Устройство мониторинга показателей жизнедеятельности ребёнка

Область техники, к которой относится полезная модель
[0001] Предложенное техническое решение относится к медицинским устройствам измерения для диагностических целей, а именно к устройствам мониторинга показателей жизнедеятельности детей в возрасте, например, до полутора лет.
Уровень техники
[0002] Известно устройство мониторинга показателей жизнедеятельности ребёнка, раскрытое в US2015157263, опубл. 11.06.2015, и содержащее измерительный блок, включающий в себя датчик измерения частоты сердечных сокращений и насыщения крови кислородом и датчик температуры кожных покровов. Известное устройство принято в качестве наиболее близкого аналога.
[0003] В известном техническом решении данные с датчика температуры кожных покровов используются для корректировки показаний самого датчика для измерения частоты сердечной деятельности и насыщения артериальной крови кислородом и не предназначены последующей передачи в другие устройства для их интерпретации в удобочитаемый для пользователя формат. Поэтому посредством известного технического решения пользователь не может установить температуру кожных покровов. В известном техническом решении отсутствует отдельный (самостоятельный) датчик температуры кожных покровов, данные с которого передаются в другие устройства для их последующей интерпретации в удобно читаемом для пользователя формате.
[0004] На температуру кожных покровов тела, например, нижней части конечностей, в частности ноги, оказывают влияние физиологические процессы, происходящие в теле человека, а также окружающая среда. Другими словами, изменение температуры кожных покровов тела человека может обусловлено как внутренними факторами (физиологическими процессами в теле человека), так и внешними (окружающей средой). Для целей диагностики важно выявить изменение физиологических процессов в теле человека и исключить влияние окружающей среды или уменьшить его до величины погрешности. Сведения, регистрируемые датчиком температуры кожных покровов, являются некорректными и сложно интерпретируемые, поскольку нельзя точно установить, что изменение температуры обусловлено физиологическим процессами в теле, а не воздействием окружающей среды.
[0005] Техническая проблема заключается в создании многофункционального устройства, выполненного с возможностью получения различной диагностической информации с высокой степенью точности удобным для пользователя способом, например, сведений о температуре кожных покровов.
Раскрытие сущности полезной модели
[0006] Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства мониторинга показателей жизнедеятельности ребёнка за счёт получения диагностической информации с высокой степенью точности.
[0007] Технический результат достигается за счёт того, что устройство мониторинга показателей жизнедеятельности ребёнка содержит измерительный блок, включающий в себя средство измерения частоты сердечных сокращений и насыщения крови кислородом, датчик температуры кожных покровов, датчик температуры окружающей среды и датчик прижатия к телу.
[0008] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что измерительный блок содержит датчик движения.
[0009] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что датчик движения представляет собой акселерометр.
[0010] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что оно выполнено с возможностью беспроводной зарядки.
[0011] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что оно выполнено с возможностью крепления к ноге.
[0012] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что датчик температуры является бесконтактным датчиком температуры.
[0013] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что оно выполнено с возможностью передачи данных во внешнее устройство.
[0014] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что оно выполнено с возможностью передачи данных во внешнее устройство посредством беспроводного канала связи.
[0015] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что оно выполнено с возможностью переключения на внутренний источник питания при отключении внешнего источника питания.
Краткое описание чертежей
[0016] На фиг. 1 представлен общий вид предпочтительного варианта использования предложенного технического решения.
[0017] На фиг. 2 представлена структурная схема предпочтительного варианта выполнения предложенного технического решения.
[0018] На фиг. 3, 4 представлена реализация регистратора предпочтительного варианта выполнения предложенного технического решения в разобранном виде.
[0019] На фиг. 5 представлен общий вид печатной платы.
[0020] На фиг. 6 представлен схематический чертёж системы мониторинга показателей жизнедеятельности.
Осуществление полезной модели
[0021] На фиг. 1 представлен предпочтительный вариант выполнения устройства 1 мониторинга жизнедеятельности ребёнка (далее - пинетка 1). Пинетка 1 предназначена для мониторинга показателей жизнедеятельности ребёнка в возрасте до полутора лет, выполнена носимой, с возможностью крепления на ноге 2 и содержит две рабочие части: держатель 3 и регистратор 4.
2
[0022] Пинетка 1 выполнена с возможностью регистрации частоты сердечных сокращений (определение пульса), уровня насыщения крови кислородом (SpO), частоты дыхательных движений, температуры кожных покровов, в частности температуры кожного покрова в месте крепления к телу, и положения тела в пространстве посредством неинвазивных методов, а также с возможностью детектирования плотности прижатия к телу человека.
[0023] Держатель 3 пинетки 1 предназначен для размещения и крепления регистратора 4 на теле человека, выполнен с возможностью крепления к телу человека, например, вокруг ноги 2, представляет собой многослойную тканевую повязку с тремя участками 5, 6, 7: участок 5 - для обхвата лодыжки, участок 6 - для обхвата стопы и соединительный участок 7. Держатель 3 содержит средство крепления регистратора 4 и выполнен с возможностью размещения внутри себя регистратора 4. Участок 5 для обхвата лодыжки обхватывает ногу 2 в районе лодыжки и фиксируется посредством контактной ленты (застёжки-липучки) с внешней стороны держателя 3. Участок 6 для обхвата стопы обхватывает ногу 2 в районе стопы и затягивается, например, под мизинцем. Соединительный участок 7 соединяет участок 5 для обхвата лодыжки и участок 6 для обхвата стопы. Участок 5 для обхвата лодыжки и участок 6 для обхвата стопы выполнены с возможностью плотной фиксации на ноге, что позволяет предотвратить снятие пинетки 1 с ноги 2 ребёнком своей второй ногой.
