Устройство для бесконтактной регистрации физиологических сигналов во время сна

Полезная модель относится к медицине, более точно к физиологии и может быть использована для бесконтактной регистрации физиологических сигналов у здоровых и больных людей во время сна. Предлагаемое устройство основано на регистрации микроколебаний тела человека с помощью датчика, размещаемого под подушкой спящего человека с последующим компьютерным анализом записанных в память устройства сигналов. Датчик предлагаемого устройства представляет собой плоскую платформу из двух пластин, соединенных упругими элементами из пластика. Внутрь устройства помещен датчик-акселерометр, регистрирующий микроперемещения одной из пластин по отношению к другой, которые связаны с линейными микроперемещениями тела, обусловленными работой сердца, дыханием и двигательной активностью. Сигналы в течение всей ночи записываются в память миниатюрного устройства и утром перезаписываются в компьютер. Полученные записи распознаются с помощью специальной программы, которая позволяет не только определять и измерять частоту пульса и дыхания, а также двигательную активность, но и анализировать вариабельность сердечного ритма. 1 н.п. ф-лы, 7 рис.

Полезная модель относится к медицине, более точно к физиологии и может быть использована для бесконтактной регистрации физиологических сигналов у здоровых и больных людей во время сна.

Известно, что для исследования физиологических функций человека во время сна обычно применяют сложный комплекс приборов, получивших название полисомнографии (1). Для получения информации о фазах сна используют электроэнцефалографию, электроокулографию, электромиографию и ряд других методик. Все они требуют наклеивания датчиков в виде электродов и обследуемый человек должен одну или две ночи привыкать к ним, чтобы можно было получить объективную и надежную информацию. Поэтому интенсивно ведутся поиски более простых, но достаточно информативных методов изучения функционального состояния человека во время сна. Среди таких методик наибольшее распространение получила суточная регистрация электрокардиограммы (Холтеровское мониторирование) (2). Но и здесь человек вынужден спать с наклеенными электродами.

Ведется поиск и бесконтактных приборов съема информации во время сна. Среди них следует обратить внимание на устройства, основанные на регистрации микроперемещений тела, связанных с выбросом крови из сердца в крупные сосуды (баллистокардиография и сейсмокардиография). Ограниченное распространение получил метод статической кровати, разработанный финскими авторами (3). Однако, эти устройства мало пригодны для широкого использования в практике, имея в виду не только исследования в клинике, но главным образом, исследования в санаториях и в домашней обстановке, поскольку все они являются громоздкими, нетранспортабельными и сложными в обращении.

Наибольшего внимания заслуживают приборы для исследований во время сна, созданные в космической медицине. Это, прежде всего, система «Ночь» на основе регистрации баллистокардиограммы с помощью сейсмического датчика-акселерометра, закрепленного на спальном мешке космонавта (4). Не менее интересен используемый в настоящее время на Международной космической станции прибор «Сонокард», где регистрируется сейсмокардиограмма с помощью устройства, помещаемого в нагрудный карман майки или рубашки (5).

Известное устройство, описанное в источнике 4, было выбрано в качестве прототипа. Известное устройство содержит датчик микродвижений человека в виде сейсмического - акселерометра, блоки записи зарегистрированных сигналов и блоки обработки этих сигналов

Недостатком известного устройства является то, что оно не может обеспечить высокую точность результатов, ввиду несовершенства конструкции датчика. Датчик в известном устройстве крепится в спальном мешке космонавта, что не всегда является оптимальным. Кроме того, крепление датчика внутри мешка в силу различных физиологических особенностей организма не всегда правильно обеспечивает корреляцию снимаемых показателей с выносимыми по этим результатам суждениями.

Техническим результатом полезной модели является создание простого бесконтактного портативного устройства, легко размещаемого в постели спящего человека, не мешающего физиологическому течению сна и обеспечивающему получение более точных результатов.

