close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Презентация

код для вставкиСкачать
Методы сбора и обработки
биомедицинских сигналов
инфразвукового диапазона
Попов Александр Игоревич, аспирант
Поморский государственный университет
им. М.В. Ломоносова
каф. информационных технологий
aippv@mail.ru
• Рассматриваются методы компьютерной
функциональной диагностики заболеваний
органов брюшной полости на основе анализа
электрогастрограмм и электроэнтерограмм.
• Проводятся обзор и анализ медицинских
информационных систем (МИС),
предназначенных для периферической
электрогастрографии, и алгоритмов
амплитудного и спектрального анализа
биомедицинских сигналов инфразвукового
диапазона.
МЭФ ЖКТ
• Одной из основных функций желудочно-кишечного
тракта (ЖКТ) является эвакуация переработанной
пищи по кишечнику - моторно-эвакуаторная
функция, МЭФ. Нарушения сократительной
способности желудка и кишечника, либо
расстройства ее координации лежат в основе или
являются следствием многих патологических
процессов, зачастую определяя тяжесть состояния
больного и исход заболевания.
• Перистальтика - волнообразное сокращение мышц
полого трубчатого органа, перемещающееся по его
длине и способствующее продвижению его
содержимого. Волны перистальтики следуют друг за
другом непрерывно с определёнными ритмом и
скоростью.
ЭГГ(EGG)
• Электрогастрогафия - метод
исследования двигательной функции
желудка, основанный на регистрации
биопотенциалов желудка с поверхности
тела.
ЭГЭГ(EGG)
• Электрогастроэнтерография - неинвазивный
метод оценки МЭФ ЖКТ (а не только желудка),
основанный на регистрации и анализе изменений
разности потенциалов в определенных точках
поверхности тела пациента.
• Прямая ЭГЭГ: при помощи рентгенографии получают
контур желудка и двенадцатиперстной кишки, на
который затем на накладываются электроды и
осуществляется запись электрических потенциалов с
передней брюшной стенки. (М.А. Собакин).
• Периферическая ЭГЭГ: сигнал регистрируется с
конечностей. (В.А. Ступин).
• В результате записи получаются гастрограмма
(желудок) и энтерограммы (кишечник).
Источник сигналов
• Медленные волны (МВ) - периодические изменения
трансмембранного потенциала мембран клеток
гладких мышц (ГМ).
• Потенциал действия (ПД) - быстрое колебание
мембранного потенциала, возникающее при
возбуждении мышечных, нервных, некоторых
железистых клеток, с помощью которого
осуществляется передача информации в организме
человека и животных. Cокращения ГМ клеток
возникают только при наличии ПД.
• МВ и ПД - компоненты электрической активности ГМ
стенок органов ЖКТ.
• ПД возникают на гребнях МВ, а МВ можно
регистрировать с поверхности тела.
Доминантные частоты отделов
ЖКТ
Каждый участок ЖКТ имеет характерные только для него частоты МВ,
базисные ритмы. Эти частоты находятся в следующих полосах:
Отдел ЖКТ
Толстая кишка
Полоса частот
0,01 - 0,03
Желудок
0,03 - 0,07
Подвздошная кишка
0,07 - 0,13 Гц
Тощая кишка
0,13 - 0,18 Гц
12-перстная кишка
0,18 - 0,25 Гц
Digitrapper EGG
• Производитель: Medtronics Inc.
(США).
• Портативность.
• Габариты: 120х65х25.
• Автономный источник питания.
• Возможность применения для
непрерывного мониторинга в
течение 24 часов.
ЭГС-4М
• Изобретатель: В.Г. Ребров.
• Производитель: МПО ``ЭМА'' (г. Москва).
• Упоминается в Государственном реестре
медицинских изделий по состоянию на 2007 г. (а на
сайте завода - нет).
• Назначение: прямая (электроды на передней
брюшной стенке) и периферическая (электроды на
конечностях) электрогастроэнтерография.
