uprinmatusИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроениеProceedings of the Southwest State University. Series: IT Management, Computer Science, Computer Engineering. Medical Equipment Engineering2223-1536Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1536-2025-15-2-169-189uprinmatus-315Research ArticleМОДЕЛИРОВАНИЕ В МЕДИЦИНСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХMODELING IN MEDICAL AND TECHNICAL SYSTEMSМобильный многопараметрический программно-аппаратный комплекс мониторинга показателей здоровья человекаMobile multiparameter hardware and software complex for monitoring human health indicatorsХарлановаК. С.KharlanovaK. S.

Харланова Кристина Сергеевна, аспирант, научный сотрудник лаборатории молекулярной, трансляционной и цифровой кардиоиммунологии

ул. Комсомольская, д. 95, г. Орёл 302026

Kristina S. Kharlanov, Post-Graduate Student, Research Fellow of the Laboratory of Molecular

95 Komsomolskaya Str., Oryol 302026

hks0312@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1593-5290РевякинаМ. О.RevyakinaM. O.

Ревякина Мария Олеговна, кандидат медицинских наук, ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной, трансляционной и цифровой кардиоиммунологии

ул. Комсомольская, д. 95, г. Орёл 302026

Author ID: 676230

Maria O. Revyakina, Сandidate of Sciences (Medical), Leading Researcher of the Laboratoryof Molecular, Translational and Digital Cardioimmunology

95 Komsomolskaya Str., Oryol 302026

Author ID: 676230

moplotnikova@mail.ruСелиховА. В.SelikhovA. V.

Селихов Алексей Владимирович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной, трансляционной и цифровой кардиоиммунологии

ул. Комсомольская, д. 95, г. Орёл 302026

Author ID: 615912

Aleksey V. Selikhov, Сandidate of Sciences (Engineering), Senior Researcher of the Laboratory of Molecular, Translational and Digital Cardioimmunology

95 Komsomolskaya Str., Oryol 302026

Author ID: 615912

selihov.ostu@yandex.ruДонцовВ. М.DontsovV. M.

Донцов Венедикт Михайлович, кандидат технических наук

ул. Комсомольская, д. 95, г. Орёл 302026

Venedikt M. Dontsov, Candidate of Sciences (Engineering)

95 Komsomolskaya Str., Oryol 302026

dwm257@yandex.ruМишинВ. В.MishinV. V.

Мишин Владислав Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры электроники, радиотехники и систем связи

ул. Комсомольская, д. 95, г. Орёл 302026

Vladislav V. Mishin, Candidate of Sciences (Engineering), Associate Professor of the Department of Electronics, Radio Engineering and Communication Systems

95 Komsomolskaya Str., Oryol 302026

zam_fdo@mail.ruОрловский государственный университет имени И. С. ТургеневаРоссияOrel State University named after I.S. TurgenevRussian Federation202502082025152169189Copyright © Харланова К.С., Ревякина М.О., Селихов А.В., Донцов В.М., Мишин В.В., 20252025Харланова К.С., Ревякина М.О., Селихов А.В., Донцов В.М., Мишин В.В.Kharlanova K.S., Revyakina M.O., Selikhov A.V., Dontsov V.M., Mishin V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://uprinmatus.elpub.ru/jour/article/view/315

Цель исследования  –  разработка концепции программно-аппаратного комплекса мониторинга функционального состояния человека. Создаваемый комплекс должен быть многоцелевым и универсальным в части возраста пациентов и применимости комплекса в различных сценариях, в том числе для персонального применения пациентами, в условиях реабилитации, для оперативного мониторинга состояния спортсменов, пилотов, водителей и других категорий, включая работающих в экстремальных условиях. Методы.  Приведён сравнительный анализ неинвазивных методов и технических средств получения информации о значимых параметрах функционального состояния организма человека. Выполнено обобщение результатов анализа с целью формирования требований к аппаратным и программным средствам мониторинга функционального состояния человека. Проанализирована математическая модель, позволяющая получить интегральную оценку функционального состояния человека. Результаты.  Выявлены значимые параметры и характеристики организма человека, поддающиеся объективному инструментальному контролю, необходимые для создания программно-аппаратного комплекса, позволяющего в режиме реального времени отслеживать функциональное состояние человека. Определены требования к узлам комплекса, позволяющего оценивать функциональное состояние как с отвлечением, так и без отвлечения объекта контроля от профессиональной деятельности. Сформулирован состав и характеристики каналов измерения. Предложен способ формирования оценки функционального состояния человека, основанный на применении методов искусственного интеллекта. Заключение. Предлагаемый программно-аппаратного комплекс удовлетворяет поставленным целям и задачам. Проведенное исследование позволяет рекомендовать разрабатываемый комплекс для использования медицинским персоналом с целью поддержки принятия врачебных решений. Разрабатываемый комплекс является многоцелевым и может быть полезен для персонального применения пациентами, в том числе в рамках домашней телемедицины, а также спортсменами, которым необходимо проводить непрерывный мониторинг состояния организма в ходе тренировочного процесса. Комплекс может быть использован людьми, чья профессиональная деятельность связана с рисками в случае снижения функциональных показателей организма.

