MAGISTARSKI RAD - APEG RAD_Jurica_Zarkovic.… · · 2015-12-17Prilog daljinskom monitoringu vitalnih parametara sa osvrtom na varijabilnost srčanog ritma Strana: 2 Magistarski

Sl. 1 - Šematski prikaz rada srca

UNIVERZITET CRNE GORE ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET PODGORICA

MAGISTARSKE PRIMIJENJENE STUDIJE

JURICA A. ŽARKOVIĆ

PRILOG DALJINSKOM MONITORINGU VITALNIH PARAMETARA SA OSVRTOM NA VARIJABILNOST

SRČANOG RITMA

MAGISTARSKI RAD

Podgorica, 2013.

Prilog daljinskom monitoringu vitalnih parametara sa osvrtom na varijabilnost srčanog ritma Strana: 2

Magistarski rad – Jurica A. Žarković



UNIVERZITET CRNE GORE ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET PODGORICA

MAGISTARSKE PRIMIJENJENE STUDIJE

JURICA A. ŽARKOVIĆ

PRILOG DALJINSKOM MONITORINGU VITALNIH PARAMETARA SA OSVRTOM NA VARIJABILNOST SRČANOG RITMA

MAGISTARSKI RAD

Podgorica, 2013.



PODACI I INFORMACIJE O MAGISTRANTU

Ime i prezime: Jurica A. Žarković

Datum i mjesto rođenja: 21. Februar 1981. Titograd, Crna Gora

Naziv završenog osnovnog studijskog programa: ETF Podgorica, specijalističke primijenjene studije računarstva

Datum diplomiranja: 11. 02. 2009. godine

INFORMACIJE O MAGISTARSKOM RADU

Naziv postdiplomskog studija: Studijski program PRIMIJENJENO RAČUNARSTVO

Magistarska teza: „Prilog daljinskom monitoringu vitalnih parametara sa osvrtom na varijabilnost srčanog ritma“

Fakultet na kojem je rad odbranjen: Elektrotehnički fakultet, Podgorica

UDK, OCJENA I ODBRANA MAGISTARSKOG RADA

Datum prijave magistarskog rada: 28.05.2012. godine

Datum sjednice Vijeća univerzitetske jedinice na kojoj je prihvaćena tema: 10.07.2012. godine

Komisija za ocjenu teme i podobnost magistranta: Prof. dr Srđa Stanković Prof. dr Radovan Stojanović

Doc. dr Budimir Lutovac

Mentor: Prof. dr Radovan Stojanović

Komisija za ocjenu rada: Prof. dr Budimir Lutovac Prof. dr Radovan Stojanović Prof. dr Neđeljko Lekić

Komisija za odbranu rada: Prof. dr Neđeljko Lekić Prof. dr Radovan Stojanović

Doc. dr Sofija Žitnik Sivački

Lektor: Željka Žarković, prof.književnosti

Datum odbrane: 23. decembar 2013. Datum promocije: _______________________



Sažetak U radu je razmotren daljinski monitoring vitalnih parametara u cilju kontinuiranog praćenja hroničnih bolesnika ili blagovremenog reagovanja kod naglih promjena zdravstvenog stanja, na primjer kod kardiovaskularnih komplikacija. Sistem daljinskog monitoringa obuhvata nekoliko senzora koji prate tok ukupne aktivnosti pacijenta i EKG senzora za praćenje aktivnosti srca. Rad ima za cilj projektovanje, realizaciju i testiranje fleksibilnog sistema za praćenje osnovnih fizioloških parametara ekstrakovanih iz elektrokardiogramskog (eng. ECG) signala. Akcent se daje na ekstrakciju R-R intervala u cilju određivanja srčanog ritma i njegove varijabilnosti (eng. heart rate variability), HRV. Prednosti predloženog rešenja se ogledaju u: jednostavnosti i niskoj cijeni izrade zbog korištenja široko rasprostranjenih komponenti, pouzdanosti rada uređaja koji se bazira na dokazanim tehnologijama, jednostavnosti korištenja, maloj potrošnji energije i potrebnoj tačnosti. Doprinosi se očekuju u: tehničkom rešenju na nivou integracije, predlaganju prototipa proizvoda, sistematizaciji znanja iz oblasti, prezentaciji rezultata testiranja u realnim uslovima, edukativnom polju itd. Ključne riječi: EKG, RR interval, HRV, WBN, Bluetooth i GSM

Abstract

This study describes the remote measurement of vital physiological parameters in order to continuously monitor chronically ill people or to timely respond to rapid changes in health conditions, for example in cardiovascular complications. The system of remote monitoring includes several sensors that monitor the level of total activity of the patient, and the ECG sensor that monitors heart activity. This study aspires to design, implement and test a flexible system for the monitoring of basic physiological parameters extracted from electrocardiogram's (ECG) signals. The accent is given on the extraction of the RR intervals in order to determine heart rate and its variability. The advantages of the proposed solutions will be reflected in: the simplicity and low cost production as a result of widespread use of components; its reliability based on proven technologies; ease of operation; low power consumption and the required accuracy. It is expected from this study to bring in the technical solution at the level of integration, to propose a prototype product, help in the systematization of the knowledge in the field, present the results of testings in real conditions, serve as a material in educational fields etc. Keywords: ECG, RR interval, HBR, HRV, WBN, Bluetooth and GSM



Doprinosi

Prema procjeni autora i nastavnog mentora, rad donosi nekoliko naučnih i stručnih doprinosa, koji se mogu sažeti u: Pregledu i sistematizaciji znanja vezanih za detekciju karakterističnih talasa kod EKG signala.

Poseban akcent je dat ekstrakciji RR impulsa.

Predlogu dvije hardverske verzije za detekciju srčanog ritma i njegovom prenosu na

ambulantnom i na daljinskom nivou putem GSM mreže, koje omogućavaju jednostavan

monitoring i obradu signala na PC-u i njihovo memorisanje na medicinskom serveru.

Razvijanju GUI-a za prikupljanje, snimanje i obradu srčanih RR impulsa u MATLAB-u.

Analizi realnih signala u MATLAB-u dobijenih pomoću hardverskog rješenja.

Metodologiji, arhitekturi i algoritmima verifikovanim u laboratorijskim i realnim uslovima

koristeći postojeće razvojne alate i specijalno izrađene potrebne sklopove (prijemnike).

Komentarisanju otvorenih problema i davanju smjernica za budući rad.

Sistematizaciji odgovarajuće literature i elektronskih resursa.

Struktura rada

Rad se sastoji od šest poglavlja i organizovan je na sljedeći način:

Poglavlje 1 - Srce, EKG signali i njihova detekcija Prikazuje način rada ljudskog srca, akcione potencijale, kao i parametre koji denifišu EKG signal. Navedeni intervali su bitni za obradu EKG signala, kao i najpoznatiji načini registrovanja EKG signala putem odvoda. Navode se i komentarišu izvori realnog šuma. Definiše se RR impuls i metod njihovog mjerenja.

Poglavlje 2 - Daljinski monitoring vitalnih parametara Definiše daljinski monitoring, njegove komponente i razloge razvoja bežičnih tehnologija. Prikazuje postojeća rješenja i njihove mane, kao i savremena rješenja. Objašnjava telemedicinu i njenu upotrebu u računarskim mrežama. Definiše Bluetooth kao osnovno sredstvo prenosa medicinski parametara

Poglavlje 3 - Predloženo rješenje sa rezultatima testiranja Opisuje predloženo rješenje, analizira ga u domenu prenosa, elektronike i arhitekture. Prikazuje proračun energetske efikasnosti predloženog rješenja. Projektuje aplikaciju (GUI) za obradu prenesenih signala. Prikazuje rezultate: realne signale, domet i greške.

Poglavlje 4 – Potencijalne primjene Opisuje primjenu daljinskog monitoringa vitalnih parametara u slučaju kardio vaskularnih oboljenja i Sleep apnea-e.

Poglavlje 5 - Budući rad

Poglavlje 6 - Zaključak i komentari



Popis slika Sl.1------------------------------------------------------------------------------------ Šematski prikaz rada srca. Sl.2------------------------------------------------------------------------------ Kretanje akcijskog potencijala. Sl.3---------------------------------------- Prikaz depolarizacije i repolarizacije ćelije nakon podražaja. Sl.4------------------------------------------------------------------------------------------------------- Napon srca. Sl.5----------------------------------------------- Postavljanje elektroda i Einthovenovih odvoda I, II, III. Sl.6--------------------------------------------- Pojačani (Goldbergerovi) odvodi i prekordijalni odvodi . Sl.7---------------------------------------------------- 2-elektrodni odvodi montirani na grudnom pojasu. Sl.8-------------------------------------------------------------------- Smetnje od vanjskog električnog polja. Sl.9 ------------------------------------------------------ Smetnja u EKG signalu od gradske mreže (50Hz). Sl.10 -------------------------------------- Uticaj magnetnog polja smetnje na ulazni krug pojačavača. Sl.11 ----------------------------------------------------------------------- Smetnje pri mjerenju EKG signala. Sl.12 ---------------------------------------------------------------------------------- Tipični elektrokardiogram. Sl.13 -------------------------------------- Djelovi EKG-ma: P talas, QRS kompleks, T talas i RR interval. Sl.14 ---------------------------------------------------- Talasni oblici napona srca za neke srčane bolesti. Sl.15 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- R-R interval. Sl.16 ----------------------------------------------- Tradicionalni Holter monitor sa „žičanom“ tehnikom. Sl.17 ----------------------------------------------------------------------------------- ATS medical alert phone. Sl.18 --------------------------------------------------------------------------------------------------- WBN sistem. Sl.19 ------------------------------- Arhitektura sistema daljinskog monitoringa vitalnih parametara. Sl.20 ------------------------------------------------------------------------------------- Lični server, PDA uređaj. Sl.21 ----------------------------------------------------------------------------------------------- Telekonsultacije. Sl.23 --------------------------------------------------------------------------------------- Primjena BlueTooth-a. Sl.24 ---------------------------------------------------------------------------------------------- Heart Rate pojas. Sl.25 ---------------------- Primjer spajanja BT modula sa internim generatorom impulsa u pojasu. Sl.26 ------------------- Električna šema prijemnika i štampana ploča za elektronske komponente. Sl.27 -------------------------------------------------------------------------------- Prijemnik impulsa od 5 KHz. Sl.28 ------------------------------------------------ Talasni oblici signala dobijeni prijemnikom za 5 KHz. Sl.29 ------------------------------------------------ Konekcija prijemnika za 5KHz i BT modula-slušalice. Sl.30 ---------------------------------------------- Sistem prenosa EKG-a putem BT-a do lokalnog PC-a. Sl.31 -------------------------------------------- Sistem prenosa putem GSM mreže do udaljenog PC-a. Sl.32 --------------------------------------- Prototip sistema daljinskog monitoringa srčane aktivnosti. Sl.33 ---------------------------------------------- Talasni oblici impulsa prenešeni GSM i BT metodom. Sl.34 --------------------------------------------------------------------------------------- Baterija pojasa i BT-a. Sl.35 ---- Blok šema za mjerenje potrošnje struje BT slušalice i izgled BT pločice sa otpornikom. Sl.36 --------------------------------------- Vrijednosti struje tokom jednog komunikacionog intervala. Sl.37 --------------------------------------------------------------- Mjerenje struje sleep moda BT uređaja. Sl.38 ----------------------- Grafički prikaz potrošnje struje u intervalima komunikacije BT uređaja. Sl.39 ------------------------------------------------------- Izgled GUI aplikacije za obradu srčanog ritma. Sl.40 --------------------------------------------------------------------------------------------- Grafici na GUI-u. Sl.41 ------- Komande za startovanje, gašenje aplikacije i snimanje varijabilnosti srčanog ritma.



Sl.42 --------------- Prikaz trenutnog, maksimalnog i minimalnog broja otkucaja, pocetka i kraja ------------------------------------------------------ opservacije, kao i polja za unos podataka pacijenta. Sl.43 --------- Prikaz grafika GUI-a. Lijevo, prikazivanje signala u realnom vremenu sa manjom ---------- vremenskom osom. Desno, prikazivanje signala u realnom vremenu od dvije sekunde. Sl.44 -------------------------------------------------------- Prikaz signala emitovanog iz grudnog pojasa. Sl.45 -------------------------------- Prikaz slanja srčanih impulsa sa pojasa na računar putem BT-a. Sl.46 ---------------------------------------------------------------------------- Signal prenešen BT-om na PC. Sl.47 ---------------------------------------- Promjena broja otkucaja srca u vremenu od jednog sata. Sl.48 ------------------------------------------------- Primjer studije slučaja kod kardiološkog bolesnika Sl.49 ---------------- Lijevo: Primjer gušenja od poslijedica Sleep Apnee. Desno: pulsni oksimetar. Sl.50 ---------- Glukoćelija (Glucocell) prototip senzora koji kontinualno mjeri nivo šećera u krvi. Sl.51 ---------------Pojas sa elektro tkaninom za detekciju respiracije i detektorom otkucaja srca. Sl.52 ---------Uticaj sredine na vitalne parametre pacijenta pri primjeni daljinskog monitoringa.

Popis tabela Tab.1 - -------------------------------------------------------------------- BlueTooth tehničke karakteristike. Tab.2 ----------------------------------------- Izmjerene vrijednosti struja u pripadajućim intervalima.



Popis skraćenica

ATS ------------------------------------------------------------------------------- Assistive Technology Services AV----------------------------------------------------------------------------------------------- Atrijoventrikularni BAN ------------------------------------------------------------------------------------------- Body Area Network BD ------------------------------------------------------------------------------------------------ Biometrical Data BPM --------------------------------------------------------------------------------------- Broj otkucaja u minuti BT ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- Bluetooth ECG -------------------------------------------------------------------------------------------- Electrocardiogram EEG ------------------------------------------------------------------------------------------ Elektroencefalogram EKG -------------------------------------------------------------------------------------------- Elektrokardiogram G -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Glucose GPRS ----------------------------------------------------------------------------- General Pocket Radio Service GPS ----------------------------------------------------------------------------------- Global Positioning System GSM ------------------------------------------------------------ Global System for Mobile communications GUI ------------------------------------------------------------------------------------- Graphical User Interface HBR ------------------------------------------------------------------------------------------------- Heart Beat Rate HRV ----------------------------------------------------------------------------------------- Heart Rate Variability MAP ------------------------------------------------------------------------------------------ Medical Alert Phone MCU ----------------------------------------------------------------------------------------- Microcontroller Unit NF -------------------------------------------------------------------------------------------------- Nisko frekventni PAN -------------------------------------------------------------------------------------- Personal Area Network PDA ----------------------------------------------------------------------------------- Personal Digital Assistant QRS ----------------------------------------------------------------------------------------- Oblik srčanog impulsa R-R --------------------------------------------------------------------------- Vremenski interval u EKG signalu RX --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Prijem SA -------------------------------------------------------------------------------------------------- Sinusno-Atrijski SMD --------------------------------------------------------------------------- Sport Medical Data, medicinski SPO2 -------------------------------------------------------------------------- Saturacija, zasićenje kiseonikom T -------------------------------------------------------------------------------------------------------- Temperatura TX ---------------------------------------------------------------------------------------------- Predaja, odašiljanje WBN ------------------------------------------------------------------------------------- Wireless Body Network YEL ------------------------------------------------------------------------------- Yuronix Electronic Laboratory



SADRŽAJ

Popis slika ................................................................................................................ 7

Popis tabela ............................................................................................................. 8

Popis skraćenica ...................................................................................................... 9

1. Srce, EKG signali i njihova detekcija .................................................................. 14

1.1 Srce .............................................................................................................. 14

1.2 Detekcija srčanih električnih impulsa i smetnje ............................................ 15

1.2.1 Električni naponi srca ............................................................................. 16

1.2.2 Elektrokardiografski odvodi .................................................................... 17

1.2.3 Uticaj smetnji na mjerenje EKG napona ................................................ 20

1.3 Elektrokardiogram i njegovi talasni oblici ...................................................... 24

1.4 RR interval ................................................................................................... 26

2. Daljinski monitoring vitalnih parametara ............................................................. 28

2.1 Postojeći sistemi, njihove mane i savremena rješenja ................................. 28

2.2 Nova rješenja ............................................................................................... 30

2.3 Optimalno rješenje ....................................................................................... 32

2.4 Telemedicina ................................................................................................ 35

2.4.1 Upotreba telemedicine ........................................................................... 35

2.4.2 Računarske mreže u telemedicini .......................................................... 36

2.5 BlueTooth i medicina .................................................................................... 36

2.5.1 Primjena Bluetooth-a u medicini ............................................................ 37

2.5.2 Razlozi razvoja bežičnih tehnologija ...................................................... 38

2.5.3 BlueTooth karakteristike ........................................................................ 39

2.5.4 Prednosti i mane BlueTooth baziranih uređaja ...................................... 40

3. Predloženo rješenje sa rezultatima testiranja ..................................................... 41

3.1 Osnovni opis uređaja .................................................................................... 41

3.2 Način rada i blok šema predloženog sistema ............................................... 42

3.3 Energetska efikasnost .................................................................................. 48

3.4 Prosti GUI za demonstraciju rada................................................................. 52

3.4.1 Algoritam aplikacije za demonstraciju rada ............................................ 55

3.5 Rezultati eksperimenta ................................................................................. 56

3.5.2 Domet ....................................................................................................... 58

3.5.3 Greške u mjerenjima ................................................................................. 59

4. Potencijalne primjene ......................................................................................... 60

4.1 Primjena u kardiologiji .................................................................................. 60

4.2 Primjena kod Sleep apnea-e ........................................................................ 61

5. Budući rad .......................................................................................................... 63

6. Zaključak ............................................................................................................ 66

Literatura ................................................................................................................ 68

Zahvalnica ............................................................................................................. 69



akon teške borbe za život svoje supruge Ljepe i dugog boravka na medicinskim institucijama, odlučio sam baviti se

medicinskom elektronikom. Ovaj Rad posvećujem svojoj voljenoj

kćerki Josipi, koja ostade bez svoje majke na prvom rođendanu...

