Электросейсмогирокардиоблоки для измерения биофизических сигналов человека

Статья посвящена разработке электросейсмогирокардиоблоков (ЭСГКБ) для исследований биофизических сигналов человека. Приведены известные технические решения, позволяющие контролировать основные параметры функционирования организма человека. Представлена схема построения ЭСГКБ на основе электрокардиоблока высокого разрешения с USB-интерфейсом и сейсмогирокардиоблока для синхронной регистрации и анализа электросейсмокардиосигналов. Изложены схемы построений электрокардиоблоков с радио- и USB-интерфейсами для регистрации электрокардиосигналов. Рассмотрен сейсмогирокардиоблок на основе микромеханических датчиков, предназначенный для регистрации механических движений грудной клетки и определения пространственной ориентации человека. Представлены результаты исследований биофизических сигналов ЭСГКБ. Приведены методы определения параметров неотложного состояния и схема построения ЭСГКБ с радиоинтерфейсом с целью диагностики неотложного состояния человека.

1. Калюта Т.Ю., Киселёв А.Р. Амбулаторный кардиомониторинг с помощью имплантируемых устройств. Современное состояние проблемы и перспективы // Анналы аритмологии. 2020. Т. 17. №3. С. 185–193.

2. Tadi, M.J., Lehtonen, E., Saraste, A., Tuominen, J., Koskinen, J., Teräs, M., Airaksinen, J., Pänkäälä, M., Koivisto, T., Gyrocardiography: A new noninvasive monitoring method for the assessment of cardiac mechanics and the estimation of hemodynamic variables, Scientific Reports, 2017, pp. 1–11, doi: 10.1038/s41598-017-07248-y.

3. Ачильдиев В.М., Бедро Н.А., Грузевич Ю.К., Евсеева Ю.Н., Комарова М.Н., Рулев М.Е., Солдатенков В.А., Успенский В.М. Гирокардиография как способ неинвазивной диагностики заболеваний // 5-я Международная научная конференция «Электронная компонентная база и микроэлектронные модули». М: ТЕХНОСФЕРА, «Наноиндустрия», 2020. №S96-2. С. 381–388.

4. Castiglioni, P., Faini, A., Parati, G., Di Rienzo, M., Wearable seismocardiography, IEEE Conf. Eng. Med. Biol. Soc., 2007, pp. 3954–3957, doi: 10.1109/IEMBS.2007.4353199.

5. Баевский Р.М., Фунтова И.И., Танк Й. Баллистокардиография и сейсмокардиография в российской космической медицине. Краткий исторический обзор // Клиническая информатика и телемедицина. 2012. Т. 8. №9. С. 99–111.

6. Баевский Р.М., Фунтова И.И., Прилуцкий Д.А., Стругов О.М., Седлецкий В.С., Черникова А.Г. Компактное мобильное устройство для исследования кардиореспираторной системы космонавтов на борту космических объектов. Пат. РФ № 77783. Опубл. 10.11.2008.

7. Баевский Р.М. Вариабельность сердечного ритма в космической медицине // Ритм сердца и тип вегетативной регуляции в оценке уровня здоровья населения и функциональной подготовленности спортсменов. Материалы VI Всерос. симп. Ижевск, 2016. С. 15–19.

8. García-González, M.A., Argelagós, A., Fernández-Chimeno, M., Ramos-Castro, J., Differences in QRS locations due to ECG lead: Relationship with breathing, XIII Mediterranean Conference on Medical and Biological Engineering and Computing, IFMBE proceedings, 2014, vol. 41, pp. 962–964, doi: 10.1007/978-3-319-00846-2_238.

9. Paukkunen, M., Linnavuo, M., Sepponen, R., A portable measurement system for the superior-inferior axis of the seismocardiogram, J. of Bioengineering & Biomedical Science, 2013, no. 3, pp. 1–4, doi: 10.4172/2155-9538.1000123.

10. Tavakolian, K., Characterization and analysis of seismocardiogram for estimation of hemo-dynamic parameters. Diss. ... Dr. of Philosophy, Simon Fraser University, 2010, 217 p.

