АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСА ДИАГНОСТИКИ

Приборы и медико-биологическое оборудование
ACCOUNTING FOR THE EFFECTS OF POWER HYDRAULIC RESISTANCE AT
MODELING THE DYNAMICS OF COMBAT DIVER
V.E. Polevoy
An approach to solving the problem of modeling of dynamics of complex Proстранственных mechanisms in the aquatic environment, where a mandatory condition of
acts records the si crystals hydraulic resistance.
Key words: spatial mechanisms, biomechanical system, power hydraulic resistance.
Polevoy Valeriy Yevgenievich, Cand. tehn. Sciences, Professor, v.polevoy@mail.ru,
Russia, TuLa, Tula state University
УДК 615:47:616 – 072.7
АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСА ДИАГНОСТИКИ
ОСТАНОВКИ ДЫХАНИЯ ВО ВРЕМЯ СНА
В.В. Савельев, Н.В. Ивахно, А.М. Мизарев
Предложена методика
построения аппаратно-программного комплекса,
осуществляющего диагностику сонного апноэ, используя одновременный мониторинг
четырех параметров человека во время сна: храп, наличие ороназального потока,
движение грудной клетки, степень сатурации крови кислородом.
Ключевые слова: обструктивное апноэ, сатурация крови, аппаратнопрограммный комплекс, движение грудной клетки.
Апноэ – это дыхательная пауза во время сна, определяемая как отсутствие или значительное (более чем на 70% от исходного) уменьшение
воздушного потока на уровне рта и носа длительностью не менее 10 с [4].
Иногда может отмечаться до 400-500 остановок дыхания за ночь,
общей продолжительностью до 3-4 часов, что ведёт как к острой, так и
хронической ночной гипоксемии. Это в свою очередь существенно увеличивает риск развития артериальной гипертензии, нарушений ритма сердца,
инфаркта миокарда, инсульта и внезапной смерти во сне [1].
В последние годы опубликованы результаты ряда крупных исследований, которые показали увеличение сердечно-сосудистой заболеваемости и смертности у пациентов с синдромом обструктивного апноэ сна
(СОАС). [3].
Таким образом, своевременное диагностирование синдрома апноэ
является актуальным и важным направлением в медицине.
В ходе обзора различной медицинской литературы выяснено, что
при появлении эпизодов апноэ определенным образом изменяются пара293
Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 9. Ч.2
метры сердечно-сосудистой и дыхательной систем человека [2]. Исходя из
этого, были выбраны параметры для контроля системой и способы их регистрации.
Обструктивное апноэ вызывается закрытием верхних дыхательных
путей во время вдоха, когда исчезновение ороназального потока происходит на фоне сохраняющихся дыхательных усилий (рис. 1).
Рис. 1. Дыхательные движения при обструктивном апноэ.
Восстановление дыхания сопровождается интенсивным храпом (рис. 2).
Рис. 2. Возникновение храпа во время эпизодов апноэ.
Сопровождающая обструкцию верхних дыхательных путей гипоксемия, являющаяся типичным признаком синдрома обструктивного апноэ
сна, синхронизирована с эпизодами апноэ или гипопноэ и вследствие этого
носит циклический характер [1, 2] (рис. 3).
Различные нарушения при СОАС ведут к увеличению вариабельности частоты сердечных сокращений во время сна, а кривая частоты сердечных сокращений в результате приобретает синусоидоподобную форму
[1, 2] (рис. 4).
Рис. 3. Ассоциированные с апноэ эпизоды десатурации.
294
Приборы и медико-биологическое оборудование
Рис. 4. Изменение ЧСС на фоне эпизодов апноэ.
Исходя из вышеуказанного описания изменения физиологических
данных пациента при СОАС, система будет определять 4 параметра, измеряемых схемой, представленной на рис.5:
Рис. 5. Структурная схема устройства:
МК – микроконтроллер; ПК – персональный компьютер;
1 – микрофон; 1’ – усилитель для микрофона; 2 – датчик дыхательного
потока; 3 – светодиоды инфракрасного и красного диапазонов (ИК и К);
4 – фотоприёмники; 5 – усилитель сигнала; 6 – полосовой фильтр;
7 – фазовый детектор; 8 – интегратор; 9 – генератор частоты на 400
кГц; 10 – формирователь импульсов; 11 – ультразвуковой датчик;
12 – смеситель; 13 – усилитель частоты Доплера;
14 – фильтр нижних частот; 15 – компаратор.
295
Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 9. Ч.2
– храп, используя микрофон;
– наличие ороназального потока с помощью термисторов, закрепленных на носу по пути воздушного потока;
– движения грудной клетки, определяемые доплерографическим
ультразвуковым методом;
– степень сатурации крови кислородом и частоту сердечных сокращений с помощью методики пульсовой оксиметрии.
Микрофон 1 регистрирует звук храпа, после чего сигнал проходит
через усилитель и попадает в микроконтроллер МК.
Термисторы 2, закрепленные на носу на пути движения воздушного
потока, изменяют свое сопротивление при выдохе, в МК фиксируется значение напряжения, что характеризует наличие или отсутствие ороназального потока.
