автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Программно-аппаратный комплекс анализа, управления и обработки информации для исследования кардиореспираторной системы человека

На правах рукописи

Охрицкий Александр Анатольевич

Программно-аппаратный комплекс анализа, управления и обработки информации для исследования кардиореспираторной системы человека

Специальность 05 13 01 - системный анализ, управление и обработка информации

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2007

003173484

Работа выполнена в Московском государственном институте электронной техники (техническом университете) на кафедре биомедицинских систем

Научный руководитель

доктор физико-математических наук, профессор С В Селищев Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор В В Баринов

кандидат технических наук В А Нагин

Ведущая организация - Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины Минобороны России

Защита состоится 14 ноября 2007 года в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212 134 02 при Московском государственном институте электронной техники в ауд 3103 по адресу 124498 Москва, Зеленоград, проезд 4806, д 5, МИЭТ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ

Соискатель Автореферат разослан"«//» ноября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, у -

кандидат технических наук, профессор В Воробьев

Общая характеристика работы Актуальность темы

Системы регистрации, обработки и анализа физиологической информации человека широко применяются в медицинской практике Их применение обусловлено объективностью, информативностью и хорошей воспроизводимостью получаемых результатов С развитием вычислительной техники повсеместно осуществляется переход на компьютерную обработку и хранение медицинской информации Совершенствующиеся технологии повышают диагностические возможности медицинской аппаратуры

Важнейшей задачей системы здравоохранения является сохранение здоровья граждан, причем более эффективно ориентировать систему здравоохранения на профилактику заболеваний, а не на лечение уже развившегося недуга Поэтому особое значение принимает разработка методик оценки состояния здоровья

Одним из важных показателей здоровья организма является его способность адаптироваться к изменчивым условиям внешней среды Любое воздействие среды на организм вызывает ответную реакцию регуляторной системы, задача которой за счет внутренних резервов организма обеспечить гомеостатический режим его деятельности

Система кровообращения ответственна за адаптацию организма к большому числу различных факторов внешней среды В большинстве случаев систему кровообращения можно рассматривать как индикатор состояния функциональных резервов целого организма Дыхательная система является функционально связанной с системой кровообращения, и, учитывая способность системы регуляции компенсировать нагрузку на связанные системы, совместный анализ кровообращения и дыхания (кардиореспираторной системы) позволяет наиболее полно оценивать состояние организма При

этом важно обеспечить синхронную связь между параллельно регистрируемыми физиологическими сигналами этих систем Цель работы проектирование и создание программно-аппаратного комплекса анализа, управления и обработки физиологической информации, ориентированного на исследования и диагностику кардиореспираторной системы человека

Основные задачи

1 Разработка проблемно-ориентированного программно-аппаратного комплекса анализа, управления и обработки физиологической информации, параллельно регистрирующего электрокардиограмму, импедансо-грамму, сейсмокардиограмму, фотоплетизмограмму, пневмотахограмму

2 Разработка методов и алгоритмов интеллектуальной поддержки принятия решений по результатам исследования кардиореспираторной системы человека с использованием биологической обратной связи, методов и алгоритмов проведения диагностических экспериментов

3 Разработка проблемно-ориентированной системы управления, позволяющей испытуемому человеку проводить диагностические исследования самостоятельно без участия специализированного медицинского персонала

4 Разработка специализированного интерфейса визуализации, трансформации и анализа физиологической информации о кардиореспираторной системе человека на основе компьютерных методов представления и обработки информации

Научная новизна

1 Впервые разработаны методы и алгоритмы решения задач анализа, управления и обработки физиологической информации для параллельной регистрации электро-

кардиограммы, импедансограммы, сейсмокардиограммы, фотоплетизмограммы, пневмотахограммы на основе 22-разрядных сигма-дельта аналого-цифровых

преобразователей.

2. Впервые разработаны методы и алгоритмы интеллектуальной поддержки диагностики кардио-респираторной системы человека на основе адаптивной биологической обратной связи.

3. Впервые разработан цифровой программно-аппаратный комплекс, позволяющий испытуемому человеку самостоятельно проводить исследования его кардио-респираторной системы без участия специализированного медицинского персонала.

Практическая значимость работы:

1. Разработан цифровой программно-аппаратный комплекс Пневмокард для проведения исследований кардио-респираторной системы, позволяющий синхронно регистрировать физиологические сигналы: электрокардиограмму, импедансограмму, сейсмокардиограмму, фотоплетизмограмму, пневмотахограмму (рисунок 1).

Рисунок I - Комплекс Пневмокард с комплектом датчиков и способ их установки на испытуемом. 2. Разработан комплект датчиков для регистрации физиологических сигналов кардиореспираторной системы.

3 Разработано программное обеспечение для управления экспериментом по исследованию кардиореспираторной системы, реализующее возможность биологической обратной связи, возможность гибкой настройки сценария эксперимента, позволяющее испытуемому проводить эксперимент самостоятельно в полуавтоматическом режиме, без участия медицинского персонала

4 Разработан комплект контрольно-тестовой аппаратуры

5 Изготовлена партия программно-аппаратных комплексов Пневмокард и комплект контрольно-тестовой аппаратуры

Достоверность результатов

Достоверность полученных результатов обусловлена использованием апробированных медицинских методов исследования, типовых способов регистрации физиологических сигналов, а так же подтверждается лабораторными и клиническими верификационными испытаниями

Внедрение результатов работы

Разработанное программное обеспечение и прибор в составе комплекса «Пневмокард» прошли приемо-сдаточные испытания в Государственном научном центре Российской Федерации -Институте медико-биологических проблем РАН, и были допущены к эксплуатации в составе Российского сегмента Международной космической станции (МКС)

Результаты диссертационной работы были использованы при реализации следующих проектов кафедры биомедицинских систем МИЭТ

НИР «Малогабаритный внешне носимый электрический кардиовертер-дефибриллятор, средства контроля за сердечной деятельностью в чрезвычайных ситуациях», НИР «Система бесконтактного контроля сердечной деятельности человека во время сна в условиях международной космической станции» (2003-2004 годы, НТП Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям

науки и техники»)

НИР «Разработка программного обеспечения для автоматического анализа данных, получаемых с помощью комплекса СОНОКАРД», НИР «Разработка наземного программного обеспечения (ПО) для обработки и анализа физиологических данных, получаемых в ходе проведения эксперимента ПУЛЬС» (2001-2003 годы, заказчик - ГНЦ «Институт медико-биологических проблем» РАН) Положения, выносимые на защиту

1 Параллельная регистрация электрокардиограммы, импедансограммы, сейсмокардиограммы, фотоплетизмо-граммы, пневмотахограммы на основе 22-разрядных сигма-дельта аналого-цифровых преобразователей обеспечивает анализ, управление и обработку физиологической информации, характеризующей кардиореспираторную систему человека

2 Пользовательский интерфейс программы управления экспериментом с поддержкой настройки хода эксперимента с помощью файла сценариев, возможностью отображения мультимедиа информации, с применением механизмов автоматического регулирования параметров отображения сигналов позволяет испытуемому проводить эксперимент самостоятельно без участия медицинского персонала

3 Разработанный программно-аппаратный комплекс может быть использован для проведения экспериментов по исследованию кардиореспираторной системы человека, в том числе операторов сложных систем, спортсменов, как в условиях медицинских учреждений, так и в специальных условиях, например в условиях Международной космической станции

Апробации работы

Приведенные в диссертации результаты представлялись автором на

• Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика -2002», Москва, МИЭТ, 17-18 апреля 2002,

• Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика -2003», Москва, МИЭТ, 23-24 апреля 2003,

• Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика -2004», Москва, МИЭТ, 21-22 апреля 2004,

• V Международная научно-техническая конференция "Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии" ФРЭМЭ'2004, Суздаль 28-31 августа 2004 года,

• Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика -2005», Москва, МИЭТ, 19-21 апреля 2005,

• Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика -2006», Москва, МИЭТ, 19-21 апреля 2006

• Молодежном научно-инновационном конкурсе «Электроника 2006 - 2007», Москва, МИЭТ 30 ноября 2006

• The 3rd Russian-Bavarian conference on biomedical engineering at Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nuremberg and Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS Erlangen, Bavaria, July 2/3, 2007

Публикации

По теме диссертации опубликовано 5 статей и 6 тезисов докладов

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы, включающего 99 наименований Общий объем работы составляет 111 страниц, в том числе 50 рисунков и 7 таблиц

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы и приведены основные результаты

Первая глава посвящена рассмотрению физиологических сигналов, анализ которых позволяет получить информацию о состоянии систем кровообращения и дыхания (кардиореспираторной системы), сделан обзор современных медицинских многоканальных диагностических приборов

