ПЕРСОНАЛЬНЫЙ ФЕТАЛЬНЫЙ МОНИТОР

Настоящее техническое решение относится к области медицинского приборостроения, в частности, к устройствам мониторирования физиологических параметров, и может быть использовано в системах медицинской диагностики для дистанционного наблюдения за пациентками в режиме реального времени в любом месте и в любое время с помощью мобильного устройства.
Из существующего уровня техники известен фетальный монитор, включающий в себя электронный блок, ультразвуковой и тензометрические датчики (http://fgroup.global/catalog/oborudovanie/fetalnye-monitory/distancionnyy-fetalnyy-monitor-cg-900p-fetal-tracetm). Аппарат предоставляет возможность удаленного мониторинга и контроля за состоянием плода путем записи кардиотокограммы (KIT), представляющей одновременную запись трех параметров: частоты сердцебиения (ЧСС) плода; тонуса матки (ТОКО); моментов шевеления плода. Аппарат имеет возможность сохранять данные для дальнейшей их передачи на персональный компьютер, расположенный в кабинете лечащего врача. Неоспоримым преимуществом этого прибора является возможность проведения мониторирования беременных женщин на последних неделях беременности, находящих в домашних условиях. Недостатком данного технического решения является то, что этот прибор имеет большие габариты и вес.
Также из уровня техники известно устройство дистанционного мониторирования плода (https://tech-bit.ru/sense4baby), которое содержит ультразвуковой доплеровский модуль для измерения ЧСС плода, к которому подключается также датчик давления, который измеряет силу и частоту маточных сокращений. Дополнительное устройство в виде смартфона или планшетного компьютера используется для визуализации результатов мониторирования и передачи данных на медицинский сервер и на рабочее место врача через Интернет. Веб-портал обеспечивает врачам доступ к базе данных пациентов, в любое время и в любом месте. Недостатком устройства является сильно сглаженная КТГ, не позволяющая отслеживать изменения ЧСС плода от удара к удару и низкое качество звукового воспроизведения сигнала сердцебиений плода. Кроме того, в устройстве необработанные данные с ультразвукового доплеровского модуля поступают с большой скоростью через беспроводной интерфейс Bluetooth на смартфон, который выполняет формирование КТГ. Высокая скорость передачи необработанных данных по каналу Bluetooth приводит к увеличению вероятности потери данных, увеличению энергопотребления трансивера и уровня электромагнитного облучения плода.
Наиболее близким аналогом настоящего технического решения является персональный фетальный монитор, включающий объединенные в один корпус модуль возбуждения датчика, входной усилитель, аналого-цифровой преобразователь центральный процессор, экран, усилитель тензометрического сигнала, блок передачи данных, громкоговоритель. Устройство позволяет накапливать всю запись КТГ во внутренней памяти и передавать после проведения обследования записанную КТГ в медицинский центр с помощью встроенного в прибор модуля GSM (http://www.pregnabit.com/en/). Однако в приборе отсутствует возможность регистрации двойни.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание малогабаритного персонального фетального монитора для проведения обследования пациенток с двуплодной беременностью как в условиях медицинских учреждений, так и при оказании медицинских услуг на выезде и на дому.
Поставленная задача в предложенном техническом решении решается за счет того, что персональный фетальный монитор, включающий объединенные в один корпус модуль возбуждения датчика, входной усилитель, аналого-цифровой преобразователь, центральный процессор, усилитель тензометрического сигнала, экран, блок передачи данных, громкоговоритель, согласно техническому решению, дополнительно снабжен блоком обработки сигнала, цифровым приемопередатчиком и коммутатором, выполненным с возможностью подсоединения к нему на вход-выход двух ультразвуковых датчиков и соединенным на вход с выходом модуля возбуждения датчика и на выход с входным усилителем, выход которого подключен через аналого-цифровой преобразователь к первому входу цифрового приемопередатчика, имеющего второй вход, выполненный с возможностью подсоединения маркера шевелений плода, первый выход цифрового приемопередатчика подключен к управляющему входу коммутатора, а второй выход - ко входу модуля возбуждения датчика, при этом цифровой приемопередатчик двусторонне соединен с центральным процессором, который в свою очередь двусторонне соединен с экраном и блоком передачи данных, усилитель тензометрического сигнала, выполненный с возможностью подключения к нему тензометрического датчика, подсоединен ко входу центрального процессора, к выходу которого подсоединен через блок обработки сигнала громкоговоритель, при этом центральный процессор выполнен с возможностью преобразования сигнала из диапазона доплеровских частот в диапазон высоких частот с сохранением длительности сигнала, а коммутатор выполнен с возможностью обеспечения поочередной передачи ультразвуковым датчикам сигнала возбуждения.
