Разработка приборов для оценки состояния сердечно-сосудистой системы

Эти разработки основаны на принципе регистрации пульсовой волны объема с помощью оптических сенсоров, работающих в видимом и инфракрасном диапазоне. Излучение от оптического источника проходит через сосуды и ткани человека и регистрируется с помощью высокочувствительного фотодетектора.

Главным нашим «ноу-хау» в этих разработках являются уникальные алгоритмы цифровой обработки сигналов с оптических сенсоров, позволяющие получить клинически значимые оценки состояния сердечно-сосудистой системы, такие как:

  • состояние функции эндотелия в системе микроциркуляции;
  • состояние эндотелия в крупных мышечных артериях;
  • жесткость артериальной стенки (индекс жесткости, индекс аугментации);
  • биологический возраст сосудов;
  • величина центрального артериального давления;
  • уровень стресса на основе вариабельности сердечного ритма;
  • уровень насыщения гемоглобина кислородом (SpO2);
  • частоту пульса и более 30 других параметров.

Все цифровые алгоритмы обработки сигналов основаны на исключительно научных медицинских методах оценки состояния сосудов, разработанных как в зарубежных, так и в российских клиниках и многократно верифицированных нашим научным руководителем проекта д.м.н. проф. Парфеновым Александром Сергеевичем. Приборы прошли многочисленные испытания в ведущих медицинских учреждениях России, на некоторые разработки получены регистрационные удостоверения Минздрава РФ.

С инженерной точки зрения каждая разработка представляет собой сложное электронное устройство, в состав которого могут входить следующие компоненты:

  • 32-разрядный микропроцессор (ядра Cortex-M3, Cortex-M4F) с развитым набором периферийных модулей;
  • широкий набор цифровых и аналоговых сенсоров. Помимо оптических, в приборах использованы дополнительные датчики: акселерометры, гироскопы, датчики давления, температуры, влажности;
  • графический дисплей с богатым набором функций для выдачи графической и текстовой информации на экран в процессе работы;
  • энергонезависимая память на базе микросхем FLASH памяти или SD-карт с поддержкой полноценной файловой системы;
  • интерфейс USB (full- или high-speed);
  • беспроводной интерфейс Bluetooth Low Energy;
  • набор цифровых интерфейсов: SPI, UART, I2C;
  • аккумулятор с встроенной системой заряда.

Особенностью программного обеспечения является цифровая обработка сигналов а масштабе реального времени, позволяющая получать оценки непосредственно в момент регистрации сигнала. В некоторых приборах для управления процессом разделения времени между задачами используется операционная система реального времени (FreeRTOS). Чаще эта задача решается с помощью интенсивного использования контроллера прерываний микропроцессора, что позволяет максимально снизить расход ресурсов процессора на управление задачами.

В случае разработки носимых или портативных устройств, питающихся от аккумуляторов, мы уделяли большое внимание снижению уровня энергопотребления для обеспечения наибольшей продолжительности непрерывной работы. Для решения этих задач мы использовали специальные схемотехнические решения, подобрали компоненты с оптимальными характеристиками, активно задействовали режимы пониженного потребления (Sleep, Power Down) применяемого микропроцессора при разработке встроенного ПО.

Также в процессе ряда разработок был проведен большой объем работ, связанных с разработкой оригинального дизайна прибора, конструкторской документации на корпусные детали и пресс-форму, а также на жесткие и гибкие печатные платы с высоким уровнем миниатюризации аппаратной части.

Каждый наш прибор представляет собой полноценный аппаратно-программный комплекс, в состав которого входит, помимо самого прибора, программное обеспечение для мобильных устройств (ОС Android, iOS), для персональных компьютеров (ОС Windows), облачное хранилище, web интерфейс к облачному хранилищу. Это программное обеспечение превращает каждый прибор в мощный инструмент регистрации, хранения, обработки и анализа медицинских данных как в случае индивидуального, так и случае группового использования (в семье, в клинике, в частной практике). Реализована функция поддержки базы данных пациентов (пользователей) с индивидуальными правами доступа, что открывает широкие возможности для использования наших комплексов для организации телемедицины и удаленного мониторинга пациентов.

Search