Разработка программно-аппаратного комплекса для диагностики социально значимых неврологических заболеваний при помощи анализа двигательной активности человека | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 15 августа, печатный экземпляр отправим 2 сентября.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Победители конкурса УМНИК в рамках национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации»

Опубликовано в Молодой учёный №28 (318) июль 2020 г.

Дата публикации: 27.06.2020

Статья просмотрена: 22 раза

Библиографическое описание:

Черешнев, В. О. Разработка программно-аппаратного комплекса для диагностики социально значимых неврологических заболеваний при помощи анализа двигательной активности человека / В. О. Черешнев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 28 (318). — С. 3-6. — URL: https://moluch.ru/archive/318/72623/ (дата обращения: 07.08.2020).



Болезни нервной системы являются одной из ведущих причин заболеваемости с временной утратой трудоспособности, инвалидизации и преждевременной смерти. Кроме того, эти болезни ведут к росту затрат семьи и государства на сохранение здоровья, поддержания активного образа жизни [1].

Наиболее распространенными заболеваниями нервной системы в 2019 году в России являются: эпизодические и пароксизмальные расстройства, эпилепсия, церебральный и другие параличи, транзиторные ишемические атаки, рассеянный склероз, при этом важно отметить, что значительное количество заболеваний сопровождаются различными видами тремора конечностей пациента [2].

Анализ физиологического и патологического состояний — одна из наиболее сложных проблем современной неврологии [3]. Для решения этой проблемы предложена разработка программно-аппаратного комплекса для регистрации и анализа двигательной активности человека, состоящее из устройства для регистрации двигательной активности имеющего небольшие габариты и вес, не создающего неудобства, имеющего простую и недорогую конструкцию, а также программного обеспечения, позволяющее проводить анализ и исследование зарегистрированных устройством данных.

Научная новизна исследования состоит в разработке устройства, выполненного в виде браслета, с акселерометрическим и гироскопическим датчиками для регистрации тремора, приступов эпилепсии, гипокинезии и гиперкинезии, а также программного обеспечения, позволяющее производить исследование зарегистрированных данных при помощи нейронных сетей, статистических методов и спектрального анализа.

Разработанный экспериментальный образец устройства для регистрации двигательной активность представляет собой наручный браслет, состоящий из центрального микроконтроллера, датчиков двигательной активности человека, внешнего запоминающего устройства, а также литий-ионного аккумулятора. Структурная схема устройства представлена на рисунке 1.

Структурная схема эксперементального образца устройства для регистрации двигательной активности человека

Рис. 1. Структурная схема эксперементального образца устройства для регистрации двигательной активности человека

В качестве центрального микроконтроллера использовался 8-битный RISC-микроконтроллер Atmega 328p фирмы Atmel для встраиваемых приложений, т. к. данная модель обладает наименьшими габаритами, неплохим быстродействием и малым энергопотреблением [4].

В качестве датчиков двигательной активности человека использовался модуль GY-521, на котором установлена микросхема MPU6050, компактно объединяющая в одном корпусе акселерометр, гироскоп. Совместное использование акселерометра и гироскопа позволяет определить изменение движения конечности в трёхмерном пространстве [5].

Для регистрации большого объема данных использовался модуль SD-карты фирмы Catalex модели MicroSD v.1.0, поддерживающий объемы записи до 4 Гб на карты памяти.

Автономную работу экспериментального образца обеспечивает Li-on аккумулятор ёмкостью 1500 мА/час, напряжение с которого составляет от 2.8–4.2V. Питание микроконтроллера осуществлялось посредством DC-DC преобразователя, который повышает напряжение с аккумулятора до необходимых для корректной работы устройства 5V.

Таким образом, разработан экспериментальный образец устройства для регистрации двигательной активности человека, рисунок 2, тактико-технические характеристики которого достаточны для адекватной регистрации двигательной активности человека.

Разработанный эксперементального образца устройства для регистрации двигательной активности человека

Рис. 2. Разработанный эксперементального образца устройства для регистрации двигательной активности человека

Дальнейшая работа будет связана с разработкой методов обработки и анализа данных двигательной активности человека, позволяющие адекватно интерпретировать зарегистрированные устройством данные в медико-биологических целях.

Конечный продукт будет представлять собой программно-аппаратный комплекс, состоящий из прибора для регистрации двигательной активности человека, приложения пациента, позволяющее в режиме реального времени следить за состоянием нервной системы, клиентского приложения лечащего врача-невролога, позволяющее производить комплексный анализ данных пациентов и обеспечивать удаленное взаимодействие. Важно отметить, что разрабатываемую технологию исследования состояния нервной системы человека через анализ двигательной активности человека возможно применять как приложение к современным гаджетам по типу фитнес-трекеров и умных часов, однако показания таких устройств может носить лишь рекомендательный характер и не может быть использовано с современной клинической практике.

Благодарности : Исследование выполнено за счет средств гранта фонда содействию развитий малых форм предприятий в научно-технической сфере (Договор № 319ГУЦЭС8-D3/56353 от 27.12.2019)

Литература:

  1. Бегун, Д. Н. Болезни нервной системы как медико-социальная проблема / Д. Н. Бегун, Т. А. Морозова, А. В. Сурикова. // Молодой ученый. — 2019. — № 10 (248). — С. 78–80.
  2. Здравоохранение в России. 2019: Стат.сб. / Росстат. — М., З-46, 2017. — 29–30 с.
  3. Иллариошкин, С. Н. Дрожательные гиперкинезы / С. Н. Иллариошкин, И. Иванова-Смоленская // Руководство для врача — Атмосфера 2011. — С. 246–256.
  4. Жмудь, В. А. Рекомендации по быстрой разработке макетов цифровых систем управления на базе микроконтроллеров / В. А Жмудь., В. Г. Трубин, А. Ю. Ивойлов //Автоматика и программная инженерия. — 2016. — № 3 (17). — С. 25–31.
  5. Федоров, Д. С. Использование измерительной системы MPU 6050 для определения угловых скоростей и линейных ускорений / Д. С. Федоров, А. Ю. Ивойлов, В. А. Жмудь, В. Г. Трубин // ФГБОУ ВПО НГТУ, (Новосибирск, Россия). Автоматика и программная инженерия. — 2015. — № 1 (11). — С. 75–80.
Основные термины (генерируются автоматически): двигательная активность человека, регистрация, нервная система, образец устройства, DC-DC, центральный микроконтроллер, программное обеспечение, программно-аппаратный комплекс.