• Содержит электроды, усилитель и систему фильтров,
выделяющих полезную составляющую
электрического сигнала.
• Критика: низкая чувствительность, плохая
помехозащищенность, слабая селекция полезного
сигнала, сложная конструкция системы фильтров
(Красовский С.В., Белобородова Э.И.).
Селективный
электроэнтерогастрограф
• Изобретатели: Яковенко В.Н., Яковенко С.В (Патент
РФ № 2023419, 1994 г.).
• Разработан с целью повышения повышения
эффективности диагностики парезов ЖКТ у
постоперационных больных.
• Осуществляет раздельную регистрацию
биоэлектрической активности желудка, 12-перстной
кишки, тощей и подвздошной кишки.
• Содержит электроды, резонансные фильтры (0.05,
0.2, 0.15, 0.1 Гц).
• Показатели: амплитуда биопотенциалов, их
продолжительность и частота колебаний.
Универсальный
энтерогастрограф
• Изобретатели: Яковенко В.Н., Яковенко С.В (Патент
РФ № 2088150, 1997 г.).
• Осуществляет раздельную регистрацию
биоэлектрической активности желудка, 12-перстной
кишки, тощей и подвздошной кишки, толстой кишки и
ее отделов.
• Cодержит полосовой фильтр с изменяемой частотой
(от 0.01 до 0.5 Гц), резонансные фильтры (0.05, 0.1,
0.15, 0.2, 0.3 и 0.4 Гц) входы которых объединены с
входом первого фильтра, а выход каждого из них
подключен к соответствующему входу самописца.
• Во время записи можно изменять чувствительность в
каждом канале.
Гастроскан-ГЭМ
• Производитель: НПП ``Исток-Система'',
г.Фрязино.
• Регистрирует электрический сигнал от
желудка, двенадцатиперстной, тощей,
подвздошной и толстой кишок при помощи
трех накожных электродов, накладываемых на
конечности пациента.
• Обеспечивает регистрацию состояния
пациента и его действий с помощью
клавиатуры, расположенной на лицевой
панели.
• Сохраняет результаты исследования в базе
данных.
• Габариты: 165х115х40 мм.
ElectroGastroGraphy system
• Производитель: Synectics Medical, Швеция
(www.synecticmedical.com).
• Состав: ElectroGastroGraphy Application, Polygraf ID 8-channel,
Polygraf ID 8-channel
• Polygraf ID (Upgrade), кабели, электроды, токопроводящий гель.
• Многоканальный анализ,позволяющий изучить распределение и
взаимосвязь медленных волн. Отображаются только отсчеты,
выбираемые через минуту.
• Отображение результатов на экране монитора в режиме
реального времени.
• Возможность ведения «дневника симптомов пациента» (UserConfigured Patient Symptom Diary).
• Интуитивный интерфейс, встроенное руководство пользователя.
• Система портативна.
Проводимые исследования
В течение нескольких лет (начиная с 2005 г.) проводятся работы по
созданию аппаратных и программных средств диагностики
методами селективной ЭГГ в:
•Санкт-Петербургской медицинской академии последипломного
образования (МАПО);
•Санкт-Петербургском институте информатики и автоматизации
РАН (СПИИРАН) (Проект 2006 президиума РАН);
В настоящее время ведутся совместные исследования по
созданию нового образца системы в СПИИРАН и Поморском
государственном университете им. М.В. Ломоносова (ПГУ,
Архангельск) (Региональный проект РФФИ_а, 2008-2009 гг).
Образец 1
Образец 2
Функциональная схема систем
образцов 1 и 2
Примеры гастрограмм
Спектры гастрограмм
Примеры гастро- и энтерограмм
Показатели состояния
Информация поступает для интерпретации
гастроэнтерологам-клиницистам в виде
графиков (качественная информация) и
рассчитываемых параметров (количественная):
– Первичные параметры:
•
•
•
Доминантная частота (ДЧ);
Максимумы амплитуд колебаний;
Скорость затухания сигналов после атаки.
