Бесконтактное телеметрическое медицинское устройство

Настоящая полезная модель относится к технике биомедицинских измерений для контроля состояния сердечно-сосудистой системы человека и может быть использована для выявления аритмий, блокад, ишемии сердца и других критических (жизнеугрожающих) нарушений в работе сердца с использованием передачи данных измерений на центральную станцию для предупреждения и реагирования на факторы риска.
Известно, например, из статьи Н.Н. Ломидзе и др. «Перспективы развития телемониторинга пациентов», «Вестник аритмологии», №83, 2016, с. 44-50 со ссылкой на данные научного центра РАМН им. Бакулева, что в структуре общей смертности населения России болезни системы кровообращения составляют 56,5%. Причиной более 50% смертности от этих болезней и 29,1% общей смертности в России служит ишемическая болезнь сердца. Одной из главных проблем кардиологии и кардиохирургии была и остается внезапная сердечная смерть (ВСС), от которой в России ежегодно умирают более 350 тыс. человек. Причем во многих случаях смерть наступает во время сна. При этом причиной ВСС почти в 80% случаев являются фатальные желудочковые тахиаритмии. Естественно поэтому, что созданию медтехники для борьбы с ВСС уделяется большое внимание как со стороны медицинской науки, так и со стороны технических наук.
Как отмечается в вышеупомянутой статье, одним из перспективных направлений является дистанционный мониторинг состояния пациентов с имплантированными антиаритмическими устройствами. Для клиник и их пациентов с электрокардиостимуляторами (ЭКС) и имплантируемыми кардиовертерами-дефибрилляторами (ИКД) создается замкнутая информационная сеть пациент - сервисный центр - врач - пациент, которая обеспечивает принципиально новый уровень диагностики и оптимизации электротерапии сердца. В такой сети имплантаты снабжены телеметрической связью с прибором, находящимся у пациента. Этот прибор обеспечивает передачу в сервисный центр данных о функционировании имплантированной системы и обширной информации о состоянии пациента. Благодаря использованию телеметрических функций имплантатов, мобильных передающих устройств и развитию информационных сетей на базе Интернета, мониторинг состояния пациента перестает ограничиваться процедурами амбулаторного осмотра в клинике, охватывая периоды между ними и стремясь в перспективе к непрерывному (on-line) режиму. Это открывает возможности применения новых лечебных подходов, значительно расширяющих круг пациентов, находящихся под амбулаторным наблюдением, и сокращающих число визитов пациентов в клинику.
Недостатком метода, основанного на применении имплантируемых ЭКС и ИКД, является возможность их применения лишь для особой категории пациентов, находящихся под постоянным индивидуальным контролем врачей больницы. В реальной жизни угрозе ВСС подвержено значительно большее количество людей. При этом перечень сведений, требующихся кардиологу для принятия правильного решения, должен быть существенно обширнее, чем может обеспечить имплантируемый прибор. Причем имплантация ЭКС и ИКД относится к инвазивным методам диагностики, имеющим определенные ограничения по сравнению с неинвазивными методами кардиодиагностики.
На устранение указанных недостатков направлена ранее полученная заявителем полезная модель по патенту №164155 «Носимый телеметрический прибор для кардиореспираторного мониторирования», А61В 5/0404, G08B 25/10.
Согласно этому патенту, прибор содержит блок измерения электрокардиограммы (ЭКГ), выполненный с возможностью подключения, как минимум, трех электродов, энергонезависимую память, радиомодем мегагерцового (МГц) диапазона, клавиатуру, дисплей, блок звукового оповещения и первый микроконтроллер, связанный с блоком измерения ЭКГ, а также второй микроконтроллер, измеритель подвижности на базе 3D-акселерометра, блок управления и контроля питания от аккумуляторной батареи, радиомодем гигагерцового (ГГц) диапазона, многоканальный блок сопряжения, выполненный с возможностями измерения биомедицинских параметров от установленных на теле пациента датчиков, в том числе от измерителя частоты дыхания (ЧД), сатурации (пульсоксиметра) и неинвазивного измерителя артериального давления.
Технический результат, который достигается при использовании указанной полезной модели, заключается в повышении вероятности достоверного и своевременного выявления и предупреждения обострения состояния кардиологического пациента за счет комплексного применения разнообразных кардиореспираторных датчиков и возможности индивидуальной подстройки порогов достижения критических уровней, указывающих на необходимость принятия предупредительных или экстренных мер реагирования.
