SAMBI_Proj

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра биотехнических систем

ОТЧЕТ

по индивидуальному домашнему заданию по дисциплине «Системный анализ медико-биологических исследований»

ТЕМА: АППАРАТ ДИАГНОСТИКИ СИНДРОМА АПНОЭ

Малышев К.А.

Новикова С.Л.

Санкт-Петербург

2024

Диагностика синдрома апноэ.

Проблематика.

Краткое описание: диагностика синдрома апноэ.

Описание: Апноэ – это так называют остановки дыхания во время сна.

Когда человек храпит, потом затихает потом, пауза длиться примерно, 10-20

секунд, иногда 1 минута, а потом громкое всхрапывание, фактически это острый эпизод удушья, связанный с перекрытием дыхательных путей на уровне глотки. Порой человек сам не подозревает о том, что у него синдром апноэ, кроме того, для лечения синдрома необходим постоянный мониторинг.

На данный момент мониторинг всех необходимых данных возможен только в стационарах, а поскольку человек не может «жить» в стационаре, необходимы иные пути получения нужных данных.

Цели и задачи исследования.

Цель исследования: разработать прибор для диагностики синдрома апноэ вне ЛУ.

Задачи исследования:

1)Анализ причин возникновения синдрома.

Необходимо изучить причины возникновения синдрома, для грамотного назначения лечения и точной оценки возможных симптомов для диагностики.

2)Анализ поддающихся диагностике симптомов заболевания.

Необходимо изучить какие из симптомов возможно и рентабельно диагностировать, так как некоторые симптомы нет возможности диагностировать без крупного оборудования, а другие не дают точной оценки возможного заболевания, из-за чего их нельзя расценивать как основу диагностической системы.

3)Поиск путей регистрации данных о симптомах.

2

Необходимо разобраться каким образом можно диагностировать вне

стационара те или иные симптомы для оценки возможной конструкции

и основных принципов работы будущего прибора.

4)Разработка системы прибора в общем виде (блок-схема).

Необходимо построить блок-схему работы для избежания ошибок при проектировании и учёта всех необходимых структур будущей системы.

Предварительное название объекта исследования.

Возможным объектом исследования является дыхание человека, а

конкретнее движение грудной клетки, сатурация крови или другие поддающиеся анализу симптомы данного заболевания.

Предварительное описание границ системы.

Границы системы включают в себя: пациента, анализирующий прибор,

программу для фиксации данных, анализирующий врач.

Рис. 1. Блок-схема границ системы

3

Глобальная цель системы.

Диагностирование синдрома апноэ в домашних условиях с достаточной

точностью для постановки предварительного диагноза и мониторинга

состояния пациента.

Цели-требования надсистемы.

1)Диагностическая точность: Надсистема (медицинская экосистема)

требует высокой точности получаемых данных для точной интерпретации врачами.

2)Автономность: Надсистема требует, чтобы прибор мог функционировать независимо, минимизируя потребность в стационарных условиях.

3)Интеграция с медицинскими системами: Устройство должно быть совместимо с существующими системами анализа и обработки данных.

4)Удобство для пациента: Устройство должно быть комфортным,

интуитивно понятным и подходящим для регулярного использования.

Декомпозиция целей на задачи и дерево целей.

Основная задача – разработка прибора для надомной диагностики

синдрома апноэ.

Подзадачи:

1.Разработка системы регистрации симптомов.

1.1.Анализ способов регистрации дыхания и движения грудной клетки.

1.2.Определение параметров, влияющих на диагностическую точность.

1.3.Миниатюризация датчиков для удобства использования.

2.Разработка удобного пользовательского интерфейса и программного обеспечения.

2.1.Разработка интерфейса сбора данных.

4

2.2.Создание алгоритмов для предварительного анализа симптомов.

2.3.Интеграция с мобильными устройствами.

3.Обеспечение интеграции устройства с медицинскими информационными системами.

3.1.Подключение к электронным картам пациентов.

3.2.Обоснование протокола передачи данных врачу.

3.3.Обеспечение безопасности и конфиденциальности данных.

Рис. 2. Древо целей.

5

Свойства интегративности системы.

Система обладает следующими признаками сложной системы:

1.Целостность: объединение различных компонентов (аппаратного и программного обеспечения) в единую диагностическую платформу.

2.Иерархичность: система включает несколько уровней, от датчиков до интерфейса взаимодействия с врачом.

3.Многокомпонентность: система состоит из различных подсистем, таких как блок регистрации данных, блок анализа, блок передачи данных и интерфейс пользователя.

4.Эмерджентность: только слаженная работа всех подсистем позволяет получить точные данные для диагностики апноэ.

