АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ, ОТОБРАЖЕНИЯ И ОБРАБОТКИ МЕДИЦИНСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О СОСТОЯНИИ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА В УСЛОВИЯХ ВРАЩЕНИЯ НА ЦЕНТРИФУГЕ

Автоматизированное устройство для регистрации, отображения и обработки медицинской информации о состоянии человекаоператора в условиях вращения на центрифуге.
Изобретение относится к авиационной, космической и морской медицине, а именно к автоматизированным методам оценки состояния человека в целях диагностики нарушений работоспособности и функционального состояния испытуемого в условиях воздействия перегрузок различного направления при вращении центрифуги и может быть использовано для полиграфической регистрации в условиях обследования на различных стендах в клинической и профессиональной медицине.
Известно автоматизированное устройство для регистрации электрокардиограммы в 12-и стандартных отведениях для целей клинической диагностики типа Кардиосистема-4, разработанное АО Медитек. Существенными недостатками этого устройства для целей получения медицинской информации о состоянии человека-оператора в условиях вращения на центрифуге и других медицинских стендах является ограничение числа регистрируемых параметров, невозможность полиграфической регистрации комплекса биометрических и технических показателей, необходимых для оперативной оценки функционального состояния организма человека, невозможность накопления больших массивов информации и их апостериорной обработки, а также недостаточный уровень помехозащищенности. Другие компьютерные системы регистрации, накопления и отображения медицинской информации обладают узкой специализацией, не приспособлены для условий
99114053
Устройство
Вартбаронов Рафаэль Аксендиосович Мухин Виктор Александрович Бороздин Максим Юрьевич Хоменко Михаил Николаевич Малащук Людмила Сергеевна Покотилов Дмитрий Владимирович Попов Александр Юрьевич Бондаренко Руслан Алексеевич Рыжов Евгений Иванович
полимодальной регистрации биотехнических сигналов на стендах и в этой связи не приспособлены к условиям вращения на центрифуге.
Предлагаемое устройство устраняет недостатки известного, поскольку значительно расширяет функциональные возможности прототипа, обеспечивает его применение в наиболее жестких условиях вращения на центрифуге и позволяет, в отличие от известного, проводить полиграфическую регистрацию, отображение, накопление и обработку медицинской информации, необходимой для оперативной оценки функционального состояния человека-оператора в условиях вращения на центрифуге и других медицинских стендах с апостериорной обработкой полученных экспериментальных результатов.
Техническим результатом изобретения является повышение информативности, помехозащищенности и расширение функциональных возможностей автоматизированныхинформационно-медицинских систем оперативной
оценки состояния человека-оператора в условиях воздействия перегрузок различного направления за счет разработки дополнительных аппаратнопрограммных средств, обеспечивающих съем, преобразование, усиление, отображение, регистрацию, накопление и апостериорную обработку больших массивов медицинской информации по 16-и измерительным каналам с цифровой индикацией 5-и параметров в реальном масштабе времени.
Предлагаемый технический результат достигается тем, что на центрифуге устанавливается комплекс аппаратно-программных средств, обеспечивающих съем, преобразование, усиление, отображение, регистрацию и обработку следующих биометрических и технических параметров, позволяющих оценивать функциональное состояние человека-оператора, а также состояние среды обитания и средств жизнеобеспечения:
-электрокардиограммы в 3-х отведениях (3 канала),
-пневмограммы (1 канал),
-артериального давления в сосудах уха (2 канала),
-ушной фотопульсоплетизмограммы (2 канала),
-силы давления ног на педали (1-2 канала)
-перегрузки (1 канал),
-отметок тангенты и врача-исследователя (2 параметра на 1 канале),
-психохронограммы (3 параметра на 1 канале).
Структурная схема предлагаемого устройства типа системы оперативного медицинского контроля (СОМК) представлена на рис.1. В состав системы входят:
-датчики физиологических и технических параметров(Д1-Д11);
-сигнализаторы;
-блок усилительно-преобразовательных устройств (БУПУ);
-блок питания БУПУ;
-согласующее устройство;
-6-ти канальный регистратор-кардиограф типа
-4-х канальный осциллоскоп;
-специализированная ПЭВМ, включающая системный блок типа IBM РС/АТ-486 с ОЗУ объемом не менее 8 Мб, оснащенный дополнительной интерфейсной платой, обеспечивающей работу устройства ввода информации, дисплей типа SVGA, лазерный принтер, клавиатуру и манипулятор
-устройство ввода информации в ПЭВМ (мультиплексор на 16 измерительных медицинских и технических каналов);
-блок управления сигнализаторами;
-устройство сигнализации опасных состояний;
-блок дистанционного управления режимами работы усилительнопреобразовательных модулей (УПМ) в блоке БУПУ.