[0024] На Фиг. 2 представлена структурная схема регистратора 4 пинетки 1. Регистратор 4 пинетки 1 содержит измерительный блок 8, блок 13 питания, контроллер 14, блок 15 связи. Блок 13 питания соединён с измерительным блоком 8, контроллером 14 и блоком 15 связи. Измерительный блок 8 соединён с контроллером 14. Контроллер 14 соединён с блоком 15 связи.
[0025] Измерительный блок 8 содержит датчик 9 измерения частоты сердечной деятельности и насыщения крови кислородом (далее - пульсоксиметр 9), датчик 10 температуры кожного покрова, датчик 11 температуры окружающей среды и акселерометр 12.
[0026] Пульсоксиметр 9 представляет собой оптический датчик, содержит корпус, красный источник излучения, инфракрасный источник излучения, по меньшей мере, один приёмник излучения (фотоприёмник). Пульсоксиметр 9 имеет цифровой интерфейс для конфигурирования его режимов работы и передачи данных в контроллер 14. Красный источник излучения, инфракрасный источник излучения и, по меньшей мере, один приёмник излучения (фотоприёмник) интегрированы в корпус пульсоксиметра 9. Пульсоксиметр 9 реализован на базе сенсорного модуля MAX30102. В процессе проведения измерения используется канал красного и инфракрасного света с возможностью регулирования из контроллера 14 программным образом через цифровой интерфейс интенсивность свечения и длительность сеансов измерения, что позволяет выбрать оптимальную по соотношению точность/энергопотребление частоту дискретизации для вычисления показателей пульса и насыщения крови кислородом, например, у новорождённого. В месте контакта с ногой 2 ребёнка пульсоксиметр 9 излучает попеременно красный и инфракрасный свет, а его фотоприёмник измеряет соответствующий уровень отражённого от тела оптического сигнала. На основе анализа оцифрованных с фотоприёмника сигналов инфракрасного и красного света может быть вычислена частота сердечных сокращений, насыщенность крови кислородом, частота дыхательных движений.
[0027] Датчик 10 температуры кожных покровов выполнен с возможностью измерения температуры кожного покрова в точке приложения к телу, представляет собой оптический датчик температуры и является бесконтактным приёмником инфракрасного излучения тела человека. Датчик 10 кожных покровов настроен на измерение температуры кожного покрова с точностью 0,3 градуса в медицинском диапазоне 34-42 градуса Цельсия. Датчик 10 температуры кожных покровов выполнен с возможностью передачи данных в контроллер 14 и является бесконтактным.
[0028] Датчик 11 температуры окружающей среды представляет собой известный из уровня техники оптический датчик температуры, предназначен для регистрации температуры окружающей среды вокруг ребёнка и расположен в непосредственной близости от места измерения температуры кожных покровов, но при этом максимально изолирован от воздействия от теплового потока тела человека. Данные, принятые от датчика 11 температуры окружающей среды, используются для корректировки показаний датчика 10 температуры кожных покровов, что увеличивает точность измерения температуры кожных покровов. Датчик 11 температуры окружающей среды выполнен с возможностью передачи данных в контроллер 14. В предпочтительном варианте датчик 11 температуры окружающей среды расположен на противоположной от стопы стороне, по этой причине он вынесен на конец гибкой части регистратора 4, что является оптимальным.
2
[0029] Применение датчика 10 температуры кожных покровов в пинетке 1 позволяет, в частности выявлять «белую» лихорадку и «красную» лихорадку. В случае «белой» лихорадки из-за высокой температуры происходит спазм периферических сосудов с последующим переохлаждением конечностей, что опасно для детей возрастом от рождения до года, так как может привести к осложнениям, например, фебрильным судорогам, помутнению сознания, нарушению работы центральной нервной системы, галлюцинациям. В случае «красной» лихорадки происходит существенное увеличение температуры тела (от градуса и более) за непродолжительный промежуток времени. Повышение температуры тела выше 38 градусов Цельсия может свидетельствовать о воспалительных процессах в организме, которые требуют вмешательства. Выявление симптомов посредством датчика 10 температуры кожных покровов позволяет заранее начать соответствующее лечение. Исключение или снижение влияния окружающей среды до величины погрешности позволяет более точно диагностировать изменения в физиологических процессах, происходящих в теле человека. Кроме того, обеспечение возможности измерения температуры окружающей среды позволяет также следить за нахождением тела в комфортном температурном диапазоне (например, детектировать перегрев воздуха и исключать перегрев тела под одеялом, устранять холод, например, при открытии окна, снятом одеяле и т. п.). Анализ температуры окружающей среды позволяет также вести анализ корреляции изменения температуры с изменениями показателями жизненно важных функций, например, таких, как SpO, Hr (пульс), циклы дыхания, и качеством сна.
[0030] Размещение датчика 10 температуры кожных покровов в зоне измерения температуры также важно, поскольку повышает точность вводимых поправок. Измерение температуры окружающей среды внешним устройством, которое расположено на значительном расстоянии от места измерения температуры кожных покровов, нецелесообразно, поскольку разница в температурах может быть значительной. Например, когда ребёнок укрыт, он сам выделяет тепло, температура под одеялом будет выше, чем в месте, где расположено внешнее устройство измерения температуры окружающей среды, либо такой же если он раскрылся.