– Статистические параметры:
•
•
Распределение величин периодов затуханий;
Распределение пиков колебаний.
Аналого-цифровое
преобразование
Основные характеристики модуля Е24 (LCard):
• 8 каналов, микросхема AD-7714. Одновременно
работают 4 канала АЦП.
• Диапазон при усилении 1: ±2.5 В (биполярный)
• Разрядность АЦП: 24-битный со смещенным кодом
(нулевому напряжению соответствует код 0x800000)
• Различные режимы калибровки
• Программируемое усиление до 128
• Разночастотный ввод от 4.8 Гц до 1000 Гц
• FIFO буфер на 40 байт
Аналого-цифровое
преобразование
Основные характеристики модуля Е270 (LCard):
• Число каналов: до 16
• Частота дискретизации: от 7,6 до 100 Гц.
• Разрядность: от 15 до 11 (в зависимости от частоты)
• Интерфейсы: USB 1.1, USB 2.0, RS-485, RS-232
• Питание: от USB или внешнего источника
• Память программ (Flash): 64 кБ
• Память данных: 3 кБ
• Габариты: 129x95x26 мм
Недостатки
•
•
Вносимые гастрографом:
–
Некачественная аналоговая фильтрация.
–
Индивидуальная разработка в виде отдельных
образцов (1994-1997), не ориентированных на
сопряжение с компьютером.
–
Высокая стоимость гастрографа.
Недостатки ПО:
–
Программа, осуществляющая ввод данных написана
на коммерческом C++ Builder.
–
Данные обследований хранятся только в текстовых
файлах. Специализированная БД отсутствует.
–
Фурье-анализ может быть использован только для
коротких сегментов сигналов, ввиду их
нестационарности.
Результаты Фурье-анализа гастрограммы
Полоса пропускания регулируется в пределах от 0,01 до 0,5 Гц.
Особенности нового образца
МИИС
•
•
•
•
•
Исключение аналогового гастрографа (усиление
способен выполнять E24, фильтрация более
качественно реализуется программно).
Цифровая фильтрация (нерекурсивная, полосовая).
Применение вейвлет-анализа (процесс
нестационарный).
Хранение информации в специализированной базе
данных.
Открытые технологии, кроссплатформенность.
Потоки данных в новой МИИС
Подсистема сбора данных
• Подсистема сбора данных - приложение с открытым
исходным кодом, написанное на C++ на базе QT4.
• Программа обеспечивает ввод и фильтрацию сигнала,
визуализацию, сохранение записей в базе данных.
• Для управления модулем Е24 в Windows используется
библиотека e24api.dll, поставляемая вместе с
модулем.
• Для взаимодействия с базой данных пациентов и
обследований используется SQLite3.
• Программа может быть откомпилирована для запуска
в разных операционных системах.
Цифровая фильтрация
• Входной сигнал подвергается усилению, оцифровке и
фильтрации. Усиление и оцифровка выполняются
модулем E24. Цифровая фильтрация реализована
программно.
• Для ускорения фильтрации в режиме реального
времени могут применяться фильтры с небольшой
длиной оператора. Возникающий эффект Гиббса
подавляется окном Хеннинга. Такая фильтрация,
однако, используется только для визуализации во
время сеанса. Исходный временной ряд сохраняется в
базе данных и в последствии может быть подвергнут
более качественной фильтрации и анализу.
Визуализация при измерениях
• Графики помогают эксперту делать предварительные выводы о
динамике функционирования отдельных органов ЖКТ.
Вейвлет Хаара
WAVE-вейвлет
MHAT
Вейвлет-анализ
Вейвлет-функции были использованы для
определения:
• Моментов времени, в которые имеет
место пиковое значение сигнала или
модуля вейвлет-коэффициента
• Точного значения масштаба (величины,
обратной доминантной частоте)
Вейвлет-анализ
Графики зависимости модулей коэффициентов в базисе Хаара от
вариаций масштаба вейвлет-функций:
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
Документ
Категория
Презентации
Просмотров
59
Размер файла
1 972 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа