Мобильный фетальный монитор
Техническое решение относится к области медицинского приборостроения, в частности, к устройствам мониторирования физиологических параметров, и может быть использовано в системах медицинской диагностики для дистанционного наблюдения за пациентками в режиме реального времени в любом месте и в любое время с помощью мобильного устройства. Обеспечивает повышение удобства использования устройства с одновременным повышением его безопасности за счет уменьшения его габаритов, обеспечения возможности самостоятельного быстрого и правильного позиционирования ультразвукового датчика на теле, предотвращает воздействия облучения плода. Устройство содержит ультразвуковой и тензометрический датчики 3, 6, последовательно соединенные через входные усилители 4, 7 и аналого-цифровые преобразователи 5, 8 с цифровым процессором 9, соединенным с трансивером 14 и экраном 13. Устройство снабжено громкоговорителем 12 и панелью управления 10, соединенными с цифровым процессором 9. Громкоговоритель 12 соединен с цифровым процессором 9 через цифро-аналоговый преобразователь 11. Все элементы размещены в едином корпусе 16, к которому подсоединены с возможностью отсоединения ультразвуковой и тензометрический датчики 3, 6, 5 з.п. ф-лы, 1 ил.
Настоящее техническое решение относится к области медицинского приборостроения, в частности, к устройствам мониторирования физиологических параметров, и может быть использовано в системах медицинской диагностики для дистанционного наблюдения за пациентками в режиме реального времени в любом месте и в любое время с помощью мобильного устройства.
Из существующего уровня техники известен фетальный монитор, включающий в себя электронный блок, ультразвуковой и тензометрические датчики, маркер шевеления плода (United States Patent 5,442,940, опубл. 22.08.1995). Недостатком данного технического решения является то, что этот прибор имеет большие габариты и вес, позволяющие эксплуатировать его только в условиях стационара.
Также из уровня техники известно устройство дистанционного мониторирования активности плода (United States Patent 2002/0193670 A1, опубл. 19.12.2002), которое содержит усилитель, аналого-цифровой преобразователь, компьютер. Однако необходимым условием работы этого является постоянное нахождение пациентки у телефонной линии, используемой для передачи информации на базовую станцию медицинского центра. Кроме того, подключение устройства выполняется с помощью проводов, причиняющих дискомфорт пациентке
Наиболее близким аналогом настоящего технического решения является беспроводное устройство дистанционного фетального мониторирования, состоящее из фетального монитора, блока сбора и обработки данных, связанных между собой по каналу беспроводной связи с помощью дополнительного коммуникатора, при этом фетальный монитор содержит ультразвуковой и тензометрический датчики, подсоединенные через усилители к аналого-цифровым преобразователям, а блок сбора и обработки данных содержит соединенные процессор, сенсорный экран и трансивер для передачи данных по каналам беспроводной мобильной связи (см., напр., US 2012/0232398, опубл. 13.09.2012). Недостатком этого относится конструктивное исполнение устройства в виде трех отдельных модулей с необходимостью организации каналов проводной и беспроводной связи между ними, что увеличивает габариты устройства в целом, доставляет неудобство пациентке и ограничивает свободу ее перемещений. Кроме того, работа беспроводного интерфейса между коммуникатором и блоком сбора и обработки данных во время мониторирования плода приводит к нежелательному облучению плода.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является обеспечение возможности проведения фетального мониторирования удаленным способом без участия медицинского персонала безопасным и удобным в использовании устройством.
Поставленная задача в предложенном техническом решении решается за счет того, что мобильный фетальный монитор, содержащий ультразвуковой и тензометрический датчики, последовательно соединенные через входные усилители и аналого-цифровые преобразователи с цифровым процессором, соединенным с трансивером и экраном, согласно техническому решению, представляет собой соединенный с возможностью отсоединения с ультразвуковым и тензометрическим датчиками единый корпус с размещенными в нем входными усилителями, аналого-цифровыми преобразователями, цифровым процессором, трансивером и экраном, а также громкоговорителем и панелью управления, соединенными с цифровым процессором, причем громкоговоритель соединен с цифровым процессором через цифро-аналоговый преобразователь.
Мобильный фетальный монитор снабжен блоком управления приемом-передачей сигналов, связанным через выходной усилитель мощности с ультразвуковым датчиком, а также с цифровым процессором через аналого-цифровой преобразователь доплеровского сигнала.
Панель управления снабжена кнопкой для регистрации моментов шевеления плода.
Аналого-цифровой преобразователь является высокоскоростным, обеспечивающим преобразование ультразвукового эхо-сигнала из аналоговой в цифровую форму на несущей частоте.