Приводится краткое описание конструктивных и эксплуатационных особенностей различных составных элементов СОМК.
Датчики. Датчик ФПГ регистрирует фотоплетизмограмму сосудов уха с использованием проходящего через мочку уха светового потока. Питание элементов датчика осуществляется от соответствующего УП-модуля блока БУПУ (рис.1). В процессе обработки исходный ФПГ-сигнал усиливается, дифференцируется и интегрируется для выделения переменной и постоянной составляющих, позволяющих получать информацию об амплитуде ушного пульса (АУП) и кровенаполнении мочки уха (КНУ). В связи со значительными индивидуальными различиями по амплитуде регистрируемых параметров предусмотрена дистанционная балансировка канала КНУ и регулировка усиления АУП с помощью блока управления УПМ, расположенного в пультовой.
Датчик систолического артериального давления в мочке уха (АДУ) регистрирует фотоплетизмограмму мочки уха, подвергающейся периодической компрессии с помощью нагнетания воздуха под миниатюрную резиновую мембрану. Измерение АДУ производится в режиме увеличения давления мембраны. Датчик оснащен фотосопротивлением и лампочкой накаливания, работает на отраженном световом потоке. В блоке УПУ ФПГ-сигнал усиливается и частично дифференцируется с целью устранения дрейфа изолинии в процессе компрессии. При измерении АДУ одновременно производится запись 2-х параметров: ФПГ и величины давления под мембраной датчика в виде последовательности импульсных отметок (ОТМ), следующих через каждые 20 мм рт. ст. Набор-сброс и измерение давления в пневмосистеме осуществляется с помощью автомата давления, установленного в соответствующем УП-модуле . Цикл работы автомата давления (АД) происходит по схеме: линейный набор давления с заданной скоростью до 170 или 220 мм рт.ст., быстрый сброс до нуля за 1-2 с и регулируемая пауза (задается в пределах 1-7 с). Включение АД и регулировка амплитуды ФПГ производятся из пультовой с помощью блока управления УПМ.
Датчики ЭКГ представляют собой 4 хлорсеребряных электрода в виде дисков, подключенных с помощью экранированных проводов к усилительнопреобразовательному модулю. Сформированные и предварительно усиленные сигналы стандартных ЭКГ- отведений подвергаются обработке с помощью перестраиваемых полосовых фильтров, дополнительно усиливаются и через коллектор подаются в пультовую. С целью обеспечения высокой помехоустойчивости электроды ЭКГ накладывают на грудную клетку в отведениях по Нэбу и фиксируют их с помощью широких резиновых лент или лейкопластыря.
Пневмограмму регистрируют с помощью резинового датчика с наполнителем в виде угольного порошка. Датчик реагирует на изменения периметра грудной клетки и применяется для измерения частоты дыхательных движений и длительности задержки дыхания.
отличие от указателя радиальной перегрузки на пульте инженера-оператора датчик, установленный в кабине, показывает величину результирующей перегрузки.
Минутная легочная вентиляция регистрируется при помощи фотооптического датчика, подсчитывающего число оборотов микровертушки, установленной в канале вдоха серийной кислородной маски. Герметизация кислородной маски достигается креплением ее к летному шлемофону с помощью регулируемых по длине матерчатых лямок.
Сила давления ног на педали регистрируется с помощью тензометрических датчиков, измеряющих степень прогиба упругой стальной пластины под подошвой обуви испытуемого. Информационный сигнал формируется тензометрическим усилителем в соответствующем УП-модуле в блоке БУПУ. Имеются 2 измерительных канала - для правой и левой ноги. Обычно регистрируется суммарное усилие давления на педали обеих ног, но, при наличии свободных каналов, возможна раздельная запись сигналов.
Давление в камерах противоперегрузочного костюма (ППК) измеряют с помощью серийного датчика давления типа МДД, присоединенного к шлангу от автомата давления, с диапазоном измерения до 1 атм. Питание датчика, балансировка и усиление выходного сигнала осуществляются с помощью соответствующего усилительно-преобразовательного модуля в блоке БУПУ.
Давление в подмасочном пространстве измеряется аналогичным образом, как и в ППК, однако диапазон измерения датчика не должен превышать 0.3 атм.