N



U V O D

U cilju razvoja neke stručno specijalizovane oblasti, stvara se potreba da različite

grane prirodnih nauka počnu da se preklapaju, u cilju kreiranja uske saradnje među njima. Ta

saradnja dovodi do međusobne koristi u kojoj svaka od strana ima željene rezultate i

ostvarene postavljene ciljeve. Takva veza se stvorila između različitih grana medicine,

elektrotehnike i informatike.

Tema ovog rada u širem značenju pripada oblasti medicinske elektronike, tačnije

telemedicine. Uže, rad se bavi daljinskim mjerenjem srčanog ritma u cilju kontinuiranog

monitoringa hroničnih bolesnika ili blagovremenog reagovanja pri naglim promjenama

zdravstvenog stanja, kod kardio-vaskularnih komplikacija.

Vjeruje se da će u bliskoj budućnosti HRV (Heart Rate Variability) postati uobičajena

stavka na medicinskim nalazima pacijenta pored parametara kao što su težina, visina,

temperatura ili krvni pritisak. HRV analiza ima snažan potencijal da bude dominantni faktor u

mnoštvu primjena moderne medicine poput smanjenja stresa, različitih tipova rehabilitacija

ili poboljšanja fizičkih performansi pojedinca. Srčani ritam govori mnogo o stanju bolesnika,

naročito o akutnim i stresnim stanjima.

Zbog postojećih limita trenutne tehnologije i metoda rada zdravstvenog sistema, ovaj

rad nudi novo rješenje za uspostavljene relacije pacijent-doktor, kao i prijedlog u rješavanju

problema savremenog zdravstvenog sistema. U radu je objašnjeno na koji je način

uspostavljena veza između pacijenta i udaljenog hosta, koji su ciljevi takvog rješenja i putevi

ka tom cilju, gledano sa strane elektronike kao nauke i medicinske elektronike kao grane te

oblasti.

Predloženo je fleksibilno i jeftino rješenje za detekciju srčanog ritma i njegovog

prenošenja do udaljenog hosta bežičnim putem, gdje će se vršiti njegova obrada i

memorisanje signala na medicinskom serveru sa pacijentovim podacima ili alarmiranje

odgovarajućih službi. R-R intervali biće ekstrahovani sa dvo-elektrodnog EKG uređaja male

potrošnje i dimenzija, pogodnog za upotrebu u svim okolnostima, radnom okruženju, sportu,

odmoru itd. Ekstrahovani R-R intervali prenose se bežično (primjenom amplitudne

modulacije) do prijemnika-kolektora koji će ih kasnije posredstvom Bluetooth-a prosljeđivati

do personalnog digitalnog asistenta (PDA) u obliku mobilnog telefona, a zatim putem GSM-a

do udaljenog hosta. Na hostu će biti smještena aplikacija za obradu primljenog signala koja

će grafički prikazivati: srednje vrijednosti srčanog ritma u vremenu, broj maksimalnih, mini-



malnih i trenutnih otkucaja srca i signale u realnom vremenu. Rezultati su ocijenjeni na

osnovu pre-definisanih kriterijuma kao što su: tačnost detekcije, pouzdanost, uticaj izbora

nivoa signala, opterećenost resursa, brzina rada, domet itd. Takođe, razmotreni su realni

signali sa izraženim šumom koji se javlja kod mobilnih pacijenata.

Ovakav sistem, i svi slični njemu, se posmatraju kao sistem sa povratnom spregom,

bilo da je pozitivna ili negativna. Način fizičke interpretacije fenomena, prenosa informacija

mjerenja, prihvatanja i obrade informacija, zaključivanja šta treba unaprijediti i sanirati,

sama sanacija ili optimizacija nad posmatranim objektom našeg interesovanja, kreira

zatvoreni krug. Cilj je da vrijeme koje je potrebno da se ovaj krug obiđe bude što kraće, radi

rasterećenja resursa, ljudstva i postizanja optimuma u odnosu kvalitet - kvantitet.



1. Srce, EKG signali i njihova detekcija Analiza srčane aktivnosti, odnosno analiza srčanih signala, o kojoj se govori u ovom poglavlju, zahtijeva elementarno poznavanje kardiologije i osnovnih principa rada srca. Zato će u ovom poglavlju biti riječi o tome kako zapravo funkcioniše ljudsko srce, kako proizvodi električne mjerljive impulse, odnosno kako dobijamo EKG signale i šta oni predstavljaju. Takođe, opisane su smetnje koje utiču na mjerenje, kao i osnovni medicinski parametri iz oblasti kardiologije koji su nam neophodni za dalji rad u ovoj oblasti. Kako bi bolje razumjeli mjerenje srčanog ritma, koje je opisano u ovom radu, u ovom poglavlju je ukratko opisan rad srca, biofizički proces generisanja električnih impulsa i njihovi osnovni parametri i metod njihovog mjerenja.

1.1 Srce (lat. COR) Srce i krvotok su sa stajališta biomedicinske tehnike vrlo važni, jer je mnogo instrumenata, pogotovo elektronskih, posvećeno dijagnostici funkcionisanja srca i krvotoka, kao i električnoj stimulaciji srca. Tako se mogu spomenuti elektrokardiografija, fonokardiografija, vektorska kardiografija, mjerenje srčanog ritma, mjerenje srčanog pritiska, a u smislu stimulacije-električni stimulatori srca, itd. Zbog navedenih razloga, ovdje će biti ukratko prikazan rad srca, kako bi se bolje razumjela mjerenja koja se na njemu sprovode.

Srce je mišić koji svojim ritmičkim kontrakcijama (grčenjima) tjera krv kroz žile opšteg (sistemskog) krvotoka (sistemska cirkulacija) i kroz plućni krvotok (pulmonalna cirkulacija). Sistemski krvotok napaja krvlju cjelokupan organizam, tj. omogućava izmjenu tečnosti i supstanci, dok se u plućnom krvotoku vrši izmjena gasova (CO2 i O2) preko pluća. Rad srca možemo prikazati poje-dnostavljenom mehaničkom shemom na slici br.1, koja nije anatomski vjerna, ali funkcionalno jeste. Srce je podijeljeno na desni i lijevi dio septumom, a lijevi i desni dio sastoji se od pretkomore (atrij) i komore (ventrikul). Sl.1-Šematski prikaz rada srca.



Na slici su strane obrnute radi obilježavanja srca sa strane pacijenta. Krv ulazi u desnu

pretkomoru preko donje i gornje šuplje vene (vena cava superior i inferior), a u lijevu pretkomoru preko plućnih vena. Žile, kojima krv ulazi u srce zovu se vene, a kojima izlazi iz srca, zovu se arterije. Krv iz pretkomora ulazi u komore preko srčanih zalisaka (valvule). Desni zalisci sadrže tri segmenta dok lijevi sadrže dva. Mehanički, valvule možemo posmatrati kao jednosmjerni ventil koji propušta krv u smjeru pretkomorakomora, ali ne u kontra smjeru! [1] Rad srca, odnosno kontrakcija njegove muskulature tjera krv u aorte. Prvi podsticaj javlja se u sinusno-atrijskom čvoru (SA-čvor) u obliku akcijskog potencijala koji se dalje širi ka atrioventrikulskom čvoru (AV-čvor), izazivajući pri tome postupnu kontrakciju muskulature od SA čvora do AV čvora, koja se širi kao talas srčanim mišićem. Akcijskom potencijalu treba oko 40ms da dođe do AV čvora. Trenutnom kontrakcijom lijeve komore povećava se naglo njen pritisak, zatvara zalisak (mitralnu valvulu), dok krv teče kroz semilunarni zalistak, koji je zapravo još jedan jednosmjerni ventil, u aortu, tek kad pritisak koji stvara kontrakcija komore nadvlada postojeći pritisak u aorti. To je sistola, a pritisak koji se u tom trenutku javlja, je sistolički pritisak. Sada se krv iz aorte pokušava vratiti u komoru, ali nailazi na zalistak aorte (semilunarni zalisak) koja blokira krv da se vrati u komoru i tako povećava pritisak, da bi on nakon toga opadao po eksponencijalnom zakonu do najniže vrijednosti koja se zove dijastolički pritisak. Vidjeli smo da akcijski potencijal nastaje u SA-čvoru. SA-čvor je malo područije (3x10mm) koje generiše akcijski potencijal kojim se vrši kontrakcija mišića srca, slika 2. Akcijski potencijal putuje polako od SA ka AV-čvoru, pogađajući prvo pretkomore koje se prve grče, tj. kontrahuju. Kada potencijal dođe do AV-čvora, on dalje nastavlja putem interve-ntrikularnog septuma i Purkinjeovih vlakana, gdje se brzo širi ka komorama koje se kontrahuju. Upravo te električne impulse mi detektujemo, obrađujemo i procesuiramo, o čemu će biti riječi dalje u radu.

1.2 Detekcija srčanih električnih impulsa i smetnje

EKG signal je male amplitude (reda veličine nekoliko mV) i mjeri se sa standardnih Einthovenovih odvoda specijalnom opremom. Problemi su smetnje koje se javljaju u vidu: šumova, elektromagnetnih polja, kretanja pacijenta-pomjeranje elektroda, raznih struja koje teku kroz pojačalo, mjerne kablove i tijelo.

Sl.2 - Kretanje akcijskog potencijala.



1.2.1 Električni naponi srca Mjerenje i prikaz električnih napona srca ima veliku dijagnostičku vrijednost. Broj dijagnoza koje se mogu utvrditi veći je nego pri mjerenju bilo kog drugog biološkog faktora. Da bi se približno utvrdio talasni oblik napona srca, možemo zamisliti srce sastavljeno od dvije loptaste nakupine ćelija. Prva odgovara atrijima, a druga ventrikulima, tako da se proces zbiva kako je to prikazano na slici 3.

Ako za primjer uzmemo skupinu ćelija koja se sinhronizovano pobuđuje, npr. ćelije srca, živčane, mišićne, ako takvu skupinu prikažemo elipsoidnim oblikom kao na slici 3, onda je u nepobuđenom stanju takva ćelija spolja polarizovana pozitivno, a unutar membrane negativno. [2] U takvom slučaju na elektrodama van ćelije neće se pojaviti potencijalna razlika. Ako ćeliju podražimo, katjoni Natrijuma prodiru u ćeliju i ona postaje na mjestu podražaja pozitivnija unutar ćelije nego vani, tako da se na jednom kraju ćelije pojavljuje negativan električni naboj, dok je ostali dio pozitivan, pa tako nastaje dipol1. Budući da je broj naboja relativno malen, vektor je još mali. Kako proces depolarizacije napreduje, intezitet vektora postaje veći u trenutku kada proces depolarizacije dolazi do polovine ćelije. Intezitet vektora dipola smanjuje se kako se proces depolarizacije počinje približavati drugom kraju. Pošto je proteklo refraktorno vrijeme2, ponovo se počinje uspostavljati prvobitno stanje, tj. vraćaju se ćelije koje su bile prve podražene na potencijal mirovanja i tako se postepeno sve više ćelija vraća u prvobitno stanje mirovanja. To je proces repolarizacije ćelija. [3]

1 Električni dipol pojavljuje se pri depolarizaciji jedne ili skupine ćelija kao što su mišićne i živčane. 2 Refraktorno vrijeme -Vrijeme u kome nije moguće generisanje novog akcionog potencijala, konkretno kod nas, vrijeme između početka i kraja nadražaja ćelija/e.

Sl.3 – Prikaz depolarizacije i repolarizacije ćelije nakon podražaja.



Kako proces stvaranja akcijskog potencijala počinje u sinusno-atrijskom čvoru, to se

proces depolarizacije i poslije repolarizacije širi najprije preko atrija, a zatim tek preko komora. Srčani napon je sastavljen od talasnog oblika dobijenog depolarizacijom i repolarizacijom pretkomora i zatim komora. Pri tome se repolarizacija pretkomora preklapa s depolarizacijom komora. Na slici 4 prikazan je talasni oblik napona srca i njegovi osnovni parametri. Napon koji potiče od kontrakcije atrija prikazan je na slici 4 isprekidanom linijom, a onaj koji potiče od komora punom linijom. Ovdje se uočava odstupanje od do sada rečenog, jer repolarizacija komore ne daje negativan napon, kako se moglo očekivati, nego je pozitivan??? To znači da repolarizacija komora ne počinje na mjestu gdje je započela depolarizacija, nego na mjestu gdje je završila nakon nekoga refraktornog vremena. Razlog tom neuobičajnom ponašanju repolarizacije jest visok pritisak u komorama za vrijeme njihove kontrakcije (sistola) koji ne dopušta repolarizaciju na mjestu gdje je započela depolarizacija, nego na mjestu gdje je završila depolarizacija.

Takođe je uočljiva vrlo brza i kratka depolarizacija komore koja uzrokuje nagli porast pritiska u komorama (R- vrh, eng.peak) i predstavlja sistolu. Na prikazanom talasnom obliku napona srca uočljiv je P talas koji odgovara depolarizaciji pretkomore. Ovdje se pojavljuje pozitivni vrh-šiljak, tzv. R-špic sa dva negativna špica Q i S. Repolarizacija komore prikazana je T-talasom.

1.2.2 Elektrokardiografski odvodi Da bismo izmjerili napon srca mogli bismo elektrode postaviti bilo gdje u blizini srca. No tada bi se dobili drugačiji talasni oblici napona srca zavisno od položaja elektroda. Zbog toga je Einthoven3 predložio da se elektrode postave u vrhove trougla s osnovom smještenom gore (Einthoven-ov trougao), što je prikazano na slici 5. Budući da su ruke i noge dobri provodnici, elektrode ne moramo postaviti na krajevima trougla, nego, što je mnogo jednostavnije, na gležanj lijeve noge i podlaktice ruku. Desna noga služi kao uzemljenje. Ulazni priključci pojačala, koje pojačava napone srca postavljaju se se na sve tri postavljene elektrode tako da se mjere tri napona srca. (4)

3 Willen Einthoven 1860-1927. – u svietu poznat kao otac elektrokardiografije

Sl.4 – Napon srca (desno: QRS kompleks).



