Противостоящие акселерометры для пульсометра
OPPOSED ACCELEROMETERS FOR PULSE METERS

Настоящее изобретение в целом относится к пульсометру, использующему акселерометр для обнаружения пульса пациента. Более конкретно, настоящее изобретение относится к пульсометру, использующему многоосевые акселерометры с угловой ориентацией, что облегчает различение пульса пациента от помех движения, возникающих вследствие постороннего движения пациента.
Известные в данной области техники пульсометры выполняют измерение частоты сердечных сокращений пациента в режиме реального времени. В частности, для оказания неотложной медицинской помощи для установления очередности и направления на лечение разработаны пульсометры, которые просты в использовании, неинвазивны и надежны для задач обнаружения пульса. Для этой цели существующие в данный момент известные пульсометры, как показано на ФИГ. 1, используют многоосевой (XYZ) акселерометр 20, прикрепленный ремнем к груди субъекта 10 поверх какой-либо из нескольких легкодоступных артерий субъекта 10 для измерения пульсирующего физиологического движения 12 субъекта 10, создаваемого системой 11 кровообращения субъекта 10, на основе которого определяют пульс субъекта 10. Однако оси 21 XYZ акселерометра 20 испытывают ускорения, возникающие вследствие совокупности всех движений субъекта 10. Таким образом, хотя пульс субъекта 10 создает измеримое физиологическое движение 12, источники движения, являющиеся посторонними по отношению к субъекту 10, могут производить большие помехи движения от большего пульсирующего постороннего движения 13, которые будут скрывать физиологическое движение 12 субъекта 10 (например, при сердечно-легочной реанимации (СЛР) субъекта 10, транспортировке/движении субъекта 10 и т.д.). Следовательно, помехи движения ограничивают применимость акселерометра 20, прикрепленного ремнем к груди субъекта 10 для обнаружения пульса.
R
L
R
L
R
L
Чтобы преодолеть этот недостаток акселерометра 20, настоящее изобретение, как показано на ФИГ. 2, реализует размещение двух (2) многоосевых (XYZ) акселерометров 20R и 20L на поверхности тела субъекта 10 с некоторой угловой ориентацией, благодаря чему соответствующие оси 21R и 21L XYZ акселерометров 20R и 20L независимо измеряют физиологические движения 12R и 12L, создаваемые системой 11 кровообращения и одинаково измеряют помехи движения, создаваемые посторонним движением 13. Более конкретно, соответствующие вертикальные оси Z и Z расположены перпендикулярно поверхности тела субъекта 10, чтобы независимо испытывать ускорения, которые главным образом, если не полностью, возникают от соответствующих физиологических движений 12R и 12L. В свою очередь, соответствующие продольные оси X и Xи соответствующие поперечные оси Y и Yрасположены параллельно поверхности тела пациента, чтобы вместе испытывать ускорение, которое главным образом, если не полностью, возникает от постороннего движения 13. Например, как будет ниже описано в этом документе, акселерометры 20R и 20L могут быть установлены на носу 15 субъекта 10, как показано на ФИГ. 2, или могут быть прикреплены ремнем к голове 16 субъекта 10, как показано на ФИГ. 2, для независимого измерения соответствующих физиологических движений 12R и 12L и для общего измерения постороннего движения 13. Знание угловой ориентации акселерометров 20R и 20L облегчает математическое вращение осей 21R и 21L XYZ акселерометров 20R и 20L вокруг базовых осей 21B XYZ, что позволяет исключить постороннее движение 13 и усилить физиологическое движение 12 благодаря разнице направлений сил, приложенных совокупностью движений, измеренных акселерометрами 20R и 20L.
Одним аспектом настоящего изобретения является способ обнаружения пульса субъекта пульсометром, включающим множество многоосевых акселерометров. Данный способ включает генерирование акселерометрами генерирующих сигналов отличающихся режимов, причем эти сигналы отражают измерение акселерометром физиологического движения субъекта относительно осей измерения ускорения, и генерирование акселерометрами сигналов общего режима, отражающих измерение акселерометрами постороннего движения субъекта относительно осей измерения ускорения. Указанный способ также включает генерирование пульсометром сигнала пульса как функции вертикальной ориентации осей измерения ускорения посредством суммирования сигналов отличающихся режимов и удаления сигналов общего режима.