Цифровой процессор выполнен обеспечивающим возможность сохранения информации во внутренней энергонезависимой памяти.
Мобильный фетальный монитор может быть снабжен встроенным аккумулятором или внешним адаптером.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение удобства использования устройства с одновременным повышением его безопасности за счет уменьшения его габаритов посредством компоновки элементов в единый корпус, обеспечения возможности самостоятельного быстрого и правильного позиционирования ультразвукового датчика на теле посредством снабжения устройства панелью управления и громкоговорителем, соединенным с цифровым процессором через цифро-аналоговый преобразователь, а также предотвращение воздействия облучения плода за счет выполнения беспроводной передачи данных мониторирования после снятия мобильного устройства с тела пациентки путем выполнения соединения с с ультразвукового и тензометрического датчиков с корпусом с возможностью отсоединения.
Сущность заявленного устройства поясняется чертежами, не охватывающими и, тем более, не ограничивающими объем притязаний по данному решению, а лишь являющимися иллюстрирующими материалами частного случая выполнения устройства. На фиг.1 изображена блок-схема устройства.
Устройство состоит из блока 1 управления передачей-приемом, усилителя мощности 2, ультразвукового датчика 3, входного усилителя 4, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 5, тензометрического датчика 6, входного усилителя 7, АЦП 8, цифрового процессора 9, панели управления 10, цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 11, громкоговорителя 12, экрана 13, трансивера 14, аккумулятора 15. Все элементы скомпонованы в единый корпус 16 и связаны между собой следующим образом.
К корпусу 16 конструктивно подключены с возможностью отсоединения ультразвуковой датчик 3 и тензометрический датчик 6. Блок 1 управления приемом-передачей соединен через выходной усилитель 2 мощности с ультразвуковым датчиком 3, а также с аналого-цифровым преобразователем 5. Каждый из датчиков 3,6 последовательно соединен через входные усилители 4, 7 и аналого-цифровые преобразователи 5,8 с цифровым процессором 9 устройства. При этом с цифровым процессором 9 также соединены панель управления 10, ЦАП 11 и экран 13. Громкоговоритель 12 соединен с ЦАП 11, трансивер 14 соединен с цифровым процессором 9. Для обеспечения автономным электропитанием устройство снабжено встроенным аккумулятором 15 или внешним адаптером.
Принцип действия устройства основан на формировании кардиотокограммы плода (КТГ), представляющей собой одновременную запись трех параметров: частоты сердечных сокращений (ЧСС) плода, сократительной активности матки и моментов шевелений плода. При этом формирование ЧСС плода осуществляется путем ультразвуковой эхолокации движущихся структур сердца плода, регистрация сокращений матки - с помощью тензометрического датчика, а регистрация моментов шевеления плода - нажатием пациенткой на одну из кнопок панели управления 10. В практической деятельности акушера-гинеколога оценка сердечной деятельности плода путем анализа КТГ является ключевым моментом при принятии решения о необходимости госпитализации для родоразрешения, возможности продолжения наблюдения в амбулаторных условиях, эффективности проводимого лечения.
Работает устройство следующим образом. Перед проведением обследования ультразвуковой датчик 3 размещается на теле пациентки и закрепляется с помощью ремня таким образом, чтобы формируемый ультразвуковой луч был направлен в область сердца плода. Для облегчения поиска плода воспроизводится с помощью громкоговорителя 12 звуковой доплеровский сигнал, порождаемый сердцебиениями плода. Громкость звучания регулируется с помощью кнопок на панели управления 10.
С помощью ремня на теле пациентки закрепляется также тензометрический датчик 6. При этом с изменением натяжения ремня на экране индицируется состояние тензометрического датчика: недостаточная нагрузка, перегрузка, датчик находится в рабочем диапазоне.
После установки датчиков путем нажатия соответствующей кнопки на панели управления 10 включается режим записи КТГ.
Сигнал излучения, вырабатываемый блоком 1 управления передачей-приемом. представляет собой пачку импульсов, при этом частота повторения импульсов в пачке равна несущей частоте f0 (порядка 1 МГц), а частота повторения пачки импульсов PRF определяется максимальной глубиной зондирования. Например, исходя из максимальной глубины зондирования 24 см. частота повторения пачки импульсов составляет величину PRF=3.2 кГц. Несущая частота f0 излучения, имеющая значение порядка 1 МГц, вырабатывается блоком 1 управления передачей-приемом.
