УДК 615.47:621.39 И.Р. НЕХАЕВА I.R. NEKHAEVA

УДК 615.47:621.39
И.Р. НЕХАЕВА
I.R. NEKHAEVA
СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ПАРАМЕТРОВ ДЫХАНИЯ ДЕТЕЙ ГРУДНОГО
ВОЗРАСТА
THE MONITORING SYSTEM OF BREATHING PARAMETERS IN INFANTS
В статье рассмотрены основные положения разработки системы мониторинга параметров дыхания
детей грудного возраста. Принцип системы основан на регистрации апноэ и сигнализировании при полной
остановки дыхания. Приводятся результаты теоретического исследования с выводами расчётных соотношений для проведения мониторинга.
Ключевые слова: монитор дыхания, мобильные средства контроля, синдром внезапной детской
смерти.
The article considers the general provisions of engineering the monitoring system of breathing parameters in
infant. The principle of the system is based on detection and signaling apnoea full stop breathing .There are theoretical
research results with conclusions settlement parities for a monitoring.
Keywords: breathing monitor, mobile control, sudden infant death syndrome.
ОПИСАНИЕ ПРОБЛЕМЫ
Грудным детям свойственны дыхательные паузы во время сна (апноэ), которые, как
правило, длятся нескольких секунд и не влияют на оксигенацию крови, фактически не принося вреда организму. Неустойчивость дыхания обусловлена незрелостью ЦНС и незаконченной дифференцировкой дыхательного цента.
При увеличении паузы в дыхании, превышающей интервал 12 – 15 с., наступает гипоксия. В результате кислородного голодания головного мозга происходят необратимые изменения в ЦНС, что может быть причиной отставаний в последующем развитии ребенка, более
того, увеличение длительности и частоты пауз в дыхании приводит к полной остановке дыхания - синдрому внезапной детской смерти.
СВДС определяется, как внезапная смерть грудного ребенка в возрасте до одного года, которая остается необъяснимой после проведения полного посмертного исследования,
включающего вскрытие, исследования места смерти и анализ медицинской документации.
Чаще всего СВДС происходит во сне, поэтому его еще называют «смертью в колыбели» [1].
Как правило, смерть является единственным проявлением данного синдрома, какиелибо предпосылки смертельного исхода отсутствуют. Зачастую внешне здорового ребенка
находят мертвым через несколько часов после того, как уложили спать [2, 3].
Для предотвращения летального исхода, в результате остановки дыхания во сне, чаще
всего достаточно своевременно разбудить ребенка, что он начал дышать самостоятельно.
СВДС в настоящее время занимает одно из первых мест среди причин младенческой
смертности вне лечебных учреждений и приводит к сильнейшим психологическим проблемам у пострадавших родителей [1].
По данным Федеральной службы государственной статистики на 2012 г. отмечен показатель СВДС - 0,27 на 1000 рожденных живыми, что составляет 3,1 % от общего числа
младенческой смертности.
Младенческая смертность является одним из факторов, наглядно отражающих эффективность репродуктивно-демографического развития страны и уровень социальноэкономического благополучия общества [4]. Снижение детской смертности - одна из приоритетных задач системы здравоохранения. Высокая значимость данного показателя определяет актуальность своевременного выявления причин и предотвращения детской смерти.
Из всех причин младенческой смерти именно СВДС выглядит наиболее ужасной и загадочной, потому что его нельзя предсказать, фактически, СВДС наступает безо всяких при-
чин, чаще всего младенец просто перестает дышать. Современная медицинская практика не
имеет достоверных способов и средств профилактики и лечения СВДС.
Актуальность темы СВДС определяется рядом факторов и, прежде всего, его относительной распространенностью и тенденцией к росту частоты. Кроме того, отмечается факт
роста частоты СВДС наряду с уменьшением смертности детей от инфекций и других причин
[5]. Это свидетельствует о потребности в эффективных способах диагностики факторов риска СВДС и методов предотвращения.
Домашний мониторинг параметров дыхания обеспечит постоянный контроль дыхания
во время сна, информируя о возникновении проблем с дыханием, позволяя родителям своевременно отреагировать - разбудить ребенка, встряхнуть, взять на руки.
Проводится активная пропаганда повсеместного использования мониторов дыхания,
однако существующие контактные и бесконтактные мониторы дыхания остаются недоступными для широкого применения в связи с их высокой стоимостью.