В контексте настоящего изобретения термин «физиологическое движение» в широком понимании определяется в данном документе как любое движение любой величины тела или части тела, создаваемое системой кровообращения, будь то естественное (например, пульс саморегулируемых сердечных сокращений) или вынужденное движение (например, пульс, стимулируемый компрессией грудной клетки с помощью СЛР), и термин «постороннее движение» в широком понимании определяется в данном документе как любое движение тела или части тела субъекта, возникающее вследствие приложения силы, источник которой является посторонним по отношению к телу.
Вторым аспектом настоящего изобретения является пульсометр для обнаружения пульса субъекта, который содержит основу, множество многоосевых акселерометров и детектор пульса. Во время эксплуатации многоосевые акселерометры прикрепляются к основе для генерирования сигналов отличающихся режимов, отражающих измерение акселерометрами физиологического движения субъекта относительно осей измерения ускорения, и для генерирования сигналов общего режима, отражающих измерение акселерометрами постороннего движения субъекта относительно осей измерения ускорения. Указанный детектор пульса генерирует сигнал пульса как функцию вертикальной ориентации осей измерения ускорения посредством суммирования сигналов отличающихся режимов и удаления сигналов общего режима.
Третьим аспектом настоящего изобретения является система кардиотерапии (например, автоматический внешний дефибриллятор или дефибриллятор/монитор для полнообъемных реанимационных мероприятий), использующая упомянутый выше пульсометр и монитор пульса, реагирующий на сигнал пульса для мониторинга пульса пациента.
Указанные аспекты и другие аспекты настоящего изобретения, также как и различные характеристики и преимущества настоящего изобретения, станут более понятными из представленного ниже подробного описания разных вариантов реализации настоящего изобретения при его изучении совместно с приложенными чертежами. Указанное подробное описание и чертежи приведены исключительно с целью иллюстрации настоящего изобретения, и ни в коем случае не являются ограничивающими, а объем настоящего изобретения определяется пунктами формулы изобретения и их эквивалентами.
ФИГ. 1 иллюстрирует известное в данной области техники типовое расположение многоосевого акселерометра на поверхности тела пациента.
ФИГ. 2 иллюстрирует расположения двух (2) многоосевых акселерометров на поверхности тела пациента в соответствии с настоящим изобретением.
ФИГ. 3 иллюстрирует вариант реализации пульсометра в соответствии с настоящим изобретением.
ФИГ. 4 иллюстрирует блок-схему, отображающую вариант реализации способа обнаружения пульса в соответствии с настоящим изобретением.
ФИГ. 5 иллюстрирует вариант реализации носового зажима в соответствии с настоящим изобретением.
ФИГ. 6 иллюстрирует вариант реализации пульсометра, включающего носовой зажим, показанный на ФИГ. 5, в соответствии с настоящим изобретением.
ФИГ. 7 иллюстрирует вариант реализации повязки на голову/ремешка для головы в соответствии с настоящим изобретением.
ФИГ. 8 иллюстрирует вариант реализации пульсометра, включающего повязку на голову/ремешок для головы, показанные на ФИГ. 7, в соответствии с настоящим изобретением.
ФИГ. 9 иллюстрирует вариант реализации устройства для кардиотерапии, включающего пульсометр в соответствии с настоящим изобретением.
Для облегчения понимания настоящего изобретения в вариантах реализации кардиомонитора согласно настоящему изобретению будут показаны отдельный монитор и кардиомонитор, входящий в состав устройства для кардиотерапии (например, автоматического внешнего дефибриллятора или усовершенствованной системы жизнеобеспечения).
На ФИГ. 3 показан кардиомонитор 40 согласно настоящему изобретению, который включает пару многоосевых (XYZ) акселерометров 41R и 41L, основу 43, детектор 44 пульса и устройство 45 отображения.
R
YR
ZR
Акселерометр 41R конструктивно выполнен известным с возможностью генерирования сигнала Ax измерения продольного ускорения, сигнала A измерения поперечного ускорения и сигнала A измерения вертикального ускорения, реагирующих на силу(ы) от движений, действующую(-щие) по осям 42R XYZ.
