Система диагностики расстройств дыхания во сне и контроля лечения пациентов с нарушениями дыхания во время сна

Авторы патента:

Полезная модель относится к области медицины, в частности к пульмонологии, и может быть использована для удаленного беспроводного мониторирования процесса дыхания, в частности, для установления факта наличия апноэ и определения уровня обструкции.m Сущность полезной модели заключается в создании системы диагностики расстройств дыхания во сне и контроля лечения пациентов с нарушениями дыхания во время сна, содержащей блок регистрации данных пациента и блок обработки данных пациента, в которой блок регистрации данных пациента включает в себя пульсоксиметр, имплантируемый датчик уровня обструкции верхних дыхательных путей (ВДП), устройство управления имплантируемым датчиком и имплантируемый измеритель величины воздушного потока, причем выход пульсоксиметра и первый выход измерителя величины воздушного потока связаны с входом блока обработки данных пациента непосредственно, а второй выход измерителя величины воздушного потока связан с ним через последовательно включенные устройство управления имплантируемым датчиком и имплантируемый датчик уровня обструкции ВДП. Имплантируемый датчик уровня обструкции ВДП может быть выполнен в виде миниатюрного устройства видеофиксации с модулем передачи данных для передачи полученных изображений ВДП пациента в блок обработки данных. Имплантируемый измеритель величины воздушного потока может быть выполнен в виде z-термистора, например, полупроводникового диода, напряжение пробоя которого зависит от температуры его корпуса. Блок обработки данных пациента может быть выполнен в виде планшетного компьютера или его аналога. Полезной моделью обеспечено достижение технического результата, которым является повышение достоверности диагностики наличия апноэ, определения характера апноэ (центральный, обструктивный), определения уровня обструкции, за счет расширенных функциональных возможностей и комплексного применения устройств видеофиксации, измерения, величины воздушного потока, уровня оксигенации крови, частоты сердечных сокращений.

Существует устройство - модуль респирации АА86703 компании Argo-A Security (http://www.argoasecurititv.com.ua/products.aspx?Categoryid=16), которые беспроводным путем с использованием компьютера позволяют получать информацию о частоте и характеристиках дыхания.

Недостатком указанного устройства является то, что оно получает информацию о дыхательных движениях грудной клетки и живота на основе измерения удлинения (натяжения) упругого ремня (резистивный метод), что неудобно как для пациента, так и медперсонала.

Также, известно устройство, которое позволяет получать и анализировать информацию о движении воздуха по дыхательным путям, что позволяет осуществлять удаленную диагностику нарушений бронхиальной проходимости. Указанное устройство содержит:

- датчик для регистрации дыхательных шумов (электретный микрофон, встроенный в головку фонендоскопа);

- Вшегаойг-модуль с аналого-цифровым преобразователем, передатчиком и блоком питания;

- систему крепления на шее пациента;

- блок обработки (компьютер, телефон или смартфон), содержащий Bluetooth-стек для соединения с датчиком, драйвер для работы с получаемой звуковой информацией, программное обеспечение для ее обработки.

Указанное устройство позволяет получать информацию о характере движения воздуха в дыхательных путях (полезная модель RU 120557, МПК А61В 5/08, 09.02.2012).

Недостатком этого устройства является то, что диагностируя остановку дыхания с использованием электретного высокочувствительного микрофона, получаемая на выходе информация, позволяет диагностировать исключительно дыхательную недостаточность, нарушения бронхиальной проходимости. Достоверность получаемых результатов от устройства в ходе диагностики крайне не велика, можно диагностировать только предрасположенность у пациента к апноэ.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение достоверности диагностики наличия апноэ, определения характера апноэ (центральный, обструктивный), определения уровня обструкции, за счет расширенных функциональных возможностей и комплексного применения устройств видеофиксации, измерения, величины воздушного потока, уровня оксигенации крови, частоты сердечных сокращений.

Путь достижения результата заключается в обеспечении возможности автоматизированного комплексного анализа получаемой фото-информации верхних дыхательных путей и величины воздушного потока от уникального имплантируемого в носоглотку датчика, частоты сердечных сокращений и уровня оксигенации крови.

