Научная группа, состоящая из инженеров кафедры Электропривода Политехнического Института и Центра спортивной медицины Института спорта и Туризма впервые провела комплексные испытания регистрирующих ЭКГ программно-аппаратных средств, которые все привыкли называть «ЭКГ- футболки».

Рис.1Рис.2Рис.3

В эксперименте были задействованы трое спортсменов: двое мужчин 40 лет – штангист и легкоатлет и женщина – инструктор по фитнесу 25 лет (Рис. 1, 2, 3).  В течение почти часа они выполняли различные физические упражнения, находясь в постоянном движении и напрягая различные группы мышц. Каждые 10 минут в соответствие с программой испытаний делались паузы. Высокоточные регистраторы ЭКГ, встроенные в «ЭКГ-футболки» (Рис. 4, 5) собирали сигналы с пяти электродов из токопроводящей ткани, вшитых в футболки участников эксперимента и без проводов (через Bluetooth) передавали их на компьютер (Рис. 6) и на планшет (Рис.7). Расположение текстильных электродов сделано максимально «похожим» на расположение стандартных «холтеровских» электродов (Рис5).

Это расположение электродов – пяти для трех отведений. При этом у одной футболки «электроды были существенно большей площади. В ходе испытаний ставилась задача определения эффективности конструкции футболки с текстильными электродами.

Рис.4Рис.5
Рис.6Рис.7

Компьютер, в свою очередь, загружал данные в облачное хранилище «Google Cloud», откуда они транслировались на другой компьютер, который мог находиться в любой точке земного шара (Рис.8).

Рис.8

 Цели экспериментов

«Предполагается, что второй компьютер будет находиться в каком-либо медицинском центре, где врач сможет наблюдать за работой сердца человека. Обладатель ЭКГ-футболки может увидеть свою электрокардиограмму на своем компьютере или планшете, самостоятельно следить за ней. Мы регистрируем электрокардиограмму в тех условиях, в каких это ранее не делалось. Когда люди занимаются спортом, сигналы ЭКГ сильно искажаются. В наших регистраторах информационных «потерь» существенно меньше, чем в стандартных мониторах и сигналы очень быстро «восстанавливаются». Этот комплексный эксперимент позволил нам понять, что необходимо сделать, чтобы повысить качество регистрируемых сигналов ЭКГ. Это позволит сформировать и совершенствовать методики тренировок спортсменов, наблюдая по ЭКГ их реакции на те или иные нагрузки, ведь ЭКГ и частота сердцебиения (ЧСС) – это самые объективные данные о состоянии организма человека. — отмечает профессор, доктор технических наук Владимир Кодкин.

 

Рис. 9

На мониторе компьютера (Рис. 9), принимающего сигнал с «облака», сигналы ЭКГ появляются через определенный промежуток времени – 5 минут. Это видно по появляющимся надписям. В данном случае каждый спортсмен идентифицирован цветом «ЭКГ- футболки». Передача проходила очень четко. Даже если на экране компьютера – приемника сигналов происходила «остановка», о которой написано чуть ниже. Регистраторы ЭКГ способны записывать 3 отведения ЭКГ, так же как холтеровские приборы. Программа регистраторов и компьютера – приемника фиксируют до 1000 значений в секунду. Этот объём оказался слишком большим для стационарного компьютера. Чтобы провести эксперимент, ограничились одним отведением ЭКГ для каждого спортсмена. Сигналы двух из них выводились на компьютер (Рис. 6), а третьего – на планшет (Рис. 7).

Основные результаты

Сигналы из «облачного хранилища» расшифрованы через несколько дней. Вот что эти расшифровки показали:

  • у всех участников эксперимента во время пауз регистрировались четкие сигналы ЭКГ несколько искаженные фильтрами низких частот, «включенных» в программное обеспечение принимающего ЭКГ компьютера для снижения влияния движений изолинии ЭКГ, возникающих от движений спортсменов.
  • По усиленным сигналам можно увидеть все основные зубцы и интервалы ЭКГ.

ЭКГ девушки – инструктора: на Рис. 10 интервалы с нулевым сигналом – это участки стабильного сигнала ЭКГ, они «раскрыты» на Рис. 12 и 13. На Рис. 11 – кардиокомплексы искажаются миограммами от напряжения мышц. Кардиокомплексы различимы и «восстанавливаются» после снятия нагрузки очень быстро. По сигналам, подробно приведенным на Рис. 12 легко рассчитать ритм ЧСС, а по таким как на Рис. 13 и 14 оценить параметры ЭКГ – длительность интервалов PQ, QT амплитуды P, R, сегмент S-T, наличие экстрасистол.

Рис. 10
Рис. 11
Рис. 12
Рис. 13
Рис. 14

ЭКГ- мужчины штангиста: в целом сигналы обладают теми же качествами, что и у девушки, но стабильность ЭКГ существенно выше. На Рис.16, 18 – 20 четко различаются кардиокомплексы, даже при «скачках» и волнообразных движениях изолинии, связанных с выполняемыми движениями. Большая стабильность ЭКГ связана с большей площадью электродов (гипотеза). На Рис. 15 можно увидеть влияние миограмм, а на Рис. 17 и 18 — появление экстрасистол.

Рис. 15
Рис. 16
Рис. 17
Рис. 18
Рис. 19
Рис. 20

ЭКГ мужчины- легкоатлета: несмотря на меньшую площадь электродов, сигнал ЭКГ очень стабилен, хорошо различимы фазы сигналов – Рис. 21, 22, 24, 25 при напряжениях можно увидеть искажения и экстрасистолы – Рис. 20, 23.

Рис. 21
Рис. 22
Рис. 23
Рис. 24
Рис. 25

Заключение

Таким образом, подтвердилась возможность дистанционного наблюдения за электрокардиограммой человека с помощью разработанных в ЮУрГУ технических средств. От многочисленных подобных разработок эта отличается тем, что ЭКГ регистрируется с высокой точностью (можно различить зубцы и интервалы ЭКГ) и при «сложных движениях» человека.

Проведенные эксперименты подтвердили ожидания ученых о широких возможностях данной системы контроля электрокардиограммы. Следующим этапом станет совершенствование комплекса –как его регистрирующих устройств, так и программного обеспечения. Зарегистрированные в ходе экспериментов ЭКГ-сигналы –это очень большой и необходимый материал для совершенствования комплекса. Уже сейчас можно выделить три основных направления:

  1. Совершенствование регистрирующей аппаратуры – определение площади и расположения электродов, их количества и формулы расчета необходимых отведений. При этом необходимо учитывать стандарты электрокардиографии и новизну комплекса.
  2. Распределить алгоритмы и программные ресурсы между регистратором ЭКГ, принимающим компьютером и компьютером «за облаком».
  3. Создать критерии оценки состояния человека по непрерывно регистрируемой ЭКГ- одни для спортсменов, которым надо контролировать свое функциональное состояние, другие для больных группы риска и перенесших инфаркт и т. д.

Как показали эксперименты, в т. ч. и проведенные ранее, комплекс может стать очень важным инструментом для тренеров при подготовке спортсменов, причем для разных спортивных направлений необходимы свои оптимальные методики, которые также можно разработать с помощью данного комплекса.

Важный результат испытаний – это подтверждение того, что созданный в Южно-Уральском государственном университете комплекс непрерывной регистрации ЭКГ работоспособен, судя по публикациям позволяет проводить научные разработки как в области высокоточной регистрации ЭКГ, так и информационных технологиях, используемых современной кардиологией. Этот комплекс может стать одним из важнейших «звеньев» персонализированной медицины, создание которой современная медицина видит, как важнейшее направление развития.