XL
YL
ZL
Акселерометр 41L конструктивно выполнен известным с возможностью генерирования сигнала A измерения продольного ускорения, сигнала A измерения поперечного ускорения и сигнала A измерения вертикального ускорения, реагирующих на силу(ы) от движений, действующую(-щие) по осям 42L XYZ.
Кардиомонитор 40 может также включать дополнительные акселерометры 41.
Также кардиомонитор 40 может альтернативно или одновременно включать два (2) или большее количество многоосевых (XY) акселерометров и может альтернативно или одновременно включать две (2) или большее количество групп одноосевых (X) акселерометров, работающих как многоосевые акселерометры.
R
L
R
L
R
L
R
L
R
L
R
L
ZR
ZL
R
YR
XL
YL
В соответствии с настоящим изобретением, основа 43 конструктивно выполнена с возможностью расположения соответствующих вертикальных осей Z и Zакселерометров 41R и 41L перпендикулярно поверхности тела субъекта и расположения соответствующих продольных осей X и Xи соответствующих поперечных осей Y и Yакселерометров 41R и 41L параллельно поверхности тела субъекта. В примере, показанном на ФИГ. 2, основа 43 дополнительно конструктивно выполнена с возможностью выполнения угловой ориентации осей 42R XYZ и осей 42L XYZ, благодаря чему соответствующие вертикальные оси Z и Z будут перпендикулярными поверхности тела субъекта, чтобы независимо испытывать ускорение, причиной которого будут преимущественно, если не полностью, соответствующие физиологические движения 12R и 12L, и благодаря чему соответствующие продольные оси X и Xи соответствующие поперечные оси Y и Yбудут параллельными поверхности тела пациента, чтобы совместно испытывать ускорение, причиной которого будет преимущественно, если не полностью, соответствующее постороннее движение 13. Поэтому в контексте настоящего изобретения сигнал A измерения вертикального ускорения и сигнал A измерения вертикального ускорения рассматриваются как сигналы разных режимов, в то время как сигнал Ax измерения продольного ускорения, сигнал A измерения поперечного ускорения, сигнал A измерения продольного ускорения и сигнал A измерения поперечного ускорения рассматриваются как сигналы общего режима.
R
L
R
L
R
L
Одним вариантом реализации основы 43 является показанный на ФИГ. 5 поворотный или составной носовой зажим 43n, который конструктивно выполнен с возможностью гибкого прикрепления акселерометров 41R и 41L к правой и левой сторонам переносицы, благодаря чему соприкасающаяся с ним носовая кость будет жестко поддерживать угловую ориентацию акселерометров 41R и 41L относительно друг друга и относительно носа. Более конкретно, дорсальные носовые артерии соединены через глазную артерию с внутренней сонной артерией и, таким образом, с кровоснабжением мозга. Пульс в переносице сохраняется, если он сохраняется где-либо при физиологических нарушениях, и, в частности, он не подвержен периферическому прерыванию, типичному для пациентов, которым требуется неотложная помощь. Следовательно, по соответствующим вертикальным осям Z и Z акселерометров 41R и 41L будет иметь место физиологическое движение вследствие пульсации дорсальных носовых артерий преимущественно перпендикулярно плоскости височной кости (ФИГ. 3), и будут иметься помехи движения носа преимущественно в плоскости носовой кости по соответствующим продольным осям X и Xи по соответствующим поперечным осям Y и Y.
R
L
R
L
R
L
Другим вариантом реализации основы 43 является показанная на ФИГ. 7 повязка на голову/ремешок для головы 43h, которые конструктивно выполнены с упрочненными поверхностями 49R и 49L для прикрепления акселерометров 41R и 41L соответственно к правому и левому вискам, благодаря чему поверхности 49R и 49L будут жестко поддерживать угловую ориентацию акселерометров 41R и 41L относительно друг друга и относительно висков. Как и в случае дорсальных носовых артерий, пульс в височных артериях по существу сохраняется и не подвержен периферическому прерыванию, типичному для пациентов, которым требуется неотложная помощь. Следовательно, соответствующие вертикальные оси Z и Z акселерометров 41R и 41L будут испытывать физиологическое движение вследствие пульсации височных артерий преимущественно перпендикулярно плоскости носовой кости (ФИГ. 3), и соответствующие продольные оси X и Xи соответствующие поперечные оси Y и Y будут испытывать помехи движения висков субъекта преимущественно в плоскости висков.
