Одним из перспективных направлений медицинской диагностики является исследование совместного функционирования сердечно-сосудистой и дыхательной систем неинвазивными методами. В большинстве работ проводится преимущественно анализ взаимосвязи длительностей кардиоциклов и амплитуд дыхательных движений. Методы импедансной плетизмографии совместно с электрокардиографией дают принципиальную возможность исследовать влияние дыхания на такие жизненно важные показатели, как ударный объем крови (УОК) сердца, минутный объём (МОК), длительность электромеханических фаз сердечного сокращения и другие. Поскольку в сигнале центральной реограммы присутствуют колебания, связанные как с сердечной, так и с дыхательной активностью, имеется возможность проведения исследований без привлечения дополнительного оборудования, за счет использования новых программно-аппаратных решений.

При анализе дыхательной аритмии наибольшее распространение получили два метода: Фурье - анализ и кросс - корреляционный анализ. Для первого необходима только последовательность R-R интервалов либо значений УОК. Однако метод чувствителен к пропускам данных, которые неизбежны при реографических измерениях из-за помех во входном сигнале. Для второго метода необходим дополнительный сигнал паттерна дыхания.

Разработанное программное обеспечение позволяет вычислять дыхательный паттерн по сигналам центральной реограммы и ЭКГ. Методика вычисления включает несколько стадий. Вначале на специальном стенде по переходной характеристике определяется постоянная времени низкочастотного фильтра реографа. По этим данным рассчитываются коэффициенты цифрового интегрирующего звена таким образом, чтобы его постоянная времени совпадала с постоянной времени фильтра реографа. Поступающий реографический сигнал обрабатывается рассчитанным цифровым фильтром, что приводит к восстановлению низкочастотных составляющих в сигнале. Подобное восстановление необходимо, поскольку частота дыхательных движений (0.2…0.3 Гц) попадает в область подавления фильтров реографа. Проведенные эксперименты показали, что без компенсации рассчитываемый паттерн оказывается сдвинутым примерно на 1/4 периода дыхания, что делает невозможным синхронный анализ сигналов. Помимо восстановления формы дыхательных волн, фильтр также компенсирует искажения собственно реограммы. Было установлено, что эти искажения вносят ошибку в расчет ударного объема до 20 - 25%.

На следующем этапе проводится анализ одновременно записанного ЭКГ сигнала, на восстановленном реографическом сигнале расставляются опорные точки соответствующие R-зубцам в сигнале ЭКГ, по которым затем строится сглаживающий сплайн. Полученная сплайн-кривая рассматривается как дыхательный паттерн, а разность между восстановленной реограммой и сплайном - как сигнал пульсового кровенаполнения. Проведенные исследования показали, что восстановленный паттерн дыхания качественно совпадает по форме с сигналом объема воздуха в легких, полученным с помощью пневмотахографа и может быть использован для анализа взаимосвязи фаз дыхания и электромеханических параметров сердечно-сосудистой системы пациента.

Созданное аппаратное и программное обеспечение впервые позволяет исследовать в мониторном режиме количественные характеристики взаимосвязи паттерна дыхания и электромеханической активности сердца. Важным аспектом практического применения системы является возможность количественной оценки индивидуальной вариабельности УОК, связи типа дыхания с параметрами сосудистого тонуса, эффективности дыхательной гимнастики для пациентов с нарушениями кардиореспираторной системы.