Проекты

Разработка системы мониторинга и профилактики артериальной гипертензии

Работа победителя конкурса проектов и исследований «Старт в медицину» открытой городской научно-практической конференции «Старт в медицину» в секции «Анатомия и физиология человека»

Направление работы: Кардиология
Авторы работы: ГБОУ Школа № 2107
Предметы: Биология, Информатика
Классы: 11 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Старт в медицину» открытой городской научно-практической конференции «Старт в медицину» 2021 года

Актуальность

Артериальная гипертензия (АГ), или повышенное кровяное давление, – серьёзное состояние, значительно повышающее риск развития многих заболеваний. По данным ВОЗ ежегодно в мире из-за высокого артериального давления умирают около 9 млн человек, а страдают от гипертонии более миллиарда. При этом более 4/5 людей, больных гипертонией, не следят за этим состоянием. Доступная система мониторинга и профилактики артериальной гипертензии позволит предотвратить или уменьшить риск развития сопряжённых заболеваний и осложнений.

Цель

Разработать комплексную систему мониторинга и профилактики артериального давления (в том числе систему диагностики гипертонии и некоторых других сердечно-сосудистых заболеваний) с помощью специально разработанного прибора.

Задачи

1. Определить наиболее эффективные методы контроля гипертонии.

2. Отобрать генетические, биохимические и физиологические маркеры АГ.

3. Предложить качественные изменения в методике ведения пациентов с АГ.

4. Провести анализ рынка и патентный поиск.

5. Найти литературные данные из числа научных статей скорости распространения пульсовой волны (СРПВ).

6. Провести статистический анализ кривых скорости распространения пульсовой волны, предложить пути повышения предсказательной способности прибора.

7. Провести измерения для выявления корреляций свойств пульса с другими показателями.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

• Компьютерный фотоплетизмограф Pulse Lite

• Датчик давления

Описание

На первом этапе был проведён анализ научной литературы, чтобы определить наиболее значимые маркеры для гипертонии, стенокардии, гипертонического криза и инфаркта миокарда (биохимические, генетические и физиологические показатели).

На следующем этапе автор разработал прибор, который представляет собой переходник между тонометром и манжетой. Корпус прибора сделан из АБС-пластика, безопасного для человека. Питание устройства обеспечивает батарейка мощностью 9 вольт. Разработанное устройство подсоединяется по USB к компьютеру, а затем программа на компьютере считывает сигнал, координаты которого далее выгружаются в определённый файл в формате CSV.

Разработка прибора осуществлялась с 2018 года. За это время точность прибора была повышена с помощью производимых измерений и данных из научных статей. В 2019–2020 годах был создан новый прототип прибора. Для испытания собранного прибора использовалась анкета, которая изначально состояла из 19 пунктов, однако при анализе литературы было выявлено, что стоит учитывать ещё 5 пунктов, которые влияют на скорость распространения пульсовой волны и артериальное давление. Для нахождения более точной зависимости между показателями прибора и данными анкеты автор увеличил количество параметров уже существующей анкеты (анкета сопоставлялась с показаниями прибора).

Устройство позволяет увидеть осцилляции давления в манжете. Объёмная компрессионная осциллометрия (ОКО) – косвенный, неинвазивный метод определения уровней артериального давления у человека путём регистрации оригинальной измерительной системой объёмных артериальных осциллограмм. Методика графической регистрации артериального пульса называется сфигмографией. При использовании прибора процесс измерения давления почти не изменился.

Общая система мониторинга артериального давления с помощью прибора представляет собой следующий разработанный для облегчения диагностирования алгоритм:

На следующем этапе автор с помощью прибора провёл измерения у 46 человек. Полученные данные о свойствах пульса были сопоставлены с результатами анкеты. Было выяснено, что с возрастом длина между максимальными положительными и отрицательными пиками пульса уменьшается. Это позволяет определить биологический возраст человека.

Затем провели исследование с использованием компьютерного фотоплетизмографа Pulse Lite, в котором приняли участие 70 человек. Для выявления корреляции различных параметров с возрастом были построены модели парной линейной регрессии. В результате было выявлено, что отсутствие стресса можно определить по пульсовой волне. Другие корреляции не были найдены (из-за небольшой выборки), но полученная информация помогла повысить предсказательную способность прибора.

Результаты

1. С помощью разработанного прибора выявлены корреляции между возрастом и изменением пульса. Доказано, что с его помощью можно определить биологический возраст кровеносной системы человека, что помогает выявить группу риска для дальнейшей профилактики сердечно-сосудистых заболеваний, в том числе гипертонии.

2. Установлена прямая зависимость между отсутствием стресса и свойствами пульсовой волны.

3. Был разработан дизайн простого в использовании приложения для постоянного мониторинга заболеваний.

Выводы

Предложенная обновлённая методика ведения больного с гипертонией в итоге представляет собой комплексную систему, которая включает несколько этапов:

– измерение пульса и определение его свойств с помощью разработанного прибора;

– автоматическая обработка результатов, на основе которой программное обеспечение прибора предлагает пациенту проверить некоторые маркеры;

– выявление возможного диагноза или риска развития гипертонии.

Перспективы использования результатов работы

Результаты данной работы могут использоваться для обновления существующей методики ведения пациентов с гипертонией и внедрения в неё разрабатываемого прибора. В перспективе прибор вместе с его программным обеспечением может позволить использовать одновременно целый комплекс параметров для определения сердечно-сосудистых заболеваний, что поможет врачам более быстро диагностировать их, а также определять риски развития других сопряжённых заболеваний.

Сотрудничество с вузами при создании работы

1. ФГАОУ ВО Первый МГМУ имени И. М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет).

2. МФТИ

Награды/достижения

Конкурс «Инженерный старт 2021» – победитель.

Мнение автора

«За время работы я узнала огромное количество новых фактов, которые важны не только для успешной учёбы, но и для жизни. Хочется поблагодарить научного руководителя за постоянную готовность помочь и проект «Медицинский класс в московской школе» за возможность реализовать свои идеи на практике, почувствовать себя частью научной сферы».