Разработка аппаратно-программного комплекса на наносенсорах, специальных алгоритмов и программ для неинвазивного наблюдения за состоянием спонтанной активности клеток миокарда исследования микропотенциалов сердца в режимах суточного и многосуточного мониторинга

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-79-00148

НазваниеРазработка аппаратно-программного комплекса на наносенсорах, специальных алгоритмов и программ для неинвазивного наблюдения за состоянием спонтанной активности клеток миокарда исследования микропотенциалов сердца в режимах суточного и многосуточного мониторинга

Руководитель Турушев Никита Владимирович, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" , Томская обл

Конкурс №70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-609 - Автоматизированные комплексы для биологии и медицины

Ключевые слова аппаратно-программный комплекс, наносенсор, носимый, высокое разрешение, микропотенциалы сердца, реальное время, суточное мониторирование, многосуточное мониторирование, фибрилляция предсердий, клетка миокарда, спонтанная активность

Код ГРНТИ76.13.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Одной из острых проблем здравоохранения является поддержание здоровья сердечно-сосудистой системы. Согласно статистическим исследованиям, проведенным Всемирной организацией здоровья, годовая доля смертности от заболеваний сердца относительно всех смертей составляет 31 процент, более всего данному виду смертности подвержены люди с низким и средним достатком. Американское сообщество кардиологов в докладе от 2018 года сообщает, что смертность от нарушений работы сердца занимает лидирующее положение, по прогнозам врачей к 2035 году в США более 45% всего населения будет страдать от сердечно-сосудистых заболеваний. Анализ, проводимый по данным Росстата, так же показывает значительную долю смертности от сердечных заболеваний: в 2017 году она составила 65,1% для женщин и 50,1% для мужчин. Исследования, проводимые американским сообществом кардиологов, показывают, что одной из распространенных причин сердечной смерти является неосведомленность пациентов об аномальном состоянии здоровья, в результате чего не были заблаговременно приняты меры по корректировке его образа жизни и назначены необходимые медицинские процедуры или меры предосторожности. Другой распространенной причиной является неосведомленность медицинского персонала о существующих аномалиях. Неосведомленность вызвана, прежде всего, тем, что в существующей практике наблюдение за пациентом осуществляется c помощью аппаратуры, имеющей низкое разрешение, как по уровню регистрируемого сигнала, так и по частотному диапазону, которая неспособна неинвазивно регистрировать и анализировать микропотенциалы, характеризующие спонтанную активность клеток миокарда. Данная аппаратура не может обнаружить ранние ишемические очаги, которые при дальнейшем развитии приводят к аритмии как желудочковой, так и предсердной, и в конечном итоге к внезапной сердечной смерти. Необходимо увеличивать не только разрешение аппаратуры, но также периодичность исследований и его длительность. Так же аритмии могут стать причиной возникновения тромбов, являющихся критически опасными для жизни человека, так как могут привести к инсульту. Определенные виды аритмий, например фибрилляции предсердий (ФП), не определяются при диспансеризации и требуют специальной диагностической стратегии, применяемой к пациенту. Согласно результатам нескольких исследовательских групп, количество определяемых эпизодов ФП увеличивается со временем наблюдения. Например, при анализе 122815 записей длительной ЭКГ было обнаружено, что в первые сутки исследований было обнаружено 45% эпизодов ФП, за 2 дня – 61%, за 7 дней – 91% и за 12 – 100 %. В другом исследовании первое проявление ФП возникало в среднем только через 18 часов после начала записи, а 14,3% всех первых случаев после 48 часов записи, что превышает, как обычную длительность записи стандартной ЭКГ, так и распространенной суточной кардиограммы по Холтеру. Существующие технические средства, способные на диагностику микропотенциалов сердца, до сих пор применяют метод Симсона, основанный на усреднении не менее 300 - 500 похожих кардиоциклов, что труднореализуемо для пациентов с аритмией, требует дополнительной обработки после проведения исследования. Применяемые конвенционные методы не позволяют оценивать состав микропотенциалов при различных редких аритмических эпизодах и детектируют только регулярные компоненты ЭКГ. Таким образом, встает вопрос разработки, усовершенствования и использования методов и технических средств для долгосрочного и периодического исследования сердечно-сосудистой системы, которые позволят не только проводить исследования в течение длительного периода (например, в течение нескольких суток, в течение нескольких лет), но и составлять полную карту изменения состояния человеческого сердца, скрупулезно анализируя и обнаруживая аномалии, которые могут являться предвестниками таких жизнеугрожающих событий, как инфаркты, инсульты и внезапная остановка сердца. Актуальность работы для мирового сообщества заключается так же в наработке базы данных исследований для электрокардиологии, в частности полезной для научных исследований, связанных с микропотенциалами, так как большая часть опубликованных работ на данную тему связана с методом Симсона. Тенденция такой направленности обусловлена наличием шумов в области интереса на ЭКГ при записи стандартными средствами измерения, что усложняет использование других методов. По этой причине новый набор данных для анализа ЭКГ, позволит мировому сообществу взглянуть на данную область науки с другой стороны. В рамках предлагаемой темы будут разработаны: 1) Управляемый смартфоном с возможностью удаленного мониторинга через мобильную сеть постоянно носимый аппаратно-программный комплекс на наносенсорах, который при динамических суточных и многосуточных исследованиях сердца позволит регистрировать без фильтрации и последующего усреднения электрокардиограмму с микропотенциалами в диапазоне частот от 0 до 3500 Гц, уровнем от 1 мкВ, с частотой дискретизации 16 кГц. 2) Будут разработаны алгоритм и программа для оценки спонтанной активности клеток миокарда, позволяющая определить количество микропотенциалов и их энергию в различных амплитудных и временных интервалах, построить гистограммы распределения микропотенциалов по амплитуде с шагом 0,1 мкВ и по длительности с шагом 0,1 мс для любого вида аритмии и отклонений формы ЭКГ от стандартной. 3) Будут получены результаты предварительных исследований сердечно-сосудистой системы человека постоянно носимым АПК на добровольцах в расширенном диапазоне частот в режиме суточного и многосуточного мониторинга сердца и верифицированы на добровольцах: - с нормально функционирующим сердцем; - у которых обнаружены очаги ишемии и известны их размеры и локализация; - у которых имеются дополнительные проводящие пути, приводящие к аритмии.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