Указанный технический результат достигается в системе диагностики расстройств дыхания во сне и контроля лечения пациентов с нарушениями дыхания во время сна, содержащей блок регистрации данных пациента, блок обработки данных пациента и средства крепления датчиков и измерителей системы на пациенте, тем, что блок регистрации данных пациента включает в себя пульсоксиметр, датчик уровня обструкции верхних дыхательных путей (ВДП), устройство управления датчиком и измеритель величины воздушного потока, причем выход пульсоксиметра, первый выход измерителя величины воздушного потока и выход датчика уровня обструкции ВДП связаны с входом блока обработки данных пациента, а второй выход измерителя величины воздушного потока связан с датчиком уровня обструкции ВДП через устройство управления датчиком.

Кроме того, датчик уровня обструкции ВДП может быть выполнен в виде миниатюрного устройства видеофиксации с модулем передачи данных для передачи полученных изображений ВДП пациента в блок обработки данных.

Кроме того, измеритель величины воздушного потока может быть выполнен в виде z-термистора, например, полупроводникового диода, напряжение пробоя которого зависит от температуры его корпуса.

Кроме того, блок обработки данных пациента может быть выполнен в виде планшетного компьютера.

Полезная модель поясняется чертежами.

На фиг.1 - показана структурная схема системы.

На фиг.2 - представлена схема функционирования блока регистрации данных пациента.

На фиг.3 - показана схема функционирования блока обработки данных пациента.

На фиг.4 - показан алгоритм измерения условного значения температуры z - термистором.

На фиг.5 - показана диаграмма работы схемы измерения условного значения температуры.

На фиг.6 - представлена структурная схема измерения условного значения температуры.

На фиг.7 - показана диаграмма работы генератора пилообразного напряжения для четырехразрядного счетчика при измерении температуры.

Система диагностики расстройств дыхания во сне и контроля лечения пациентов с нарушениями дыхания во время сна, содержит блок регистрации данных пациента 1 и блок обработки данных пациента 2. Блок регистрации данных пациента 1 включает в себя пульсоксиметр 3, датчик уровня обструкции ВДП 4, устройство управления датчиком 5 и измеритель величины воздушного потока 6, причем выход пульсоксиметра 3 и первый выход измерителя величины воздушного потока 6 связаны с входом блока обработки данных пациента 2 непосредственно, а второй выход измерителя величины воздушного потока связан с ним через последовательно включенные устройство управления датчиком 5 и датчик уровня обструкции ВДП 4.

Датчик уровня обструкции ВДП (имплантируемый) может быть выполнен в виде миниатюрного устройства видеофиксации (не показано) с модулем передачи данных (не показано) для передачи полученных изображений ВДП пациента в блок обработки данных.

Измеритель (имплантируемый) величины воздушного потока может быть выполнен в виде z-термистора, например, полупроводникового диода (не показан), напряжение пробоя которого зависит от температуры его корпуса.

Блок обработки данных пациента 2 может быть выполнен в виде планшетного компьютера.

Ниже приведен пример конкретной реализации полезной модели показано функционирование отдельных элементов системы и ее работа в целом.

1. Общие требования

1.1. Состав системы.

- Пульсоксиметр.

- Датчик (имплантируемый).

- Блок регистрации.

- Блок обработки данных пациента.

- Специальное программное обеспечение.

1.2. Функционал составных частей системы.

- Пулъсоксиметр. Измеряет частоту сердечных сокращений и уровень оксигенации крови. Передает значения измеренных параметров по беспроводной сети Bluetooth на блок обработки данных пациента. Частота обновления показаний 1 раз в 2 сек.

- Датчик (имплантируемый). Состоит из z-термистора для оценки воздушного потока, миниатюрного устройства видеофиксации. Передает полученные изображения ВДП пациента в блок регистрации.

- Блок регистрации. Обеспечивает измерение величины воздушного потока в условных единицах, фото фиксацию изображений ВДП по сигналу падения величины воздушного потока. Передает значения величины воздушного потока и фото фреймы по беспроводной сети Bluetooth в блок обработки данных пациента.

- Блок обработки данных пациента. Обеспечивает прием по беспроводной сети Bluetooth значений ЧСС, 8р0з, величины воздушного потока и фото фреймов и хранение от пульсоксиметра и блока регистрации и обработку полученных данных в соответствии с алгоритмами.