Громкоговоритель может представлять собой полифонический спикер, а блок обработки сигнала при этом включает подсоединенный на выход к центральному процессору цифро-аналоговый преобразователь, выход которого соединен с усилителем мощности, соединенным на вход с полифоническим спикером.
Блок передачи данных может включать соединенные с центральным процессором модули беспроводного интерфейса Bluetooth, беспроводного интерфейса GSM и интерфейса USB.
Экран может быть выполнен сенсорным.
Техническим результатом, достигаемым приведенной совокупностью признаков, является обеспечение возможности самостоятельного быстрого и правильного позиционирования ультразвукового датчика при мониторинге двойни.
Сущность заявленного устройства поясняется чертежом, не охватывающим и, тем более, не ограничивающим объем притязаний по данному решению, а лишь являющимся иллюстрирующим материалом частного случая его выполнения, на котором изображена блок-схема устройства.
Устройство включает объединенные в корпус 1 модуль 2 возбуждения датчика, входной усилитель 3, аналого-цифровой преобразователь 4 центральный процессор 5, усилитель тензометрического сигнала 6, экран 7, блок 8 передачи данных, громкоговоритель 9, блок 10 обработки сигнала, цифровой приемопередатчик 11 и коммутатор 12. Коммутатор 12 выполнен с возможностью подсоединения к нему на вход-выход двух ультразвуковых датчиков 13, 14. Он соединен на вход с выходом модуля 2 возбуждения датчика и на выход с входным усилителем 3. Выход входного усилителя 3 подключен через аналого-цифровой преобразователь 4 к первому входу цифрового приемопередатчика 11. Первый выход цифрового приемопередатчика 11 подключен к управляющему входу коммутатора 12, а второй выход - ко входу модуля 2 возбуждения датчика. Цифровой приемопередатчик 11 двусторонне соединен с центральным процессором 5, экраном 7 и блоком 8 передачи данных, а его выход соединен через блок 10 обработки сигнала с входом громкоговорителя 9. Цифровой приемопередатчик имеет второй вход, выполненный с возможностью подсоединения маркера 15 шевелений плода. Усилитель тензометрического сигнала 6 соединен на вход с центральным процессором 5 и выполнен с возможностью подключения к нему тензометрического датчика 16.
Принцип действия устройства основан на формировании кардиотокограммы (КТГ) плода и передачи результатов мониторирования на рабочее место врача по каналам связи. КТГ представляет собой одновременную запись трех параметров: частоты сердечных сокращений (ЧСС) двух плодов, сократительной активности матки и моментов шевелений плода. При этом формирование ЧСС плода осуществляется путем ультразвуковой эхолокации движущихся структур сердца плодов с помощью ультразвуковых датчиков 13, 14, регистрация сокращений матки - с помощью тензометрического датчика 15, а регистрация моментов шевеления плода - нажатием пациенткой на кнопку маркера 16 шевелений плодов.
Работает устройство следующим образом.
Ультразвуковые датчики 13, 14 подключаются к коммутатору 12, маркер 15 шевелений плода подключается к цифровому приемопередатчику 11, тензометрический датчик 16 подключается к усилителю 6 тензометрического сигнала.
Перед проведением обследования каждый ультразвуковой датчик 13, 14 размещается на теле пациентки таким образом, чтобы формируемый ультразвуковой луч был направлен в область сердца плода. Для облегчения поиска плода с помощью громкоговорителя 9 воспроизводится звуковой доплеровский сигнал, порождаемый сердцебиениями плода. С помощью ремня на теле пациентки закрепляется также тензометрический датчик 16. При этом для контроля установки с изменением натяжения ремня на экране 7 индицируется состояние тензометрического датчика 16: недостаточная нагрузка, перегрузка, датчик находится в рабочем диапазоне. После установки датчиков путем нажатия соответствующей кнопки на экране 7 включается режим записи КТГ.
