автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.17, диссертация на тему:Разработка принципов построения системы для диагностики функции клапана аорты

На правах рукописи

Руденко Сергей Михайлович

0034Э2353

РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ФУНКЦИИ КЛАПАНА АОРТЫ

Специальность 05.11.17 -приборы, системы и изделия медицинского назначения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 5 ФЕВ 2010

Таганрог-2010

003492353

Работа выполнена на кафедре электрогидроакустической и медицинской техники Технологического института Южного Федерального университета в г.Таганроге (ТТИ ЮФУ).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Тимошенко Владимир Иванович (ТТИ ЮФУ, г.Таганрог).

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Турулин Игорь Ильич (ТТИ ЮФУ, г.Таганрог)

кандидат биологических наук Скоморохов Анатолий Александрович (Научно-производственно-конструкторская фирма «Медиком МТД», г.Таганрог)

Ведущая организация:

Воронежская государственная медицинская академия имени Н.Н. Бурденко

Защита состоится «25» марта 2010 г. в 1420 на заседании диссертационного совета Д212.208.23 по адресу: г. Таганрог, ул. Шевченко, 2, корп. Е, ауд. Е - 306

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной библиотеке Южного федерального университета по адресу: г.Ростов-на-Дону, ул.Пушкинская, 148

Автореферат разослан «_»

2010 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета Д212.208.23 доктор технических наук, профессор

И.Б. Старченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы

Сердце каждого человека ежесекундно совершает работу, которая должна циклически поддерживаться организмом на протяжении всей его жизни. Внезапная остановка сердца приводит к летальному исходу. Даже локальная патология сердца или сосудов значительно затрудняет нормальное функционирование человека, очень часто делая его нетрудоспособным. Важность нормального функционирования сердечно - сосудистой системы невозможно переоценить. Сердце и сосуды являются главными магистральными транспортными системами крови, обеспечивающими все, без исключения, клетки организма необходимыми белками, кислородом и другими жизненно важными элементами. Поэтому очень важна диагностика объемных параметров гемодинамики, как наиболее эффективных показателей ранних стадий патологии, позволяющих прогнозировать изменения в сердечно-сосудистой системе.

Несмотря на значительный научно-технический прогресс в области медицинского приборостроения, смертность от заболеваний сердечнососудистой системы составляет до 60% и не имеет тенденции к снижению.

Здесь необходимо выяснить причины таких высоких показателей смертности от этих заболеваний. Очевидна низкая эффективность существующих методов диагностики сердечно-сосудистой системы, а достаточно эффективная медицинская аппаратура требует высокой квалификации врачей, что, в противном случае, является причиной большого числа врачебных ошибок при постановке диагноза. С целью диагностирования сердца и крупных кровеносных сосудов на качественно новом уровне необходимо решить актуальную научную задачу - разработка медицинской системы, в которой будет реализован метод фазового анализа сердечного цикла, что позволит производить вычисления объемных параметров гемодинамики, а также диагностировать сердце, функциональное состояние клапана аорты и крупные кровеносные сосуды.

Дели и задачи исследования

Целью работы является разработка принципов построения системы для диагностики функции клапана аорты. В соответствии с поставленной целью были определены следующие основные задачи работы.

1. Анализ существующих устройств для диагностики работы сердечнососудистой системы.

2. Разработка принципов построения системы для диагностики функции клапана аорты.

3. Разработка метода и системы диагностики функционирования клапана аорты в фазах ее напряжения и быстрого изгнания крови в аорту.

4. Исследование функции клапана аорты с помощью разработанной системы.

Научная новизна

- разработаны принципы построения системы для диагностики функции клапана аорты;

- определены критерии измерения длительностей фаз сердечного цикла;

- определены критерии диагностики функции клапана аорты в фазах ее напряжения и быстрого изгнания.

Практическая ценность работы

- разработан прибор для диагностики сердечно-сосудистой системы, в том числе функции клапана аорты в фазах ее напряжения и быстрого изгнания крови в аорту;

- разработан алгоритм обработки сигналов для диагностики функции клапана аорты.

Основные научные положения, выносимые на защиту

- принципы построения системы для диагностики функции клапана аорты;

- способ диагностики функционирования клапанов аорты в фазе его напряжения и быстрого изгнания крови в аорту;

- критерии измерения длительностей фаз сердечного цикла на основе графического дифференцирования.

Реализация и внедрение результатов исследований

- регистрационное свидетельство Минздравсоцразвития РФ о серийном

производстве прибора.

- патент № 2282393 «Способ измерения длительности фаз сердечного цикла и устройство для его реализации».

Результаты диссертационной работы были внедрены в учебный процесс кафедры ЭГАиМТ (ТТИ ЮФУ, г.Таганрог), использованы в проекте «Разработка гемодинамического анализатора компьютерного» в НТ ООО «Кардиокод», а также в клинической практике Городской клинической больницы №20 г.Москвы.

Достоверность результатов Все экспериментальные исследования проводились с использованием метрологически обеспеченного оборудования. Методика и прибор «Кардиокод» прошли экспертизу Федеральной службы по надзору в сфере здравоохранения и социального развития РФ в ФГУ «Научный центр экспертизы средств медицинского применения» Росздравнадзора. Прибор «Кардиокод» одобрен к серийному производству (ТУ 9441-001-73270813-2006). Метод и прибор защищены патентами.

Апробация результатов работы

- Всероссийская научная конференция «Экология 2004 - море и человек»;

- Всероссийский форум «Кардиология 2008»;

- Всероссийский форум «Кардиология 2009»;

- Всероссийская научно-техническая конференция «Медприбор-2009».

Публикации

По результатам диссертационной работы сделано 15 публикаций, 5 из них в изданиях, включенных в Перечень ВАК.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, трех приложений, библиографического списка, имеющего 99 наименований. Общий объем диссертации - 135 страниц, 55 рисунков, 2 таблицы.

Краткое содержание работы Во введении обоснована актуальность темы диссертации, обозначены цели и основные задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели, показаны научные новизна и практическая ценность работы,

сформулированы основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрено состояние проблемы регистрации параметров, характеризующих функциональное состояние клапана аорты. Основное внимание уделено рассмотрению вопроса о существующих системах для диагностики сердечно-сосудистой системы и клапана аорты в частности.

Эхокардиография на протяжении последних 15-20 лет является одним из основных методов визуализации сердца. Как любой диагностический метод, эхокардиография имеет свои достоинства и недостатки. Широкое внедрение метода в практику обусловлено высоким уровнем современной аппаратуры, отсутствием вредного влияния на пациента и врача. Наличие большого количества вариантов исследования позволяет получить точную анатомическую информацию о больном и избежать инвазивных вмешательств. Основным недостатком обследования на всех аппаратах УЗИ является сложный механизм постановки диагноза и возможность анализировать только морфофункциональное состояние клапана аорты.

Наиболее распространенным и доступным методом диагностирования проводящей системы сердца остается регистрация электрокардиограммы, однако, при регистрации ЭКГ на стандартных электрокардиографах, врачи получают сигнал со значительными искажениями фазы напряжения и открытия клапана аорты, что не позволяет достоверно установить причинно-следственные связи между функционированием клапана аорты и их проявлением на ЭКГ.

На данный момент отсутствует единая теория постановки диагноза и производится свободная трактовка одного и того же диагноза различными врачами на основе рассмотрения только особенностей формы ЭКГ.

В последнее время появились работы, использующие принципы математического графического дифференцирования сигналов. Автор одного из таких методов - В.Н. Фатенков предлагает выявлять информационные критерии в кардиосигналах с помощью графика второй производной от функции, которой является график регистрируемого с тела кардиосигнала. Приводятся примеры сигналов как в норме, так и в патологии. Отличительной особенностью предлагаемого метода является использование информационных критериев на

графике второй производной. В этом методе производится дифференцирование не сигнала ЭКГ, а кинетокардиограммы, записанной одновременно с реограммой и ЭКГ. Использование ККГ уже несет существенные погрешности в измерениях. В.Н. Фатенковым не приводится описание теоретической модели биофизических процессов. Авторы этого метода также не учитывают тот факт, что вторая производная от функции отражает другой физический смысл, чем первая производная.

Мацюк С.А. с соавторами разработали метод оценки биофизических явлений на основе производных тахоосциллограммы при измерении артериального давления. Ими были установлены критерии регистрации некоторых фаз сердечного цикла, а именно систолических и диастолических фаз. Как показали исследования, этот метод можно использовать и для регистрации других фаз, а именно фазы напряжения и быстрого изгнания. На метод оформлено авторское свидетельство №1533647 от 27.12.1985 «Способ измерения параметров артериального давления» /М.Ю. Руденко, В.Б. Алексеев, О.Ю. Атьков, В.М Большов, С.А. Мацюк, В.В. Павлов. Данный метод является наиболее перспективным для установления механизма функционирования клапана аорты.

