Работы ИЛПИ - НОЦ СФД и БОС

(Приказом № 78 от 18.03.2003 г. в НТЦ «Техноцентр» ТРТУ была организована инновационная лаборатория психофизиологических исследований (ИЛПИ).
В рамках реализации программы инновационного развития университета ИЛПИ в соответствии с приказом № 805 от 29.12.2006 г. преобразована в научно-образовательный центр систем функциональной диагностики и биологической обратной связи (НОЦ СФД и БОС ТРТУ) под научным руководством Захаревича В.Г.

В 2010 г. НОЦ СФД и БОС преобразован в НОЦ «Встраиваемые системы в медицине, биологии и промышленности» ЮФУ.)

В области медицины НОЦ СФД и БОС проводил различные НИОКР:

В рамках программы «Эксперимент 2000» проводилась фундаментальная научно-исследовательская работа «Разработка методов обеспечения информационно-психологической безопасности человека и защиты его от информационных воздействий».

- Муниципальный контракт №8 «Изготовление и поставка 12-ти канального компьютерного кардиографа «Кармин» (2006 г.).
- Муниципальный контракт №9 «Изготовление и поставка системы удаленного анализа ЭКГ «Кармин-GPRS»» (2006 г.).
- Договор №1-Н/2006 «Поставка системы кардиоанализатора компьютерного полифункционального трехрежимного КАПК-01 «Кармин»».
- Договор №4-Н/2006 «Разработка и поставка трех комплексов системы дистанционного оперативного наблюдения за местонахождением и состоянием здоровья детей инвалидов» (ОАО «Транспортные коридоры», 2006 г.).
- Договор №7-Н/2006 «Разработка блока удаленного анализа ЭКГ» (ДЮСШОР №13, 2006 г.).
- Договор №8-Н/2006 «Разработка программного обеспечения системы анализа ЭКГ» (ДЮСШОР №13, 2006 г.).
- Договор №10-Н/2006 «Разработка блока усиления и фильтрации ЭКГ» (РАН, 2006 г.).

Разработаны и внедрены следующие комплексы:

аппаратно-программный комплекс «Кармин-Холтер»,
аппаратно-программный комплекс стресс-тестирования,
аппаратно-программный комплекс на основе фотоплетизмографа,
система контроля психофизиологического состояния «Техно–ПФС»,
автоматизированная система съема информации «МОСТ»,
аппаратно-программный комплекс для суточного измерения давления,
аппаратно-программный комплекс мониторирования состояния человека и определения его местоположения.

Кардиорегистратор КАПК-01 "КАРМИН"

(разработан совместно с ООО НМФ «Нейротех»).

Период разработки: 2005 г.

Описание разработки:
Интеллектуальный кардиорегистратор КАПК-01 "КАРМИН"  предназначен для оценки функционального состояния сердца и диагностики сердечно-сосудистых заболеваний человека в условиях массового обследования населения в стационарных условиях поликлиник, клиник, санаторно-курортных и научно-исследовательских учреждений.

 Интеллектуальный кардиорегистратор представляет собой сложный носимый прибор с встроенным микроконтроллером, конструкция которого определяется функциональным назначением. В его состав входят следующие функциональные узлы:

- кардиорегистратор (КР) “Кармин”,  объединенный с кабелем связи и кабелем отведений;
- рабочая программа на ПК;
- стационарный персональный компьютер (ПК)  или  ПК типа «Notebook».

 

НИОКР «Разработка экспериментального образца многофункционального Холтеровского полиграфа»

(в ООО «Биофизсигнал») при поддержке «Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» (заявка № 11-3-Н4.3-0653 по проекту №14980).

Период разработки: 2011 – 2012 г.

Описание разработки:

Многофункциональный Холтеровский полиграф применяется для одновременной оцифровки биофизиологических сигналов нескольких типов:
- электрокардиографический сигнал (ЭКС),
- акселерометрический сигнал (АКС).
Регистрация сигналов проводится в течение длительного времени (12-24 часа), фиксируется на твердотельном носителе, для последующего анализа на персональном компьютере (ПК).

