VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Инновационная система индивидуальной диагностики сердечно-сосудистой системы человека

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Муханова Е.А. 1Резник Д.А. 1

---

1МБОУ Ставровская СОШ

Евтимова И.Н. 1Соболева Л.Л. 1

---

1МБОУ Ставровская СОШ

Работа в формате PDF

1.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Цель проекта:

В настоящее время наблюдается рост смертности от заболеваний сердечно-сосудистой системы. Из-за быстрого темпа жизни люди меньше времени уделяют на посещение врача. Поэтому одним из вариантов решений этой проблемы становится создание индивидуальных, доступных и легких в обращении систем диагностики организма. Целью проекта стала разработка подобной системы самодиагностики.

Методы и приёмы,используемые в работе:

Теоретические (изучение и анализ научной литературы по теме)

Эмпирические (сравнение имеющихся аналогов)

Полученные данные и результаты: Описание аппаратной и программой части разработки системы.

Выводы:

С помощью этой системы каждый человек может ежедневно следить за состоянием своего здоровья, используя доступные и современные устройства. Такая доступная система диагностики позволит контролировать состояние своего организмаи обращаться за медицинской помощью до появления первых симптомов заболевания, что гарантирует своевременное лечение и сокращение времени диагностики у лечащего врача.

Только комплексный и индивидуализированный подход к каждому человеку, синтезирующий все классические и инновационные достижения научного прогресса, позволит сохранить его здоровье и сделать медицину будущего эффективнее, чем когда-либо.

План исследований

Проблема исследований:

В настоящее время в нашей стране наблюдается демографический кризис: смертность существенно превышает рождаемость. Одной из основных причин смертности населения Российской Федерации являются сердечно-сосудистые заболевания(см. приложение рис.1). Несмотря на то, что здоровье – самый важный аспект жизни человека, количество медицинских и диагностических услуг, запрашиваемое им, крайне низкое. Обычно пациент обращается к врачу, когда та или иная патология вызывает боль или дискомфорт. Ранние стадии заболеваний диагностируются редко.

Подобная статистика также обусловлена негативными факторами: ускоренным ритмом жизни, несбалансированным питанием, стрессом, которым подвержена основная часть граждан. Поэтому каждый человек находится в зоне риска развития сердечно-сосудистых заболеваний и нуждается в постоянном контроле своего организма.

Решение проблемы раннего диагностирования сердечно-сосудистых возможно через новое качество оказания медицинских услуг – персонализируемую медицину. Персонализированная медицина прочно укрепилась к медицинской практике, её можно трактовать как индивидуальный подход к каждому пациенту. Такой подход применяется к каждому человеку, даже когда он полностью здоров. С развитием современных технологий принцип индивидуальности, непохожести, исключительности каждого человека подкрепляется надёжной диагностической базой, инновационными технологиями.

Гипотеза:существованиедоступной системы индивидуальной диагностики сердечно-сосудистой системы человека, как один из методов персональной и прогностической медицины.

Методы исследований:

Теоретические (изучение и анализ научной литературы по теме)

Эмпирические (сравнение имеющихся аналогов)

Календарный план работ(см. таблица 1)

Таблица 1

Библиография:

https://serdcebolit.net/p25243963-domashnij-kardioanalizator-ekg.html

https://www.angioscan.ru/ru/angioscan-01/full

https://rusdatas.ru/bez-rubriki/glyukometr-na-ruku-neinvazivnyj-pribor-dlya-izmereniya-urovnya-sahara-v-krovi.html

https://citilab.ru/vladimir/services/catalog.aspx?cat=44965

https://moidiabet.ru/news/kompanija-echo-provodit-klinicheskie-ispitanija-sistemi-neprerivnogo-monitorirovanija-urovnja-gljukozi-symphony-tcgm-system

http://an-etalon42.ru/polnoe-obsledovanie-serdechno-sosudistoj-sistemy/

Научная статья

Актуальность проекта:

Предложенная инновационная система индивидуальной диагностики, позволит сократить время диагностирования заболеваний и провести эффективное своевременное лечение, что приведётк снижению смертности населения России от сердечно-сосудистых заболеваний и увеличению продолжительности жизни. Подобные результаты необходимы гражданам страны, здравоохранению и непосредственно государству.

В настоящее время каждый человек находится в зоне риска развития сердечно-сосудистых заболеваний и нуждается в постоянном контроле своего организма. Необходимый мониторинг выполняет система, представленная в проекте.