[0031] Акселерометр 12 выполнен с возможностью выявления движений и положения тела в пространстве, в частности, выполнен с возможностью измерения проекции гравитационного ускорения относительно своей оси, и выполнен в виде LIS3DH 3-axis MEMS. С помощью данных о наличии движений от акселерометра 12 также производится оценка точности полученных от оптического датчика данных. В случае обнаружения в определённом временном интервале движения с ускорением, превышающим установленный порог, расчёт частоты сердечных сокращений, дыхательных движений и насыщения крови кислородом не производится в этом временном интервале для обеспечения необходимой точности в показаниях. Акселерометр 12 предназначен для обнаружения движений ребёнка (например, для контроля качества сна и пробуждения), компенсации измерений пульсоксиметра 9, а также для определения положения тела ребёнка в пространстве с целью выявления случаев его переворачивания на живот. Такое положение ребёнка считается небезопасным, поскольку может наступить остановка дыхания. Акселерометр 12 выполнен с возможностью передачи данных в контроллер 14. Данные, полученные акселерометром 12 могут быть использованы, например, для трекинга сна, т.е. для анализа качества сна, который может быть получен путём обработки данных о количестве движений во сне, количества пробуждений, плача, а также выявления фаз сна, которые могут бытьполучены на основании частоты сердцебиения.
[0032] Блок 13 питания содержит источник питания. Блок 13 питания выполнен с возможностью беспроводной зарядки источника питания и содержит средство зарядки источника питания. Блок 13 питания выполнен с возможностью обмена данными с контроллером 14, в частности, блок 13 питания выполнен с возможностью отправки данных в контроллер 14, например, информации о начале зарядки. Источник питания с многократной перезарядкой подключается к цепи электрического питания пинетки 1 через элементы (схему) защиты заряда/разряда.
2
[0033] Контроллер 14 выполнен с возможностью сбора данных от измерительного блока 8, а также формирования и передачи данных в блок 15 связи. Взаимодействие между измерительным блоком 8 и контроллером 14 осуществлено по шине IC. Контроллер 14 реализован на микроконтроллере ARM архитектуры.
[0034] Блок 15 связи выполнен с возможностью принятия данных из контроллера 14 и передачи их во внешнее устройство по беспроводному каналу связи. Блок 15 связи представляет собой беспроводной модуль приёмопередатчика стандарта Bluetooth Low Energy (далее - BLE) 5.
[0035] Измерительный блок 8 также снабжён датчиком прижатия пинетки 1 к телу человека. В предпочтительном варианте выполнения предложенного технического решения в качестве датчика прижатия пинетки 1 к телу человека используется пульсоксиметр 9. Пинетка 1 выполнена с возможностью измерения плотности прижатия к телу человека.
[0036] На фиг. 3 представлен вид сверху регистратора 4, а на фиг. 4 представлен вид снизу регистратора 4. Регистратор 4 пинетки 1 содержит пластиковый корпус и печатную плату для размещения на ней электронных компонентов.
[0037] Корпус включает в себя верхнюю часть 16 и нижнюю часть 17, в которой выполнено отверстие 18.
[0038] Датчик 11 температуры окружающей среды ориентирован в сторону от пинетки 1, от тела.
[0039] Пульсоксиметр 9, датчик 10 температуры кожных покровов и датчик 11 температуры окружающей среды изолированы от тела ребёнка с использованием эластичного материала, прозрачного в красном и инфракрасном спектрах и интегрированного в держатель 3.
[0040] В качестве источника питания используется литий-ионный аккумулятор 19 со схемой защиты заряда/разряда.
[0041] Упомянутая беспроводная зарядка выполнена по технологии Qi WPC 1.2, а упомянутое средство зарядки источника питания представляет собой микросхему приёмника 20, выполненную с возможностью работы по технологии Qi WPC 1.2, и плоскую катушку индуктивности с экранированием одной из сторон ферритовым кольцом.
[0042] Для осуществления беспроводной зарядки пинетка 1 содержит средство крепления к стационарному источнику питания (передатчику в базе) и представляющее собой интегрированные в корпус регистратора 4, например, точечные неодимовые, магниты 21.
[0043] На фиг. 5 представлен общий вид печатной платы 22. Печатная плата 22 содержит три части: основную часть 23, дополнительную часть 24 и соединительную часть 25.
[0044] Основная часть 23 печатной платы 22 выполнена жёсткой, размещена в корпусе и предназначена для размещения на ней электронных компонентов, в частности контроллера 14. На основной части 23 печатной платы 22 также размещены блок 15 связи, датчик 10 температуры кожных покровов, схема заряда и защиты, акселерометр 12 и блок 13 питания. Датчик 10 температуры кожных покровов расположен на основной части 23 печатной платы 22 расположен напротив отверстия 18 нижней части 17.
[0045] Дополнительная часть 24 печатной платы 22 выполнена жёсткой, размещена вне корпуса и предназначена для размещения на ней электронных компонентов. На дополнительной части 24 печатной платы 22 расположен пульсоксиметр 9. Датчик 11 температуры окружающей среды соединён через дополнительную часть 24 печатной платы 22 с соединительной частью 25. Пульсоксиметр 9 считывает показания с нижней части стопы ребёнка, где находятся больше количество мягких тканей с большим количеством капилляров.
