DEVELOPMENT OF A DEVICE FOR CONTROL OF THE STATE OF THE ORGANISM BASED ON PHOTOPLETISMOGRAPHY USING TECHNOLOGIES OF DIGITAL ADAPTIVE FILTRATION
Authors: Акишин Алексей Дмитриевич , Семчук Иван Павлович , Николаев Александр Петрович 
Published: December 2020

Постоянно растущий интерес к разработке новых неинвазивных и безманжетных методов измерения параметров сердечной деятельности, использование которых давало бы возможность непрерывного и удаленного контроля сердечно-сосудистой системы, обуславливает актуальность данной работы. В многочисленных публикациях продолжаются обсуждения преимуществ и недостатков различных методов ранней диагностики сердечно-сосудистых заболеваний. Однако артефакты движения являются сильной помехой, мешающей точной оценке показателей функционирования сердечно-сосудистой системы. Одним из перспективных методов контроля является метод оценки физиологических параметров с использованием фотоплетизмографии. Данная статья посвящена разработке устройства для фотоплетизмографических исследований и алгоритмических методов обработки регистрируемых сигналов для обеспечения мониторинга сердечного ритма с заданной точностью. В работе используются технологии цифровой адаптивной фильтрации полученных сигналов для мониторинга сердечного ритма в условиях внешних механических и электрических помеховых воздействий, ухудшающих точностные характеристики системы, а также разработана архитектура системы и изготовлен макет устройства, который позволил провести измерения для определения оптимального алгоритма цифровой обработки сигналов. При использовании устройства применялись методы адаптивной фильтрации на основе фильтров Винера, фильтров на основе метода наименьших квадратов и Калмановской фильтрации. Разработанное устройство для фотоплетизмографических исследований обеспечило возможность мониторинга сердечного ритма с заданной точностью, контроля текущего состояния организма и может быть использовано в качестве средства диагностики заболеваний сердца

The constantly growing interest in the development of new non-invasive and cuff-free methods for measuring the parameters of cardiac activity, the use of which would give the possibility of continuous and remote monitoring of the cardiovascular system, determines the relevance of this work. Numerous publications continue to discuss the advantages and disadvantages of various methods of early diagnosis of cardiovascular disease. However, motion artifacts are a strong hindrance to the accurate assessment of the performance of the cardiovascular system. One of the promising control methods is the method for assessing physiological parameters using photoplethysmography. This article is devoted to the development of a device for photoplethysmographic studies and algorithmic methods for processing recorded signals to ensure monitoring of the heart rate with a given accuracy. The work uses technologies of digital adaptive filtering of the received signals to monitor the heart rate in conditions of external mechanical and electrical interference, which worsen the accuracy characteristics of the system, as well as the architecture of the system and a prototype of the device, which made it possible to carry out measurements to determine the optimal algorithm for digital signal processing. When using the device, the methods of adaptive filtering based on Wiener filters, filters based on the least squares method and Kalman filtering were used. The developed device for photoplethysmographic studies provided the ability to monitor the heart rate with a given accuracy, control the current state of the body and can be used as a means of diagnosing heart diseases