В.В.Крижановский, В.В.Крижановский-мл.

Источник

В последнее время происходит активное внедрение новых информационных технологий в различные области практической медицины. Важное место в этом процессе занимают компьютерные системы, обеспечивающие автоматизацию накопления и обработки больших объемов информации, получаемой как при профилактических обследованиях, так и при дифференциальной диагностике состояния различных органов человека. Эффективность применения этих систем для выявления патологий респираторного тракта подтверждается многочисленными публикациями отечественных и зарубежных авторов (обширная библиография представлена в ретроспективных обзорах [1] и [2]). В работах [1 –5] рассмотрены подходы к объективизации аускультативных данных, выявлению и формализации характерных патологических признаков, а также разработке эффективных вычислительных алгоритмов обработки и принятия решений. Перспективность развития этого направления медицинской компьютерной диагностики подтверждается патентованием подобных систем в США [6 –8]. Большой объем теоретических и экспериментальных исследований по разработке компьютерных комплексов для анализа и диагностики состояния респираторного тракта человека выполнен сотрудниками Института гидромеханики НАН Украины под руководством академика НАН Украины В. Т. Гринченко. Некоторые аспекты этих исследований, касающиеся использования подобных систем для выявления акустическими методами патологий респираторного тракта человека, освещены в работах [9 –12]. Практическим воплощением накопленного опыта явилась разработка нескольких модификаций упомянутых компьютерных комплексов, которые в настоящее время проходят предварительные клинические испытания. Важным компонентом любой компьютерной системы является ее программное обеспечение. В данной работе рассматривается разработанный в Институте гидромеханики НАН Украины пакет программ, предназначенный для многоканальной синхронной регистрации группой датчиков звуков дыхания, их анализа, классификации, документи- рования, а также формирования базы данных и ее архивов.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТРУКТУРЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ И ПРО ГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

В компьютерную систему включены следующие основные элементы (рис. 1):

1) специализированное кресло пациента с высокочувствительными сенсорами для регистра- ции звуков дыхания;

2) процессорный блок ПК с установленной на шину ISA специализированной 16-разрядной платой аналого-цифрового преобразователя (АЦП) L-1221;

3) цветной монитор;

4) акустическая система;

5) полихромный принтер.

Регистрация звуков дыхания осуществляется с помощью специально разработанных в Институ- те гидромеханики НАН Украины высокочувствительных пьезоакселерометров с малошумными предусилителями. С выхода предусилителей сигналы поступают на информационные дифференциальные входы 8-канальной платы АЦП L-1221 (изготовитель ЗАО L-CARD, Москва, Российская Федерация), где осуществляется их предварительная фильтрация и синхронное по всем каналам преобразование в 16-разрядные цифровые коды с заданной частотой дискретизации. Для оци- фровки сигнала используется сигма-дельта АЦП со встроенными антиалайзинговыми фильтрами для устранения эффектов наложения спектров. Преобразованные данные записываются в файл на жестком диске и с помощью разработанно- го в институте пакета программ производится их экспресс-анализ. При этом обеспечивается визуализация результатов анализа на цветном мониторе и их документирование на полихромном принтере. По желанию оператора с помощью акустической системы может быть выполнен аудиоанализ данных. Пакет программ, используемый в компьютерной системе, содержит четыре программных мо- дуля, которые разработаны с использованием инструментальной среды C++Builder под управлением операционной системы Windows’98.

Первый модуль реализован на основе поставля- емого к плате АЦП L-1221 драйвера и обеспечи- вает многоканальный синхронный ввод и запись данных в файл на жестком диске с возможностью выбора частоты дискретизации и диапазона вхо- дных уровней сигнала. Второй модуль предназначен для проведения экспресс-анализа полученных данных. На его основе могут быть решены следующие задачи:

• настройка на плату АЦП;

• считывание данных с жесткого диска, их ви- зуализация и контроль ограничения уровней;

• оценка и визуализация спектральной плотнос- ти мощности (СПМ) сигналов;

• оценка и визуализация двумерных СПМ (ре- спиросонограмм) сигналов;

• оценка межканальной когерентности спе- ктральных компонент сигналов;

• оценка межканальных фазовых задержек спе- ктральных компонент сигналов;

• адаптивная классификация СПМ сигналов на основе эталонных данных;

• ранговая классификация по структуре СПМ сигналов;

• цифровая фильтрация входных сигналов;

• аудиоанализ сигналов, а также считывание и запись данных в wav-формате;

• оказание помощи пользователю на основе кон- текстной справочной системы.

Третий модуль используется для формирова- ния базы данных регистрируемых звуков дыха- ния, которая программно связана с бесплатно ра- спространяемой системой TherDep4s [13], предна- значенной для автоматизации ведения базы дан- ных многопрофильной больницы. Последняя со- держит, в частности, электронные формуляры ме- дицинских карточек пациентов. Четвертый модуль используется для архивиро- вания структуры сформированной базы данных. Для эффективной работы программного обеспече- ния рекомендуется процессор с тактовой частотой не ниже 230 МГц, оперативная память не ниже 64 Мб и свободное пространство на жестком диске не менее 50 Мб.