Область наук:
  • Медичні технології
  • Рік видавництва: 2006
    Журнал: Известия Південного федерального університету. Технічні науки
    Наукова стаття на тему 'Аналіз структури сигналів акселерометрів при русі людини по пересіченій місцевості'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз структури сигналів акселерометрів при русі людини по пересіченій місцевості»

    ?Известия ТРТУ

    Тематичний випуск

    дозволяє проводити навчання нейромережі при досить великий розкид станів, потрібно лише одне - оцінка стороннім методом значення вихідної величини.

    БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

    1. Ломов Б.Ф. Діяльність оператора в системі «людина-машина» / Основи інженерної

    психології. Під ред. Б.Ф. Ломова. - М .: Вища школа. 1986. - С. 169-196.

    2. Практикум із загальної, експериментальної і прикладної психології: Учеб. посібник / В.Д..

    Балин, В.К. Гайда, В.К. Гербачевського та ін .; Під загальною редакцією А.А. Крилова, С.А.

    Манічева. - СПб: Пітер, 2000. - 560 с. - ( «Практикум з психології»).

    3. Теорія автоматичного управління. Мірошник І.В. - СПб: Пітер, 2006. - 272 с.

    С.А. Синютин

    АНАЛІЗ СТРУКТУРИ СИГНАЛОВ акселерометр ПРИ РУСІ ЛЮДИНИ по пересіченій місцевості

    Холтерівське моніторування ЕКГ (ХМ ЕКГ) - добова запис одного або декількох відведень ЕКГ - давно вже стало рутинним дослідженням, і сучасний кардіолог вже не уявляє собі, як можна лікувати складні порушення ритму серця або ІХС, не проводячи ХМ ЕКГ. Цінність методу очевидна: тривале дослідження в процесі звичайної життєвої діяльності пацієнта з реальними навантаженнями, емоціями, стресами.

    При оцінці динаміки ЕКГ і трактуванні клінічної значущості виявлених змін необхідно враховувати при яких обставинах і при якому навантаженні зареєстрований даний фрагмент ЕКГ. Для цього пацієнтам пропонують вести щоденник, в якому відбивається його фізична активність і самопочуття.

    Для кардіолога знання механічної потужності, що розвивається пацієнтом в момент запису ЕКГ - дуже важлива додаткова інформація. Особливу цінність представляє дослідження взаємозв'язку потужності, що розвивається і параметрами ЕКГ: частотою серцевих скорочень (ЧСС), зміщенням сегмента 8Т, зміною інтервалів Рр, рТ, а також зміною водія ритму і ектопічних джерел ритму. В даний час реакцію на навантаження досліджують тільки під час велоергометричного дослідження на трендміле (амбулаторно) або під час ХМ за допомогою сходовій проби. Недолік обох досліджень - короткочасність, а для велоергометричного дослідження ще й нефізіологічность. У доповіді представляються результати розробки програмного забезпечення добового монітора-поліграфа, який здійснює синхронну запис двох біполярних відведень ЕКГ і двох проекцій вектора прискорення центра ваги тіла людини на вертикальну (У) і фронтальну (Х) осі. По осі У фіксується складова прискорення «вгору-вниз», а по осі Х - «вперед-назад». Взагалі при русі людини вектор прискорення центра ваги описує складну просторову фігуру, і для повного запису її необхідна реєстрація проекції на всі три осі (Х, У, 2). Разом з тим, проведені нами дослідження показали, що поперечна складова (по осі 2) невелика за амплітудою і симетрична по величині, і для оцінки потужності, що розвивається досить двох осей - Х і У.

    Принцип вимірювання заснований на другому законі Ньютона:

    Р = т • а.

    Оскільки маса пацієнта відома, і за час дослідження сильно не змінюється, то знаючи компоненти вектора а, можна визначити і миттєві компо-

    розділ IV

    Прилади й методи структурного аналізу електрофізіологічного сигналу ненти вектора Р. За трендам компонент вектора й можна визначити і миттєві компоненти вектора швидкості V і переміщення. Набір всіх цих величин дозволяє визначити потужність Р.

    Однак насправді рух тіла людини значно складніше, ніж рівноприскореного руху матеріальної точки масою М, і безпосередньо методика, викладена вище, дає неприйнятні похибки. Людина для горизонтального переміщення активно використовує гравітаційне поле Землі і реакцію опор (пол). Це дозволяє значно економити енергію. Порівняємо, наприклад, витрати енергії при ходьбі на 2 км без навантаження, і на 1 км з навантаженням рівній масі вашого тіла. З точки зору механіки матеріальної точки, витрати еквівалентні, але стомлення у випробуваного в другому випадку буде виражено значно сильніше. В результаті досліджень, проведених в ТРТУ, були розроблені алгоритми розрахунку реального навантаження при русі (ходьба, біг) за даними вимірювання компонент вектора прискорення (акселерометр). При цьому, з даних про зміну ах і ау в часі, вдається отримати інформацію про характер руху, потужності і характер шляху (горизонтальний або похилий). Таку інформацію спільно з параметрами ЕКГ (ЧСС, зсув 8Т) можна використовувати для комплексної оцінки реакції серцево-судинної системи на зміну навантаження.

    Обробка сигналів від акселерометра є последовательнопараллельний багатокроковий процес, складовими якого є:

    1) попередня апаратна і програмна фільтрації сигналу з метою захисту від перешкод і ліквідації впливу сторонніх механічних прискорень (використовується набір фільтрів з кінцевою імпульсною характеристикою (КИХ-фільтри);

    2) структурний аналіз фаз руху на базі адаптивного фільтра з учнями коефіцієнтами;

    3) швидке перетворення Фур'є для структурного аналізу сигналу з метою виокремлення внеску в прискорення центру мас фрагментів тіла;

    4) обробка спектрів за допомогою нейронної мережі зі зворотним поширенням помилки для отримання миттєвої потужності, що розвивається людиною.

    До входів зовнішнього шару нейронів мережі підводяться дані про масу і геометричних характеристиках тіла.

    Виходом останнього процесу є шукана величина - потужність.

    Таким чином, традиційна система ХМ ЕКГ доповнено новою опцією: проводиться синхронне моніторування, математична обробка ЕКГ і просторової проекції вектора прискорення центра ваги тіла людини. Це надає додаткову можливість - дозволяє в условіях_естествен-ної рухової активності проводити аналіз змін ЕКГ з урахуванням динамічно змінюється і кількісно оцінюється потужності, що розвивається пацієнтом (у ВАТ).

    Співвідношення динаміки різних параметрів ЕКГ з динамікою потужності розвивається пацієнтом при навантаженні, дозволяє оцінити функціональний клас пацієнта і виконану ним роботу. В результаті розкриваються нові можливості об'єктивізації реакції на фізичні навантаження серцево-судинної системи в умовах природного руху, що дозволяє уточнити діагностичні висновки і оптимізувати програми фізичної реабілітації пацієнтів із захворюваннями серцево-судинної системи.


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити