Носимый телекоммуникационный комплекс мониторинга функционального состояния человека

Носимый телекоммуникационный комплекс мониторинга функционального состояния человека относится к медицинской технике, а именно к устройствам для контроля и функциональной диагностики. Полезная модель представляет собой носимый телекоммуникационный комплекс, включающий в себя средства измерения артериального давления, количества кислорода в крови, электрокардиограммы; средства мониторинга двигательной активности человека, датчики наклона и падения, модуль определения местоположения человека. Полезная модель содержит средства индивидуального анализа состояния здоровья человека по полученным параметрам, предусмотрена система тревожных сигналов в случае критического состояния человека, реализованы функции аудиодневника пациента, записи информации и передачи ее для последующего более подробного анализа на любые другие цифровые устройства. Полезная модель может быть использована для дистанционного или прямого мониторинга и индивидуального амбулаторного, стационарного или свободного анализа деятельности сердечно-сосудистой, опорно-двигательной и дыхательной системы и свободной двигательной активности одновременно по нескольким физиологическим параметрам, а также для тревожной сигнализации в случае критического функционального состояния человека.

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к устройствам для контроля и функциональной диагностики. Полезная модель может быть использована для дистанционного мониторинга и индивидуального анализа свободной двигательной активности и деятельности сердечно-сосудистой, опорно-двигательной и дыхательной системы человека одновременно по нескольким физиологическим параметрам, а также для индикации и оповещения в случае критического функционального состояния человека по отклонению от задаваемых пороговых значений.

Известен телеметрический комплекс для контроля и диагностики функционального состояния человека. Телеметрический комплекс включает передающую часть, располагаемую на теле человека, и приемную часть. Передающая часть включает последовательно соединенные узел съема физиологических сигналов, содержащий электроды для съема электрических биопотенциалов, узел предварительного усиления, мультиплексор, узел кодирования сигналов и узел инфракрасного излучения. Приемная часть включает последовательно соединенные фотоприемный узел, узел декодирования сигналов, демультиплексор и узел формирования выходных информационных сигналов. При этом узел кодирования сигналов передающей части и узел декодирования сигналов приемной части синхронизированы между собой при помощи соответственно времяимпульсного модулятора и времяимпульсного демодулятора [1].

Недостаток этого устройства заключается в том, что оно не позволяет проводить измерение артериального давления, радиус действия комплекса ограничен пределами прямой видимости между узлом инфракрасного датчика и фотоприемника.

Известно устройство измерения, контроля и мониторинга физиологического состояния человека на основе сотового мобильного телефона, содержащее блок приемопередатчика, модуль для развлекательных функций, содержащий ПЗУ и/или расширенное ОЗУ для хранения музыки или иных звуковых сигналов, содержит компрессионную манжету со встроенным первичным нагнетателем, который соединен с клапаном с регулятором давления, соединенным с маятниковым нагнетателем, датчиком давления и датчиком пульсовой волны, надеваемой на источник давления, датчики давления и пульсовой волны, измеряющие давление и пульс источника давления соединены с аналого-цифровыми преобразователями в сотовом мобильном телефоне через порт, аналогово-цифровые преобразователи соединены с контроллером сотового телефона, контролирующего и сравнивающего значения измеряемых величин с пороговыми, и выдающего, при необходимости, команды на отправку сообщения в медицинский центр посредством SMS-сообщения либо в пакетном виде [2].

Недостаток этого устройства заключается в том, что оно проводит диагностику функционального состояния человека только по сравнению значений систолического и диастолического давления с пороговыми, не содержит контроль и диагностику функционального состояния здоровья человека по данным электрокардиограммы и оксиметрии.