Мониторы дыхания делятся на контактные и бесконтактные. Первые находятся в постоянном контакте с телом ребенка, бесконтактные находятся на некотором расстоянии от
объекта. И те, и другие имеют свои достоинства и недостатки. Например, бесконтактные мониторы, сенсоры которых помещаются под матрас кроватки или над кроваткой, очень удобны в применении и не приводят к дискомфорту ребенка. Отличаясь приемлемой надежностью, они, тем не менее, не могут применяться, если в кроватке находятся два ребенка (или
рядом находится родители). Кроме того, пространство мониторинга бесконтактных систем
ограничивается местом их установки.
Контактные мониторы, которые крепятся, например, на подгузник, исключают указанные недостатки. При этом их применение также ограничено множеством факторов (холодное время года, затраты времени на установку монитора, дискомфорт, связанный с конструкционными особенностями приборов и др.).
Целью работы является разработка системы мониторинга параметров дыхания детей
грудного возраста, которая позволит значительно расширить область применения данных
устройств, будет комфортна для ребенка, проста в использовании и максимально доступна в
потребительском аспекте.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ
Основными задачами для исследования являются:
- изучение основных теоретических положений и практических возможностей методов контроля параметров дыхания с учетом особенностей внешнего дыхания у детей;
- анализ устройств, предлагаемых на рынке;
- разработка концепции биотелеметрической системы мониторинга, пригодной для
использования технически неподготовленными потребителями;
- анализ возможности построения системы с учетом современных достижений в области информационных технологий, реализуемых с помощью средств мобильной связи и их
программного обеспечения;
- изучение принципиальных возможностей использования линии связи и необходимых для беспроводной передачи данных интерфейсов;
- разработка системы мониторинга параметров дыхания детей грудного возраста;
- сравнение технических характеристик разрабатываемой системы с характеристиками аналогичных устройств.
КОНТРОЛИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ
Особенности дыхания ребенка определяются анатомо-физиологическим строением и
развитием его грудной клетки. Она имеет пирамидальную форму и постоянно находится в
состоянии, близком к инспирации, в связи, с чем принимает незначительное участие в акте
дыхания. Оно осуществляется в основном за счет опускания диафрагмы.
Дыхание у грудных детей аритмичное, глубокое дыхание часто сменяется на поверх-
ностное, паузы в дыхании неравномерны.
Продолжительность вдоха и выдоха составляет 0,5 – 0,6 с и 0,7 – 1 с. соответственно.
Частота дыхания колеблется в пределах от 48 до 60 дыхательных движений в минуту, и имеет тенденцию к концу первого года снижаться до 30 - 34. Пауза в дыхании в норме составляет до 10 – 12 с.
В связи с малоэластичностью легких, во время вдоха происходит незначительное увеличение их объема, примерно на 10 – 15 мм. Глубина дыхания на первом месяце не превышает 30 мл, увеличиваясь к году до 70 мл. Амплитуда колебаний во время дыхательных
движений в среднем составляет 0,5 – 1,5 см, а частота находится в диапазоне от 0,2 до 0,5 Гц.
ПРИНЦИП ИЗМЕРЕНИЯ
Структурная схема системы мониторинга параметров дыхания представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Структурная схема системы мониторинга параметров дыхания детей
грудного возраста
Устройство включает в себя измерительный блок А1, располагающийся непосредственно на теле ребенка, и приемный блок А2 (родительский блок).
В состав блока А1 входят: 1 – датчик дыхания, 2 – схема включения датчика, 3 –
АЦП, 4 - световой индикатор, 5 – микроконтроллер с модулем приемопередатчика, 6 – контроллер уровня заряда батареи, 7 – блок питания, 8 – кнопка включения/выключения измерительного блока.
Датчик дыхательных движений А1.1 преобразует механические смещения брюшной
стенки ребенка, вызванные дыхательными движениями диафрагмы, в электрический аналоговый сигнал. Процесс измерения основан на принципе изменения электрического сопротивления проводника и преобразования изменения сопротивления в электрический сигнал
(напряжение). Блок А1.2 представляет собой схему включения датчика дыхания. Далее
напряжение преобразуется АЦП А1.3 в цифровой код. Цифровой код поступает на вход микроконтроллера А1.5 для первичной обработки. Микроконтроллер имеет встроенный модуль
приемопередатчика, позволяющий транслировать результаты измерения по беспроводному
каналу связи в приемный блок А2 и принимать от него управляющие сигналы. Микроконтроллер А1.5 обрабатывает принятые данные и передает их на встроенный трансмиттер,
где информация кодируется и при помощи антенны передается по линии связи (ЛС) в приемное устройство А2 (родительский блок). Информация передается по беспроводной линии
связи посредством технологии ZigBee.
