CC BY
80
4
Juvenis scientia 2017 № 3 | Технические науки
УДК: 616-073.96 ГРНТИ: 76.13.15 DOI: 10.15643/jscientia.2017.3.001
ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ФОНОКАРДИОГРАФИИ
Д. О. Квочкин1, В. А. Вереитин2
1 Сыктывкарский государственный университет имени Питирима Сорокина Россия, 167000 г. Сыктывкар, Октябрьский пр-т, 55
2 Коми республиканский лицей при Сыктывкарском государственном университете Россия, 167000 г. Сыктывкар, Октябрьский пр-т, 55
ЕЗ Квочкин Дмитрий Олегович - [email protected]
В статье приводится обзор разработки комплекса для проведения диагностики работы сердца путём выслушивания акустических тонов и шумов. Этот метод диагностики широко используется для быстрой и качественной оценки состояния сердечной мышцы. Высокая популярность метода обусловлена простотой инструментальных средств и неинвазивностью подхода. Целью настоящей работы является развитие метода электронной аускультации сердца с использованием информационных технологий. Основой программно-аппаратного комплекса является модуль сбора данных и программное обеспечение пользователя, реализующее функции цифровой обработки сигналов. Аккумуляция собранных данных и доступ к ним со стороны лечащего врача реализуется с использованием веб-технологий. Предложенное решение подходит для самостоятельного получения фонокардиограмм и проведения дистанционной диагностики состояния пациентов. Разрабатываемый комплекс был апробирован при исследовании работы сердца методом фонокардиографии на группе пациентов разных возрастов.
Ключевые слова: электронная аускультация, дистанционная диагностика, фонокардиография, автоматизация, python.
HARDWARE-SOFTWARE COMPLEX FOR DISTANCE ELECTRONIC PHONOCARDIOGRAPHY D. O. Kvochkin1, V. A. Vereitin2
1 Pitirim Sorokin Syktyvkar State University 55 Oktyabrskiy Ave., 167000 Syktyvkar, Russia
2 Komi Republican Lyceum of the Syktyvkar State University 55 Oktyabrskiy Ave., 167000 Syktyvkar, Russia
EH Kvochkin Dmitriy - [email protected]
This article contains an overview of the development of a complex for providing heart work diagnostics by auscultating acoustic tones and noises. This diagnostic method is used for fast and qualitative assessment of the state of the heart muscle. Method's high popularity is due to simplicity of instrumental arsenal and non-invasive approach. This paper's goal is the development of electronic auscultation method using information technology. The basis of the hardware-software complex is the module of data collection and user software, providing digital signal processing. Collected data accumulation and doctor's access to it are implemented using Web technologies. The proposed solution is suitable for independent obtaining phonocardiograms and conducting remote diagnostics of patients' condition. The developed complex has been tested during the study of cardiac performance via phonocardiography on a group of patients of different ages.
Keywords: electronic auscultation, remote diagnostics, phonocardiography, automation, python.
Аускультация - метод медицинской диагностики посредством выслушивания звуков жизнедеятельности органов человека, порождаемых колебаниями различных тканей. Она является наиболее простым и широко распространённым методом функциональной диагностики состояния организма [1]. Одной из разновидностей аускультации является фонокардиография. Это метод неинвазивного исследования и диагностики деятельности сердца, основанный на регистрации и анализе звуков, возникающих при сокращении и расслаблении сердечной мышцы. Данный метод позволяет успешно выявлять нарушения в работе сердца, в том числе пороки клапанов [2]. Описанный ниже комплекс разработан для функциональной диагностики работы сердца методом фонокардиографии.
Разработанный медицинский аппаратно-программный комплекс (МАПК) имеет ряд особенностей, таких как: компактность аппаратного решения и ориентированность на дистанционную диагностику - пользователь может самостоятельно провести измерения, результаты которых авто-
матически отправляются на веб-сайт информационной системы (ИС) и становятся доступны для просмотра лечащему врачу. Это освобождает пациента от посещения больницы, что заметно экономит время как пациента, так и врача, а также делает данный метод диагностики доступным для людей с ограниченными возможностями здоровья.
Рисунок 1. Схема взаимосвязей блоков медицинского комплекса
www.jscientia.org
Technical and Computer Science | Juvenis scientia 2017 № 3
Рисунок 2. ФКГ (а) и амплитудные спектры (б) в трёх состояниях для одного испытуемого
Аппаратная часть МАПК состоит из: микрофонного модуля, микропроцессорного модуля сбора данных (МСД), ПК пользователя и сервера информационной системы. На рис.1 отражены связи между этими блоками.
МСД управляется по последовательному интерфейсу с ПК пользователя. Программа на компьютере инициирует передачу первичных настроек эксперимента и запускает аналого-цифровое преобразование на МСД. Управляющая программа для микроконтроллера МСД написана на языке Си и включает в себя алгоритмы первичной инициализации аппаратной платформы, проведение цифрового измерения и отправки данных на ПК пользователя.
Собранные данные проходят программную обработку на ПК пользователя и передаются на сервер информационной системы. Веб-интерфейс ИС, разработанный на языке Python 2.7 с использованием фреймворка Django 1.9, предоставляет авторизованный доступ к проведённым измерениям, как врачу, так и пользователю.
Для проведения более точных экспериментов программно предусмотрен режим многократных измерений. В этом режиме производится серия «снимков» ФКГ заданной длительности. Затем производится фазовый сдвиг каждого «снимка» относительно первого с последующим усреднением набора точек и вычисляется амплитудный спектр сигнала с помощью быстрого преобразования Фурье.
Тестовые измерения (рис. 2) проводились выслушиванием акустических колебаний сердца в течение 3.72 секунд с задержкой дыхания на выдохе при трёх состояниях: в спо-
койном состоянии («relaxed»); после 20 приседаний («on load»); после минуты отдыха («on recovery»).
На полученных графиках ФКГ можно выделить характерные первый и второй тон сердца. В состояниях «под нагрузкой» зубцы второго тона сливаются с первым, что может указывать на недостаточную чувствительность микрофона и необходимость использования узкополосных фильтров низкой частоты.
Визуальная схожесть представленных графиков с фоно-кардиограммами, получаемыми с помощью других применяемых на практике фонокардиографов, а также наблюдаемая зависимость результатов от состояния работы сердца говорит о корректной работе разработанного комплекса. На основе ФКГ, полученных на разработанном программно-аппаратном комплексе, специалист может провести, по крайней мере, качественный анализ состояния здоровья пациента, а по измерениям спектров колебаний детальнее проследить динамику работы сердца.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гринченко В.Т., Макаренков А.П., Макаренкова А.А. Компьютерная аускультация - новый метод объективизации характеристик звуков дыхания // Клиническая информатика и Телемедицина. 2010. Т. 6. № 7. С. 31-36
2. Мухитдинов М.М., Кулматов Х.Х., Цой Г. Система для регистрации и исследования фонокардиограммы // Инфокоммуникации: сети-технологии-решения. 2012. № 2. С. 11-16.
Поступила в редакцию 20.03.2017
5
www.jscientia.org