Также сокращение времени диагностирования, засчёт системы, позволит провести своевременное лечение, что повысит эффективность работы медицинских учреждений и здравоохранения РФ в целом.

Таким образом использование предложенной системы позволит со временем сократить смертность и приведет к стабилизации демографической ситуации в нашей стране.

Данная система является уникальной, посколькуиспользует не только типичные разработки необходимые для диагностики сердечно-сосудистой системы, но и приборы,проводящие мониторинг функциональных показателей человека, которые напрямую не связаны с сердечно-сосудистыми заболеваниями, но могут стать причинами их развития.

Анализ существующих решений и методов

Мы рассмотрели и сравнили ряд аналогов, проводящих диагностику сердечно-сосудистой системы (приложение рис.1):

АнгиоСкан-01П (пульсовая волна, объём крови)

Кардиоанализатор (ЭКГ)

Тонометр (давление)

Портативный электрокардиограф (ЭКГ)

Аппарат УЗИ сосудов и сердца

Большинство аналогов не являются мобильными системами и анализируют лишь один из показателей, что препятствует точности результатов и проведению ранней диагностики.

Для создания нашей системы мы руководствовались работой и техническими характеристиками двух приборов: ангиоскана и кардиоанализатора, так как они предназначены для проведения домашней диагностики, мобильны и наиболее удобны в использовании. Также данные приборы учитывают больше функциональных показателей человека, чем остальные, что даёт возможность точной установки диагноза.

Оригинальность проекта заключается в созданииинновационной системы, объединяющей принципы работы имеющихся приборов, которые не используются вместе в иных устройствах и практиках. Это позволяет проводить комплексное диагностирование сердечно-сосудистой системы,а также осуществлять мониторинг функциональных показателей человека, выход за пределы норм которых можетпривести к причинам развития сердечно-сосудистых заболеваний.

Перспективность результатов:Предложенная система позволит сократить время диагностирования, со временем приведет к снижению смертности,увеличению продолжительности жизни населения РФ и к стабилизации демографической ситуации в стране.

Считаем, что данная система будет востребована более 50% населением в возрасте от 16 до 65 лет. Особенно это актуально с 2019 года при повышении пенсионного возраста населения России.

Научная новизна проекта заключается в существовании обобщённого решения, принятого на основе различных данных, выявлении индекса здоровья человека и предоставлении персональных рекомендаций в зависимости от состояния здоровья пациента.

Экономическая выгода от реализации решения:

Вычисляя экономическую выгоду от проекта, мы решили сравнить стоимость своей системы и стоимость комплексного обследования сердечно-сосудистой системы в медицинском центре «СитиЛаб» города Владимир. Стоимость нашей системы составляет 10 765 рублей (см. в приложении рис. 3), что намного дешевле стоимости обследования в центре, которая составляет 26 830 рублей (см. в приложении рис. 4).

Таким образом, используя предложенную систему, человек потратит меньше времени и материальных средств при проведении диагностики в домашних условиях, чем при обращении в медицинское учреждение.

Цель проекта:

Описатьинновационную систему индивидуальной диагностики сердечно-сосудистой системы человека.

Задачи проекта:

Изучение и анализ литературы по проекту.

Анализ существующих исследований и разработок.

Описание аппаратной и программной частей системы.

Представление и продвижение проекта.

Описание аппаратной части разработки

Предложенная система индивидуальной диагностики сердечно-сосудистой системы состоит из браслета (аппаратная часть) и программы на смартфоне.

Выбор элементов браслета обоснован причинами, влияющими на развитие сердечно-сосудистых заболеваний. В своей системе мы учитывали выявление гиподинамии, ожирения, сахарного диабета. Мониторинг функциональных показателей человека, выход за пределы норм которых влияет на развитие перечисленных причин, и выявление состояния сердечно-сосудистой системы определяет комплексную диагностику человека на развитие сердечно-сосудистых заболеваний.

В устройство браслета входят:

Оптический датчик фотоплетизмографа

Инфракрасный датчик

Неинвазивный глюкометр

Два электрода

Цифровой акселерометр.

Вибромотор

Микроконтроллер

Источник питания

Усилители

Схема работы устройства представлена в приложении (рис. 5).

Оптический датчик фотоплетизмографа регистрирует пульсовую волну, по которой определяется состояние артерий и выявляется аритмия.