Во второй главе рассматривается разработка способа диагностики функции клапана аорты. Необходимо провести обоснование информационной достаточности в выборе количества регистрируемых сигналов. Метод диагностики функции клапана аорты заключается в анализе синхронно зарегистрированных сигналов электрокардиограммы и реограммы, зарегистрированных в зоне аорты.

С целью минимизации влияния расстояния между электродами ЭКГ и реограммы необходимо для регистрации реограммы использовать электроды ЭКГ. Особенностями этого метода являются оригинальный способ и места установки электродов на теле пациента.

Границы фаз на ЭКГ могут быть четко идентифицированы с помощью дифференцирования. Применяя метод графического дифференцирования можно установить моменты начала всех фаз на ЭКГ, которые будут соответствовать

локальным экстремумам производной.

В уравнениях для расчета объемных параметров гемодинамики, выведенных Поединцевым-Вороновой, использованных в этой диссертационной работе, производится расчет объемных параметров гемодинамики на основе длин фаз сердечного цикла на ЭКГ. Важное значение в этом методе имеет механизм идентификации точки Б. Ранее точка Б определялась как наибольшее отклонение от изолинии после зубца И.

I а 8 ИитчрмлРО------------

—„! ¡.— Комплекс ОЯЗ ^ МнпреалОТ ^

Рис. 1. Идентификация точки Б.

При расчетах объемных показателей гемодинамики с использованием представленного способа определения точки Б не выполняется условие гемодинамического баланса, при котором объемы крови входящие и выходящие из сердца в каждый сердечный цикл должны быть равны. Был предложен новый метод идентификации точки Б - место экстремума первой производной графика ЭКГ при графическом дифференцировании.

экг ! Й* ¡Л г 1 ! 1 1

0 1 ЭКГ (I ароизваяяая) >1 ! II! - 1 ■ ! 1 1 1 1 ! ' \ Т 1 1

.................11 Ч !

Рис. 2. Определение точки Б с помощью графического дифференцирования.

Принципиально важным для регистрации сигналов ЭКГ и реограммы является расположение электродов на теле пациента.

Электрод 1 устанавливается в зоне восходящей аорты у верхнего края грудной клетки. Электрод 2 устанавливается на серединной передней линии тела, в зоне верхушки сердца, у нижнего края грудной клетки. Два электрода (3 и 4) для подачи высокочастотного сигнала реографа устанавливаются возле электродов ЭКГ. Индифферентный электрод 5 закрепляется в области живота возле электрода 4.

Совместный анализ ЭКГ и реограммы, регистрируемые в одной точке, позволяет диагностировать состояние сердечно-сосудистой системы на более качественном уровне, чем при использовании ранее разработанных приборов, что позволяет повысить достоверность диагноза и проводить более эффективную терапию.

Рис. 3. Места расположения электродов на теле пациента.

ЭКГ

Реограмма

Фам с» предсердий | Фаз* соддоим «мления |

чч

Откритнч клапанОЙ ♦аза проверни эластичности _____юрпн ___

фам ранней

* с,ту дочке»

Фат* о<1лного.«крит«я гнмулунпы* КЛОПЗП"» и ФМММЛ* от.рытпяпрг«^

меяудпнкпми » лично»

шрытия

Фала спадания максимального систолического ¡А>влсния»ао)я»

Рис.4. Фазовые соотношения электрокардиограммы и реограммы восходящей аорты.

Показатели гемодинамики, такие как минутный, ударный и фазовые объемы крови, характеризуют насосную функция сердца. В связи с этим информация о величине объема крови, изгоняемого из сердца или поступающего в него за определенный промежуток времени, представляет большой интерес для физиологических, клинических и диагностических исследований. Она необходима для объективной оценки и контроля функций сердечно-сосудистой системы в норме и патологии.