Главной задачей данной работы являлось проектирование и создание медицинского программно-аппаратного комплекса, позволяющего параллельно регистрировать ряд физиологических сигналов Приборы, регистрирующие одновременно несколько физиологических параметров нашли применение в ряде областей в клинической медицине, в биологических и психологических экспериментах, в прикладной психофизиологии, в частности в психофизиологическом методе «детекции лжи» Так как цели применения в каждой из областей свои, соответственно и требования к приборам отличаются

Оценка психофизиологического состояния человека с помощью полиграфа применяется в криминалистике, при оперативно-розыскной, следственной и кадровой работе Эти полиграфы, так называемые «детекторы лжи», используются в методике выявления возможно скрываемой человеком информации Набор сигналов для регистрации такими приборами обусловлен спецификой задачи и, как правило, включает

- двигательную активность,

- плетизмограмму, характеризует кровоток,

- артериальное давление (неинвазивно),

- дыхание,

- кожно-гальваническую реакцию - сигнал, характеризующий проводимость кожи вследствие потоотделения,

- акустический сигнал

Такой набор регистрируемых сигналов позволяет сделать оценку уровня стресса, которому подвергается испытуемый во время опроса Параллельная регистрация и одновременный анализ нескольких сигналов, в данном случае, позволяет повысить точность сделанной оценки

В настоящее время на смену чернильно-перьевым полиграфам пришли комплексы, построенные на базе персонального компьютера, к которому через стандартный интерфейс подключается многоканальный регистрирующий прибор с комплектом датчиков Для наглядной визуализации и обработки сигналов используется сложное программное обеспечение Как правило, ПО подобного комплекса позволяет синхронно отображать текст или номер заданного вопроса и сигнал, характеризующий ответную реакцию испытуемого Несмотря на значительные успехи в разработке автоматических алгоритмов анализа, главная роль в данной методике остается за профессиональным полиграфистом, ПО является лишь удобным инструментом Тем не менее, значительная часть трудозатрат при разработке такого комплекса уходит на ПО, причем с учетом специфики области применения, адаптировать такой комплекс для медицинских целей достаточно трудоемко

Медицинские многоканальные регистрирующие устройства используются в качестве прикроватных мониторов Их задача регистрировать, накапливать и обрабатывать информацию о жизненно важных функциях организма, как во время интенсивной терапии, так и в течение реабилитационного периода Сегодня большинство прикроватных мониторов регистрирует следующие сигналы

- одно или несколько отведений электрокардиограммы (ЭКГ),

- насыщение гемоглобина кислородом - сатурация (8р02),

- артериальное давление, измеряемое инвазивным или неинвазивным способом,

- один или несколько каналов температуры тела

Прикроватные мониторы обычно выполняются в виде самостоятельного блока, непосредственно к которому подключаются датчики и электроды Обработка информации осуществляется встроенным микроконтроллером, результаты отображаются на экране или печатаются на встроенном принтере Такие приборы могут работать как автономно от аккумуляторов, так и от сети переменного тока

Ещё одной сферой применения многоканальных комплексов является проведение различных (профилактических и научных) медицинских экспериментов, связанных с оценкой физического состояния пациента Комплексы для научных исследований могут регистрировать каналы, используемые как в прикроватных мониторах, так и в «детекторах лжи» Иногда они строятся на основе одного из серийных устройств Однако такие комплексы всегда обладают дополнительными свойствами, которые необходимы для решения научных задач На текущем этапе развития области исследований к многоканальным комплексам предъявляют следующие требования

- повышенные требования к качеству регистрируемых сигналов - более широкий частотный и/или динамический диапазон, более высокое разрешение аналого-цифрового преобразования (АЦП),

- требования по обеспечению максимально синхронной регистрации физиологических сигналов,

- требования по дополнительной устойчивости к внешним воздействиям,

- требования по эргономике для обеспечения эксперимента - конструкции элементов управления, датчиков,

- требования к программному обеспечению по возможности программирования эксперимента, поддержания специальных проб, обмена данными

Вторая глава содержит описание аппаратной реализации разработанного комплекса и комплекта датчиков для проведения исследований кардиореспираторной системы

Многоканальный комплекс регистрирует следующие сигналы

- электрокардиограмму (ЭКГ), входной диапазон от ±600 мВ, полоса пропускания 0-260 Гц,

- импедансограмму (ИГ), частота измерительного тока 50 кГц, рабочий диапазон 10-400 Ом, полоса пропускания 0260 Гц,

- сейсмокардиограмму (СКГ),

- фотоплетизмограмму (ФПГ),

- пневмотахограмму (ПТГ) на основе термометрических датчиков, рабочая температура от 0 до 40°С

Качество регистрируемых комплексом сигналов во многом зависит от подхода выбранного при проектировании входного каскада блока усилителя, и в первую очередь зависит от типа АЦП Типовая структурная схема блока АЦП типичного цифрового многоканального устройства регистрации представлена на рисунке 2

N канал

Рисунок 2 - Типовая структурная схема многоканального устройства регистрации физиологической информации

Для данного подхода характерны следующие ограничения 1 Для реализации аналогового ФВЧ необходимы прецизионные крупногабаритные конденсаторы с малыми токами утечки Требования к точности аналоговых фильтров обуславливается тем, что разброс частотных параметров фильтров между каналами ведет

к потере синхронизации параллельно регистрируемых физиологических сигналов,

2 Необходим аналоговый ФНЧ высокого порядка для ограничения частотного диапазона сигнала с целью предотвращения эффекта наложения спектров при дискретизации сигнала,

3 Схемы выборки-хранения и мультиплексор перед входом 12-ти разрядного АЦП вносят дополнительные нелинейные искажения,

4 Необходим дополнительный каскад усиления после ФВЧ вследствие малой разрядности АЦП

Ограничения, характерные типовому подходу можно обойти в случае использования во входном каскаде многоразрядных сигма-дельта АЦП Это решение позволяет снизить требования к предварительной аналоговой фильтрации сигнала, заменив аналоговую обработку применением цифровых фильтров Такой подход становиться возможным за счет увеличения частоты дискретизации сигнала (что снижает требования к параметрам ФНЧ), и за счет увеличения входного динамического диапазона путем повышения разрядности АЦП (что позволяет отказаться от использования аналогового ФВЧ)

СЦ

Усилитель

0>- Усилитель 2 канал

О*- Усилитель N канал

ФНЧ

1-го

порядка

ФНЧ Много-

1-го канальный

порядка сигма-дельта

АЦП

ФНЧ

1-го

порядка

Рисунок 3 - Структурная схема многоканального устройства для регистрации физиологических сигналов на основе сигма-дельта АЦП

Ключевыми моментами сигма-дельта преобразователей являются передискретизация, процесс шумопреобразования в сигма-дельта модуляторе, цифровая фильтрация и децимация Структурная схема многоканального устройства регистрации

физиологических сигналов на основе сигма-дельта АЦП показана на рисунке 3 В данном случае каналы регистрации состоят из усилителя постоянного напряжения, простейшего Я-С ФНЧ и АЦП А07716 АЦП обеспечивает построение аналоговой части комплекса с минимальным количеством внешних элементов

Для среза постоянной составляющей, в данном случае, применяется цифровой не рекурсивный ФВЧ реализованный программным обеспечением, выполняющемся на ПК Данный ФВЧ представляет собой быстрый целочисленный алгоритм вычисления, все коэффициенты фильтра кратны степени двойки, это позволяет для каждого отсчета использовать только одну операцию деления, реализованную через серию процессорных инструкций двоичного сдвига Обеспечить синхронность между каналами в данном случае существенно проще Кроме того, такой подход позволяет, в зависимости от особенностей эксперимента, программно выбирать необходимые параметры фильтрации вплоть до регистрации сигналов от постоянного уровня (нулевой нижней частоты), что свойственно приборам для научных исследований

С учетом того, что многоканальные комплексы могут регистрировать данные, получаемые от датчиков различных типов, сигналов разной природы, с существенными отличиями в абсолютной амплитуде и частотными характеристиками, программная реализация фильтров позволяет строить интеллектуальную привязку изолинии раздельно по каждому из каналов Избирательное изменение постоянной времени цифрового ФВЧ может обеспечить минимальное искажение низкочастотной составляющей физиологического сигнала отдельно в каждом канале

Структурно-функциональная схема комплекса представлена на рисунке 4 Для обеспечения требований по безопасности, предъявляемым к электромедицинским изделиям, прибор разделен на две гальванически изолированные части Развязка

по цепям питания и цепи передачи данных осуществляется с помощью электронных компонентов, аттестованных фирмами-производителями на напряжение пробоя более 4 кВ, токи утечки менее 50 мкА.