Известно устройство для диагностики функционального состояния органов и организма в целом, включающее блок обработки информации, вход-выход которого соединен с блоком памяти, а второй вход - с блоком управления, буферный каскад - с подключенным на первый вход источником тока, на второй вход - активным электродом, на первый вход которого подключен первый выход буферного каскада, а на второй вход - индифферентный электрод, блок оценки в виде персонального компьютера, вход которого через блок гальванической развязки связан с первым выходом блока обработки информации, видеоконтроллер, включенный между вторым выходом блока обработки информации и дисплеем, при этом буферный каскад включает элементы согласования и преобразования, отличающееся тем, что в него между вторым выходом буферного каскада и первым входом блока обработки информации включен блок вычисления среднего значения, причем все входящие блоки, кроме активного и индифферентного электродов, дисплея и блока оценки, размещены в корпусе из изоляционного материала настольного типа [3].

Недостаток этого устройства заключается в том, что оно имеет достаточно большие габариты, что не позволяет проводить круглосуточную диагностику в свободном для человека режиме, а также отсутствует возможность дистанционного мониторинга двигательной активности человека и тревожного оповещения, не предусмотрена функция определения местоположения человека.

Наиболее близким по своим функциональным возможностям к предлагаемой полезной модели является телеметрический комплекс для контроля и диагностики функционального состояния человека, в частности состояния сердечно-сосудистой системы, состоящий из передающей части, включающей модуль съема физиологических параметров, располагаемый на теле человека, состоящий из последовательно соединенных электродов для съема электрических биопотенциалов и электрического импеданса, узел предварительного усиления, узел кодирования сигналов и приемной части, отличающийся тем, что передающая часть комплекса содержит вычислительный модуль, располагаемый на руке человека, который содержит вычислитель, индикатор, клавиатуру, запоминающее устройство, измеритель артериального давления, узел доступа, причем выход узла кодирования сигналов модуля съема физиологических параметров соединен с вычислителем вычислительного модуля последовательным интерфейсом, индикатор, клавиатура, запоминающее устройство, измеритель артериального давления, узел доступа подключены к соответствующим выводам вычислителя, а приемная часть комплекса содержит информационную сеть, узел хранения, обработки и визуализации информации, причем узел доступа вычислительного модуля передающей части объединен беспроводной связью с информационной сетью приемной части комплекса [4].

Этот комплекс выбран в качестве прототипа предложенного решения.

Первый недостаток комплекса заключается в том, что он не позволяет проводить оксиметрический анализ и круглосуточный мониторинг двигательной активности человека, что существенно ограничивает спектр параметров, по которым можно достоверно и с высокой степенью индивидуальности анализировать состояние здоровья человека.

Второй недостаток связан с отсутствием средств, позволяющих определять местоположение человека, что снижает возможность обнаружения человека и может стать затруднением для оказания человеку необходимой медицинской помощи.

Третий недостаток заключается в том, что не предусмотрена система оперативной обработки показаний и система тревожных сигналов при превышении пороговых значений, работающая в режиме реального времени.

Основной задачей, на решение которой направлена модель, является получение при стационарном, амбулаторном и свободном наблюдении в режиме реального времени полного набора физиологических параметров и характеристик функционального состояния человека в процессе его свободной двигательной активности, а также частичная обработка полученной информации с выдачей тревожных сигналов, определение местоположения человека, передача информации для более подробной обработки и последующих квалифицированных врачебных рекомендаций с выявлением возможных патологий.

Технический результат предлагаемой модели заключается в обеспечении индивидуального амбулаторного, стационарного и свободного анализа физиологических параметров человека в режиме реального времени, пороговые значения которых определяются врачом, с возможностью последующей более точной обработки полученной информации на любых доступных цифровых устройствах, и точном определении местоположения человека, кроме того, в модель вводится система тревожных сигналов, реагирующая на выявление патологических изменений в организме человека.