Обращаясь снова к ФИГ. 3, необходимо сказать, что детектор 44 пульса конструктивно выполнен с аппаратными средствами, программным обеспечением, встроенным программным обеспечением и/или электронными схемами для выполнения способа обнаружения пульса согласно настоящему изобретению, отображенному на блок-схеме 50, которая показана на ФИГ. 4.
R
R
R
L
L
L
Этап S51 блок-схемы 50 включает методику(и) реализации формирования детектором 44 пульса сигналов измерения ускорения по осям X, Y, Z, X, Y и Z, необходимых для акселерометров 41R и 41L. Примеры общеизвестных способов обработки сигналов включают, в частности, усиление сигнала и аналого-цифровое преобразование.
R
L
Этап S52 блок-схема 50 включает методику(и) реализации пространственного анализа детектором 44 пульса угловой ориентации осей 42R и 42L XYZ относительно базовых осей (например, одной из осей 42R или 42L XYZ или отдельных базовых осей XYZ, таких как 21B, которая показана на ФИГ. 2). В одном варианте реализации векторы ускорения силы тяжести по осям 42R и 42L XYZ используют в качестве поля возбуждения для определения угла между акселерометрами 41R и 41L или относительно отдельных базовых осей (например, базовой оси 21B XYZ, показанной на ФИГ. 2) для облегчения математического вращения осей 42R и 42L XYZ во всех трех измерениях для ориентирования вертикальных осей Z и Z, благодаря чему определитель 44 пульса может идентифицировать отдельные векторы физиологического движения, общий вектор двигательных помех и векторы ускорения силы тяжести.
ZR
ZL
XR
XL
YR
YL
Этап S53 блок-схемы 50 включает методику(и) реализации извлечения детектором 44 пульса векторов физиологического движения с целью передачи сигнала PS пульса (ФИГ. 3) на устройство 45 отображения. В общем случае детектор 44 пульса извлекает соответствующие векторы физиологического движения, векторы двигательных помех и векторы силы тяжести из вертикально ориентированных осей 42R и 42L XYZ путем суммирования сигналов A и A дифференциального режима и удаления сигналов A, A, A и A общего режима.
R
L
Говоря более конкретно о сложении/удалении указанных сигналов, особенно когда вертикальные оси Z и Zне направлены в противоположные стороны на поверхности тела, для извлечения векторов физиологического движения из вертикально ориентированных осей 42R и 42L XYZ могут использоваться усовершенствованные способы обработки сигналов, известные в данной области техники (например, анализ главных компонентов (PCA) или анализ независимых компонентов (ICA)). Например, PCA может располагать компоненты сигнала по порядку от наибольшего до наименьшего. Векторы ускорения силы тяжести и общие векторы двигательных помех являются сигналами, большими чем векторы физиологического движения, и векторы ускорения силы тяжести и общие векторы двигательных помех идентифицируются посредством PCA и удаляются. В дополнительном примере ICA может извлекать независимые компоненты, если они образуют линейную комбинацию. Поскольку векторы физиологического движения, векторы ускорения силы тяжести и общие векторы двигательных помех независимы друг от друга, а показания акселерометров 41R и 41L являются линейной суммой, векторы физиологического движения могут быть идентифицированы из результатов АНК. Кроме того, так как пульсы с обеих сторон переносицы коррелированы и синхронизированы, извлеченные с помощью АНК векторы физиологического движения по определению должны быть суммой пульсов крови, записанных двумя акселерометрами 41R и 41L.
Обращаясь снова к ФИГ. 3, необходимо сказать, что на практике детектор 44 пульса может включать один или большее количество модулей, каждый из которых прикреплен к основе 43, внутри отдельного корпуса, или может быть встроен в устройство 45 отображения.
