Мобильное устройство для комплексного обследования кардио-респираторной системы космонавтов

Мобильное устройство для комплексного обследования кардио-респираторной системы космонавтов, позволяющее контролировать электрокардиограмму, реоэнцефалограмму, импедансную кардиограмму, реограмму верхних и нижних конечностей, артериальное давление и другие показатели. В устройстве реализована возможность регистрации 26 физиологических сигналов. Устройство размещено в ящике с крышкой таким образом, что электронные компоненты блоков, панель подключения электродов и датчиков, жестко закрепленные в крышке ящика, и приспособления для проведения психофизиологического обследования, размещены в крышке ящика, а электроды и датчики расположены в отсеках внутри ящика, причем все элементы внутри ящика расположены таким образом, что обеспечивается транспортировка устройства в закрытом состоянии с подключенными датчиками и электродами.

Полезная модель относится к медицине, а именно к медицинской технике и может быть использована для проведения комплексного исследования кардио-респираторной системы космонавтов, как в стационарных, так и полевых условиях.

Известны различные аналоги стационарных и мобильных устройств для измерения параметров кардио-респираторной системы.

В космической медицине для комплексной оценки кардио-респираторной системы применяется мобильный прибор «Пульс» [Баранов В.М., Баевский P.M., Фунтова И.И. и др. Исследование регуляции кровообращения и дыхания на борту Международной космической станции. Организм и окружающая среда. Адаптация к экстремальным условиям. М., 2003, с.38-41], позволяющий проводить одновременную регистрацию трех физиологических сигналов: электрокардиограммы, сфигмограммы, частоты дыхания. Недостатками данного устройства являются отсутствие возможности регистрации таких важных показателей как артериального давления, импедансной кардиограммы, реоэнцефалограммы, реограммы верхних и нижних конечностей и других показателей, необходимых для комплексной оценки кардио-респираторной системы. В данном приборе также не реализована возможность проведения психофизиологических тестов синхронно с регистрацией сигнала.

В традиционной медицине нашли широкое применение узкоспециализированные устройства, позволяющие клинически оценивать

строго определенные органы и системы. Так прибор, «ПолиСпектр-12» (фирма «Нейрософт», Россия, г.Иваново) используется для исследования электрической и механической функции сердца [Интернет адрес www.neurosoft.ru]. Исследование кровоснабжения конечностей, головного мозга и грудной клетки, проводится с помощью прибора «Реоспектр-2» (фирма «Нейрософт», Россия, г.Иваново) [Интернет адрес www.neurosoft.ru]. Оценка объемно-скоростных параметров внешнего дыхания осуществляется путем обследования с использованием прибора «Спиро-Спектр» (фирма «Нейрософт», Россия, г.Иваново) [Интернет адрес www.neurosoft.ru]. Нагрузочные психофизиологические тесты и изменения электрокардиограммы в течение их проведения оценивается комплексом «НП-Психотест» (фирма «Нейрософт», Россия, г.Иваново) [Интернет адрес www.neurosoft.ru].

Наиболее существенным недостатком существующих устройств является невозможность комплексного исследования кардиореспираторной системы с одновременной синхронной регистрацией нескольких параметров отражающих функциональное состояние всей кардио-респираторной системы. Например, электрокардиограммы, импедансной кардиограммы и объемно-скоростных параметров дыхания. Отсутствует возможность комплексной оценки реакции кардио-респираторной системы на различные психофизиологические и функциональные тесты. Также к недостаткам данных приборов относится невозможность проведения обследования в полевых условиях и условиях мобильного госпиталя, т.к. эти приборы являются громоздкими стационарными устройствами, а перед проведением обследования необходима дополнительная длительная подготовка приборов с целью их размещения (развертывания), подключения кабелей электродов и датчиков.

Однако при обследовании кардио-респираторной системы космонавта важна именно комплексная оценка различных показателей, отражающих

состояние кардио-респираторной системы и их взаимную динамику в процессе проведения психофизиологических тестов, физических нагрузок и дыхательных тестов [Григорьев А.И., Баевский P.M. Концепция здоровья и проблема нормы в космической медицине. - М., - «Слово». - 2001, - 96 с.]. Такой комплексный анализ позволяет наиболее полно оценить изменения, происходящие в кардио-респираторной системе при действии факторов космического полета и выявить начальные признаки изменений, еще на стации функциональной дисфункции.

