Статья посвящена разработке портативного карманного электрокардиографа и возможности расширения диагностики с помощью дополнительного модуля. Проведен анализ рынка портативных электрокардиографов. На основе анализа был разработан карманный электрокардиограф. Приведены результаты исследования характера изменения ЭКГ сигнала, снятого посредством одного отведения при аритмии и ИБС. Экспериментально исследована возможность диагностики ишемических заболеваний с помощью разработанного карманного электрокардиографа. Так же сделан вывод о необходимости создания дополнительного грудного модуля. Рассмотрена методика наложения электродов на грудную клетку. Приведены первые результаты работы модуля

Никонирова, Д. Н.

Порхунов, А. А.

Уваров, Александр Андреевич

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

V Научно-практическая конференция «Информационно-измерительная техника и технологии», 19–23 мая 2014 г.  215УДК 004.415.2.031.43  РАСШИРЕНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ КАРМАННОГО ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФА С ПОМОЩЬЮ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО МОДУЛЯ (THE ENHANCEMENT OF DIAGNOSTIC CAPABILITIES OF HAND-HELD ELEC-TROCARDIOGRAPH DUE TO USING OF ADDITIONAL MEASURMENT MODULE)  Д.Н. Никонирова, А.А.Уваров, А.А.Порхунов D.Nikonirova, A. Uvarov, A. Porhunov  Научный руководитель: И.А. Лежнина, к.т.н., доцент Томский политехнический университет Email: daria_41291@mail.ru  Статья посвящена разработке портативного карманного электрокардиографа и возможности расширения диагности-ки с помощью дополнительного модуля. Проведен анализ рынка портативных электрокардиографов. На основе ана-лиза был разработан карманный электрокардиограф. Приведены результаты исследования характера изменения ЭКГ сигнала, снятого посредством одного отведения при аритмии и ИБС. Экспериментально исследована возможность диагностики ишемических заболеваний с помощью разработанного карманного электрокардиографа. Так же сделан вывод о необходимости создания дополнительного грудного модуля. Рассмотрена методика наложения электродов на грудную клетку. Приведены первые результаты работы модуля. (This paper focuses on the development of a portable handheld ECG diagnosis and the possibility of expanding an optional module . The analysis of the market of portable electrocardiographs . Based on analysis of the electrocardiograph pocket was designed . The results of studies on the nature of the ECG signal changes , shot by single lead arrhythmia and ischemic heart disease. Experimentally studied diagnosis of ischemic diseases using the developed handheld electrocardiograph . Just con-cluded the need for additional thoracic unit . The technique of applying electrodes to the chest . The first results of the mod-ule.)  Ключевые слова:  Электрокардиография, электрокардиограф, сигнал, ишемические болезни сердца, аритмия, электрод, грудной модуль. (ECG, ECG signal, ischemic heart disease, arrhythmia, electrode module chest.)  Электрокардиография относится к информативным и наиболее распространенным мето-дам обследования сердечно-сосудистой системы. Метод дает возможность диагностировать заболевания и синдромы, требующие неотложной кардиологической помощи. Прежде всего, ишемические болезни сердца, инфаркт миокарда, аритмии. На данный момент, вслед за развитием телемедицины, происходит активный рост персо-нальной электрокардиографии. Существующие электрокардиографы индивидуального приме-нения  можно разделить на две категории: домашние и портативные («карманные»).  Домашние электрокардиографы представляют собой приборы не имеющие собственных органов управле-ния, и используются как приставка к персональному компьютеру, на который устанавливается специальное ПО. В отличие от домашних, карманные электрокардиографы представляют собой законченные устройства. Они позволяют получить приблизительный анализ сразу после изме-рения.  