УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ СЕРДЦЕБИЕНИЙ
HEART RATE MEASURING DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к области измерения частоты сердцебиений и, в частности, к измерению частоты сердцебиений и/или вариабельности частоты сердечных сокращений ненавязчивым образом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Документ US 2008/0077020 А1 описывает способ и устройство для мониторинга основных показателей жизнедеятельности, таких как сердечно-легочная деятельность, с помощью баллистокардиографа. Способ и устройство используются для того, чтобы наблюдать за младенцем, спящим в колыбели, пациентом в больнице, человеком с хроническим заболеванием на дому или на попечении специалиста, либо за человеком, находящимся в учреждении по уходу за престарелыми.
Сердечная деятельность является одним из самых важных показателей жизнедеятельности для человека или животного. В нижеследующем описании понятие «субъект» включает в себя человека, например младенца или новорожденного, и животное. В данном описании наиболее пристальное внимание уделяется новорожденным. Однако замысел изобретения применим ко всем группам людей и животных. Частота сердцебиений, для краткости ЧС, а также изменчивость частоты сердцебиений или вариабельность частоты сердцебиений, для краткости ВЧС, стали актуальной темой в физиологии и психологии. Обе величины представляют особый интерес для наблюдения за показателями жизнедеятельности. ВЧС относится к балансу между парасимпатической частью вегетативной нервной системы и симпатической частью вегетативной нервной системы, ПНС и СНС для краткости, соответственно, уменьшающей и увеличивающей ЧС.
Принцип баллистокардиографического способа основан на датчике движения, установленном или размещенном под матрасом лежащего человека для отслеживания движений данного человека, в частности, в вертикальном направлении относительно неподвижного основания.
Однако использование баллистокардиографического способа является проблематичным по причине того факта, что такой способ, главным образом, измеряет усилия, ориентированные в вертикальном направлении относительно основания. Однако усилие, благодаря импульсу дуги аорты в теле субъекта, предпочтительно теле человека, в основном ориентировано в горизонтальном направлении относительно основания.
Кроме баллистокардиографического способа также известно применение электродов. Данное альтернативное измерение сердечной деятельности с помощью электродов доставляет неудобства, в особенности в случае с новорожденным, малышом или ребенком, поскольку ребенка необходимо беспрепятственно передать его родителям, чтобы наладить контакт родителей и ребенка, либо ребенок должен находиться в доступности для людей, осуществляющих наблюдение, например для врачей или медсестер, работающих в лечебном учреждении. Само собой разумеется, кожа ребенка очень тонкая и нежная и может быть повреждена при удалении электродов. С другой стороны, такая система надежна и способна определять ЧС при мешающих артефактах движения, и система легка в обслуживании в целях обеспечения гигиены.
Тем не менее, существует необходимость преодоления проблем известного уровня техники, в частности, при измерении ЧС или ВЧС новорожденных.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью данного изобретения является обеспечение возможности измерения частоты сердцебиений и/или вариабельности частоты сердцебиений субъекта надежным и ненавязчивым образом при сохранении низкой стоимости практической реализации.
Данная цель достигается с помощью объекта изобретения, охарактеризованного в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с первым аспектом данного изобретения данная цель достигается с помощью устройства для измерения частоты сердцебиений, выполненного с возможностью измерения частоты сердцебиений и/или вариабельности частоты сердцебиений субъекта, содержащего держатель, выполненный с возможностью размещения, по меньшей мере, участка части тела субъекта, лежащего на держателе или опирающегося на него, и датчик движения, функционально связанный с держателем, при этом держатель выполнен с возможностью, по меньшей мере, частично перемещаться в горизонтальном направлении относительно основания, датчик движения выполнен с возможностью измерения сигнала, генерируемого движением субъекта, по меньшей мере, частично, в горизонтальном направлении, и датчик движения соответствует электрическому датчику движения, содержащему конденсатор с электроемкостью, сформированной между первым электродом и вторым электродом, причем первый электрод зафиксирован относительно основания, а второй электрод зафиксирован относительно держателя.
Замысел данного изобретения заключается в том, чтобы распознавать или измерять усилие импульса дуги аорты в горизонтальном направлении относительно основания или относительно продольного направления субъекта, а не в вертикальном направлении, с использованием датчика движения. Следовательно, баллистокардиограф применяется по-новому, будучи приспособленным получать надежный сигнал, из которого можно извлечь информацию о сердечной деятельности, такой как ЧС и/или ВЧС.
Следует отметить, что термин «часть тела» относится к части туловища субъекта, например телу целиком, верхней части тела и/или конечности субъекта. Субъектом может быть человек, такой как новорожденный, либо животное. Термин «движение субъекта» относится к движению части тела, такому как движение тела целиком, грудной клетки и/или конечности.
Тот признак, что датчик движения выполнен с возможностью измерения сигнала, генерируемого движением субъекта, по меньшей мере, частично, в горизонтальном направлении, означает, что движение, по меньшей мере, измеряется в направлении, горизонтальном основанию, на котором размещается держатель, при этом движение - дополнительное к его компоненту в горизонтальном направлении - может также содержать компоненты в вертикальном направлении относительно основания. Следовательно, также и комбинированное горизонтальное и вертикальное движение может быть измерено и является целью настоящего изобретения.