Технической задачей настоящей полезной модели является создание надежного и мобильного устройства для комплексного обследования кардио-респираторной системы космонавтов, позволяющее контролировать электрокардиограмму, реоэнцефалограмму, импедансную кардиограмму, реограмму верхних и нижних конечностей, артериальное давление и другие показатели.

Эта задача достигается тем, что в предлагаемом устройстве для комплексного исследования космонавтов, включающем электрокардиографический блок, спирометрический блок, реографический блок, блок измерения артериального давления, блок определения сатурации крови кислородом, вход каждого из которых снабжен соответствующим датчиком и электродом для проведения исследований, а выход подключен по универсальной последовательной шине (Universal serial bus - USB) к USB концентратору 1, устройство дополнительно содержит блок проведения психофизиологических тестов, к входу которого подключены пульты и датчики, а выход которого подключен к USB концентратору 2, один из выходов которого соединен с возможностью обратной связи с USB концентратором 1, а другой с персональным компьютером, при этом устройство размещено в ящике с крышкой таким образом, что электронные компоненты блоков и разъемы для подключения датчиков и электродов, жестко закрепленные на панели, и приспособления для проведения

психофизиологического обследования, размещены в крышке ящика, электроды и датчики расположены в отсеках нижней части ящика, причем все элементы внутри ящика расположены таким образом, что обеспечивается транспортировка устройства в закрытом состоянии с подключенными датчиками и электродами.

В заявляемом устройстве блоки, обеспечивающие регистрацию отдельных необходимых физиологических сигналов, и блок для проведения психофизиологических тестов объединяются с помощью шины USB и подключаются к компьютеру, как единое устройство позволяющее проводить одномоментную регистрацию любых параметров из тех, что обеспечиваются отдельными блоками, а также проводить в момент регистрации любые психофизиологические тесты, физические нагрузки и дыхательные тесты, а также измерение объемно-скоростных параметров внешнего дыхания. Возможность проведения исследований в полевых условиях достигается путем использования компактных блоков, а также размещением блоков в компактном ящике удобном для переноски. В данном ящике также находятся все необходимые датчики и электроды. Транспортировка устройства с подключенными датчиками и электродами сокращает время подготовки устройства к обследованию.

Устройство поясняется следующими фигурами.

Фиг.1 - блок схема устройства для комплексного исследования кардио-респираторной системы космонавтов;

Фиг.2 - Блок схема электрокардиографического блока;

Фиг.3 - Блок схема реографического блока;

Фиг.4 - Блок схема спирографического блока;

Фиг.5 - Крышка ящика;

Фиг.6 - Устройство в ящике.

На фигурах отдельные элементы устройства обозначены следующими позициями.

Электрокардиографический блок 1, состоящий из аналого-цифрового преобразователя электрокардиографического блока 43, к входу которого подключены усилитель сигналов электрокардиограммы 39 на вход которого подключены ЭКГ электроды 10, усилитель сигналов фонодатчика и сейсмодатчика 40 к входу которого подключены фонодатчик 11 и сейсмодатчик 12, усилитель сигналов 41 сфигмодатчиков 13, усилитель сигналов 42 датчика дыхания 14. Выход аналого-цифрового преобразователя электрокардиографического блока 43 подключен к центральному процессору электрокардиографического блока 44, выход которого через блок гальванической развязки электрокардиографического блока 45, подключен к порту ввода-вывода электрокардиографического блока 47, сигнал с которого поступает на USB концентратор 6. Питание электрокардиографического блока 1 осуществляется блоком питания 46, соединенного с портом ввода-вывода электрокардиографического блока 47.

