РЕГИСТРАТОР СОБЫТИЙ ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО АНАЛИЗА ЭКГ
В.А. Килимник, Т.М Тетерина
Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, научно-исследовательский отдел биотехнических проблем.
Одним из направлений развития современных медицинских технологий является телемедицина. Главная цель телемедицины - создание условий, при которых помощь высококвалифицированных специалистов становится доступной не только в крупных городах, обладающих развитой сетью медицинских центров и клиник, но и в отдаленных районах, где уровень медицинского обслуживания невысок.
Наиболее эффективным и многообразным применение телемедицины может быть в области кардиологии: от телемониторинга состояния больных и экспресс-диагностики на расстоянии до имитационного моделирования и обучения. Причиной этого является то, что электрокардиография относится к числу наиболее разработанных и распространенных методов исследования сердца. К тому же, электрокардиограмма относится к числу наиболее удобных для автоматической обработки сигналов, поскольку характеризуется четкой повторяемостью и довольно хорошо изучена.
Состояние сердечно-сосудистой системы и функции кровообращения в организме человека тесным образом связаны с состоянием всех других органов и систем. Любые изменения в последних неизбежно вызывают изменения в деятельности сердечно-сосудистой системы и наоборот. Таким образом, динамические параметры ЭКГ, или ее модифицированные представления в виде ритмограмм сердечной деятельности, содержат всю информацию о состоянии различных органов и систем и могут использоваться не только для диагностических целей, но и для выявления фундаментальных закономерностей взаимодействия различных систем организма в покое, в условиях нормальной трудовой деятельности, в экстремальных условиях / 1 /.
Дистанционный анализ ЭКГ в телемедицинской технологии занимает ведущее место. Этому способствует простота регистрации ЭКГ, обширный опыт использования метода электрографического анализа в практической медицине и, как следствие этого, высокая достоверность врачебных заключений, а также низкая стоимость обследования при высокой информативности, что является в настоящее время не менее важным. Дистанционный анализ ЭКГ осуществляется в различных вариантах реализации, которые определяются средой передачи данных (радиоканал, телефон, цифровые линии передачи данных и т.д.), методом передачи ЭКГ ( цифровая, аналоговая), числом одновременно передаваемых отведений (одноканальные, многоканальные), методом анализа ЭКГ ( анализ специалистами, полуавтоматический анализ, автоматический анализ с верификацией специалистом), характером приемного оборудования ( специальное, стандартное общего назначения, например, факс, пейджер) и ,наконец, снимается ли ЭКГ самим пациентом или регистрируется обученным персоналом. В настоящее время из всего спектра методов дистанционного анализа электрокардиограмм наибольшее распространение получил метод передачи ЭКГ в диагностический центр самим пациентом по телефону, так называемый метод транстелефонного мониторирования. Причиной этого является общедоступность, психологическая совместимость и дешевизна телефонной связи. Для транстелефонного мониторирования используются специальные регистраторы ЭКГ . Эти приборы постоянно регистрируют электрокардиограмму в одном или нескольких отведениях и проводят ее автоматический анализ. При появлении некоторых нарушений сердечной деятельности , например, изменение ритма сверх допустимых пределов, в память прибора записывается фрагмент ЭКГ, для последующей передачи в диагностический центр и анализа.
В настоящей статье предлагается разработанный в НИО БП ГУАП регистратор событий для дистанционного анализа ЭКГ, блок схема которого представлена ниже и включает в себя: электороды для. снятия ЭКГ в любом стандартном или модифицированном отведении (1); фильтр низких частот для устранения помех от радиостанций и источников магнитных помех (2); дифференциальный усилитель переменного тока с полосой частот от 1Гц до 1 кГц (3); однокристальную микроЭВМ с аналого-цифровым преобразователем (4); оптоэлектронную развязку с линией связи (5); изолирующий источник питания (6); стандартный компьютер типа РС (7).
Основой для анализа ЭКГ в данном регистраторе служит ритмограмма, которая представляет собой последовательность длительностей интервалов между наиболее характерными точками электрокардиограммы - R-зубцами. Работы, проводимые многими исследователями кардиологами, показали, что анализ ритмограмм имеет прогностическую ценность при обеспечении точности определения R-R интервалов не менее 1 мсек / / Поскольку точность определения интервалов зависит от точности определения экстремумов R-зубцов, необходимо учитывать спектральные характеристики фильтров, используемых для обработки аналогового сигнала электрокардиограммы. Нами использовался фильтр низких частот выполненный по RС-схеме, граничная частота которого составлянет 50 кГц. Дифференциальный усилитель переменного тока (3) выполнен по стандартной схеме измерительного усилителя с обеспечением подавления синфазной помехи 100 дБ.
Параметры ритмограмм вычисляются на основании данных получаемых по последовательному каналу связи персональным компьютером. Интервалы между R-зубцами вычисляются в блоке 4 и передаются через блок 5 в виде 2-х байтной посылки с одним стартовым и одним стоповым битом. В качестве блока 4 применялась однокристальная микроЭВМ со встроенным аналого-цифровым преобразователем с разрядностью 8 бит, обладающая высоким быстродействием ( цикл 1 мкс) и низким энергопотреблением, объем памяти команд которой достаточен для реализации алгоритма определения R-интервалов и формирования кодовой посылки со структурой канала связи RS-232С. Оптоэлектронная развязка с напряжением изоляции 5 кВ, используемая в регистраторе, обеспечивает полную защиту пациента от поражения электрическим током.
В предлагаемом регистраторе интервалы между R-зубцами определяются с точностью 1 мсек, период дискретизации равен 300 мкс (при определении экстремума по методу 3-х точек). Согласно распространенным методикам анализа ЭКГ для прогноза состояния сердечно-сосудистой системы кроме периода R-R целесообразно анализировать смещение ST сегмента электрокардиограммы. При появлении таких событий, как нарушение регулярности R-R интервалов и (или) изменение смещения SТсегмента, фиксируется сам факт события, записывается фрагмент ЭКГ заданной длительности ( как правило 10 сек), и, если событие существует больше установленной длительности или интенсивности, то выдается сигнал о необходимости консультации с врачом. На первом этапе разработки устройства нами используется канал связи с консультирующим врачом-кардиологом через систему электронной почты или Internet. В этом случае персональная ЭВМ участвует как промежуточный накопитель (буфер) данных и каналообразующее устройство со стандартными характеристиками. Ведется разработка модуля передачи данных по телефонному каналу по типу модема, что существенно снизит стоимость комплекта для транстелефонного мониторирования ЭКГ.
Проведение исследований показали многообразие вариантов реализации каждого из блоков схемы. Существующая элементная база позволяет получить практически один и тот же результат (в смысле точности определения интервалов R-зубцов) при финансовых затратах, отличающихся более чем в 10 раз. Габариты устройства при этом остаются в приемлемых для исследовательской практики пределах.
Испытания макета регистратора совместно с пакетом программ "RITMON" проведенные на базе отделения кардиологии городской больницы № 26 показали высокое качество получаемой информации, надежность и стабильность в работе.
Литература
1. Н. Н. Данилова. Психофизиологическая диагностика функциональных состояний: Учеб.пособие.- М.: Изд-во МГУ. 1992, 192 с.