Srce za vrijeme depolarizacije i repolarizacije pretkomora i komora predstavlja električni dipol koji se može predstaviti vektorom, kao što je prikazano na slici 5. Naponi koji se mjere na pojedinim elektrodama projekcije su vektori srčanog dipola na strane trougla. Naponi koji se mjere između pojedinih elektroda zovu se odvodi i odgovaraju stranicama trougla. Tako je prvi odvod mjeren između lijeve i desne ruke, drugi između lijeve noge i desne ruke, a treći između lijeve noge i lijeve ruke. Ako ulaznu priključnicu pojačala koja pokreće pisaljku pisača prema gore obilježimo sa (+), vidimo da vrh vektora srca svojim vrhom odgovara toj pozitivnoj priključnici za I i III odvod, ali ne i za II, što znači da bi pisač prikazivao napon u negativnom smislu. Da se to izbjegne i da svi odvodi prikazuju napon srca u istom smjeru, Einthoven je zamijenio priključak elektroda u drugom odvodu, kao što je to prikazano na slici 5. Einthovenovi odvodi su bipolarni. Ako se pak potencijal jednog vrha trougla upoređuje sa srednjom vrijednosti potencijala druga dva vrha, onda je to monopolarni način mjerenja bipotencijala. Takvi odvodi

Sl.5 – Postavljanje elektroda i Einthovenovi odvodi I, II, III. RA-Right arm, LA-Left Arm

LF-Left foot.

Sl.6 – Pojačani (Goldbergerovi) odvodi i prekordijalni odvodi.



poznati su kao povećani (augmented) odvodi ili Goldbergovi odvodi4. Nulti potencijal se zapravo definiše kao zbir svih potencijala elektroda. Budući da se u elektro-kardiografiji upotrebljavaju tri elektrode, to se može napisati da je zbir njihovih potencijala 0: e1 + e2 + e3 = 0 (1.1) Povećan odvod elektrode na desnoj ruci jeste razlika potencijala na toj ruci e1 i srednjeg potencijala između suprotne lijeve ruke i noge:

(1.2)

Prema izrazu (1.1) proizilazi da je e2 + e3 = - e1, što uvrštanjem u (1.2) daje:

(1.3)

Iz toga se moze zaključiti da je potencijal e1 povećan za 50%. Isto tako se mogu odrediti povećani odvodi preostalih elektroda, pa je:

(1.4) (1.5)

Povećani odvodi aVL i aVF su pozitivni, dok je aVR negativno orijentisan. Treći rutinski odvodi, su prekordijalni odvodi, slika 6. Ti su odvodi monopolarni, a napon se mjeri na šest mjesta ispod lijeve dojke i zajedničke elektrode na nultom potencijalu. Nulti se potencijal dobija tako što se sve tri elektrode preko otpora od 5K spoje u jedno čvorište. Prema jednačini (1.1) proizilazi da je potencijal u tom čvorištu jednak nuli. Na tih šest prekordijalnih mjesta pomiče se obično jedna elektroda. Na prve dvije prekordijalne pozicije napon je najčešće negativan u odnosu na preostale pozicije. Međutim, današnji elektrokardiografi su višekanalni i mogu nezavisno mjeriti više srčanih napona, tako da nema potrebe za pomicanjem elektrode. Osim odvoda koji koriste više elektroda za detekciju srčanog impulsa, danas je veliku primjenu našao dvo-elektrodni sistem koji proizilazi iz Einthove-novih odvoda. Na slici 5 (desno), prikazan je kao odvod „I“ i predstavlja projekciju srčanog vektora na gornju stranu trougla. Signal sa ove pozicije ne liči na standardni QRS kompleks i to je najmanji detektovani srčani napon, međutim, napon dobijen sa ovog položaja je jako dobar za EKG detektore koji mjere srčani ritam (eng. heart rate), pri tom ne dajući akcenat na analizu QRS kompleksa (slika 7). Dvo-elektrodni sistemi su široko rasprostranjeni u oblastima telemedicine, kućne njege, „portable“ uređaja i uređaja sportske i rehabilitacije, to jest u slučajevima gdje nije potreban detaljan QRS kompleks ili njegova analiza. Kod ovih sistema pozicija elektoda, broj i dužina provodnika zavise uglavnom od jednostavnosti prikju-čivanja uređaja.

4 Dr Emanuel Goldberger



To su takozvani EKG sistemi bez mase (eng. ground free), koji zahtijevaju specijalne i visokokvalitetne diferencijalne pojačavače, jer je uticaj šuma izražen.

1.2.3 Uticaj smetnji na mjerenje EKG napona

Pri mjerenju bioloških napona, vanjske smetnje imaju znatan uticaj, naravno, otežavajući mjerenje. Smetnje nastaju van objekta na kojem se mjerenje vrši, ili proizilaze iz samog objekta. Kvalitet upotrijebljenih elektroda, njihova izrada i postavljanje na pacijenta, od posebnog su značaja. Tako se može reći da više problema pri mjerenju bioloških napona, proizilazi iz interfejsa biološki objekat-elektronski uređaj, nego od samog uređaja. [5] Vanjske smetnje ili artifakte, možemo podijeliti na one koji potiču od: Električnog polja,

Slika 7 – 2-elektrodni odvodi montirani na grudnom pojasu.

Desno - princip detekcije, elektrode.

Gore lijevo - izgled elektroda i pojasa.



Magnetnog polja i

Elektromagnetnog polja.

Zatim, unutrašnje smetnje, koje potiču od:

Bioloških napona (koje ne želimo mjeriti) i

Pomjeranja elektroda (uz postojanje napona polarizacije)

Međutim, prve tri smetnje imaju najveću influentnost na tačnost mjerenja bioloških

napona [1], pa su opisane kao:

SMETNJE OD ELEKTRIČNOG POLJA – Električne instalacije, npr. u prostoriji gdje se vrši mjerenje biološkog napona, djeluju preko kapacitivnosti koja postoji između električnih vodova (u zidu, plafonu i podu) i samog pacijenta, tako da se pacijent ili ispitanik, kao objekt, uvijek nalazi na nekom malom naponu mreže bez obzira da li je uzemljen. Ta situacija prikazana je na slici 8a. Između električnog voda i objekta uvijek postoji neka kapacitivnost C1, a između objekta i zemlje znatno veća kapacitivnost C2.

Napon mreže može uticati i preko kapacitivnosti koja postoji između priključnih žica na elektrodama i mrežnih instalacija. No, te smetnje su dosta malene kada je otpor elektroda Ze i Ze' i uzemljenja Zz mali, kako je prikazano na slici 8b. Ako je otpor pomenutih elektroda velik, onda uticaj kapacitivnosti žica može biti značajan. Napon smetnje Use svakako je najveći kada su elektrode odvojene od tijela pacijenta, ali to sa mjernog stajališta nije zanimljivo (odspojene elektrode).

Sl.8



Slika 9 –Smetnja u EKG signalu od gradske mreže (50Hz)

SMETNJE OD MAGNETNOG POLJA – Magnetno polje se prostire oko provodnika kroz koji protiče struja. Tako se iz instalacija električne mreže prostire magnetno polje uz električno, u zavisnosti od jačine struje koja u njima teče. Na slici 10a prikazane su dovodne žice između elektroda na pacijentu i priključnica a i b sa uređaja, koje stvaraju površinu S. Kroz površinu S, između žica, protiče magnetni fluks koji je proizvod stranog magnetnog polja B, navedene površine S i kosinusa ugla koji se zatvara između jediničnog vektora S0 i vektora magnetne indukcije B. ( )

Slika 10 – Uticaj magnetnog polja smetnje na ulazni krug pojačavača

Prema Faradejevu zakonu, u toj petlji koju čine dovodne žice, elektrode i ulazni otpor pojačala, indukovaće se napon dat izrazom:

(1.6)

Smetnja izazvana električnim poljem je istog talasnog oblika. Od indukovanog napona em gotovo isti napon em pojavit će se na ulazu pojačala, jer je otpor elektroda i dovodnih žica



zanemarljivo mali u odnosu na ulazni otpor pojačavača. Međutim, napon magnetnog polja neće se indukovati ukoliko nije zatvorena petlja za proticanje struje, odnosno ako nisu postavljene elektrode na objekt (pacijenta). U ovom slučaju, ulazni otpor pojačala je zanemarljiv prema beskonačnom otporu nepriključenih elektroda pa postoji samo napon električnog polja. Naprotiv, ako elektrode kratko spojimo i uzemljimo, napon od električnog polja će nestati i postojaće samo indukovani napon magnetnog polja. Kad bi dovodne žice bile upredene (jedna do druge) površina indukcije bi bila zanemarljivo mala i ugao β bi se neprekidno mijenjao (sl.10b), pa se od magnetnog polja ne bi indukovao nikakav napon. SMETNJE OD ELEKTROMAGNETNOG POLJA - Iako je do sada opisano polje koje nastaje u blizini električnih instalacija - elektromagnetno, razmatran je odvojeno učinak njegove električne i magnetne komponente. Smetnja koju generiše elektromagnetno polje potiče od jakih radio-stanica, podrazumijeva se i elektromagnetno polje koje potiče od radio odašiljača u blizini mjernog objekta ili radio-dijatermijskih uređaja, mikrotalasnih peći i sl. Takvo elektromagnetno polje indukuje napon u dovodnim žicama. Ali, zbog vrlo visoke frekvencije, teže ga pojačava pojačalo bioloških napona, jer ima gornju graničnu frekvenciju na nekoliko stotina Hz. [6]

Slika 11 – Smetnje nad detekcijom bio-napona



1.3 Elektrokardiogram i njegovi talasni oblici Elektrokardiogram, zapravo predstavlja grafički prikaz napona aktivnosti srca. Kao što je već rečeno, naponi srca omogućavaju utvrđivanje najvećega broja dijagnoza u poređenju sa naponima drugih bio-izvora. Naponi srca imaju najpravilniji talasni oblik, slika 12.

Sastavni djelovi elektrokardiograma, koji se ritmično ponavljaju su: P talas, QRS kompleks i T talas. Ove talase stvaraju: atrijska depolarizacija, ventrikularna depolarizacija i ventrikularna repolarizacija. [7]

Vrijeme od početka P talasa do početka QRS talasa se naziva PR interval i označava

vrijeme potrebno da se akcijski potencijal raširi kroz atrij i atrijventrikularni (AV) čvor (slika 13). Za vrijeme kasnijeg dijela PR intervala (PR segment) ne detektuje se napon na površini tijela. To je zato što su atrijske mišićne ćelije depolarizovane (nalaze se u tzv. „plato5“ fazi akcijskog potencijala), ventrikularne ćelije se odmaraju, a električno polje nastalo zbog akcijskog potencijala koje se širi kroz mali AV čvor još nije dovoljno jako da bi se detektovalo. Trajanje normalnog PR intervala varira između 120 i 200 ms. Kratko nakon što srčani impuls

5“ plato”-akcijski potencijal srca koji se razlikuje od akc.pot. drugih mišića u po zadržavanju u hiperpolarizova-

nom stanju, pri tom formirajući jedan „plato“(grrafički) u akcijskom potencijalu.

Slika 12 – Tipični elektrokardiogram

Slika 13 – Djelovi EKG-ma: P talas, QRS kompleks, T talas i RR interval



izbije iz AV čvora u Purkinjeov sistem6, koji impuls brzo provodi, sve ventrikularne ćelije depolariziraju se u vrlo kratkom vremenu i stvaraju QRS kompleks. R talas ima najveći potencijal jer su ventirkularne mišićne ćelije brojne, pa se depolariziraju gotovo istovremeno. Normalni QRS kompleks traje između 60 ms i 100 ms. Repolarizacija atrija takođe se događa u vremenu kada ventrikularna depolarizacija stvara QRS kompleks na elektrokardiogramu. No atrijska repolarizacija se ne vidi na EKG-u jer nije sinhronizovani događaj u relativno maloj mišićnoj masi atrija i u potpunosti je prekriva električno izbijanje u ventrikulima.

Nakon QRS kompleksa slijedi ST segment. Normalno, električni potencijali se ne bilježe na površini tijela tokom ST segmenta jer se brze promjene membranskog potencijala ne događaju niti u jednoj ćeliji srca; atrijske ćelije već su se vratile u stanje odmaranja, dok su ventrikularne mišićne ćelije u plato fazi akcijskog potencijala. (Miokardijske ozljede ili neadekvatan protok krvi mogu prouzrokovati podizanje ili spuštanje potencijala u ST segmentu.) Kada započne repolarizacija ventrikula, napon se još jednom pojavljuje na površini tijela kao T talas EKG-a. T talas je širi (dugotrajniji) i manjeg potencijala nego R talas jer je ventrikularna repolarizacija manje sinhrona nego depolarizacija. Na kraju T talasa sve ćelije u srcu su u fazi mirovanja. QT interval ugrubo opisuje trajanje ventrikularne depolarizacije i stoga je to vrijeme ventrikularne sistole. Pri normalnoj frekvenciji srca od 60 otkucaja po minuti, QT interval normalno traje manje od 380 ms. Potencijal se ne bilježi na površini tijela dok sljedeći impuls ne započne u SA čvoru.

Najvažnije je uočiti da normalni uzorak EKG-a zavisi prvenstveno o specijalizovanom provodnom sistemu. Primjera radi, vrijeme provođenja u AV čvoru određuje PR interval. Takođe, djelotvornost Purkinjeova sistema u sinhronizaciji ventrikularne depolarizacije ogleda se u visokoj magnitudi i kratkom trajanju QRS kompleksa. Svaki srčani mišić je naslijedno sposoban za ritmične kontrakcije i srčane ćelije su električki povezane čvrstim spojevima. Stoga se funkcionalni srčani ritam često događa i bez učešća dijela ili čak cijelog provodnog sustava. Takva je situacija ipak abnormalna, i postojanje abnormalnog provodnog puta rezultirat će abnormalnim EKG-om.

Analizom talasnih oblika napona srca mogu se utvrditi gotovo svi teži poremećaji rada srčanog mišića, kao i većina aritmija. Pod aritmijama podrazumijevamo sva odstupanja od normalnog srčanog ritma. Usporeni srčani ritam naziva se bradikardija, a ubrzani tahikardija. [8] Na slici 14a prikazana je ventrikularna proksizmalna tahikardija. Ona je jako opasna jer može izazvati fibrilaciju komora (Sl.14b) koja, ukoliko se brzo ne zaustavi, može imati smrtni ishod kod pacijenta.

6 Purkinjeov sistem-nervni sistem koji provodi el.impulse ka muskulaturi ventrikula

Sl.14 – Talasni oblici napona srca vezani za neke srčane bolesti



Naponi fibrilacije su u početku visoke frekvencije i amplitude od oko 1mV, ali već

nakon dvadesetak sekundi naponi se smanjuju na 0,2mV do 0,3mV. Smanjenje amplitude nastavlja se i dalje dok srce ne prestane raditi! Još jedna vrsta aritmije poznata je kao ekstrasistola, koja predstavlja dodatno pojavljivanje QRS kompleksa u srčanom ritmu (sl.14c). Prema tome, ekstrasistolu možemo smatrati prijevremenim otkucajem srca, kada se, zapravo normalno, taj impuls ne očekuje. Zatim, na slici 14d prikazan je atrioventrikularni blok, koji predstavlja smanjen broj otkucaja srca, koji se pojavljuje uslijed prekida provođenja impulsa iz atrija u ventrikule, pri čemu nakon pojave P talasa (sl.15-desno, str. 26) izostaje QRS kompleks. Uslijed pojave AV bloka, na neko vrijeme dolazi do gubitka kontrole atrija nad ventrikulama (bijeg ventrikula). U tom slučaju, dok AV čvor ne uspostavi svoj normalni ritam, ventrikuli se tokom 5-10 sekundi uopšte ne kontrahuju, a zbog slabog napajanja mozga krvlju, može nastupiti nesvjestica. To je tzv. Stokes-Adamsov sindrom.

1.4 RR interval

U prethodnom poglavlju bilo je riječi o impulsima srca, EKG-u i njegovim djelovima kao što su: P talas, QRS kompleks i T talas. Međutim, akcenat se daje na ekstrakciju R-R intervala u cilju određivanja srčanog ritma i njegove varijabilnosti-HRV (eng. Heart Rate Variability).

Zapravo, može se zaista reći, da je RR interval jedan od najvažnijih parametara u

analizi EKG-a. R-R interval je vrijeme koje je proteklo između pojavljivanja dva R impulsa (R peak-a). R-R interval nam govori o: broju otkucaja srca u jedinici vremena, o pravilnosti rada srca, varijabilnostima ritma pri opterećenju istog, njegovom stanju, starosti pacijenta, kondiciji srca tj. njegove muskulature, itd.

Sl.15 – RR interval



Napredak u razumijevanju i liječenju nepravilnosti srčanog ritma je presudan u borbi

protiv bolesti srca. Zdravo srce ne “kuca” savršeno pravilnim redoslijedom; u stvari, nepravilan srčani ritam bio bi znak potencijalno ozbiljnih patologija.

