Устройство для регистрации ночного апноэ

 

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно - к устройствам для регистрации и диагностики нарушений процесса внешнего дыхания пациентов, преимущественно пожилого возраста, во время сна в домашних условиях - т.е. ночного апноэ, причем может быть использовано также в клинических условиях, в том числе при самоконтроле. Дополнительной сферой применения может быть ветеринария, в частности, сельскохозяйственных или домашних животных. Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение достоверности регистрации ночного апноэ взрослого пациента в домашних условиях, с возможностью самоконтроля пациента при одновременном повышении эксплуатационных качеств. Для решения указанной задачи предлагается устройство для регистрации ночного апноэ на основе прикроватной биотелеметрической системы, содержащее датчик контроля параметров, транзисторный блокинг-генератор, индикатор, радио и/или оптический канал связи, содержащий приемную и передающую антенны, приемный и исполнительный блоки, источник питания блокинг-генератора, автономный источник питания датчика контроля параметров, отличающийся тем, что в него введен микропроцессор, первый и второй узкополосные фильтры, накопительный конденсатор, синхронный детектор со следующими соединениями: выход первого и второго электродов через первый и второй ограничительные резисторы и конденсатор соединены с усилителем и через первый узкополосный фильтр с первым входом микропроцессора, а через первый и второй разделительные конденсаторы - со входом синхронного детектора, выход которого через второй узкополосный фильтр со вторым входом микропроцессора, выход последнего является шиной питания блокинг-генератора.

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно - к устройствам для регистрации и диагностики нарушений процесса внешнего дыхания пациентов, преимущественно пожилого возраста, во время сна в домашних условиях - т.е. ночного апноэ, причем может быть использовано также в клинических условиях, в том числе при самоконтроле. Дополнительной сферой применения может быть ветеринария, в частности, сельскохозяйственных или домашних животных.

Нарушение функции внешнего дыхания пациента во время сна, особенно у пожилых пациентов, в частности - апноэ, приводят к дыхательной и сердечной недостаточности и может закончиться летально. Поэтому регистрация и диагностика как наличия феномена ночного апноэ у пациента, так и его динамики и параметров является объективным основанием проведения успешного процесса лечения пациента. Одновременная с регистрацией текущей кривой внешнего дыхания регистрация состояния сердечно-сосудистой системы, в частности, частоты сердечных сокращений (ЧСС), полученных, например, из электрокардиограммы (ЭКГ), гарантирует полноценную картину кардиореспираторных параметров пациента, причем важно, чтобы аппаратурный комплекс, в частности, «прибор пациента» - т.е. та часть аппаратуры, которая находится собственно на пациенте, не влиял на физиологический процесс, в данном случае - сон, а также не ограничивал подвижность пациента во время сна, что неизбежно для проводных систем, используемых для контроля новорожденных.

Известно устройство для определения апноэ пациентов на основе двухэлектродного импедансного пневмографа, причем с этих же двух электродов регистрируется ЭКГ, из которой посредством кардиоинтервалометрии получают ЧСС одновременно с кривой внешнего дыхания - см. пат. США

№6537228 «Apnea detector with artifact rejection», A 61 B 5/02, Mar. 25, 2003. Несмотря на введение в устройство ряда решений для подавления артефактов -пороговую фиксацию сигналов, учет скорости нарастания сигналов, учет предыстории сигналов, взаимную фильтрацию импедансных и кардиосигналов и проч., остается принципиальный недостаток всех двухэлектродных импедансных пневмографов: невозможность устранения методических и физиологических помех приэлектродной зоны при движении пациента, в том числе и во время сна, и их достоверного отделения от сигналов, обусловленных процессом дыхания. Недостатком данного устройства является и его неавтономность, а также необходимость практической неподвижности обследуемого, например, новорожденного, что делает малопригодным применение данного устройства для регистрации ночного апноэ в внебольничных условиях, например, домашних, в том числе, при самоконтроле.

Известна экспериментальная мониторная система для контроля кардиореспираторных параметров и апноэ новорожденных на основе ЭКГ и тетраполярной (4-х электродной) импедансной пневмограммы, в которую добавлены еще два электрода - т.е. шестиэлектродная система - см. Fraden J. е. a., «A dry electrode monitoring system». IEEE Front. Eng. Health Care. 1 st Ann. Conf., Denver, Colo, 1979, session 2, 36-39. Эта электробезопасная система (с батарейным питанием) обладает хорошей помехозащищенностью, в сравнении с двухэлектродной, но имеет недостатки: сложность в применении из - за крепления шести уникальных электродов на теле и их специальной конструкции: 4 из них - так называемые «сухие» электроды со встроенной в каждый электрод электронной схемой со сверхвысоким входным импедансом, а два - в виде специальной спаренной клипсы, что резко ограничивает практическое использование данной мониторной системы; неавтономность, невозможность применения в домашних условиях, в том числе, при самоконтроле пациента.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототипом) является

низковольтный сигнализатор (см. решение о выдаче патента РФ на полезную модель по заявке №2005129476/22(033043) от 28 окт.2005 г., G 08 B 1/08), являющийся сигнализатором изменения контролируемых параметров, выполненным в виде экономичной автономной телеметрической системы ближнего действия с радиоканалом и/или оптическим каналом, например, инфракрасным каналом связи, на основе блокинг - генератора, параметры которого меняются в зависимости от напряжения питания.