Регистрация электрокардиограммы (ЭКГ) и импедансо-граммы (ИГ) осуществляется с одной пары электродов. Смешанный сигнал через схему защиты от статического электричества поступает на инструментальный усилитель, имеющий высокий коэффициент подавления синфазной помехи. Сигнал ЭКГ отделяется от ИГ с помощью фильтра низкой частоты и поступает далее на аналого-цифровой преобразователь.

Пациент

Рисунок 4 - Структурная схема комплекса.

Измерение сопротивления пациента (сигнал

импедансограммы) осуществляется на частоте 50 кГц. Сигнал опорной частоты подаётся микроконтроллером на управляющий вход источника тока. В источнике тока имеется компаратор, контролирующий рабочий режим и сигнализирующий о плохом качестве наложения токового (или общего) электрода на пациента.

Модулированный сигнал ИГ с несущей частотой 50кГц

выпрямляется детектором, фильтруется ФНЧ и поступает на АЦП

Регистрация сейсмокардиограммы (СКГ) осуществляется с помощью внешнего датчика, преобразующего линейное ускорение в напряжение Сигнал усиливается и поступает на АЦП

Регистрация фотоплетизмограммы (ФПГ) осуществляется с помощью внешнего датчика, преобразующего оптическую плотность исследуемой ткани в напряжение Датчик сконструирован в виде прищепки, укрепляемой на пальце пациента На одной стороне датчика расположены инфракрасные оптические излучатели, на другой -фотоприемник с предварительным усилителем

Сигнал с датчика усиливается и далее поступает на аналоговый мультиплексор Аналоговый мультиплексор последовательно переключает сигналы ФПГ и пневмотахограммы (ПТГ) на один вход АЦП с частотой 250 Гц, таким образом, частота дискретизации по каждому каналу ФПГ, ПТГ составляет 125 Гц Применение мультиплексора в данном случае оправдано тем, что сигналы ФПГ и ПТГ являются медленно меняющиеся и не требуют регистрации с высокой частотой дискретизации

Регистрация пневмотахограммы (ПТГ) осуществляется с помощью внешнего датчика, преобразующего температуру вдыхаемого и выдыхаемого человеком воздуха в сопротивление с помощью терморезистора Датчик выполнен в виде небольшой полимерной пластины с двумя выносными терморезисторами При расположении терморезисторов в области носа пациента возможно регистрировать воздушный поток (вдох/выдох пациента) по изменению условий теплоотдачи терморезистора, нагретого на 1-2°С выше температуры окружающей среды.

Сигнал с датчика усиливается и поступает на аналоговый мультиплексор и АЦП.

В приборе применяется АЦП А07716 Микросхема

представляет собой 4-х канальный сигма-дельта АЦП параллельного преобразования. АЦП работает с частотой дискретизации 1 кГц (полоса пропускания 0-260 Гц) и имеет при этом эффективное разрешение 102дБ. Разрешение может быть повышено с помощью последующей цифровой фильтрации, сужающей полосу сигнала. К цифровому входу АЦП подключен механический переключатель пациента «событие». Состояние переключателя подмешивается непосредственно в цифровой поток данных АЦП, обеспечивая, таким образом, строгую синхронизацию события с регистрируемыми данными.

На этапе разработки датчиков и для их последующего тестирования был разработан комплект контрольно тестовой аппаратуры (рисунок 5). Тестирование каналов ЭКГ и ИГ выполнялось с помощью калибровочной приставки, которая позволяла регистрировать оба сигнала параллельно. Эмуляция ЭКГ осуществлялась с помощью генератора физиологических сигналов Нейротест 7, одновременно измерялся базовый импеданс, задаваемый с помощью банка сопротивлений на калибровочной приставке. Для тестирования датчиков сейсмокардиограммы был изготовлен вибростенд на базе низкочастотного звукового динамика, закреплённого на массивном стальном диске. На подвижной мембране динамика установлен тонкий стальной стержень, который передаёт перемещения мембраны на испытательный столик.

Рисунок 5 - Комплект контрольно тестовой аппаратуры.

На вибростоле закреплен микромеханический датчик ускорения, среднеквадратичное значение показания датчика отображается на цифровом индикаторе, который установлен на контрольной панели вибростенда Конструкция позволяет подавать на вибростенд сигнал с функционального генератора через усилитель мощности Тестирование датчиков фотоплетизмограммы осуществлялось на реальных биообъектах (пальцы руки) и на калибровочных полимерных пластинках

Таким образом, конструкция аппаратной части комплекса позволяет регистрировать физиологические сигналы в полосе частот от 0 до 260 Гц с динамическим диапазоном не менее 100 дБ Это обеспечивает объективные синхронные измерения, а так же возможность анализа сигналов в различных масштабах амплитуд и частотных диапазонах при использовании соответствующей программной обработки К примеру, сигнал ИГ может быть разложен на такие составляющие, как

1 базовый импеданс - очень низкие частоты (средние значение вычисляется с периодичностью менее 1 раз в секунду), низкое разрешение (десятки Ом),

2 сигнал дыхания - низкие частоты (0 01-05 Гц), среднее разрешение (до 1 Ом),

3 сигнал импедансокардиограммы (ИКГ) - средние частоты (0 5-100 Гц), высокое разрешение (десятки мОм)

Третья глава содержит описание программного обеспечения комплекса

Программное обеспечение комплекса выполняется под управлением операционной системы Windows 2000/Windows ХР и состоит из

- программы для управления экспериментом и регистрации сигналов Pnvmon,

- динамически загружаемой библиотеки pnvcard dll, которая предоставляет высокоуровневый программный интерфейс к USB драйверу прибора,

- программы конвертации файлов из формата программы Рпугпоп в формат данных универсального математического пакета Маг1аЬ

Программа для управления ходом эксперимента Рпушоп позволяет решать следующие основные задачи- проведение многоэтапного эксперимента с возможностью навигации по этапам - остановка или повтор этапа, переход к следующему или предыдущему этапу,

- синхронная регистрация сигналов с аппаратной части на этапах с регистрацией,

- визуализацию сигналов с поддержкой автоматической регулировки усиления (АРУ) для контроля качества регистрации,

- сохранение нативных (немодифицированных) данных, а так же отметок событий в файле протокола исследования (файл данных),

- поддержку проведения проб с гипервентиляцией (навязываемой частотой дыхания),

- выдачу подсказок и дополнительной графической и текстовой информации при подготовке и во время эксперимента,

- гибкое изменение набора и параметров этапов с помощью языка описания сценария эксперимента

Программа Рпушоп спроектирована с учетом возможности испытуемому самостоятельно проводить эксперимент без участия медицинского персонала Эта функция незаменима при наборе данных в уникальных условиях длительного изолированного эксперимента, космического полета, морского похода, вахтового метода работы, опасных и вредных условиях и т д

Обработка сигналов может выполняться на другом компьютере, зачастую удаленном от места регистрации Как основа программной среды обработки данных был выбран пакет МайаЬ из-за его широких возможностей по

математическому и статистическому анализу и визуализации на основе высокоуровневого языка программирования, а также богатого набора встроенных стандартных функций и утилит. Это позволяет с минимальными временными затратами модифицировать или создавать новые программы анализа на основе проверенных алгоритмов.

Для связи с прибором главный модуль программы Pnvmon использует интерфейс, реализованный в библиотеке прикладного программиста pnvcard.dll, которая в свою очередь обменивается данными с USB драйвером устройства mcsusblO.sys (рисунок 6).

Файл настроек PnvMon.ini PnvMon.exe

Рисунок 6 - Взаимодействие программы регистрации pnvmon. exe с внешними программными и аппаратными компонентами.

Текстовый файл pnvmon.ini используется для хранения сценария исследования, а так же настроек программы. Файл данных пациентов pnvpcnt.dat используется для хранения информации о зарегистрированных пациентах. Результаты исследования записываются в двоичные файлы в виде нативных (оригинальных) наборов сигналов.

Основой программы является механизм проигрывания сценариев. Сценарии читаются посредством встроенного интерпретатора и преобразуются в последовательности руководящих действий для программы, а именно: - количество и типы этапов;

- параметры для каждого этапа в зависимости от типа -длительность регистрации, параметры гипервентиляции, ссылки на изображения и текстовые сообщения, установка режима обработки клавиш событий и т.д.;

- параметры отображения по каждому из сигналов -скорость развертки и масштаб по амплитуде, частоты фильтрации, режим автоматического регулирования коэффициента усиления;

- название теста, путь для сохранения файла данных и т.д.