Похожие статьи

Система анализа двигательной активности | Статья в журнале...

Система анализа двигательной активности. Авторы: Бисов Алексей Анатольевич, Уваров

В качестве устройства обработки данных, в данной ситуации, подходят контроллеры фирмы AVR

Система команд микроконтроллеров AVR весьма развита и насчитывает в различных...

Программно-аппаратный комплекс (ПАК) для исследования...

Программно - аппаратный комплекс для исследования динамических и вибрационных характеристик сил резания предназначен для регистрации и исследования силовых и вибрационных характеристик процесса резания, проявляющихся при обработке металлов.

Программно-аппаратные средства защиты автоматизированных...

Программно-аппаратные средства защиты автоматизированных систем от несанкционированного доступа.

Модуль доверенной загрузки представляет собой комплекс аппаратно-программных средств (плата, аппаратные средства идентификации и...

Аппаратные и программные средства систем реального времени

Любая система реального времени характеризуется набором аппаратных и программных средств. Аппаратные средства делятся на две группы: средства вычислительной техники и специализированные устройства для связи ЭВМ с объектом. В рамках программных средств...

Универсальное программно-аппаратное устройство для...

Универсальное программно-аппаратное устройство для преобразования принимаемой от интеллектуальных датчиков информации при

Такое устройство может быть реализовано на микросхемах (в полностью аппаратном виде), на микроконтроллере или на программируемой...

Аппаратно-программный комплекс по определению...

Аппаратно-программный комплекс по определению индивидуального режима двигательной активности на основе комплексной оценки

исходный вегетативный тонус, вегетативная нервная система, двигательная активность, группа, физическая культура, физическая...

Практика защиты информации в Wi-Fi сетях на основе...

Программно-аппаратный комплекс регистрации пользователей...

Для создания системы защиты от вышеназванных угроз необходимо применение комплекса программных, аппаратных или программно-аппаратных средств защиты.

Аппаратное и программное обеспечение автоматизированной...

Аппаратное и программное обеспечение автоматизированной обучающей системы для исследования

− релейный коммутатор, служащий для выбора образца исследований из имеющегося

Программно-аппаратные средства защиты автоматизированных систем от...

Программно-аппаратный комплекс регистрации пользователей...

Орёл, Ю. С. Программно-аппаратный комплекс регистрации пользователей открытой WiFi сети / Ю. С. Орёл.

В настоящее время практически каждый человек использует интернет для достижения своих целей, будь то доступ в социальные сети, просмотр почты, фильмов или же...

Похожие статьи

Система анализа двигательной активности | Статья в журнале...

Система анализа двигательной активности. Авторы: Бисов Алексей Анатольевич, Уваров

В качестве устройства обработки данных, в данной ситуации, подходят контроллеры фирмы AVR

Система команд микроконтроллеров AVR весьма развита и насчитывает в различных...

Программно-аппаратный комплекс (ПАК) для исследования...

Программно - аппаратный комплекс для исследования динамических и вибрационных характеристик сил резания предназначен для регистрации и исследования силовых и вибрационных характеристик процесса резания, проявляющихся при обработке металлов.

Программно-аппаратные средства защиты автоматизированных...

Программно-аппаратные средства защиты автоматизированных систем от несанкционированного доступа.

Модуль доверенной загрузки представляет собой комплекс аппаратно-программных средств (плата, аппаратные средства идентификации и...

Аппаратные и программные средства систем реального времени

Любая система реального времени характеризуется набором аппаратных и программных средств. Аппаратные средства делятся на две группы: средства вычислительной техники и специализированные устройства для связи ЭВМ с объектом. В рамках программных средств...

Универсальное программно-аппаратное устройство для...

Универсальное программно-аппаратное устройство для преобразования принимаемой от интеллектуальных датчиков информации при

Такое устройство может быть реализовано на микросхемах (в полностью аппаратном виде), на микроконтроллере или на программируемой...

Аппаратно-программный комплекс по определению...

Аппаратно-программный комплекс по определению индивидуального режима двигательной активности на основе комплексной оценки

исходный вегетативный тонус, вегетативная нервная система, двигательная активность, группа, физическая культура, физическая...

Практика защиты информации в Wi-Fi сетях на основе...

Программно-аппаратный комплекс регистрации пользователей...

Для создания системы защиты от вышеназванных угроз необходимо применение комплекса программных, аппаратных или программно-аппаратных средств защиты.

Аппаратное и программное обеспечение автоматизированной...

Аппаратное и программное обеспечение автоматизированной обучающей системы для исследования

− релейный коммутатор, служащий для выбора образца исследований из имеющегося

Программно-аппаратные средства защиты автоматизированных систем от...

Программно-аппаратный комплекс регистрации пользователей...

Орёл, Ю. С. Программно-аппаратный комплекс регистрации пользователей открытой WiFi сети / Ю. С. Орёл.

В настоящее время практически каждый человек использует интернет для достижения своих целей, будь то доступ в социальные сети, просмотр почты, фильмов или же...

Задать вопрос