Недостатком прототипа, при всех его положительных достоинствах, является его недостаточность для измерения апноэ, т.к. требуются дополнительные узлы, их минимизация, согласование, питание и т.д.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение достоверности регистрации ночного апноэ взрослого пациента в домашних условиях, с возможностью самоконтроля пациента при одновременном повышении эксплуатационных качеств.

Для решения указанной задачи предлагается устройство для регистрации ночного апноэ на основе прикроватной биотелеметрической системы, содержащее датчик контроля параметров, транзисторный блокинг-генератор, индикатор, радио и/или оптический канал связи, содержащий приемную и передающую антенны, приемный и исполнительный блоки, источник питания блокинг-генератора, автономный источник питания датчика контроля параметров, отличающийся тем, что в него введен микропроцессор, первый и второй узкополосные фильтры, накопительный конденсатор, синхронный детектор со следующими соединениями: выход первого и второго электродов через первый и второй ограничительные резисторы и конденсатор соединены с усилителем и через первый узкополосный фильтр с первым входом микропроцессора, а через первый и второй разделительные конденсаторы - со входом синхронного детектора, выход которого через второй узкополосный фильтр со вторым входом микропроцессора, выход последнего является шиной питания блокинг-генератора; выход

генератора переменного стабильного тока соединен со входами первого и второго биоимпедансными электродами и с опорным входом синхронного детектора; выход микропроцессора соединен с шиной питания блокинг-генератора через третий ограничительный резистор, выход которого через времязадающую цепочку, состоящую из четвертого резистора и пятого конденсатора соединен с началом вторичной обмотки трансформатора блокинг-генератора, конец которого соединен с базой транзистора блокинг-генератора.

Схема устройства для регистрации ночного апноэ приведена на фиг.1, дыхательная кривая и основные осциллограммы приведены на фиг.2.

Устройство для регистрации ночного апноэ содержит попарно жесткоспаренные (генераторный с приемным ) биоимпедансные электроды 1 и 2, фиксируемые на грудной клетке, например, по среднеподмышечным линиям на уровне 5-6 ребер пациента, прибор пациента 3, зафиксированный, например, на голове пациента, экранированный электродный кабель 4, соединяющий электроды 1 и 2 с прибором пациента 3, прибор исследователя 5, находящийся рядом с кроватью пациента, входящие в прибор пациента 3 симметричный дифференциальный генератор переменного стабильного тока 6, подключенный к генераторным электродам, синхронный детектор 7, через типовые разделительные конденсаторы подключенный к приемным электродам, узкополосный фильтр 8, подключенный к выходу синхронного детектора 7, усилитель ЭКГ - сигнала 9, подключенный через разделительную типовую RC - цепь к приемным электродам, узкополосный фильтр 10, подключенный к выходу усилителя ЭКГ - сигнала 9, накопительный конденсатор 11, который может быть, в случае необходимости, подключен к выходу узкополосного фильтра 8, микропроцессор 12, АЦП - входы которого подключены к выходам узкополосных фильтров 8 и 10, блокинг-генератор 13, цепь питания которого подключена к информационному выходу микропроцессора 12, автономный источник питания датчика контроля параметров 14, импульсный трехобмоточный трансформатор 15, один из концов которого

