Телеметрическая система для мониторинга физиологических параметров
Телеметрическая система для мониторинга физиологических параметров содержит нательную одежду с расположенными в ней электрокардиографом, пульсоксиметром, сенсоры которых установлены с возможностью контактирования с чувствительными участками тела обследуемого, блок обработки первичных сигналов и блок информации, вход которого связан с помощью телекоммуникационного канала с выходом блока обработки первичных сигналов. Информационный выход электрокардиографа подключен к первому входу блока обработки первичных сигналов; выходы пульсок-симетра по фотоплетизмограмме, содержанию кислорода в эритроцитах крови и частоте пульса соединены со вторым, третьим и четвертым входами блока обработки первичных сигналов соответственно. Для повышения информативности мониторинга система дополнительно содержит RS-триггер, таймер и блок расчета артериального давления, при этом использован электрокардиограф, снабженный отметчиком R-зубца электрокардиограммы. Выход отметчика R-зубца электрокардиограммы связан с R-входом RS-триггера, маркерный выход пульсоксиметра связан с S-входом RS-триггера, выход RS-триггера соединен с входом таймера, выход таймера соединен с пятым входом блока обработки первичных сигналов и с входом блока расчета артериального давления, а выход блока расчета артериального давления подключен к шестому входу блока обработки первичных сигналов. В нательной одежде могут быть дополнительно размещены термометр и/или индукционный плетизмограф и акселерометр-инклинометр, выходы которых подключены к седьмому, восьмому и девятому входам блока обработки первичной информации соответственно. Целесообразно выполнение телекоммуникационного канала по технологии Bluetooth. 2 зв. п.ф-лы, 1 фиг.
Полезная модель относится к медицинской технике, предназначенной для определения значений физиологических параметров комплексной оценки состояния организма при проведении кардиологических и травматологических обследований. Наиболее эффективно его использовать в полевых условиях, в частности, для мониторинга состояния здоровья спортсменов, пожарных, а также бойцов силовых структур непосредственно при проведении спецопераций.
Известна телеметрическая система мониторинга функционального состояния человека, осуществляющая прием, передачу и обработку параметров электрокардиосигнала. Такая система, реализованная на базе мобильного телефона, содержит электродный кардиосенсор, усилитель-преобразователь, узел вызова, блок памяти для вызываемого абонента, передатчик и GSM приемник, расположенный на диспетчерском пункте (US 6546232, А61В 5/04, 1998).
Основные недостатки данной системы заключаются в низкой информационности (контролируют лишь одну физиологическую характеристику), невозможности длительного мониторинга, а также мониторинга состояния человека в полевых условиях.
Известна также телеметрическая система мониторинга функционального состояния человека, осуществляющая регистрацию температуры тела, пульса и кровяного давления человека и передачу коммуникационных сообщений о значении этих параметров с помощью мобильного телефона (RU 2204887, Н04М 1/02, Н04М 1/21, 2003). Мобильный телефон, предназначенный для этой цели, согласно указанному патенту, содержит приемопередающий блок, блок звуковой индикации вызова, блок памяти, микрофон, телефон, дисплей, клавиатуру, блок выбора режимов работы, интерфейсные блоки и источник питания, которые подключены к контроллеру, два датчика
давления, два датчика температуры и датчик определения влажности, при этом первый датчик температуры, первый датчик давления и датчик определения влажности установлены непосредственно на поверхности корпуса мобильного радиотелефона, а второй датчик температуры и второй датчик давления установлены в углублении корпуса мобильного радиотелефона с возможностью соприкосновения с ними пальца абонента, причем все датчики через соответствующие блоки интерфейса соединены с контроллером.
Данная конструкция также не позволяет осуществлять длительный мониторинг за состоянием человека. Кроме того, на время съема кровяного давления с целью уменьшения артефактов человек должен быть неподвижен, вследствие чего эта конструкция неприемлема в полевых условиях.
