МОДУЛЬ РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ КАРДИОРЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………...………………………5 1 ОПИСАТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ………………………………………………………..…...….....6 1.1 Актуальность проблемы…………………………………………………………………....6 1.1.1 Физиология сердечно-сосудистой системы…………………………………………..6 1.1.2 Физиология дыхательной системы……………………………………..…………….11 1.1.3 Взаимосвязь кардиоритма и дыхания………………………………………..…...….14 1.2 Методы и средства решения проблемы………………………………….………………16 1.2.1 Регистрация сердечных ритмов……………………………………...……………….16 1.2.2 Регистрация дыхательных ритмов…………………………………………………...20 1.3 Аналитический обзор по выбранному методу решения………...……………………...25 1.4 Сравнительный анализ существующих средств………………...………………………26 2 РАЗРАБОТКА МОДУЛЯ КАРДИОРЕСПИРАТОРНОГО МОНИТОРА…………..…27 2.1 Разработка структурной схемы………………………………………………………...…27 2.2 Разработка принципиальной схемы…………………………………………...………....32 2.3 Разработка алгоритма функционирования и ПО………..……………………………....45 ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………..………………………...……….50 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………………………......51 ПРИЛОЖЕНИЕ А ...…………………………………………......……....……………………54 ПРИЛОЖЕНИЕ Б……………………………………………………………………………..55 ПРИЛОЖЕНИЕ В……………………………………………………………………………..56 ПРИЛОЖЕНИЕ Г……………………………………………………………………………..59

1 Здравоохранение [Электронный ресурс] / Официальный сайт Федеральной службы государственной статистики// URL: https://rosstat.gov.ru/folder/13721 (дата обращения: 14.10.2021). 2 Сметанкин, А. А., Ивановский Ю. В, Вартанова Т. С., Быков А. Т, Сборник статей «Общие вопросы применения метода БОС» [Текст] // САНКТ-ПЕТЕРБУРГ СПб.: ЗАО «Биосвязь» - 2008. – С.102. 3 Kabir MM, Dimitri H, Sanders P, Antic R, Nalivaiko E, et al. (2010) Cardiorespiratory Phase-Coupling Is Reduced in Patients with Obstructive Sleep Apnea. PLoS ONE 5(5): e10602. doi: 10.1371/journal.pone.0010602. 4 Баевский, Р. М. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем / Р.М. Баевский, Г.Г. Иванов, Л.В. Чирейкин и др. // Вестник аритмологии. – 2001. – № 24. – С. 69-85. 5 Yasuma, F. Respiratory sinus arrhythmia Why does the heartbeat synchronize with respiratory rhythm? / К. Yasuma, J. Hayano // Chest. – 2004. – Vol. 25. – P. 683-690. 6 Ben-Tal, A. Central regulation of heart rate and the appearance of Respiratory Sinus Arrhythmia: new insights from mathematical modeling / A. BenTal et al. // Mathematical biosciences. – 2014. – p. 71-82. 7 Рубин, Л. Р. Электродиагностика [Текст] / Л.Р. Рубин // Многотомное руководство по неврологии. Семиотика и диагностика нервных заболеваний. -М.: Медгиз, 1962.- Т. 2. - С. 355-385. 8 Водолазский, Л. А. Основы техники клинической электрографии [Текст] / Л.А. Водолазский. - М.: Медицина, 1966. -272 с. 9 Morganroth J.К Eletrocar diographic Monitoring in COPD Patients Receiv ing Tiotropium [Текст]/J.К. Morganroth. - J Chron Obstruct Pulmon Dis 2004.- 267 с. 10 Димитриев, Д. А. Оценка респираторной синусовой аритмии посредством анализа графи-ка Пуанкаре / Д. А. Димитриев и др. // Вестник ЧГПУ им И.Я. Яковлева. – 2015. – №1. – С. 3-8. 11 Bleifer S.B. Diagnostic of occult arrhythmias by Holter Electrocardiography [Текст]/S.B. Bleifer. - Prog Cardiovasc Dis, 1974. - 569 с. 12 Eckberg, D. L. Correlation among heart rate variability components and autonomic mechanisms / D. L. Eckberg et al. // Dynamic electrocardiography. N. Y. : Blackwell Futura. – 2004. – P. 31-39 13 Юматов, Е. А. Экзаменационный эмоциональный стресс у студентов / Е. А. Юматов и др. // Физиология человека. – 2001. – Т. 27. – № 2. – С. 104-111. 14 Grossman, P. Toward understanding respiratory sinus arrhythmia: relations to cardiac vagal tone, evolution and biobehavioral functions / P. Grossman, E. W. Taylor // Biological psychology. – 2007. – Vol. 74. – № 2. – p. 263-285. 15 Guzik, P. Correlations between the Poincare plot and conventional heart rate variability parameters assessed during paced breathing / P. Guzik, J. Piskorski, T. Krauze, R. Schneider, K. H. Wesseling, A. Wykretowicz, H. Wysocki // The Journal of Physiological Sciences. – 2007. – Vol. 57(1). – p. 63-71. 16 Мартынова, В. Ю. Методы анализа вариабельности сердечного ритма / В. Ю. Мартынова, И. С. Свирин, Е. Н. Солодова // Евразийский Союз Ученых. – 2014. – №8. – С. 8. 17 Бокерия, Л. А. Вариабельность сердечного ритма: методы измерения, интерпретация, клиническое использование / Л. А. Бокерия, О. Л. Бокерия, И. В. Волковская // Анналы аритмологии. – 2009. – №4. – С. 21-32. 18 Нестерова, Е. А. Основы электрокардиографии. Нормальная ЭКГ / Е.