.

48. Introna R., Montano, N., Yodlowski E., Martin D., Pruett, J., Crumrine R. Low-frequency Component of Heart Rate Variability //Anesthesiology: V. 93(1). 2000.-P. 301-302.

49. Дыхательная активность плода в родах / Михельсон А.Ф., Рымашевский Н.В., Волков А.Е. и др. // Актуальные вопросы акушерства и гинекологии,- 2001,- №1,- С.32-38.

50. Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ / А.Л.Барановский, А.Н.Калиниченко, Л.А.Манило и др.; Под ред. А.Л.Барановского и А.П.Немирко.- М.: Радио и связь, 1993. 248 с.

51. Skin impedance from 1 Hz to 1 MHz / Rosell J., Colominas J., Riu P. et al. // Biomedical Engineering, IEEE.- 1988,- V.35.-1.8.- P.649 651.

52. An active electrode for biopotential recording from small localized bio-sources / Valchinov E., Pallikarakis N. // BioMedical Engineering OnLine.- 2004.-№3- P.25.

53. Компьютерный кардиограф / Басма Л.Абу, Новиков К.В., Сушкова Л.Т. // Актуальные проблемы науки и образования: Сб. науч. трудов междунар. юбилейного симпозиума. (АПНО-2003), Т.1.- Пенза, 2003. С. 130131.

54. A microcontroller-based portable electrocardiograph recorder / Segura-Juarez J.J, Cuesta-Frau D, Samblas-Pena L. et al. // IEEE.- 2004.- V.51.-№9.-P.1686-1690.

55. The SVEC III vectorcardiographic lead system/Malmivuo Jaakko A. // IEEE Eng.Med.and Biol.Mag.- 2004.- 23, №6.-P.47-45.

56. Multichannel PC-based data-acquisition system for high-resolution EEG / Dunseath, W.J.R.; Kelly, E.F. Biomedical Engineering, IEEE Transactions on

57. V. 42. -1995.-P.1212- 1217.

58. Аналого-цифровые преобразователи в приборах регистрации биопотенциалов / Балашов Ю.С, Козлов Д.В. // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника.-2003.- №5.- С.15-19.

59. Firth J, Errico P. Low-Power, Low-Voltage 1С Choices for ECG System Requirements. Analog Device Press, 2000.

60. Прилуцкий Д. А. Широкополосное аналого-цифровое преобразование электрокардиограммы//Медицинская техника.- 2004.- №3.-С.28.

61. Применение сигма-дельта аналого-цифрового преобразователя в многоканальных электрокардиографах / Куриков С.Ф, Прилуцкий Д.А, Селищев С.В. // Медицинская техника.- 1997.- №4.- С.7-10.

62. High quality recording of bioelectric events. Part 1: Interference reduction, theory and practice/MettingVanRijn A. C, Peper A. and Grimbergen C. A. // Med.&Biol. Eng. & Comput.- 1990.- №28.- P.389-397.

63. Portable System for High Resolution ECG Mapping / Rosik V., Tyler M., Jurko S. et al. // MEASUREMENT SCIENCE REVIEW.- 2001,- V.I.- № 1.-P.27-30.

64. Low Cost, Low Power Instrumentation Amplifier.- Analog Devices, Inc.-1999.- 11 p.

65. Patient isolation in multichannel bioelectric recordings by digital transmission through a single optical fiber / Metting van Rijn A.C., Kuiper, A.P., Linnenbank, A.C. et al. // Biomedical Engineering, IEEE.-V. 40.- 1993,- P. 302 -308.

66. Основы клинической кардиологии плода / Персианов JI.C., Ильин И.В., Карпман B.JL, Савельева Г.М., Червакова Т.В. М.: Медицина, 1967. -275 с.

67. Чачава К.В. Прямая электрокардиография плода.- Тбилиси: Ганатлеба, 1965.- 140с.

68. Schuler G. The additive fetal electrocardiograph // 6th Int.Conf.Medicak Electronics and Biological Engineering, Tokyo, Japan.-1965.- PP.153-155.

69. A. van Eck Abdominal foetal ECG opname // Twente Univ.Technol., Enschede, The Netherlands, Rep.- 1976,- PP.64-67.

70. A new Technique for the Suppression of the MECG/Bergveld P., Meijer WJ.H.//IEEE.- 1981,-P. 348-353.

71. Improving QRS detection in multi-channel electrocardiography by principal component analysis / S.M.M. Martens, R.J. Sluijter, S.G. Oei and J.W.M. Bergmans // EMBEC05, IFMBE Proc.- 2005.- 11(1).