Попытка обеспечить работоспособность человека в период мониторинга его функционального состояния с помощью телеметрической системы на основе кардиоритмографа, дополнительно оборудованного источником сверхширокополосных электромагнитных импульсов дистанционного облучения участка тела человека 0,2-1,0 не, частотой следования 0,05-30,0 МГц и средней плотностью потока энергии на облучаемом участке тела человека не более 0,2 мкВт/см, приемником отраженного сигнала и селектором модуляционной составляющей частоты следования импульсов, обусловленной сердечной деятельностью (RU 2258455, А61В 5/02, 5/05, 5/0452, 2005) не только не решает указанной проблемы, но и существенно усложняет конструкцию введением поименованных узлов.
В конструировании телеметрических систем для мониторинга физиологических параметров просматривается тенденция к встраиванию их чувствительных элементов вместе с подключенными к ним узлами приема и обработки первичной информации в нательную одежду (кофту, куртку и т.п.). Выходы узлов приема и обработки информации подключены с помощью кабельного или радиотелеметрического канала к последовательно расположенным блоку памяти, аналитическому блоку и блоку отображения информации. При этом минимальный набор используемых чувствительных элементов
включает оксиметрические, электрокардиографические и плетизмографические сенсоры (см., например: US 2004249299, А61В 5/00, 5/02, 5/0205, 5/04, 5/08, 5/0452, 5/11, 2004; EP 1631184, А61В 5/00, 5/02, 5/0205, 5/04, 5/08, 5/0452, 5/11, 2006).
Наиболее близкой к заявляемой является телеметрическая система для мониторинга физиологических параметров, содержащая нательную одежду с расположенными в ней электрокардиографом, пульсоксиметром, индукционным плетизмографом, сенсоры которых установлены с возможностью контактирования с чувствительными участками тела обследуемого, блок обработки первичных сигналов и блок информации, вход которого связан с помощью телекоммуникационного канала с выходом блока обработки первичных сигналов, причем информационный выход электрокардиографа подключен к первому входу блока обработки первичных сигналов, выходы пульсоксиметра по фотоплетизмограмме, содержанию кислорода в эритроцитах крови и частоте пульса соединены со вторым, третьим и четвертым входами блока обработки первичных сигналов соответственно (WO 01/78577, А61В 5/0205, 5/113, 2001).
Прототипная система обладает низкой информационностью, поскольку в ее выходном сигнале не содержится сведений о таких важнейших физиологических параметрах, каковыми являются артериальное давление (АД) и длительность прохождения пульсовой волны. При этом отсутствие информации о значении АД объясняется тем, что его измерение возможно лишь в состоянии покоя обследуемого, в то время, как в условиях проведения спецопераций это условие обеспечить принципиально невозможно, равно как невозможно постоянно пережимать какие-либо суставы обследуемого в целях измерений.
Технической задачей предлагаемой телеметрической системы является повышение ее информативности за счет определения значения артериального давления и длительности прохождения пульсовой волны у обследуемого.
Решение указанной технической задачи заключается в том, что в телеметрическую систему для мониторинга физиологических параметров, содержащую нательную одежду с расположенными в ней электрокардиографом, пульсоксиметром, сенсоры которых установлены с возможностью контактирования с чувствительными участками тела обследуемого, блок обработки первичных сигналов и блок информации, вход которого связан с помощью телекоммуникационного канала с выходом блока обработки первичных сигналов, причем информационный выход электрокардиографа подключен к первому входу блока обработки первичных сигналов, выходы пульсоксиметра по фотоплетизмограмме, содержанию кислорода в эритроцитах крови и частоте пульса соединены со вторым, третьим и четвертым входами блока обработки первичных сигналов соответственно, вносятся следующие изменения:
1. Система дополнительно содержит:
- RS-триггер;
- таймер для измерения длительности распространения пульсовой волны;
- блок расчета артериального давления.
2. Электрокардиограф дополнительно снабжен отметчиком R-зубца электрокардиограммы (ЭКГ).
3. Выход отметчика R-зубца электрокардиограммы связан с R-входом триггера.
4. Маркерный выход пульсоксиметра связан с S-входом триггера.
5. Выход RS-триггера соединен с входом таймера.
6. Выход таймера соединен с пятым входом блока обработки первичных сигналов и с входом блока расчета артериального давления.
7. Выход блока расчета артериального давления подключен к шестому входу блока обработки первичных сигналов.
