Прибор для мониторинга и оценки функционального состояния организма человека

Предлагаемое техническое решение предназначено для создания персональных медицинских приборов для дистанционного мониторинга функционального состояния человека в стационарных и амбулаторных условиях. Прибор для мониторинга с интегрированными ЭКГ и РЕО электродами производит синхронную регистрацию ЭКГ в системе EASI, регистрацию реограммы прекардиальной области и регистрацию трансторакального импеданса, с записью данных в энергонезависимую память в виде файла. Во время регистрации производится анализ информации для диагностики обострения болезней с немедленным звуковым оповещением человека и передачей данных беспроводным способом на пульт мониторинга для детального анализа и постановки диагноза при возникновении состояний, опасных для здоровья. Прибор имеет повышенную функциональность, информативность и достоверность диагностики с целью дистанционного мониторинга функционального состояния человека. 2 з.п.ф., 2 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к медицине, а именно к измерениям для диагностических целей, и может быть использовано для амбулаторного или стационарного мониторинга функционального состояния человека, диагностики обострения болезней и дальнейшей передачи данных в центр медицинского мониторинга для детального анализа и постановки диагноза.

Известно, что для оценки функционального состояния человека необходима регистрация возможно большего числа параметров жизненно важных систем организма. Для выявления состояния человека, опасного для жизни, требуется диагностика параметров, как минимум, сердечнососудистой системы (ССС) и дыхательной системы.

Известен кардиомонитор реального времени [M.W.Сох et al. Cardiac signal real time monitor and method of analysis. / Патент US 4,679,144 МПК G06F 15/42, G06G 7/60, А61В 5/04, опубл. 07.07.1987], состоящий из блока снятия электрокардиограммы (ЭКГ), содержащего три электрода, усилитель и фильтр, мобильного компьютера, многоканального монитора, клавиатуры и сигнализатора, причем компьютер имеет программное обеспечение, посредством которого на основе непрерывного выделения и анализа ST-сегмента ЭКГ вырабатываются рекомендации для больного и сигналы для медперсонала.

Недостатками устройства являются:

1. Конструктивная сложность и невозможность использования в качестве простого носимого средства мониторинга функционального состояния деятельности человека и диагностики обострения болезней.

2. Малое число электродов позволяет регистрировать всего 1-2 стандартных ЭКГ-отведения. Это позволяет диагностировать только нарушения работы сердца, связанные с аритмией, и недостаточно для постановки точного диагноза в более сложных случаях патологий ССС.

Известен неинвазивный способ диагностики острой ишемической болезни и многоканальный электрокардиограф [G.J.Dempsey et al. Non-invasive multi-electrocardiografic apparatus and method of assessing acute ischaemic damage. / Патент US 5,419,337 МПК А61В 5/0452, опубл. 30.05.1995.], содержащий блок снятия ЭКГ, включающий матрицу электродов, усилители, мультиплексор, программируемый усилитель, АЦП, микроконтроллер, сменную карту памяти, анализаторы и дисплеи сердечного ритма и ST-сегмента, работа которых обеспечивается соответствующей программой микроконтроллера, причем значения отсчетов ST-сегмента по всем каналам непрерывно выводятся на экран дисплея в трехмерном изображении.

Недостатками устройства являются конструктивная сложность и невозможность использования в качестве простого носимого средства мониторинга состояния человека и диагностики обострения болезней.

Известно носимое устройство мониторинга ЭКГ [Волобуев П.Ю. Носимое устройство мониторинга ЭКГ. / Патент RU 2266041 С2 МПК А61В 5/0452, А61В 5/0404, опубл. 20.12.2005.], содержащее блок микропроцессора, многоканальный блок снятия ЭКГ, мультиплексор, АЦП, сменную карту памяти, клавиатуру и блок индикации и сигнализации, причем блок индикации и сигнализации выполнен с возможностью одновременного индицирования как текущих, так и предыдущих задержанных на заданное время усредненных значений параметров ЭКГ, а программное обеспечение блока микропроцессора выполнено с возможностью обеспечения расчета и хранения таких значений и с возможностью выборочной записи их на сменную карту памяти в соответствии с программой, задаваемой с клавиатуры.

Недостатками устройства являются конструктивная сложность и неудобство применения ввиду необходимости использования кабеля пациента.

Общим недостатком известных устройств является отсутствие возможности удаленной передачи информации в центр мониторинга.