Измерение сигнала, генерируемого движением субъекта с горизонтальным компонентом, является полезным, поскольку - для лежащего человека - усилие, благодаря импульсу дуги аорты, обычно ориентировано в горизонтальном направлении относительно основания и относительно продольной оси держателя, соответственно.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения устройство для измерения частоты сердцебиений дополнительно содержит блок контроля, функционально связанный с датчиком движения, причем блок контроля выполнен с возможностью принимать сигнал от датчика движения и генерировать из сигнала информацию о частоте сердцебиений и/или вариабельности частоты сердцебиений субъекта. Предпочтительно блок контроля выполнен с возможностью трансляции пользователю информации о частоте сердцебиений и/или вариабельности частоты сердцебиений субъекта. Блок контроля предпочтительно включает в себя дисплей, выполненный с возможностью отображения информации о ЧС и/или ВЧС.
Следует отметить, что фраза «трансляция пользователю информации о частоте сердцебиений и/или вариабельность частоты сердцебиений субъекта» означает, что пользователь, например сам субъект или другой человек, такой как врач или медсестра, информируется о состоянии ЧС и/или ВЧС с помощью дисплея, входящего в состав блока контроля, который выполнен с возможностью отображать информацию.
Датчик движения соответствует электрическому датчику движения, содержащему конденсатор с электроемкостью, сформированной между первым электродом и вторым электродом, причем первый электрод зафиксирован относительно основания, а второй электрод зафиксирован относительно держателя.
Изменение электроемкости предпочтительно определяется с помощью относительного положения между первым электродом и вторым электродом, причем изменение пропорционально частоте, равной значениям ЧС и/или ВЧС. Предпочтительно выходной сигнал устройства для измерения частоты сердцебиений содержит сигнал, имеющий частоту, пропорциональную ЧС и/или ВЧС. В соответствии с дальнейшим предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения конденсатор входит в состав схемы генератора, выходной сигнал которой является частотным сигналом, модулированным частотой сердцебиений. Предпочтительно выходной сигнал генератора является двоичным сигналом. Таким образом, выходной сигнал непосредственно представляется в цифровом виде, и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) не требуется. Баллистографический сигнал достигается путем выявления частотной модуляции, и с помощью определения ее частоты получают значение частоты сердцебиений. Если выходной сигнал не является двоичным, устройство для измерения частоты сердцебиений предпочтительно содержит аналого-цифровой преобразователь, который выполнен с возможностью конвертировать аналоговый выходной сигнал в цифровой выходной сигнал предпочтительно в двоичный выходной сигнал.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения устройство для измерения частоты сердцебиений дополнительно содержит весы, приспособленные для определения усилия и/или веса субъекта в направлении, по меньшей мере, частично, перпендикулярном основанию. Согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления предусмотрена подвесная система, которая дает возможность держателю смещаться, по меньшей мере, частично, в горизонтальном направлении. Предпочтительно держатель выполнен в виде кровати, матраса, подушки, детской кроватки и/или кувеза, а подвесная система предпочтительно выполнена в виде пружины.
В соответствии со вторым аспектом данного изобретения данная цель достигается путем применения устройства для измерения частоты сердцебиений согласно первому аспекту данного изобретения, в котором ЧС и/или ВЧС измеряются предпочтительно для мониторинга, и/или ЧС и/или ВЧС используются для определения случаев сердечной недостаточности, в котором предпочтительно при установлении сердечной недостаточности устройство для измерения частоты сердцебиений генерирует тревожный сигнал.
В соответствии с третьим аспектом данного изобретения данная цель достигается с помощью способа, применяемого для измерения частоты сердцебиений и/или вариабельности частоты сердцебиений субъекта, включающего в себя этап измерения сигнала, сгенерированного движением субъекта, по меньшей мере, частично, в горизонтальном направлении относительно основания, причем, по меньшей мере, участок части тела субъекта лежит на держателе или опирается на него, сигнал измеряется с помощью емкости конденсатора, сформированной между первым электродом и вторым электродом, причем первый электрод зафиксирован относительно основания, а второй электрод зафиксирован относительно держателя.
Используется емкостная измерительная система, благодаря ее надежности и низкой стоимости практической реализации. Предпочтительно емкостная измерительная система предназначена для измерения сердечной деятельности человека, в частности сердечной деятельности новорожденных, находящихся в кувезе. Емкостная измерительная система легко комбинируется с весами для определения веса младенца или новорожденного.
Устройство для измерения частоты сердцебиений согласно настоящему изобретению можно легко встроить или зафиксировать в кувезе, таком как аппарат неонатальной интенсивной терапии. Измерение ЧС без использования датчиков, прикрепленных к телу субъекта или расположенных рядом с телом субъекта, является предпочтительным. Само собой разумеется, это доставляет меньше неудобств, в частности, новорожденным, которые находятся в аппарате неонатальной интенсивной терапии.