Указанный технический результат достигается тем, что в полезной модели для повышения достоверности анализа состояния здоровья человека расширяется арсенал технических средств для круглосуточного мониторинга функционального состояния здоровья человека и его двигательной активности. С целью оперативного оказания необходимой медицинской помощи на базе GPS-модуля создана система определения местоположения. Для системы быстрых оповещений критического состояния: индикатор падения на базе акселерометра, индикаторы критического изменения частоты сердечных сокращений и времени между R-R' на базе электрокардиографа, систолического и диастолического давления на базе тонометра, падения количества кислорода в крови на базе оксиметра. Для проведения анализов в свободном двигательном режиме использована компактизация технических средств, а также специальные миниатюрные нательные носимые корпуса. Для обеспечения доступности обработки и хранения информации существенно расширен арсенал предоставляемых протоколов связи полезной модели с любыми другими цифровыми устройствами.

Для достижения технического результата предлагается телекоммуникационный комплекс, который, в отличие от прототипа, включает в себя измерительный модуль 1, процессорный модуль 2, интерфейсный модуль 3 и модуль коммуникации 4, представленные на фиг.1.

В измерительный модуль 1 входят четыре измерительных узла, в частности:

1) узла оксиметрического измерения 5, состоящий из излучателя 6 с фотоприемником 7, гальванической развязки 8, выполняющей защитные функции, вторичного преобразователя 9 и интерфейсной платы 10, служащей для соединения с процессорным модулем 2;

2) узла электрокардиограммы 11, содержащего электроды для съема электрических биосигналов 12, гальваническую развязку 13, выполняющую защитную функцию, а также вторичный преобразователь 14. Связь с процессорным модулем 2 осуществляется также посредством интерфейсной платы 15;

3) узла измерения артериального давления 16, содержащего накачивающую помпу 17 с пневмоклапаном 18, выполняющим функцию стравливания, фиксирующую безболезненную манжету 19, а также датчик давления 20, который передает сигнал в процессорный модуль 2 посредством интерфейсной платы 21;

4) узла измерения свободной двигательной активности 22, состоящего из акселерометра 23, дающего в качестве выходного сигнала значения ускорений по трем взаимно ортогональным осям. Сигнал передается в процессорный модуль 2 при помощи интерфейсной платы 24.

В процессорном модуле 2 осуществляется обработка полученной информации процессором 25 с измерительного модуля 1 и запись ее в карту памяти 26.

Интерфейсный модуль 3 содержит:

1) сенсорный монитор 27, на котором отображается набор физиологических параметров человека, а также задаются их пороговые значения;

2) клавиатуру 28, состоящую из кнопки включения питания прибора, активации сенсорной панели и тревожной кнопки;

3) микрофон 29, наушники 30 и приемопередатчик 31 образуют гарнитуру, выполняющую функцию аудиодневника пациента, а также функцию обратной связи с лечащим врачом.

Модуль коммуникации 4 служит для подключения к любым другим цифровым устройствам с целью более детальной обработки и просмотра всей собранной информации и содержит устройство беспроводной сети Bluetooth и Wi-Fi 32, GSM/GPRS 33 модуль для пересылки тревожных сигналов на рабочий медицинский сервер, а также GPS 34 модуль для определения точного местоположения человека.

Существует вариант, в котором кардиограф, оксиметр, тонометр, процессорный и коммуникационный модуль выполнены в едином носимом корпусе 35, который закрепляется на корпусе человека в области пояса, электроды кардиографа 36 при этом крепятся в области груди, фотоприемник и излучатель оксиметра 37 закрепляются на указательном пальце человека, акселерометр и гарнитура 38 крепятся в области шеи, манжета 39 крепится на плечевой части левой руки (фиг.2).

Существует также вариант, в котором телекоммуникационный комплекс имеет два корпуса: 40 и 41. В корпусе 41 содержится кардиограф, микрофон, динамик и акселерометр, в корпусе 42 - АЦП ЭКГ, модуль коммуникации, процессорный модуль, компрессор, датчик давления, монитор и клавиатура. Электроды кардиографа 43 при этом крепятся в области груди, фотоприемник и излучатель 44 оксиметра закрепляются на указательном пальце человека, манжета 45 крепится на плечевой части левой руки. Корпус 40 крепится в области плеча, корпус 41 крепится в области пояса. Оба корпуса могут соединяться между собой беспроводной и проводной связью (фиг.3).