Tjelesni autonomni nervni sistem koristi neurotransmitere7 da ubrza ili uspori srce, pa

sitne fluktuacije u tim materijama uzrokuju promjenjivost između prvog i sljedećeg otkucaja. Pokušaji da se izmjeri varijabilnost srčanog ritma obično obuhvata analiziranje vremenskog toka R-R intervala. Na primjer: Broj otkucaja srca u minuti može se izračunati tako što se 60 (sekundi) podijeli sa R-R intervalom koji mora biti izražen u sekundama.

(1.7)

Nažalost, neki pravci analiziranja vremenskog toka R-R-a daju iste rezultate za

pacijente sa zdravim srcem i za one sa fatalnim srčanim nepravilnostima. Upravo je to izazov kom se posvećuje pažnja kako bi se osmislila kvantitativna metoda za razlikovanje vremenskih varijacija i tokova R-R-a ljudi sa zdravim srcem od vremenskih intervala R-R-a ljudi sa srčanim patologijama. [9]

7 Neurotransmiteri - hemijske supstance u ulozi komunikacijskih sredstava među neuronima. [23]



Sl.16-Tradicionalni Holter monitor sa „žičanom“ tehnikom

2. Daljinski monitoring vitalnih parametara Daljinski monitoring vitalnih parametara je bežični mrežni sistem za monitoring ljudskog tijela. To je zapravo nova oblast istraživanja implementirana u telemedicini, koja nam omogućava spriječavanje ozbiljnih posljedica pri detekciji abnormalnih parametara u ljudskom tijelu.

2.1 Postojeći sistemi, njihove mane i savremena rješenja

Optimalni uslovi koje pruža ova tehnologija, pri kontinuiranom monitoringu vitalnih parametara, može pomoći medicinskom osoblju prilikom praćenja njihovih pacijenata nakon hiruške intervencije, oporavka ili u toku hronične bolesti. Značajni nedostaci postojećih sistema za monitoring vitalnih parametara su:

Nezgodne žice između senzora i jedinice za obradu; Nedostatak sistemske integracije individualnih senzora; Interferencija sa ostalim wireless multi-uređajima i frekvencijskim kanalima; Nepostojeća podrška za masivno prikupljanje podataka i pristup istim.

Tradicionalno, postojeći sistemi za medicinski

monitoring vitalnih parametara, kao što je Holter monitor8, pružaju tek kasniju obradu prikupljenih informacija, dakle off-line processing. Aktuelni sistemi sa višestrukim senzorima za tjelesnu rehabilitaciju, posjeduju veliki broj nezgodnih žica između senzora i jedinice za praćenje. Ove žice utiču na ograničenje pacijentovih aktivnosti, na komfornost i naravno, imaju negativan uticaj na izmjerene vrijednosti. Tokom posljednjih nekoliko godina, došlo je do značajnog povećanja broja i raznovrsnosti uređaja zdravstvenog nadzora, počevši od jednostavnih HR (eng. Heart Rate) monitora, monitora aktivnosti i prenosivih Holter monitora, do sofisticiranih i skupih implantat senzora. Međutim, šire prihvatanje savreme-

8 Holter monitor - je poseban, neinvazivan dijagnostički uređaj namijenjen za registraciju ekg-a i praćenja

rada srca u dužem vremenskom periodu (najčešće od 24h-48h, a po potrebi i 5-7 dana) uz pomoć, malog

prenosnog aparata koji pacijent nosi sa sobom u toku dnevno-noćnih aktivnosti.



nijih rješenja je i dalje slabo, pa i ograničeno „žičanim“ monitoring uređajima, kao što je pomenuti Holter monitor, koji se koristi isključivo za prikupljanje podataka, slika 16. Jedan od aktuelnih bežičnih sistema pomoću kojeg pacijenti mogu obavijestiti medicinsko osoblje, hitnu pomoć, policiju, rodbinu i sl, je sistem koji koristi telefonsku komunikaciju putem koje vrši alarmiranje pomenutih institucija i osoba. Pripada redu off line sistema koji ne koriste obradu i prenos podataka u realnom vremenu. [10] Funkcioniše tako što pacijent, obično starija teže pokretna osoba, nosi oko vrata svojevrstan daljinski upravljač, koji kontroliše malu telefonsku centralu u kojoj je prethodno programiran slijed alarmnih aktivnosti, slika 17. Pritiskom na dugme daljinskog upravljača uspo-stavlja se govorna komunikacija sa licima koje centrala poziva. Uređaj ne može prenijeti vitalne parametre niti može vršiti analizu istih. Takođe nema Biofeedback-a9 čime se znatno uskraćuje zdrastvena njega, odnosno monitoring vitalnih funkcija pacijenata. Kod ovakvih sistema obrada podataka i analiza se obavljaju van mreže daljinskog monitoringa, pa je upotreba ovakvih uređaja i sistema nepraktična za kontinuirano praćenje i rano otkrivanje zdravstvenih poremećaja. Navešćemo primjere lokalnog monitoringa pacijenata, gdje su korišćene postojeće „žičane“ metode detekcije signala, a među kojima je daljinski monitoring našao primjenu:

Detekcija EKG-a koji je veoma važan, toliko da je u medicini predstavljen kao obavezna kontrola. Nepravilnost u radu srca označava stanje zdravlja tog organa ili njegovih okolnih arterija i vena. Eliminacijom žica u EKG monitoringu, stvaramo interakciju između pacijenta i uređaja tako povećavajući mobilnost pacijenta, dok uređaji postaju ljudski orijentisani. Kada nije potrebna mobilnost, otklanjanje žica smanjuje vrijeme pristupa pri urgentnim akcijama.

Zasićenje kiseonikom. Mjerenje zasićenja je dosta važno kod pacijenata na intezivnoj njezi.

Mjerenje glikemije bežičnim putem.

Mjerenje temperature bežičnim putem

Praćenje moždanih talasa (EEG). Ovdje postoji velika prednost kada se koristi BlueTooth tehnologija kojom se otklanjaju elektromagnetne interferencije nad kablovima koje su bile prisutne na ranijim uređajima, jer se radilo sa malim vrijednostima i frekvencijama.

Očitavanje biometrijskih podataka i prenošenje informacija. Unutrašnji monitoring sistemi, baza podataka-Medicinski server.

9 Biofeedback - Metod povratne sprege pri kome se vrši prikupljanje povratnih informacija o fiziološkim

procesima u tijelu neke osobe i pri čemu sistem reaguje na prikupljene informacije predvidjenim metodama.

Npr. u slučaju da sistem detektuje visok nivo glikemije kod pacijenta, isti će ubrizgati predviđenu dozu insulina.

Sl.17 - ATS medical alert phone



Sportska medicina. Postojanje mjernih žica ograničava bilo kakvu akciju pri mjerenju, na ograničeni prostor oko instrumenta i veoma komplikuje samu proceduru. Uključivanjem Bluetooth uređaja stvorena je metoda za mjerenja prirodnih pokreta u realnoj interakciji unutar sportske medicine.

Ovi primjeri govore o senzorskim elementima, međutim neophodno je navesti i mobilne ručne terminale za automatsko primanje podataka pacijenta, kada se doktor nađe u njegovoj blizini. Na ovaj način mogu se hronološki prikazati svi parametri i smanjiti vrijeme pregleda i pristupa informacijama. Za sada, takav daljinski monitoring svodi se na očitavanje podataka nakon određenog perioda ili nakon dešavanja određenog fenomena. Takvi uređaji, kao Bluetooth osposobljeni holteri, daju mobilnost pacijentu jer je i sam senzor veoma mali, a pri čemu se uređaj u kojem se zapisuju podaci nalazi u njegovoj blizini. Ovo je primjer savremene medicine koji je pošao i dalje i razvio mogućnost da poslije određenog vremena ili fenomena, koristeći Bluetooth komunikaciju, izvrši povezivanje sa GPRS10 uređajem (mobilni telefon) i bežično pošalje podatke koje je snimio, odnosno izvrši notifikaciju pacijenta i doktora. Takođe, postoperativni kućni monitoring omogućava da se u slučaju povoljnog ili nepovoljnog ishoda kod pacijenta, može vršiti notifikacija dežurnog osoblja radi pravovremene reakcije. Na primjer, praćenje dijabetesa. Pacijent koji vrši mjerenje glukometrom, šalje hronološki zapisane podatke doktoru o vrijednostima glikemije u krvi, pod određenom dozom insulina koju koristi. U slučaju da se sa trenutnom dozom insulina ne postižu željeni rezultati, doktor će obavijestiti pacijenta o promeni doze ili načinu doziranja. Ovo su samo neki od velikog niza primjera. [11]

2.2 Nova rješenja

Postojeći telemetrijski uređaji, koriste specijalne komunikacione frekvencije za prenos ogromnog-sirovog materijala podataka ili koriste standardne visoko rangirane bežične protokole, koji su suviše kompleksni, zahtijevaju veliku količinu energije i koji su skloni interferenciji sa drugim bežičnim uređajima koji rade na istim frekvencijama. Karakteristike ovakvih uređaja, onemogućavaju njihovo nošenje, tj.upotrebu tokom dužeg vremena. Sistem sa jednostavnim i preciznim uređajem, koji bi pratio dnevne aktivnosti jednog čovjeka van laboratorije, koji je implementiran u telemetrijski sistem medicine, ne postoji. Pomoću aktuelnih tjelesnih mjerenja, koje sadašnji sistem podržava (otkucaji srca, video nadzor pacijenta, pedometar, mjerač brzine trčanja...) mogu dati samo estimiranu sliku pacijenta. I na kraju, individualni podaci pacijenata su veoma rijetko integrisani u istraživačku bazu podataka, koja bi omogućila dalja istraživanja, otkrića relevantnih specifičnih stanja, uslova i kategorisanja pacijenata.

Savremeni sistem za daljinski monitoring, u svijetu poznat kao WBN11, je „nosivi“ sistem, koji se koristi na samom tijelu, doslovce neprimijetan, lagan i potpuno neškodljiv. Može čak biti integrisan i u odjeći ili obući pacijenta. Koristi Personal Area Network (PAN)

10 GPRS - General Packet Radio Service sistem za paketni prenos podataka u GSM i 3G mobilnim mrežama. 11 WBaN - Wireless Body area Network ili WBN - Wireless Body Network.



mrežu, ili Body Area Network (BAN) mrežu. Novi tehnološki napredak u oblasti fabrikovanja, mikro vlakana, bežičnih komunikacija, integrisanih mikro senzora, omogućio nam je izgradnju WBN senzora-čipa prilagodljivom mnogim aplikacijama i protokolima.

Moderni sistemi za daljinski monitoring nude nova rješenja, pa kao takvi mogu s

lakoćom prihvatiti niz podataka u live modu, tj. u realnom vremenu i obraditi ih, koristeći pri tome povratni sistem informisanja. Koristeći ovakav metod, kao rezultat imamo momentalnu reakciju sistema- biofeedback, koja rezultira spriječavanjem pojave posljedica.

Jedan od vodećih sistema, sa malim bežičnim senzorima, strateški postavljenim na ljudskom tijelu, je WBN sistem (sl.18), koji može da prati različite vitalne funkcije, pružajući povratne informacije medicinskom osoblju i samom pacijentu u realnom vremenu. WBN zaista obećava preokret u zdravstvenom sistemu. Međutim, kreatori takvih sistema suočavaju se sa brojnim izazovima : veličina, energetska autonomija, preciznost i pouzdanost. [12]

„Nosive“ tehnologije, dakle senzori koji se nose na tijelu, kao i biofeedback tehnologija, daju nam validnu alternativu aktuelnom zdravstvenom sistemu, jer smanjuju veliko vrijeme oko pripreme pacijenta i zahtijevaju jako malo vremena pri angažovanju ljekara i terapeuta. Štaviše, ovakve tehnologije omogućavaju postavljanje senzora na duže vrijeme i tako eliminišu potrebu za postavljanjem aparature pri svakom pregledu, liječenju i oporavku. Na primjer, lični server (eng. Personal Server), kao što je PDA12 uređaj, može gotovo odmah da pokrene novu sesiju treninga kad god je pacijent spreman i voljan da joj se podvrgne.

12 PDA – Personal Data Assistant

Sl.18 – WBN sistem



Osim u kućnom liječenju, tehnologije daljinskog monitoringa takođe mogu biti

korisne u kliničkom liječenju, radi što bolje racionalizacije dragocijenog vremena ljekara i terapeuta. Štaviše, sistem može izdati blagovremeno upozorenje ili alarmirati pacijenta, ili specijalizovane medicinske službe u slučaju značajnih odstupanja od norme, odnosno potrebe za hitnom medicinskom intervencijom. Međutim, kao i za sve sisteme, redovno, rutinsko održavanje je neophodno.

Tipični primjer upotrebe daljinskog monitoringa su rehabilitacija nakon moždanog udara, fizikalna terapija nakon operacije koljena ili kuka, rehabilitacija poslije infarkta miokarda13, varijacije srčanog ritma (aritmija, tahikardija, bradikardija) na šta je i napravljen osvrt u radu.

2.3 Optimalno rješenje

Sistem daljinskog monitoringa vitalnih, tj. medicinskih parametara, ima za cilj sveprisutnu i pristupačnu zdrastvenu zaštitu. Međutim, dalji razvoj ovakvog sistema uslovljen je demografskim trendovima i tehnologijama. Mogućnosti: - Ambulantni zdravstveni nadzor, - Kompjuterski potpomognuta rehabilitacija, - Izrazito realni sistemi. Dugoročne prednosti: - Promovisanje zdravog načina života, - Potpuna integracija ličnih podataka u medicinsku dokumentaciju i istraživanje

(baze podataka), - Otkrivanje znanja kroz analizu prikupljenih podataka (data mining). Otvorena pitanja:

- Standardizacija senzora (specifičnost, domet, preciznost, vrsta), - Pravilna upotreba senzora i njihov položaj, - Kalibracija (umjeravanje) senzora i prilagođavanje, - Integracija podataka u medicinskim bazama podataka, - Privatnost i sigurnost, - Društveni uticaj i poslovne mogućnosti.

Arhitektura sistema za nadgledanje i kontrolu zdravstvenog stanja pacijenata, o kom se govori u ovom radu, prijedlog je eksperata iz oblasti daljinskog monitoringa vitalnih parametara, kao i za implementaciju u širi sistem telemedicine (slika 19). Ovakav sistem se

13 Infarkt miokarda ili srčani udar (infarctus myocardii) [23]



još uvijek nalazi u istraživačkoj fazi, te nije standard u današnjoj medicini, a pogotovo ne kod nas. Arhitektura koja je primijenjena u ovom radu je jedna od mogućih savremenih rješenja sistema.

Telemedicinski sistem obuhvata mrežu sastavljenu od pojedinačnih zdravstvenih sistema monitoringa, koji se povezuju preko Interneta na medicinski server koji se nalazi na vrhu ove hijerarhije.

Na slici 19, Nivo1 - Za ovaj nivo možemo slobodno reći da je centralni dio

telemedicinskog sistema. To je zapravo bežična, telemetrijska WBN mreža koja obuhvata skup inteligentnih senzora, od kojih je svaki sposoban za detekciju, uzimanje uzorka, komunikaciju i obradu fizioloških signala. Na primjer, EKG senzori se mogu koristiti za praćenje aktivnosti srca, EMG za praćenje aktivnosti mišića, EEG za praćenje električnih moždanih aktivnosti. Zatim senzor krvnog pritiska, senzor nagiba, pozicije trupa i senzor disanja za praćenje respiracije, dok se senzori kretanja mogu koristiti za razlikovanje stanja korisnika i procjeni njenog ili njegovog nivoa aktivnosti.

Drugi nivo – predstavlja lični server sa interfejsom za senzore, koji nudi grafički

interfejs i komunicira sa uslugama iz trećeg nivoa. Lični server čini obično PDA uređaj ili smart mobilni telefon, mada alternativno može da se pokrene i instalira na PC-u. To je posebno pogodno za praćenje osoba u domu starih. Lični server vrši povezivanje senzora kroz mrežu koordinatora (NC) i implementira Bluetooth povezivanje. Da bi komunicirali sa

Sl.19-Arhitektura sistema daljinskog monitoringa vitalnih parametara



medicinskim serverom (MS), lični server upotrijebljava mobilnu telefonsku mrežu

(2G, GPRS, 3G) ili WLAN kako bi pristupio internetu. Lični server (PS), slika 20, sadrži autentične podatke pacijenta

i konfigurisan je IP adresom medicinskog servera (MS) u cilju komunikacije sa njim. Ako je na raspolaganju kanal komunikacije sa medicinskim serverom, lični server (PS) uspostavlja sigurnu komunikaciju i šalje izvještaje koji se upisuju u medicinsku evidenciju korisnika, odnosno pacijenta. Međutim, ukoliko je veza između PS i MS onemogućena ili MS nije dostupan, PS bi trebalo da bude u mogućnosti da sačuva podatke na lokalnom nivou i da inicira slanje podataka pri prvoj novoj konekciji sa MS. Ovakva organizacija omogućava punu mobilnost korisnika sa sigurnim i u realnom vremenu poslatim i obrađenim zdravstvenim informacijama (upload).