Например, данный способ может использоваться для определения ЧС и/или ВЧС во время сна субъекта или во время периода засыпания или для обнаружения расстройств сна, например синдрома беспокойных ног, либо для обнаружения приступов эпилепсии во время нахождения в постели, во время сна или бодрствования, и все это вызовет движения кровати.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Данные и другие аспекты данного изобретения будут выявлены из и пояснены с помощью вариантов осуществления, описанных в дальнейшем в данном документе.
На чертежах:
фиг.1 иллюстрирует схематически младенца, лежащего на держателе, и измерительную систему, присоединенную к держателю, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения; и
фиг.2 иллюстрирует конденсатор, содержащий электроемкость, выполненный с возможностью определения частоты генерации генератора, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Общая идея данного изобретения состоит в применении датчика движения, выполненного с возможностью измерения движения скорее в горизонтальном направлении, чем в вертикальном направлении, относительно основания. Это снимает необходимость в модификации держателя, а усилие, благодаря импульсу дуги аорты, в основном, ориентировано в горизонтальном направлении, тогда как в направлении, перпендикулярном горизонтальному направлению, то есть в вертикальном направлении относительно основания, усилия намного меньше.
Фиг.1 схематически иллюстрирует младенца или новорожденного 6, лежащего на держателе 2, функционально связанном с датчиком 4 движения, причем основание 7 является «фиксированной средой», также называемой неподвижным основанием. Устройство 1 для измерения частоты сердцебиений содержит датчик 4 движения, соответствующий электрическому датчику движения, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения. Датчик 4 движения включает в себя емкостную систему измерения, которая применяется в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения. Держатель 2 выполнен с возможностью размещения тела новорожденного 6, лежащего на держателе 6, который соответствует кувезу, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения. Держатель 2 выполнен с возможностью, по меньшей мере, частичного смещения в горизонтальном направлении относительно основания 7, и датчик 4 движения выполнен с возможностью измерения сигнала, генерируемого движением новорожденного 6, по меньшей мере, частично, в горизонтальном направлении.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения конструкция подвесной системы 3 для держателя 2 такова, что он может легко смещаться в горизонтальном направлении относительно основания 7 до определенной величины, например на несколько миллиметров. Далее используется усилитель 5, выполненный с возможностью усиления сигнала, улавливаемого датчиком 4 движения.
На фиг.2 представлена пространственная конфигурация измерительной системы в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения. Пластины или электроды 8 и 9, обозначенные на фиг.2 как Р1 и Р2, образуют конденсатор, выполненный с возможностью определения частоты генерации генератора 10, обозначенного на фиг.2 как OSC, который подает сигнал со средним периодом, обозначенным на фиг.2 как Т, модулированный частотой сердцебиений (ЧС). Первый электрод 8 закрепляется на неподвижном основании, а второй электрод 9 закрепляется на держателе 2, как представлено на фиг.1, на котором находится новорожденный 6. Генератор 10 содержит конденсатор с электроемкостью, зависящей от предустановленных параметров, таких как расстояние между электродами 8,9.
Следует отметить, что благодаря импульсу, создаваемому кровью, текущей через дугу аорты новорожденного 6, положение первого электрода 8 изменяется относительно второго электрода 9 и, таким образом, значение электроемкости изменяется со скоростью, равной или пропорциональной ЧС, или со скоростью, обратно пропорциональной среднему периоду Т.
Благодаря тому, что конденсатор, образованный двумя электродами 8 и 9, является частью генератора 10, выходной сигнал генератора 10 содержит сигнал, в котором частота сигнала модулируется частотой сердцебиений (ЧС). При условии, что выходной сигнал генератора содержит двоичный выходной сигнал, выходной сигнал непосредственно представляется в цифровом виде и, таким образом, не должен конвертироваться. Однако, если выходной сигнал представляется в аналоговом виде, применяется АЦП. Путем выявления частотной модуляции измеряемого сигнала, получаемый или извлекаемый баллистографический сигнал используется для определения ЧС или ВЧС.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения идея изобретения сочетается с весами, приспособленными для измерения усилия в вертикальном направлении относительно основания. Следовательно, становится не только возможным измерение движений в горизонтальном направлении относительно основания или относительно продольного направления новорожденного 6, но также измерение веса новорожденного 6.
Тогда как данное изобретение описывалось и иллюстрировалось подробно с помощью чертежей и вышеизложенного описания, такие иллюстрации и описание необходимо рассматривать как пояснительные или примерные и неограничивающие; данное изобретение не ограничивается раскрываемыми вариантами осуществления.
Другие изменения к раскрываемым вариантам осуществления могут быть изучены и выполнены специалистами в данной области при практическом применении заявленного изобретения, из исследования чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения термин «содержащий» не исключает других элементов и этапов, а употребление единственного числа существительных не исключает множественность. Тот лишь факт, что определенные измерения перечислены в отличных друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения, не означает того, что сочетание данных измерений не может использоваться с выгодой. Любые цифровые обозначения в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем данного изобретения.