На этапе излучения ультразвукового сигнала ультразвуковой датчик 3 с помощью входящей в его состав пьезоэлектрической пластины осуществляет преобразование электрического сигнала возбуждения датчика в механические колебания, направляемые в исследуемую область и, соответственно, в процессе приема выполняет преобразование механических колебаний, порождаемых отражениями от движущихся структур сердца плода, в электрические эхо-сигналы.
Принятый датчиком доплеровский сигнал (эхо-сигнал) поступает на входной усилитель 4, который выполняет усиление сигнала на несущей частоте f0 в полосе частот, согласованной с длительностью сигнала излучения.
После усиления, выполняемого с помощью входного усилителя 4, АЦП 5 производит преобразование сигнала из аналоговой в цифровую форму с частотой дискретизации FS, соответствующей спектру частот принимаемого сигнала, и составляет величину порядка нескольких МГц. Согласно теореме Котельникова такой подход позволяет обеспечить аналого-цифровое преобразование доплеровского сигнала без потери информации. Частота дискретизации сигнала FS задается от блока 1 управления передачей-приемом. Высокоскоростной АЦП 5 с разрядностью преобразования порядка 12-ти двоичных разрядов позволяет представить доплеровский сигнал на несущей частоте в виде цифровой последовательности отсчетов и производить дальнейшую обработку только в цифровым способом с использованием цифрового процессора 9.
В цифровом процессоре 9 производится обработка эхо-сигнала, и в результате этой обработки формируется доплеровский сигнал, частота которого пропорциональна скорости движения структур сердца плода. Выделение доплеровского сигнала производится на основе реализации алгоритма синхронного детектирования, состоящего в сдвиге спектра эхо-сигнала в область низких частот путем выполнения операции гетеродинирования и последующей полосовой фильтрации. (Halberg L.I., Thiele K.E. Extraction of blood flow information using Doppler-shifted ultrasound, Hewlett-Packard Journal, June, 1986, pp.35-39). Формируемый доплеровский сигнал находится в диапазоне звуковых частот, при этом максимальная частота доплеровского сигнала не превышает значения PRF/2.
Одновременно с записью ультразвукового сигнала производится и регистрация сокращения матки с помощью тензометрического датчика 6. а также фиксация моментов шевеления плода путем нажатия кнопки на панели управления 10.
Тензометрический датчик 6 представляет собой мостовую резисторную схему, значение сопротивления на плечах которой меняется в зависимости от приложенной к датчику нагрузки, вызванной сокращением матки. Величина нагрузки на тензометрический датчик преобразуется в уровень напряжения, и далее усиливается приблизительно в 250 раз с помощью усилителя 7. После чего с помощью АЦП 8 выполняется преобразование сигнала из аналоговой в цифровую форму. В качестве АЦП 8 может использоваться любое стандартное устройство с низким уровнем энергопотребления, обеспечивающее при частоте дискретизации данных порядка 1 кГц разрядность преобразования порядка 10-ти двоичных разрядов.
Цифровой процессор 9 обеспечивает решение следующих основных задач: накопление результатов мониторирования в энергонезависимой памяти, цифровую обработку сигналов и анализ результатов измерений; формирование результатов обработки измерений на экране, формирование информационных сообщений по результатам обработки и интерпретации измерений; реализация интерактивного графического интерфейса пользователя; формирование пакетов передачи данных, информационных сообщений на удаленный медицинский сервер по беспроводным каналам мобильной связи GPRS, 3G с помощью трансивера 14.
Цифровая обработка ультразвукового сигнала сводится к последовательному выполнению следующих операций: демодуляции, полосовой фильтрации, и амплитудному детектированию. Далее на основе полученных результатов амплитудного детектирования доплеровского сигнала формируются значения ЧСС плода автокорреляционным методом.
На экране 13 формируются следующие результаты измерений: ЧСС плода (в цифровом или графическом виде), результаты измерений маточной активности с помощью тензометрического датчика (в цифровом или графическом виде), отметки шевеления плода.
В процессе мониторирования цифровой процессор 9 выполняет также автоматический анализ потерь ультразвукового сигнала. При этом качестве критерия потерь ультразвукового сигнала может использоваться соотношение:
где TA - период анализа потерь сигнала;
TП - общее время потерь сигнала за период анализа ТА.
Если за период анализа ТА процент потерь ультразвукового сигнала составит величину, превышающую некоторое пороговое значение, то на экране во всплывающем окне формируется сообщение, информирующее пациентку о необходимости поправить положение ультразвукового датчика. Данное сообщение автоматически исчезает при восстановлении процента потерь ниже пороговой величины. Для практических применений время анализа ТА, составляет величину порядка 2-3 мин, а пороговое значение процента потерь - порядка 50%. За счет реализованной проверки достоверности получаемых измерений сокращается количество неправильно записанных измерений, передаваемых на удаленный медицинский сервер.