Известно устройство для синхронной регистрации реограммы с электродов ЭКГ и мониторинга [Клыпин Д.Н., Чернышев А.К. Устройство для синхронной регистрации реограммы с электродов ЭКГ и мониторинга. / Патент RU 93248 U1 МПК А61В 5/0432, опубл. 27.04.2010.], содержащее, помимо канала регистрации ЭКГ, канал регистрации реограммы прекардиальной области (РПО).

Достоинствами устройства являются:

Одновременная регистрация ЭКГ и РПО значительно увеличивает информативность о функционировании сердца и повышает достоверность диагностики сердечных заболеваний [Шершнев В.Г. и др. Клиническая реография. / Под ред. В.Г.Шершнева. - Киев, Здоровье, 1977. - С.3-7.].

1. Наличие канала беспроводной связи с компьютером врача или центром мониторинга.

Недостатками устройства являются:

1. Малое число регистрируемых ЭКГ-отведений, что не позволяет ставить достоверный диагноз.

2. Отсутствие средств анализа регистрируемых данных. Общим недостатком известных устройств является отсутствие средств регистрации параметров дыхательной системы человека.

Наиболее близким по технической сущности является корсетное устройство [R.Schmidt et al. Belt device. / Заявка на патент US 2008/0200792 A1, МПК А61В 5/0402, опубл. 21.08.2008.] - прототип. В этом устройстве регистрация и запись ЭКГ осуществляется по 3 специальным ЭКГ-отведениям системы EASI [Gordon E. Dower. Method and apparatus for sensing and analyzing electrical activity of the human heart. / Патент US 4,850,370 МПК А61В 5/04, опубл. 25.07.1989.] с помощью 5 электродов, затем данные передаются беспроводным способом на компьютер врача, где из полученных данных производится восстановление 12 отведений стандартной ЭКГ.

Достоинствами данного устройства являются:

1. Уменьшенное число электродов и каналов измерения, что упрощает схемотехническое решение устройства по сравнению со стандартным стационарным электрокардиографом.

2. Восстановление стандартной ЭКГ позволяет производить анализ

данных любому врачу-кардиологу, а не только специалисту по Холтер-мониторингу. Недостатками данного устройства являются:

1. Регистрация только ЭКГ сигналов, и только по системе EASI.

2. Отсутствие средств анализа регистрируемой информации для выявления опасных для здоровья пациента состояний.

3. Отсутствие средств регистрации параметров дыхательной системы.

Известно, что регистрация дыхательной активности человека может осуществляться путем измерения трансторакального импеданса (ТТИ) методами реографии [Комплексная оценка функционального состояния систем кровообращения и дыхания методом интегральной реографии тела. // Метод, рекомендации МЗ РСФСР. Составители: Волков Ю.Н., Большов В.М., Сингаевский С.Б., Земцовский Э.В., Гуссейнов Б.А. М., 1989. - 21c.].

Задачей создания нового технического решения является увеличение информативности и достоверности диагностики прибора для мониторинга функционального состояния человека за счет дополнения функций прибора функцией регистрации реограммы прекардиальной области сердца и функцией регистрации дыхательной активности, осуществляемых одновременно с регистрацией ЭКГ, а также дополнения программы прибора программой анализа регистрируемой информации для диагностики обострения болезней человека.

Поставленная задача достигается тем, что прибор для мониторинга функционального состояния человека, включающий пять ЭКГ-электродов, размещенных в соответствии с системой EASI и подключенных к модулю регистратора, связанного с модулем энергонезависимой памяти с программой регистрации, записи и передачи ЭКГ, модуль беспроводной связи, подключенный к модулю регистратора, и аккумулятор, согласно заявляемому техническому решению, прибор дополнительно содержит четыре дополнительных электрода, два генератора высокочастотных сигналов и звуковой оповещатель, причем дополнительные электроды попарно подключены к выходам генераторов высокочастотных сигналов, модуль регистратора выполнен с возможностью одновременной регистрации ЭКГ, реограммы, дыхательной активности и анализа информации для диагностики обострения болезней, а звуковой оповещатель подключен к выходу модуля регистратора и служит для выдачи тревожного оповещения при возникновении опасных для здоровья человека состояний.

Дополнительный электрод конструктивно может быть совмещен с ЭКГ-электродом и выполнен в виде концентрической окружности вокруг ЭКГ-электрода или внутри него.