Границы объекта исследования:

Включают пациента, диагностическое устройство, программное обеспечение для фиксации и анализа данных, а также врача, который интерпретирует результаты.

Рис. 3. Границы объекта исследования

Название объекта исследования:

В качестве объекта системных исследований рассматривается система под названием "I Can Breath" или просто “ICB”.

6

Способ декомпозиции и базовый элемент:

Способом декомпозиции был выбран функциональный анализ.

Базовый элемент – функциональный блок, выполняющий измерение одного диагностического параметра (например, регистрация дыхания).

Функциональный подход позволяет учесть основные процессы,

необходимые для выполнения целевой функции системы.

Структура системы:

•Подсистема измерения дыхательных движений.

•Подсистема регистрации сатурации крови.

•Подсистема анализа данных.

•Подсистема передачи данных врачу.

•Подсистема управления (пользовательский интерфейс).

Надсистема и подсистемы:

Надсистема:

Медицинская экосистема диагностики, включающая врачей, больницы,

облачные хранилища данных и государственные структуры.

Подсистемы:

1.Блок регистрации дыхания.

2.Блок измерения уровня кислорода в крови.

3.Алгоритмы анализа данных.

4.Устройство хранения и передачи данных.

5.Пользовательский интерфейс.

6.Энергоснабжение и автономная работа.

Иерархическая структура:

• Уровень 1: Система в целом.

7

•Уровень 2: Основные подсистемы (например, измерение дыхания).

•Уровень 3: Базовые элементы внутри каждой подсистемы (например,

сенсоры).

Элементы системы:

1.Датчики и сенсоры

•Свойства: Чувствительность, миниатюрность, высокая точность.

•Назначение: Регистрация параметров дыхания, движения грудной клетки, уровня кислорода в крови (сатурации).

2.Микроконтроллер или процессор обработки данных

•Свойства: Быстродействие, энергоэффективность, возможность предварительного анализа данных.

•Назначение: Обработка сигналов от сенсоров, фильтрация и преобразование данных в удобный для анализа формат.

3.Программное обеспечение анализа данных

•Свойства: Алгоритмы машинного обучения, наличие встроенных диагностических правил.

•Назначение: Интерпретация данных, предварительный диагноз,

фиксация отклонений от нормы.

4.Интерфейс пользователя

•Свойства: Интуитивность, удобство использования.

•Назначение: Отображение результатов, управление прибором.

5.Модуль передачи данных

•Свойства: Возможность работы через Wi-Fi/Bluetooth,

безопасность передачи.

8

•Назначение: Отправка результатов врачу или в облако.

6.Элемент автономного питания

•Свойства: Долговечность, компактность, возможность замены

(подзарядки), не требующей специфических навыков.

•Назначение: Обеспечение автономной работы устройства.

Назначение связей:

•Характер связей: Информационные и энергетические.

•Направление: Датчики → Процессор → Программное обеспечение → Интерфейс пользователя → Внешняя система (врач, облако).

•Назначение связей: Обеспечение передачи данных, управления элементами системы и взаимодействия с внешней средой.

Элементы внешней среды и их оценка

Элементы внешней среды:

1) Пациент

Ключевой элемент, активно взаимодействующий с системой. Его поведение и соблюдение рекомендаций критически важны для успешной диагностики.

2) Врач

Пользователь получаемой информации. Уровень квалификации врача влияет на интерпретацию данных.

3) Законодательная база

Регулирует требования к медицинским устройствам, включая сертификацию и безопасность.

4) Техническая инфраструктура (сети передачи данных)

9

Важна для своевременной передачи данных. Возможны ограничения в

отдалённых районах.

5)Тенденции изменений:

•Рост числа пациентов с апноэ из-за увеличения стрессов и ожирения.

•Активное развитие технологий носимых медицинских устройств.

•Ужесточение требований к медицинским устройствам.

Социальные факторы и открытость системы

Социальные факторы:

1.Демографические: Старение населения и рост числа людей с хроническими заболеваниями увеличивают потребность в диагностике апноэ.

2.Экономические: Возможности массового производства снижает стоимость устройства, делая его доступным.

3.Социальные тенденции: Рост интереса к здоровому образу жизни и мониторингу здоровья стимулирует спрос.

Система открытая, так как взаимодействует с элементами внешней среды, в частности: получает данные от пациента (объект управления),

передаёт результаты врачу (управляющий элемент), включена в медицинскую экосистему для дальнейшей обработки и анализа.

Классификация системы

По степени сложности:

Сложная система, так как включает множество взаимосвязанных подсистем и компонентов с разными функциями.

По субстанциональному признаку:

Кибернетическая система, так как включает элементы автоматического управления и обработки данных.

10