Nivo 3 - predstavlja centralizovani medicinski server, optimizovan da opsluži stotine i hiljade pojedinačnih korisnika, a obuhvata složene mreže međusobno povezanih usluga, medicinsko osoblje i zdravstvene radnike generalno. Svaki pacijent (User1, User2...UserN - Sl.20) nosi određen broj senzora koji su taktički postavljeni duž tijela.

Medicinski server (MS) je skup elektronskih dosijea registrovanih korisnika koji pruža razne usluge korisnicima, medicinskom i pomoćnom osoblju. Odgovornost medicinskog servera je da utvrdi autentičnost korisnika, prihvati podatke zdravstvenog stanja, formira ih i ubaci u odgovarajuću medicinsku evidenciju, analizira uzorke podataka, prepozna ozbiljne zdravstvene anomalije u cilju kontaktiranja donatora, i proslijedi nove instrukcije korisnicima, kao što ljekar propisuje vježbe ili ljekove. Podacima pacijenta ljekar može da pristupi iz kancelarije putem interneta i ispita stanje pacijenta pomoću telemetrike (da provjeri puls, krvni pritisak, aktivnost…), obezbijedi reagovanje pacijenta na dati tretman, odnosno datu terapiju. Odgovarajući softver instaliran na serveru u vidu serverskog agenta može sam ispitati primljene podatke i kreirati obavještenje u slučaju potencijalnih zdravstvenih problema. Velika količina podataka prikupljena preko ovog sistema može se koristiti za rano otkrivanje akutnih bolesti. Integracija podataka prikupljenih u istraživanju baza podataka i kvantitativne analize uslova i modela, mogla bi biti dragocjena za istraživačke pokušaje da se povežu simptomi i dijagnoze sa istorijskim promjenama u zdravstvenom stanju, fiziološkim podacima ili drugim parametrima (npr. pol, starost, težina). Na sličan način ova infrastruktura može značajno da doprinese praćenju i proučavanju terapijskih efekata ljekova.

Privatnost pacijenta je zakonsko pitanje i mora biti riješena u svim nivoima sistema. Prenos podataka između korisnikovog ličnog servera (PS) i medicinskog servera (MS), zahtijeva enkripciju svih osjetljivih informacija u vezi pacijenta i njegovog zdravstvenog stanja. Prije moguće integracije informacija u istraživačke baze podataka, svi podaci moraju biti lišeni ličnih informacija koje se mogu vezati za određenog korisnika. Skladište se samo medicinske informacije, koje doprinose daljem istraživanju. Ograničen domet bežične komunikacije, djelimično doprinosi sigurnosti unutar WBN mreže, međutim, poruke takođe moraju biti šifrovane, koristeći ili softversku ili hardversku tehniku. Neke bežične senzorske platforme, već imaju riješenu enkripciju, a pri tom su mali potrošači.



2.4 Telemedicina

Daljinski monitoring vitalnih parametara je u uskoj vezi sa telemedicinom, koja sama po sebi nije medicinska struka, niti medicinska specijalnost, već način na koji medicinske struke i medicinsko osoblje, realiziraju svoju djelatnost uz pomoć savremenih telekomunikacionih i elektronskih tehnologija. Ovdje se govori o: teleotorinolaringologiji, telekardiologiji ili telepatologiji. Jedna u mnoštvu definicija telemedicine koje se mogu naći u literaturi je slijedeća: „Telemedicina je sistem koji podupire proces zdravstvene zaštite osiguravajući sredstva i načine za djelotvorniju razmjenu informacija, što omogućuje mnoštvo aktivnosti vezanih uz zdravstvenu zaštitu, uključuje korisnika zdravstvene zaštite i zdravstveno osoblje, uključuje edukaciju, administraciju i liječenje.” [13]

2.4.1 Upotreba telemedicine Bit ove ali i drugih definicija ili opisa telemedicine je u prostornoj udaljenosti između strana koje sudjeluju u realizaciji zdravstvene zaštite, bilo da je jedna strana bolesnik a druga ljekar - teledijagnoza, teleterapija - bilo da su obje strane, ili više njih, ljekari ili zdravstveni timovi - telekonsultacija, tele-edukacija. Potencijalne primjene telemedicine uključuju [14]:

1. Daljinsku dijagnostiku upotrebom videofonije ili telemetrije koja se temelji na medicinskoj opremi koja uključuje, primjerice, monitoring rada srca i kompjutersku tomografiju;

2. Konsultacije međusobno udaljenih ljekara vezane za probleme interpretacije rendgenskih slika, prenos EEG14-a i drugih biomedicinskih signala u realnom vremenu ili brzi prijenos slika;

3. Telehirurgiju, koja uključuje interaktivnu video vezu između operacione sale i udaljenog eksperta koji savjetuje hirurga tokom operacije;

4. Telerobotiku, koja uključuje računarski podržavanu hirurgiju i kliničke aplikacije virtuelnih realnosti;

5. Tele-edukaciju, kao dodatnu mogućnost upotpunjavanja medicinskog znanja; 6. Interaktivnu upotrebu elektronskog medicinskog zapisa; 7. Medicinski monitoring i alarm koji povezuju bolesnika na kućnoj njezi i hitnu

medicinsku službu;

14 EEG - elektroencefalogram. Metod detekcije električnih možanih talasa i analiza istih

Sl.21-Telekonsultacija i prenos biometrijskih signala



8. Mogućnost dobijanja tekstualnih informacija, detaljnih slika ili videa, odnosno

pokretnih slika, iz izvora organizovanih i povezanih preko Interneta;

9. Prijenos podataka generisanih tokom razvoja

novih lijekova i istraživanja.

Na primjer, u hirurgiji, navigacija računarskim sistemom vrši se pomoću glasa hirurga (Voice Navigation). Prije zahvata obave se dijagnostička snimanja, obrada zapisa i konstrukcija trodimenzionalnih modela. Pomoću elektromagnetnih, optičkih i mehaničkih lokatora, šalju se informacije o pomacima vrha sonde koje se zatim pretvaraju u pomake unutar trodimenzionalnog modela hirurškog polja. Sve informacije šalju se na željenu destinaciju telekomunikacionim sistemima, a snimaju se u računaru, te je nakon zahvata moguća analiza zahvata kao i konsultacija i rad u live modu.

2.4.2 Računarske mreže u telemedicini Lokalne računarske mreže, koje se temelje na povezivanju dijagnostičkih alata, računara i posebnih protokola, povezuju se u računarske mreže šireg dometa - unutar medicinske ustanove, regije, države. Računarska mreža velikog dometa omogućuje telemedicinu, odnosno udaljenu medicinsku konsultaciju u dijagnostici i liječenju. Na ovaj način omogućuje se većem broju doktora uvid u dijagnostičke i terapijske snimke. Računarske mreže u medicini omogućuju kvalitetne hitne intervencije i konsultacije sa stručnjacima u većim centrima kojima je cilj bolja obrada bolesnika. Audio i video prikazi mogu se prenijeti iz operacione sale na udaljenu lokaciju, isto kao i dijagnostički zapisi, njihova obrada i konstrukcija trodimenzionalnih modela. Sve to je moguće u stvarnom vremenu (real time), s manjim odstupanjima koja zavise od brzine prenosa optičkom komunikacijskom opremom ili sličnom. Misao vodilja telemedicine, odnosno udaljenog prenosa podataka jeste: “Bolje prenositi podatke nego pacijenta.” Telemedicina otvara novo značenje edukacije i mnoštvo mogućnosti za pomoć pacijentu u zabačenom području. Telemedicina se i najčešće koristi za prenos radioloških dijagnostičkih zapisa, EKG zapisa i smrznutih slika patoloških preparata.

2.5 BlueTooth i medicina

Medicina, kao jedan od glavnih pokretača razvoja novih tehnologija i uređaja baziranih na tim tehnologijama, je takođe potrošač tj. korisnik, BlueTooth-a. Sama količina primjene određene tehnologije, uređaja i rješenja, ukazuje koliko je ona dobra, da li je treba dalje razvijati i koje su joj buduće primjene. BlueTooth, kao jedan takav produkt, našao je primjenu u medicini unutar segmenta pouzdanog prenosa informacija na kratkim rastojanji-



ma. Nivo različitih mogućnosti, jednostavnosti protokola obezbjeđuje mu primjenu koja je ograničena maštom čovjeka koji vrši razvoj baziran na ovoj tehnologiji. Jedna od glavnih osobina BlueTooth-a je u tome što je to lako nadogradiva tehnologija, prilagodljiva postojećim „žičnim“ komunikacionim tehnologijama.

2.5.1 Primjena Bluetooth-a u medicini BlueTooth primjena u medicini je ograničena svrhom uređaja, a s obzirom na njegov kratak domet, bilo kakva intervencija koja se obavlja kao posledica njegovog korišćenja je ljudska ili u krajnjem slučaju ljudski kontrolisana. Primjena se striktno vezuje za monitoring, kako aktivni tako i pasivni. Kada govorimo o monitoringu pacijenata i o napretku tehnologija, primjetno je da uređaji postaju sve manji, kompaktniji, otporniji, energetski efikasniji i duže upotrebljiviji. Monitoring može biti u realnom vremenu, ili monitoring hronološki zapisanih podataka u zavisnosti od potreba. Važno je naglasiti da monitoring sa žicama u određenim situacijama može biti veoma komplikovan, jer vrijednosti koje se mjere mogu imati frekvencije u spektru od 10 Hz do 190 Hz, što nas dovodi u spektar elektromagnetne interferencije nad postojećim žičanim uređajima. Razvoj medicine dovodi do toga da ona postaje sve komplikovanija, da ideje o optimizaciji procedura i medicinskom monitoringu postaju sve zahtjevnije i najčešće idu ispred mogućnosti razvijenih tehnologija. Suprotno tome, medicina veoma teško prihvata nove tehnologije, iz razloga nedokazane sigurnosti koja se može jedino stvoriti sa vremenom korišćenja uređaja. Ovakva ciklična logika dovodi do toga da adaptacija nove tehnologije u medicini vremenski dugo traje i veoma je zahtjevan proces. U medicinskoj praksi BlueTooth se koristi najčešće za:

Lokalni i daljinski monitoring pacijenata,

Bežično očitavanje biometrijskih podataka. U medicini pod terminom mjerenje podrazumijeva se očitavanje određenih vitalnih karakteristika. Neke od njih, poređane po važnosti, prikazane su na slici 23:

1. Rad srca (EKG) 2. Zasićenje kiseonikom (SPO2) 3. Glukoza (G) 4. Temperatura (T°C) 5. Praćenje moždanih talasa (EEG) 6. Biometrijski podaci (BD) 7. Podaci, sportska medicina (SMD)

Sl.23-Primjena Bluetooth-a na tijelu pacijenta



2.5.2 Razlozi razvoja bežičnih tehnologija Želja za komunikacijom i fizičkom mobilnošću upravljačkih i kontrolerskih uređaja, dovela je do razvoja automatizacije novih bežičnih sistema. Sama informacija koja je najčešće prenešena u takvim okruženjima je tip “informacije o trenutnom i prošlom stanju”. U okviru normalnog rada, ovakav način komunikacije se bazira u formi ponavljajućih nizova malih paketa velike gustine. Značaj tih paketa se striktno povezuje za dinamiku informacije koja se želi prenijeti, i kao takva može imati i striktan vremenski interval, koji je sam po sebi važan za pravovremenu obradu informacije. Informacija se možda prikuplja u veoma hazardnim okolinama kao što su: ekstremne temperature, visoka vlažnost, prisustvo hemika- lija koje štete opremi, radioaktivno zračenje ili konstantno prisustvo elektromagnetnog šuma, a možda je i samo prisustvo ovakve pojave u okolini uređaja, informacija sama po sebi. Generalno, količina protoka koja je ostvariva preko ovakvih sistema je relativno nezahtjevna, dok je sama pouzdanost sistema za prenos informacije veoma zahtjevna, kao i njeno vremensko obilježavanje. U ciljanom okruženju sa visokim stepenom važnosti, bežični način prenosa informacije, generalno komunikacije, osim što ima manju zahtjevnost održavanja, ima i manju cijenu integracije. Sam princip na kojem se bazira omogućava jednostavno segmentno unapređivanje opreme prema potrebi i prilagođavanja okruženju u kojima sistem funkcioniše.

Kao jedan od predstavnika bežičnih sistema komunikacije uzima se BlueTooth sistem. Prvobitna namena BlueTooth uređaja bila je orijentisana na komunikaciju između računarske opreme, mobilnih telefona i perifernih uređaja, mada se brzo uvidjela njegova koristnost i u drugim oblastima gdje je potreba za sigurnom i relativno brzom komunikacijom ili signalizacijom bila potrebna. Danas generalna upotreba je vezana za :

Prenos podataka, glasa, komunikacija itd. 1-na-1 (AD-HOC)

Zamjenu žične fiksirane infrastrukture.

Kako je orginalna uloga BlueTooth bila orijentisana u tom smjeru, tako je u toku razvoja ovoga sistema došlo do optimizacije ovih specifičnih segmenata. Jedna od takođe veoma važnih osobina ovih uređaja je mala potrošnja energije jer su ti uređaji relativno kratkog dometa. Generalno možemo zaokružiti osobine ovog sistema na:

Pouzdanost

Transparentnost paketa informacija

Mogućnost vremenskog obilježavanja (Time Stamping)

Niska potrošnja energije

Izrada za specifične uslove rada

Izvođenjem iz navedenih osobina možemo zaključiti da BlueTooth ima veoma važnu ulogu u razvoju bežičnih sistema bilo koje namjene.



2.5.3 BlueTooth karakteristike

Karakteristike ovakvih baziranih sistema date su u tabeli 1.

FREKVENCIJSKI OPSEG 2400MHz – 2483,5MHz

BROJ NOSILACA 79 (EU i US)

RAZMAK IZMEĐU NOSILACA 1 MHz

SNAGA PREDAJE KLASA 1 MAX +20dBm (PA)

KLASA 2 MAX +4dBm (0 dB nom.) KLASA 3 MAX +0dBm

DOMET 10 cm – 10 m, moguće do 100m

MODULACIJA 1Mbps GMSK

2Mbps DQPSK

3Mbps 8 DPSK

MULTIPLEKS NOSIOCA TDMA TDD FHSS 1600 hoops/s

TRAJANJE TDD FREJMA 1,25 ms

TRAJANJE SLOTA 625μs

UKUPNI DATA-RATE 723,2 kbps

1448,5 kbps

2178,1 kbps

AUDIO KODIRANJE 20 GLASOVNIH KANALA

Varijabilna Delta modulacija CVSD

Impulsna Kodna Modulacija PCM

Sub-Band kodek SBC

Tabela 1- Karakteristike BlueTooth sistema Primjena BlueTooth-a može se podijeliti na nekoliko povezanih cjelina:

Mobilna obrada informacija (industrijska i korisnička) o Ručni mobilni terminali o Docking stanice o Periferna komunikacija

Medicinski uređaji o Instrumentalizacija o Praćenje pacijenata o Lokalno o Daljinsko

Terminali na mjestu prodaje (Point Of Sale -POS) o Skeneri/Transakcioni terminali o POS periferije



2.5.4 Prednosti i mane BlueTooth baziranih uređaja

BT, kao komunikacioni sistem, je uveo novi način razmišljanja i realizacije unutar monitoring sistema vitalnih parametara, postigao je visoku primjenu gdje se traži brzina, pouzdanost i određeni nivo autonomizacije procesa, ali kao takav ima određene prednosti i mane.

PREDNOSTI:

Brzina koju postiže je dovoljna za svoju primjenu, a kreće se maksimalno od 1 Mbps

do 3 Mbps.

Eliminiše kablove i omogućava mobilnost uređaja ili operatera.

