Персональные устройства для отслеживания ритма сердца

Размещено на http://www.allbest.ru/

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Персональные устройства для отслеживания ритма сердца

Бояхчян А.А., Уваров А.А., Лежнина И.А., Тимошенков Н.А.

Научный руководитель - доцент каф. ТПС, к.т.н., Гормаков А.Н.

г.Томск, Россия

Согласно статистическим данным, аритмия является весомой частью сердечно-сосудистых заболеваний, которые занимают первое место среди болезней, из-за которых умирают люди [1].

Частое посещение больницы является крайне неудобным и не всегда возможным способом диагностики аритмии, так как проявляется она хаотично. Поэтому в настоящее время на рынке появляется множество устройств, позволяющих проводить самостоятельную диагностику в домашних условиях.

В ответ на это создано множество устройств для персонального отслеживания ритма сердца. Все способы мониторинга ритма сердца можно разделить на 4 категории.

Первая категория - это персональные кардиографы.

Рынок телемедицины уже давно пополнился такими популярными персональными кардиографами как AliveCor [2], Sanket [3], CardioQvark [4] (рис.1).

Рис.1. Ремешок AliveCor для Apple Watch

Фактически, кардиографы AliveCor и CardioQvark не являются кардиографами в прямом смысле слова. Они представляют собой чехлы либо ремешки со встроенными электродами для снятия ЭКГ. Для полноценной работы требуется смартфон с установленным в нем специальным приложением.

Почти единственным отечественным аналогом является разработка - “Опека-03” - социально-медицинский радиокоммуникационный браслет (рис.2) [5]. Браслет может измерять ЧСС, снимать и передавать данные ЭКГ первого отведения без проводов. Для получения ЭКГ по первому отведению нужно при надетом на руку браслете, удерживать палец на датчике, расположенном на лицевой поверхности браслета. Это делает прибор не эффективным, так как для снятия ЭКГ придется держать палец на датчике, следовательно, прибор не сможет отслеживать ЭКГ постоянно.

Рис.2. “Опека-03”

Второй категорией являются очень популярные на сегодняшний день фитнестрекеры и умные часы. Они могут измерять пульс, пройденные шаги и другие показатели активности человека.

Но все они не позволяют снимать ЭКГ, в результате чего невозможно определить характер аритмии, а, следовательно, поставить диагноз.

В качестве примера можно привести Samsung Gear Fit (Рис.3) [6]. Как и большинство конкурентов, Fit отслеживает дневную активность и паттерны сна. Также прибор измеряет пульс с помощью светодиода на внутренней стороне. Этот метод не эффективен и не точен, прибор будет плохо работать в условиях нестационарного (нерегулярного) ритма, а также в связи с отсутствием возможности снятия ЭКГ, не адаптирован под медицинское применение.

Рис.3. Samsung Gear Fit Третья категория - это мониторы Холтера.

Строго говоря, мониторы Холтера [9] относятся к профессиональному медицинскому оборудованию, имеют высокую цену и применяются только в клинике по назначению врача. Основным недостатком кроме цены и сложности является невозможность многодневного мониторинга. Самые современные Холтеры измеряют до 3 суток максимум.

Четвертая категория - это собственные ощущения и посещение врача.

Основным каналом получения информации о своем здоровье является сам человек и традиционные медицинские сервисы - больницы, консультации врача и т.д. Очевидно, что самонаблюдение не дает объективной информации о процессах внутри сердца человека, а посещение врача является неудобным и длительным и не может решить вопрос непрерывного наблюдения.

Основная цель вышеуказанных приборов создать простую для пользователя систему, проводящую мониторинг сердца. Все они делают упор на простоту и доступность. Много проектов (представленных в статье [7]) находятся на стадии разработки. Технических подробностей, которые позволили бы сделать подобное оборудование, в открытом доступе отсутствуют. Актуальность данной темы указывает на большой спрос. Следовательно, целесообразно провести работы, направленные на создание аналогичного оборудования.

Было принято решении создать браслет-монитор для регулярного ношения, который будет выявлять эпизоды аритмии и проводить регистрацию ЭКГ в реальном времени. Отличительной чертой прибора будет возможность автоматически определять жизнеугрожающие эпизоды аритмии и при угрозе сообщать врачу. Также, наравне с указанными функциями, ключевыми факторами успешного применения являются простота эксплуатации и ценовая доступность [8].

