CC BY
43
www.loza.ru/item/Categories/103/Item/961/ (дата обращения:
29.09.2011).
2. Пат. 2061456 Российская Федерация, МПК A 61 Н 9/00. Устройство для пневмомассажа / Качанова Л. В., Таршинов И. В., Мельниченко Н. Н., Лукашенко А Н., Седов И. В. ; заявители и патентообладатели Качанова Л В., Таршинов И. В., Мельниченко Н. Н., Лукашенко А. Н., Седов И. В. — № 93032571/ 14 ; заявл. 22.06.1993 ; опубл. 10.06.1996.
3. Аппарат для прессотерапии Доктор Жизнь Марк МК-400. [Электронный ресурс]. — URL: http://www.medical-club.ru/ 281 (дата обращения: 29.09.2011).
4. Пневмомассажёр Nissei AM-7. [Электронный ресурс]. — URL: http://bestmeteo.ru/product/am-7/(дата обращения:
29.09.2011).
5. DEAP technology for innovative product solutions. [Электронный ресурс]. — URL: http://www.polypower.com/Home. aspx?ID = 243 (дата обращения: 29.09.2011).
6. Малинин, А А Метод «бегущей волны» / А А Малинин // Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Баку-
лева. [Электронный ресурс]. — URL: http://www.acvita.ru/st_bd. html (дата обращения: 29.09.2011).
КЛЫПИН Дмитрий Николаевич, научный сотрудник кафедры «Радиотехнические устройства и системы диагностики» Омского государственного технического университета.
НЕЧАЕВА Галина Ивановна, доктор медицинских наук, профессор (Россия), заведующая кафедрой внутренних болезней и семейной медицины Омской государственной медицинской академии.
ДРУК Инна Викторовна, кандидат медицинских наук, доцент кафедры внутренних болезней и семейной медицины Омской государственной медицинской академии.
Адрес для переписки: lan@omqtu.ru
Статья поступила в редакцию 14.11.2011 г.
© Д. Н. Клыпин, Г. И. Нечаева, И. В. Друк
УДК 681.2.083 д. н. КЛЫПИН
Г. И. НЕЧАЕВА Е. Н. ЛОГИНОВА
Омский государственный технический университет Омская государственная медицинская академия
ПЕРСОНАЛЬНЫЙ ПРИБОР
ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ХРОНИЧЕСКОЙ
СЕРДЕЧНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ
В статье исследованы возможности создания персонального медицинского прибора для диагностики функционального класса хронической сердечной недостаточности. Рассмотрен вариант создания подобного прибора на основе 3-осевого электронного магнитного компаса, дополненного 3-осевым акселерометром. Ключевые слова: диагностика ХСН, относительные координаты, электронный магнитный компас, акселерометр.
Разработка ведется при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках выполнения Государственного контракта П 16.512.112118.
Область исследований относится к медицине, а именно к функциональной диагностике и кардиологии, и может быть использовано для определения функционального класса хронической сердечной недостаточности пациента, оценки эффективности терапии, в том числе при индивидуальном использовании устройства пациентом.
Хронической сердечной недостаточностью (ХСН) страдают от 0,4 % до 2 % взрослого населения. Среди лиц в возрасте старше 75 лет её распространенность может достигать 10 %. С возрастом риск развития сер-дечной недостаточности постепенно возрастает. Сре-ди всех больных, обращающихся в медицинские учреждения России, 38,6 % имеются признаки ХСН. Факторы развития сердечной недостаточности являются потенциально обратимыми. Их устранение или уменьшение могут задержать прогрессирование сер-
дечной недостаточности, а иногда и спасти жизнь больного. Поэтому своевременная диагностика ХСН с целью раннего установления факта наличия сердечной недостаточности или уточнения степени выраженности патологического процесса является крайне актуальной задачей для российской медицины.
Среди множества способов диагностики ХСН наиболее доступным является проведение нагрузочных тестов. Нормальный результат нагрузочного теста у человека практически полностью исключает диагноз ХСН. Для повседневной практики в качестве стандартного рутинного теста для оценки физической толерантности и объективизации функционального статуса больных ХСН рекомендуется тест 6-минутной ходьбы, соответствующий субмаксимальной нагрузке.
Классический способ проведения теста 6-минутной ходьбы (6МХ) выполняется следующим образом
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №1 (107) 2012 ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №1 (107) 2012
[1]: выбирается отрезок пути известной длины, например, коридор отделения 50 или 100 метров, размеченный по 1 м, пациент становится в начало пути, включает секундомер, и в максимально возможном темпе двигается 6 минут. По истечении этих 6 минут нужно определить, сколько метров пройдено. По этой цифре определяется функциональный класс (ФК): если пройдено более 550 метров — то это норма, если 426-550 - то I ФК, 301 - 425 - II ФК, 151-300 - III ФК и менее 150 - IV ФК. Отсчет времени выполнения теста, пройденного расстояния и поведение пациента (остановки, состояние) контролирует медицинский работник.