Этот технический результат достигается тем, что в известном устройстве для бесконтактной регистрации физиологических сигналов во время сна, включающего датчик микродвижений человека в виде сейсмического акселерометра, блоки записи зарегистрированных сигналов и блоки обработки этих сигналов, датчик микродвижений выполнен с возможностью размещения его под подушкой обследуемого и представляет собой плоскую платформу, образованную двумя пластинами, соединенными

друг с другом упругими элементами, с расположенным на одной из пластин сейсмическим акселерометром, обеспечивающим регистрацию микроперемещений пластин относительно друг друга, соединяемый с возможностью разъема с корпусом прибора, в котором расположены так же соединенные с вышеуказанным разъемом последовательно соединяемые друг с другом блок защиты от статического электричества, аналого-цифровой преобразователь и микромощный операционный усилитель, при этом АЦП соединен с возможностью обратной связи с RISC контроллером, который в свою очередь соединен с возможностью обратной связи с часами реального времени и блоком накопления информации, а блок накопления информации через блок защиты от статического электричества соединен с помощью разъема с ПК компьютером, расположенным вне корпуса.

Предлагаемое устройство для бесконтактной регистрации физиологических сигналов во время сна основано на регистрации микроколебаний тела человека с помощью датчика, размещаемого под подушкой спящего человека с последующим компьютерным анализом записанных в память устройства сигналов. Датчик предлагаемого устройства представляет собой плоскую платформу из двух пластин, соединенных упругими элементами из пластика. Внутрь устройства помещен датчик-акселерометр, регистрирующий микроперемещения одной из пластин по отношению к другой, которые связаны с линейными микроперемещениями тела, обусловленными работой сердца, дыханием и двигательной активностью. Сигналы в течение всей ночи записываются в память миниатюрного устройства и утром перезаписываются в компьютер. Полученные записи распознаются с помощью специальной программы, которая позволяет не только определять и измерять частоту пульса и дыхания, а также двигательную активность, но и анализировать вариабельность сердечного ритма. Устройство получило название «Кардиосон-3».

Заявляемое устройство поясняется следующими рисунками:

1. На рис.1 представлена блок-схема устройства.

2. На рис.2 изображен датчик устройства, представляющий собой две пластины из нержавеющей стали с прокладкой из упругого материала между ними. Между пластинами, в центре, установлен датчик давления на основе пьезокерамики.

3. На рис.3 изображен датчик устройства с соединительным устройством

4. На рис.4 представлен образец записи сигналов устройством.

5. На рис.5 представлены сопоставление данных ЧСС (А) и SDNN (Б) по результатам обработки контактной (ЭКГ) и бесконтактной (БКГ) записей

6. На рис.6 представлены результаты вейвлет-фильтрации графика динамики показателя pNN50.

7. На рис.7 дан график тренда показателя SI, который демонстрирует хорошее качество сна с постепенным снижением активности симпатического отдела вегетативной нервной системы к утренним часам.

Устройство содержит датчик 1 виде сейсмического акселерометра 2, выполненный в виде плоской платформы 3 образованной пластинами 4 и 5, соединенными друг с другом упругими элементами 6, с расположенным на одной из пластин 4 сейсмическим акселерометром 2, обеспечивающим регистрацию микроперемещений пластин 4 и 5 относительно друг друга, датчик 1 соединен с помощью разъема 7 с корпусом прибора 8, с которым так же соединены последовательно соединенные друг с другом блок защиты от статического электричества 9, микромощный операционный усилитель 11, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10, при этом АЦП 10 соединен с возможностью обратной связи с RISC контроллером 12, который в свою очередь соединен с возможностью обратной связи с часами реального времени 13 и блоком накопления информации 14, соединенный через блок защиты от статического электричества 15 с помощью разъема 16 с ПК компьютером 17, расположенным вне корпуса.

Работа устройства осуществляется следующим образом

Датчик 1, выполненный в виде плоской платформы 3, образованной пластинами 4 и 5, соединенными друг с другом упругими элементами 6, с расположенным на одной из пластин 4 сейсмическим акселерометром 2, размещается под подушкой спящего обследуемого. Датчик 1 регистрирует регистрацию микроперемещения пластин 4 и 5 относительно друг друга. Датчик 1 с помощью разъема 7 соединятся с корпусом прибора 8. Снимаемый с датчика сигнал поступает через блок защиты от статического электричества 9 и микромощный операционный усилитель 11 на аналого-цифровой преобразователь 10, откуда он поступает в RISC контроллер 12, соединенный с возможностью обратной связи с часами реального времени 13 и блоком накопления информации 14. В блоке накопления информации 14 происходит накопление снятой в течение сна информации. Утром блок накопления информации 14 через блок защиты от статического электричества 15 с помощью разъема 16 соединится с ПК компьютером 17, расположенным вне корпуса, где с помощью специальной программы происходит анализ полученной информации.