Реографический блок 2, состоящий из блока коммутации входных сигналов 26 на вход которого поступают реографические сигналы через входы 15, а выход подключен к входу коммутатора входных цепей 25, который также подключен к источнику тока 24 соединенного генератором зондирующего тока 23. Коммутатор входных цепей 25 подключен к блоку усилителей и фильтров для каждого канала и содержащего усилитель высокой частоты 30 вход которого соединен с коммутатором входных цепей 25, а выход с входом выпрямителя 31 выход которого соединен с фильтром низкой частоты 32 выходы которого подключены к буферному усилителю 35, выход которого подключен к входу коммутатора базовых сопротивлений 27, и фильтру высокой частоты 33, выход которого подключен к усилителю низкой частоты 34. Выход коммутатора базовых сопротивлений 27 и выход усилителя низкой частоты 34 подключены к входам аналогово-цифрового

преобразователя реографического блока 28. Выход аналого-цифрового преобразователя реографического блока 28 соединен с входом центрального процессора реографического блока 29 выход которого через блок гальванической развязки реографического блока 36 подключен к порту ввода-вывода реографического блока 37, выход которого подключен к USB концентратору 6. Питание реографического блока 2 осуществляется блоком питания 38, соединенного с портом ввода-вывода реографического блока37.

Спирометрический блок 3, состоящий из аналого-цифрового преобразователя спирометрического блока 52, к входу которого подключены выход усилителя сигналов 49, к входу которого подключен датчик дифференциального давления 48, к которому подключен пневмопреобразователь 16, датчик атмосферного давления 50, датчик температуры окружающего воздуха 51. Выход аналого-цифрового преобразователя спирометрического блока 52 подключен к входу центрального процессора спирометрического блока 53 выход которого подключен через блок гальванической развязки спирометрического блока 54 к входу порта ввода-вывода спирометрического блока 56 выход которого подключен к USB концентратору 6. Питание спирометрического блока 3 осуществляется блоком питания 55.

Блок измерения артериального давления 4, является стандартным блоком измерения давления осциллографическим методом, на вход которого подключена манжета 17, а выход которого подключен к USB концентратору 6.

Блок измерения сатурации крови кислородом 5, является стандартным блоком измерения сатурации крови кислородом фотометрическим способом на вход которого подключен фотодатчик 18, а выход которого подключен к USB концентратору 6.

Клавиатура Шульте-Платонова 20, динамометр 19, зрительно-моторный анализатор 21 подключены к входам USB концентратора 7,

который соединен с возможностью обратной связи с USB концентратором 6 и персональным компьютером 9. В USB концентраторе 7 имеются дополнительные USB выходы 22 для подключения дополнительных приборов.

Питание блоков 1-5 осуществляется через USB концентратор 6 и USB концентратор 7 на вход которых подключен выход блок питания 8.

Все блоки устройства размещены в ящике 71 с крышкой 72 таким образом, что электронные компоненты блоков 1-5, USB концентраторы 6-7, панель подключения электродов и датчиков 70 и приспособления для проведения психофизиологического обследования 19-21 расположены в крышке 72 ящика 71, а ящик 71 разбит на отсеки, которые предназначены для хранения электродов и датчиков, которые в целях удобства могут быть закрыты дополнительной прозрачной крышкой 73, причем все элементы внутри ящика расположены таким образом, что при снятой прозрачной крышке 73 обеспечивается транспортировка устройства в закрытом состоянии с подключенными датчиками и электродами к панели 70.

Панель подключения электродов и датчиков 70 условно разделена на 11 секций. В каждой секции расположены разъемы для подключения определенного типа датчиков и электродов. Так в секции 57 расположены разъемы для подключения сфигмодатчиков 14 по методике объемной сфигмометрии, а также индикаторы давления 65 в манжетах, в секции 59 разъем для подключения датчика дыхания 13, в секции 60 - сейсмодатчика 12. В секции 61 находится разъем для подключения фонодатчика 11, а в секции 62 разъемы реографических электродов 15. В секции 63 находится разъем для подключения электрокардиографических электродов 10. В секции 66 разъем для подключения манжеты для измерения артериального давления 17. В секции 67 находятся патрубки для подключения шлангов от пневмопреобразователя 16, а в секции 68 разъем для подключения датчика сатурации крови кислородом 18. В секции 64 находится разъем для

подключения к персональному компьютеру 9, и универсальные USB разъемы для подключения динамометра 19, клавиатуры Шульте-Платонова 20, зрительно-моторного анализатора 21, внешние входы USB 22 для подключения дополнительных приборов, а также подключения блока питания 8. В нижнем правом углу панели 70 находится кнопка включения 69 устройства.