В блоке пульсоксиметрии с МК на светодиоды 3 ИК и К диапазонов подается сигнал с частотой 10 и 7 кГц соответственно. Проходя через
биоткань, излучение фиксируется фотоприемниками 4. Зачем полученный
сигнал проходит через усилитель 5, на полосовом фильтре 6 подавляются
помехи на несущих частотах 10 и 7 кГц. На фазовом детекторе 7 осуществляется обработка сигнала с целью построения огибающей и получения
полезного сигнала. На интеграторе 8 происходит выделение полезного
сигнала, который в дальнейшем поступает в МК, где и происходит определение степени оксигенации крови кислородом и вычисление частоты
сердечных сокращений.
Блок бесконтактной регистрации движения грудной клетки представлен ультразвуковым датчиком 11 типа MA400A1 (табл. 1), на который
подаются пачки импульсов, длительностью 125 мкс и паузой 10 мс. Получение пачек осуществляется пропусканием сигнала с генератора частоты 9
через формирователь импульсов 10.
Таблица 1
Технические характеристики
ультразвукового приемопередатчика MA400A1
Диаметр
11 мм
Чувствительность
– 74 дБ
Угол рассеяния
7°
Разрешение
1 мм
Детектируемое расстояние
0.06 – 0.3 м
Рабочая частота
400 кГц
Средняя мощность передатчика
10 мВт
Средняя мощность приемника
10 мкВт
296
Приборы и медико-биологическое оборудование
Выбранный ультразвуковой датчик обладает узкой диаграммой направленности (угол рассеяния 7 градусов), что обеспечивает прием и выделение сигнала в условиях помех. При измерении расстояния до объекта –
грудной клетки человека достигается разрешение до 1 мм.
Принимаемый УЗ датчиком сигнал и сигнал с генератора частоты
проходят через смеситель 12, где происходит выделение частоты Доплера.
Затем сигнал с частотой Доплера усиливается 13, проходит через фильтр
нижних частот 14 и подается на компаратор 15, с выхода которого получают импульсы с частотой, равной частоте Доплера. Эти импульсы подаются на микроконтроллер МК, где и происходит их дальнейшая обработка.
С микроконтроллера данные поступают в персональный компьютер, где происходит построение графиков зависимостей исследуемых параметров дыхательной и сердечно-сосудистой систем человека во время
сна.
Разработанный комплекс позволит диагностировать синдром обструктивного апноэ сна на ранней стадии развития и вовремя назначить
лечение. Существенным достоинством предложенной технической реализации комплекса является наличие бесконтактного способа контроля движения грудной клетки, что обеспечивает надежность измерения и комфорт
пациента.
Список литературы
1. Бузунов Р.В., Ерошина В.А, Диагностика и лечение храпа и синдрома обструктивного апноэ сна. Москва, 2007.
2. УкрТелеМед медицинский центр – апноэ, http://www.ukrtelemed.com/apnoe.php
3. Бузунов Р.В., Ерошина В.А, Легейда И.В. Храп и синдром обструктивного апноэ сна (учебное пособие для врачей). Москва, 2007.
4. «Столица-медикл»/Апноэ во сне (версия для врачей).
http://www.smed.ru/guides/67076/doctor/#article
Савельев Валерий Викторович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой
pbs.tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ивахно Наталия Валериевна, канд. техн. наук, доц.
ivakhno@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
кафедры
Мизарев Алексей Михайлович, магистрант, pbs.tula@rambler.ru, Россия, Тула,
Тульский государственный университет
HARDWARE REALIZATION OF DIAGNOSTICS RESPIRATORY ARREST DURING
THE SLEEP
V.V. Saveliev, N.V.Ivakhno, A.M. Misarev
297
Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 9. Ч.2
The method of construction of hardware and software, to diagnose sleep apnea, using simultaneous monitoring of the four parameters of the person during sleep snoring, the
presence oronazalny flow, the movement of the chest, the degree of oxygen saturation.
Key words: obstructive sleep apnea, blood oxygen saturation, the hardware-software
complex movement of the chest.
Saveliev Valery Viktorovich, doctor of technical science, professor, manager of
department, pbs.tula@ramler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Ivakhno Natalia Valerievna, candidate of
pbs.tula@ramler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
technical
science,
docent,
Misarev Aleksey Mikhilovich, undergraduate, pbs.tula@ramler.ru, Russia, Tula,
Tula State University
УДК 681.7
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ
МОБИЛЬНЫХ КОЛЕСНЫХ РОБОТОВ
Е.В. Филиппова
Рассматриваются вопросы проектирования систем технического зрения и
представлен пользовательский интерфейс моделирования движения мобильных колесных роботов.
Ключевые слова: мобильные колесные роботы, системы технического зрения,
программный продукт, спектральные характеристики.
Робототехнические системы характеризуются повышенной мобильностью, активным взаимодействием с внешней средой, расширенными способностями приспособления к сложному, неопределенному и подвижному окружению. Высокие качественные характеристики и подвижность так называемых мобильных колесных роботов (МКР) используется
для выполнения целого ряда операций, таких как обход препятствий, проникновение в труднодоступные зоны, выбор удачного подхода к внешним
объектам и прецизионное движение по сложным криволинейным трассам с
сохранением требуемой ориентации в пространстве.
Автономный подвижный робот является сложной управляемой
электромеханической системой, состоящей из ходовой части и многоуровневой системы управления движением. В нем одновременно протекают
механические процессы - движение робота и информационные процессы обработка сигналов измерительных устройств и формирование управляющих сигналов.
298