CC BY
832. ГОСТ 25645.103-84. Условия физические космического пространства. Термины и определения [Дата введения: 12.01.1984]. М.: Госкомитет СССР по стандартам, 1984. 9 с.
3. Яковлев А.М. Авиационная метеорология / А.М. Яковлев. М.: Транспорт, 1971. 248 с.
4. Ходжаева Г.К. Метеорологические методы и приборы наблюдений / Г.К. Ходжаева. Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. гос. ун-та, 2013. 189 с.
5. Хромов С.П. Метеорология и климатология / С.П. Хромов, М.А. Петросянц. М.: Изд-во Моск. ун-та: Наука, 2006. 582 с.
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА НА ОСНОВЕ ДАННЫХ О ВАРИАБЕЛЬНОСТИ
СЕРДЕЧНОГО РИТМА
1 2 Котенев Д.Д. , Канищев В.В.
1Котенев Даниил Дмитриевич - студент;
2Канищев Виталий Владимирович - студент, Национальный исследовательский университет Высшая школа экономики, г. Москва
Аннотация: в данной статье разрабатывается система мониторинга состояния человека на основе данных о вариабельности сердечного ритма. Целью работы является разработка доступной для широкого круга людей системы для самостоятельного домашнего использования, которая автоматически обрабатывает полученные данные и на их основе делает заключение о состоянии здоровья человека. Тема является актуальной, поскольку доля устройств медицинского Интернета вещей на рынке стремительно растет, благодаря тому, что здравоохранение является важной частью жизни многих людей. В рамках данной работы было разработано устройство на основе платы Arduino и монитора сердечного ритма AD8232, которое снимает ЭКГ пациента и передает эти данные на компьютер для их дальнейшей обработки. Также было создано программное обеспечение для фильтрации полученного сигнала, расчета параметров сердечного ритма и их интерпретации в зависимости от возраста пользователя. Разработанная система предназначена для того, чтобы у ее пользователей была возможность следить за своим здоровьем в домашних условиях, а в случае обнаружения отклонений, они могли обратиться за профессиональной консультацией в медицинское учреждение.
Ключевые слова: анализ данных, телемедицина, Ардуино, вариабельность сердечного ритма, Python.
Применение цифровых устройств в здравоохранении имеет огромный потенциал, поскольку это способно повысить качество и эффективность оказываемых услуг и вести постоянный контроль состояния здоровья пациентов. Это особенно важно при лечении людей пожилого возраста или пациентов с хроническими заболеваниями, поскольку в случае наступления приступа врачи будут максимально быстро проинформированы о произошедшем и сумеют вовремя оказать необходимую экстренную помощь. Еще одним преимуществом использования цифровых устройств в медицине является возможность получать медицинские консультации удаленно. Данные могут обрабатываться автоматически, без участия врача, и сообщать пользователю о наличии отклонений в каких-либо показателях его состояния здоровья.
Как проиллюстрировано на рисунке 1, в сердечном ритме можно выделить несколько зубцов: P, Q, R, S, ^ Зубец Р отражает деполяризацию миокарда предсердий, QRS комплекс показывает деполяризацию желудочков, а интервал ST и зубец T отображают процессы реполяризации миокарда желудочков.
Рис. 1. Интервалы на ЭКГ
Вариабельность сердечного ритма (далее - ВСР) - это естественные изменения во времени RR-интервалов между сердечными сокращениями нормального ритма сердца [1]. Анализ ВСР позволяет получить информацию о состоянии вегетативной нервной системы, сердечно-сосудистой системе и организме в целом.
Для извлечения характеристик ВСР существует множество различных методов, каждый из которых отражает некоторые показатели работы сердца. Как правило, выделяют две крупные группы методов: временной области и частотной области, также есть несколько методов не относящихся ни к одной из этих двух групп. В данной работе были применены статистические методы временной области, так как результаты методов частотной области были бы искажены из-за фильтрации сигнала перед расчетом характеристик ВСР. Были использованы следующие показатели анализа ВСР: RRNN - это средняя длительность RR-интервалов. Этот показатель отражает итоговый результат многочисленных регуляторных влияний на синусовый ритм парасимпатического и симпатического отделов вегетативной нервной системы (далее - ВНС) [1]. SDNN - стандартное отклонение RR-интервалов. Это один из основных показателей ВСР, так как он характеризует состояние механизмов регуляции. SDNN характеризует ВСР в целом, так как он зависит от влияния как симпатического так и парасимпатического отдела вегетативной системы на синусовый узел [2]. Также были использованы такие параметры как средняя длина QRS комплекса и частота сердечных сокращений.
В качестве аппаратной части комплекса было собрано устройство на основе платы Arduino и монитора сердечного ритма AD8232. При использовании модуля AD8232 и Arduino данные снимаются при помощи трех электродов, подключаемых к телу человека. При этом данные представляют из себя последовательность чисел, обозначающих амплитуду сигнала.
