А.А. Михеев – д.т.н., профессор, кафедра АСУ, 

Рязанский государственный радиотехнический университет им. акад. В.Ф. Уткина

E-mail: maa0312@yandex.ru

Т.А. Витязева – аспирант, кафедра ИИБМТ; ст. преподаватель, кафедра АСУ, 

Рязанский государственный радиотехнический университет им. акад. В.Ф. Уткина

E-mail: vsv630@yandex.ru

Постановка проблемы. С целью анализа функционального состояния организма человека применяется совместная обработка сигналов кардиоритмограммы и пневмограммы и анализируется их взаимосвязь. Качество такого анализа сильно зависит от синхронности указанных процессов. Такая синхронность естественным образом присутствует в организме человека, однако, теряется при регистрации сигналов традиционными способами. Возникает проблема разработки методов и средств регистрации сигналов кардиоритмограммы и пневмограммы с сохранением их синхронности.

Цель работы – разработка устройства синхронной регистрации сигналов пневмограммы и кардиоритмограммы. Результаты. Разработана структурная схема регистратора сигналов пневмограммы и кардиоритмограммы, обеспечивающего синхронность данных процессов и повышающего качество обработки. В основу устройства положен блок выборки отсчетов сигнала пневмограммы, управляемый сигналами циклов сердечных сокращений. В момент времени, соответствующий заднему фронту сигнала начала очередного кардиоцикла, производится выборка отсчета сигнала пневмограммы и запоминание его значения на время длительности текущего цикла сердечных сокращений. В момент окончания измерения длительности текущего цикла сердечных сокращений, соответствующий переднему фронту сигнала начала следующего цикла, осуществляется формирование синхронной пары отсчетов кардиоритмограммы и пневмограммы за счет задержки отсчета пневмограммы на время измерения. Таким образом, на выходы регистратора выводятся синхронизированные последовательности отсчетов кардиоритмограммы и пневмограммы.

Для проверки работоспособности предложенного решения проведена обработка реальных сигналов пневмограммы и электрокардиосигнала, полученных с помощью опытного образца аппарата ИДК-1 («Индивидуальный диагностический комплекс»), созданного в научно-техническом центре Елатомского приборного завода. Для выявления преимуществ процедуры регистрации сигналов пневмограммы и кардиоритмограммы, предложенной с целью сохранения имеющейся в организме синхронности этих процессов, проведено сравнение предложенной процедуры с процедурой регистрации отсчетов пневмограммы в моменты взятия этих отсчетов. В качестве критерия синхронности зарегистрированных пневмограммы и кардиоритмограммы использовался коэффициент, характеризующий силу связи этих процессов, – индекс Фехнера. Эксперименты показали, что предложенное решение позволяет повысить синхронность анализируемых процессов более чем в 2 раза, приближая ее к естественной синхронности в организме человека.

Практическая значимость. Предложенное устройство синхронной регистрации сигналов кардиоритмограммы и пневмограммы способно существенно повысить достоверность результатов анализа адаптационных возможностей организма и принимаемых на их основе диагностических заключений.

1. Патент № 2195163 А61В5/02 (РФ). Способ оценки функционального состояния человека на основе анализа вариабельности ритма сердца и вариабельности дыхательного цикла / В.М. Михайлов 2020.
2. Патент № 2240035 А61В5/0205 (РФ). Способ определения функциональных резервов регуляции кардиореспираторной системы человека / В.М. Михайлов, Р.М. Баевский, В.М. Баранов, Е.Ю. Берсенева и др. 2004. 
3. Патент № 2392848 А61В5/0205 (РФ). Способ диагностики стресса у человека / Р.П. Карасев, М.М. Лапкин. 2010. 
4. Патент № 2529406 А61В5/0205 (РФ). Способ дистанционной регистрации и обработки электрокардиограммы и дыхания человека и животных / В.Р. Рембовский, И.М. Габибов, В.П. Козяков, В.Л. Филиппов 2014. 
5. Даниченко М.Ю., Мельник О.В., Михеев А.А., Соломаха В.Н., Шувалов П.Л. Оценка синхронизированности деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем организма // Биотехносфера. 2013. № 1(25). С. 2–6.
6. Mikheev A.A., Melnik O.V. Methods of Mutual Analysis of Rhythmocardiogram and Pneumatogram Signals to Evaluate of Body Adaptation Reserves. 3rd Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO – 2014) Proceedings. Budva, Montenegro. IEEE Catalog Number: 978-1-4799-4826-0. P. 311–313.
7. Mikheev A.A., Vityazev C.V., Vityazeva T.A. Heart Beat and Respiratory Signals Joint Processing for the Estimation of Body Adaption System Functionality. 5th Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO – 2016) Proceedings. Bar, Montenegro. IEEE Catalog Number: CFP1639T-POD. P. 415–418.
8. Mikheev A.A., Vityazev C.V., Vityazeva T.A. Synchronization of Heart Rate and Respiratory Signals for HRV Analysis. 7th Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO – 2018) Proceedings. Budva, Montenegro. IEEE Catalog Number: CFP1739T-CDR. P. 549–552.
9. Мурашко В.В., Струтынский А.В. Электрокардиография: Учеб. пособие. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: ООО МЕДпресс; Элиста: АПГ «Джангар». 1998. 313 с.
10. Витязева Т.А., Михеев А.А. Синхронная регистрация сигналов пневмограммы и кардиоритмограммы // Биомедицинская радиоэлектроника. 2019. Т. 22. № 7. С. 16–22.
11. Патент № 2237432. А61В05/0452 (РФ). Устройство для выделения начала кардиоцикла / О.А. Зуйкова, А.А. Михеев. 2004. 
12. Ферстер Э., Ренц Б. Методы корреляционного и регрессионного анализа: Пер. с нем. В.М. Ивановой. М.: Финансы и статистика. 1983. 302 с.