Достоинством этого способа является простота -для проведения теста нужно только средство измерения времени - секундомер и известный отрезок пути.
Недостатками этого способа являются:
— необходимость выделения свободного горизонтального отрезка пути длиной не менее 50 м в медицинском учреждении;
— необходимость отвлечения медицинского работника на проведение теста;
— психологический эффект «белого халата», а также субъективность в измерении времени и расстояния, приводящие к погрешности теста.
Таким образом, для устранения недостатков способа необходимо исключить человеческий фактор, и использовать методы точного измерения времени и длины пройденного пути.
Известны методы измерения пройденного пути c помощью шагомеров - устройств, подсчитывающих количество шагов, произведенных человеком. Шаг детектируются либо механическим маятником, либо акселерометром, определяющим ускорение смещения тела человека при ходьбе в одной или нескольких осях координат [2].
Основным недостатком применения шагомеров для измерения пройденного пути является неопределенность длины шага конкретного человека и, соответственно, большая погрешность в определении расстояния.
Известен метод вычисления пройденного расстояния с использованием спутниковых навигационных систем глобального позиционирования (GPS/Navstar, Glonass, Galileo и т.п.).
Основным недостатком использования систем GPS для измерения пройденного пути является невозможность работы при отсутствии прямой видимости спутников - в помещениях, при высокой застройке и т.д.
Известны методы определения координат с помощью электронного магнитного компаса - устройства, вычисляющего положение относительно магнитных линий Земли [3]. Пройденный путь вычисляется по относительным координатам начала и конца пути.
Основной недостаток электронного магнитного компаса - зависимость показаний от наклона относительно любой из 3-х осей координат.
Задачей разработки является упрощение способа проведения теста 6МХ за счет автоматизации измерений и вычислений и возможности проходить дистанцию любой траектории, а также уменьшение погрешности определения ФК ХСН за счет использования методов точного измерения времени теста и пройденного расстояния.
Поставленная задача достигается следующим способом проведения теста 6-минутной ходьбы: время теста отсчитывается электронными часами, во время ходьбы пациента с помощью магнитного компаса периодически определяются текущие координаты пациента и по ним вычисляется длина пройденного
Рис. 1
пути, причем все действия производятся автоматически, без участия человека.
Поставленная задача достигается также тем, что персональный прибор для диагностики ХСН содержит: 3-осевой магнитный компас, 3-осевой акселерометр, процессор, энергонезависимую память, индикатор, звуковой оповещатель, источник питания и кнопку управления, причем средство измерения времени выполнено в виде кварцевых часов реального времени.
3-осевой магнитный компас и 3-осевой акселерометр могут быть выполнены в виде одного миниатюрного МЭМС-устройства.
Персональный прибор для диагностики ХСН может быть выполнен в виде часов, надеваемых на запястье пациента во время проведения теста.
Сущность технического решения поясняется функциональной схемой прибора, приведенной на рис. 1.
Персональный прибор для диагностики ХСН содержит кварцевые часы реального времени 1, 3-осевой магнитный компас 2, 3-осевой акселерометр 3, выполненные в виде МЭМС 4, процессор 5, энергонезависимую память 6, индикатор 7, звуковой оповещатель 8, источник питания 9. Управление устройством осуществляется одной кнопкой 10. Прибор, как условно показано на рис.1, выполнен в виде часов 11.
Кварцевые часы реального времени 1 служат для точного измерения времени теста, а также для получения текущего времени с целью записи времени проведения текущего теста в энергонезависимую память 6.
3-осевой магнитный компас 2 служит для определения текущих координат пациента по магнитным осям ХАМ, Удм и 2ДМ (рис. 2). 3-осевой акселерометр 3 служит для коррекции показаний 3-осевого магнитного компаса 2 при отклонениях устройства относительно нулевых положений осей координат Хв, Ув, 2в (рис.2) в соответствии с методом, изложенным в [4].
Процессор 5 выполняет программу калибровки, измерений, оценки, записи в память и вывода на индикатор, хранящуюся в энергонезависимой памяти 6. Энергонезависимая память 6 служит также для хранения данных нескольких тестов, например, для оценки эффективности терапии. Индикатор 7 служит для отображения времени и результатов теста. Звуковой оповещатель 8 служит для звукового опове-
щения нажатия кнопки 10 и окончания теста. Источник питания 9, выполненный в виде батареи, служит для энергопитания всех узлов устройства. Кнопка 10 служит для управления режимами работы устройства.