Процесс мониторирования производится до тех пор, пока не будет выделен на основе автоматического анализа потерь ультразвукового сигнала интервал записи определенной длительности (порядка 15 минут) при значении потерь сигнала ниже порогового уровня. После на экране формируется сообщение о том, что получена достоверная запись, и мониторирование может быть завершено. Запись останавливается нажатием соответствующей кнопки на панели управления 10. Запись также автоматически останавливается после предварительно заданного интервала времени.
К данным мониторирования могут быть добавлены физиологические показатели пациентки, введенные вручную: кровяное давление, вес, уровень сахара, содержание белка. Ввод физиологических показателей осуществляется путем вызова соответствующего меню с помощью панели управления 10 и может быть выполнен как во время мониторирования, так и после его окончания.
Во избежание воздействия электромагнитного излучения, возникающего при передаче данных, на плод перед передачей данных мониторирования устройство снимается с тела пациентки. Инициация передачи данных мониторирования и значений физиологических показателей, введенных вручную, производится после остановки записи данных путем вызова на экран 13 соответствующего меню с помощью панели управления 10. После успешного завершения передачи данных на экране 13 формируется соответствующее сообщение.
Цифровой процессор 9 обеспечивает целостность передаваемых на удаленный медицинский сервер данных таким образом, что если происходит прерывание связи с медицинским сервером, то устройство имеет возможность сохранять информацию во внутренней памяти и может возобновлять передачу данных, когда связь восстанавливается. Поскольку результаты мониторирования сохраняются в энергонезависимой памяти, то в случае неудачной попытки передачи данных результаты мониторирования не теряются, и имеется возможность повторить их передачу позже.
На удаленном медицинском сервере производится накопление результатов записей данных пациентки за длительный период времени. Посредством Интернет или другим средствами связи через медицинский сервер может осуществляться обмен информацией с различными организациями системы здравоохранения.
Медицинские специалисты по результатам анализа данных пациентки, полученных с медицинского сервера с помощью стандартных персональных устройств мобильной связи, могут производить оценку состояния пациентки, давать рекомендации пациентке удаленным способом.
Отсутствие проводных соединений с внешними устройствами не стесняет движения пациентки и позволяет проводить непрерывное мониторирование в самых разных жизненных ситуациях.
Электропитание мобильного фетального монитора может производиться как от встроенного аккумулятора 15, так и от внешнего адаптера, используемого также для зарядки аккумулятора 15.
Применение предлагаемого устройства в медицине позволит повысить комфортность пациентки в домашних, амбулаторных и госпитальных условиях, предоставляя возможность свободных перемещений в процессе мониторирования; предоставляет возможность изменения параметров мониторирования удаленным способом, а также возможность длительного мониторирования пациентов повышенного риска. Кроме того, применение данного устройства позволит снизить риск нежелательного облучения плода, уменьшить количество посещений стационарного медицинского учреждения и тем самым снизить стоимость медицинского обслуживания.
1. Мобильный фетальный монитор, содержащий ультразвуковой и тензометрический датчики, последовательно соединенные через входные усилители и аналого-цифровые преобразователи с цифровым процессором, соединенным с трансивером и экраном, отличающийся тем, что он представляет собой соединенный с возможностью отсоединения с ультразвуковым и тензометрическим датчиками единый корпус с размещенными в нем входными усилителями, аналого-цифровыми преобразователями, цифровым процессором, трансивером и экраном, а также громкоговорителем и панелью управления, соединенными с цифровым процессором, причем громкоговоритель соединен с цифровым процессором через цифро-аналоговый преобразователь.
2. Монитор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен блоком управления приемом-передачей сигналов, связанным через выходной усилитель мощности с ультразвуковым датчиком, а также с цифровым процессором через аналого-цифровой преобразователь доплеровского сигнала.
3. Монитор по п.1, отличающийся тем, что панель управления снабжена кнопкой для регистрации моментов шевеления плода.
4. Монитор по п.1, отличающийся тем, что аналого-цифровой преобразователь является высокоскоростным, обеспечивающим преобразование ультразвукового эхо-сигнала из аналоговой в цифровую форму на несущей частоте.
5. Монитор по п.1, отличающийся тем, что цифровой процессор выполнен обеспечивающим возможность сохранения информации во внутренней энергонезависимой памяти.
6. Монитор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен встроенным аккумулятором или внешним адаптером.