включен через ограничительный резистор (необязательный элемент) между информационным выходом микропроцессора 12 и коллектором транзистора блокинг-генератора, типовая базовая RC - цепь подключена между общей шиной автономного источника питания 14 и шиной питания блокинг-генератора 13 - информационным выходом микропроцессора 12, ИК -светодиод 16 подключен параллельно третьей обмотке трансформатора 15 и является выходом прибора исследователя 3 и собственно блокинг-генератора 13 в случае оптического канала связи, а в случае радиоканала связи этим выходом является антенна А1, подключенная вместо светодиода 16, входящие в прибор исследователя 5 фотоприемник 17, подключенный к одному из входов приемника и/или сигнализатора 18, либо антенна А2, также подключенная к одному из входов приемника 18 в случае использования радиоканала связи, регистратор 19, являющийся выходом всей системы, вход которого соединен с выходом приемника и/или сигнализатора 18. Прибор пациента 3 является датчиком контроля параметров, в данном случае - электрокардиограммы и устройства выделения из нее данных сердечного ритма, например, в виде кардиоинтервалов или частоты сердечных сокращений (ЧСС), а также дыхательной кривой посредством импедансной пневмографии (ИНГ) и выделения из этой кривой участков с апноэ, если таковые имеются. Узкополосные фильтры 8 и 10, накопительный конденсатор 11 не являются обязательными элементами и могут быть устранены в случае использования алгоритма обработки ЭКГ и импедансной пневмограммы в микропроцессоре 12, позволяющего реализовать эти функции. В этом случае выходы усилителя ЭКГ 9 и синхронного детектора 7 подключаются непосредственно к тем входам микропроцессора 12, к которым были подключены соответствующие узкополосные фильтры 10 и 8. Выход микропроцессора 12 является шиной питания блокинг - генератора 13 - Еп б.г. 20, импульсный сигнал U б.г. 21 блокинг - генератора 13 может быть использован в радиоканале - с помощью антенн А1 и А2 или в оптическом канале связи, причем в любом случае сигнал

21 поступает на вход приемника 18 только при появлении апноэ в сигнале 22 импедансной пневмограммы Z, отражающей дыхание пациента, либо в случае выхода ЧСС за допустимые пределы - «ворота» (на фиг.2 не показано).

Устройство может быть выполнено на следующих электрорадиоэлементах: датчиковая часть прибора пациента 3: жесткоспаренные электроды 1 и 2, экранированный электродный кабель 4, двухтактный транзисторный трансформаторный автогенератор переменного (20-100 кГц) стабильного синусоидального тока с двойной амплитудой около 1 мА, разделительные пассивные цепи каналов ЭКГ и дыхания, двухкаскадный - УПТ в первом каскаде - ЭКГ - усилитель 9 с коэффициентом усиления 1000 и полосой 1-25 Гц, дифференциальный синхронный детектор на базе аналогового перемножителя с линейной характеристикой преобразования импеданса Z в напряжение в полосе 10-100 Ом, полосовые активные фильтры - 10 (для ЭКГ - канала) с центральной частотой 17 Гц, выделяющий ЧСС из ЭКГ, и 8 с полосой 0,1-1 Гц (для канала дыхания), стабилизированный 5 - вольтовый автономный источник питания 14 на основе аккумуляторной батареи 7 Д-0,1 - представляют собой, например, помехозащищенный первичный биоимпедансный преобразователь РПП - СД биотелеметрической системы (БРТС) - см. Розенблат В.В. и др. «Динамическая радиореопневмография и ее применение в спорте». Физиология человека, том 5, №4, 1979, 708-718. Микропроцессор - PIC16C74, блокинг-генератор 13 на маломощном кремниевом или германиевом транзисторе, импульсный трансформатор 15 - серии МИТ или аналогичный, светодиод 16 - АЛ 107, фотоприемник 17 - фотодиод ФД24К, антенна А1 - кусок провода, например МГТФ, длиной не более 10 см, антенна А2 магнитная для AM - СВ/ДВ диапазона, например, встроенная в любой бытовой приемник 18 с СВ - диапазоном - например, малогабаритный. Регистратор 19 - счетчик - накопитель на интегральных микросхемах, например КМОП - типа, или флэшь - память, или самописец (аналоговый или цифровой) или релейная схема.

Устройство для регистрации ночного апноэ работает следующим образом. Сигнал с электродов 1 и 2, зафиксированных на грудной клетке спящего пациента, содержит информацию в виде ЭКГ и импедансной пневмограммы, которая выделяется, разделяется и усиливается (на выходе ЭКГ - усилителя 9 и синхронного детектора 7) до величины около 0,3-1 В в каждом канале. Затем фильтруется полосовыми фильтрами 8 (дыхательная кривая) и 10 (ЭКГ с настройкой на основной спектр QRS - комплекса), если эта операция не производится микропроцессором 12, и подается на его информационные входы АЦП - секции. Накопительный конденсатор 11 использован как накопитель напряжения сигналов дыхания, причем его функция может быть реализована,

как и фильтрация ЭКГ и ИПГ - сигналов, программными решениями. В этом случае ни фильтры 8, 10, ни конденсатор 11 не нужны. Микропроцессор 12 вырабатывает сигнал на выходе, соединенном через ограничительный резистор (необязательный элемент) с шиной питания блокинг - генератора 13 в следующих случаях:

1)ЧСС вышла за допустимые пределы, например, меньше 40 или больше 220 1/мин.;

2) сигнал дыхания - 1 апноэ - превысил 10 сек. (по разным данным, 5-30 секшем, вышеуказанный пат. США №6537228);

3) амплитуда сигнала ЭКГ (ЧСС) снизилась, примерно, в 20 раз, амплитуда дыхания снизилась до, примерно, 0,15 Ом (примерно, 3 Uшум эфф );

4) скорость нарастания сигнала дыхания больше 0,14 Ом/сек (см. вышеуказанный пат. США №6537228).