Вид пользовательского интерфейса программы на этапе

"Регистрация" показан на рисунке 7.

V - А □

Этап 4 из 9 Этап 4. Динамический темп дыхания

С начала исследования 00:12:46 До завершения этапа 04:13

4\А| ^ ВДОХ

СКГ 1

хллл АА Л д /

НЁ 1 \л/\/

.и;.;.;. ф »*«« :1»}.5<Х-> ■ПриоовГЦмвг^лмпеи.тючв»

Рисунок 7 - Главное окно программы Рттоп.

При визуализации сигналов СКГ, ФПГ и ПТГ применяется их амплитудное масштабирование на основе автоматического регулирования коэффициента усиления (АРУ). Это необходимо для компенсации существенных различий в абсолютных амплитудах, которые могут иметь место из-за физиологических и методических особенностей: строения тела, способа крепления датчиков, параметров окружающей среды. Система АРУ имеет постоянную времени, равную одной трети от времени прохода

развертки по ширине панели Регулировка осуществляется ступенчато по принципу масштабирования сигнала (от максимального значения амплитуды до минимального) до 70% от высоты панели вывода АРУ защищено от одиночных всплесков амплитуды сигнала длительностью менее 0 5 сек

Во время проведения теста с гипервентиляцией в панели установки темпов дыхания отображается ломаная линия, где подъем задает вдох, спад - выдох, а прямая линия - задержку дыхания Циклы вдох-выдох-пауза повторяются от начала и до конца этапа Основные параметры выбираются из файла сценария

- минимальное время вдоха,

- максимальное время вдоха,

- минимальное время выдоха,

- максимальное время выдоха,

- минимальное время паузы,

- максимальное время паузы,

- циклов до паузы

На основе выбранных параметров, используя генератор случайного распределения, в пределах минимума и максимума вычисляется длительности каждого вдоха, выдоха и паузы В общем случае получаются рандомизированный цикл дыхания. При равенстве соответствующих минимальных и максимальных параметров производится навязанный темп дыхания с заданной частотой

Выводы.

1 Разработанные методы и алгоритмы анализа и обработки физиологической информации при параллельной регистрации электрокардиограммы, импедансограммы, сейсмокардиограммы, пневмо-тахограммы и фотоплетизмограммы на основе 22-разрядных сигма-дельта АЦП совместно с принципом цифровой обработки сигналов позволяют построить программно-аппаратный комплекс для исследований

кардиореспираторной системы человека Метод позволяет повысить достоверность регистрации, обеспечив минимальную задержку между каналами Упрощается схемотехническая реализация цифрового усилителя В аналоговой части уменьшается количество усилительных каскадов, отсутствует аналоговый ФВЧ Для среза постоянной составляющей применяется цифровой ФВЧ, реализованный программно на ПК Обеспечивается высокая синхронность между каналами В зависимости от особенностей эксперимента программно выбираются необходимые параметры фильтрации, вплоть до регистрации сигналов от постоянного уровня (нулевой нижней частоты), что свойственно приборам для научных исследований

2 Программное обеспечение с поддержкой элементов биологической обратной связи и гибкой настройки сценария эксперимента В работе с комплексом, при разработке методики медицинских экспериментов по исследованию кардиореспираторной системы выявились существенные преимущества оперативного изменения сценариев без привлечения разработчиков ПО Реализация в ПО комплекса возможности программирования хода эксперимента дает свободу экспериментатору сконцентрироваться на прикладной задаче по набору необходимых данных, повысить скорость и качество исследований Поддержка элементов биологической обратной связи, таких, как управление режимом гипервентиляции, позволяет экспериментатору проводить нагрузочные пробы для исследования механизма адаптации кардиореспираторной системы

3 Разработанный интерфейс пользователя позволяет проводить эксперимент без участия медицинского персонала При настройке сценария экспериментатор может использовать дополнительную графическую и

текстовую информацию, отображаемую во время эксперимента, что облегчает проведение эксперимента испытуемым самостоятельно в полуавтоматическом режиме, без участия медицинского персонала Система восстановления данных после сбоя позволяет продолжить выполнение прерванного эксперимента с последнего удачно пройденного этапа Система автоматического регулирования коэффициента усиления и фильтрации отдельно по каждому каналу позволяет наглядно отображать физиологические сигналы различной природы, что дает возможность испытуемому, при проведении эксперимента самостоятельно дать качественную оценку регистрируемым данным

Публикации по теме диссертации

1 Баевский Р М, Охрицкий А А , Пащенко А В, Пршуцкий ДА , Фунтова ИИ Программное обеспечение полиграфа для научных исследований // Медицинская техника - 2007-№1 с 19-24

2 Маслобоев Ю 77, Охрицкий А А , ПрилуцкийД А , Селищев С В Монитор биомеханической активности сердца // Медицинская техника - 2004 - N 4 с 3-8

3 Охрицкий А А , Марагей Р А , ПрилуцкийД А Полупроводниковый фотостимулятор для электроэнцефалографии с управлением по шине USB // Медицинская техника - 2004 - №3 с 43-46

4 Охрицкий А А ПрилуцкийД А Программное обеспечение полиграфа для научных исследований // Биомедицинские электронные системы Сб научных трудов под ред

С В Селищева - М МИЭТ, 2007, с 78-88

5 Маслобоев Ю П, Охрицкий А А, ПрилуцкийД А Монитор биомеханической активности сердца // Биомедицинские электронные системы Сб научных трудов под ред

С В Селищева - М МИЭТ, 2007, с 89-101

6 Охрицкий А А Кодирование электрокардиограммы в амбулаторных мониторах // Микроэлектроника и информатика - 2003 Десятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов Тезисы докладов - М МИЭТ, 2003 с 130

7 Охрицкий А А Программно-аппаратный комплекс для многоканальной регистрации физиологических параметров // Микроэлектроника и информатика -2006 13-я всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов Тезисы докладов - М МИЭТ, 2006 с 321

8 Охрицкий А А Программное обеспечение для проведения экспериментов по регистрации дополнительных каналов информации совместно с ЭКГ данными // Микроэлектроника и информатика -2005 12-я всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов Тезисы докладов - М МИЭТ, 2005 с 146

9 Охрицкий А А Портативный регистратор сигналов микроколебаний тела // Микроэлектроника и информатика -2004 Одиннадцатая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов Тезисы докладов-М МИЭТ, 2004 с 142

10 Охрицкий А А Система хранения и управления электронным архивом кардиологической информации на основе Web технологий // Микроэлектроника и информатика - 2002 Девятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов Тезисы докладов -М МИЭТ, 2002 с 86

11 Masloboev Yu Р, Ohritsky А А , Prilutsky D А , Selishchev S V Portable monitor for registration of ballistocardiographic signals // Proceedings of the 3rd Russian-Bavarian conference on biomedical engineering at Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nuremberg and Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS Erlangen, Bavaria, July 2/3, 2007, pp 25-31

Тираж 80 экз

Формат 60x84 1/16 Уч-издл

Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ 124498, Москва, МИЭТ

ОГЛАВЛЕНИЕ.

СПИСОК И ОБОЗНАЧЕНИЕ АББРЕВИАТУР.

ВВЕДЕНИЕ.

Цель работы.

Основные результаты работы.

Достоверность полученных результатов.

Апробация работы.

ГЛАВА 1. МЕДИЦИНСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ.

1.1. Физиологические сигналы.

1.1.1. Электрокардиограмма.

1.1.2. Реограмма.

1.1.3. Баллистокардиограмма.

1.1.4. Сейсмокардиограмма.

1.1.5. Фотоплетизмограмма.

1.1.6. Пневмотахограмма.

1.1.7. Кровяное давление.

1.2. Параллельная регистрация физиологических сигналов.

ГЛАВА 2. МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЙ ЦОС

2.1. Типовая схема многоканального устройства для регистрации физиологической информации.

2.2. Построение аналогово-цифрового блока многоканального устройства на основе многоразрядных сигма-дельта АЦП.

2.2.1. Сигма-дельта АЦП. Основные принципы функционирования.

2.2.2. Технические характеристики сигма-дельта АЦП AD7716.

2.2.3. Структурная схема аналого-цифрового блока многоканального комплекса на основе сигма-дельта АЦП.

2.2.4. Конструкция многоканального устройства для регистрации физиологических сигналов.

2.2.5. Цифровая часть.

2.2.6. Обеспечения требований электробезопасности.

2.2.7. Обеспечение требований по влагостойкости.

2.3. Сенсоры и датчики.