К настоящему времени разработано большое количество инвазивных и неинвазивных методов определения минутного и ударного объемов сердца. Существует целый ряд методов, в основу которых положен принцип Фика. Все методы (кроме эхокардиографического и рентгенографического), не дают возможности определить фазовые объемы сердца, что снижает их информационно-диагностическую ценность. Зная лишь минутный и ударный объемы нельзя адекватно оценить функцию сердца, так как порой даже значительные изменения его функционального состояния могут не сопровождаться изменениями величин этих показателей.

Более объективную оценку насосной функции сердца можно дать,

анализируя в комплексе минутный, ударный и фазовые объемы кровообращения. Разработка уравнений Поединцева-Вороновой для расчета объемных параметров гемодинамики была осуществлена на основе концепции о движении крови по сосудам в "третьем" режиме. Полученная математическая модель была применена для определения расходных характеристик движения потока крови по кровеносным сосудам, в результате чего были выведены математические зависимости между объемными показателями насосной функции сердца и длительностями фаз сердечного цикла.

ФО, = 8(АС+1С)Ч(ог ниа )+Ь(а,/3,у,Я)1 (мл) Ф02=8-(АС+1С)Ч,(ОГ )•£,(« , Д у,д\ (мл), где АС - длительность фазы асинхронного сокращения (0 - II);

1С - длительность фазы изометрического сокращения (Б. - Б); Еш - длительность фазы быстрого изгнания (Ь-]); Ей- длительность фазы медленного изгнания (} - Т); Б - площадь сечения восходящей аорты.

Ударный объем сердца БУ равен

БУ = ФО!+ Ф02=8(АС+1С)Ч(а) К(ос)+Г3(а,р,у,5уща,0,г,д)] (мл)

Или иначе: БУ = Б'Яу (мл),

где qy - ударная плотность кровотока.

Минутный объем сердца равен:

МУ = БУ ■чгнз-яу-чгте-яи, где qм - минутная плотность кровотока, т.е. объем крови, приходящийся на 1 см2 площади просвета восходящей аорты в минуту; ЧП - частота пульса.

На основе анализа синхронных записей ЭКГ и реограммы, а также представленных математических зависимостей между объемными показателями насосной функции сердца и длительностями фаз сердечного цикла разработан неинвазивный метод определения функционального состояния сердца, клапана аорты и крупных кровеносных сосудов.

зарегистрированные у здорового человека.

Рассмотрение процесса кровенаполнения аорты целесообразно начинать с момента S. Точка S на графике ЭКГ соответствует экстремуму первой производной ЭКГ. Информация о функционировании клапана аорты отображается в фазах S-L (фаза напряжения клапана) и L-j (фаза открытия клапана). Сегмент S - L на ЭКГ соответствует на PEO почти горизонтальному участку. Физически это объясняется тем, что клапан аорты ещё закрыт и кровь не поступает в аорту. После момента L аортальный клапан открывается и в аорте начинает поступать кровь из левого желудочка. Этот процесс продолжается до момента j. На реограмме также идентифицируется момент j. Он соответствует максимуму первой производной PEO.

Здесь четко определяются критерий диагностики функции клапана аорты, который заключается в определении момента поступления крови в аорту. Если кровь начинает поступать в аорту раньше момента открытия клапана - это свидетельствует о слабости клапана. Чем раньше начинает поступать кровь в аорту, тем слабее клапан.

В третьей главе рассматривается разработка алгоритма оценки функционирования клапана аорты.

Рис. 6. Алгоритм диагностирования функции клапана аорты.

Так как все точки Р, С!, К, М, Б, Ь, Т (рис.7) рассчитываются на основе значительных отклонений графика ЭКГ от изолинии, для их анализа необходимо из всех точек перегибов на графике ЭКГ выделить резкие всплески (разрывы первого рода).

Первой на графике ЭКГ идентифицируется точка Я. Ее достаточно легко определить по максимальному отклонению от изолинии. В случае патологии и отсутствия зубца Я при регистрации ЭКГ, точка Я может быть определена через окружающие зубцы.

Точка Б определяется как наибольшее отклонение от изолинии после точки II на графике первой производной ЭКГ.

Определение точки Т проводится комплексно как с использованием графика ЭКГ, так и графика ее первой производной. Зубец Т определяется как максимальное отклонение графика первой производной ЭКГ от изолинии после комплекса (}Я8. В случае патологии зубец Т на графике ЭКГ может не проявляться, в таком случае используется сравнение выделенного диапазона с базой данных возможных вариантов положения Т зубца.