Телекоммуникационный комплекс работает следующим образом.

Процессорный модуль посылает сигналы запроса на плату ЭКГ, акселерометр, тонометр и оксиметр. Электрические биосигналы с электродов, значение давления в манжете с датчика давления, значения ускорений с акселерометра вдоль трех взаимноортогональных осей, значение количества кислорода в крови с оксиметра проходят обработку АЦП, поступают в процессорный модуль, где происходит дальнейшая фильтрация, обработка и предварительный анализ сигналов, выдача сигналов тревоги (автоматических или в результате нажатия тревожной кнопки, расположенной на корпусе), которые отсылаются по GSM/GPRS вместе с указанием положения по GPS. Затем обработанная информация записывается на карту постоянной памяти, которая может быть передана посредством интерфейса USB, Wi-Fi, Bluetooth или CF на любые другое цифровое устройство для индивидуального анализа. Для обеспечения более длительной работы комплекса предусмотрены энергосберегающие режимы работы процессора и GSM/GPS/GPRS модуля, а также кнопка активации сенсорного экрана.

Литература

1. Патент RU 2175212 С1, кл. А61В 5/04, А61В 5/0205 опубликован 27.10.2001.

2. Патент RU 82416 U1 кл. А61В 5/021, Н04М 1/00 опубликован 27.04.2009.

3. Патент RU 28432 U1, кл. А61В 5/05, опубликован 27.03.2003.

4. Патент RU 75145 U1, кл А61В 5/04, опубликован 27.07.2008.

1. Телекоммуникационный комплекс для контроля и диагностики функционального состояния человека, состоящий из измерительного модуля, предназначенного для расположения на теле человека, включающего узлы съема физиологических сигналов и содержащего электроды для съема электрических биопотенциалов, излучатель и фотоприемник для определения количества кислорода в крови, акселерометр для мониторинга двигательной активности человека, манжету с компрессором и датчиком систолического и диастолического давлений; процессорного модуля, состоящего из процессора, осуществляющего обработку и преобразование сигналов, материнской платы, служащей для соединения устройств измерительного модуля с процессором, карты памяти, предназначенной для хранения обработанной информации; интерфейсного модуля, состоящего из монитора, на который выводится полученная информация, клавиатуры, включающей в себя тревожную кнопку, кнопку активации экрана и кнопку активации прибора, гарнитуры, осуществляющей функцию аудиодневника здоровья человека и функцию обратной связи с врачом; модуль коммуникации, включающий в себя GSM/GPRS узел, служащий для передачи сигналов тревоги, GPS узел, определяющий местоположение человека, Wi-Fi и Bluetooth узел, осуществляющий передачу собранной информации на любое другое цифровое устройство.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в нем предусмотрена система питания от энергосети или другого устройства.

3. Комплекс по п.1 или 2, отличающийся тем, что он имеет функцию связи с отдельными стационарными мониторами и системными блоками.

4. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что он имеет открытую блочно-модульную архитектуру с возможностью оперативной компоновки средств измерительного, процессорного, интерфейсного, коммуникационного модулей.

5. Комплекс по п.1 или 4, содержащий одно или несколько диагностических устройств из ряда: глюкометр, электроэнцефалограф, электрогастрограф, электродермографы, термометр, реодермограф, электромиограф, пульсотахограф, сфигмоманометр, спирограф, фонокардиограф, фоноспирограф, фоногастрограф, электромиорефлексометр, электроодонтометр, фотосенсометр, фоносенсометр, аудиометр, прессосенсометр, термосенсометр, дозиметр, датчик ядовитых газов в окружающей среде, капнометр, циркулосенсометр.