Результаты разработки:

Созданы экспериментальные макеты узлов Холтеровского полиграфа, которые использовались при разработке и исследовании алгоритмов определения мощности в процессе обработки ЭКГ. Научная новизна данного проекта заключается в том, что в качестве мониторируемых параметров кроме электрофизиологических сигналов выступают и механические параметры движущегося человека: ускорение, скорость, угловые частоты движения сегментов тела, смещение центра масс. Мониторирование данных параметров позволит соотнести изменения на ЭКГ с вызвавшими их величинами механических параметров (с развиваемой мощностью).

 

Мобильный многофункциональный аппаратно-программный комплекс длительного кардиомониторирования и эргометрии

Разработка: 2013 - 2015 гг., договор от 12.02.2013 г. № 02.G25.31.0038 с ОАО «НПП КП “Квант”» (г. Ростов-на-Дону) в рамках Постановления Правительства РФ №218 от 9.04.2010.

Комплекс предназначен для исследования деятельности сердечно-сосудистой системы человека (суточные записи электрокардиограммы (ЭКГ), смещения ST, частоты сердечных сокращений (ЧСС)) с одновременной  регистрацией ее реакции на механическую нагрузку (в Ваттах), развиваемую в процессе естественного движения и на протяжении  реального жизненного цикла. Местоположение человека определяется прибором с помощью системы позиционирования GPS/ГЛОНАСС. Врач по средствам технологий телеметрии имеет возможность своевременно получать данные о физическом состоянии человека  и его местоположении (данные могут поступать постоянно или при возникновении критических ситуаций).

Разработка такого комплекса должна повлиять на тактику лечения и реабилитации больных такими серьезными заболеваниями, как ишемическая болезнь сердца (ИБС) – главное, по вкладу в смертельные исходы заболевание сердечно-сосудистой системы. Вовлечение в мониторирование больших масс людей и доступ врачей к этим материалам может способствовать появлению новых знаний и методик лечения и реабилитации таких больных. В настоящее время такое мониторирование производится эпизодически и нерегулярно.

Применение разрабатываемого комплекса здоровыми людьми и спортсменами позволит организовать как правильное планирование нагрузок, так и раннее обнаружение нарушений в работе сердечно-сосудистой системы.

Для молодого контингента обследуемых важно формирование современного спортивного образа жизни; поддержание хорошей физической формы и точное знание возможностей своего организма. Этому должны способствовать все элементы разрабатываемого комплекса:

  • современные электрофизиологические приборы;
  • удобные беспроводные технологии передачи информации и зарядки аккумуляторов;
  • возможность связи с планшетными компьютерами и смартфонами;
  • специальная «интеллектуальная одежда» с встроенными датчиками;
  • мощная информационно-советующая система;
  • возможность диалога со специалистами из центров коллективного пользования.

Дополнительным научным результатом стала адаптация мобильного электрокардиографа к ношению на теле лошади, что нашло применение в совместном проекте с Кабардино-Балкарским университетом.

Подробнее о разработке: Кардиомонитор - Квант

Индикатор состояния организма с фотоплетизмографическим датчиком

(разработан совместно с ООО «НТЦ “Прибор”», г. Санкт-Петербург).

Период разработки: 2014 г.

Описание разработки:

Индикатор благодаря  уникальному программному обеспечению позволяет давать комплексную экспресс-оценку состояния адаптационных возможностей человека на момент наблюдений с прогнозом его на ближайшее время. Информация выдается пользователю в доступной для неспециалиста форме с использованием специального графического интерфейса. Кроме того, Индикатор имеет возможность накапливать базу данных  большого числа наблюдений, что удобно для его использования в длительных профилактических исследованиях. Информация с прибора должна быть передана  и проанализирована на ПК, с установленным на нем специализированным программным обеспечением.

Индикатор позволяет достаточно быстро и комфортно оценить адаптационные возможности организма с регистрацией состояния (нормальное функциональное состояние – ухудшение функционального состояния организма). При длительном и регулярном  наблюдении (например, каждое утро и каждый вечер) прибор позволяет прогнозировать снижение адаптационных резервов. Подобное снижение является сигналом для более глубокого исследования состояния организма, которое проводится приборами другого уровня и под наблюдением специалистов.

Прибор может быть полезен для различных групп людей. С его помощью можно:

- оценивать свое психофизиологическое состояние;
- наблюдать за результатами фитнес-тренировок;
- оценивать баланс положительных и отрицательных эмоций;
- оценивать состояние после силовых физических упражнений.