Способ проведения теста 6-минутной ходьбы состоит в следующем. Пациент надевает на руку прибор. В исходном состоянии на индикаторе 7 отображается текущее время. При коротком (менее 2 с) нажатии кнопки 10 начинается обратный отсчет времени теста с соответствующей индикацией на индикаторе 7, включаются 3-осевой магнитный компас 2 и 3-осевой акселерометр 3, вычисляется координата начала пути, пациент начинает идти. Каждая координата вычисляется процессором 5 путем считывания данных из 3-осевого магнитного компаса 2 и их корректированием с учетом показаний 3-осевого акселерометра 3 по известному алгоритму [4]. Во время проведения теста в энергонезависимую память 6 с заданным периодом (например, 1 с) записываются вычисленные координаты. После отсчета времени теста звуковой оповещатель 8 индицирует звуком или вибрацией окончание теста, пациент останавливается, процессор 5 по всем записанным координатам вычисляет общую длину пройденного пути. Далее, исходя из известных соотношений [1], процессор 5 определяет ФК ХСН, индицирует на индикаторе 7 вместе с длиной пройденного пути, и записывает в энергонезависимую память 6 вместе с текущим временем, считанным из кварцевых часов реального времени 1.
Для просмотра архива результатов тестов нужно в исходном состоянии произвести длительное (более 2 с) нажатие кнопки 10. При этом на индикатор 7 из энергонезависимой памяти 6 выводятся результаты последнего теста, последующие нажатия кнопки 10 позволяют просмотреть весь архив.
Увеличение точности определения ФК достигается за счет того, что все измерения и отсчет времени выполняются с высокой точностью процессором 5, исключая субъективный фактор и учитывая все колебания траектории движения пациента.
Упрощение проведения теста 6МХ достигается за счет минимизации участия человека - достаточно нажать кнопку 10 в начале теста, и затем дождаться звукового сигнала остановки.
Предлагаемые способ проведения теста 6-минутной ходьбы и прибор для диагностики ХСН могут использоваться как в профессиональной медицинской практике, так и индивидуально пациентами, для оценки собственного состояния в любое время.
Кроме диагностических целей, прибор может использоваться в любых случаях, требующих точного определения пройденной дистанции, например, спортсменами во время тренировок в любых условиях. Если корпус прибора выполнить герметичным, могут оценивать и пройденную дистанцию под водой во время дайвинга.
Диагностика и управление режимами работы прибора могут производиться дистанционно, с целью своевременного получения врачом данных теста и постоянного контроля состояния пациента. Для этого прибор оснащается средствами беспроводной передачи данных, например, модулем Bluetooth или GSM. Приборы, оснащенные таким модулем, могут быть ин-
Zt
Рис. 2
тегрированы в систему дистанционного полифункцио-нального мониторинга состояния жизнедеятельности человека, разворачиваемую на базе любого лечебнопрофилактического учреждения.
На данное техническое решение подана заявка на патент РФ на изобретение № 2011134381 «Способ проведения теста 6-минутной ходьбы и устройство для его осуществления», приоритет от 16.08.2011 г.
Библиографический список
1. ATS Statement: guidelines for the six-minute walk test / ATS Committee on proficiency standards for clinical pulmonary function laboratories // Am. J. Respir. Crit. Care Med. — 2002. — Vol. 166, N 1 - P. 111-117.
2. Шагомеры. [Электронный ресурс]. — URL: http:// omron-m3-intellisense.ru/shagomery/ (дата обращения:
30.09.2011).
3. Honeywell, Inc. Applications of Magnetoresistive Sensors in Navigation Systems. [Электронный ресурс]. — URL: http:// www.ssec.honeywell.com/position-sensors/datasheets/sae.pdf (дата обращения: 30.09.2011).
4. Using LSM303DLH for a tilt compensated electronic compass. [Электронный ресурс]. — URL: http://www.st.com/ internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_ LITERATURE/APPLICATI0N_N0TE/CD00269797.pdf (дата обращения: 30.09.2011).
КЛЫПИН Дмитрий Николаевич, научный сотрудник кафедры «Радиотехнические устройства и системы диагностики» Омского государственного технического университета.
НЕЧАЕВА Галина Ивановна, доктор медицинских наук, профессор, заведующая кафедрой внутренних болезней и семейной медицины Омской государственной медицинской академии.
ЛОГИНОВА Екатерина Николаевна, кандидат медицинских наук, доцент кафедры внутренних болезней и семейной медицины Омской государственной медицинской академии.
Адрес для переписки: lan@omgtu.ru
Статья поступила в редакцию 14.11.2011 г.
© Д. Н. Клыпин, Г. И. Нечаева, Е. Н. Логинова
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №1 (107) 2012 ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