Все блоки являются независимыми.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Регистрируемый с электрокардиографический сигнал поступает с электродов 10, установленных на обследуемом, сигнал проходит через усилитель сигналов электрокардиограммы 39 с последующим преобразованием в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе электрокардиографического блока 43. Сигнал в цифровой форме подается на вход центрального процессора электрокардиографического блока 44 и через блок гальванической развязки электрокардиографического блока 45 по шине USB подается на USB концентратор 6. Сигналы, зарегистрированные с фонодатчика 11, сейсмодатчика 12 через усилитель сигналов фонодатчика и сейсмодатчика 40, а также сигнал с усилителя сигналов сфигмодатчиков 41 поступивший туда со сфигмодатчиков 13 и сигнал с усилителя сигнала датчика дыхания 42 поступивший туда с датчика дыхания 14 поступают для преобразования в цифровую форму в аналого-цифровой преобразователь электрокардиографического блока 43. В дальнейшем через центральный процессор электрокардиографического блока 44 и блок гальванической развязки электрокардиографического блока 45 проходят по шине USB в USB концентратор 6.

При регистрации реограммы генератор зондирующего тока 23 создает сигнал частотой 30-100 кГц. Частота сигнала определяется методикой исследования и задается центральным процессором реографического блока 29 в соответствии с выбранной методикой. Переменный сигнал с выхода

генератора 23 поступает к источнику тока канала 24. Источник тока 24 обеспечивает через исследуемый объект переменный ток, действующее значение которого 1 мА. Зондирующий ток поступает к исследуемому объекту через коммутатор выходных цепей 25. Коммутатор входных цепей работает в двух режимах: биполярный, тетраполярный. Режим работы коммутатора входных цепей 25 определяется методикой и задается центральный процессором реографического блока 29. Зондирующий ток через коммутатор выходных цепей 25 поступает на обследуемый объект. Падение напряжения от протекающего зондирующего тока поступает через блок коммутации входных сигналов 26 и блок коммутатора входных цепей 25 на вход усилителя высокой частоты 30 каждого канала. С выхода усилителя высокой частоты сигнал поступает на выход выпрямителя 31 и затем на фильтр низкой частоты 32, фильтр высокой частоты 33, усилитель низкой частоты 34 и буферный усилитель 35. С буферного усилителя 35 сигнал поступает в коммутатор базовых сопротивлений 27, откуда подается на вход аналого-цифрового преобразователя реографического блока 28. С усилителя низкой частоты 34 сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя реографического блока 28. После аналого-цифрового преобразователя реографического блока 28 сигнал через центральный процессор реографического блока 29 и блок гальванической развязки реографического блока 36 через порт ввода-вывода 37 по шине USB поступает на USB концентратор 6.

Сигнал с пневмопреобразователя 16 поступает датчик дифференциального давления 48 и его усилением в усилителе сигналов 49 с последующим преобразованием в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе спирометрического блока 53 с учетом показаний датчика атмосферного давления 50 и датчика температуры окружающего воздуха 51. Цифровой сигнал через центральный процессор спирометрического блока 53 и блок гальванической развязки спирометрического блока 54 через порт

ввода-вывода спирометрического блока 56 поступает на USB концентратор 6.

Сигнал с манжеты для измерения артериального давления 17 поступает на вход блока измерения артериального давления 4 и преобразованный с цифровой сигнал поступает на USB концентратор 6.

Сигнал с датчика сатурации крови кислородом 18 поступает на вход блока измерения сатурации крови кислородом 5 и преобразованный в цифровой сигнал поступает на USB концентратор 6.