При испытании комплекса «Кардиосон-3» было обследовано 16 здоровых испытателей и 25 пациентов с гипертонической болезнью и постинфарктным кардиосклерозом. В 20 случаях одновременно регистрировали полисомнограмму для оценки качества сна по стандартным общепринятым методам. Результаты анализа показали, что по частоте пульса имеется 100-процентное совпадение данных, записанных устройством «Кардиосон-3» с результатами полисомнографии. При анализе вариабельности сердечного ритма с помощью специальной программы было получено хорошее совпадение данных, как по частоте пульса, так и по показателю вариабельности сердечного ритма - SDNN (рис.4).

Распознавание стадий сна по 90-минутным колебаниям физиологических показателей было наиболее точным при использовании показателей вариабельности сердечного ритма HF (мощность спектра

высокочастотной составляющей) и SDNN. Хорошие результаты при оценке изменений вегетативного баланса во время сна были получены с помощью показателей pNN50 (парасимпатический отдел вегетативной нервной системы) и SI (симпатический отдел). Было показано, что при нормальном сне имеются хорошо выраженные 90-минутные циклы и постепенное смещение вегетативного баланса к преобладанию тонуса парасимпатической системы в утренние часы (рис.5). Процессы засыпания и пробуждения хорошо выделяются при анализе начальной и конечной частей записи во время сна. В целом качество сна можно характеризовать при помощи графика тренда (рис.6).

Таким образом, использование космической технологии оценки сна в земных условиях весьма перспективно не только для клинической медицины, но и для прикладной физиологии при исследовании состояния здоровья спортсменов, летчиков и людей, работающих в условиях стрессорных воздействий.

Литература:

1 Вейн A.M., Хехт К. Сон человека. Физиология и патология. М., 1989, 272 с.

2.Рябыкина Г.В. Мониторирование ЭКГ с анализом вариабельности ритма сердца. М., 2005, 125 с.

3. Jansen BH, Larson ВВ, Shankar К. Monitoring of the ballistocardiogram with the static charge sensitive bed. IEEE Trans Biomed Eng. 1991 Aug; 38(8): 748-51

4.Баевский P.M., Поляков В.В., Мозер М. и др. Адаптация системы кровообращения к условиям длительной невесомости: Баллистокардиографические исследования во время 14-месячного космического полета. Авиакосмическая и экологическая медицина, 1998, 3, 23-30

5. Заявка на полезную модель Российской Федерации №2007131141 от 16.08.2007

1. Устройство для бесконтактной регистрации физиологических сигналов во время сна, содержащее датчик микродвижений человека в виде сейсмического акселерометра, блоки записи зарегистрированных сигналов и блоки обработки этих сигналов, отличающееся тем, что датчик микродвижений выполнен с возможностью размещения его под подушкой обследуемого и представляет собой плоскую платформу, образованную двумя пластинами, соединенными друг с другом упругими элементами, с расположенным на одной из пластин сейсмическим акселерометром, обеспечивающим регистрацию микроперемещений пластин относительно друг друга, соединяемый с возможностью разъема с корпусом прибора, в котором расположены также соединенные с вышеуказанным разъемом последовательно соединяемые друг с другом блок защиты от статического электричества, микромощный операционный усилитель и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), при этом АЦП соединен с возможностью обратной связи с RISC контроллером, который в свою очередь соединен с возможностью обратной связи с часами реального времени и блоком накопления информации, а блок накопления информации через блок защиты от статического электричества соединен с возможностью разъема с ПК компьютером, расположенным вне корпуса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сейсмический акселерометр соединяется с пластиной с помощью соединительного элемента.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что один из выходов блока защиты от статического электричества соединен с одним из входов аналого-цифрового преобразователя.