В.Л. Кодкин, А.М. Дубель, В.В. Епишев, А.С. Смирнов

 

В последние годы появилась информация о том, что ряд ведущих фирм ведут работу над созданием для автомобилей нового поколения системы контроля функционального состояния водителя, основанную на бесконтактном измерении ЭКГ. Для этого используются емкостные датчики («сухие электроды»), которые устанавливаются в кресло водителя и соединяются с аппаратурой обработки и преобразования в «цифру» (рис. 1).

 

Бесконтактное ЭКГРисунок 1 – Технология бесконтактного анализа ЭКГ, разработанная компанией Ford

Эта информация вызвала ряд вопросов, некоторые из которых стоит упомянуть:

  • в традиционных регистраторах ЭКГ съем сигналов производится с грудной клетки, а не со спины;
  • в медицинских публикациях, в т.ч. и зарубежных, термин «бесконтактное ЭКГ» отсутствует;
  • в инструкциях к прибору «Моника» (Англия) регистратора ЭКГ беременной и плода отмечается, что состояние кожи под электродом очень важно для правильной регистрации сигналов.

Что касается непосредственно схемотехники ЭКГ, то важно отметить, что сложность представляется не в измерении сигнала ЭКГ (амплитуда 1-2 мкВ, спектр 10-100 ГЦ), а в выборе полезного сигнала из огромного количества электросигналов, заполняющих пространство вокруг человека. Фильтрация сигналов является главным содержанием любого электрокардиографа и при бесконтактной регистрации ЭКГ эта задача существенно усложняется, т.к. между кожей человека и регистратором появляется произвольная емкость, которая усилит помехи всех возможных спектров.

Хорошо отдавая себе отчет в том, что создание комплекса бесконтактной регистрации ЭКГ это очень сложная и многогранная задача (одна из тех, для решения которой необходимо участие таких крупных научных учреждений как ЮУрГУ), то хотелось бы увидеть принципиальную возможность ее решения, т.е. возможно ли регистрировать биопотенциалы человека без контакта с ним. При этом задача несколько упрощалась по отношению к электрокардиографу, т.к. требуемый сигнал должен нести информацию о цикличных процессах в организме – ЧСС, частота дыхания и т.д. Задача различать интервалы и зубцы ЭКГ в данном контексте не рассматривается.

Для испытания были применены регистраторы ЭКГ и программное обеспечение МИП ООО «Кардиомикро» и ООО «Костес», разработанные в рамках программы «Старт». Схема комплекса представлена на рисунке 2.

 

Рисунок 2 – Функциональная схема комплекса для высокоточной регистрации ЭКГ в акушерстве и кардиологии (БВ – блок вычисления по формулам, заложенным в методе ЭКГ; БР – блок расчетов параметров ЭКГ; БА – блок анализа ЭКГ по полученным в БР параметрам)

Рисунок 2 – Функциональная схема комплекса для высокоточной регистрации ЭКГ  (БВ – блок вычисления по формулам, заложенным в методе ЭКГ; БР – блок расчетов параметров ЭКГ; БА – блок анализа ЭКГ по полученным в БР параметрам)

 

Для бесконтактной ЭКГ в программное обеспечение были введены дополнительные фильтры и изменилась схема подключения электродов.

Бесконтактное ЭКГ

Бесконтактное ЭКГNoncontactekg

Рисунок 3 – ЭКГ-сигнал, полученный при прижимании электродов к спине

 

Рисунок 6 – Электрокардиограмма, снимаемая с руляРисунок 4 – Электрокардиограмма, снимаемая с руля

Этот сигнал позволяет проконтролировать ЭКГ и ЧСС человека. Наибольший интерес представляет регистрация ЭКГ без прямого контакта с кожей водителя. Оказалось, что прижимание электродов к спине «забивала» измеритель помехами, но при «зазоре» между человеком (в одежде) и спинкой кресла с электродами прибор регистрирует сигнал низкой частоты с ярко выраженным периодом (рис. 3) .

 

Таким образом, проведенные исследования показали принципиальную возможность регистрации ЭКГ без контакта с телом человека. Разработка полноценного комплекса потребует еще много усилий, причем специалистов самого разного профиля – конструкторов, химиков, программистов. Но в результате может быть получена современная технология, основанная на собственном исследовании, которая может быть востребована в самых разных областях науки и техники.