При техническом осуществлении предлагаемой телеметрической системы в качестве электрокардиографа, дополнительно снабженного отметчиком
R-зубца электрокардиограммы, может быть использован электрокардиограф марки Polar WearLink 31.
Блок обработки первичной информации представляет собой многоканальный усилитель-преобразователь выходных сигналов установленных приборов, осуществляющий фильтрацию выбросов и формирование пакетов данных в формате, требуемом для передачи по используемому каналу связи. Этот блок может быть реализован на базе микроконтроллера Atmega 128 фирмы Atmel.
В качестве блока информации может использоваться табло дисплей, мобильный телефон, а также компьютер.
Под маркерным выходом пульсоксиметра понимается отметчик точки перегиба переднего фронта пульсовой волны. Такой выход имеется у пульсоксиметра марки OEM III Module (фирма-изготовитель Nonine Medical Inc.).
Внесенные изменения реализуют определение длительности распространения пульсовой волны. Эта информация используется блоком расчета артериального давления, представляющим собой функциональный преобразователь, работа которого описывается принятой апроксимирующей функции. В частности, при гиперболической апроксимации на выходе данного блока содержится информация о среднем значении артериального давления, рассчитанная согласно формуле:
Где Р - среднее артериальное давление, мм рт.ст.;
С - константа, устанавливаемая предварительно для обследуемого;
T - длительность распространения пульсовой волны, мс.
На данной формуле основан принцип действия изобретения согласно патенту GB 2058355, А61В 5/02, 1981, однако в предлагаемом техническом решении этот принцип реализован с новой совокупностью используемых
средств (пульсоксиметр, электрокардиограф с встроенным отметчиком R-зубца, блок обработки первичных сигналов), обеспечивающих:
а) носимое исполнение основных элементов съема информации;
б) повышение стабильности определения заднего фронта пульсовой волны, поскольку положение точки перегиба на фотоплетизмограмме в предлагаемом техническом решении подвержено значительно меньшему дрейфу, чем положение соответствующей рабочей точки указанного аналога;
в) лучшую помехозащищенность за счет введения блока обработки первичной информации, в котором происходит сглаживание выбросов измерений временного интервала.
Описанная конструкция является минимальной. В максимальном варианте в нательной одежде дополнительно размещены термометр и/или индукционный плетизмограф и акселерометр-инклинометр, выходы которых подключены к седьмому, восьмому и девятому входам блока обработки первичной информации соответственно.
Для унификации исполнения используют радиотелекоммуникационный канала, выполнен по технологии Bluetooth.
На фиг.1 приведена схема предлагаемой телеметрической системы в максимальном варианте исполнения.
Телеметрическая система для мониторинга физиологических параметров (фиг.1) содержит нательную одежду (майку) 1 с расположенными в ней электрокардиографом 2, пульсоксиметром 3, сенсоры которых (поз.4 и 5 соответственно) установлены с возможностью контактирования с чувствительными участками тела обследуемого, блок 6 обработки первичных сигналов и блок 7 информации, вход которого связан с помощью телекоммуникационного канала с выходом блока 6 обработки первичных сигналов. Информационный выход электрокардиографа 2 подключен к первому входу блока 6 обработки первичных сигналов; выходы пульсоксиметра 3 по фотоплетизмограмме, содержанию кислорода в эритроцитах крови и частоте пульса соединены со вторым, третьим и четвертым входами блока 6 обработки первичных сигналов соответственно. Телеметрическая система дополнительно содержит
RS-триггер 7, таймер 8 для измерения длительности распространения пульсовой волны и блок 9 расчета среднего артериального давления. Электрокардиограф 2 снабжен отметчиком R-зубца электрокардиограммы, причем выход отметчика R-зубца электрокардиограммы связан с R-входом RS-триггера, маркерный выход пульсоксиметра 5 связан с 8-входом RS-триггера, выход RS-триггера соединен с входом таймера 8, выход таймера 8 соединен с пятым входом блока 6 обработки первичных сигналов и с входом блока 9 расчета артериального давления, а выход блока 9 подключен к шестому входу блока 6 обработки первичных сигналов.
