Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск

Кафедра медицинской и биологической кибернетики

Эта работа опубликована в сборнике статей по материалам 71-й итоговой научной студенческой конференции им. Н.И. Пирогова (г. Томск, 14-16 мая 2012 г.), под ред. В. В. Новицкого, Н.В. Рязанцевой. − Томск: Сибирский государственный медицинский университет, 2012. − 335 с. 

Скачать сборник (MS Word, 1 мб)

Скачать программу конференции 

Актуальность. На сегодняшний день в педиатрии весьма актуальна проблема, связанная с синдромом внезапной детской смерти (СВДС). Значительную часть случаев СВДС обоснованно связывают с остановкой дыхания ребенка во сне. По данным ВОЗ, на 2010 год частота СВДС в России составила 24 случая на 10000 новорожденных, в США - 42, в Германии - 38. Наиболее высок риск СВДС у недоношенных детей в возрасте 2-4 месяцев. Также нельзя обойти проблему синдрома обструктивного апноэ сна взрослых, следствием которого становятся системные нарушения во всем организме. Диагностика и назначение лечения больным этой категории затруднено вследствие малой распространенности сомнографических мониторов, их дороговизны, ограничения подвижности больного во сне, необходимости использования дыхательной маски с сигнальными кабелями и дыхательной трубкой. На основании вышесказанного становится понятна актуальность разработки персонального носимого устройства, следящего за функцией автоматии внешнего дыхания.

Развитие микроэлектроники и разработка высокопроизводительных микроконтроллеров с микроваттным потреблением энергии существенно ускорило разработку и внедрение персональных носимых устройств во всех сферах жизни. Не обошла эта тенденция и медицину: практически ежемесячно в печати появляются сообщения о новых медицинских носимых персональных мониторах.

Цель. Разработать прототип индивидуального носимого устройства с батарейным питанием для контроля за внешним дыханием человека, с передачей предварительно обработанных и накопленных данных по беспроводной сети стандарта 802.15.4 ZigBee.

Материал и методы. Для создания прототипа устройства использовалась аппаратная вычислительная платформа Freeduino 2009 на базе микроконтроллера ATmega328Р фирмы «Atmel». Для написания программного кода использовали свободно распространяемую среду программирования IDE Arduino версии 1.0RC2, поддерживающую Си-подобный язык – Writer. Документация, прошивки и чертежи Arduino свободно распространяется под лицензией Creative Commons Attribution ShareAlike 2. Для организации беспроводной сети используется модуль XBee с чип-антенной (XB24-ACI-001), подключаемый с помощью переходного модуля Xbee Shield. Максимальная скорость передачи по каналу ZigBee в оптимальных условиях составляет 250 кбит/с на частоте передачи 2,4 ГГц (расстояние до 30 метров). Указанные частоты не требуют лицензирования и являются общедоступными. Для приема данных на сервере необходимо подключение ZigBee-коммутатора, который имитирует создание виртуального COM-порта и полностью сохраняет структуру пакета ZigBee.

Регистрация воздушного потока происходила с помощью термистора, размещенного в просвете носового отверстия, и периодически изменяющем температуру под действием тока воздуха. Используется термистор типа B57891-M 102-J, миниатюрного исполнения, диаметром 2.8 мм с жесткими проволочными выводами. Для измерения колебаний температуры воздуха использовался датчик полумостового типа с питанием от стабилизированного напряжения 5 В. Точка соединения термистора и токозадающего сопротивления подключалась к инвертирующему входу компаратора микроконтроллера. Образцовое напряжение на неинвертирующем входе компаратора генерировалось с помощью широтно-импульсной модуляции на частоте 10 кГц.

Результаты. Разработаны блок-схема и электрическая схема устройства. Адаптированы существующие алгоритмы фильтрации и распознавания сигналов для микроконтроллера ATmega. Разработана блок-схема программы для микроконтроллера и реализована ее основная часть. При напряжении питания +3.3 В ток потребления устройства составляет 8 мА, при кратковременной передаче данных - 250-270 мА. При таком энергопотреблении NiMH аккумулятора формфактора ААА и емкостью 1100 мА/час хватит примерно на 55-60 часов автономной работы устройства.

Выводы. Разработан прототип индивидуального устройства для контроля за внешним дыханием с передачей предварительно обработанных и накопленных данных по беспроводному каналу стандарта 802.15.4 ZigBee.