Для формирования ультразвукового луча, то есть на этапе излучения ультразвукового сигнала цифровым приемопередатчиком 11 формируется управляющий сигнал, представляющий собой пачку импульсов. При этом частота повторения импульсов в пачке равна несущей частоте (порядка 1 МГц), а частота повторения пачки импульсов определяется максимальной глубиной зондирования. Данный сигнал поступает на модуль 2 возбуждения датчика, где он усиливается с помощью транзисторов, работающих в ключевом режиме (палсеров). Сигнал с выхода модуля 2 возбуждения датчика поступает на коммутатор 12, который передает сигнал возбуждения датчика поочередно на ультразвуковой датчик 13 и ультразвуковой датчик 14, реализуя дуплексный режим работы. Наличие в конструкции устройства коммутатора 12, осуществляющего поочередную передачу ультразвуковым датчикам 13, 14 сигнала возбуждения позволяет проводить мониторинг двойни. Ультразвуковые датчики 13, 14 при этом находятся попеременно в режимах зондирования. Если ультразвуковой датчик 13 находится в режиме эхолокации, то ультразвуковой датчик 14 находится в режиме ожидания и наоборот. Каждый ультразвуковой датчик 13, 14 осуществляет преобразование электрического сигнала возбуждения датчика в механические колебания, направляемые в исследуемую область и, соответственно, в процессе приема выполняет преобразование механических колебаний, порождаемых отражениями от движущихся структур сердца плода, в электрические эхо-сигналы.
Принятый ультразвуковым датчиком 13,14 эхо-сигнал поступает через коммутатор 12 на входной усилитель 3, который выполняет усиление сигнала на несущей частоте в полосе частот, согласованной с длительностью сигнала излучения. Входной усилитель 3 представляет собой малошумящий резонансный усилитель. Максимальное усиление должно соответствовать максимальному заполнению разрядной сетки следующего за ним АЦП 4. Центральная частота резонансного усилителя составляет величину, равную несущей частоте ультразвукового сигнала, а полоса пропускания по уровню 3 дБ находится в пределах диапазона доплеровских частот, порождаемых движущимися структурами сердца плода (от 120 Гц до 300 Гц).
После усиления, выполняемого с помощью входного усилителя 3, АЦП 4 производит преобразование сигнала из аналоговой в цифровую форму. Высокоскоростной АЦП 4 с разрядностью преобразования порядка 12-ти двоичных разрядов позволяет представить доплеровский сигнал на несущей частоте в виде цифровой последовательности отсчетов и производить дальнейшую обработку только цифровым способом.
Одновременно с записью ультразвукового сигнала производится и регистрация сокращений матки с помощью тензометрического датчика 16, а также фиксация моментов шевеления плода путем нажатия кнопки маркера 15 шевелений плода.
Тензометрический датчик 16 представляет собой мостовую резисторную схему, значение сопротивления на плечах которой меняется в зависимости от приложенной к датчику нагрузки, вызванной сокращением матки. Величина нагрузки на тензометрический датчик преобразуется в уровень напряжения и далее усиливается приблизительно в 250 раз с помощью усилителя 6 тензометрического сигнала. После этого с помощью второго АЦП, входящего в состав центрального процессора 5, выполняется преобразование сигнала из аналоговой в цифровую форму с частотой дискретизации данных порядка 1 кГц и разрядностью преобразования порядка 10-ти двоичных разрядов. Результаты вычислений выводятся на экран 7 в виде информации о состоянии натяжения ремня тензометрического датчика недостаточная нагрузка, перегрузка, датчик находится в рабочем диапазоне. По этим данным сама пациентка или обслуживающий персонал ориентируются в правильности установки тензометрического датчика 16.