[0046] Соединительная часть 25 печатной платы 22 выполнена гибкой, содержит проводники, например, металлизированные. Соединительная часть 25 печатной платы 22 предназначена для обеспечения обмена данными между устройствами основной части 23 печатной платы 22 и устройствами, расположенными на другом его конце: пульсоксиметром 9 и датчиком 11 температуры окружающей среды. Соединительная часть 25 печатной платы 22 соединена с основной частью 23 печатной платы 22 и дополнительной частью 24 печатной платы 22.
[0047] На фиг. 6 представлена система 26 мониторинга показателей жизнедеятельности ребёнка, в которой используется предпочтительный вариант выполнения предложенного технического решения. Система 26 мониторинга показателей жизнедеятельности ребёнка содержит пинетку 1 и внешнее устройство 27, выполненное с возможностью обмена данными с пинеткой 1 посредством сети 28 и представляющее собой по меньшей мере одно известное из уровня техники устройство, систему, комплекс устройств, выполненное с возможностью обработки данных, принимаемых от пинетки 1.
[0048] Пинетка 1 работает, и её используют следующим образом.
[0049] Пинетку 1 закрепляют на ноге 2 ребёнка, как показано на фиг. 1.
[0050] Контроллер 14 принимает первичные данные с пульсоксиметра 9, датчика 10 температуры кожных покровов, датчика 11 температуры окружающей среды, акселерометра 12, упаковывает их. Внешнее устройство 27 передаёт по сети 28 в пинетку 1 запрос на получение данных. Пинетка 1 принимает запрос на отправку данных, принятый от внешнего устройства 27, и по сети 28 посредством блока 15 связи передаёт упакованные собранные с измерительного блока 8 первичные данные во внешнее устройство 27. Внешнее устройство 27 принимает и распаковывает данные с датчиков, а затем на основе них, используя алгоритмы цифровой обработки сигнала, вычисляет итоговые показатели жизненно важных функций. В случае выявления тревожных и угрожающих здоровью и жизни состояниях ребёнка, например, низкий уровень кислорода в крови, низкая или высокая частота пульса и дыхания, внешнее устройство 27 оповещает, по меньшей мере, одного пользователя, например, родителя, посредством, например, светового сигнала и/или звукового сигнала и/или сообщения на дисплее. Для выявления тревожных ситуаций используются не абсолютные значения показателей жизнедеятельности ребёнка, а оценивается их изменение с течением времени.
[0051] Поправочный коэффициент K может быть получен следующим образом, например, во время калибровки. Составляют график зависимости температуры окружающей среды в непосредственной близости к месту измерения (в данном случае стопой) и температурой кожного покрова к месту измерения. Постепенно повышая температуру окружающей среды, получают данные повышения температуры кожного покрова. Обрабатывая полученные графики, выводят коэффициент поправки - K, который используется для постоянной правки. Используя упомянутый поправочный коэффициент K, вычисляют, например, в контроллере 14 или во внешнем устройстве, истинное значение температуры кожных покровов в текущих температурных условиях окружающей среды в непосредственной близости от места измерения температуры кожных покровов. Таким образом, получают более точные данные о температуре кожного покрова в месте измерения (в данном случае стопы).
[0052] Описанный выше вариант выполнения предложенного технического решения является примерным вариантом его выполнения. Специалисту в данной области техники очевидны иные варианты выполнения тех или иных признаков предложенного технического решения с использованием иных материально-технических средств, имеющих, например, иную форму, размеры. Ниже представлены возможные примеры альтернативных вариантов выполнения признаков предложенного технического решения.
[0053] В других вариантах выполнения предложенного технического решения держатель 3 может быть выполнен единым целым. В других вариантах выполнения предложенного технического решения держатель 3 полностью или по меньшей мере одна его часть может быть выполнена из известного из уровня техники материала, например, тканевого, полимерного, предпочтительно безопасного для кожи. Держатель 3 может быть выполнен, например, из гипоаллергенной ткани, эластичным, с возможностью стирки. Держатель 3 предпочтительно изготовлен из дышащих материалов, материалов без раздражающих, химических запахов (например, клей и прочие). Держатель 3 предпочтительно имеет качественно выполненную прострочку, что позволит, например, исключить натирание кожи, и/или каких-либо торчащих нитей. Держатель 3 может быть выполнен с возможностью изменения размера для надевания предложенного технического решения на детей различных размеров и/или на одного ребёнка, который взрослеет. Держатель 3 может быть выполнен с возможностью крепления на по меньшей мере одной заданной части тела, например, ноге.
[0054] В других вариантах выполнения предложенного технического решения держатель 3 может быть содержать средство крепления регистратора 4 на своей поверхности и/или внутри себя, например, карман, завязки, пазы. Держатель 3 может быть выполнен с возможностью удержания по меньшей мере одного устройства, например, измерительного датчика, устройства измерения, и может содержать полость для по меньшей мере одного устройства, выполненную, например, водостойкой, пылезащищённой и/или водонепроницаемой.
[0055] В других вариантах выполнения предложенного технического решения соединительный участок 7 может отсутствовать или обеспечивать собой жёсткое или подвижное соединение, например, посредством шарнирного соединения, с участком 5 для обхвата лодыжки и/или с участком 6 для обхвата стопы. В других вариантах выполнения предложенного технического решения соединительный участок 7 может быть выполнен из по меньшей мере одного известного из уровня техники материала, тканевого, полимерного и т.п.