2.3.1. Отведения ЭКГ/ИКГ.

2.3.2. Датчик ФПГ.

2.3.3. Датчик СКГ.

2.3.4. Датчик ПТГ.

2.3.5. Комплект контрольно-тестовой аппаратуры.

2.4. Сопряжение многоканального комплекса с ПК.

2.4.1. Интерфейс сопряжения с ПК.

2.4.2. Стандарт интерфейса USB.

2.4.3. Программное обеспечение для работы с USB в периферийных устройствах.

2.4.4. Программное обеспечение для работы с USB на ПК.

ГЛАВА 3. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЛЕКСА.

3.1. Требования к ПО комплекса.

3.2. Структура ПО.

3.3. Низкоуровневый драйвер USB.

3.4. Библиотека динамической компоновки DLL.

3.4.1. Типы динамического связывания.

3.4.2. Экспортируемые функции.

3.5. Языки описания сценария работы ПО.

3.5.1. Язык описания данных XML.

3.5.2. Файлы настройки Windows.

3.6. Интерфейс программного обеспечения.

3.7. Фильтрация сигнала и алгоритм автоматического регулирования коэффициента усиления.

3.7.1. Фильтрация сигналов.

3.7.2. Автоматическое регулирование коэффициента усиления.

3.8. Формат хранения сигналов.

3.8.1. Обеспечение целостности данных.

3.9. Алгоритм кодирования-компрессии без потерь.

3.9.1. Библиотека прикладного программиста для компрессии физиологических сигналов.

3.10. Обеспечение восстановления программы в случае сбоя.

ВЫВОДЫ.

Системы регистрации, обработки и анализа физиологической информации человека широко применяются в медицинской практике, это обусловлено их объективностью, информативностью и хорошей воспроизводимостью получаемых результатов. С развитием вычислительной техники, повсеместно осуществляется переход на компьютерную обработку и хранение медицинской информации, совершенствующиеся технологии повышают диагностические возможности медицинской аппаратуры.

Важнейшей задачей системы здравоохранения является сохранение здоровья граждан, причем более эффективно ориентировать систему здравоохранения на профилактику заболеваний, а не на лечение уже развившегося недуга. Поэтому особое значение принимает разработка методик оценки состояния здоровья.

Одним из важных показателей здоровья организма является его способность адаптироваться к изменчивым условиям внешней среды. Любое воздействие среды на организм вызывает ответную реакцию системы регуляции, задача которой за счёт внутренних резервов организма, обеспечить гомеостатический режим его деятельности [3].

Система кровообращения ответственна за адаптацию организма к большому числу различных факторов внешней среды. В большинстве случаев систему кровообращения можно рассматривать как индикатор состояния функциональных резервов целого организма. Дыхательная система является функционально связанной с системой кровообращения, и, учитывая способность системы регуляции компенсировать нагрузку на связанные системы, совместный анализ кровообращения и дыхания (кардио-респираторной системы) позволяет наиболее полно оценивать состояние организма. При этом важно обеспечить синхронную связь между параллельно регистрируемыми физиологическими сигналами этих систем.

Цель работы

Целью работы являлось проектирование и создание цифрового программно-аппаратного комплекса анализа, управления и обработки физиологической информации, ориентированного на исследования и диагностику кардиореспираторной системы человека.

Основные результаты работы

Разработан и изготовлен программно-аппаратный комплекс для проведения исследований кардиореспираторной системы человека в составе:

- многоканальный усилитель комплекса «Пневмокард», позволяющий синхронно регистрировать физиологические сигналы в частотном диапазоне от постоянной составляющей (от 0 Гц) (Рис. 1);

- комплект датчиков для регистрации каналов электрокардиограммы, импедансограммы, сейсмокардиограммы, фотоплетизмограммы и пневмотахограммы;

- программное обеспечение для управления экспериментом по исследованию кардиореспираторной системы, реализующее возможность биологической обратной связи, возможность гибкой настройки сценария эксперимента, позволяющее испытуемому проводить эксперимент самостоятельно в полуавтоматическом режиме, без участия медицинского персонала;

- комплект контрольно-тестовой аппаратуры.

ЧУ

Рис. 1 Многоканальный цифровой усилитель комплекса ПНЕВМОКАРД.

Комплекс ПНЕВМОКАРД (Рис. 1) является цифровой системой, в которой применён многоразрядный сигма-дельта АЦП [72] позволяющий регистрировать широкий диапазон амплитуд и частот физиологических сигналов кардиореспираторной системы. Для управления АЦП и передачи данных через гальваническую развязку в приборе используются однокристальные микро ЭВМ (ОМЭВМ) [74]. Современная элементная база позволила выполнить прибор в малогабаритном пластиковом корпусе 100x60x3Омм.

Для регистрации физиологических параметров в соответствии с методикой эксперимента разработан комплект датчиков с кабелем (Рис. 2)

Рис. 2 Комплект датчиков и способ их установки.

Прибором регистрируется электрокардиограмма, импедансограмма, сейсмокардиограмма, пневмотахограмма и фотоплетизмограмма. Управление экспериментом, реализация биологической обратной связи и сбор данных с прибора осуществляется с помощью ПО на ПК. ПО функционально разделено на две части, одна из которых управляет экспериментом, регистрирует и сохраняет данные, другая используется при обработке результатов. Устройство подключается к ПК с использованием интерфейса USB [100], длина кабеля 2,5 м. Применение стандартного интерфейса обеспечивает передачу данных с необходимой скоростью, подачу питания на прибор, поддержку со стороны современных операционных систем ПК -Windows 98/2000/ХР.

Обеспечена гальваническая развязка пациента от вычислительного блока (класс электробезопасности II тип CF). Комплекс соответствует требованиям безопасности, установленным ГОСТ Р 50267.0-92 (МЭК-601-1-88) для изделий медицинских электрических класса II типа В [28]. Основные параметры комплекса:

Канал импедансограммы

Входной диапазон (значение базового импеданса)

Уровень собственных шумов, приведенных ко входу (для базового импеданса 100 Ом)

Относительная погрешность измерения сопротивления

Частота зондирующего тока

Амплитуда зондирующего тока

Полоса пропускания

Канал ЭКГ

Входной диапазон

Уровень собственных шумов, приведенных ко входу

Входное сопротивление

Коэффициент подавления синфазной помехи

Полоса пропускания сигнала

Канал сейсмокардиограммы

Динамический диапазон сигнала

Полоса пропускания сигнала

Канал фотоплетизмограммы

Длина волны оптического излучения

Мощность излучения

Динамический диапазон сигнала

Полоса пропускания сигнала

Канал пневмотахограммы

Рабочая температура датчика ПТГ

Динамический диапазон сигнала

Полоса пропускания сигнала

Общие характеристики

Подключение к компьютеру

Питание

Габариты

Масса от 10 до 400 Ом не более 0.004 Ом от пика до пика

5%

50 кГц ±1% ] мА ±10% 0-260 Гц 600 мВ не более 5 мкВ 100 МОм ±20% не менее 100 дБ 0-260 Гц

100 дБ 0-260 Гц

950 нм не более 6 мВт 100 дБ 0-35 Гц

0 - 40 °С 100 дБ 0-35 Гц порт USB от порта USB (+5B, 250мА)

100x60x30мм не более 200 грамм

Разработанное программное обеспечение и прибор в составе комплекса «Пневмокард» прошли приемо-сдаточные испытания в Государственном научном центре Российской Федерации - Институте Медико-Биологических Проблем, и были допущены к эксплуатации в составе Российского сегмента Международной космической станции (МКС).

Результаты диссертационной работы были использованы при реализации следующих проектов кафедры биомедицинских систем МИЭТ:

НИР «Малогабаритный внешне носимый электрический кардиовер-тер-дефибриллятор, средства контроля за сердечной деятельностью в чрезвычайных ситуациях», НИР «Система бесконтактного контроля сердечной деятельности человека во время сна в условиях международной космической станции» (2003-2004 годы, НТП Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники»)

НИР «Разработка программного обеспечения для автоматического анализа данных, получаемых с помощью комплекса СОНОКАРД», НИР «Разработка наземного программного обеспечения (ПО) для обработки и анализа физиологических данных, получаемых в ходе проведения эксперимента ПУЛЬС» (2001-2003 годы, заказчик - ГНЦ «Институт медико-биологических проблем» РАН)

Достоверность полученных результатов

Достоверность полученных результатов обусловлена использованием апробированных медицинских методов исследования, типовых способов регистрации физиологических сигналов, общепринятых методов разработки и верификации программного обеспечения, российских и международных стандартов на программно-аппаратные комплексы для съёма биомедицинских сигналов, а так же подтверждается лабораторными и клиническими верификационными испытаниями.

Апробация работы

Приведённые в диссертации результаты работы были представлены автором на:

Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика - 2002», Москва, МИЭТ, 17-18 апреля 2002.

Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика - 2003», Москва, МИЭТ, 23-24 апреля

2003.

Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика - 2004», Москва, МИЭТ, 21-22 апреля

2004.

V Международная научно-техническая конференция "Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии" ФРЭМЭ'2004, Суздаль 28-31 августа 2004 года.

Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика - 2005», Москва, МИЭТ, 19-21 апреля

2005.

Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика - 2006», Москва, МИЭТ, 19-21 апреля

2006.

Молодежном научно-инновационном конкурсе «Электроника 2006 -2007», Москва, МИЭТ 30 ноября 2006.

За время работы над диссертацией было опубликовано 5 статей в журналах [4],[43],[53],[54],[55] и 6 тезисов в сборниках докладов [50],[51],[52],[56],[57],[89].

Выводы

Типовой подход схемотехники цифровых многоканальных медицинских усилителей имеет ряд ограничений и недостатков, отражающихся на технических и потребительских свойствах прибора. Для согласования сигнала с динамическим диапазоном АЦП необходимо применение аналоговых ФВЧ, для реализации которого необходимы прецизионные крупногабаритные конденсаторы с малыми токами утечки. Требования к точности аналоговых фильтров обуславливается тем, что разброс частотных параметров фильтров между каналами ведёт к потере синхронизации параллельно регистрируемых физиологических сигналов. Необходим аналоговый ФНЧ высокого порядка для ограничения частотного диапазона сигнала с целью предотвращения эффекта наложения спектров при дискретизации сигнала. Схемы выборки-хранения и мультиплексор перед входом 12-ти разрядного АЦП вносят дополнительные нелинейные искажения.

Использование схемотехнического решения на основе сигма-дельта аналого-цифрового преобразования при построении многоканального устройства регистрации физиологических сигналов, позволяет решить ряд характерных недостатков типового подхода. В случае применения многоразрядных АЦП с большим динамическим диапазоном, становится возможным отказаться от использования аналогового ФВЧ. Для среза постоянной составляющей, в данном случае, применяется цифровой ФВЧ реализованный на ПК. Обеспечить синхронность между каналами при таком подходе существенно проще. Кроме того, такой подход позволяет в зависимости от особенностей эксперимента, программно выбирать необходимые параметры фильтрации, вплоть до регистрации сигналов от постоянного уровня (нулевой нижней частоты), что свойственно приборам для научных исследований.

С учётом того, что многоканальные медицинские комплексы могут регистрировать данные, получаемые от датчиков различных типов, сигналов разной природы, с существенными отличиями в абсолютной амплитуде и различными частотными характеристиками, программная реализация фильтров позволяет строить интеллектуальную привязку изолинии раздельно по каждому из каналов. Избирательное изменение постоянной времени цифрового ФВЧ может обеспечить минимальное искажение низкочастотной составляющей физиологического сигнала отдельно в каждом канале.

За счёт увеличения разрешения АЦП вместо аналогового ФНЧ высокого порядка в типовой схеме, для ограничения частотного диапазона с целью предотвращения эффекта наложения частот достаточно ФНЧ 1 -го порядка.

В работе с диагностическим комплексом, при разработке методики медицинских экспериментов по исследованию кардиореспираторной системы выявились существенные преимущества оперативного изменения сценариев без привлечения разработчиков ПО. Таким образом, реализация в ПО комплекса возможности программирования хода эксперимента дает свободу экспериментатору сконцентрироваться на прикладной задаче по набору необходимых данных и в целом повысить скорость и качество исследований, а поддержка элементов биологической обратной связи, таких, как управление режимом гипервентиляции, позволяет экспериментатору проводить нагрузочные пробы для исследования механизма адаптации кардиореспираторной системы.

Разработанный интерфейс пользователя позволяет проводить эксперимент без участия медицинского персонала. При настройке сценария экспериментатор может использовать дополнительную графическую и текстовую информацию, отображаемую во время эксперимента, что облегчает проведение эксперимента испытуемым самостоятельно в полуавтоматическом режиме, без присутствия медицинского персонала. Система восстановления данных после сбоя позволяет продолжить выполнения прерванного эксперимента с последнего удачно пройденного этапа без потери накопленной информации. Система автоматического регулирования коэффициента усиления и фильтрации отдельно по каждому каналу позволяет наглядно отображать физиологические сигналы различной природы, что даёт возможность испытуемому, при проведении эксперимента самостоятельно, дать качественную оценку регистрируемым данным.

1. Агахаияи Т.М. Электронные устройства в медицинских приборах. -М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. - 510с.:ил.

2. Арное Б.С. Электромеханические преобразователи из пьезоэлектрической керамики. -Л.:Энергоатомиздат.Ленингр.отд-ние, 1990. -272 с:ил.

3. Баевский P.M. Берсенева А.П. Оценка адаптационных возможностей организма и риск развития заболеваний. -М, «Медицина», 1997,- 234с.

4. Баевский P.M., Охрицкий А.А., Пащенко А.В., Прилуцкий Д.А., Фунтова И.И. Программное обеспечение полиграфа для научных исследований.//Медицинская техника.-2007-№1.с 1924.

5. Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов по специальности «Радиотехника». М.: Высшая школа. -1998. - 448с.

6. Белюшина О.В., Ладченко А.Г. Полиграф в сфере бизнеса.-М.: «IVTALEON»,2004.-118с.

7. Бурлаков Р.И., Стерлин Ю.Г., Розенблат Л.Ш., Левитэ Е.М. Мониторинг в анестезиологи и реаниматологии. -М.: ЗАО «ВНИИМП-ВИТА»,2002. 214с.

8. Гадзиковский Я//.Теоретические основы цифровой обработки сигналов. М.: Радио и связь, 2004. - 344 е.: ил.

9. Джеффри Рихтер. Windows для профессионалов (программирование в Win32 API)/ Пер. с англ. М.: Издательский отдел «Русская редакция» TOO "Channel Trading Ltd.", 1995 -720с.

10. Ветвицкий Е.В. Применение интерфейса USB в компьютерных медицинских комплексах // Тезисы докладов Межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика 2000». - Москва, МИЭТ. - 2000. - с.94.

11. Ветвицкий Е.В. Универсальный источник питания для портативной медицинской аппаратуры //Тезисы докладов Межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика 97». - Москва, МИЭТ.-1997.-Часть 1, с.131.

12. BemeuiiKm Е.В., Плотников А. В., Прилуцкий Д. А., Селищев С. В. Построение пульсовых оксиметров на основе сигма-дельта преобразователей // Медицинская техника. -1999. №1. -с.31-33.

13. Ветвицкий Е.В., Плотников А.В., Прилуцкий ДА., Селищев С.В. Применение универсального последовательного интерфейса USB в компьютерных медицинских комплексах // Медицинская техника. 2000. - №4. - с.3-7.

14. Ветвицкий Е.В., Прилуцкий ДА., Селищев С.В. Цифровой комплекс для ЭЭГ исследований // Труды Международной конференции по биомедицинскому приборостроению «Биомедприбор-2000».- Москва, ВНИИМП РАМН. -24-26 октября 2000.-Том 1, с. 75-79.

15. Власов А. Д., Мурин Б. П. Единицы физических величин в науке и технике. М.: Энерго-атомиздат. -1990. - 234с.

16. Воробьев Е.А. Датчики-преобразователи информации: Учебное пособие / СПбГУАП. СПб.,2001.-43с.

17. Гельман М. М. Аналого-цифровые преобразователи для информационно-измерительных систем М.: Издательство стандартов. -1989. - 102с.

18. Гольденберг Л. М. и др. Цифровая обработка сигналов. Справочник М.: Радио и связь. -1985.-312с.

19. Гольденберг Л.М., Матюшкин БД., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов: Учебное пособие для вузов. М.: Радио и связь. -1990. - 237с.

20. Гуртов1(ев А.Л., Гудыменко C.D. Программы для микропроцессоров: Справ. Пособие. Мн.: Выш.шк.-1989.-352с.

21. Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах,- Энергоатомиз-дат, Ленингр. отд-ние. -1988. -304с.

22. Гутников В. С. Фильтрация измерительных сигналов. Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние. -1990.-192с.

23. Зайченко К.В., Жаринов О.О., Кулич А.Н., Кулыгина Л.А. Съем и обработка биоэлектрических сигналов: учебное пособие/ Под ред КВ.Зш5че//А:аСПбГУАП.СПб.,-2001 -140с.