Цифровой приемопередатчик 11 реализуется на базе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) и обеспечивает выполнение следующих основных функций: первичную обработку эхо-сигнала; формирование управляющих сигналов возбуждения датчиков, строба приема и констант; регистрацию шевелений плода. В свою очередь первичная обработка эхо-сигнала включает в себя следующие этапы: формирование квадратурных составляющих эхо- сигнала путем синхронного детектирования; формирование измерительного объема по глубине путем суммирования отсчетов сигнала из выделенного участка приема эхо-сигнала; высокочастотную фильтрацию для подавления сигналов, вызванных движением ультразвукового датчика; организацию потока сформированных отсчетов доплеровского сигнала в центральный процессор 5. Управляющая информация и параметры обработки поступают от центрального процессора 5.
В цифровом приемопередатчике 11 производится цифровая обработка эхо-сигнала и в результате этой обработки формируется доплеровский сигнал, частота которого пропорциональна скорости движения структур сердца плода. Формируемый доплеровский сигнал находится в диапазоне звуковых частот. На основе полученных результатов амплитудного детектирования доплеровского сигнала далее в центральном процессоре 5 формируются значения ЧСС плода автокорреляционным методом. Текущие результаты измерений ЧСС плода отображаются на экране 7.
В цифровом приемопередатчике 11 также выполняется формирование следующих управляющих сигналов: тактовых импульсов работы цифрового приемопередатчика в целом; формирование импульсов зондирования; формирование строба приема эхо-сигнала; формирование значений комплексной экспоненты на несущей частоте сигнала. Цифровой приемопередатчик 11 обеспечивает регистрацию нажатий маркера 15 шевелений плода, функционально представляющего собой обычную кнопку, замыкающую контакт при нажатии на нее, с последующей передачей информации в центральный процессор 5.
Центральный процессор 5 выполняет следующие основные функции:
- прием отсчетов ультразвуковых сигналов и признаков шевелений плода с цифрового приемопередатчика 11;
- управление цифровым приемопередатчиком;
- преобразование тензометрического сигнала в цифровую форму;
- формирование сигнала звукового воспроизведения сердцебиений плода;
- передачу отсчетов сформированного звукового сигнала через блок 10 обработки сигнала на громкоговоритель 9;
- контроль качества записи сигналов в ультразвуковых и тензометрическом каналах;
- вычисление значений ЧСС плода по оригинальному алгоритму;
- автоматический анализ КТГ;
- формирование и передачу графической информации на экран 7;
- обслуживание элементов управления представленных на экране 7;
- организацию обмена данными с внешними устройствами через блок 8 передачи данных в режимах беспроводной и проводной связи.
- управление схемой питания и зарядки аккумулятора.
Центральный процессор 5 выполняет накопление результатов мониторирования в энергонезависимой памяти, цифровую обработку сигналов и анализ результатов измерений; формирование результатов обработки измерений на экране 7, формирование информационных сообщений по результатам обработки и интерпретации измерений; реализацию интерактивного графического интерфейса пользователя; формирование пакетов передачи данных, информационных сообщений на внешние устройства.
Для воспроизведения доплеровского сигнала и другой звуковой информации используется громкоговоритель 9, подключенный к центральному процессору 5 через блок 10 обработки сигнала. При зондировании ультразвуковым сигналом с частотой порядка 1 МГц доплеровские частоты от движущихся структур сердца плода составляют значения в диапазоне 100-300 Гц и находятся за пределами нижней границы громкоговорителя 9, используемого для звукового воспроизведения. Конструктивные параметры громкоговорителя 9 позволяют обеспечить звуковое воспроизведение сигналов только с частотой не менее 1 кГц. Поэтому для качественного звукового воспроизведения сердцебиений плода в более высоком диапазоне частот центральный процессор 5 выполнен с возможностью преобразования сигнала из диапазона доплеровских частот в диапазон высоких частот с сохранением длительности сигнала, что обеспечивает быстрое и правильное позиционирование ультразвуковых датчиков 13, 14 на теле пациентки, облегчает поиск каждого плода воспроизведением качественного звукового доплеровского сигнала, порождаемого сердцебиениями плода.