72. Теоретические основы электрокардиологии / Под ред. Нельсона К.В., Гезеловица Д.В.: Пер. с англ. М.: Медицина, 1979. - 470 с.

73. Титомир Л.И., Кнеппо П. Математическое моделирование биоэлектрического генератора сердца. М.: Наука. Физ.-мат. лит., 1999.- 448 с.

74. Титомир JI.И., Рутткай-Недецкий И. Анализ ортогональной электрокардиограммы / Отв. ред. Овсеевич И. А.; АН СССР, Ин-т пробл. передачи информ.-М.:Наука, 1990.-198 с.

75. A finite element heart modelfor simulation of body surface ECGs and intracardiac electrograms / D. Hayn, B. Tilg, R. Modre, G. Fischer, P. Kastner, G. Schreier//IFMBE Proceedings. 2002. - V3(l). - P. 1208-1209.

76. Рутткай-Недецкий И., Сатмари В. Значение моделирования источника электрического поля сердца на ЭВМ для электрокардиологической диагностики // Электрическое поле сердца. -М.Д983.-С. 14-20.

77. Баум О.В., Попов Л.А., Волошин В.Й., Кочеткова О.Д. Исследование на компьютерных моделях влияния анатомической ориентации сердца на результаты измерения его электрической оси // Измерительная техника. -2001. №6,- С.60-66.

78. Титомир Л.И., Трунов В.Г., Айду Э.А., Агаркова Т.В. Подвижный центр сердца: новая концепция и математическое моделирование // Биофизика,- 2002.- Т.47, Вып. 2.- С.352-360.

79. Агаркова Т.В., Трунов В.Г., Айду Э.А., Титомир Л.И. Исследование метода определения подвижного электрического центра сердца на поверхностно-распределенных моделях кардиоэлектрического генератора//Биофизика.- 2002,- Т.47, Вып. 5.- С.902-907.

80. Дршка 3. Модельные исследования влияния экстракардиальных факторов на характеристики распределения электрических потенциалов на торсе // Электрическое поле сердца. М.,1983. - С. 93-99.

81. Comparative simulation of excitation and body surface electrocardiogram with isotropic and anisotropic computer heart models/Daming Wei, Okazaki O., Harumi K., Harasawa E., Hosaka H.//Biomedical Engineering, IEEE. 1995. -V.42. - P. 343-357

82. Localization of the site of origin of cardiac activation by means of a heart-model-based electrocardiographic imaging approach / L G., He B.//Biomedical Engineering, IEEE. 2001. - V. 48. - P.660 - 669.

83. Титомир Л.И. Неинвазивная электрокардиотопография/ Титомир Л.И, Трунов В.Г., Айду Э.А.И.- М.: Наука, 2003,- 198 с.

84. Белянин Ф.А., Калакутский Л.И. Моделирование электрокардиосигнала в задачах фетального мониторинга // Сб. Всерос. НТК БИОМЕДСИСТЕМЫ-2005.- Рязань.- 2005. С.49-50.

85. Statistical accuracy of a moving equivalent dipole method to identify sites of origin of cardiac electrical activation / Armoundas A.A., Feldman A.B., Mukkamala R. et.al. // IEEE Trans. Biomed. Eng.-2003.-V.50, №12.-P.1360-1370.

86. Разработка метода анализа электрической активности сердца на базе модели двойного электрического слоя / Байдов А.А. // Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы (Биомедсистемы): Всероссийская НТК,- Рязань, 2004.-Р. 130-131.

87. Баум О.В., Волошин В.И., Кочеткова О.Д. и др. Проблемы определения электрической оси сердца в системах автоматической обработки ЭКГ // Измерительная техника. -1994.- №4. С.57.

88. Einthoven W., Fahr G., De Waart A. Pflug. Arch. Ges. Physiol., 1913, -P.275.

89. Мурашко B.B., Струтынский A.B. Электрокардиография: Учеб. пособие. M.: Медицина, 1991. - 288 с.

90. Noninvasive localization of the site of origin of paced cardiac activation in human by means of a 3-D heart model / Guanglin L., Xin Z., Jie L., He B.//IEEE Trans. Biomed. Eng.-2003.- V.50, № 9.-P.1117-1120.

91. Noninvasive imaging of cardiac transmembrane potentials within three-dimensional myocardium by means of a realistic geometry anisotropic heart model / Bin H., Guanglin L., Xin Z.//IEEE Trans. Biomed. Eng.-2003.-V.50,№10.-P.:l 190-1202.

92. Computer simulation of epicardial potentials using a heart-torso model with realistic geometry / Lu Weixue, Xia Ling // Biomedical Engineering, IEEE. -1996. V.43. - P.211-217.