А. Нестерова // Кардиология: Новости. Мнения. Обучение. – 2016. – №2 (9). – С. 77-85. 19 Cocconcelli, Federico & Mora, Niccolo & Matrella, Guido & Ciampolini, Paolo. (2020). High-Accuracy, Unsupervised Annotation of Seismocardiogram Traces for Heart Rate Monitoring. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. PP. 1-1. 10.1109/TIM.2020.2967135. 20 Реография [Электронный ресурс] / Большая Медицинская Энциклопедия (БМЭ), под редакцией Петровского Б.В., 3-е издание // URL: https://бмэ.орг/index.php/РЕОГРАФИЯ (дата обращения: 19.05.2022). 21 Техническая документация к микросхеме ADS1192 [Электронный ресурс] / Официальный сайт производителя Texas Instruments // URL: https://www.ti.com/lit/gpn/ads1192 (дата обращения: 19.05.2022). 22 Техническая документация к микросхеме AFE4960 [Электронный ресурс] / Официальный сайт производителя Texas Instruments // URL: https://www.ti.com/lit/gpn/afe4960 (дата обращения: 19.05.2022). 23 Техническая документация к микросхеме [Электронный ресурс] / Официальный сайт производителя Texas Instruments // URL: https://www.ti.com/lit/gpn/afe49i30 (дата обращения: 19.05.2022). 24 Техническая документация к микросхеме ADS1292R [Электронный ресурс] / Официальный сайт производителя Texas Instruments // URL: https://www.ti.com/lit/gpn/ads1292 (дата обращения: 5.05.2022). 25 Техническая документация к микроконтроллеру ATmega32U2-AU [Электронный ресурс] / Официальный сайт производителя Microchip // URL: https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/doc7799.pdf (дата обращения: 5.05.2022). 26 Техническая документация к изолятору ADuM4160 [Электронный ресурс] / Официальный сайт производителя Analog Devices // URL: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADuM4160.pdf (дата обращения: 5.05.2022). 27 Техническая документация к изолятору ADuM3160 [Электронный ресурс] / Официальный сайт производителя Analog Devices // URL: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADuM3160.pdf (дата обращения: 19.05.2022). 28 Техническая документация к изолятору питания DCH010505S [Электронный ресурс] / Официальный сайт производителя Texas Instruments // URL: https://www.ti.com/lit/gpn/dch010505s (дата обращения: 5.05.2022). 29 Техническая документация к линейному регулятору напряжения TPS7A20 [Электронный ресурс] / Официальный сайт производителя Texas Instruments // URL: https://www.ti.com/lit/gpn/tps7a20 (дата обращения: 5.05.2022). 30 Техническая документация к контроллеру заряда BQ25175 [Электронный ресурс] / Официальный сайт производителя Texas Instruments // URL: https://www.ti.com/lit/gpn/bq25175 (дата обращения: 5.05.2022). 31 Полярность CPOL и фаза CPHA в SPI [Электронный ресурс] / IAmAProgrammer-BlogStore // URL: https://www.cnblogs.com/shangdawei/p/4752476.html (дата обращения: 19.05.2022).

1 ОПИСАТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ 1.1 Актуальность проблемы Организм стремится поддержать постоянство газового состава крови (гомеостаз), что обеспечивается различными механизмами регуляции. Так как дыхательная и сердечно-сосудистая системы являются основными физиологическими системами, то для «совершенного» гомеостаза необходимы три условия: 1) Оптимальная работа дыхательной системы; 2) Оптимальная работа сердечно-сосудистой системы; 3) Оптимальная синхронизация работы дыхательной и сердечно-сосудистой систем. О физиологических механизмах раздельной работы дыхательной и сердечно-сосудистой систем известно достаточно хорошо и можно выявить нормальную или нарушенную функцию. А вот об их взаимосвязанной работе известно гораздо меньше, хотя это наиболее важно. Необходимо учитывать, что деятельность сердечно-сосудистой системы автономна, т.е. практически не подвластна сознательному контролю, хотя известно, что частоту сердечных сокращений (ЧСС) произвольно можно уменьшить в среднем на 2-4 уд/мин, а увеличить — на 5-8 уд/мин, причем уменьшение или увеличение ЧСС, как правило, достигается не прямо, а опосредованно. Например, увеличение ЧСС достигается через воспроизведение эмоционально окрашенных образов, а уменьшение ЧСС часто связано с нервно-мышечной релаксацией. В отличие от сердечно-сосудистой системы, деятельность дыхательной системы подвластна произвольному контролю: по желанию человек может задержать дыхание или, наоборот, начать дышать быстро. Механизмы произвольного управления дыханием широко используются в различных методиках оздоровления и лечения, величина ДАС позволяет говорить об общих регуляторных взаимосвязях в деятельности дыхательной и сердечно-сосудистой систем, которые в конечном итоге обуславливают гомеостаз внутренней среды организма [2].