Анализ точек (3 и Р проводится на графике первой производной ЭКГ. Точки идентифицируются в локальных минимумах первой производной перед зубцом Я.

Имея базовые интервалы ТТ, РС>, ОТ, ЯБ, С^ЯБ и зная позиции зубцов РОЯБТ, на основе уравнений Поединцева-Вороновой, производится расчет объемных параметров гемодинамики:

БУ (мл) - ударный объем;

МУ (л) - минутный объем;

РУЗ (мл) - объем крови, изгоняемый желудочком в фазу быстрого изгнания;

РУ4 (мл) - объем крови, изгоняемый желудочком в фазу медленного изгнания;

В четвертой главе рассматривается разработка системы для оценки функционирования клапана аорты. Техническая реализация разрабатываемого прибора имеет принципиальные особенности, которые значительно отличают его от ранее известных. Особенностями прибора являются; минимальное энергопотребление, простота подготовки прибора, регистрации и анализа сигнала, мобильность, надежность эксплуатации, минимальная стоимость.

Система состоит из двух блоков: регистрационного и измерительного.

Рис. 8. Структурная схема регистрирующего блока.

Рис. 9. Структурная схема измерительного блока.

Исследуемый дифференциальный кардиосигнал, пройдя через защитную цепочку, фильтр, мультиплексор, подается на вход инструментального усилителя УК. Усиление сигнала происходит во входном каскаде, до фильтрации, и в конечном каскаде усилителя. Усиление во входном каскаде необходимо для ослабления синфазной составляющей сигнала, обычно вызванной наводками и помехами от электросети 220В. Для этих целей на входе стоит инструментальный усилитель с минимальным уровнем шума. Далее из оставшегося спектра входного сигнала происходи выделение полезной составляющей. Для этого применяется фильтр 4 порядка, значительно ослабляющий сигнал, частотой ниже 0.5 Гц и частотой выше 13 Гц. Далее сигнал усиливается до уровня, необходимого для получения заданной амплитуды 2.5 В от пика до пика для подачи на АЦП.

Исследуемый дифференциальный реосигнал представляет собой промодулированный высокочастотный переменный сигнал, который в свою очередь промодулирован сопротивлением сосудов, изменяющимся в такт сокращения сердца. Применение модуляции для измерения сопротивления участка кожи вызвано невозможностью измерения сопротивления на постоянном

токе. Модулированный высокочастотный реосигнал, пройдя через защитную цепочку, фильтр, поступает на синхронный детектор, выделяющий постоянную составляющую сигнала, представляющую сопротивление участка кожного покрова, промодулированного сопротивлением сосудов. Детектированный сигнал подается на вход инструментального усилителя УР. Усиление сигнала и фильтрация происходит аналогично каналу УК.

Сигналы с оконечных усилителей УК и УР поступают на АЦП. Для уменьшения ошибки преобразования, влияния цифрового шума и питания микроконтроллера применяется внешнее АЦП с отдельным источником питания и отдельным внешним малошумящим источником опорного напряжения. Частота дискретизации задается микроконтроллером и составляет 250 Гц. В приборе применены 12-и разрядные АЦП. Обработанные пакеты передаются по ИК-каналу в формате, принятом в стандарте IRDA для формы ИК сигнала, стек протоколов IRDA не используется.

ИК сигнал, принятый фотодиодом, усиливается. Для усиления сигнала применяется преобразователь Ток-напряжение на быстродействующем операционном усилителе. Пакеты на компьютер передаются посредством шины USB на скорости 12 мегабит в секунду. Для низкоуровневых операций на шине USB применяется отдельный контроллер USB PDIUSBD12. Высокоуровневый стек протоколов шины USB выполняет микроконтроллер.

В пятой главе представлены клинические исследования функции клапана аорты. Разработанный метод диагностики функции клапана аорты наиболее полно может быть представлен при исследовании искусственного клапана аорты. При вживлении искусственного клапана аорты затрагивает функции самой аорты, в частности ее эластичность, поэтому целесообразно исследовать параметры работы искусственного клапана аорты, аорты и межжелудочкового клапана. Было обследовано более 500 пациентов в Ростовском-на-Дону окружном военном госпитале. По результатам проведения клинических испытаний системы обследованные пациенты были разделены на 3 группы: пациенты с нормальным функционированием клапана аорты, с незначительным и сильным снижением функции аортального клапана.

Рис. 11. Функция клапана аорты снижена.

Рис. 10. Функция клапана аорты в норме.

Рис. 12. Функция клапана аорты Рис. 13. Клапан аорты

значительно снижена. открывается с задержкой

В заключении приведены основные результаты выполненных исследований и выводы по работе.

В приложениях приведены: внешний вид прибора для диагностики функции клапана аорты, регистрационное удостоверение федеральной службы по надзору в сфере здравоохранения и социального развития на прибор для диагностики функции клапана аорты, сертификат соответствия ГОСТ на прибор для диагностики функции клапана аорты.

Основные результаты работы В процессе работы были достигнуты все цели и выполнены задачи исследования, а именно:

1. Проведен анализ существующих устройств для диагностики функции клапана аорты.

2. Разработан принцип построения системы для диагностики функции клапана аорты.

3. Разработана система для диагностики функционирования клапана аорты.

4. Разработан способ диагностики функционирования клапана аорты в фазах ее напряжения и быстрого изгнания крови в аорту.

5. Проведено исследование функционирования клапана аорты разработанной системой.

Список публикаций по теме диссертации:

Статьи в журналах из списка ВАК:

1. Руденко С.М., Македонский Д.Ф., Мамбергер К.К., Руденко М.Ю. Обработка медико-биологических сигналов с помощью математических производных // Известия ТРТУ, - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2004. - № 5. - С. 170174.

2. Руденко С.М., Македонский Д.Ф., Мамбергер К.К., Руденко М.Ю. Критерии возникновения внезапной сердечной смерти. Вестник аритмологии

- Москва, 2009. - С. 64 - 65.

3. Руденко С.М., Македонский Д.Ф., Мамбергер К.К., Руденко М.Ю.и др. Функциональная связь синоатриального узла правого предсердия с барорецепторами низкого давления аорты // Известия ЮФУ. Технические науки.

- Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. - № 7. - С. 23 -29.

4. Руденко С.М., Македонский Д.Ф., Мамбергер К.К., Руденко М.Ю. Критерии возникновения внезапной сердечной смерти// Известия ЮФУ. Технические науки. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. - № 2. -С. 111-112.

5. Руденко С.М. Точные неивазивные измерения основных величин гемодинамики и качественная оценка функций сердца и сосудов в фазах сердечного цикла // Известия ЮФУ. Технические науки. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. -№10 (99). - С. 138-142.

Публикации в других изданиях:

6. Руденко С.М. Зернов В.А., Руденко М.Ю., Македонский Д.Ф., Мамбергер К.К., Воронова O.K. Теоретические основы фазового анализа сердечного цикла. - Москва, Хельсинки: Изд-во ИКМ, 2007,- 336 С.

7. Rudenko S., Zernov V., Rudenko М., Voronova О., Mamberger К., Makedonsky D. Theoretical Principles of Heart Cycle Phase Analysis. FRANKFURT A.M. -MUNCHEN - LONDON - NEW YORK. FRANKFURTER 1TERATURVERLAG. -2009.-336 P.

8. Руденко С.М. Фазовый анализ сердечного цикла как основа кардиометрии, и альтернатива существующему унифицированному заключению по ЭКГ исследованиям. Материалы XI Всероссийского научно - образовательного форума «Кардиология 2009». - М.: Меди Экспо, 2009. - С. 49 - 51.

9. Руденко С.М. Новые возможности диагностики гемодинамики на основе фазового анализа сердечного цикла. Материалы 10-го юбилейного научно -образовательного форума «Кардиология 2008». - М.: Меди Экспо, 2008. - С. 19 -21.

10. Руденко С.М., Македонский Д.Ф., Мамбергер К.К. Закономерность взаимозависимости изменения амплитудно-фазовых режимов работы сердца как механизм саморегуляции гемодинамики. // Известия ТРТУ. - Таганрог: изд-во ТРТУ, 2004. - № 6. - С. 98 - 100.

11. Rudenko S., Zernov V., Rudenko М., Voronova О., Mamberger К., Makedonsky D. "Innovation in cardiology. A new diagnostic standard establishing criteria of quantitative & qualitative evaluation of main parameters of the cardiac & cardiovascular system according to ECG and Rheo based on cardiac cycle phase analysis" (npre.2009.3667.1).Nature Precedings. http://precedings.nature.com/ documents/3 667/version/l

Патенты и свидетельства:

12. Патент № 2282393. Способ измерения длительности фаз сердечного цикла и устройство для его реализации /С.М. Руденко, В.А. Зернов, К.К. Мамбергер, Д.Ф. Македонский/ Заявл. 11.11.04; Опубл. 03.03.06, Бюл. № 1.; Приоритет 11.11.04, А - 61 (Россия). - 27с.