Регистрация сигнала тангенты оператора и отметки врача осуществляются на одном канале, при этом для разделения сигналов используется амплитудная модуляция импульсов. Отметка врача записывается при нажатии кнопки в пультовой и предназначена для фиксации тех или иных моментов проведения эксперимента. Тангента представляет из себя рычаг на ручке, постоянно удерживаемый оператором в кабине центрифуги, который срабатывает только при его отпускании, означающем отказ испытуемого от дальнейшего проведения испытания. Состояние тангенты контролируется также устройством сигнализации опасных состояний - при отпускании тангенты во время вращения центрифуги включаются соответствующие звуковой и световой сигнализация на пульте ответственного врача, одновременно автоматически выдается команда на прекращение вращения центрифуги.
Сигнализаторы предназначены для оперативной оценки времени ответной реакции на различные источники световых сигналов, расположенные на световом экране в центральном и периферическом полях зрения испытателя (психохронограмма), а также для определения остроты зрения во время воздействия перегрузки. Световой экран включает в себя светящийся крест в центре и 3 пары лампочек, расположенных в горизонтальном поле зрения под углами 5, 15 и 30 град. Каждая пара лампочек может включаться вручную кнопками, установленными в блоке управления сигнализаторами. Нажатием сигнальной кнопки оператор в кабине центрифуги выключает зажженную лампочку, что и определяет скорость его реакции на световой стимул. Для разделения сигналов, соответствующих различным полям зрения, используется амплитудная модуляция импульсов.
Определение остроты зрения производится без регистрации на компьютерный терминал с помощью включаемого с пульта управления светового табло с вложенной в него табличкой с кольцами Ландольта на основании устного отчета испытуемого после окончания вращения центрифуги.
Блок усилительно-преобразовательных устройств (БУПУ) обеспечивает: установку в разъемы 12 усилительно-преобразовательных модулей (УПМ), подвод к ним питающих напряжений, сигналов от датчиков и блока управления УПМ, съем выходных сигналов. УП-модули, входящие в состав блока, выполняют следующие функции:
-формируют питающие напряжения (токи) с заданными параметрами, необходимые для работы датчиков;
-производят первичную обработку информации, выделение и усиление полезных сигналов;
-обеспечивают уплотнение отдельных каналов передачи информации путем передачи дискретных сигналов от нескольких датчиков по одной линии связи с помощью амплитудной модуляции: формирование 3-х уровневого сигнала при регистрации латентного периода времени реакции на 3 группы световых раздражителей и др.
Блок управления УПМ предназначен для управления режимами работы усилительно-преобразовательных модулей в блоке БУПУ с целью балансировки и регулировки усиления отдельных измерительных каналов, выбора параметров полосовых фильтров для обработки сигналов ЭКГ-отведений, а также для включения-выключения автомата давления.
Устройство ввода информации (УВИ) представляет собой программно-управляемый 16-ти канальный мультиплексор. Входные цепи имеют гальваническую развязку по питанию, соответствующую по электробезопасности требованиям ГОСТ. Обмен информацией между УВИ и специализированной ПЭВМ осуществляется с помощью дополнительной интерфейсной платы, установленной в системном блоке ПЭВМ.
Согласующее устройство предназначено для согласования по уровню и селекции аналоговых сигналов, подаваемых на регистратор-кардиограф и 4х канальный осциллоскоп.
Регистратор-кардиограф предназначен для выборочной регистрации на бумажный носитель в реальном масштабе времени оперативной медицинской и технической информации. Позволяет в течение эксперимента наблюдать в динамике изменения состояния испытателя, проводить классификацию различных видов нарушений сердечной деятельности, определять значения регистрируемых параметров в заданные моменты времени.
4-х канальный осциллоскоп обеспечивает текущее представление осциллограмм ЭКГ (в 3-х отведениях) и пульсовой составляющей кровенаполнения мочки уха, позволяет врачу-руководителю бригады в процессе эксперимента лично осуществлять непрерывный оперативный контроль за состоянием испытателя.
Блок управления сигнализаторами установлен на пульте врачаруководителя бригады, предназначен для подачи световых сигналов, расположенных в центральном и периферическом полях зрения испытателя, предъявления в течение фиксированного времени светового табло для определения остроты зрения во время воздействия перегрузки. Обеспечивает световую индикацию подаваемых стимулов.
и звуковую сигнализацию следующих событий (перечислены в порядке убывания приоритета):
-отпускание тангенты (двутональный звуковой сигнал);
-отсутствие реакции на предъявляемый световой стимул в течение 1 (или 2) секунд (звуковой сигнал с высоким тоном звучания);
-задержка реакции на световой стимул (сопровождается звуковым сигналом с низким тоном звучания);
В случае, если два или все три перечисленных события наступают одновременно, то подается только один звуковой сигнал, соответствующий событию с наибольшим приоритетом.