Цифровые сигналы с динамометра 19, клавиатуры Шульте-Платонова 20, зрительно-моторного анализатора 21 поступают на входы USB концентратора 7.

Все сигналы поступившие на USB концентратор 6 передаются по шине USB на USB концентратор 7, а с него поступают в персональный компьютер 9 для визуализации и сохранения в виде файлов для последующего анализа. После окончания обследования, сохраненные синхронизированные сигналы могут быть обработаны с помощью программного обеспечения для синхронного анализа нескольких физиологических сигналов. В устройстве реализована возможность регистрации 26 физиологических сигналов с частотой дискретизации 1000 Гц и разрядностью 32 бита.

Использование USB шины в качестве связующей магистрали и топологии подключения блоков по типу «звезда» дает возможность подключать любые дополнительные модули через внешние разъемы на панели устройства, что позволяет расширять область применения устройства, а также обеспечивать быстрый ремонт на уровне блоков в полевых условиях. Ремонт устройства возможен также путем подключения любого серийно-выпускаемого устройства, имеющего возможность подключения по шине USB и совместимость на уровне протоколов, взамен вышедшего из строя блока. В случае невозможности проведения ремонта

работоспособность других блоков сохраняется, что позволит провести обследование по сокращенной программе.

Управления приборами осуществляется с помощью специализированной программы-монитора позволяющей проводить регистрацию, визуализацию, сохранение сигналов на персональном компьютере, а также их экспорт в различные стандартные форматы, для обработки в специализированных программах.

Ящик, используемый для переноски устройства, являющийся одновременно его корпусом, разбит на две части. В верхней части (крышке) расположены электронные компоненты блоков, а также панель с разъемами для подключения датчиков, электродов, приспособлений для проведения психофизиологического обследования и дополнительных блоков. Панель для подключения электродов и датчиков к прибору показана на фигуре 5. Панель разделена условно на 11 секций. В каждой секции расположены разъемы для подключения определенного типа датчиков и электродов (см. фиг.5). В правой нижней части панели находится кнопка включения и выключения комплекса.

В нижней части ящика расположены отсеки для хранения и размещения при транспортировке электродов и датчиков. Конструктивно элементы внутри ящика расположены таким образом, что в закрытом состоянии между верхней панелью и нижней частью ящика имеется пространство достаточное для того, что бы была возможность транспортировки устройства с подключенными датчиками и электродами. Данная особенность позволяет сократить время подготовки устройства к обследованию до 5-7 минут.

Питание устройства возможно как от сети переменного тока 220 В, так и от бортовой сети автомобиля 12 В постоянного тока.

Вес устройства составляет 14 кг.

В таблице 1 представлен перечень основных диагностических методик реализованных в устройстве.

Для проведения исследований реактивности кардио-респираторной системы в устройстве реализованы наиболее распространенные функциональные и психо-физиологические тесты. Перечь основных тестов представлен в таблице 2.

Таким образом, данное мобильное устройство позволяет комплексно исследовать кардиореспираторную систему космонавта, как в состоянии покоя, так и при проведении различных тестов.

Мобильное устройство для комплексного обследования кардио-респираторной системы космонавтов, включающее электрокардиографический и спирометрический блоки, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит реографический блок, блок измерения артериального давления, блок определения сатурации крови кислородом, вход каждого из которых снабжен соответствующим датчиком или электродом для проведения исследований, а выход подключен с USB концентратором, устройство дополнительно содержит клавиатуру Шульте-Платонова, динамометр и зрительно-моторный анализатор для проведения психо-физиологических тестов, выходы которых подключены к USB концентратору, один из выходов которого соединен с возможностью обратной связи с USB концентратором, а другой с персональным компьютером, при этом устройство размещено в ящике с крышкой таким образом, что электронные компоненты блоков, панель подключения электродов и датчиков, жестко закрепленные в крышке ящика, и приспособления для проведения психофизиологического обследования размещены в крышке ящика, а электроды и датчики расположены в отсеках внутри ящика, причем все элементы внутри ящика расположены таким образом, что обеспечивается транспортировка устройства в закрытом состоянии с подключенными датчиками и электродами.