Например, как показано для кардиомониторов 40n и 40h, соответственно, на ФИГ. 6 и 8, детектор 44 пульса включает модули в виде формирователей 46R и 46L сигнала, пространственного анализатора 47 и блока 48 извлечения пульса, прикрепленных к носовому зажиму 45n и повязке на голову/ремешку для головы 45h.
Обращаясь снова к ФИГ. 3, необходимо сказать, что устройство 45 отображения конструктивно выполнено с известной в данной области техники возможностью визуального отображения или визуальной индикации сигнала PS пульса и дополнительного обеспечения звуковой информации о сигнале PS пульса. Например, как показано, устройство 45 отображения может обеспечивать считывание сигнала PS пульса и показывать бьющееся сердце в качестве индикации сигнала PS пульса.
На практике устройство 45 отображения может быть прикреплено к основе 43 внутри отдельного корпуса или может быть встроено в устройство для кардиотерапии. Например, как показано для кардиомониторов 40n и 40h, соответственно, на ФИГ. 6 и 8, устройство 45 отображения установлено в отдельный корпус.
На ФИГ. 9 устройство 60 для кардиотерапии согласно настоящему изобретению включает пару электродных подушечек/плоских электродов 61, дополнительные электроды 62 для ЭКГ, компрессионную подушку 63, монитор 64 пульса, устройство 65 управления компрессией, монитор 66 ЭКГ (внутренний или внешний), устройство 67 управления дефибрилляцией и источник 68 электрического разряда, известные в данной области техники.
Во время работы, реагируя на сигнал ЭКГ от монитора 66 ЭКГ, устройство 67 управления дефибрилляцией управляет подачей электрического разряда дефибрилляции от источника 68 электрического разряда через электродные подушечки/плоские электроды 61 к сердцу 17 пациента 10 в соответствии с одним или большим количеством видов терапии с применением электрического разряда (например, синхронизированной электроимпульсной терапии). Кроме того, в ответ на сигнал пульса от монитора 64 пульса, устройство 65 управления компрессией предоставляет пользователю компрессионной подушки 63 голосовые инструкции в соответствии с одним или большим количеством видов терапии с применением электрического разряда.
Что касается сигнала пульса, устройство 60 для кардиотерапии дополнительно включает кардиомонитор согласно настоящему изобретению, например, кардиомонитор 69n на основе носового зажима, который устанавливается на носу пациента 10, как показано на ФИГ. 9, или кардиомонитор 69h на основе повязки на голову/ремешка для головы 45h, который наматывается/стягивается ремнем вокруг головы пациента 10, как показано на ФИГ. 9. Устройство отображения для кардиомониторов 69n и 69h (например, устройство 45 отображения, показанное на ФИГ. 3) встроены в монитор 64 пульса, а детекторы пульса для кардиомониторов 69n и 69h (например, детектор 44 пульса, показанный на ФИГ. 3) также могут быть встроены в монитор 64 пульса.
На практике детекторы пульса (например, детектор 44 пульса, показанный на ФИГ. 3) для кардиомониторов 69n и 69h могут одновременно или по очереди передавать сигнал пульса в устройство 65 управления дефибрилляцией и/или устройство 66 управления компрессий.
На практике также могут быть объединены мониторы 64 и 66 и/или устройства 65 и 67 управления.
Анализируя ФИГ. 2-9, средний специалист в данной области техники оценит многочисленные преимущества настоящего изобретения, включая, в частности, простоту использования, неинвазивное и надежное обнаружение пульса, особенно при оказании неотложной медицинской помощи для установления очередности и направления на лечение.
Хотя были проиллюстрированы и описаны разные варианты реализации настоящего изобретения, для специалистов в данной области техники будет понятно, что описанные варианты реализации настоящего изобретения являются иллюстративными, могут быть выполнены различные изменения и усовершенствования и могут быть выполнены эквивалентные замены их элементов без отступления от истинной сущности и объема настоящего изобретения. Кроме того, может быть внесено много изменений для адаптации идеи настоящего изобретения без отступления от его главного объема. Поэтому предполагается, что настоящее изобретение не ограничено конкретными вариантами реализации как лучшими ожидаемыми вариантами выполнения настоящего изобретения, но включает все варианты реализации, входящие в объем формулы изобретения.