Koristi kratke poruke za komunikaciju, što je i sasvim dovoljno pošto su skoro sve

komandne poruke bazirane na ON/OFF principu, a poslata i primljena informacija je

najčešće broj.

Ima fiksno određeno i predefinisano vrijeme poruke što ga čini idealnim za slanje

podataka u realnom vremenu.

Ima kratak domet do 100m maksimalno, što ga čini i više nego idealnim u mnogim

slučajevima, a najčešće je daljina potrebna za komunikaciju manja od 1m.

Generalno nije kreiran za globalnu mrežu, ali nije problem da je ostvari, čak i kada su

server i klijent mobilni on zadržava komunikaciju 1 – na – 1.

Cijena integracije i instalacije je mala u odnosu na mobilnost i kvalitet usluga.

MANE:

Nekontrolisane promjene količine protoka podataka, što generalno ne utiče na

kvalitet prenosa poslate informacije.

Potrošnja energije pri samostalnom baterijskom radu povećava vremenski interval

“tišine” pri komunikaciji, najčešće kod senzorskih instrumenata koji imaju samostalno

baterijsko napajanje. Vremenski interval između periodične uzastopne komunikacije

se povećava u cilju povećanja životnog ciklusa bateriskog napajanja.

Sam uređaj ne može da radi u velikom temperaturnom opsegu.

BlueTooth može da ima problema sa radom ako nije uspostavljena direktna vizuelna

vidljivost između komunikacionih BlueTooth modula.

Uticaj drugih bežičnih mreža na njegov rad, (kao 802.11a/b/g/n standarda, iz razloga

što su im iste radne frekvencije). Iz toga slijedi da, 17 kanala za rad je ugroženo

direktnim prisustvom neke od tih mreža, što može značajno smanjiti efikasnost i

pouzdanost, a u najmanju ruku brzinu prenosa informacija.



Sl.24 – Heart Rate monitor sa elektrodama u vidu trake na prsima

3. Predloženo rješenje sa rezultatima testiranja Na osnovu do sada navedenog, dolazimo do poglavlja koje se bavi suštinom ovog rada: prenosom R-R signala tj. srčanog ritma na udaljenu lokaciju. Dakle, cilj je, pored ostalih informacija o vitalnim parametrima, prenijeti informacije o srčanom ritmu bežičnim putem, uz korišćenje postojećih komponenti, što jednostavnije, ekonomski isplativije i funkcionalnije. Naravno, mora se povesti računa o energetskoj efikasnosti i djelotvornosti samog sistema, kao i o uticaju sistema na ljudsko zdravlje, odnosno čovjeka.

3.1 Osnovni opis uređaja

Kako bi postigli što veću efikasnost i isplativost sistema, odnosno samog uređaja-

sklopa, upotrijebljen je pojas sa pripadajućom elektronikom i logikom koja detektuje srčane

električne impulse, pojačava ih i dalje odašilje radio talasima. Jedan od takvih pojasa, nazvan

inteligentni Heart Rate monitor, prikazan je na slici 24.

Inteligentni Heart Rate monitor sastoji se od dvije osnovne komponente:

pojasa na prsima (detektor el.impulsa srca, logika i predajnik),

brojača otkucaja (prijemnik i digitalni brojač).



U pitanju je off-the-shelf15 monitor otkucaja srca, koji je radi veće slobode pokreta

pacijenata smješten na pojasu predviđenom za nošenje na grudima. Sam monitor je zapravo

senzor otkucaja srca (detektor otkucaja srca) i odašiljač (vrši generisanje radio signala u

momentu detekcije srčanog otkucaja), dok se prijemnik sastoji od tri komponente: radio

prijemnika, mikrokontrolera i displeja. [15]

Pojas na prsima koristi baterijsko napajanje od 3V i šalje podatke bežično na

prijemnik u obliku ručnog sata, gdje se podaci prikazuju na displeju kao broj otkucaja srca u

jedinici vremena. Prema podacima proizvođača transfer se obavlja pomoću RF amplitudno

modulisane frekvencije od 5KHz.

Međutim, ovakav uređaj je vrlo jednostavne konstrukcije i kao takav ne zadovoljava

neke veće, kompleksnije sisteme telemedicine. S obzirom na njegovu praktičnost i

ekonomičnost, predstavlja idealnu početnu tačku za dalje razvijanje sistema iz oblasti EKG-a,

što je ovdje i cilj.

3.2 Način rada i blok šema predloženog sistema

Kao što je već navedeno, kao početna tačka u razvoju predloženog rješenja uzet je

Heart Rate monitor, koji je potom unaprijeđen i prilagođen kako bi što više odgovarao

potrebama zadatka predviđenim ovim radom.

Osnovna građa sistema je sačuvana:

Pojas sa predajnikom, koji se radi veće pokretljivosti i slobode pokreta nosi na

grudima,

Prijemnik, koji prikuplja podatke koji se potom mogu iščitati i obraditi na razne

načine.

Kako uređaj emituje radiotalasne impulse u ritmu otkucaja srca, novina je što se sada prijemnik frekvencije od 5KHz zajedno sa Bluetooth-om nalazi na pojasu. Dobijeni signal se zatim šalje putem Bluetooth-a na lokalni računar ili puten mobilnog telefona i GSM mreže do udaljenog računara, odnosno medicinskog servera. To dalje mogućnost obrade, prikazivanja i memorisanja informacija. Na taj način doprinosimo većem komforu i udobnosti pacijenta koji više nije ograničen na samu medicinsku ustanovu, već se proces prikupljanja informacija može obavljati i iz pacijentove kuće, dok se odmara, radi ili negdje kreće.

15 off-the-shelf – Eng. Sa police – Gotove, sveprisutne elektronske komponente, uređaji, lako upotrijebljivi.



Međutim, da bi prije svega u potpunosti iskoristili postojeće kapacitete pojasa bilo je potrebno izvršiti analizu rada pojasa (detektora srčanih otkucaja).

U početku, signal se uzimao direktno „žično“ sa pojasa-detektora (slika 25), međutim ovo rješenje je bilo suviše agresivno, konstrukciono neprihvatljivo i zahtijevalo je komplikovanu konekciju na unutrašnji generator pojasa, tako da je primijenjena druga metoda koja je znatno elegantnija i funkcionalnija. S obzirom da znamo da pojas emituje RF signal, prvo smo analizirali emitovani signal

pomoću posebno konstruisanog prijemnika za frekventni opseg od nekoliko KHz (5-15KHz). Konstruisan je eksperimentalni prijemnik sa NF pojačalom i predpojačalom, čija je svrha da detektuje signal koji šalje pojas, demoduliše ga i eksperimentalno odredi najbolji način povezivanja istog sa BT modulom. Prijemnik sa NF izlazima 2 i 4 je vrlo jednostavan i njegova električna šema i štampana ploča prikazana je na slici 26.

Prvi korak podrazumijeva detektovanje impulsa od 5 KHz. Za to je napravljena zavojnica sa feritnim jezgrom koja rezonuje na pomenutoj frekvenciji i koja prima energiju magnetne komponente (H), elektroktromagnetnog polja. Ovo oscilatorno kolo čini zavojnica sa 340 navoja Cu lakom izolovane žice, na jezgru od ferita prečnika 1cm, sa izmjerenom induktivnosti od oko 10,1 mH. Proračunom prema Thompson-ovom obrascu, za rezonantnu frekvenciju od 5KHz potreban je kondenzator kapaciteta 0,1F. Na slici 27 prikazan je gotovi prijemnik na čiji izlaz je vezan osciloskop, što je bila prva ideja, odnosno preliminarno rješenje kako bi se izmjerili emitovani signali srčanog ritma. Na istoj slici vidi se pomenuto oscilatorno kolo sa feritom.

Sl.26 - Električna šema prijemnika i štampana ploča za elektronske komponente.

Sl.25 - Primjer spajanja BT modula sa internim generatorom impulsa u pojasu



Nakon detekcije signala gore pomenutim prijemnikom, dolazimo do saznanja o obliku, intezitetu i trajanju signala koji se emituju iz pojasa. Kao što se vidi, riječ je o signalima čiji impulsi traju 10ms, a emitovani su svaki put kada srce napravi jedan otkucaj. Njihovi talasni oblici prikazani su na slici 28.

U prijemnom oscilatornom krugu upotrijebljen je FET tranzistor zbog njegove velike

unutrašnje otpornosti što ne opterećuje rezonantno kolo i maksimalno iskorištava primljenu energiju. Sa drejna FET-a signal se dodatno pojačava tranzistorom T2, a zatim demoduliše uz pomoć dvije diode D1 i D2 (Delonov spoj-udvostručivač napona) i kondenzatora C1 što čini dobro poznati AM detektor.

Na gornjoj slici prikazani su oblici napona koji su dobijeni na izlazima iz prijemnika čija

je el.šema na slici 26. U gornjem lijevom dijelu slike 28, prikazan je talasni oblik napona dobijen na izlazu broj 2 (izlaz iz AM detektora), dok se na desnoj strani vide talasni oblici signala dobijeni na izlazu br.4 iz NF pojačala TDA 2003, na koji se može vezati mali zvučnik ra-

Sl.28 - Talasni oblici signala dobijeni prijemnikom za 5 KHz.

Sl.27 - Prijemnik impulsa od 5 KHz i oblici napona.



di audio reprodukcije primljenog signala. Na ulazu u pojačavač TDA2003 nalazi se potenciometar koji služi za regulaciju inteziteta zvuka. Nakon analize signala koje odašilje ovaj pojas, možemo pristupiti projektovanju sklopa pomoću kojeg ćemo dobijene signale prenijeti do BT uređaja. Upotrijebićemo jednostavnu BT slušalicu za prenos govora koja na svom ulazu ima mikrofon. Taj mikrofonski ulaz je idealan za input signala koji je dobijen prethodnom metodom, što će nam omogućiti uštede u realizaciji elektronskih sklopova. Prijemnik na ulazu ima isto oscilatorno kolo koje smo koristili u eksperimentalnom prijemniku sa istim parametrima. FET tranzistor BF245 je spojen direktno na oscilatorno kolo. Spajajući izlaz sa FET tranzistora BF245 (sl.29) na mikrofonski ulaz BT slušalice (postojeći mikrofon sa el.šeme je uklonjen) i upotrebom već pomenute off-the-shelf metode, dobijamo pouzdanu, jeftinu i sigurnu komunikaciju između pojasa i BT uređaja.

Dalja komunikacija između BT slušalice i drugih BT uređaja, definisana je BT standardom i može biti realizovana sa svim uređajima koji koriste BT protokol.

Korišćenjem ove metode dobija se potpuni off-the shelf proizvod, niske cijene, sposoban za komunikaciju sa skoro svim standardizovanim BT uređajima (mobilnim telefonima, računarima...). Signali dobijeni iz detektora, nakon digitalizacije i njihovog uklapanja u BT protokol i dalje se šalju na lokalni računar ili mobilni telefon, a potom putem GSM mreže do udaljenog računara. Na slici 30 prikazana je blok šema prenosa na lokalni računar kojom se ostvaruje lokalni nadzor EKG-a samo putem BT-a, dok je na slici 31 blok šema koja podrazumijeva upotrebu GSM prenosa i BT-a.

Sl.29 - Konekcija prijemnika za 5KHz i BT modula-slušalice.



Razlika između ove dvije varijante se ogleda u dometu sistema. Sistem koji koristi

GSM i GPRS nema ograničenja jer je signal svugdje prisutan. Druga varijanta je namijenjena ambulantnom, lokalnom nadzoru i ograničena je dometom BT uređaja.

Slika 32 prikazuje gotovo rješenje prototipa sistema daljinskog monitoringa koje se sastoji od: pojasa (detektora srčane aktivnosti), malog modifikovanog BT modula sa integrisanim prijemnikom (plava kutijica) i mobilnog telefona sa GPS-om, za daljinsko praćenje pacijenta, na koji se konektuje BT i grudni pojas. Takođe i BT - USB za lokalno praćenje pacijenta.

Sl.30 - Sistem prenosa EKG-a putem BT-a do lokalnog PC-a.

Sl.31 – Sistem prenosa putem GSM mreže do udaljenog PC-a.



Kao krajnji rezultat ovakvog sistema prenosa u obe varijante, dobijaju se audio signali na PC-u koji su prikazani na slici 33. Ovaj signal je istovjetan sa signalom na ulazu u BT slušalicu, što se može primijetiti upoređivanjem sa snimkom na osciloskopu koju smo dobili u eksperimentalnom mjerenju.

Sl.33 - Talasni oblici impulsa prenešeni GSM i BT metodom.

Sl.32 – Prototip sistema daljinskog monitoringa srčane aktivnosti. Elementi: Pojas, BT slušalica sa prijemnikom (plava kutijica), mobilni telefon i PC-BT ueđaj za lokalni monitoring



Ukoliko se koristi mobilni telefon koji u sebi ima GPS prijemnik, on može poslati

podatke o svojim GPS koordinatama i tako je moguće dobiti i informaciju o tačnoj poziciji pacijenta. Takođe, ono po čemu je ovo rješenje specifično je sposobnost memorisanja EKG podataka i komuniciranja sa Medicinskim serverom (MS), što je jedan sasvim novi korak u razvoju telemedicine, WBN-a i proaktivne medicinske zaštite.

3.3 Energetska efikasnost

Pouzdan senzor zahtijeva efikasno upravljanje potrošnjom električne energije. Jednostavnost upotrebe, težina senzora i interval između promjene baterija, su osnovne vodilje za definisanje energetske efikasnosti. Budući da je kapacitet baterije proporcionalan njenoj veličini i težini, to se dizajneri senzora susrijeću sa izazovima kako bi smanjili potrošnju energije, broj punjenja i na taj način produžili vijek trajanja baterije.

Od kako se primijenjuju bežični senzori, energetska efikasnost mora biti besprekorno

dizajnirana kako bi baterije što bolje opsluživale senzor. Da bi proširili radno vrijeme senzora vitalnih parametara, potrebno je smanjiti rasipanje snage koliko god je to moguće. Različit dizajn zajedničkih protokola komunikacije i obrade podataka i hijerarhijska mrežna organizacija mogu rezultirati značajnom uštedom energije. Nakon usavršavanja senzora, tehnika dinamičkog energetskog upravljanja može biti angažovana u cilju produženja vijeka trajanja baterije.

U sistemu daljinskog monitoringa vitalnih parametara, redukcija potrošnje ukupne

energije bitna je iz nekoliko razloga. Veličina i težina senzora su pretežno odrednice za veličinu i težinu baterija. Dakle, senzor mora biti izuzetno energetski efikasan, jer smanjenjem energetskih potreba dozvoliće dizajnerima upotrebu manjih baterija. Manje baterije će rezultirati daljom minijaturizacijom fizioloških senzora i, zauzvrat, povećanim nivoom korisnikovog komfora. Drugo, poželjan je dugotrajan rad bez promjene baterije jer česte promjene baterija na više senzora ometaju korisnika i njegovo prihvatanje samog WBN sistema. Osim toga, duže trajanje baterija omogućiće smanjenje operativnih troškova u sistemu daljinskog monitoringa.

U skladu s tim, osmišljen je specifičan protokol, prema preporukama 802.15.4 IEEE16 standarda, kako bi se zadovoljili zahtjevi medicinskih aplikacija. Većina grudnih pojasa za detekciju srčanog ritma danas koristi ovaj energetski protokol, uključujući i pojas upotrijebljen u ovom radu.

Pojas se napaja zasebnom litijumskom baterijom od 3V i ima potrošnju struje od oko 5mA u momentu slanja RF impulsa od 5KHz,

16 IEEE 802.15.4 - standard dizajniran za određivanje fizičkkog sloja i MAC sloja (Media Access Control) u

WBN mrežama (tj. kratkog dometa, obično manje od 30 m) u radu s niskim brzinama (LR-WBAN, Low-Rate

Wireless Body Networks).