До тех пор, пока не возникают эти 4 случая, сигнал на выходе микропроцессора 12 отсутствует и блокинг - генератор 13 не работает. Соответственно, прибор исследователя 5 ничего не регистрирует. Когда у пациента появится, например, дыхательная пауза (апноэ), через, примерно 0,7-0,9 t апноэ = t задержки

микропроцессор 12 выработает сигнал 20 длительностью tu , который будет продолжаться до тех пор, пока не появится новый сигнал дыхания 22, т.е. закончится апноэ. Амплитуда сигнала 20 может составить всего несколько сот мВ, если транзистор блокинг - генератора 13 кремниевый, например, КТ342, или даже несколько десятков мВ, если транзистор германиевый, например, ГТ 310, причем экспериментально определенные токи потребления блокинг-генератора составляют, в последнем случае, единицы мкА на холостом ходу, т.е. при радиоканале связи. Такие параметры позволяют использовать в перспективе микропроцессор 12 с любым минимально возможным напряжением питания, вплоть до 0,7 В. Блокинг-генератор 13 генерирует сигнал 21 в виде пачки импульсов, длительность которой равна длительности питания блокинг-генератора 13, а частота импульсов в пачке определяется параметрами трансформатора 15 и базовой RC - цепи. Например, при трансформаторе 15 типа ПТР 15, базовом резисторе 1 кОм и конденсаторе 47 нФ частота импульсов составила около 50 кГц.

Конструктивно прибор пациента 3 зафиксирован на голове пациента, например, в специальном контейнере или шапочке, электроды 1 и 2 приклеены к телу, например, гримерным клеем, электродный кабель 4 зафиксирован в нескольких местах на теле и голове, например, липкой лентой. Это позволяет сохранять работоспособность системы во время непроизвольных локомоций пациента во время сна. Прибор исследователя 5 находится непосредственно у изголовья кровати, например, на столике, и сориентирован так, чтобы получить стабильный сигнал как при оптическом - ИК канале связи, так и радиоканале (ориентация магнитной антенны А2).

Таким образом, предлагаемое устройство для регистрации ночного апноэ позволяет достоверно регистрировать ночное апноэ взрослого пациента в домашних условиях, с возможностью последующего самоконтроля пациента при одновременном упрощении эксплуатации.

1. Устройство для регистрации ночного апноэ на основе прикроватной биотелеметрической системы, содержащее датчик контроля параметров, транзисторный блокинг-генератор, индикатор, радио и/или оптический канал связи, содержащий приемную и передающую антенны, приемный и исполнительный блоки, источник питания блокинг-генератора, автономный источник питания датчика контроля параметров, отличающееся тем, что в него введен микропроцессор, первый и второй узкополосные фильтры, накопительный конденсатор, синхронный детектор со следующими соединениями: выход первого и второго электродов через первый и второй ограничительные резисторы и конденсатор соединены с усилителем и через первый узкополосный фильтр - с первым входом микропроцессора, а через первый и второй разделительные конденсаторы - с входом синхронного детектора, выход которого через второй узкополосный фильтр со вторым входом микропроцессора, выход последнего является шиной питания блокинг-генератора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выход генератора переменного стабильного тока соединен со входами первого и второго биоимпедансными электродами и с опорным входом синхронного детектора.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выход микропроцессора соединен с шиной питания блокинг-генератора через третий ограничительный резистор, выход которого через времязадающую цепочку, состоящую из четвертого резистора и пятого конденсатора соединен с началом вторичной обмотки трансформатора блокинг-генератора, конец которого соединен с базой транзистора блокинг-генератора.



 

Похожие патенты:

Устройство относится к медицине и может быть использовано для диагностики области новообразования типа «Рак молочной железы» на маммографических снимках.

Прибор для проведения маммографических исследований с целью диагностики рака молочной железы и последующего его лечения. Устройство отличается от аналогов тем, что в качестве тестового используется более раннее ретроспективное изображение того же пациента.

Полезная модель относится к области нефтехимической промышленности, в частности к производству липких полимерных пленок

Промышленная электрическая конвекционная сушильная печь для сушильной камеры относится к установкам для сушки сельскохозяйственного сырья, в частности к сушилкам с использованием конвекции, энергии инфракрасного спектра излучения и энергии электрического ноля постоянного тока.

Блок сухих конденсаторов относится к области электротехнических устройств, а именно, к конструкциям блоков элементов, предназначенных для использования в устройствах питания различных электротермических установок в схемах настройки контуров в резонанс.
Наверх