Блок А1.4 является блоком индикации, в качестве которого может использоваться
светодиод, индицирующий процесс передачи данных в приемное устройство А2. Блок представляет собой кнопку, активирующую питание устройства измерения А1, также она может
использоваться для экстренного принудительного отключения устройства.
Контроллер заряда батареи обеспечивает ряд функций, необходимых в процессе эксплуатации батареи. При использовании контроллера А1.6, в сочетании с основным микроконтроллером А1.5, резидентная ИС контролера А1.6, располагающаяся в одной упаковке с
батареей, может использоваться для приложений, которые включают заряд, оценку остаточной емкости, мониторинг безопасности, и энергонезависимое сохранение параметров. Если
уровень заряда блока питания А1.7 недостаточен, микроконтроллер А1.5 посылает через
трансивер специальный сигнал в приемное устройство А2, которое в свою очередь оповещает (звуковая сигнализация) родителей о необходимости смены источника питания А1.7 блока
измерения А1.
В состав приемного блока входят: 1 – трансивер, 2 – интерфейс USB 2.0, 3 – микроконтроллер, 4 – блок внешней памяти, 5 – блок световой индикации, 6 – клавиатура, 7 – контроллер заряда батареи, 8 – блок звуковой индикации, 9 – блок питания, 10 – средство отображения информации.
Сигнал с трансмиттера микроконтроллера А1.5 устройства измерения А1 передается
на блок ресивера А2.1 приемного устройства А2. Приемник А2.1 осуществляет частотную
селекцию: выделяет из всего радиочастотного спектра электромагнитных колебаний (действующих на антенну) колебания, содержащие измерительную информацию; увеличивает
энергию принятых колебаний до уровня, при котором становится возможным их использование; преобразует принятые модулированные радиочастотные колебания в электрические
колебания, соответствующие закону модуляции, т. е. непосредственно содержащие информацию. Измерительная информация поступает на микроконтроллер А2.3, где данные подвергаются дополнительной обработке.
Если наступает пауза в дыхании, превышающая предварительно установленный максимально допустимый порог, микроконтроллер А2.3 активирует схемы световой А2.5 и звуковой А2.8 сигнализации. Приемный блок А2 может быть синхронизирован с персональным
компьютером (ПК) либо комплексной системой мониторинга состояния человека посредством гальванически развязанного последовательного интерфейса передачи данных USB 2.0
(блок А2.2). Данный интерфейс может использоваться для передачи массива данных из приемного устройства в персональный компьютер для их дальнейшей обработки, анализа и использования врачебным персоналом в диагностических целях.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Представленная система мониторинга осуществляет непрерывный контроль за параметрами дыхания детей грудного возраста, в частности, регистрируя дыхательные движения
ребенка и оповещая о наступлении респираторной паузы, продолжительность которой превышает допустимое значение. Применение подобных систем имеет большую эффективность,
позволяет распознать критическую ситуацию и своевременно выявить патологию по частоте
возникновения апноэ.
Непрерывный мониторинг дыхания во время сна позволит предотвратить синдром
внезапной смерти ребенка.
Данная система может использоваться в детской кроватке, при совместном сне, во
время прогулок и путешествий, обеспечивая безопасность ребенка и спокойствие родителей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Синдром внезапной детской смерти. Учебное пособие [Текст] / А.Ф. Бабцева и др. –
Благовещенск: Буквица, 2012. – 39 с.
2 Григорьев К.Н. Синдром внезапной смерти у детей грудного возраста [Текст] / Медицинская помощь. – 2001. – № 5. – с. 33 – 37
3 Непомнящая В.А. Эпидемиология и профилактика синдрома внезапной смерти у
детей: Автореф. дисс. канд. мед. наук. [Текст] / Донецк. – 2005. – 20 с.
4 Кваша Е. А. Младенческая смертность в России в XX веке. [Текст]
/Социологические исследования. – 2003. - №6, с. 47 - 55
5. Суханова Л. П., Скляр М. С. Детская и перинатальная смертность в России: тенденции, структура, факторы риска. [Текст] / Социальные аспекты здоровья населения. – 2007. №4.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Нехаева Инна Робертовна
Студент (магистрант) кафедры «Приборостроение, метрология и сертификация»
Госуниверситет – УНПК (г. Орел)
Тел.: +79524746264
E-mail: [email protected]