[0056] В других вариантах выполнения предложенного технического решения участок 5 для обхвата лодыжки и/или участок 6 для обхвата стопы может представлять собой гибкую ленту, манжету, повязку, полоску и т.п.
[0057] В других вариантах выполнения предложенного технического решения участок 5 для обхвата лодыжки и/или участок 6 для обхвата стопы может быть закреплён на теле человека посредством известных из уровня техники средств крепления, например, текстильных застёжек, застёжек-молний, застёжек грибок-грибок, крючков, петель, пуговиц, кнопок, верёвочек и т.п., и/или посредством образования узлов, при этом средства крепления могут быть расположены снаружи и/или и внутри держателя 3.
[0058] В предпочтительном варианте осуществления предложенного технического решения пульсоксиметр 9 реализован на основе сенсорного модуля МАХ301002, представляющего собой однокорпусный двухканальный оптический датчик. Использование указанного сенсорного модуля предпочтительно, поскольку электронная схема сбора данных в его составе характеризуется низким уровнем собственного шума и обеспечивает подавление внешней засветки. На точность работы пульсоксиметра 9 может влиять расстояние от него до тела, двигательная активность человека и стабильность напряжения питания. Сенсорный модуль MAX30102 может быть программно переведён в режим ожидания с практически нулевым током потребления, что, например, экономит заряд аккумуляторной батареи. Очевидно, что в других вариантах выполнения предложенного технического решения пульсоксиметр 9 может быть реализован на основе по меньшей мере одного известного из уровня техники модуля, в частности, однокорпусного двухканального оптического датчика, или сочетания электронных устройств, например, в которых источники излучения и приёмники излучения удалены друг от друга, например, как в ближайшем аналоге.
2
[0059] Цифровой интерфейс может быть реализован на базе, по меньшей мере, одной известной из уровня техники последовательной шины обмена данными, например, IC, SPI или UART.
[0060] В пульсоксиметрах, в которых источник излучения и приёмник излучения, например, в наиболее близком аналоге, расположены удалённо друг от друга, в случае с малыми размерами ноги ребёнка, в частности, новорождённого, может быть потеряно большое количество света из-за распространения его в разных направлениях. Это снижает чувствительность и уменьшает вероятность фиксации корректных показаний в случае небольших движений тела или небольшого отхождения от точного места установки. Использование однокорпусного двухканального оптического датчика по сравнению с пульсоксиметрами, в которых источники излучения и приёмники излучения расположены удалённо друг от друга, например, как в наиболее близком аналоге, позволяет повысить точность за счёт фиксации большего процента испускаемого света в фотоприёмнике, а, следовательно, повысить стабильность расчёта показателей жизненно важных функций при небольших движениях.
[0061] В описанным выше предпочтительном варианте выполнения предложенного технического решения датчик 10 температуры кожных покровов представляет собой бесконтактный оптический датчик. Очевидно, что в других вариантах выполнения предложенного технического решения датчик 10 температуры кожных покровов может представлять собой, по меньшей мере, один известный из уровня техники контактный или бесконтактный датчик температуры, например, может быть выполнен в виде SMD (surface mounted device). Примером такого известного из уровня техники датчика температуры может быть инфракрасный датчик, термометр сопротивления. Датчик 10 температуры кожных покровов предпочтительно имеет энергонезависимую память для хранения калибровочных данных, записанных на заводе-изготовителе. Использование калибровочных данных позволяет получать истинные значения температуры с ошибкой не более ±0.3 градуса в медицинском диапазоне 34-42 градуса Цельсия. Очевидно, может быть использован иной датчик с иным, например, более широким, динамическим диапазоном измерения температуры, например, датчик измерения температуры общего назначения. Использование датчика измерения температуры общего назначения не рекомендуется, поскольку он имеет меньшую точность. Использование бесконтактных датчиков предпочтительно, поскольку при контакте термочувствительного элемента с поверхностью кожного покрова происходит холодовое раздражение соответствующего участка кожного покрова, что ведёт к снижению температуры наружных кожных покровов и к уменьшению теплоотдачи, а также данный тип датчиков, в отличие от контактных, не изменяет свои показания при отхождении датчика от тела на расстоянии до 10 мм, что в свою очередь позволяет сохранить точность измерений при ослаблении крепёжных элементов. Результаты испытания показали, что используемый в предпочтительном варианте выполнения предложенного технического решения инфракрасный цифровой датчик температуры Melexis MLX90632 (Medical grade) позволяет точно и стабильно измерять температуру кожного покрова даже при отхождении предложенного технического решения от тела. Это медицинский диапазон, указанный в датчике Melexis.
[0062] Датчик 10 температуры кожных покровов представляет собой инфракрасный цифровой датчик температуры, например, Melexis MLX90632 или Exelitas TPiS 1S 1835.
[0063] В других вариантах выполнения предложенного технического решения датчик 11 температуры окружающей среды может представлять собой по меньшей мере один известный из уровня техники датчик. Например, STLM20W87F от ST или 702-101BBB-A00 от Honeywell. Точность измерения температуры таких датчиков зависит в первую очередь от стабильности их напряжения питания. Датчик 11 температуры окружающей среды, датчик 10 температуры кожных покровов могут быть выполнены одинаковыми.