Для того, чтобы устройство можно было носить регулярно и долгосрочно необходимо обеспечить удобство. Для этого корпус прибора будет выполнен как браслет на руку (рис. 4) либо манжеты на плечо (рис. 5).

Рис. 4. Вариант устройства для крепления на запястье

Рис. 5. Вариант устройства в виде манжеты на плечо

Так как еще не все основные компоненты окончательно выбраны (плата микроконтроллера, батарейка), то пока не представляется возможным сделать точную 3D модель корпуса. Была составлена приблизительная 3D-модель (рис. 6) с учетом возможности встроить в корпус помимо основных плат еще и дисплей.

Рис. 6. 3D-модель устройства

На сегодняшний день был собран макетный образец (рис.7), который представляет собой отладочную плату (arduino), плата стабилизатора (на рисунке не представлена), макетная плата с усилителями, дисплей и электроды.

Рис.7. Макетный образец

С помощью макета были проведены эксперименты. Целью эксперимента было определение более информативных методов наложения электродов.

В эксперименте использовались стандартные грудные отведения, форма сигнала четко просматривается (рис. 8).

Рис. 8. ЭКГ, зафиксированная с помощью грудных отведений

Был также создан макетный образец прибора для регистрации ЭКГ в виде манжеты на руку, которая будет надеваться на бицепс. Результаты исследования биоэлектрической активности сердца с отведения, наложенного на бицепс, приведены на рис.9.

ритм сердце кардиограф монитор

Рис. 9. Электрокардиограмма, снятая с бицепса руки

Электрокардиограмма инвертирована, QRS комплекс просматривается хорошо. Результаты исследований показывают возможность создания портативного браслетмонитора ЭКГ. Подытожив результаты эксперимента можно сказать, что регистрацию биоэлектрической активности сердца можно не только с помощью стандартных грудных отведений, а также и нестандартных (бицепс).

Список использованной литературы

1. Всемирная организация здравоохранения, Основные причины смерти, [Электронный ресурс] - URL:

http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs310/ru/index2.html, режим доступа - свободный.

2. AliveCor Mobile ECG, [Электронный ресурс] - URL: https://www.alivecor.com/en/, режим доступа - свободный.

3. Smallest ECG Monitor, [Электронный ресурс] - URL: http://2016.agatsa.com/agatsa/home/, режим доступа - свободный.

4. Кардиомонитор CardioQVARK кардиограмма с помощью телефона,

[Электронный ресурс] - URL: http://cardioqvark.ru/, режим доступа - свободный.

5. Социально-медицинский Браслет Опека-03, [Электронный ресурс] - URL:

http://www.opeka-telemed.ru/services/braslet-opeka-03.php/, режим доступа - свободный.

6. Samsung Gear Fit, [Электронный ресурс] - URL:

http://www.samsung.com/ru/consumer/mobile-devices/wearables/gear/SM-R3500ZKASER/, режим доступа - свободный.

7. Солдатов В.С., Оверчук К.В., Бояхчян А.А., Персональные методы выявления заболеваний сердечно-сосудистой системы, V Международная конференция школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых “Ресурсоэффективные системы в управлении и контроле: взгляд в будущее”, Сборник трудов конференции, г. Томск. 2016 г. [Электронный ресурс] - URL http://portal.tpu.ru/science/konf/resurs/proceedings/, режим доступа - свободный.

8. Солдатов В.С., Бояхчян А.А., Оверчук К.В., Уваров А.А., Лежнина И.А., разработка устройства для мониторинга аритмии и внезапной сердечной смерти, “Инженерия для освоения космоса”, Cборник научных трудов IV Всероссийского молодежного Форума с международным участием. Национальный исследовательский Томский политехнический университет. 2016. [Электронный ресурс] - режим доступа: http://portal.tpu.ru/files/conferences/tomskspace/proceedings/2016/vol1.pdf.

9. Суточное мониторирование ЭКГ по Холтеру, [Электронный ресурс] - URL:

http://academic-mc.ru/holter/, режим доступа - свободный.

Размещено на Allbest.ru