Основная проблема заключается в том, что на сегодняшний день нет таких приборов, ко-торые совмещают в себе простоту применения карманных и диагностическую ценность до-машних электрокардиографов. Исходя из этого, была поставлена задача реализации прибора, который совместит информативность и простоту снятия ЭКГ сигнала. В качестве решения предлагается разработка модуля со встроенными электродами для регистрации произвольных грудных биполярных отведений. Такой модуль способен регистри-ровать не более одного отведения одновременно. Для получения двух и трех отведений, приме-няющихся в диагностике ишемии, требуется провести измерения последовательно.  Было проведено исследование характера изменения ЭКГ сигнала снятого посредством одного отведения при аритмии и ИБС. Данные о некоторых болезнях и отведениях представле-ны в таблице 3.  V Научно-практическая конференция «Информационно-измерительная техника и технологии», 19–23 мая 2014 г.  216Таблица 1. «Болезни сердца»  Болезнь Отведение Характер изменения на ЭКГ Синусовая тахикар-дия I 1) Укорочение интервалов R-R  (увеличение числа сердечных сокращений до 90- 160 (180) в минуту) 2) Правильное чередование зубцов P и комплексов QRS во всех циклах и положительный зубец РI,II,aVF,V4-V6 Синусовая бради-кардия I 1) Укорочение интервалов R- 2) R (уменьшение ЧСС до 59-40 в минуту) 3) Сохранение правильного синусового ритма Синусовая аритмия I 1) Колебания продолжительности интервалов R-R, пре-вышающие 0,15с и связанные с фазами дыхания 2) Правильное чередование зубцов Р и комплекса QRSНаджелудочковая пароксизмальная тахикардия I 1) Увеличение ЧСС до 140-220 ударов в минуту  2) QRS комплексы- нормальные 3) Отсутствие зубца Р или наличие его перед либо после каждого комплекса QRSСинотриальная бло-када I 1) Периоды выпадения зубцов P и комплексов QRST 2) Увеличение в момент выпадения средних циклов интервалов Р-Р или R-R в 2 разаИнфаркт миокарда I Зубец Q >0.03c, глубина >3мм,амплитуда больше 1/3амплитуды зубца RНекроз  V1-V6 или I и aVL, III и aVF, V7-V9 Патологический зубец Q или комплекс QRS Стенокардия  Отведения V1-V6 1) Разнообразные изменения зубца Т 2) Ишемическая депрессия сегмента RS-T (ниже изолинии) Для реализации идеи коллективом авторов был разработан портативный электрокардио-граф с автономным питанием, OLED экраном и управляющим элементом в виде 3-х кнопочной клавиатуры и дополнительным разъемом для подключения грудных электродов (рис.1.).  Рис.1. Карманный электрокардиограф  Прибор обеспечивает:  регистрацию ЭКГ с пальцев рук и грудных отделений;  отображение ЭКГ в реальном времени на экране;  сохранение информации на SD карте;  считывание результатов и автоматическая обработка с SD карты на ПК;  определение значений диагностических показателей;  накопление данных для последующих консультаций с врачом. Остальные технические характеристики приведены в таблице 2.   V Научно-практическая конференция «Информационно-измерительная техника и технологии», 19–23 мая 2014 г.  217Таблица 2. «Технические характеристики» Количество каналов 1 Электроды 4 Диапазон частот 0,5 Гц-40 ГцВходное сопротивление 1 ГОм Частота дискретизации 500 Гц Диапазон напряжений 3 мкВ – 2.4 ВВстроенная память SD Карта 2ГбСинхронизация с ПК USB 2.0 Питание AAA, 2 шт. Ниже на рис.2. приведены результаты записи ЭКГ сигнала снятого с пациента со стено-кардией, на записи видно характерное изменение амплитуды зубца R и разнообразные измене-ния зубца Т, а также ишемическая депрессия сегмента RS-T (ниже изолинии), все эти признаки указывают на стенокардию.  Рис.2. Запись ЭКГ в первом и втором грудном отведении  у пациента со стенокардией  Данный вариант эффективно решает задачу диагностики ишемических заболеваний, но не совсем удобен для частого применения и для применения в домашних условиях. Основной причиной неудобства является  клеящиеся электроды. При частом использовании на коже воз-никает раздражение, а при использовании дома или в общественных местах большую роль иг-рает время и удобство наложения  таких электродов. В качестве решения предлагается разработка модуля со встроенными электродами для регистрации произвольных грудных биполярных отведений (рис.3). Такой модуль способен регистрировать не более одного отведения одновременно. Для получения двух и трех отведе-ний, применяющихся в диагностике ишемии, требуется провести измерения последовательно. При этом возникает вопрос диагностической ценности такого подхода.   