ФГУ "НИИ Трансплантологии и искусственных органов Росмедтехнологий", Москва, ООО "БИОСОФТ-М", Москва, ОАО "ЗИТЦ", Зеленоград
В последнее время во многих странах (США, Япония, Германия и др.) проводится большое количество конструкторских, экспериментальных и клинических исследований, направленных на разработку надежных электрических дефибрилляторов, что обусловлено проведением, так называемых AED-программ (Automated External Defibrillators) [1, 2], проводимых для сердечно-легочной реанимации у больных с внезапной сердечной смертью вследствие фибрилляции сердца во внебольничных условиях. При этом наряду с решением технических проблем основное внимание уделяется поиску оптимального дефибриллирующего импульса, позволяющего проводить дефибрилляцию при наименьшей величине его энергии, что уменьшает повреждающее действие электрического тока на миокард.
Отечественные инженеры и врачи на всем протяжении разработки проблем наружной электрической дефибрилляции (с середины прошлого века), как в теоретическом, так и практическом отношении занимали ведущие позиции.
Известно, что эффективный биполярный дефибриллирующий импульс предложил для клинического применения В. Гурвич [3]., и уже в конце 70-х годов почти на 25 лет раньше, чем в США, в СССР был начат промышленный выпуск бифазных дефибрилляторов [4].
Накопленный в нашей стране большой опыт создания наружных дефибрилляторов позволил Зеленоградскому инновационно-технологическому центру (ОАО "ЗИТЦ") приступить к созданию новых отечественных автоматических (интеллектуальных) дефибрилляторов для клинического применения (АНД-К) и для использования в публичных местах и индивидуальными потребителями (АНД-П) [5].
Необходимым условием создания дефибрилляторов нового поколения является наличие современной экспериментальной базы, позволяющей проводить предклинические исследования на различных биологических объектах – экспериментальных животных, изолированных сердцах и культуре кардиомиоцитов с комплексом необходимой аппаратуры для регистрации и анализа различных технических и физиологических показателей.
До настоящего времени в экспериментальных лабораториях для регистрации различных параметров технического и физиологического характера используется большое количество диагностических приборов со своими регистрирующими устройствами, что в последующем существенно затрудняет анализ зарегистрированных во время эксперимента показателей.
На современном этапе развития компьютерной техники стало возможным создание исследовательского комплекса, который позволяет проводить синхронную регистрацию, обработку и отображение в режиме реального времени множества первичных сигналов с датчиков инвазивного и неинвазивного контроля состояния животного и характеристик испытываемых дефибрилляторов. Все результаты экспериментальных исследований должны быть синхронизированы и храниться в унифицированном формате, позволяющем не только воспроизводить запись параметров, но и проводить любую необходимую их обработку с целью получения производных показателей (например, сократительной способности миокарда в виде производных величин скорости изменения внутрижелудочкового давления).
Такого рода исследовательский комплекс был разработан в ФГУ "НИИ трансплантологии и искусственных органов Росмедтехнологий" совместно с компанией БИОСОФТ-М и ОАО "ЗИТЦ".
Комплекс имеет модульную архитектуру, позволяющую исследователю на этапе подготовки эксперимента определять требуемый набор мониторируемых параметров: инвазивное и неинвазивное давление крови в различных отделах сердечно-сосудистой системы, электрокардиограмма, объемный расход крови, температура, парциальный состав выдыхаемых газов, параметры электрических дефибриллирующих импульсов и др. Таким образом, система инвариантна к назначению регистрируемых параметров, предоставляя исследователю широкие возможности настройки требуемого количества каналов на измерение тех параметров, которые определены целями эксперимента. Общий вид комплекса представлен на рис. 1.
Спецификация оборудования комплекса для синхронной регистрации данных по 2 каналам инвазивного давления и одного отведения ЭКГ для группы из N лабораторных животных представлена в таблице 1.
Таблица 1
| № п.п. | Наименование изделия | Количество |
|---|---|---|
| 1 | Многоканальный универсальный АЦП, разрядность 14 бит, питание ± 5В | N |
| 2 | Концентратор, вход 3х 485, выход USB 2.0 | 1 |
| 3 | Стационарный РС или ноутбук в зависимости от целей и задач эксперимента | 1 |
| 4 | Источник бесперебойного питания 750 В/А | 1 |
| 5 | Лазерный цветной принтер | 1 |
| 6 | Датчик инвазивного давления -50÷ 300 мм рт.ст. + переходник для АЦП | Nx2 |
| 7 | Датчик ЭКГ | Nx3 |
| 8 | Кабель USB 2.0, 1.8 м | 1 |
| 9 | Кабель витая пара, категория 5, экранированный, бухта 305 м (для обеспечения удаленного доступа) | 3 |
| 10 | Инсталляционный диск ПО комплекса | 1 |
| 11 | Руководство пользователя | 1 |
| 12 | Электронный ключ для регистрации лицензии на используемое ПО | 6 |
Общая структурная схема комплекса для данного случая показана на рис. 2.
На схеме используются следующие обозначения:
Разработанный комплекс реализует развитые средства обработки, отображения и записи в базу данных полного объема результатов испытаний.
В ходе мониторинга выполняется синхронная запись регистрируемой информации в унифицированном формате на жесткий диск вычислительного модуля стенда с возможностью ее детального просмотра на этапе постпроцессорной обработки результатов испытаний. Пользователю предоставляется возможность автоматизации ведения проколов анестезии животных в ходе испытаний и результатов анализа крови, а также реализуется возможность сравнительного анализа результатов эксперимента.
Разработанные алгоритмы и программное обеспечение комплекса выполняют информационное сопровождение всех этапов испытаний макетов, опытных и серийных образцов медицинского оборудования (в частности, дефибрилляторов) в экспериментах на лабораторных животных, а именно:
Функционирование комплекса включает этапы регистрации данных и постпроцессорной обработки.
Пользовательский интерфейс режима on-line мониторинга хода испытаний (режим регистрации данных) представлен на рис. 3.
На данном этапе решается задача регистрации всей совокупности экспериментальных данных (параметров состояния лабораторных животных, характеристик испытываемого оборудования, сигналов воздействия и др.), синхронной записи и отображение всей полученной информации в цифровом и графическом формате на современном ЖК -мониторе.
Уникальные возможности комплекса позволяют:
Завершение этапа регистрации сопровождается автоматическим переходом к этапу постпроцессорной обработки данных (рис. 4).
Масштабирование данных мониторинга по времени развертки тренда позволяет дать интегральные оценки процессов мониторинга (рис. 4б).
На этом этапе исследователю предоставляются расширенный набор средств визуальной обработки всего объема зарегистрированной информации, ее редактирования, подготовки заключения и распечатки трендов выделенных участков мониторинга.
Возможности комплекса позволяют:
Все результаты мониторинга автоматически сохраняются в базе данных и ассоциируются с протоколом исследований. Для подготовки заключения используются развитые средства текстового редактора, автоматизирующего операции ввода данных.
Апробация созданного комплекса показала его эффективность в решении задач сбора и обработки результатов испытаний дефибрилляторов на лабораторных животных.
Резюме.
Представлены технические характеристики и функциональные возможности современного компьютеризированного комплекса "БиоМониторинг", разработанного для мониторинга и анализа физиологических показателей у животных при испытании новых моделей отечественных дефибрилляторов.