24. Иванов В.И. и др. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник. М.: Энергоатомиздат. -1988. -448с.

25. Изделия медицинские электрические. Часть 1. Общие требования безопасности. ГОСТ Р 50267.0-92 (МЭК 601-1-88). -М: Издательство стандартов. -1988. 67с.

26. Изделия медицинские электрические. Часть 2. Частные требования безопасности к электроэнцефалографам. ГОСТ Р 50267.26-95. -М.: Издательство стандартов. -1995. -20с.

27. Интегральные микросхемы: Микросхемы для аналого-цифрового преобразования и средств мультимедиа. Выпуск 1 -М.: ДОДЭКА. -1996. -364с.

28. Керниган Б., РитчиД. Язык программирования Си. -М.: Финансы и статистика, 1992.-272с.

29. Кчшюв Е. Механизмы контроля целостности данных.

30. Коломберг Е.А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов. -М.: Радио и связь.-1991.- 376с.

31. Компоненты универсальной последовательной шины Intel (USB) // расположена в сети Internet. http://www.intel.ru/design/usb/

32. Крошьер Р., Рабинер Л. Интерполяция и децимация цифровых сигналов: Методический обзор // ТИИЭР. -I98I.-T. 69, №3, с. 14-69.

33. Куприянов М. С., Матюшкин Б. Д. Цифровая обработка сигналов: процессоры, алгоритмы, средства проектирования СПб.: Политехника. -1998. - 592с.

34. Куриков С. Ф., Прщщкий Д. А., Селищев С. В. Применение технологии многоразрядного сигма-дельта преобразования в цифровых многоканальных электрокардиографах // Медицинская техника.-1997.-№4. с.7-10.

35. ЛивенсонА. Р. Электробезопасность медицинской техники.-М.: Медицина. -1981. -240с.

36. Лэм Г. Аналоговые и цифровые фильтры. М.: Мир. -1982. -250с.

37. Макклеллан Д., Рейдер Ч. Применение теории чисел в цифровой обработке сигналов. -М.: Радио и связь. -1983. 186с.

38. Март-мл. С. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М.: Мир. -1990. - 278с.

39. Маслобоев Ю. П., Охрих\кий А. А., Пртуцкий Д. А. Монитор биомеханической активности сердца // Биомедицинские электронные системы: Сб. научных трудов под ред. С.В.Селищева- M.: МИЭТ, 2007, с.89-101.

40. Медведев A.M. Надежность и контроль качества печатного монтажа. M.: Радио и связь. 1986.-216с.

41. Микрокомпьютеры в физиологии. Под ред. П. Фрейзера. -М.: Мир. -1990. 383с.

42. Мирский Г. Я. Микропроцессоры в измерительной технике. M.: Радио и связь. 1984. - 305с.

43. Мухитдинов М., Мусаев Э.С. Свето-излучающие диоды и их применение. -M.: Радио и связь.-1988. 134с.

44. Новиков Ю.В., Калашников О.А., Гуляев С.Э. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC. -M.: ЭКОМ. -1997. 222с.

45. Оппенгейм А., Шафер Р. Цифровая обработка сигналов. -M.: Связь. 1979. - 312с.

46. Охрицкий А.А. Кодирование электрокардиограмм в амбулаторных мониторах // Тезисы докладов Межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика 2003». -М.: МИЭТ. -2003. с.130.

47. Охрицкий А.А.Портативный регистратор сигналов микроколебаний тела // Тезисы докладов Межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика -2004». -М.: МИЭТ. -2004. с.142.

48. Охрицкий А.А., Маслобоев Ю.П., Прилуцкий Д.А., Селшцев С.В. Монитор биомеханической активности сердца // Медицинская техника.-2004. №4. - с.3-8.

49. Охрицкий А.А. Прилуцкий Д.А., Программное обеспечение полиграфа для научных исследований // Биомедицинские электронные системы: Сб. научных трудов под ред. С.В.Селищева М.: МИЭТ, 2007, с.78-88.

50. Охрицкий А.А., Марагей Р.А., Прилуцкий Д.А. Полупроводниковый фотостимулятор для электроэнцефалографии с управлением по шине USB // Медицинская техника. 2004. №3. с.43-46.

51. Подбельский В.В. Фомин С.С. Программирование на языке Си: Учеб. Пособие. -М: Финансы и статистика, 1998. 600 е.: ил.

52. Попечителев Е.П., Корневский Н.А. Электрофизиологическая и фотометрическая медицинская техника. -М.:Высш.шк.,2002. 470 с.:ил.

53. Прилуцкий Д.А. Электрокардиографическая система на основе сигма-дельта аналого-цифрового преобразования: Автореферат диссертации канд. техн. наук. М.: МИЭТ. -1998.-27с.

54. Рабинер П., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир. -1978. -346с.

55. Современные микроконтроллеры. Под ред. Коршуна Н.В. М.: изд-во «Аким». -1998. -272с.

56. Холодный Ю.И. Полиграфы (детекторы лжи) и безопасность. -М. «Мир безопасности». 1998.

57. Черепков В.П., Хрулев А.К., Блудов И.П. Электронные приборы для защиты РЭА от электрических перегрузок: Справочник. М.: Радио и связь. -1994. -224с.

58. Электроды для съема биоэлектрических потенциалов. Общие технические требования и методы испытаний. ГОСТ 25995-86. М.: Издательство стандартов. -1986. -25с.

59. Швец В. В., Нищирет Ю. А. Архитектура сигма-дельта АЦП и ЦАП //«Chip News». -1998-№2.-C.2-ll.

60. Фролов М.В., Милованова Г.Б. Электрофизические помехи и контроль состояния человека-оператора. -М.: «Эдиториал УРСС».-1996.- 160с.

61. ХартХ. Введение в измерительную технику: Пер. с нем. М.: Мир. -1999. - 391 с.

62. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. М.: Энергоатомиздат. -1990. - 320с.

63. Я. Шкритек Справочное руководство по звуковой схемотехнике: Пер. с нем. М.: Мир. -1991.-446с.

64. Application Note AN-283: Sigma-Delta ADCs and DACs // Applications Reference Manual. -Analog Devices, Inc., Norwood, USA.-l993. P.20.3 - 20.18.

65. Application Notes AN-388/AN-389: Using Sigma-Delta Converters // 1995 DSP/MSP Products Reference Manual. Analog Devices, Inc., Norwood, USA. -1995. -P.6.47- 6.59.

66. AVR® RISC Microcontroller Data Book. Atmel Corporation, 2001.

67. Bellanger M. Digital Processing of Signals. Theory and Practice. New York, NYJohn Wiley and Sons.- 1984.- 354p.

68. Binnie C.D., Batchelor B.G., Bowrina P.A. Computer-assisted interpretation of clinical EEG. //Electroenceph. din. Neurophysiol. 1978 - V.44 -№5 - p.515-585.

69. Bodis-Wollner, I., Bobak, P., Hamois. C., Mylin. L. Methodological aspects of signal-to-noise evaluation of simultaneous electroretinogram and visual evoked potential recordings. Doc. Ophthalmol. Proc. Ser. - 1984. - V.40 -p.30-48.

70. Cohen A. Biomedical Signals: Origin and Dynamic Characteristic; Frequency-Domain Analysis., in The Biomedical Engineering Handbook, Editor-in-Chief J.D.Bronzino. CRC and IEEE Press, Boca Raton, Florida.-1995.-P. 805-827.

71. Cohen A., Cohen P. Applied Multiple Regression/ Correlation Analysis for the Behavioral Sciences. John Wiley and Sons, New York - 1973. - 490p.

72. Crochiere R., Rabiner L. Multirate Signal Processing. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, Inc. -1983.-278p.

73. Curtin M. Sigma-Delta techniques reduce hardware count and power consumption in biomedical analog front end // Analog Dialogue Journal.-l 994.-V. 28.-№2.-P. 6-8.

74. Design-In Reference Manual. Data Convenes. Analog Devices, Inc., Norwood, USA. -1996. -176p.

75. Jackson L. Digital Filters and Signal Processing. Klewer Academic Publishers, second edition. -1989.-289p.

76. Kurekov S.F., Prilutski D.A., Selishchev S.V. Sigma-Delta Analoque-to-Digital converters for Biomedical Data Acquisition Systems // Proceeding of 4th European conference on engineering and medicine Warsaw, May 25-28, 1997. - P. 163-164.

77. LifeGuardis world first wearable wireless vital signs monitor http://lifeguard.stanford.edu/lifeguardsystemspecs.pdf

78. Manner M.F., Arden G.B., Nilsson S.E.G., Zrenner E. An international standard for electroretino-graphy. Doc. Ophthalmol. - 1990. - V.73 - P.299-302.

79. Medical Instrumentation. Application and Design, edit. Webster J.G. Boston, Houghton Mifflin. -1992.-790p.

80. NagelJ.H. Biopotential amplifiers, in The Biomedical Engineering Handbook, Editor-in-Chief J. D.Bronzino. CRC and IEEE Press, Boca Raton, Florida. -1995. -P.l 185-1195.

81. Neuman M.R. Biopotential Electrodes, in The Biomedical Engineering Handbook, Editor-in-Chief J. D.Bronzino. CRC and IEEE Press, Boca Raton, Florida. -1995.-P. 745-757.

82. New Product Application-Analog Devices, Inc., Norwood, USA. -1996. -P.3-84-3-87.

83. Nuwer M.R. Frequency analysis and topographic mapping in epylepsy. //Electroencephalogr. and clin. neurophysiol.-1988.-V.69- P.l 18-126.

84. Oppenheim A., Schafer R. Discrete-Time Signal Processing. Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey. - 1989.-367p.

85. Park Sangil. Principles of Sigma-Delta Modulation for Analog-to-Digital Converters. Communications Applications Manual. Motorola Inc., Phoenix, Arizona. -1993. -V. DL411D/REV1. -P.293-350.

86. PC 99 Hardware Design Guide. -Microsoft Corporation. -1999. -532p.

87. Sigma-Delta (S-D) A/D Converters // New Product Applications — 1999, winter edition. Analog Devices, Inc., Norwood, USA. -1998, - P.3.113 - 3.143.

88. П.1. Блок-схемы алгоритмов компрессии и декомпрессии1. Завершение кодированияконец чтения группы отсчётов

89. П.2. Блок-схемы алгоритмов выполнения сценария эксперимента

90. П.З. Акт внедрения результатов работы1. УТВЕРЖДАЮ»ль директора БП РАН1. АМН1. Баранов2007г.1. АКТ ВНЕДРЕНИЯрезультатов диссертационной работы Охрицкого Александра Анатольевича на тему:

91. И.о. зав. отделом исследования кардиореспираторной системы Д.м.н., проф.

92. Ведущий научный сотрудник К.б.н.1. Р.М.Баевский1. Аю1. И.И. Фунтова

93. Результаты диссертационной работы были использованы при реализации следующих проектов кафедры биомедицинских систем МИЭТ:

94. НИР «Система бесконтактного контроля сердечной деятельности человека во время сна в условиях международной космической станции» (2003-2004 годы, НТП Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники»);

95. НИР «Разработка программного обеспечения для автоматического анализа данных, получаемых с помощью комплекса СОНОКАРД» (2000-2002 годы, заказчик ГНЦ «Институт медико-биологических проблем» РАН);

96. НИР «Разработка наземного программного обеспечения (ПО) для обработки и анализа физиологических данных, получаемых в ходе проведения эксперимента ПУЛЬС» (2001-2003 годы, заказчик ГНЦ «Институт медико-биологических проблем» РАН).

97. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры биомедицинских систем МИЭТ, дисциплина «Системы медицинской диагностики».

98. Зав. каф. БМС д.ф.-м.н., проф. С.В. Селищев

99. Учёный секретарь каф. БМС к.ф.-м.н., доц. Ю.П. Маслобоев

100. П.4. Комплект ПНЕВМОКАРД Этикетка

101. КОМПЛЕКТ ПНЕВМОКАРД ЭТИКЕТКА КМ09.158.01.00 ЭТ1 ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ11 Габаритные размеры (мм):

102. Комплект ПНЕВМОКАРД -215x180x8512 Масса (кг):1. Комплект ПНЕВМОКАРД 0,591 КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ

103. Наименование Обозначение Зав. № Кол.

104. Комплект ПНЕВМОКАРД, в составе: KM09.l5g:01.00^a А , t (N03) 1

105. Прибор ПНЕВМОКАРД КМ09:15&0***.- 1 * * 3 N16 1

106. ПКО ПНЕВМОКАРД KM09if£8. f № 03

107. Датчик ПНЕВМОКАРД-ПТГ №03 1

108. Датчик ПНЕВМОКАРД-ФПГ КМ09.158.01.04 № 03 1

109. Компакт-диск ПНЕВМОКАРД КМ09.158.01.05 № 03 116 Чехол КМ09.158.01.06 — 1

110. Этикетка КМ09.158.00.00 ЭТ —3 СВИДЕТЕЛЬСТВО О ПРИЁМКЕ

111. Комплект ПНЕВМОКАРД КМ09.158.01.00 (N03) соответствует требованиям КМ09.158.00.00 ТУ и допускается к эксплуатации в составе PC МКС. Изготовлен по НА-99. Годен для ПКК.

112. Гарантийный срок эксплуатации:компле1. РД КМ09.158.01.00 (N03)1.&S&trK1. Заместителе шавнрю-.|фщ|1. V?тора

113. Начальник OTK ГНЦ РФ ИМБП РАН1. О1 пщШнсш .4:о-тлогттэлгs^lct.- 5 лет;1. Е.Н. Ярманова1. Об "Элы^я 2006 г.1. В.И. Орельчиков1. О6 Л 2006 г.

114. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ВОЕННОГО ПРЕДСТАВИТЕЛЬСТВА

115. Комплект ПНЕВМОКАРД КМ09.158.01.00 (N03) соответствует требованиям КМ09.158.00.00 ТУ и допускается к эксплуатации в составе PC МКС. Изготовлен по НА-99. Годен для ПКК.

116. Срок гарантии исчисляется с" " ^qqg г.1. Начальник 2480 ВП МО РФ1. В.И.Головлёв1. Yl. 2006 г.

117. П.5. Протокол приёмосдаточных испытаний1. ПРОТОКОЛприёмосдаточных испытаний комплекта ПНЕВМОКАРД (N03) на соответствие требованиям КМ09.158.00 00 ТУ1.№ п/п Наименование Данные проверкиконтрольной операции требования фактически

118. Проверка комплектности 1.2.1 Соответствует

119. Технический осмотр, проверка маркировки 1.3,2.2 Соответствует

120. Проверка габаритных размеров Комплект ПНЕВМОКАРД: 220±10х185±10x90+5 мм 1.1.5.2 215x180x85

121. Проверка массы Комплект ПНЕВМОКАРД: 0,6±0,D5 кг 1.1.5.2 0,59

122. Проверка электрического сопротивления изоляции 1.1.1.19 Соответствует

123. Проверка электрической прочности изоляции 1.1.1.20 Соответствует

124. Проверка пускового тока и рабочего тока 1.1.1.17 Соответствует

125. Проверка работоспособности 1.1.7-1.1.12 Соответствует

126. Проверка упаковки 1,4 Соответствует

127. Контрольная аппаратура (тип, номер)

128. Наименование и тип Основные технические характеристики

129. Токовые клещи CENTER 223 Диапазон измерения тока от 0 до 1 А

130. Мультиметр АРРА 97II Диапазон измерения тока от 0 до 1 А Диапазон измерения напряжения от 0 до 30 В. Диапазон измерений сопротивления от 0 до 20 Ом

131. Мегомметр 1851 IN Выходное напряжение 500 В

132. Компьютер IBM совместимый стандартной комплектации: процессор не ниже Pentium 3 1 ГГц; - объём оперативной памяти не менее 512 Мб; - порт USB; - монитор SVGA 15".

133. Гибкий диск 3,5" С программой "PnvCard"

134. Весы Диапазон измерения от 0 до 20 кг Погрешность не более ± 10 г

135. Линейка Диапазон измерения от 0 до 1000 мм9 Рулетка 3 м

136. Проверку производил 06.12.2006 г.

137. Заключение: Комплект ПНЕВМОКАРД КМ09.158iQjp60'(NO3) соответствует требованиям КМ09.158.00.00 ТУ и допускается к эксплуатации в составе PC МКС.1. В. П. Сергеев Е.А. Ветров

138. Гарантийный срок эксплуатации: комплекта ПНЕВМОКАРД КМ09.158.01.00 (N03)

139. Срок гарантии исчисляется с" Р&" У^ 2006 г.

140. Представитель ГНЦ РФ ИМБП РАН Представитель ОТК ГНЦ РФ - ИМБП РАН Представитель 2480 ВП МО РФ- 5 лет;& У?? 200 г.

141. B.C. Седлецкий В.П. Сергеев Е.А. Ветров