The purpose of the research is to develop the concept of a software and hardware complex for monitoring the func- tional state of a person. The complex being created should be multi-purpose and universal  in  terms of  the age of patients and the applicability of the complex in various scenarios, including for personal use by patients, in rehabilitation, for operational monitoring of the condition of athletes, pilots, drivers and other categories, including those working in extreme conditions. Methods. A comparative analysis of noninvasive methods and technical means of obtaining information about significant parameters of the functional state of the human body is presented. The results of the analysis are summarized in order to form requirements for hardware and software tools for monitoring the functional state of a person. A mathematical model is analyzed allowed to obtain an integral estimation of the functional state of a person. Results. Significant parameters and characteristics of the human body amenable to objective instrumental control have been  identified. These parameters are necessary to create a software and hardware complex  that allows real-time monitoring of the functional state of a person. The requirements for the nodes of the complex are defined. It makes possible to assess the functional state both with and without distraction of the object of control from professional activity. The composition and characteristics of measurement channels are formulated. A method of forming an assessment of a person's functional state based on the use of artificial intelligence methods is proposed. Conclusion. The proposed hardware and software package satisfies  the set goals and objectives. The completed research allows us  to  recommend  the complex being developed  for use by medical personnel  in order  to support medical decision-making. The complex under development  is multi-purpose and can be useful  for personal use by patients, including in home telemedicine, as well as athletes who need to continuously monitor the body's state during the training process. The complex can be used by people whose professional activity is associated with risks in the event of a decrease in the functional parameters of the body. 

