Описана інформаційно-обчислювальна діалогова система фотоплетизмографії, що графічно відображає амплітудно-часові та спектральні характеристики пульсової хвилі. Система дозволяє виконувати дослідження як поточного стану системи гемодинаміки, так і наступне оброблення збережених характеристик пульсової хвилі.The information dialogue system of a photople-thysmography pictorially mapping amplitude-time and a spectral characteristics of pulse wave is described. The system allows examination both streaming state of system of a hemodynamics, and aftertreatment of the maintained 
characteristics of pulse wave.Описана информационно-вычислительная 
диалоговая система  фотоплетизмографии, 
которая  графически отражает амплитудно-
временные и спектральные характеристики 
пульсовой волны. Система позволяет выполнять исследования как текущего состояния 
гемодинамики, так и последующую обработку сохраненных характеристик пульсовой волны

Guseva, E. V.

Maglyovanaya, N. I.

Sharpan, O. B.

Zhiljakov, A. A.

Гусева, Е. В.

Гусєва, О. В.

Жиляков, А. А.

Жиляков, А. О.

Маглеванная, Н. И.

Магльована, Н. І.

Шарпан, О. Б.

Electronic Archive of Kyiv Polytechnic Institute

Прилади і системи біомедичних технологій  158                                Вісник НТУУ “КПІ”. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ. – 2004. – № 27.  УДК 621.3.083.8; 612.84  СИСТЕМА ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ГЕМОДИНАМІКИ ЗА АМПЛІТУДНИМ СПЕКТРОМ  ПУЛЬСОВОЇ  ХВИЛІ  Шарпан О.Б.,  Гусєва О.В.,  Жиляков А.О., Магльована Н.І., Національний технічний уні-верситет України “Київський політехнічний інститут”, м. Київ, Україна  Описана інформаційно-обчислювальна діалогова система фотоплетизмографії, що гра-фічно відображає амплітудно-часові та спектральні характеристики пульсової хвилі. Сис-тема дозволяє виконувати дослідження як поточного стану системи гемодинаміки, так і наступне оброблення збережених характеристик пульсової хвилі   Вступ Серед багатьох методів діагностики стану серцево-судинної системи особ-лива роль належить методам, заснованим на використанні інформації, що за-кладена в параметрах пульсової хвилі. На сьогодні є декілька розвинених на-прямів пульсової діагностики, за якими створено медичні діагностичні пристрої та системи. Але подальше розроблення відомих і пошук нових перспективних напрямків пульсової діагностики та відповідної апаратури проводяться все ін-тенсивніше, оскільки сучасні діагностичні завдання потребують нових методи-чних підходів до визначення фізіологічного стану і нової апаратурної бази. То-му завдання розробки  апаратури пульсової діагностики є актуальним.  Постановка задачі Встановлено, що для вирішення багатьох завдань визначення  стану серце-во-судинної системи, крім показників амплітудно-часового контурного аналізу, доцільно використовувати також  інформацію, що закладена  в амплітудному [1-5] та фазовому спектрах пульсової хвилі [1, 4]. Для верифікації цих положень  і встановлення взаємозв’язку між параметрами спектра і станом системи гемо-динаміки та вегетативної нервової системи (ВНС) було  створено  комп’ютерну  інформаційно-вимірювальну систему реєстрації сигналу пульса та його амплі-тудно-часового та  спектрального аналізу.  Фотоплетизмографічна система “Пульс-1.0” Умовно в системі можна виділити модулі, що забезпечують  реєстрацію і первинне перетворення пульсового сигналу,  ввод даних в ПЕОМ, їх математи-чний аналіз і відображення. Модуль реєстрації пульсової хвилі має два ідентичних фотоплетизмографі-чних канали запису сигналу пульсу. Передбачена можливість збільшення кіль-кості каналів при необхідності. Для реєстрації пульсового сигналу в кожному каналі використано оптоелектронний первинний перетворювач інфрачервоного діапазону хвиль, що працює у відбитому світлі. Конструктивно це компланарно розташована оптопара випромінювач–фотоприймач з відкритим оптичним ка-Прилади і системи біомедичних технологій  Вісник НТУУ “КПІ”. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ. – 2004. – № 27.                                  159 налом, яка захищена екраном від зовнішнього світла. Перетворювач може  бути розміщений в будь-якій точці поверхні тіла людини, де є кровоток. В системі також можна використовувати традиційні оптоелектронні перетворювачі, що працють в трансмісійному режимі. В цьому випадку їх можна застосовувати для визначення кровотоку в тих органах (вухо, пальці), через які проходить світловий потік.  Сигнали перетворювачів подаються в модуль вводу даних в ПЕОМ. Він має блоки обробки і аналого-цифрового перетворення сигналів та інтерфейс обміну даними з ПЕОМ. В цьому модулі сигнали підсилюються, фільтруються, перет-ворюються у 10-ти розрядний цифровий код і вводяться в пам'ять ПЕОМ з час-тотою зчитування, що встановлюється програмно і може бути зміненою в ши-роких межах. Модуль керування блоком вводу даних в ПЕОМ забезпечує про-цедури і функції керування портом вводу-виводу, аналого-цифровим перетво-рювачем, генератором тактових сигналів і аналоговим мультиплексором. Програмний пакет функціонує у середовищі МS-DOS. Він в інтерактивному режимі забезпечує процеси вимірювання, віконної сегментації сигналу, наступ-ного диференціювання або амплітудного спектрального Фур’є-аналізу та реєст-рації результатів. Модуль графічного інтерфейсу реалізує основні функції інтерактивного діалогу з користувачем: вікна вводу і виводу текстової та графічної інформації, систему меню, списки, панелі діалога тощо.  Під час запису і перегляду пульсограма відображається на моніторі окремими фрагментами. В процесі запису оператор може контролювати режим роботи сис-теми та якість встановлення первинних вимірювальних перетворювачів, а під час аналізу – задавати параметри визбирування квазіперіодів, виконувати перегляд і обирати фрагменти записаної пульсограми для сегментації та подальшої обробки – диференціювання або спектрального аналізу. Спектральний аналіз виконується над реалізаціями тривалістю до 10 секунд. Результати аналізу відображаються на моніторі, можуть бути внесені у пам’ять і надруковані на папері. Модуль керування базою даних забезпечує представлення даних про досліджуваних осіб (пацієнтів) у вигляді електронних карток, що зберігаються на магнітному носії. Він дозволяє реалізувати основні функції роботи з базою даних: запис картки у базу, введення нового запису, видалення картки з бази. Модуль збору і оброблення інформації забезпечує запис інформації на магнітний носій,  віконну сегментацію записаних реалізацій сигналів пульсової хвилі, часовий та  спектральний аналіз обраних реалізацій, перегляд результатів вимірювань та аналізу.  Всі модулі об’єднані в єдиний програмний комплекс за допомогою гнучкої системи меню. Модифікація системи та розширення її можливостей забезпечу-ється зміною конфігурації відповідних програмних модулів.  Прилади і системи біомедичних технологій  160                                Вісник НТУУ “КПІ”. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ. – 2004. – № 27.  Основні технічні характеристики системи “Пульс-1.0” Робочий діапазон хвиль первинних вимірювальних перетворювачів – інфра-червоний (~ 800 нм).  Кількість вимірювальних каналів – 2 (з можливістю нарощування). Смуга частот пульсового сигналу – 0.04 …40 Гц. Частота дискретизації  в кожному каналі від 50 до 500 Гц. Кількість розрядів АЦП – 10. В системі алгоритмічно забезпечується такий режим обчислення спектрів, при якому виключено вплив явища “витоку”  спектра за нецілої кількості імпу-льсів у реалізації.   Приклади відображення інформації На рис. 1 показано панелі екрану монітора, що характеризують окремі ре-жими  роботи системи і результати аналізу. На рис. 1а наведено обраний фраг-мент плетизмограми, на рис. 1б –  амплітудний спектр цього фрагмента, а на рис. 1в – амплітудний спектр іншого фрагмента, що зареєстрований через де-який час при затримці дихання. Порівняння цих рисунків показує високу чут-ливість амплітудного спектра до змін стану системи гемодинаміки при дії цього тестового впливу. Це також підтверджено дослідженнями залежності спектра від інших тестових впливів (холодової проби, алкоголю, паління, фізичного і психологічного навантаження тощо) [5]. Також встановлена можливість визна-чення стану “передхвороби” на основі візуалізації форми амплітудного спектра.  