11. Zhao, H., Qiu, S., Wang, Z., Yang, N., Li, J., Wang, J., applications of mems gyroscope for human gait analysis, Gyroscopes – principles and applications, 2019, doi: 10.5772/intechopen.86837.

12. Divyananda, J., Hod, S.C., Biomedical Applications Of Mems & Nems Pressure Transducers, Sensors, 2013, vol. 2, issue 5, pp. 1832–1841.

13. Rohan, E., Swetha, V., A Study on Medical Applications of MEMS Technology (Bio-MEMS), Journal of Control & Instrumentation, 2021, vol. 12, issue 1, pp. 1–5.

14. Немирко А.П., Манило Л.А., Калиниченко А.Н. Математический анализ биомедицинских сигналов и данных. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2017. 248 с.

15. Успенский В.М. Информационная функция сердца. Теория и практика диагностики заболеваний внутренних органов методом информационного анализа электрокардиосигналов / под ред. В.Б. Симоненко. 2-е дополненное изд. М.: ПЛАНЕТА, 2016. 296 с.

16. Международная заявка WO 2019/168443 A1. Дистанционный комплекс для анализа электрокардиосигналов / Ачильдиев В.М., Балдин А.В., Бедро Н.А., Грузевич Ю.К., Жук Д.М., Комарова М.Н., Грызлова Л.В., Роднова И.А., Солдатенков В.А., Успенский В.М., Шабаев И.Г.; приор. 02.03.2018; заявители и патентообладатели ОАО «НПО ГЕОФИЗИКА-НВ», ООО «АРК Системс»; опубл. 06.09.2019.

17. Рулев М.Е., Ачильдиев В.М., Батырев Ю.П. Регистрация и обработка биофизических сигналов для неинвазивной диагностики заболеваний человека // Лесной вестник / Forestry Bulletin. 2022. Т. 26. №3. С. 137–146. DOI: 10.18698/2542-1468-2022-3-137-146.

18. ADS1294CZXGR Datasheet (PDF) – Texas Instruments [Электронный ресурс]. URL: https://www.alldatasheet.net/datasheet-pdf/pdf/1569987/TI/ADS1294CZXGR.html (дата обращения: 06.06.2024).

19. ST Microelectronics: microcontroller STM32F405 – Data Sheet [Электронный ресурс]. URL: https://www.st.com/resource/en/datasheet/dm00037051.pdf (дата обращения: 06.06.2024).

20. ADM7160 Datasheet (PDF) – Analog Devices [Электронный ресурс]. URL: https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/523551/AD/ADM7160.html (дата обращения: 06.06.2024).

21. Ачильдиев В.М., Бедро Н.А., Успенский В.М., Комарова М.Н., Грузевич Ю.К., Рулев М.Е, Евсеева Ю.Н. Гирокардиоблок для неинвазивной диагностики заболеваний человека // XXVII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб., 2020. С. 176–183.

22. Ачильдиев В.М., Грузевич Ю.К., Солдатенков В.А., Бедро Н.А., Евсеева Ю.Н., Комарова М.Н., Рулев М.Е., Успенский В.М. Электросейсмогирокардиоблок для скрининга заболеваний человека // 6-я Международная научная конференция «Электронная компонентная база и микроэлектронные модули». М: ТЕХНОСФЕРА, «Наноиндустрия», 2020. Т. 13. №S5-2. С. 583–593.

23. Грузевич Ю.К., Ачильдиев В.М., Успенский В.М. Электрокардиоблок высокого разрешения для скрининг-индикации заболеваний внутренних органов человека // Информационные и телекоммуникационные технологии. 2019. №40. С. 39–46.

24. Achildiev, V.M., Soldatenkov, V.A., Basarab, M.A., Bedro, N.A., Gruzevich, U.K., Evseeva, U.N., Konnova, N.S., Levkovich, A.D., Cardioseismometer unit based on micromechanical sensors, 25rd Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, May 28–30, 2018, pp. 272–280. DOI: 10.23919/ICINS.2018.8405892.