93. Об одном решении прямой задачи электрокардиографии/ Агапов Е.Г., Бодин О.Н. // Проблемы автоматизации и управления в технических системах: Сб. науч. трудов Междунар. НТК.- Пенза, 2004.- С.262-266.

94. Калакутский B.JI. Пространственная модель электрического генератора сердца // Актуальные проблемы радиоэлектроники. : Сб. трудов Всерос. научн.-техн.конф Самара: "НТЦ".- 2003. - С.108-109.

95. Белянин Ф.А. Моделирование биоэлектрической активности сердца в условиях миографических помех / Известия ТРТУ. Тематический выпуск. МИС,- Таганрог: Изд-во ТРГУ, 2006. №11(66). С.39.

96. Белянин Ф.А., Гуржин С.Г., Калакутский Л.И. Моделирование электрокардиосигнала в задачах фетального мониторинга // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника.- 2006.- №7. С.32-38.

97. Matonia A., Jezewski J., Kupka Т. et al Algorithm for recognition and suppression of interfering maternal electrocardiography // Computer Recognition Systems KOSYR.-2003.-P.55-61.

98. Белянин Ф.А., Калакутский В.Л. Многоканальная система регистрации электрокардиографического сигнала // Актуальные проблемы радиоэлектроники.: Сб. трудов Всерос. научн. техн. конф. Самара: «НТЦ», 2003. - С.107-108.

99. Белянин Ф.А., Калакутский Л.И. Первичный преобразователь электрокардиосигнала для систем фетального мониторинга/Известия ТРТУ. Тематический выпуск. МИС.- Таганрог: Изд-во ТРГУ, 2006. №11(66). -С.85-88.

100. Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 1988.-448 с.

101. Патент 2269925 С2 (РФ), МКИ А 61В 5/0444. Устройство для регистрации биопотенциалов сердца плода / B.JT. Калакутский, Л.И. Калакутский, Ф.А. Белянин, Э.С. Манелис, Бюл. № 5. 2006.

102. Энергетический анализ элементов электрокар диосигнала/ Варнавский А.Н.//Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы. Биомедсистемы 2002: Всероссийская НТК.- Рязань, 2002.- С.44-45.

103. Особенности реализации алгоритмов выделения QRS-комплексов для ЭКГ-систем реального времени / Нагин В.А., Селищев С.В. // Медицинская техника.- 2001.- №6.- С. 18-23.

104. Вопросы помехоустойчивости при измерениях :> параметров электрокар диосигнала / Истомина Т.В., Кривоногов Л.Ю.: Сб. трудов, межвуз. .научн. конф. / Пенз. гос.ун-т. Пенза, 2000.-№25.-С. 167-173.

105. Кардиомонитор для суточной регистрации ЭКГ / Кулик Д.В., Сотников Ю.Н. // Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы. Биомедсистемы 2002: Всероссийская НТК.- Рязань, 2002.- С.36.

106. QRS detection from an ongoing ECG recodings by using dyadic wavelets / Bojanic D, Popovic D.B.//IFMBE Proceedings. 2002. - V3(l). -P.352-353.

107. Белянин Ф.А., Калакутский Л.И., Калакутский В.Л. Критерии точности измерения длительностей кардиоциклов в системах мониторинга показателей вариабельности ритма сердца // Мед.техника.- 2005.- №4.- С.39-43.

108. Pyetan E., Akselrod S. Do the high-frequency indexes of HRV provide a faithful assessment of cardiac vagal tone? A critical theoretical evaluation // IEEE Trans.on biomed.engineering. V.50. № 6.-2003. P. 777- 783.

109. Heart rate variability: analysis . by a mathematical model of cardiovascular control / Magosso E., Ursino M. // IFMBE Proceedings. 2002. -V3. - P.1278-1279.

110. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. 2-е изд., перераб. и доп. - JL: Энергоатомиздат, 1991. - 304 с.

111. Метод цифровой обработки ЭКГ-сигналов/ Максимов А.В. // Изв. ТРТУ,- 2002,- №2,- С.305-307.

112. Цифровой фильтр подавления сетевой помехи в электрокардиографе / Лебедева С.В., Лебедев В.В. // Медицинская техника.-1995.- №5.- С.23-25.

113. Янушкявичус З.И., Чирейкин Л.В., Пранявичюс А. А. Дополнительно усиленная электрокардиограмма. Л.: Медицина, 1990. - 192 с.

114. Михеев А.А. О соотношении разрядности аналого-цифрового преобразователя и частоты дискретизации при выделении начала зубца Р электрокардиосигнала // Мед.техника.- 2004.- №6.- С. 10-13.

115. Мельник О.В., Михеев А.А. Интегральный подход к оценке параметров ST-сегмента электрокардиосигнала // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. № 5, 2003. - С. 8-11.

116. Патент 2261653 С1 (РФ), МКИ А61В5/0452. Способ выделения ST-сегмента электрокардиосигнала в реальном времени и устройство для его осуществления/Мельник О.В., Михеев А.А. Опубл. 2005, Бюл. № 7.

117. The corner frequencies of the ECG amplifier for heart rate variability analysis/Hejjel L., Kellenyi L.//Physiol.Meas.-2005.-26,№l.-P.39-47.

118. Зайченко K.B., Жаринов O.O., Кулин A.H. и др. Съем и обработка биоэлектрических сигналов: Учеб.пособие / Под ред. К.В.Зайченко. СПбГУАП: СПб, 2001.- 140 с.

119. Jezewski J., Matonia A., Kupka T. et al Fetal monitoring with online processing of electrocardiographic signals // EMBEC05, IFMBE Proc.- 2005.-11(1).

120. Comparison algorithms to extract the fetal electrocardiogram from the maternal abdominal signal / Li J., Crowe J.A.,. Hayes-Gill B.R. et al. // IFMBE Proceedings. 2002. - V3(2). - P. 1550-1551.

121. A Real-Time Microprocessor QRS Detector System with a 1-ms Timing Accuracy for the Measurement of Ambulatory HRV / Ruha A., Sallinen S., Nissil'a S. //IEEE.- 1997.- V.44.- №3.- P. 159-167.

122. Патент 2021753 CI (РФ), МКИ A61B5/0456. Устройство для выделения QRS-комплексов электрокардиосигнала/Крук Б.И., Белкин Н.И. Опубл. 1994, Бюл. № 5.

123. Патент 2076629 С1 (РФ), МКИ А61В5/0456. Способ и устройство для селекции R-зубца кардиосигнала/Романов С.П. Опубл. 1997, Бюл. № 5.

124. Патент 2012226 С1 (РФ), МКИ А61В5/0456. Устройство для выделения R-зубца электрокардиосигнала/Катков В.И. Опубл. 2000, Бюл. № 28.

125. Полезная модель №2006133140 от 26.10.2006, МПК А61В5/0456. Устройство для выделения R-зубцов электрокардиосигнала плода/Л.И. Калакутский, Ф.А. Белянин.

126. Белянин Ф.А., Калакутский Л.И. Выделение сердечного ритма плода в задачах фетального ЭКГ мониторинга // Сб. трудов. Междунар. НТК физика и радиоэлектроника в медицине и экологии ФРЭМЭ-2006.-Владимир,- 2006. -С.111.

127. On detecting the presence of fetal R-wave using the moving averaged magnitude difference algorithm/Park Y.C, Lee K.Y, Youn D.H. et.al. // Biomedical Engineering, IEEE Transactions.- 1992.- V.39.- P.868-871.

128. Исследование алгоритмов фильтрации от шумов и помех ЭКГ-сигнала/Викторова З.В. // Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы. Биомедсистемы 2002: Всероссийская НТК.- Рязань, 2002,- С.82-83.

129. Испытательный сигнал для проверки измерительных алгоритмов электрокардиографических измерительных систем / Лебедев В.В, Калантар

130. B.А, Аракчеев А.Г. И др. // Медицинская техника.- 1997.- №3.- С.40-41.

131. Василевич М. Ю, Прилуцкий Д. А. Генератор сигналов для тестирования электроэнцефалографов и электрокардиографов // Медицинская техника.- 2004.- №3,- С.46.135. 2.5 MSPS, 24-Bit, 100 dB ЕД ADC With On-Chip Bufferr.-Analog Devices, Inc.- 2005.- 32 p. >

132. L.I.Kalakutski, V.L.Kalakutski, F.A.Belyanin Fetal heart rate variability index as a parameter for home monitoring networks // Telemedicine & eHealth Directory. -2005. -P.67.

133. Белянин Ф.А, Калакутский Л.И, Калакутский В.Л. и др. Система оценки внутриутробного состояния плода с помощью анализа абдоминальной электрокардиограммы // Вестник аритмологии.- 2004. -т.35.1. C.128.

134. Заявка на изобретение №2006123578 от 03.07.2006, МПК А61В5/0444. Способ диагностики гипоксии плода во время беременности / С.В. Цуркан, Л.И. Калакутский , Ф.А. Белянин.