Индикатор выпускается в одном варианте исполнения и представляет собой измерительную приставку  к персональному компьютеру, которая позволяет регистрировать результаты наблюдений. Связан с ПК через интерфейс Bluetooth, питается от встроенного аккумулятора. Вся снимаемая информация хранится в памяти ПК.

Разработки по измерению ЭКГ лошади

Сотрудники НТЦ "Техноцентр" ЮФУ и ИРТСиУ ЮФУ в 2013-2015 гг. приняли участие в совместном с Берлинским университетом имени Гумбольдта (БУГ) и Кабардино-Балкарским государственным университетом имени Х.М.Бербекова (КБГУ) международном проекте "Геном кабардинской породы лошадей". Целью проекта является масштабное комплексное исследование генома кабардинской породы лошадей с применением новейших технологий молекулярной генетики и оригинальных программно-аппаратных комплексов контроля параметров тренинга лошадей. Сайт проекта: Геном кабардинской лошади (horseskb.ru).

Впервые в отечественной практике были разработаны оригинальная система электронного хронометража конных соревнований «RIDE-2», а также мобильный электрокардиограф, адаптированный для исследования лошадей.

Также в 2021 г. проводилась разработка простого и доступного метода количественной оценки энергоэффективности движения лошадей на быстрых аллюрах. На кафедре Встраиваемых и Радиоприемных систем ЮФУ был спроектирован прибор, состоящий из комплекта датчиков, микроконтроллера и энергонезависимой памяти. В его основе лежит комплект инерциальных датчиков (3-х осевой акселерометр, 3-х осевой датчик угловой скорости (сейчас его не совсем правильно называют гироскоп), 3-х осевой датчик напряженности магнитного поля Земли (электронный компас) и высокоточный барометрический датчик для измерения высоты подъема или спуска во время движения). Эти данные измеряются со скоростью 50-200 раз в секунду и записываются на энергонезависимый носитель (флэш - карту). Для анализа данных используется современный подход с использованием специально обученной нейросети.

Для обучения прототипа такой сети в июле 2021 г. на Малкинском конном заводе (КБР, Зольский район, с. Приречное) были проведены полевые испытания лошадей кабардинской породы. Экспериментальные данные, зарегистрированные во время полевых испытаниях лошадей, будут использованы для построения программы (нейросети) анализа особенностей движения лошади с определением объективных кинематических параметров применительно к каждому аллюру (типу движения).

Подробнее о разработке: Разработки по измерению ЭКГ лошади (sfedu.ru).

Пневмотренажёр для анализа параметров дыхания после лёгочных заболеваний

Врачи отмечают, что одним из эффективных методов коррекции состояния пораженных тканей легких в начальной стадии, является комплекс дыхательных упражнений, тренирующий легочную ткань, мышцы, нервные окончания, то есть всю дыхательную систему в комплексе. С научной точки зрения любое дыхательное упражнение направлено на контроль двух параметров: объема вдыхаемого/выдыхаемого воздуха и потока воздуха через верхние дыхательные пути, его скорость и течение. В процессе естественного дыхания при нормальном состоянии легких, эти два параметра можно отобразить в виде кривой, с заданной траекторией.

Пневмотренажер представляет собой портативный прибор, состоящий из трубки, в которой находится специальный датчик регистрации скорости движения воздуха, насыщения СО2, температуры воздуха и некоторых других параметров. Человек дышит в трубку, поток воздуха поступает на датчик, подключенный к микроконтроллеру, который обрабатывает и передает данные по радиоканалу на андроид-устройство. Приложение в андроид-устройстве отображает эти данные в виде определенной тренажно-игровой картинки. Изменяя параметры процессов, можно со временем усложнять задачу и достигать тем самым нужного лечебного эффекта.

Прибор был разработан ООО «Биофизсигнал» в 2021 г. под руководством кандидата технических наук, заведующего кафедрой встраиваемых и радиоприемных систем Института радиотехнических систем управления ЮФУ Сергея Синютина.

Прибор полезен для людей, страдающих хроническими заболеваниями дыхательных путей, астмой, последствиями пневмонии, в том числе вызванной COVID-19.

На данный момент прибор проходит лабораторные испытания, идет подготовка документации для изготовления опытных образцов и их клинических испытаний.