Количество ЭКГ-электродов может быть любым и определяется желаемой системой ЭКГ-отведений.

Сущность технического решения поясняется функциональной схемой прибора для кардиомониторинга, приведенной на фиг.1.

Прибор содержит: активные ЭКГ-электроды Е, A, S, I и опорный ЭКГ-электрод G, модуль регистратора 1, модуль энергонезависимой памяти 2, звуковой оповещатель 3, модуль беспроводной связи 4, аккумулятор 5, дополнительные электроды Р1, Р2, Р3, Р4, первый генератор 6 и второй генератор 7. Все узлы прибора интегрированы в корсет 8, условно показанный штриховой линией.

В модуле энергонезависимой памяти 2 хранится программа функционирования 9 модуля регистратора 1, включающая программу измерения биопотенциалов, выделения сигналов ЭКГ, РПО, ТТИ, передачи данных по беспроводному каналу, а также программу анализа информации для диагностики опасных для жизни состояний и оповещения о возникновении такого состояния самого человека.

Канал регистрации ЭКГ образован активными электродами Е, A, S, I, соединенными с входом модуля регистратора 1. Опорный ЭКГ электрод G служит для устранения синфазных наводок. Сигнал ЭКГ выделяется из широкого спектра наводок, в число которых входит и сигналы первого генератора 6 и второго генератора 7, с помощью программы полосовой фильтрации сигнала ЭКГ, выполняемой регистратором 1.

Канал регистрации РПО выполнен по тетраполярной схеме и включает первый генератор 6, подключенный к дополнительным электродам Р1 и Р2, и ЭКГ-электроды S и Е, соединенные с входом модуля регистратора 1. Выходная частота первого генератора 6 может изменяться под управлением модуля регистратора 1 и устанавливается в зависимости от конституции человека. Выделение низкочастотной огибающей высокочастотного сигнала, несущей информацию об изменении кровотока в прекардиальной области, происходит с помощью программы полосовой фильтрации и детектирования, выполняемой регистратором 1. Центральная частота выделения полезного сигнала РПО в программе должна быть равна установленной частоте первого генератора 6.

Канал регистрации ТТИ выполнен по тетраполярной схеме и включает второй генератор 7, подключенный к дополнительным электродам Р3 и Р4, ЭКГ-электроды I и А, соединенные с входом модуля регистратора 1. Выходная частота второго генератора 7 может изменяться под управлением модуля регистратора 1 и устанавливается в зависимости от конституции человека. Выделение низкочастотной огибающей высокочастотного сигнала, несущей информацию об изменении объема грудной клетки, происходит с помощью программы полосовой фильтрации и детектирования сигнала, выполняемой регистратором 1. Центральная частота выделения полезного сигнала ТТИ в программе должна быть равна установленной частоте второго генератора 7.

Выходная частота второго генератора 7 отличается от выходной частоты первого генератора 6 не менее чем на 1% для исключения биений и обеспечения одновременной регистрации РПО и ТТИ.

Модуль энергонезависимой памяти 2, кроме хранения программы функционирования 9 регистратора 1, служит для хранения результатов измерений. Модуль беспроводной связи 4 служит для передачи измеренной и накопленной информации на компьютер врача или на пульт мониторинга. Аккумулятор 5 служит для электропитания всех узлов прибора.

На фиг.2 приведена схема размещения электродов на теле пациента. Дополнительные электроды Р1, Р2, Р3, Р4 конструктивно совмещены с ЭКГ-электродами S, Е, I, А, соответственно. Все электроды интегрированы в корсет 8, выполненный из эластичных ремней 10.

Прибор работает следующим образом.

Биопотенциал, возникающий на ЭКГ-электродах Е, А, S, I, поступает на модуль регистратора 1, где преобразуется в цифровой вид и обрабатывается по программе регистрации ЭКГ, хранящейся в модуле энергонезависимой памяти 2. Регистрируется и записывается в память три канала - биполярные ЭКГ EASI отведения ES, AS и AI.

Высокочастотный сигнал, создаваемый первым генератором 6, подается на дополнительные электроды Р1 и Р2, при этом на ЭКГ-электродах Е и S создается падение напряжения, модулированное колебаниями проводимости крови прекардиальной области (расположенной между электродами Е и S) - сигнал РПО. Этот сигнал поступает на модуль регистратора 1, где преобразуется в цифровой вид и обрабатывается по программе регистрации РПО, хранящейся в модуле энергонезависимой памяти 2.