[0064] Датчик 10 температуры кожных покровов и/или датчик 11 температуры окружающей среды предпочтительно представляет собой, по меньшей мере, один известный из уровня техники цифровой датчик температуры. Использование цифрового датчика температуры предпочтительно, поскольку он имеет малые размеры, меньшее потребление тока и не требует для корректировки своих показаний дополнительный модуль температурного внешнего датчика, расположенного в непосредственной близости, т.к. аналоговые датчики температуры его требуют.
[0065] Пульсоксиметр 9, датчик 10 температуры кожных покровов и датчик 11 температуры окружающей среды изолированы от тела ребёнка с использованием, по меньшей мере, одного известного из уровня техники оптически прозрачного материала заданной толщины, например, до 150 мкм, при этом упомянутый материал может быть выполнен гибким и/или прозрачным для оптического излучения, по меньшей мере, одного источника излучения, используемых в предложенном техническом решении.
[0066] В других вариантах выполнения предложенного технического решения акселерометр 12 представляет собой известный из уровня техники трёхосевой акселерометр. Например, MPU6050 от InvenSense Inc. Или MMA7450 от FreeScale. В других вариантах выполнения предложенного технического решения акселерометр 12 может отсутствовать. Однако, использование акселерометра предпочтительно, поскольку данные, принятые от него, используется для компенсации движений, например, ноги, что повышает точность измерений. Акселерометр 12 является датчиком движения. В других вариантах выполнения предложенного технического решения в качестве акселерометра 12 может быть использован, по меньшей мере, один иной известный из уровня техники датчик движения, например, датчик наклона, гироскоп, при этом такой датчик движения может быть выполнен с возможностью детектирования положения предложенного технического решения в пространстве и/или изменения положения в пространстве предложенного технического решения и/или измерения скорости изменения положения в пространстве предложенного технического решения.
[0067] В других вариантах выполнения предложенного технического решения блок 13 питания может быть реализован на основе, по меньшей мере, одного известного из уровня техники источника питания. Источник питания может быть выполнен съёмным, несъёмным, с многократной перезарядкой, без многократной перезарядки и т. п. Источник питания может представлять собой, по меньшей мере, один известный из уровня техники аккумулятор, гальванический элемент и т.п., например, литий-ионный, никель-кадмиевый. Очевидно, что блок 13 питания может быть выполнен с возможностью индикации оставшегося заряда источника питания. Блок 13 питания может быть соединён с внешним источником питания для обеспечения постоянным питанием предложенного технического решения. Блок 13 питания может быть выполнен с возможностью автоматического и/или ручного переключения питания от внешнего источника питания или внутреннего источника питания, при пропадании соответственно внутреннего питания или внешнего питания для, например, бесперебойного, электроснабжения устройств предложенного технчиеского решения и содержать схему, позволяющую осуществить автоматическое и/или ручное переключение питания от внешнего источника питания на внутренний источник питания при отключении внешнего источника питания или внутреннего источника питания на внешний источник питания, например, при отключении внутреннего источника питания. Блок питания 13 может содержать схему автоматического ввода резерва. Это позволит расширить функциональные возможности предложенного технического решения.
[0068] В других вариантах выполнения предложенного технического решения зарядка, по меньшей мере, единого источника питания может быть беспроводной и/или проводной. В случае проводной зарядки регистратор 4 может быть снабжён интерфейсами для подключения внешнего источника питания. В предпочтительном варианте выполнения предложенного технического решения используется технология беспроводной зарядки по стандарту WPC Qi 1.2, позволяющая использовать как собственные зарядные устройства, так и широко представленные на рынке готовые зарядные станции. Преимуществом использования именно WPC Qi 1.2 зарядки перед общим индуктивным способом является то, что есть возможность за счёт обмена данными меду приёмником и передатчиком Qi отключать передатчик в случаях: детектирования опасных для приёмника наведённых напряжений, окончания заряда батареи и прочих неисправностях приёмника. Это предотвращает повреждение или даже возгорание приёмника, - а значит повышается безопасность предложенного технического решения. Кроме того, беспроводная зарядка, например, стандарта Qi WPC 1.2, позволяет расширить функциональные возможности, упростить конструкцию предложенного технического решения, скрыть токоведущие металлические части от контакта с телом, повысить надёжность за счёт отсутствия механических соединений. Очевидно, что технология беспроводной зарядки может быть реализована на основе, по меньшей мере, одного известного из уровня техники стандарта.
[0069] В других вариантах выполнения предложенное техническое решение может быть выполнено с возможностью беспроводной зарядки и/или проводной зарядки источника питания по известным из уровня техники технологиям. Очевидно, что предложенное техническое решение может быть выполнено без возможности зарядки источника питания, например, когда источник питания представляет собой известный из уровня техники источник питания без возможности перезарядки и/или несъёмным.
[0070] Средство крепления к стационарному источнику питания может представлять собой известное из уровня техники устройство, выполненное с возможностью соединения с другими устройством, в частности, с опорой, и может представлять собой магнит, выступ, паз, углубление, защёлку, кнопку, зацеп и т. п.