Инфракрасный датчик измеряет температуру тела, повышение которой свидетельствует о развитии заболеваний несердечно-сосудистой системы. Это исключает установление неправильного диагноза программой.

Неинвазивные системы находятся на стадии разработок и тестирования, поэтому в перспективе в браслете должен быть вмонтирован датчик, избирательно регистрирующий разные длины волн ИК излучения кожи, по спектру которых определятся уровень глюкозы в крови человека. На данный момент неинвазивный глюкометр в нашей системе представлен пластырем, который передаёт на браслет результаты измерений глюкозы.

Два электрода находятся по разные стороны от сердца и регестрируют ЭКГ. В браслет вмонтирован один из них, а другой находится на корпусе вверху. Для определения ЭКГ человеку необходимо приложить палец свободной руки ко второму электроду на корпусе браслета.

Цифровой акселерометр ведет подсчет количества сделанных шагов. Акселерометр также даёт гаджету информацию о положении в пространстве,скорости передвижения и пройденном человеком расстоянии.

В устройство браслета также входит вибромотор, работающий только тогда, когда хотя бы один из биологических показателей человека выходит за пределы своей нормы. Вибрация передается на корпус браслета и тотначинает дрожать.Это позволяетбыстро осведомлять пользователя о явных нарушениях его организма.

Таким образом, приборы, входящие в браслет,считывают биологические показатели человеческого организма и по кабелям передают её в микропроцессор. Из него по Bluetooth-модулю информация поступает в программу смартфона.

Внешний вид устройства представлен в приложении (рис. 6,7).

Описание программной части разработки

Перед работой с программой необходимо ввести свои данные (ФИО, пол, возраст, вес).Программа, представленная в системе, состоит из трёх блоков:

Программа сравнивает данные человека, полученные с браслета, с нормами, характерными для его возраста и пола (приложение рис.8).Основной блокпроверяет состояние сердечно-сосудистой системы человека поЭКГ и пульсу, выявляет аритмию и определяет состояние артерий. Также анализируется уровень глюкозы в крови. При отклонениях от норм человеку рекомендуется сходить на приём к врачу-кардиологу, врачу-эндокринологу.

Второй блок определяет двигательную активность человека, сравнивая пройденное человеком расстояние за суткис нормой, характерной для его пола и возраста(приложение рис.8). Если расстояние меньше нормы, то человеку реокмендуется пройти оставшееся расстояние или предлагаются упражнения, которые легко выполнить дома.

И третий блок проводит анализ суточного потребления продуктов питания. Данные, необходимые для выявления калорийности продуктов,которые употребил человек вбиваются непосредственно им самим. Программа определяет необходимое суточное потребление калорий для поддержаниявеса человека, сравнивая данныес нормами, характерными для его пола, возраста и веса.(приложение рис.8) Если человек потребляет больше калорий, чем положено нормой, то ему приходит рекомендация о снижении потребления высококалорийной пищи и предлагается несколько вариантов диетических блюд.

Алгоритм программы представлен в приложении (рис.9)

Заключение

Рекомендации по применению

Перед работой с программой необходимо ввести свои данные (ФИО, пол, возраст, вес).

Данная система непосредственно связана с «Семейной медициной». Человек может забить данные, полученные с браслета, в свой личный кабинет платной клиники, которую он посещает. «Семейный доктор», благодаря полученным данным, сократит время обследования и зафиксирует развитие болезни на самых ранних стадиях её развития.

При успешной реализации проекта человек, используя данную систему, потратит меньше времени и материальных средств при проведении диагностики в домашних условиях, чем при обращении в медицинское учреждение. Поначалу это будет дорогая услуга, но это только для первых пациентов. С повышением спроса на прибор цена будет снижаться.

Массовое использование прибора позволит сократить время диагностирования, со временем приведет к снижению смертности населения России и увеличению продолжительности жизни.

Проект может быть реализован в полном объёме в научно-исследовательских лабораториях при поддержке учёных, инженеров, программистов.

Продвижение проекта

Информирование через средства массовой информации.

Социальные сети.

Выпуск рекламных буклетов.

Возможные риски

Нехватка финансовых средств для продвижения проекта.

Отсутствие инновационных приборов, которые необходимо использовать в системе.

Приложение

Рис. 1

Рис. 2

Рис.3

Рис.4

Рис. 5

Рис. 6

Рис. 7

Рис.8

Рис.9