13. Патент № 2345709. Способ синхронной регистрации реограммы с

электродов ЭКГ и устройство для его реализации. / С.М. Руденко, В.А. Зернов, М.Ю. Руденко, К.К. Мамбергер, Д.Ф. Македонский, Воронова O.K., Колмаков C.B./ Опубл. 10.02.09, Бюл. № 4.; А-61В (Россия).

14. Патент № 74283. Устройство для регистрации ЭКГ и PEO / С.М. Руденко, В.А. Зернов, М.Ю. Руденко, К.К. Мамбергер, Д.Ф. Македонский, Воронова O.K., Колмаков C.B./ Опубл. 27.06.08, Бюл. № 18.; А - 61В (Россия).

15. Свидетельство №2007613628 об официальной регистрации программы для ЭВМ./ С.М. Руденко, В.А. Зернов, М.Ю. Руденко, К.К. Мамбергер, Д.Ф. Македонский, Воронова O.K., Колмаков С.В./Зарегестрировано 24.08.2007.

Личный вклад автора состоит в следующем: [1] - определение критериев регистрации фазы напряжения клапана аорты и быстрого изгнания крови в аорту; [2-4] - анализ функционирования клапана аорты; [6-7] - разработка методики диагностики функции клапана аорты; [10] - проведение неинвазивных измерений параметров гемодинамики связанных с работой клапана аорты;

[И] - проведение количественной и качественной оценки функционирования клапана аорты;

[12] - установление характерных элементов на ЭКГ с целью определения функции клапана аорты;

[13] - методика установки электродов для регистрации сигналов электрокардиограммы и реограммы с аорты;

[14] - разработка способа подключения электродов ЭКГ к устройству регистрации сигналов;

[15] - разработка алгоритма автоматического определения характерных элементов на графике ЭКГ для оценки функции клапана аорты.

Издательство Технологического института Южного федерального университета в г.Таганроге г.Таганрог, 347928, ГСП 17А, пер.Некрасовский, 44 Зак. №_. Тираж 100 экз.

Введение.

Глава 1. Состояние проблемы регистрации параметров, характеризующих функциональное состояние клапана аорты.

1.1 Существую щие методы диагностики функции клапана аорты.

1.2 Перспективные направления диагностики функции клапана аорты.

Глава 2. Разработка способа диагностики.

2.1 Обоснование информационной достаточности в выборе количества регистрируемых сигналов.

2.2 Выбор критериев регистрации фаз напряжения и быстрого изгнания

2.3 Связь между основными медико-биологическими параметрами.

2.4 Математические способы определения минутного, ударного и фазовых объёмов сердца по длительностям фаз сердечного цикла.

2.5 Способ диагностики функции клапана аорты.

2.5.1 Фаза напряжения клапана аорты Б - Ъ.

2.5.2 Фаза открытия клапана аорты Ь — ].

Выводы к главе 2.

Глава 3. Разработка алгоритма оценки функционирования клапана аорты

3.1 Разработка алгоритма работы системы для регистрации параметров сердечно-сосудистой системы.

3.2 Запись ЭКГ.

3.3 Фильтрация ЭКГ.

3.3.1 Низкочастотная фильтрация входного сигнала.

3.3.2 Подавление дыхательного ритма.

3.4 Распознавание характерных элементов ЭКГ и измерение соответствующих параметров.

3.5 Интерпретация и классификация ЭКГ.

Выводы к главе 3.

Глава 4. Разработка системы для оценки функционирования клапана аорты.

4.1. Расчет параметров фильтрации сигналов.

4.2 Устройство удаленного приема электрокардиологических и реографических сигналов.

4.3 Алгоритм автоматического определения границ фазовых переходов сердечного цикла.

4.4 Достоверность измеряемых величин методом фазового анализа сердечного цикла.

4.5 Статистическая обработка полученных результатов.

Выводы к главе 4.

Глава 5. Исследование функционирования клапана аорты разработанной системой.