[0071] Контроллер 14 может быть реализован на основе, по меньшей мере, одного известного из уровня техники микроконтроллера известной из уровня техники архитектуры (AMR, AVR, MSP430 и т.п.). Контроллер 14 может быть выполнен с возможностью буферизации (упаковки) сигналов, принятых от измерительного блока 8 и/или без буферизации (упаковки) сигналов принятых от измерительного блока 8. Также контроллер 14 может быть выполнен с возможностью обработки, и/или преобразования, и/или вычисления, по меньшей мере, одной величины, например, показателя жизненно важной функции, и/или без обработки, и/или без преобразования, и/или без вычисления, по меньшей мере, одной величины, например, показателя жизненно важной функции. Например, контроллер 14 выполнен с возможностью буферизации (упаковки) сигналов, принятых из блока 8 измерения, в пакеты данных для блока 15 связи. Контроллер 14 выполнен с возможностью принятия данных из внешних по отношению к нему устройств, производить при необходимости их обработку, и/или вычисления, и/или преобразование, а результаты обработки, и/или вычисления, и/или преобразования могут быть переданы во внешние по отношении к нему устройства. Очевидно, контроллер предпочтительно снабжён, по меньшей мере, одним известным из уровня техники машиночитаемым носителем. На упомянутом, по меньшей мере, одном машиночитаемом носителе могут быть записаны, например, данные, принятые от устройств измерительного блока 8, результаты обработки, преобразования данных, принятых от внешних устройств, результаты вычисления, алгоритмы обработки, преобразования, вычисления данных, например, физических величин, в частности, по меньшей мере, одного показателя жизненно важных функций, данные о работе контроллера 14 и т.п.
[0072] В других вариантах выполнения предложенного технического решения контроллер 14 выполнен с возможностью обмена данными с другими устройствами посредством, по меньшей мере, одного известного из уровня техники соединения, предназначенного для передачи данных. Например, SPI или UART.
[0073] Вычисление частоты сердечных сокращений, насыщенности крови кислородом, частоты дыхательных движений может быть выполнено контроллером 12 и/или внешним устройством 27.
[0074] В других вариантах выполнения предложенного технического решения блок 15 связи представляет собой, по меньшей мере, одно известное из уровня техники устройство, выполненное с возможностью передачи или обмена данными по проводному и/или беспроводному каналу связи с по меньшей мере одним внешним устройством посредством по меньшей мере одной известной из уровня техники технологии, например, по Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, USB, RS-485, Ethernet и т.п. Применение BLE 5 позволяет от трёх до пяти раз снизить энергопотребление в режиме приёма (ожидания) по сравнению с BLE 4, увеличить от четырёх до пяти раз расстояние от предложенного технического решения до внешнего устройства, повысить стабильность при наличии помех от Wi-Fi устройств. Кроме того, по сравнению с BLE 4 в BLE 5 увеличен объём передаваемых данных (251 байт против 32 байта). Это позволяет передавать данные от измерительного блока 8, по меньшей мере, в одно внешнее устройство, в котором происходит их обработка и анализ. Так в предпочтительном варианте выполнения во внешнее устройство передаются первичные (необработанные, «сырые», RAW) данные для последующей их обработки, по меньшей мере, в одном внешнем устройстве. Перенос обработки данных, по меньшей мере, в одно внешнее устройство позволяет снизить энергопотребление предложенного технического решения и увеличить продолжительность работы в автономном режиме. Кроме того, это позволяет использовать более точный и ресурсоёмкий алгоритм расчёта показателей жизненно важных функций, в частности, вычисление пульса, положения тела в пространстве, насыщения крови кислородом, частоты дыхательных движений, температуры кожных покровов. BLE 5 обеспечивает пропускную способность, достаточную для передачи первичных данных с частотой измерения не менее 25 Гц, например, от пульсоксиметра 9.
[0075] В других вариантах выполнения предложенного технического решения датчик прижатия предложенного технического решения к телу человека (или просто «датчик прижатия к телу») может содержать по меньшей мере один известный из уровня техники датчик давления, например, емкостной, оптический датчик, и/или меньшей мере один известный из уровня техники датчик приближения, например, емкостной датчик, который может быть расположен в зоне мизинца. Датчик прижатия к телу человека может быть приспособлен для измерения плотности прижатия к телу человека и/или расстояния от предложенного технического решения до тела. Очевидно, что датчик прижатия к телу человека может быть контактным и/или бесконтактным. При измерении плотности прижатия (прилегания) к телу человека измеряют количество света, регистрируемого приёмником излучения, например, приёмником излучения пульсоксиметра 9. Предварительно производят заводскую калибровку, в результате которой получают номинальное значение (уровень отсчёта) данного показателя, которое соответствует оптимальному уровню затяжки (прижатия к телу человека) предложенного технического решения. В случае если предложенное техническое решение очень плотно прилегает к телу человека, то количество света, принимаемое приёмником излучения, будет больше номинального значения. В случае если плотность прилегания слабая (предложенное техническое решение недостаточно плотно прилегает к телу человека), то принимает количество света меньше номинального значения. Текущая плотность (текущий уровень) прижатия предложенного технического решения к телу человека может быть рассчитана непосредственно в самом предложенном техническом решении и/или во внешнем устройстве. Аналогичным образом производят калибровку датчика прижатия к телу человека, содержащего датчик давления. Например, в случае использования ёмкостного датчика давления на этапе калибровки получают номинальное значение (уровень отсчёта) электрической ёмкости, которое соответствует оптимальному уровню затяжки (прижатия к телу человека). Отклонение этого значения в ту или иную сторону будет свидетельствовать о недостаточной или избыточной затяжке. Текущая плотность (текущий уровень) прижатия может быть отображена предложенным техническим решением и/или внешним устройством удобным для пользователя способом, например, цифровом и/или графическом виде, в виде непосредственного значения плотности, отношению текущей плотности прижатия к номинальной (оптимальной) плотности, по меньшей мере, одним световым сигналом, звуковым сигналом и т.п. Информация, полученная датчиком прижатия к телу человека, может быть использована для того, чтобы установить, например, на сколько плотно предложенное техническое решение прилегает к телу человека: не слишком ли сильно оно давит на тело (комфортно ли ребёнку с ним) или, наоборот, не слишком ли слабо (что не позволит надёжно зафиксировать на теле человека), - а также сообщить пользователю, например, родителю, что предложенное техническое решение удалено на критическое расстояние, при котором оно не способно выполнять свои функции, в частности проводить измерения. Например, позволяет выявить ситуацию, когда предложенное техническое решение не расположено на теле человека, например, ребёнок скинул её с ноги. В варианте осуществления предложенного технического решения датчик прижатия к телу может отсутствовать.