функциональная диагностиканеинвазивные методы контролямедицинское приборостроениетелемедицинаunctional diagnosticsnoninvasive control methodsmedical instrumentationtelemedicineРабота выполнена в ОГУ имени И.С. Тургенева в рамках государственного задания № 075-00196-24-02 на 2024 год и на плановый период 2025 и 2026 годов от 01.04.2024 г., проект № FSGN-2024-0007 (1023110800218-7-3.2.4;3.1.3;2.6.1).Financing: The work was performed at the I.S. Turgenev OSU within the framework of state assignment No. 075-00196-24-02 for 2024 and for the planning period of 2025 and 2026 dated 04/01/2024, project No. FSGN-2024-0007 (1023110800218-7-3.2.4;3.1.3;2.6.1).ReferencesНгуен М. Т., Юлдашев З. М. Метод и аппаратно-программный комплекс для комплексной оценки физиологических резервов спортсмена во время тренировок // Биотехносфера. 2020. № 5 (65). С. 3–11.Nguyen M.T., Yuldashev Z.M. Method and hardware and software package for a comprehensive assessment of an athlete’s physiological reserves during training. Biotechnosphere = Biotekhnosfera. 2020;(5):3–11. (In Russ.)Информационно-измерительная система для телемедицинского мониторинга состояния больного СОVID-19 / В. А. Баранов, Е. А. Печерская, М. И. Сафронов, О. А. Тимохина // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2021. Т. 1, № 35. C 85–92.Baranov V.A., Pecherskaya E.A., Safronov M.I., Timokhina O.A. Information and measurement system for telemedicine monitoring of the patient’s condition COVID-19. Izmerenie. Monitoring. Upravlenie. Kontrol' = Measurement. Monitoring. Management. Control. 2021;1(35):85–92. (In Russ.)Глущенко В. А., Ирклиенко Е. К. Сердечно-сосудистая заболеваемость – одна из важнейших проблем здравоохранения // Медицина и организация здравоохранения. 2019. № 1. С. 56–63.Glushchenko V.A., Irklienko E.K. Cardiovascular morbidity is one of the most important health problems. Meditsina i organizatsiya zdravookhraneniya = Medicine and Healthcare Organization. 2019;(1):56–63. (In Russ.)Самородская И. В., Старинская М. А., Бойцов С. А. Динамика региональных показателей смертности от сердечно-сосудистых заболеваний и когнитивных нарушений в России 2019–2021 годах // Российский кардиологический журнал. 2023. № 28(4). С. 94–101. https://doi.org/10.15829/1560-4071-2023-5256Samorodskaya I.V., Starinskaya M.A., Boytsov S.A. Dynamics of regional mortality rates from cardiovascular diseases and cognitive impairments in Russia 2019–2021. Rossiiskii kardiologicheskii zhurnal = Russian Journal of Cardiology. 2023;(28):94–101. (In Russ.) https://doi.org/10.15829/1560-4071-2023-5256Цифровой электрокардиографический комплекс для риск-стратификации пароксизмов фибрилляции предсердий / А. В. Фролов, О. П. Мельникова, А. П. Воробьев, Т. Г. Вайханская // Современные технологии в медицине. 2024. Т. 16, № 3. С. 43–50. https://doi.org/10.17691/stm2024.16.3.05Frolov A.V., Melnikova O.P., Vorobyov A.P., Vaikhanskaya T.G. Digital electrocardiographic complex for risk stratification of atrial fibrillation symptoms. Sovremennye tekhnologii v meditsine = Modern Technologies in Medicine. 2024;16(3):43–50. (In Russ.) https://doi.org/10.17691/stm2024.16.3.05Хайруллин А. А., Останина М. В., Погосян А. М. Возможности пульсоксиметрии в диагностике хронической артериальной недостаточности нижних конечностей // Смоленский медицинский альманах. 2015. № 1. С. 146–147.Khairullin A.A., Ostanina M.V., Poghosyan A.M. Possibilities of pulse oximetry in the diagnosis of chronic arterial insufficiency of the lower extremities. Smolenskii meditsinskii al'manakh = Smolenskiy Medical Almanac. 2015;(1):146–147. (In Russ.)Антонов А. А., Буров Н. Е. Системный аппаратный мониторинг (физиологические аспекты) // Вестник интенсивной терапии. 2010. № 3. С. 8–12.Antonov A.A., Burov N.E. System hardware monitoring (physiological aspects). Vestnik Intensivnoi terapii = Bulletin of Intensive Care. 2010;(3):8–12. (In Russ.)Борисенко Т. Л., Снежицкий В. А. Клиническое значение нелинейных параметров вариабельности сердечного ритма у пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями // Журнал Гродненского государственного медицинского университета. 2020. Т. 18, № 3. С. 223–229. https://doi.org/10.25298/2221-8785-2020-18-3-223-229Borisenko T.L., Snezhitsky V.A. The clinical significance of nonlinear parameters of heart rate variability in patients with cardiovascular diseases. Zhurnal Grodnenskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta = Journal of the Grodno State Medical University. 2020;18(3):223–229. (In Russ.) https://doi.org/10.25298/2221-8785-2020-18-3-223-229Успенский В. М. Информационная функция сердца. Теория и практика диагностики заболеваний внутренних органов методом информационного анализа электрокардиосигналов / под редакцией В. Б. Симоненко. М.: Центр ноосферного здоровья, 2023. 272 с.Uspensky V.M. Informational function of the heart. Theory and practice of diagnostics of diseases of internal organs by the method of information analysis of electrocardiosignals. Moscow: Tsentr noosfernogo zdorov’ya; 2023. 272 p. (In Russ.)Медико-биологическая теория и практика: монография / А. А. Хадарцев, В. М. Еськов, К. М. Козырев, С. Н. Гонтарев. Белгород: Белгородская областная типография, 2011. 231 с.Khadartsev A.A., Eskov V.M., Kozyrev K.M., Gontarev S.N. Medical and biological theory and practice. Belgorod: Belgorodskaya oblastnaya tipografiya; 2011. 231 p. (In Russ.)Yuldashev Z., Nemirko A., Manilo L., Mikhaylov E., Lebedev D., Anisimov A. Processing of Synchronous Recordings of Surface ECG and Intracardiac Potentials for Diagnostics of Dangerous Heart Rate Disturbances // Ural Symposium on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT). Yekaterinburg, 25–26 April, 2019.Yuldashev Z., Nemirko A., Manilo L., Mikhaylov E., Lebedev D., Anisimov A. Processing of Synchronous Recordings of Surface ECG and Intracardiac Potentials for Diagnostics of Dangerous Heart Rate Disturbances. Ural Symposium on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT). Yekaterinburg, 25–26 April 2019.Амплитудно-частотное картирование для поддержки клинициста при визуальном анализе электроэнцефалограммы / Я. А. Фурман, В. В. Севастьянов, И. Д. Стулин, К. О. Иванов // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2018. № 3 (39). С. 20–38. https://doi.org/10.15350/2306-2819.2018.3.20Furman Ya.A., Sevastyanov V.V., Stulin I.D., Ivanov K.O. Amplitude-frequency mapping to support a clinician in the visual analysis of an electroencephalogram. Vestnik Povolzhskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta. Seriya: Radiotekhnich- eskie i infokommunikatsionnye sistemy = Bulletin of the Volga State Technological University. Series: Radio Engineering and Infocommunication Systems. 2018;(3):20–38. https://doi.org/10.15350/2306-2819.2018.3.20Беляев О. В., Самыгин Д. В. Рекомендации экспертного совета по нейрофизиологии Российской Противоэпилептической Лиги по проведению рутинной ЭЭГ // Эпилепсия и пароксизмальные состояния. 2016. Т. 8, № 4. С. 99–108.Belyaev O.V., Samygin D.V. Recommendations of the Expert Council on Neurophysiology of the Russian Antiepileptic League for routine EEG. Epilepsiya i paroksizmal'nye sostoyaniya = Epilepsy and Paroxysmal States. 2016;8(4):99–108.Захаров С. М., Знайко Г. Г. Спектральный анализ электрокардиосигналов // Вопросы радиоэлектроники. 2017. № 3. С. 110–115.Zakharov S.M., Znayko G.G. Spectral analysis of electrocardiosignals. Voprosy radioelektroniki = Radio Electronics Issues. 2017;(3):110–115. (In Russ.)Photoplethysmogram Analysis and Applications: An Integrative Review / J. Park, H. S. Seok, S.-S. Kim, H. Shin // Front. Physiol. 2022. N 12. P. 808451. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.808451Park J., Seok H.S., Kim S.-S., Shin H. Photoplethysmogram Analysis and Applications: An Integrative Review. Front. Physiol = Front. Physiol. 2022;(12):808451. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.808451Харланова К. С., Селихов А. В., Ревякина М. О. Канал оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе многопараметрического мониторинга сигналов с совместной обработкой сигналов // Наука молодых – будущее России: сборник научных статей IX Международной научной конференции перспективных разработок молодых ученых (12–13 декабря 2024 года): в 5 т. Курск: Университетская книга, 2024. Т. 3. С. 219–227.Kharlanova K.S., Selikhov A.V., Revyakina M.O. A channel for assessing the state of the human cardiovascular system based on multiparametric signal monitoring with joint signal processing. In: Nauka molodykh – budushchee Rossii: sbornik nauchnykh statei IX Mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii perspektivnykh razrabotok molodykh uchenykh (12–13 dekabrya 2024 goda) = Science of the young – the future of Russia: Collection of scientific articles of the IX International Scientific Conference of promising developments of Young Scientists, 12–13 December 2024. Vol. 3. Kursk: Universitetskaya kniga; 2024. P. 219–227. (In Russ.)Дембовский М. В., Писарева А. В. Разработка биотехнической системы магнитоплетизмографии для мониторинга частоты дыхания и частоты сердечных сокращений // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. 2020. Т. 19, № 4. С. 119–126.Dembovsky M.V., Pisareva A.V. Development of a biotechnical magnetoplethysmography system for monitoring respiratory rate and heart rate. Sistemnyi analiz i upravlenie v biomeditsinskikh sistemakh = System Analysis and Management in Biomedical Systems. 2020;19(4):119–126.Юрченко H. Ю., Соседов А. И. Оценка перспектив развития мобильной медицины // Инновации и инвестиции. 2019. № 5. C. 298–304.Yurchenko H.Yu., Neighbors A.I. Assessment of prospects for the development of mobile medicine. Innovatsii i investitsii = Innovations and Investments. 2019;(5):298–304. (In Russ.)Живолупова Ю. А. Информационное и методическое обеспечение системы удаленного кардиореспираторного мониторинга для диагностики нарушений дыхания во сне // Биотехносфера. 2019. № 6 (64). С. 41–46.Zhivolupova Yu.A. Information and methodological support for a remote cardiorespiratory monitoring system for the diagnosis of sleep-breathing disorders. Biotekhnosfera = Biotechnosphere. 2019;(6):41–46. (In Russ.)Разработка экспертной системы для диагностики заболеваний легких на основе нейросетевого моделирования / Е. И. Новикова, Е. А. Андрианова, Е. Е. Удодова [и др.] // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. 2021. Т. 20, № 1. С. 155–159.Novikova E.I., Andrianova E.A., Udodova E.E., et al. Development of an expert system for the diagnosis of lung diseases based on neural network modeling. Sistemnyi analiz i upravlenie v biomeditsinskikh sistemakh = System Analysis and Management in Biomedical Systems. 2021;20(1):155–159. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.