Высокочастотный сигнал, создаваемый вторым генератором 7, подается на дополнительные электроды РЗ и Р4, при этом на ЭКГ-электродах I и А создается падение напряжения, модулированное колебаниями размера грудной клетки при дыхании - сигнал ТТИ. Этот сигнал поступает на модуль регистратора 1, где преобразуется в цифровой вид и обрабатывается по программе регистрации ТТИ, хранящейся в модуле энергонезависимой памяти 2.

Во время измерения модуль регистратора 1 в соответствии с программой функционирования 9 выполняет выделение сигналов ЭКГ, РПО и ТТИ, запись данных в модуль энергонезависимой памяти 2, а также производит анализ информации для диагностики опасных для здоровья человека состояний (обострения болезней сердца, аритмии, апноэ и т.д.). При обнаружении такого состояния человек извещается об этом звуковым сигналом с помощью звукового оповещателя 3, а также происходит передача на пульт мониторинга тревоги с помощью модуля беспроводной связи 4. При передаче тревоги одновременно передаются данные ЭКГ, РПО и ТТИ, для детального анализа и постановки диагноза.

Записанные данные представляют собой файл, хранящийся в модуле энергонезависимой памяти 2. При отсутствии тревожных состояний этот файл передается на пульт мониторинга с помощью модуля беспроводной связи 4 с заданным периодом (например, один раз в сутки). Из принятых ЭКГ данных на компьютере пульта мониторинга производится восстановление 12 отведений стандартной ЭКГ, что позволяет провести дальнейший анализ и постановку диагноза любому врачу-кардиологу.

С помощью предлагаемой конструкции корсета возможна регистрация ЭКГ как в системе EASI с дополнительными ЭКГ-электродами (например, со стандартными грудными электродами V4 - V6, располагающимися на уровне электродов I, Е, А), так и в других системах, например, по Нэбу, Слопаку, Франку и т.д., путем размещения ЭКГ-электродов в соответствующих позициях на ремнях.

Положительный эффект в предлагаемом техническом решении основан на совокупности конструктивных, схемотехнических и программных решений и состоит в следующем:

1. С помощью предлагаемого прибора для мониторинга функционального состояния человека возможна регистрация ЭКГ разных систем отведений, с последующей передачей данных на пульт мониторинга.

2. При регистрации ЭКГ в системе EASI на пульте кардиомониторинга производится восстановление стандартной ЭКГ, что позволяет проводить анализ данных и постановку диагноза любому врачу-кардиологу.

3. Осуществляется одновременная с регистрацией ЭКГ регистрация дополнительных каналов состояния человека - реограммы прекардиальной области и трансторакального импеданса, что значительно увеличивает информативность и достоверность диагностики прибора.

4. Осуществляется анализ регистрируемой информации для обнаружения опасных для здоровья состояний и производится оповещение как самого человека, так и оператора пульта мониторинга при возникновении такого состояния, что уменьшает риск осложнений заболеваний и число летальных исходов.

5. Возможно использование предлагаемого прибора как амбулаторно, так и в условиях стационара, в том числе при проведении операций на внутренних органах.

1. Прибор для мониторинга функционального состояния человека, включающий пять ЭКГ-электродов, размещенных в соответствии с системой EASI и подключенных к модулю регистратора, выполненного с возможностью регистрации, записи и передачи ЭКГ, связанного с модулем энергонезависимой памяти, модуль беспроводной связи, подключенный к модулю регистратора, и аккумулятор, отличающийся тем, что прибор дополнительно содержит четыре дополнительных электрода, два генератора высокочастотных сигналов и звуковой оповещатель, причем дополнительные электроды попарно подключены к генераторам высокочастотных сигналов, которые связаны с модулем регистратора, модуль регистратора выполнен с возможностью регистрации ЭКГ, реограммы, дыхательной активности и анализа информации для диагностики обострения болезней, а звуковой оповещатель выполнен с возможностью выдачи тревожного оповещения при возникновении опасных для здоровья человека состояний.

2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что дополнительный электрод конструктивно совмещен с ЭКГ-электродом и выполнен в виде концентрической окружности вокруг ЭКГ-электрода или внутри него.

3. Прибор по п.1, отличающийся тем, что количество ЭКГ-электродов определяется применяемой системой ЭКГ-отведений.