2. Комплект поставки.

- Пульсоксиметр.

- Датчик (имплантируемый).

- Блок регистрации.

- Аккумулятор.

- Блок обработки данных пациента.

- Зарядное устройство.

- Специальное программное обеспечения.

- Эксплуатационная документация.

- Упаковка.

3. Технические требования.

3.1 Пульсоксиметр. (Например, серии Armed YX, NIKSY MD и т.п.). Питание автономное.

- Время непрерывной работы, не менее, 8 час;

- Измеряемые параметры:

- Частота сердечных сокращений (ЧСС).

- Уровень оксигенации крови (SpO₂ ).

3.2 Датчик (имплантируемый).

3.2.1 Состав:

3.2.1.1 Z-термистор.

- Диапазон измерения температуры, °-С, не хуже 15-45.

- Чувствительность, °С, не хуже 0,5.

3.2.1.2 Устройство видеофиксации.

3.3 Блок регистрации. 3.3.1 Функции.

- Регистрация изображения, получаемого от устройства видеофиксации по сигналу задающего генератора. Регистрация изображения осуществляется с частотой 1 f/сек. Разрешение изображения 0,7 Мпикс.

- Определение воздушного потока по температуре z-термистора имплантируемого датчика.

- Фиксация падения уровня воздушного потока более чем на 50% и выдача управляющего сигнала.

- Запуск задающего генератора по управляющему сигналу падения уровня воздушного потока более чем на 50%.

- Передача значений уровня воздушного потока и изображений по беспроводной сети Bluetooth на блок обработки данных пациента. Время непрерывной работы, час, не менее 8.

3.4 Аккумулятор.

Емкость мА*час, не менее 1200.

3.5 Блок обработки данных пациента. Планшетный компьютер (или аналог). 3.5.1 Характеристики.

Количество ядер - не менее 1;

Оперативная память, Мб - не менее 1024;

Экран:

- Разрешение - не менее 1024х600;

- Размер по диагонали, дюйм - не менее 7;

- Тип сенсорный, емкостный, поддержка Multi-touch;

Встроенная память, Гб - не менее 8;

Беспроводная связь: Bluetooth 3.0+HS, WiFi IEEE 802.1 Ib/g/n;

Порты: USB 2.0;

Операционная система android, версия, не ниже 4.0;

Время непрерывной работы, час - не менее 8.

3.6 Специальное программное обеспечение.

Обеспечивает работу составных частей системы, передачу данных и их хранение в блоке обработки данных пациента.

4. Описание структурной схемы и алгоритма работы системы.

Структурная схема системы беспроводных биомедицинских интеллектуальных датчиков представлена на фиг.1.

Фиксация факта апноэ производится в соответствии с таблицей 1.

Таблица 1
Снижение уровня воздушного потока	Снижение уровня SpO₂	Фото фиксация обструкции ВДП	Характер апноэ
+	+	-	Центральный
+	+	+	Обструктивный

Алгоритм работы (схема функционирования) блока регистрации, который реализуется устройством управления имплантируемым датчиком блока регистрации данных пациента приведен на фиг.2, а алгоритм работы блока обработки данных (на чертежах упоминается как «концентратор») приведен на фиг.3.

Начальное значение уровня воздушного потока запоминается в регистре блока регистрации и является значением, с которым сравнивается текущее измеренное значение уровня воздушного потока, проходящего через ВДП.

Замеренное значение температуры z-термистора по беспроводной сети Bluetooth передается в блок обработки данных пациента и запоминается в его памяти.

Одновременно в блоке регистрации производится сравнение изначально запомненного и текущего значения уровня воздушного потока через ВДП.

В случае падения значения уровня воздушного потока через ВДП на 50% относительно начального включается режим фиксации изображения ВДП путем запуска задающего генератора, который синхронизирует момент съемки и подсветки изображения с частотой 2 Гц (2 кадра в секунду).

Текущее изображение ВДП по беспроводной сети Bluetooth передается в блок обработки данных пациента и запоминается в его памяти.

С помощью специализированного программного обеспечения на основе полученного файла изображения создается файл изображения, преобразованного в цветовое пространство и, полученный на базе последнего, файл гистограммы.