[0076] Беспроводная зарядка и беспроводная передача данных предпочтительны, поскольку это позволяет не только расширить функциональные возможности предложенного технического решения, но и исключить из его конструкции разъёмы, что, например, предотвратит попадание инородных тел в них, что может привести к выходу из строя предложенного технического решения и/или к контакту их механических частей с телом. Использование различных датчиков в измерительном блоке также позволяет расширить функциональные возможности предложенного технического решения за счёт выполнения этими датчиками своих назначений.
[0077] В других вариантах выполнения предложенного технического решения корпус может быть выполнен из известного из уровня техники материала, например, металлическим, из полимерного материала. Очевидно также, что корпус может отсутствовать. Очевидно, что корпус может быть выполнен цельным или состоять из, по меньшей мере, двух частей, при этом, по меньшей мере, две части могут быть выполнены с возможностью соединения друг с другом, без возможности соединения друг с другом или соединены друг с другом подвижно, например, шарнирно.
[0078] В других вариантах выполнения предложенного технического решения соединительная часть 25 печатной платы 22 может быть выполнена из, по меньшей мере, одного известного из уровня техники материала, например, полимерного, обеспечивающего заданную гибкость. Соединительная часть 25 печатной платы 22 предпочтительно снабжена средством защиты, выполненным из, по меньшей мере, одного известного из уровня техники материала и предназначенным для защиты соединительной части от воздействий из окружающей среды, например, влаги, химического воздействия, физического воздействия. Средство защиты соединительной части 25 печатной платы 22 может быть выполнено в виде трубки, например, силиконовой или другого эластичного полимера, и может быть зафиксировано посредством нагрева при сборке.
2
[0079] Вычисление SpO может быть осуществлено на основе, по меньшей мере, одного известного из уровня техники алгоритма, например, раскрытого в сети Интернет по адресу: https://www.maximintegrated.com/en/design/technical-documents/app-notes/6/6845.html. Вычисление частоты дыхательных движений может быть осуществлено посредством анализа частоты амплитудной модуляции сигнала сердечного ритма дыхательными движениями.
[0080] Данные (показания, сведения и т.п.), переданные предложенным техническим решением, в частности, полученные устройствами измерительного блока 8, по меньшей мере, в одно внешнее устройство могут быть проанализированы, обработаны и/или преобразованы при необходимости в удобный для пользователя формат, например, световой, графический, звуковой, для, например, оповещения.
[0081] Описанные выше особенности конструкции, строения и функционирования устройств, входящих в состав предложенного технического решения, позволяют расширить функциональные возможности предложенного технического решения за счёт использования в предложенном техническом решении этих устройств.
[0082] Предложенное техническое решение может быть использовано, например, семьями с детьми возрастом до полутора лет, а также семьями с детьми, у которых есть отклонения (пороки) развития и которые нуждаются в постоянном мониторинге и удалённом контроле, в частности, за жизненно важными показателями. Предложенное техническое решение представляет собой электронное измерительное устройство, например, для детей в возрасте, предпочтительно до полутора лет, и выполнено с возможностью крепления к телу ребёнка, в частности, на ноге.
Позиции на чертежах
[0083] На фигурах ссылочными позициями обозначены:
1 - устройство мониторинга жизнедеятельности человека (пинетка)
2 - нога
3 - держатель
4 - регистратор
5 - участок для обхвата лодыжки
6 - участок для обхвата стопы
7 - соединительный участок держателя 3
8 - измерительный блок
9 - датчик для измерения частоты сердечной деятельности и насыщения артериальной крови кислородом (пульсоксиметр)
10 - датчик температуры кожных покровов
11 - датчик температуры окружающей среды
12 - акселерометр
13 - блок питания
14 - контроллер
15 - блок связи
16 - верхняя часть корпуса
17 - нижняя часть корпуса
18 - отверстие в нижней части 17 корпуса
19 - литий-ионный аккумулятор со схемой зажиты заряда/разряда
20 - приёмник беспроводной зарядки
21 - магнит
22 - печатная плата
23 - основная часть печатной платы 22
24 - дополнительная часть печатной платы 22
25 - соединительная часть печатной платы 22
26 - система мониторинга показателей жизнедеятельности ребёнка
27 - внешнее устройство
28 - сеть