Специализированная ПЭВМ предназначена для отображения, накопления и обработки получаемой информации. В системном блоке компьютера установлена дополнительная интерфейсная плата, обеспечивающая управление устройством ввода информации и аналого-цифровое преобразование информационных сигналов. К отдельным элементам ПЭВМ предъявляются следующие минимальные требования:
-процессор типа 486 с тактовой частотой не менее 66 Мгц;
-объем ОЗУ - не менее 8 Мб;
-объем оперативной памяти лазерного принтера - не менее 2 Мб.
Работа специализированной ПЭВМ осуществляется следующим образом. Аналоговые электрические сигналы после преобразования и усиления поступают на вход мультиплексора, затем на дополнительную интерфейсную плату и воспринимаются ПЭВМ в цифровой форме. Необходимая информация выводится на экран дисплея, на принтер и может переписываться в ПЗУ по командам врача-пользователя. Специализированная ПЭВМ работает в следующих режимах:
-режим накопления информации в реальном масштабе времени,
-режим просмотра и обработки накопленной за весь эксперимент информации,
-режим распечатки результатов эксперимента.
В режиме накопления информации в реальном масштабе времени проводится выполнение операций на экране по подготовке системы к работе, возможен запуск и перезапуск режима накопления информации, автоматичеекая обработка кардиоинтервалов, контроль за вводом необходимой информации от датчиков в ЭВМ.
В режиме просмотра информации возможна оценка качества полученной информации, экспресс-анализ результатов эксперимента, а в дальнейшем - проведение апостериорной обработки научной информации и оценки соблюдения мер обеспечения безопасности проведения эксперимента.
В режиме распечатки полученных результатов после выбора данных на экране задают параметры печати для принтера и производят распечатку копии с экрана.
Примеры распечатки зарегистрированных с помощью устройства биометрических параметров при различных скоростях протяжки , в том числе при действии перегрузок на центрифуге представлены на рис. 2-5.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет реализовать следующие функциональные задачи:
-ввод в память компьютера биометрической и технической информации, отражающей состояние оператора и параметры среды обитания, по 16-и измерительным каналам с длительностью непрерывной записи до 34 мин;
-представление на мониторе в реальном масштабе времени любого набора из 16 регистрируемых аналоговых сигналов и цифровую индикацию 5и параметров;
-автоматическую обработку кардиоинтервалов в режимах измерения частоты сердечных сокращений, скаттерограммы и гистограммы;
-выборочную регистрацию на бумажный носитель в реальном масштабе времени оперативной медицинской и технической информации;
-представление на 4-х канальном осциллоскопе диагностически важных физиологических сигналов для непрерывного оперативного контроль за состоянием испытателя в процессе эксперимента, осуществляемого лично ответственным врачом-руководителем бригады;
-полуавтоматическую обработку амплитудно-временных характеристик всех зарегистрированных аналоговых сигналов;
-распечатку всех регистрируемых аналоговых сигналов, результатов автоматической обработки кардиоинтервалов, вывод паспортных данных и полного содержимого всех информационных каналов с заданной плотностью, соответствующей скоростям протяжки регистратора от 30 мин/стр. до 200 мм/с,
-выполнение команды частичного останова, когда информация записывается только по одному каналу,
-реализацию управления сигнализаторами и параметрами усилительнопреобразовательных модулей (УПМ),
-сигнализацию, прогнозирование и диагностику различных уровней опасного состояния оператора при воздействии перегрузки,
-оперативную оценку работоспособности средств противоперегрузочной защиты и жизнеобеспечения при воздействии перегрузки.
Преимущества предлагаемого устройства перед известным состоят в следующем:
- многоканальная регистрация биометрической и технической информации одновременно по 16-и каналам измерения, приспособленная к условиям вращения на центрифуге;
- повышенная помехоустойчивость измерительных каналов за счет значительного повышения уровня передаваемых сигналов (размах от -10В до +10В) в блоке усилительно-преобразовательных устройств, что позволяет практически без помех регистрировать физиологические сигналы на большом удалении (30-50м) от биообъекта;
- простота аппаратно-программного управления и высокая надежность работы системы в процессе дорогостоящего эксперимента, исключающие потерю записанной информации;
-- возможность автоматического создания резервной копии файла;
-- большая длительность (до 34 мин) непрерывного накопления информации и высокая готовность (до 10с) системы к запуску и перезапуску.