Sl.34 – Baterija pojasa i BT-a



a traje 10ms. Autonomija rada iznosi od 250-350 radnih sati (zavisno od brzine otkucaja srca). BT modul, koji je nakačen na pojas, koristi isti napon napajanja kao i pojas (3,2-3,5V). Kako oboje imaju sopstvene izvore napajanja, radi ekonomičnosti i jednostavnosti, upotrijebljena je jedna punjiva baterija tipa LiPo, proizvođača „RC“, za oba uređaja, od 3,7V i kapaciteta 400mAh. Prenos rada srca vrši se BT modulom, tj. slušalicom, sa savremenim niskoenergetskim čipom CC2540/CC2541 koji koristi novu komunikacionu tehnologiju BLE (eng. Bluetooth Low Energy). Da bi odredili preciznu energetsku efikasnost baterije i potrošnju struje, odrađena je manja analiza potrošnje struje Bluetooth modula sa pomenutim čipom. Budući da je maksimalna potrošnja struje jednaka zbiru potrošnji struje pojasa i BT slušalice, radi eventualnih vršnih opterećenja kod starta, baterija mora imati najmanje dvostruku vrijednost maksimalne strujne potrošnje. Takođe, zavisno od namjene uređaja i njegove potrošnje, možemo odrediti njen potreban kapacitet. Za neki duži monitoring vitalnih parametara, gdje je potrebno posmatrati pacijenta kroz period od 45 dana, potreban je kapacitet baterije od 400 mAh. Ili, ukoliko je potrebno da uređaj bude operativan 90 dana, što je neophodno za neka med. istraživanja, kapacitet baterije u tom slučaju bio bi 800 mAh. Do ovih rezultata došlo se na sljedeći način. [16] Prvo je osmišljen koncept mjerenja potrošnje struje, prikazan na slici 35, potom su izvršene blage promjene na samoj ploči BT slušalice u vidu postavljanja jednog otpornika od 10 oma koji će stvoriti pad napona radi mjerenja struje.

Na slici 36 su dobijeni rezultati testiranja potrošnje struje za jedan komunikacioni interval prenosa, u vidu grafika, dobijenog pomoću naponske sonde osciloskopa koja je paralelno nakačena na otpornik od 10 ma, na kom se stvara pad napona dovoljno mjerljiv za naš eksperiment. Primijetit ćete da se potrošnja struje mijenja u zavisnosti od aktivnosti čipa CC2541, koji prolazi kroz nekoliko različitih stanja koja predstavljaju dio komunikacije, odnosno dio komunikacionog protokola. Ukoliko promjene struje prikažemo u vremenu (t), dobijamo sledeća stanja:

Sl.35 - Blok šema za mjerenje potrošnje struje BT slušalice i izgled BT pločice sa otpornikom



1. Aktivacija mikrokontrolera (MCU) - nakon aktivacije, nivo struje blago pada;

2. Pred obrada-BT protokol priprema radio za slanje i primanje podataka;

3. Pre-Rx - čip CC2541 priprema radio, uključuje RX;

4. Rx - radio prijemnik prima paket od mastera;

5. Rx u Tx prelaz - prijemnik završava, a radio se priprema za predaju;

6. TX - radio emituje paket na master;

7. Post-obrada - BT protokol obrađuje primljene pakete i pokreće sleep tajmer u iščekivanju

sledećeg događaja;

8. Pre-sleep - BT protokol aktivira sleep mod.

Stanje: Trajanje impulsa [μs] Struja [mA]

Stanje 1 (aktivacija) tst1 = 400 Ist1 = 6

Stanje 2 (pred-obrada) tst2 = 340 Ist1 = 7,4

Stanje 3 (pre-Rx) tst3 = 80 Ist1 = 11

Stanje 4 (Rx) tst4 = 190 Ist1 = 17,5

Stanje 5 (Rx-u-Tx) tst5 = 105 Ist1 = 7,4

Stanje 6 (Tx) tst6 = 115 Ist1 = 17,5

Stanje 7 (post-obrada) tst7 = 1280 Ist1 = 7,4

Stanje 8 (pre-Sleep) tst8 = 160 Ist1 = 4,1

Tabela 2- Izmjerene vrijednosti struja u pripadajućim intervalima.

Na osnovu ove tabele izračunaćemo srednju vrijednost struje (Ikom) tokom jednog komunikacionog intervala (tkom), čije se trajanje dobija zbirom trajanja svih stanja i iznosi 2675 μs.

(3.1)

Sl.36 - Vrijednosti struje tokom jednog komunikacionog intervala.



Nakon uvrštavanja vrijednosti iz tabele 2, srednja vrijednost struje po

komunikacionom intervalu iznosi 8,2463 mA.

Stuja između komunikaci-

onih intervala je minorna i jednaka struji uređaja u sleep modu. Nju možemo izmjeriti tako što softverski prebacimo uređaj u sleep mod, a zatim digitalnim mikroamperme-trom izmjerimo struju u tački napajanja Vdd kao što je to prikazano na slici 37. Izmjerena struja u sleep modu Isl je bila 1,11µA. Nakon izračunavanja srednje

vrijednosti struje po komunikaci-onom intervalu i mjerenja struje u

sleep modu, izračunaćemo potrošnju struje za ukupno vrijeme prenosa podataka, uzimajući u obzir i vrijeme tokom kojeg je uređaj u sleep modu.

Sa slike 38 se vidi da se komunikacioni interval koji traje 2,6ms periodično se ponavlja svakih 100ms, što znači da će uređaj 2,6% vremena prenositi podatke i biti aktivan, a 97,4% vremena će raditi u sleep modu. Prema tome ukupna srednja vrijednost struje BT-a (IBT) je jednaka zbiru struja tokom ova dva intervala ukupnog vremena rada (ta) i može se izračunati:

(3.2)

Sl.38 – Grafički prikaz potrošnje struje u intervalima komunikacije BT uređaja.

Sl.37 - Mjerenje struje sleep moda BT uređaja.



Ako istu logiku izračunavanja potrošnje primijenimo i na pojas, za prosječnu brzinu

rada srca od jednog otkucaja u sekundi i izmjereno srednje vrijeme trajanja impulsa od 10ms, zaključićemo da pojas troši struju u 1% od ukupnog vremena rada.

Prema podacima proizvođača pojas u ovim intervalima ima srednju vrijednost struje 5 mA po impulsu, a između impulsa vrijednost struje je zanemarljiva. Na osnovu ovoga potrošnja struje pojasa (Ip) u ukupnom vremenu rada (ta) je:

(3.3)

Neophodan kapacitet baterije (C) potreban za rad ukupnog sklopa dobija se zbirom struja oba uređaja u pripadajućim intervalima pomnoženim sa ukupnim vremenom rada (ta).

(3.4)

Prema ovom obrascu, kapacitet upotrijebljene baterije standardnog kapaciteta 400mAh, omogućava neprekidan rad ukupnog sklopa u vremenu dužem od 1100 sati (45 dana) uz po bateriju bezbjednu ispražnjenost od 75%.

3.4 Prosti GUI za demonstraciju rada

Nakon detekcije srčanih otkucaja, i njihovog prenosa radio talasima putem pojasa, BT slušalice i GSM sistema, izrađena je jednostavan program, odnosno GUI (Eng. Graphical User Interface), kojim se vrši vizuelno prikazivanje signala varijabilnosti srčanog ritma, njihova obrada i snimanje.

Sl.39 – Izgled GUI aplikacije za obradu srčanog ritma.



Program, odnosno GUI-Graphical User Interface, je izrađen pomoću programa za matimatičke pakete – Matlab, verzije 7.5.0.342 (R 2007b), na kojoj se pokazalo da stabilno radi. Talasni oblici napona i signala, takođe su dobijeni uz pomoć Matlab-a. GUI sadži dva grafika od kojih gornji, pod nazivom „Ulazni signal“, ispisuje-prikazuje signal u live modu, dok donji prikazuje broj otkucaja srca u vremenu od 1, 2, 3…24… sata (Slika 40).

GUI se startuje dugmetom „Pocni“, zatvara sa „Zavrsi“, dok opcija „Snimi“ otvara

novi grafik sa prosječnim otkucajima srca za definisano vrijeme, na primjer za posljednja 24 sata (Slika 41).

Pored navedenog, GUI posjeduje prikazivanje trenutnog broja otkucaja srca, kao i maksimalni i minimalni broj otkucaja srca za definisani period. Zatim, GUI posjeduje polja za upis podataka o pacijentu: ime, prezime, godište, visina i težina, kao i prikazivanje tačnog vremena i datuma početka i kraja opservacije (Slika 42).

Sl.42 – Prikaz trenutnog, maksimalnog i minimalnog broja otkucaja, početka i kraja opservacije, kao i polja za unos podataka pacijenta.

Sl.41 – Komande za startovanje, gašenje aplikacije i snimanje varijabilnosti srčanog ritma.

Sl.40 – Grafici na GUI-u



Tip ulaznog signala koji GUI podržava je audio (NF). Signal se dovodi na zvučnu karticu

iz mobilnog telefona ili GSM modema sa njegovog NF izlaza, koristeći defaultni adapter „winsound“ u kompjuterskoj obradi. Na taj način se vrši akvizicija signala. GUI podržava sample rate od 8.000-44.100 semplova po sekundi, pri čemi se preporučuje da sample rate ne bude manji od 12.000, zbog ulaznog signala od 5.000Hz (5KHz). SampleRate=12000; %broj samplovanih tacaka u sekundi FrameRate=12; %broj uzetih frejmova u sekundi FrameTime=SampleRate/FrameRate; set(handles.pushbutton1,'UserData',1);

GUI prikazuje signal u realnom vremenu sa intervalom od 1 sekunde, što može biti i

naknadno podešeno po želji. Konkretno, opcijom 2, dobijamo više vidljivih otkucaja srca jer je skala proširena na 2 sekunde. U eksperimentu se primijetilo da opcijama većim od dvije sekunde znatno usporavamo rad GUI i računara, pa sa ovom opcijom ne treba pretjerivati.

play=2; %### trajanje prikaza prvog grafika u[s]### data_buffer(1:SampleRate*play)=0;

GUI podrzava i registruje otkucaje srca od 0 do 300 BPM, na vremenskom intrevalu

koji je po defaultu 1 sat. Ovaj interval ne bi trebao biti manji zbog medicinske analize RR intervala, a može se proizvoljno povećati. Hour=1; %### vrijeme trajanja drugog grafika u satima ### AvgRate=5; %### rezolucija drugog grafika u[s]### puls_buffer(1:Hour*3600/AvgRate)=0; broj=AvgRate*FrameRate; brojac=0; %inicira brojac, koji je frejm "na redu" BPMs=[]; %inicira niz za izracunavanje srednjeg BPM u toku 5s

Maksimalni i minimalni broj otkucaja srca ažurira se svakih pet sekundi, pri čemu se

vrijeme ažuriranja moze mijenjati, ali ne smije biti ispod jedne sekunde. Prag osjetljivosti je podešen na 0,4V i može se mijenjati u zavisnosti od jačine ulaznog

NF signala. Maksimalni i minimalni otkucaji su 300 i 0 BPM.

Prag=0.4; %### prag signala u [V]### preTime=0; %inicira privremenu promjenljivu za vrijeme MinBPM=300; %inicira max i min promjenljive MaxBPM=0;

Sl.43 – Prikaz grafika GUI-a. Lijevo, prikazivanje signala u realnom vremenu sa manjom vremenskom osom. Desno, prikazivanje signala u realnom vremenu od dvije sekunde.



3.4.1 Algoritam aplikacije za demonstraciju rada

Pocni

While

Flag≠0 Stopiraj i ukoni AI iz memorije

Clear all

Kraj

Opsta podesavanja

Flag=1

Podesava i inicira buffer za grafik1

Podesava i inicira buffer za grafik2

broj=broj frejmova u ΔT

Podesavanja BPMa

Inicira objekat AI

(analog input)

Prikuplja odbirke iz jednog

frejma objekta AI

If brojac>=broj

(proslo vrijeme ΔT)

Racuna i prikazuje AvgBPM iz buffera

(prikupljenog za vrijeme ΔT),

Min i Max

Azurira grafik2

Resetuje brojac i buffer

Racuna trenutni BPM na osnovu

odbiraka trenutnog i proslog frejma i

stavlja u buffer

Prikazuje odbirke frejma u

realnom vremenu

brojac=brojac+1

DA

NE

NE

DA

Snimi Zavrsi

Snima trenutno stanje

grafika2

Flag=0



3.5 Rezultati eksperimenta Rezultati dobijeni ponuđenim rješenjem su pokazali uspješnost rada kompletnog sistema. U sljedećem tekstu prikazani su signali razvrstani u tri posebne faze, kao i način njihovog prenosa shodno blok šemi sa slike 31. Rezultati su dobijeni mjerenjima svake posebne faze sa pripadajućim instrumentima.

3.5.1 Realno izmjereni signali u prenosu Signali su prikazani prema fazama obrade signala. Prvo su prikazani signali koji se primaju sa pojasa i prenose do BT-a. Zatim, signali prenešeni BT prenosom, a treću fazu čini računarska analiza krajnje prenešenih signala. U prvoj fazi obrade pojas emituje AM modulisani signal na frekvenciji 5KHz u trajanju 10ms. Na slici 44 je prikazan talasni oblik signala emitovanog iz grudnog pojasa primljen na udaljenosti 1m pomoću rezonantnog oscilatornog kola i izmjeren pomoću digitalnog USB osciloskopa „Rohde & Schwarz: 2 Channels, 2GHz Bandwidth

Sl.44 – Prikaz signala emitovanog od grudnog pojasa na ulazu u BT.



Druga faza obrade podrazumijeva prenos signala putem BT uređaja na PC računar. Možemo vidjeti da BT komunikacija prenosi signal koji smo imali na mikrofonskom ulazu BT slušalice na PC i da se MATLAB programom ovi signali mogu pročitati i analizitati.

Na slici 46 prikazani su signali prenešeni putem BT uređaja na PC računar i analizirani

MATLAB programom.

Treća faza obrade podrazumijeva eksperimentalnu obradu dobijenih rezultata mjerenja brzine otkucaja srca pacijenta. Na slici 47 je grafički prikazana promjena broja otkucaja srca u toku jednog sata. Ovi podaci su dobijeni pomoću upotrijebljenog GUI-a i obr-

Sl.46 – Signal prenešen BT-om na PC.

Sl.45– Prikaz slanja srčanih impulsa sa pojasa na računar putem BT-a.



ađeni u MATLAB-u. Jasno se vide promjene broja otkucaj srca u zavisnosti od aktivnosti paijenta.

3.5.2 Domet BT uređaj ima domet do 10-20 metara, što zapravo predstavlja sigurnu vezu, a teoretski domet BT je moguć i do 100m. Ovo omugućava dobru komunikaciju u okviru ambulante i potpuno zadovoljava prenos podataka i dok je pacijent fizički aktivan.

Ukoliko koristimo ovaj sistem kao daljinski monitoring, mobilni telefon pacijent nosi uz sebe, što omogućava dobru i sigurnu komunikaciju putem GSM sistema prenosa podataka. Naravno, ova varijanta zavisi od pokrivenosti neke oblasti signalom mobilne telefonije. Praktično, granice u dometu ne postoje dok god ima GSM signala. Takođe, opet navodimo, da ukoliko se koristi mobilni telefonom koji u sebi ima GPS prijemnik, on može poslati podatke o GPS koordinatama i tako je moguće znati i tačnu poziciju pacijenta.

Sl.47 – Promjena broja otkucaja srca u vremenu od jednog sata.



3.5.3 Greške u mjerenjima

Greške koje se mogu javiti mogu nastati uslijed uticaja elektromagnetnih smetnji, lošeg kontakta između elektroda pojasa i tijela i u prenosu signala. Uticaj elektromagnetnih smetnji, koji je obrađen u prvom poglavlju, je značajno smanjen upotrebom grudnog pojasa koji je direktno vezan na tijelo, bez spoljnih elektroda što smanjuje površinu petlje u kojoj se može indukovati magnetna komponenta, kao i kapacitet elektroda koje indukuju električnu komponentu polja.

Smetnje se mogu javiti zbog pomjeranja pojasa i zbog lošeg kontakta između kože i elektroda pojasa, pa se može desiti da je R-R interval nepravilno izmjeren što rezultira netačnim brojem otkucaja u minuti (formula 1.7). Budući da na kraju prenosa imamo GUI obradu signala, primijenjena je softverska korekcija (HRV 0-300 BPM).

Kako se radi o digitalnoj komunikaciji, gubici podataka su veoma rijetki jer protokoli koje koriste BT i GSM mreže obezbijeđuju siguran prenos podataka pri dovoljnim brzinama prenosa.