Рис.3. Дополнительный модуль  10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5-2-1012Время, сАмплитуда, мВОтрезки записей ЭКГ  Запись 1Запись 2V Научно-практическая конференция «Информационно-измерительная техника и технологии», 19–23 мая 2014 г.  218Было проведено исследование характера изменения ЭКГ сигнала снятого последователь-но, с шести грудных отведений. Информация была систематизирована и представлена в виде диагностических карт, дающих представление о необходимости регистрации тех или иных от-ведений. Часть карты представлена ниже (рис.4).   Рис.4. Фрагмент диагностической карты  Для упрощения снятия ЭКГ возможно расположение электродов по методу Неба. В ме-дицинской практике их называют: первый и второй канал. Первый включает в себя информа-цию о 6-ти грудных отведениях V1-V6, второй – о втором, третьем и усиленном от левой ноги  стандартных отведений, при этом электроды размещаются как показано на рисунке 5.  По оценкам кардиологов, данный подход имеет высокую диагностическую ценность.    Рис.5. Расположение электродов по методу Неба  На данный момент разработан макетный образец такого модуля. Ниже на рис.6 приведе-ны первые результаты записи ЭКГ сигнала.   Рис.6. Запись ЭКГ первого канала, сделанная с помощью макета грудного модуля Высокий коронарный зубец Т отрицательный зубец Т депрессия сегмент RS‐T  подъем сегмента RS‐TV1 V2 V3 V4 V5 V6 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V1 V2 V3 V4 V5 V6                ИШЕМИЯ МИОКАРДА3) Трансмуральная ишемия передней стенки4) трансмуральная ишемия задней        стенки левого желудочкапатологический зубец Q▪ ишемия межжелудочной перегородки1) субэндокардиальные отделыпередней стенки 2) субэпикардиальный отдел переднебоковой стенки▪ишемическая зона в боковой стенке▪ишемическая зона в области верхушкиV Научно-практическая конференция «Информационно-измерительная техника и технологии», 19–23 мая 2014 г.  219 По данной записи ЭКГ можно хорошо оценить амплитуду зубцов, ширину комплексов и сегментов.  Предварительные испытания показывают, что качество сигнала, получаемое с их помо-щью вполне удовлетворяет требованиям  экспресс-диагностики и пригодно для получения предварительного диагноза. По оценкам кардиологов существует большая потребность в созда-ваемой аппаратуре. В связи с этим в настоящее время продолжаются исследования которые позволят судить о эффективности данного метода снятия ЭКГ.  СПАСОК ЛИТЕРАТУРЫ  1. Мурашко В.В. Струтынский А.В. Электрокардиография: Учебное пособие. – М: МЕДпресс-информ,2001. – 312с. 2. Суворов А.В. Клиничекая электрокардиография.- Нижний Новгород. Изд-во НМИ, 1999. 124с.Илл. 3. Зудбинов Ю.И. Азбука Экг. Изд.3-е. – Ростов –на-Дону: изд-во «Феникс», 2003-160с.  Сведения об авторах: Лежнина И.А.: Томск, Томский политехнический университет, к.т.н., доцент кафедры информационно-измерительной техники, доцент каф. ИИТ ИНК, сфера научных интересов: исследование биоэлектриче-ской активности сердца человека. E-mail: inna84-08@mail.ru. Уваров А.А.: Томск, Томский политехнический университет, аспирант ИНК ФГБОУ НИ ТПУ, сфера научных интересов: автоматический анализ электрофизиологических данных. E-mail: uaa@tpu.ru.  Порхунов А.А.: Томск, Томский политехнический университет, магистр 1 курса ИНК ИИТ, сфера науч-ных интересов: информационные системы, микропроцессорные информационные системы. E-mail: arti92_uk@mail.ru Никонирова Д.Д.: Томск, Томский политехнический университет, магистр 1 курса ИНК ИИТ, сфера научных интересов: информационные системы, микропроцессорные информационные системы. E-mail: inna84-08@mail.ru     

The enhancement of diagnostic capabilities of hand-held electrocardiograph due to using of additional measurment module

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University