ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет Компьютерных Информационных Технологий и Автоматики
Кафедра "Автоматизированных систем управления"
АВТОРЕФЕРАТ МАГИСТЕРСКОЙ РАБОТЫ
на тему:
"РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ФУНКЦИЙ ДЫХАНИЯ НА ОСНОВЕ ПНЕВМОГРАММ В УСЛОВИЯХ ДЕЙСТВИЯ РАЗЛИЧНЫХ НАГРУЗОК"
Выполнил:
магистр группы КСД-01
Коков Антон Александрович
Руководитель:
доц., к.т.н. Секирин А.И.
Донецк - 2006г.
1. Актуальность и научная новизна
В настоящее время становится все более актуальным вопрос в исследовании и изучении органов дыхания. Особенно исследователей заинтересовало внешнее дыхание. На данный момент развития науки и медицинской диагностики, иссле-дования функций дыхания человека базируется, в основном, на базе специального прибора «Спирограф». Данный прибор позволяет снять только основные пара-метры дыхания. Однако в медицине используется еще один аппарат для исследо-вания внешнего дыхания – это «Полиграф». Этот аппарат многофункциональный и снимает не только респираторные данные, но и в целом позволяет оценить функциональное состояние организма человека. Другое название данного аппара-та – «Детектор лжи». В целом оценивать состояние организма человека в маги-стерской работе я не буду, но моей задачей является проанализировать функции дыхания и максимально оценить дыхательную систему человека. Для этого разра-ботана собственная специализированная компьютерная система.
2. Цели и задачи
Цели: исследование функций дыхания человека на основе пневмограмм, по-лученных с помощью аппарата «Полиграф», а также разработка СКС для прове-дения и анализа исследований, а также вывода результатов.
Задачи:
- На базе кафедры биофизики ДонГМУ им. М. Горького провести ис-следования функций дыхания человека на основе пневмограмм, полу-ченных с помощью аппарата «Полиграф»
- Разработать СКС для обработки полученных данных в результате ис-следования в условиях действия различных нагрузок
3. Содержание работы
1. Исследование функции внешнего дыхания. Основные показатели, харак-теризующие состояние функции внешнего дыхания
Все показатели, характеризующие состояние функции внешнего дыхания, условно можно разделить на четыре группы. К первой группе относятся показате-ли, характеризующие легочные объемы и емкости. К легочным объемам относят-ся: дыхательный объем, резервный объем вдоха, резервный объем вдоха, резерв-ный объем выдоха и остаточный объем (количество воздуха, остающееся в легких после максимального глубокого выдоха). К емкостям легких относятся: общая емкость (количество воздуха, находящегося в легких после максимального вдоха), емкость вдоха (количество воздуха, соответствующее дыхательному объему и ре-зервному объему вдоха), жизненная емкость легких (состоящая из дыхательного объема, резервного объема вдоха и выдоха), функциональная остаточная емкость (количество воздуха, остающееся в легких после спокойного выдоха - остаточный воздух и резервный объем выдоха).
Ко второй группе относятся показатели, характеризующие вентиляцию лег-ких: частота дыхания, дыхательный объем, минутный объем дыхания, минутная альвеолярная вентиляция, максимальная вентиляция легких, резерв дыхания или коэффициент дыхательных резервов.
К третьей группе относятся показатели, характеризующие состояние брон-хиальной проходимости: форсированная жизненная емкость легких (проба Тифф-но и Вотчала) и максимальная объемная скорость дыхания во время вдоха и вы-доха (пневмотахометрия).
В четвертую группу входят показатели, характеризующие эффективность легочного дыхания или газообмен. К этим показателям относятся: состав альвео-лярного воздуха, поглощение кислорода и выделение углекислоты, газовый со-став артериальной и венозной крови.
2. Существующие методы. Общее спирографическое исследование
Общее спирографическое исследование дает возможность определить основ-ной обмен по количеству поглощаемого кислорода, глубину и частоту дыхания, минутный объем дыхания, максимальную вентиляцию легких, фракционную жизненную емкость легких (пробу Тиффно и Вотчала), коэффициент использова-ния кислорода, дыхательный эквивалент Антони:
3. Получение и исследование пневмограммы. Медицинский аппаратный комплекс «Полиграф»
В магистерской работе разрабатывается специализированная компьютерная система поддержки принятия решений при исследовании и оценке функций ды-хания человека. Для этого необходимо разработать программное обеспечение, по-зволяющее анализировать цифровой сигнал, называемый пневмограмма, полу-ченный с помощью медицинского аппаратного комплекса «Полиграф».«Полиграф» – многофункциональный прибор для оценки функционального состояния человека. В медицине широко не используется. Поставлялся только в научно-исследовательские центры. По своему функциональному наполнению этот прибор своеобразный «детектор лжи». В виду использования в исследовательских научных и засекреченных военных целях прибор имеет ряд преимуществ, а имен-но: АЦП – 32-канальный, что позволяет передавать одновременно множество данных с разных плат, а также сам аппарат имеет возможность сменять специаль-ные платы, предназначенные для диагностики определенных областей человека.
Схема передачи от импульсов напряжения грудной клетки до обработки файла данных и представления их в виде пневмограммы представлена на рисунке 2.
- Фильтрация сигнала различными методами
- без фильтра (по умолчанию);
- фильтр скользящего среднего;
- оптимальный фильтр;
- рекурсивный фильтр.
- Выявление пиков гармоник и определение вдоха и выдоха
- Расчет основных параметров пневмограммы
- Построение важнейшей характеристики фильтра – АЧХ
4. ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНОГО ПОИСКА И АНАЛИЗА
В результате проведенных исследований и научного поиска были получены практические навыки аккумуляции и сбору информации по интересующей тема-тике. Получены исчерпывающие сведения о состоянии изучаемого вопроса, как в отечественных научных кругах так и заграничных.
Магистерская работа проводится на основе взаимовыгодного сотрудничест-ва двух крупнейших университетов Донецкой области и Украины в целом: выс-шего учебного заведения IV уровня аккредитации Донецкого Национального Технического Университета и Донецкого Национального Медицинского Универ-ситета им. М.Горького. В данной научной области еще не проводились исследо-вания такого рода, но есть все предпосылки к успешному их завершению, а также открытию нового научного направления.