Заявляемое устройство может быть применено не только для обследования пациенток с одноплодной беременностью, но и с одноплодной беременностью. В этом случае коммутатор 12 передает сигналы только на один из двух датчиков.
В предпочтительном варианте выполнения устройства и для дополнительного улучшения качества звукового воспроизведения звуковых сигналов блок 10 обработки сигнала включает подсоединенный на выход к центральному процессору 5 цифро-аналоговый преобразователь 17, выход которого соединен с усилителем 18 мощности, соединенным на вход с громкоговорителем 9, представляющим собой полифонический спикер.
В предпочтительном варианте выполнения устройства блок 8 передачи данных включает соединенные с центральным процессором 5 модуль 19 беспроводного интерфейса Bluetooth, модуль 20 беспроводного интерфейса GSM и модуль 21 проводного интерфейса USB. При таком выполнении блока 8 предачи данных предусматривается возможность двух режимов передачи данных из устройства: режим непрерывной передачи результатов мониторирования по мере их формирования (режим регистрации) и режим предварительного накопления данных в оперативной памяти центрального процессора 5 с последующей их передачей на внешние устройства одним массивом (режим накопления). Во избежание нежелательного электромагнитного облучения плода режим регистрации реализуется только при использовании для передачи данных на внешние устройства модуля 19 беспроводного интерфейса Bluetooth или модуля 21 проводного интерфейса USB. А режим накопления может быть реализован как при использовании модуля 19 беспроводного интерфейса Bluetooth, модуля 21 проводного интерфейса USB, так и при использовании модуля 20 беспроводного интерфейса GSM. Цифровой процессор 5 обеспечивает целостность передаваемых на внешние устройства данных таким образом, что если происходит прерывание связи, то устройство имеет возможность сохранять информацию во внутренней памяти и может возобновлять передачу данных, когда связь восстанавливается. Поскольку результаты мониторирования сохраняются в энергонезависимой памяти, то в случае неудачной попытки передачи данных результаты мониторирования не теряются, и имеется возможность повторить их передачу позже.
На экране 7 отображаются значения мгновенной частоты сердечных сокращений плодов; качество записи сигналов в одном или в двух ультразвуковых каналах; значения сигнала двигательной активности матки; качество записи сигнала двигательной активности матки. При выполнении экрана 7 сенсорным с его помощью могут быть добавлены к данным мониторирования физиологические показатели пациентки, введенные вручную: кровяное давление, вес, уровень сахара, содержание белка. Ввод физиологических показателей осуществляется путем вызова соответствующего меню и может быть выполнен как во время мониторирования, так и после его окончания.
Электропитание устройства производится от установленной в нем аккумуляторной батареи 22. Аккумуляторная батарея 22 может подзаряжаться от внешнего зарядного устройства как в процессе мониторирования, так и когда устройство не выполняет мониторирования. Подключение монитора к зарядному устройству может осуществляться через разъем micro USB.
В практической деятельности акушера-гинеколога оценка сердечной деятельности плода путем анализа КТГ является ключевым моментом при принятии решения о необходимости госпитализации для родоразрешения, возможности продолжения наблюдения в амбулаторных условиях, эффективности проводимого лечения. Медицинские специалисты по результатам анализа данных пациентки, полученных с помощью стандартных персональных устройств мобильной связи, могут производить оценку состояния пациентки, давать рекомендации пациентке удаленным способом. Отсутствие проводных соединений с внешними устройствами не стесняет движения пациентки и позволяет проводить непрерывное мониторирование в самых разных жизненных ситуациях.
Возможность реализации мониторирования КТГ в любом месте, в любое время с формированием соответствующих информационных сообщений и сигналов тревог и автоматической передачей данных по беспроводным каналам связи на медицинский сервер и рабочее место врача позволит повысить комфортность пациентки в домашних, амбулаторных и госпитальных условиях, предоставляя возможность свободных перемещений в процессе мониторирования; предоставляет возможность изменения параметров мониторирования удаленным способом, а также возможность длительного мониторирования пациентов повышенного риска. Кроме того, применение данного устройства позволит уменьшить количество посещений стационарного медицинского учреждения и тем самым снизить стоимость медицинского обслуживания.