4. Potencijalne primjene Kao ilustraciju upotrijebljivosti datog rješenja ovdje ćemo prikazati dvije moguće primjene u realnim uslovima. Predstavljeni pacijenti su fiktivni, ali su takođe i predstavnici zajedničkih problema koji se mogu desiti tokom rehabilitacije, odnosno rekonvalescencije. Prikazani su problemi i daljinski monitoring sistem koji vrši funkciju prevencije i lijeka, te njegove prednosti nad uobičajenim rješenjima.

4.1 Primjena u kardiologiji

Marko Marković se oporavlja od srčanog udara. Nakon otpuštanja iz bolnice, prošao

je nadziranu fizičku rehabilitaciju u trajanju od nekoliko nedjelja. Njegovi ljekari propisali su režim vježbanja kod kuće. Tokom fizikalne rehabilitacije bilo je lako pratiti i provjeriti Marka kako je izvodio vježbe. Nažalost, kada je ostavljen da se sam samodisciplinuje i samostalno vježba, on nije rigorozno pratio vježbe kako je to propisano. On vježba, ali ne dovoljno kako to intezitet i trajanje vježbe iziskuju. Kao rezultat toga, Markov oporavak je sporiji od očekivanog i kao takav podiže zabrinutost za njegovo zdravlje, prognozu, i još gore, njegov ljekar nema kvantitativnu verifikaciju Markovog pridržavanja programa.

Daljinski monitoring srčane aktivnosti nam pruža rješenje za Marka. Opremljen jednostavnim grudnim pojasaom sa BT modulom i mobilnim telefonom, doktori sada mogu da imaju kontinuiran uvid u Markovo praćenje vježbi, u rad srca i eventualne abormalnosti u njegovom radu. Vrijeme, trajanje i intenzitet vježbe, mogu se odrediti obradom senzorskih informacija. Putem Interneta, odnosno GSM mreže, njegov ljekar može prikupiti i pregledati podatke, provjeriti Markovo redovno vježbanje, izdati nove vježbe, prilagoditi podatke i definisati limite vježbi ili zakazati novi pregled. Markov ljekar se ne treba oslanjati na Markovo subjektivno mišljenje, već može kontrolisati nivo i trajanje vježbe. Osim toga, Markovi parametri varijabilnosti srčanog ritma, pružaju objektivnu sliku njegove fiziološke reakcije na vježbe i mogu služiti kao stres test. Daljinskim stres testiranjima i prikupljanjem podataka putem WBN sistema, Markov ljekar smanjuje broj ambulantnih posjeta što umanjuje zdravstvene troškove i omogućava bolje korištenje ljekarskog vremena. U hitnim slučajevima, Medicinski server može sam direktno alarmirati hitnu medicinsku pomoć i obavijestiti medicinsko osoblje putem SMS poruka.



4.2 Primjena kod Sleep apnea-e

Sleep Apnea je poremećaj za vrijeme spavanja kojeg karakterišu pauze u disanju ili slučajevi vrlo sporog disanja. Svaka pauza u disanju, nazvana apnea, može trajati od najmanje deset sekundi pa do nekoliko minuta, a može se pojaviti od 5 do 30 puta u vremenu jednog sata. Takođe, svako neprimjereno „plitko“ disanje naziva se hypopnea.

Iz navedenog se zaključuje koliko je Sleep Apnea zapravo opasna, s toga se u medicini

primijenjuju rigorozne mjere za njeno liječenje i suzbijanje. Metoda koja se primijenje kod nas podrazumijeva upotrebu specijalne proteze [17] koja onemogućava prekide u disanju i spriječava gušenje pacijenta. Međutim ni ova metoda ne posjeduje interaktivnost između pacijenta i doktora, tj.sistema.

Upotrebom senzora za mjerenje zasićenja krvi kiseonikom (Pulsni oksimetar, slika 49)

i konekcijom putem BT modula sa mobilnim telefom, možemo prenijeti i tu vrstu informacija putem GSM mreže do doktora i medicinskog servera. Na taj način obezbijeđen je daljinski monitoring u live modu pacijenata koji pate od Sleep Apnee.

Pacijent koji je liječen od Sleep Apnee otpušten je iz bolnice na kućno liječenje. U

toku sna dolazi do pogoršanja njegovog zdravstvenog stanja koje se ogleda u čestim i dugim prekidima disanja i snadbijevanja pacijentove krvi kiseonikom. Reakcija se ogleda u veoma velikom broju otkucaja srca koje naš predloženi grudni pojas detektuje. Takođe, oksimetar koji mjeri saturaciju na pacijentovom prstu detektuje znatan pad nivoa zasićenosti krvi kiseonikom. Obje informacije, srčani otkucaji i saturacija, stižu putem GSM sistema dežurnom ljekaru gdje se alarmira hitna med.pomoć i sam pacijent povratnom spregom.

Sl.48 - Primjer studije slučaja kod kardiološkog bolesnika



Na ovaj način, pomoću live monitoringa i sistema povratne sprege, spašen je još jedan život i pružena mogućnost medicinskom osoblju da analizira i istražuje dobijene rezultate, kao i da usavršava metode liječenja i koristi podatke u naučne svrhe za buduće generacije.

Sl.49 – Lijevo: Primjer gušenja od poslijedica Sleep Apnee. Desno: pulsni oksimetar.



5. Budući rad

Budući rad bi se ogledao u oblasti medicinske elektronike u usavršavanju postojećeg

rješenja i njegovom implementacijom u druge oblasti medicine, kao što su endokrinologija, respiracija i kardiologija. Takođe, u budućim istraživanjima, uzeće se u obzir uticaj sredine na vitalne parametre pri primjeni daljinskog monitoringa.

Dalja implementacija dvo-elektrodnog detektora srčanih impulsa, tj.grudnog pojasa

na savremene Android sisteme, kao i razvoj medicinskog servera i cjelokupnog sistema praćenja vitalnih parametara biće tema daljih istraživanja. Upotrebom Android mobilnih telefona, GPRS prenosa podataka i savremenih protokola, moguće je izraditi veoma pouzdan daljinski monitoring vitalnih parametara.

U endokrinologiji, kod dijabetičara, izuzetno je važan monitoring nivoa glikemije u

krvi pacijenata. Pacijenti koji su oboljeli od šećerne bolesti Tip1, su izuzetno zavisni od redovne kontrole glikemije. Ukoliko bi nivo glikemije u krvi opao ispod nominalnog nivoa, na-

nastupila bi hipoglikemija koja može imati fatalne posljedice. S toga se u daljim istraživanjima predviđa upotreba glukoćelije (Eng. Glucocell) koja će u realnom vremenu davati informacije o nivou glikemije i dalje ih slati putem sistema. [18]

Takođe dalji rad bi se ogledao u pronalaženju rješenja za daljinski monitoring nivoa glikemije u krvi pacijenta upotrebom glukoćelije. U takvim okolnostima, ljekar bi mogao da koriguje dozu insulina i ima stalan uvid u profil nivoa glikemije.

Sl.50 – Glukoćelija (Glucocell) prototip senzora koji kontinualno mjeri nivo šećera u krvi.



Buduća istraživanja kod pacijenata sa respiratornim problemima mogu se ogledati u

detekciji disanja pomoću nove elektro tkanine (ElectroLycra™) koja mijenja svoju električnu provodljivost u zavisnosti od njenog istezanja. Na taj način može se mijenjati frekvencija nekog NF oscilatora, na primjer od 500Hz - 4500Hz i zatim se ista prenosi preko postojećeg rješenja sa BT slušalicom na udaljeni PC, gdje se detektuje način i ritam disanja. Uz taj signal, može se i poslati RR signal EKG-a od 5KHz koji se kasnije posebnim filtrom filtrira i potom obrađuje.

Takođe, planirana su dalja istraživanja kod realnog uticaja životne sredine na vitalne parametre pacijenta pri primjeni daljinskog monitoringa. Istraživanja će obuhvatiti implementaciju više senzora u jedan jedinstveni monitoring sistem koji posjeduje: WBN, GPS, barometar, hidrometar, termometar, oksimetar, CO2-metar, i uređaje za detekciju ostalih polutanata i uticaja koji se nalaze u okolnom prostoru pacijenta.

Cilj će biti multipleksiranje podataka, pakovanje navedenih podataka, definisanje protokola, kako bi se mogli kasnije raspakovati i obraditi. Analogne veličine će se zasebno konvertovati A/D konvertorom, podaci će se upakovati u jedan link-kanal i poslati putem GSM-a i GPRS-a na serversku platformu za monitoring koja arhivira podatke.

Sl.51 – Pojas sa elektro tkaninom za detekciju respiracije i detektorom otkucaja srca.



Sl.52 – Uticaj sredine na vitalne parametre pacijenta pri primjeni daljinskog monitoringa.



6. Zaključak

Danas u sviijetu, sa savremenim i brzim načinom života, čovjek zahtijeva sve

djelotvorniju i jednostavniju zdravstvenu zaštitu. Aktuelni zdravstveni sistem svakim danom

je sve više opterećen pacijentima sa kardiološkim oboljenjima čije potrebe ne može da

udovolji u potpunosti, a finansijski izdaci su sve veći.

Daljinski monitoring vitalnih parametara nudi organizaciono i savremeno tehničko

rješenje kojim se može očuvati zdravlje ljudi i spriječiti pojava raznih patologija kod

pacijenata. Sitemi koji prate vitalne funkcije, obećavaju sveprisutan, ali ipak ekonomsko

povoljan zdravstveni monitoring. Vjerujemo da će savremeni sistem daljinskog monitoringa

omogućiti drastičnu promjenu načina na koji ljudi misle o svom zdravlju i brinu o njemu - na

isti način na koji je Internet promijenio način komunikacije među ljudima i razmjenu

informacija. Ova promjena prema proaktivnijoj, preventivnoj zdravstvenoj zaštiti, ne samo

da će poboljšati kvalitet života, već će takođe smanjiti zdravstvene troškove.

Daljinski monitoring srčanog ritma i rješenje koje je prikazano u ovom radu, kao

neinvazivan i jednostavan uređaj, unaprijediće postojeće metode liječenja u kardiologiji.

Sklop, koji se sastoji od već postojećih jeftinih komponenti (Bluetooth, grudni pojas za

detekciju srčanog ritma i mobilni telefon) dao je dobre rezultate u pogledu on line nadzora

pacijenta i interaktivne medicinske zaštite.

Uređaj koriti GSM prenos od pacijenta do ljekara (PC-a), odnosno do medicinskog

servera na kojem se podaci memorišu. Ta vrsta prenosa podataka danas je postala

sveprisutana i jeftina. Prenos podataka, inače, najskuplji element sistema, riješen je u

dogovoru sa lokalnim operatorom mobilne telefonije kroz jeftinu pretplatu na kanale kojima

prenosimo vitalne parametre pacijenata. Na taj način osigurana je ekonomska isplativost i

održljivost sistema. Mada, način na koji se izvršava monitoring i prosleđuju podaci, postaje

sve više stvar izbora. Postoji ogromna količina metoda, platformi i načina obrade podataka,

da je veoma teško baviti se razvojem u nekoj oblasti ako se fokusira na samo jednu od njih.

Takođe je važno poznavati i sa pravilnog aspekta posmatrati oblast, u kojoj se djeluje zbog

velike količine slobodnih informacija i njihovih interpretacija. Dovoljno je dobiti signal,

pravilno ga obraditi i prikazati, a njegova interpretacija se prepušta kvalifikovanom

medicinskom osoblju.

Veoma kratko vrijeme od trenutka detekcije srčanog ritma pa do njegove obrade i

dobijanja pouzdane informacije, je veoma važno, ali je energetska efikasnost mnogo značajn-



ija. U radu smo prikazali da opisano rješenje može da funkcioniše oko 45 dana sa jednim

punjenjem baterije od 3,7V i 400mAh, što rezultuje energetskom ekonomičnošću i

funkcionalnošću. Za ovakav rezultat zaslužni su savremeni energetski protokoli koje koriste

Blutooth uređaji (BLE) i pojas-detektori srčane aktivnosti. Međutim, negativna strana sistema

se ogleda u energetski zahtjevnom GSM prenosu i njegovom radio talasnom zračenju. Ova

problematika, kao i dalji razvoj daljinskog monitoringa i senzora, njihova primjena,

predstavljaju buduća istraživanja iz ove oblasti. Osim toga, neophodna su dalja istraživanja

različitih medicinskih stanja u kliničkim i ambulantnim uslovima, radi utvrđivanja specifičnih

ograničenja i mogućih novih primjena ove tehnologije.



Literatura

[1] A. Šantić, Biomedicinska elektronika, Zagreb: Školska knjiga-Zagreb, 1995.

[2] A.C.Guyton, Temelji fiziologije čovjeka, JUMENA zagreb, 1980.

[3] M. A. Rosić, Fiziologija ćelijske membrane, Beograd, 2000.

[4] Jaakko Malmivuo, Robert Plonsey, Bioelectromagnetism: Principles and Applications of Bioelectric and Biomagnetic Fields, Oxford University Press, 1996.

[5] L.A.Geddes, Electrodes and the Measurement of Bioelectric Events, New York, 1968.

[6] J.G.Webster, Medical Instrumentation of Biolectric Events, New York, 1972.

[7] http://www.perpetuum-lab.com.

[8] I. Botteri, Bolesti srca i krvnih žila, 1950.

[9] www.znano.st.

[10] ATS, »http://www.assistivetechnologyservices.com/,« Assistive Technology Services, 2012. [Mrežno].

[11] N. Kojović, Bežični monitoring kretanja i biosignala, Podgorica: ETF, 2010.

[12] J. A. Žarković, »Application of WBN technology in continuous monitoring of medical parameters,« u Information Technologies - IT 2010, Zabljak, 2010.

[13] A. M. Bennet, Telehealth handbook, Washington, DC: U.S. Department of Health, Education, and Welfare, 1978.

[14] C. SFS, Telemedicine, The Rise of Digital Healthcare, 1995.

[15] »http://you-rhythmic.com/,« http://you-rhythmic.com/. [Mrežno].

[16] S. K. &. J. Lindh, Measuring Bluetooth® Low Energy Power Consumption, 2012.

[17] D. S. B. Milošević, ORALNI APARATI U TERAPIJI SLEEP APNEE, Foča, 2012.

[18] »http://stobbe.com/,« Stobbe Tech, 2013. [Mrežno].

[19] E.C.Potter, Electrochemistry-Principles and applications, Školska knjiga-Zagabria, 1968.

[20] A. H. Association, International Cardiovascular Disease Statistics, Statistical Fact, 2009.

[21] Gianmarco ANGIUS, Electronic Devices and Systems for Monitoring of Diabetes and Cardiovascular Diseases, Ph.D. in Electronic and Computer Engineering Dept. of Electrical and Electronic Engineering, University of Cagliari, 2009.

[22] http://www.cdc.gov, Center for Desease Control and Prevention.

[23] www.wikipedia.com.

[24] Radovan Stojanović, N. Nikolić, M. Mirković, P. Popović, E. Pejović,, Mjerenje frekvencije srčanog pulsa upotrebom mikrokontrolera, Žabljak: IT2009, 2009.

[25] E. Morgan, »http://you-rhythmic.com/,« [Mrežno].



Zahvalnica

Ovim putem zahvaljujem se, Svom mentoru, profesoru doktoru Radovanu Stojanoviću sa Univerziteta Crne Gore -

Elektrotehnički fakultet, za sve oproštene greške, podsticaje, ideje i za džinovsku energiju koju mi iskreno pruži u stvaranju ove teze.

Zatim, svom prijatelju, drugu, Nikoli Kojoviću, profesoru u Elektrotehničkoj školi

„Vaso Aligrudić“, za njegovu bezrezervnu i iskrenu pomoć u realizaciji ovog rada. Zahvaljujem se svom životnom drugu, spasiocu, svojoj supruzi Željki, profesorici

Italijanskog jezika i književnosti, za svu ljubav i požrtvovanje koju mi pruži u momentima umora, nedostatka energije i ideja. Za sve iskontrolisane rečenice i fraze, kao i za mnoštvo stilskih ideja koje krase ovaj rad.

Konačno, zahvaljujem se i svom velikom porodičnom prijatelju, mom Dalmatincu,

Marinu Čavelišu, bez čijih nesebičnih savjeta i bezrezervne pomoći, ovaj rad ne bi bio tako uspješan!

Jurica A. Žarković



Bilješke:

Documents

MAGISTARSKI RAD - APEG RAD_Jurica_Zarkovic.… · · 2015-12-17Prilog daljinskom monitoringu vitalnih parametara sa osvrtom na varijabilnost srčanog ritma Strana: 2 Magistarski