Висновки  Випробування системи протягом декількох років показали перспективність цього напрямку пульсової діагностики для визначення станів серцево-судинної системи та вегетативної нервової системи (стану стресу) в різних умовах засто-сування: при спостереженні за дією різних тестових впливів, дії лікарських пре-паратів і засобів премедикації, визначенні напруженості нервової системи, сту-пеню втоми при фізичних навантаженнях, болю при операційних втручаннях.  У сукупності з ПК типу Notebook або Pocket PC система зручна у викорис-танні для оперативного спостереження за фізіологічним станом людини вдома, беспосередньо на робочому місці, в польових умовах, при тренуванні спорт-сменів, у лікарняних закладах. Вона може бути у подальшому використана для скринінгового обстеження населення і моніторингу стану здоров’я.  Література 1. Dobrova V.E., Kolpakov F.F., Värri A.O. and Melnik V. Estimation of  Time Diagnostic Pa-rameters of Blood Pressure Variation in Frequency Domain, in Proc. Finish Signal Processing Symposium, University of Oulu, Oulu, Finland, May, 1999. -1999.  -31. - Р.189-194. 2.  Chun T. Lee,  Ling G. Wei. Spectrum Analysis of Human Pulse // IEEE Trans. Biomed. Eng. -1983.- BME-30. -  № 6. - Р. 348-352.   Прилади і системи біомедичних технологій  Вісник НТУУ “КПІ”. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ. – 2004. – № 27.                                  161                                                    а  б  в Рисунок 1 – Реалізація фотоплетизмограми (а) и її спектр (б); (в) – спектр реализації фотоплетизмограми при затримці дихання Прилади і системи біомедичних технологій  162                                Вісник НТУУ “КПІ”. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ. – 2004. – № 27.  3.  Смердов А.А., Сторчун Є.В., Славітич О.А. Автоматизований комплекс для експрес-діагностики на основі методів західної та тибетсько-монгольскої медицини. // Українсь-кий журнал медичної техніки і технології. - 1997. - № 1-2. - С. 42 - 46. 4. Шарпан О.Б. Розробка та дослідження кореляційно-спектральних   методів аналізу пуль-сових сигналів для створення медико-діагностичних  систем нового покоління.// Збірник науково-технічних розробок, виконаних у університеті у 2002 р. НТУУ “КПІ”. - Київ. -2002. - С. 61– 62.  5.  Шарпан О.Б.  Дослідження  залежності  амплітудного  спектра  пульсового сигналу від стану системи гемодинаміки. // Наукові вісті   НТУУ “КПІ”.-2004. - № 1. -С. 110-117.   Шарпан О.Б., Гусева Е.В., Жиляков А.А., Маглеванная Н.И. Система для исследова-ния гемодинаміки по амплитудному спектру пульсовой волны. Описана информационно-вычислительная диалоговая система  фотоплетизмографии, которая  графически отражает амплитудно-временные и спектральные характеристики пульсовой волны. Система позволяет выпо-лнять исследования как текущего состояния гемодинамики, так и последующую обрабо-тку сохраненных  характеристик пульсовой волны.   Sharpan O.B., Guseva E.V., Zhiljakov A.A., Maglyovanaya N.I. System for examination of a hemodynamics on ampitude spectrums of pulse wave. The information dialogue system of a photople-thysmography pictorially mapping amplitude-time and a spectral characteristics of pulse wave is described. The system allows examina-tion both streaming state of system of a hemo-dynamics, and aftertreatment of the maintained characteristics of pulse wave.  Надійшло до редакції 11 червня 2004 року   

Система для исследования гемодинаміки по амплитудному  спектру пульсовой волны

Система для исследования гемодинаміки по амплитудному спектру пульсовой волны

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic Archive of Kyiv Polytechnic Institute