Программная часть комплекса состоит из трех частей: Ардуино скетч для прошивки платы, скетча для снятия данных и Python скрипта для обработки данных. В первом скетче происходит установка режима работы пинов и инициализация последовательного соединения для обмена данными с компьютером. Для визуализации сердечного ритма в режиме реального времени была использована среда разработки Processing. В ней происходит считывание данных с платы, визуализация сердечного ритма и запись данных в файл по окончанию измерений. На языке программирования Python будет происходить обработка данных, которые были записаны при выполнении программ на языке Arduino. При детальном изучении помех в исходном сигнале на рисунке 2 можно увидеть их периодический характер, соответственно если исключить эту повторяющуюся компоненту, то сигнал будет более чистый.
Рис. 2. Исходный график сердечного ритма
Для этого можно использовать STL разложение временного ряда. STL разложение - это процедура декомпозиции временного ряда на сезонную, трендовую и остаточную составляющие, которая использует метод локальных регрессий (LOESS). Теперь когда сигнал отфильтрован, нужно написать код для автоматического обнаружения R-пиков, чтобы в дальнейшем на основе этих данных рассчитать показатели ВСР. Для их обнаружения будут рассмотрены участки сердечного ритма, которые окажутся больше значения функции скользящего среднего, умноженного на добавочный коэффициент. Этот алгоритм выглядит следующим образом: если встречается значение функции, которое больше чем скользящее среднее, то пока оно будет выше значение функции запоминается в массив. Когда значение сигнала вновь стало меньше чем скользящее среднее, то в массиве находится максимальное значение, оно добавляется в список пиков, а массив очищается. Значение добавочного коэффициента выбирается при кросс-валидации исходя из критерия минимизации стандартного отклонения RR-интервалов. После этого была написана функция, которая находит точки Q и S в соответствии со следующим алгоритмом: берется найденный R-пик и пока значение сигнала влево убывает, то значение Q границы смещется влево. Как только сигнал перестает убывать, эта точка и отмечается как левая граница комплекса. Затем повторяются аналогичные действия, но для правой границы. После успешного нахождения всех точек рассчитываются показатели ВСР и записываются в файл для их дальнейшей интерпретации в программе с пользовательским интерфейсом.
Пользовательский интерфейс был разработан в среде Delphi XE7. Программа с интерфейсом должна объединять все три программы, написанные ранее: для прошивки Arduino, для визуализации и сохранения данных о сердечном ритме и Python скрипт в котором происходит обработка сигнала и расчет характеристик ВСР. Интерфейс программы после обработки сигнала приведен на рисунке 3. В центральной части интерфейса находится окно с фильтрованным сигналом сердечного ритма. График открывается из файла, который был сохранен ранее в результате работы Python скрипта. В правой верхней части окна отображаются рассчитанные параметры ВСР, такие как ЧСС, средняя длина QRS комплекса и средняя длина RR-интервалов. Ниже параметров есть три радиокнопки, которые отвечают за то, какой график будет отображаться в поле для графика: только фильтрованный сигнал, сигнал с отмеченными на нем R-пиками для того, чтобы проверить сколько из них было найдено или сигнал с отмеченными точками Q, R, S. Под графиком находятся три кнопки, которые отвечают за выполнение соответственно трех ранее написанных программ.
Рис. 3. Пользовательский интерфейс программы
В рамках данной статьи была разработана система мониторинга состояния человека на основе данных о сердечном ритме, в которую входят аппаратная и программные части. Система собирает данные о работе сердца, анализирует их и выводит результат их анализа пользователю, то есть показатели работы сердца и при наличии отклонений потенциальные болезни, которые эти отклонения могли вызвать.
Список литературы
1. Михайлов В.М. Вариабельность ритма сердца. Опыт практического применения. Иваново: Ивановская областная типография Государственного Комитета РФ по печати, 2000.
2. Рыжов А. Вариабельность сердечного ритма: анализ и спортивное применение. [Электронный ресурс]. Режим доступа: Ы1р://ри^е-sports.ru/a_ryzhov/rr/Heart_rate_variabШty_analysis_and_sports_use.pdf/ (дата обращения: 21.04.2018).
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ETHERCHANNEL: ЧТО ЭТО ТАКОЕ
И В ЧЕМ ЕГО ПРЕИМУЩЕСТВА 12 Бобров А.В. , Семёнов Д.А.
1 Бобров Андрей Виорелович - студент; 2Семёнов Дмитрий Андреевич - студент, кафедра защиты информации, Институт комплексной безопасности и специального приборостроения Московский технологический университет, г. Москва
Аннотация: EtherChannel - это технология агрегации каналов, которая была разработана компанией Cisco Systems. Технология позволяет объединять несколько физических каналов Ethernet в один логический для увеличения пропускной способности и повышения надёжности соединения.
Ключивые слова: EtherChannel, коммутатор, канал, протокол, интерфейс, LAN (Local Area Network).