В данном варианте исполнения в нательной одежде дополнительно размещены термометр 10, индукционный плетизмограф 11 и акселерометр-инклинометр 12 с сенсорами 13, 14 и 15 соответственно. Выходы приборов 10, 11 и 12 подключены к седьмому, восьмому и девятому входам блока 6 обработки первичной информации соответственно.
Блок 7 информации расположен на диспетчерском пункте. Элементы 2÷15 размещены в майке 1, надеваемой обследуем.
Для передачи информации с выхода блока 6 к входу блока 7 выполнен радиотелеметрический канал связи, включающий радиопередатчик 16 и настроенный на него радиоприемник 17. Этот канал связи реализован по технологии Bluetooth.
Приборы 2, 3, 8÷12 осуществляют сбор первичных данных ЭКГ, фотоплетизмограммы, содержания кислорода в эритроцитах крови, частоты пульса, температуры тела, состояния дыхательной системы и положения тела обследуемого в пространстве (наклон и ускорение перемещения тела, контролируемые акселерометром-инклинометром). При этом при прохождении R-зубца ЭКГ отметчик электрокардиографа 2 переключает по R-входу RS-триггер 7 в положение «1», запуская тем самым таймер 8 для начала отсчета длительности распространения пульсовой волны. По поступлении на S-вход триггера 7 единичного сигнала с маркерного выхода пульсоксиметра 3 происходит переключение сигнала на выходе триггера 7, который, поступив на вход таймера 8, останавливает последний, тем самым фиксируя длительность распространения пульсовой волны. Последний сигнал с выхода таймера 8
поступает на блок 6 для обработки и передачи на индикацию. Кроме того, информация о длительности распространения пульсовой волны с выхода таймера 8 поступает на вход блока 9, который производит расчет по формуле (1) среднего значения артериального давления и передает его на шестой вход блока 6.
В блоке 6 происходит их фильтрация первичных данных в отношении случайных выбросов и преобразование их в пакет формата, принятого для передачи по используемому радиотелекоммуникационному каналу. Переданное по радиотелекоммуникационному каналу сообщение поступает на блок 7 информации, где запоминается и анализируется диспетчером.
Использование предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом позволяет повысить информативность мониторинга за счет определения значения артериального давления и длительности прохождения пульсовой волны у обследуемого. При этом повышена надежность обследования за счет уменьшения дрейфа рабочей точки, определяющей границу заднего фронта пульсовой волны. Положительным результатом, производным от достигнутого, является носимое исполнение элементов, расположенных на передающей стороне, включая элементы, обеспечивающие системе новые функциональные возможности.
1. Телеметрическая система для мониторинга физиологических параметров, содержащая нательную одежду с расположенными в ней электрокардиографом, пульсоксиметром, сенсоры которых установлены с возможностью контактирования с чувствительными участками тела обследуемого, блок обработки первичных сигналов и блок информации, вход которого связан с помощью телекоммуникационного канала с выходом блока обработки первичных сигналов, причем информационный выход электрокардиографа подключен к первому входу блока обработки первичных сигналов, выходы пульсоксиметра по фотоплетизмограмме, содержанию кислорода в эритроцитах крови и частоте пульса соединены со вторым, третьим и четвертым входами блока обработки первичных сигналов соответственно, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит RS-триггер, таймер для измерения длительности распространения пульсовой волны и блок расчета артериального давления, при этом использован электрокардиограф, снабженный отметчиком R-зубца электрокардиограммы, выход отметчика R-зубца электрокардиограммы связан с R-входом RS-триггера, маркерный выход пульсоксиметра связан с S-входом RS-триггера, выход RS-триггера соединен с входом таймера, выход таймера соединен с пятым входом блока обработки первичных сигналов и с входом блока расчета артериального давления, а выход блока расчета артериального давления подключен к шестому входу блока обработки первичных сигналов.
2. Телеметрическая система по п.1, отличающаяся тем, что в нательной одежде дополнительно размещены термометр и/или индукционный плетизмограф и акселерометр-инклинометр, выходы которых подключены к седьмому, восьмому и девятому входам блока обработки первичной информации соответственно.
3. Телеметрическая система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что телекоммуникационный канал выполнен с применением технологии Bluetooth.