25. Ачильдиев В.М., Балдин А.В., Бедро Н.А., Грузевич Ю.К., Жук Д.М., Комарова М.Н., Грызлова Л.В., Роднова И.А., Солдатенков В.А., Успенский В.М., Шабаев И.Г. Дистанционный комплекс для анализа электрокардиосигналов. Пат. РФ № 2698980; приор. 02.03.2018; заявители и патентообладатели ОАО «НПО ГЕОФИЗИКА-НВ», ООО «АРК Системс»; опубл. 02.09.2019, бюл. № 25.

26. KXR94-7050 Specifications – Kionix™ Technology. URL: https://www.st.com/en/mems-and-sensors/l3gd20.html (дата обращения: 02.09.2024).

27. Low power 3-axis gyroscope, I2C/SPI digital output. URL: https://kionixfs.kionix.com/en/datasheet/KXR94-7050%20Specifications%20Rev%203.pdf (дата обращения: 02.09.2024).

28. Ачильдиев В.М., Грузевич Ю.К., Солдатенков В.А., Успенский В.М. Электросейсмогирокардиоблок для неинвазивной диагностики заболеваний внутренних органов человека // Информационные и телекоммуникационные технологии. 2020. № 47. С. 29–39.

29. Achildiev, V.M., Bedro, N.A., Komarova, M.N., Rulev, M.E., Evseeva, Yu.N, Uspenckiy, V.M., Gruzevich, Yu.K., Gyrocardiography unit for non-invasive human diseases diagnosis, 27th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems (ICINS), 2020, pp. 1–7, doi: 10.23919/ICINS43215.2020.9133891.

30. Paukkunen, M., Seismocardiography: Practical implementation and feasibility Helsinki, School of Electrical Engineering, 2014. 44 p.

31. Tadi, M.J., Lehtonen, E., Saraste, A. et al., Gyrocardiography: A New Noninvasive Monitoring Method for the Assessment of Cardiac Mechanics and the Estimation of Hemodynamic Variables, Scientific Reports, 2017, no.7, doi: 10.1038/s41598-017-07248-y.

32. Коннова Н.С., Басараб М.А., Басараб Д.А., Минин Д.В., Ачильдиев В.М., Солдатенков В.А., Бедро Н.А., Грузевич Ю.К., Евсеева Ю.Н., Левкович А.Д., Комарова М.Н. Подготовка и применение данных электросейсмокардиографии для диагностики состояния сердечно-сосудистой системы человека // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. 2019. №1. С. 52–67.

33. Рангайян Р.М. Анализ биомедицинских сигналов. Практический подход. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 440 с.

34. Ачильдиев В.М., Евсеева Ю.Н., Бедро Н.А., Солдатенков В.А., Грузевич Ю.К., Комарова М.Н., Левкович А.Д., Успенский В.М. Цифровая обработка и анализ электросейсмокардиосигналов // Наноиндустрия. 2020. № S96-2. С. 374–380.

35. Рулев М.Е., Ачильдиев В.М. Регистрация, обработка и анализ информации с электросейсмокардиоблока для диагностики респираторных заболеваний // Лесной вестник / Forestry Bulletin. 2023. Т. 27. № 6. С. 199–207. DOI: 10.18698/2542-1468-2023-6-199-207.

36. Скорая медицинская помощь. Клинические рекомендации / под ред. С. Ф. Багненко. Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2023. 896 с.

37. Кривобокова В.А. Методы оценки состояния здоровья человека. Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2018. 102 с.

38. Ландау Л.Д., Китайгородский А.И. Физика для всех. Книга 1: Физические тела. М., 1978. 208 с.

39. Hall, J., Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology (12th ed.), Elsevier Science, 2010. 1091 p.

40. Тонометр OMRON M2 Basic (HEM 7121-RU). URL: https://omron.ru.com/catalog/Tonometryomron/tonometr-m2-basic-hem-7121-ru/ (дата обращения: 10.05.2024).