Посредством совместного функционирования блока регистрации данных пациента и блока обработки данных пациента на основе измеренных имплантируемыми датчика и измерителя данных производится распознавание факта обструкции и уровня обструкции ВДП.

Специализированное программное обеспечение реализует визуализацию синхронной записи:

- Температуры z-термистора;

- Уровня оксигенации крови (SpO₂);

- Частоты сердечных сокращений;

- Изображения ВДП;

- Диагноза, установленного специализированным программным обеспечением.

Измерение величины воздушного потока проходящего через ВДП происходит путем замера изменения условного значения температуры на вдохе и выдохе с помощью z-термистора, находящегося в имплантируемом датчике.

Алгоритм измерения условного значения температуры приведен на фиг.4.

Диаграмма работы схемы измерения условного значения температуры приведена на фиг.5.

Обозначения:

- U_гпн - напряжение генератора пилообразного напряжения;

- U_пр - напряжение пробоя г-термистора;

- t - время;

- U_к - выход компаратора.

Структурная схема измерения условного значения температуры приведена на фиг.6.

Схема работает следующим образом.

Генератор пилообразного напряжения реализован за счет последовательного соединения генератора прямоугольных импульсов, счетчика и цифро-аналогового преобразователя.

Диаграмма работы генератора пилообразного напряжения для четырехразрядного счетчика приведена на рис.7.

Обозначения:

- ГПИ - импульсы на выходе генератора прямоугольных импульсов;

- Q₀-Q₃ - выходы счетчика;

- ЦАП - выход цифро-аналогового преобразователя.

Напряжение с выхода цифро-аналогового преобразователя поступает на анод термистора.

Термистор представляет собой полупроводниковый диод, напряжение пробоя которого зависит от температуры его корпуса.

Напряжение источника опорного напряжения выбирается таким образом, что бы в измеряемом диапазоне температур напряжение пробоя z-термистора было всегда больше напряжения источника опорного напряжения. Выход источника опорного напряжения соединен с инверсным входом компаратора.

В исходном состоянии на выходе компаратора присутствует низкий уровень напряжения. При достижении на выходе цифро-аналогового преобразователя напряжения, равного напряжению пробоя, на прямой вход компаратора поступает напряжение с выхода цифро-аналогового преобразователя напряжения, на выходе компаратора появляется высокий уровень напряжения.

Передним фронтом импульса с компаратора открываются цифровые ключи (схемы совпадения) и текущее значение счетчика записывается в регистр. Таким образом, оцифрованное значение напряжения, соответствующее температуре корпуса термистора, запоминается в регистре и по беспроводной сети Bluetooth передается в блок обработки данных пациента.

Таким образом, обеспечено достижение технического результата предлагаемой полезной моделью, которым является повышение достоверности диагностики наличия апноэ, определения характера апноэ (центральный, обструктивный), определения уровня обструкции, за счет расширенных функциональных возможностей и комплексного применения устройств видеофиксации, измерения, величины воздушного потока, уровня оксигенации крови, частоты сердечных сокращений.

1. Система диагностики расстройств дыхания во сне и контроля лечения пациентов с нарушениями дыхания во время сна, содержащая блок регистрации данных пациента, блок обработки данных пациента и средства крепления датчиков и измерителей системы на пациенте, отличающаяся тем, что блок регистрации данных пациента включает в себя пульсоксиметр, датчик уровня обструкции верхних дыхательных путей (ВДП), устройство управления датчиком и измеритель величины воздушного потока, причем выход пульсоксиметра, первый выход измерителя величины воздушного потока и выход датчика уровня обструкции ВДП связаны с входом блока обработки данных пациента, а второй выход измерителя величины воздушного потока связан с датчиком уровня обструкции ВДП через устройство управления датчиком.

2. Система диагностики по п.1, отличающаяся тем, что имплантируемый датчик уровня обструкции ВДП выполнен в виде миниатюрного устройства видеофиксации с модулем передачи данных для передачи полученных изображений ВДП пациента в блок обработки данных.

3. Система диагностики по п.1, отличающаяся тем, что измеритель величины воздушного потока выполнен в виде z-термистора, например полупроводникового диода, напряжение пробоя которого зависит от температуры его корпуса.

4. Система диагностики по п.1, отличающаяся тем, что блок обработки данных пациента выполнен в виде планшетного компьютера.