5.1 Клинические исследования функции клапана аорты.

5.2 Особенности анатомии клапана аорты.

5.3. Данные фазового анализа перед инсультом, в период инсульта в реанимации и после его лечения.

5.4 Данные фазового анализа в случае, когда удалось предотвратить инсульт.

Выводы к главе 5.

Актуальность работы

Сердце каждого человека ежесекундно совершает работу, которая должна циклически поддерживаться организмом на протяжении всей его жизни. Внезапная остановка сердца приводит к летальному исходу. Даже локальная патология сердца или сосудов значительно затрудняет нормальное функционирование человека, очень часто делая его нетрудоспособным. Важность нормального функционирования сердечно - сосудистой системы невозможно переоценить. Сердце и сосуды являются главными магистральными транспортными системами крови, обеспечивающими все, без исключения, клетки организма необходимыми белками, кислородом и другими жизненно важными элементами. Поэтому очень важна диагностика параметров гемодинамики, как наиболее эффективных показателей ранних стадий патологии, позволяющих прогнозировать изменения в сердечнососудистой системе [1,2].

Несмотря на значительный научно-технический прогресс в области медицинского приборостроения, смертность от заболеваний сердечнососудистой системы составляет до 60% и не имеет тенденции к снижению

3].

Здесь необходимо выяснить причины таких высоких показателей смертности от этих заболеваний. Очевидна низкая эффективность существующих стандартных методов диагностики сердечно-сосудистой системы. С целью диагностирования сердца и крупных кровеносных сосудов на качественно новом уровне необходимо решить актуальную научную задачу — разработка медицинской системы, в которой будет реализован метод фазового анализа сердечного цикла.

Цели и задачи исследования

Целью работы является разработка принципов построения системы для диагностики функции клапана аорты. В соответствии с поставленной целью были определены следующие основные задачи работы.

1. Анализ существующих устройств для диагностики работы сердечнососудистой системы и клапана аорты.

2. Разработка принципов построения системы для диагностики функции клапана аорты

3. Разработка системы и метода диагностики функционирования клапана аорты в фазах ее напряжения и быстрого изгнания крови в аорту.

4. Исследование функции клапана аорты с помощью разработанной системы.

Методы исследования

Работа основывалась на математическом моделировании биофизических процессов, дифференциальном анализе, методе цифровой обработки сигналов.

Научная новизна

- разработаны принципы построения системы для диагностики функции клапана аорты;

- определены критерии измерения длительностей фаз сердечного цикла.

- определены критерии диагностики функции клапана аорты в фазах ее напряжения и быстрого изгнания.

Практическая ценность работы

- разработан прибор для диагностики сердечно-сосудистой системы, в том числе функции клапана аорты в фазах ее напряжения и быстрого изгнания.

- алгоритм обработки сигналов для диагностики функции клапана аорты. Реализация и внедрение результатов исследований

- получено регистрационное свидетельство Минздравсоцразвития РФ о серийном производстве прибора.

- получен патент № 2282393 «Способ измерения длительности фаз сердечного цикла и устройство для его реализации».

Основные научные положения, выносимые на защиту

- принципы построения системы для диагностики функции клапана аорты;

- критерии измерения длительностей фаз сердечного цикла на основе графического дифференцирования;

- новый способ диагностики функционирования клапанов аорты в фазах его напряжения и быстрого изгнания крови в аорту.

Апробация результатов работы

- Всероссийская научная конференция «Экология 2004 - море и человек»;

- Всероссийский форум «Кардиология 2008»;

- Всероссийский форум «Кардиология 2009»;

- Всероссийская научно-техническая конференция «Медприбор-2009». Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, трех приложений, библиографического списка, имеющего 99 наименований. Общий объем диссертации - 135 страниц, 55 рисунков, 2 таблицы.

Выводы к главе 5

1. Проведены клинические испытания системы для диагностики функции клапана аорты. Результатом этих испытаний стало получение новой информации о фазах работы сердца и клапана аорты.

2. Исследования функции клапана аорты позволили определить существование анатомических особенностей в строении клапана аорты, что соответствующим образом проявляется на электрокардиограмме.

3. В результате проведения клинических испытаний получена информация о работе сердечно-сосудистой системы и клапана аорты перед инсультом, в период инсульта, в реанимации и в процессе лечения инсульта, а также в случае, когда удалось предотвратить инсульт.