На базе описанного носимого телеметрического прибора - телеметрона предприятием-заявителем была предложена система кардиомониторинга, предупреждения и действий в критических ситуациях (заявка на изобретение RU №2016116562, А61В 5/0404, G08B 25/10).
Эта система предназначена для высокопрофессионального кардиологического контроля состояния пациента при нахождении его в стенах стационара и в ближайшей околобольничной или парковой зоне, в реабилитационном центре или санаторно-курортного учреждении. В системе используется комбинированная внутриобъектовая радиосеть, которая включает в себя радиоканал малого радиуса действия ГГц диапазона, например, сеть WiFi - для работы внутри помещений, находящихся в зоне действия этой сети, и радиоканал большего радиуса действия, работающий в одной из разрешенных полос частот МГц диапазона (433 или 868 МГц), выделенных для так называемых «устройств малой дальности действия». При нахождении пациента в зоне действия WiFi " сети «дальний» МГц радиоканал находится в "спящем" режиме и автоматически включается при выходе пациента из зоны действия сети ГГц диапазона. Поскольку мощность излучения в таких МГц радиоканалах на два порядка ниже, чем в стандартных GSM-сетях, то соответственно меньше и энергопотребление, а, следовательно, срок действия (без подзарядки) аккумуляторной батареи, входящей в мобильный комплект пациента. При этом практически полностью устраняется риск потери связи из-за перегрузки трафика, характерный для GSM сетей общего пользования, и отпадает необходимость в оплате услуг оператора сотовой сети. Внедрение указанной системы позволяет перенести принцип работы реанимационного отделения больницы на всю больничную и околобольничную территорию, что дает возможность существенно снизить уровень опасности ВСС кардиобольных после перевода их из реанимационного отделения в обычную больничную палату и разрешения прогулок.
Однако, после выписки больного и возвращения его в домашние условия это достоинство системы теряется, поскольку по экономическим соображениям используемый в системе центр контроля (кардиомониторинга) состояния пациентов не может быть развернут на территории проживания больного - ни в многоквартирном доме, ни даже в масштабах городского микрорайона. Соответственно, в критической ситуации, например, при появлении у находящегося в домашних условиях больного жизнеугрожающей аритмии, приводящей в считанные минуты к ВСС, он может остаться без необходимой ему экстренной медицинской помощи.
Особенно остро этот недостаток проявляется при больших удалениях места проживания пациента от больницы. В городах-миллионниках (Москва, С.-Петербург и др.) и без того непростая ситуация с оказанием своевременной кардиологической помощи пациенту, находящемуся в критическом состоянии под угрозой ВСС, усугубляется сложностью передвижения машин скорой помощи из-за уличных пробок. Соответственно, даже имея исчерпывающую биомедицинскую информацию о критическом состоянии больного, врач, в таких ситуациях практически лишен возможности спасти ему жизнь.
Решение этой проблемы предложено авторами настоящей заявки в ранее поданной ими заявке на изобретение, «Радиоканальная система обеспечения безопасности жителей микрорайона», RU №2016139648 Ю, G08B 25/10, А61В 5/0404.
Суть этого предложения заключается в том, что на территории микрорайона, в котором проживает кардиобольной, например, в одном из многоквартирных домов или в отдельно стоящем строении размещается центральная (базовая) станция, условно называемая далее колл-центр, в состав оборудования которого входят приемный модуль сети МГц диапазона, выполненный с возможностью приема по этой сети от находящегося у больного телеметрона тревожных извещений об угрозе ВСС, и пульт дежурного, содержащий блок цифровой обработки, связанный с комплектом периферийных устройств. На постоянном дежурстве в указанном колл-центре находится дежурный персонал, в любое время суток готовый принять от больного тревожное сообщение об угрозе ВСС и оказать ему первую медицинскую помощь, одновременно оповестив об этом врача-кардиолога, находящегося в больнице, к которой прикреплен данный больной, либо на ближайшей подстанции скорой помощи. Поскольку указанный колл-центр расположен внутри микрорайона, т.е. на расстоянии шаговой доступности от пациента, дежурный имеет возможность оперативно (в течение 4-5 минут) прибыть к больному и своевременно оказать ему первую медицинскую помощь.
Однако, при таком варианте применения телеметрон по патенту №164155 является слишком сложным, дорогостоящим и по своим функциональным возможностям избыточным устройством. Кроме того, конструктивное выполнение прибора в виде блока, носимого в элементах одежды, с проводами, «опутывающими» тело пациента, также нельзя признать рациональным решением для повседневной жизни человека. К тому же в условиях крайнего дефицита времени, характерного для жизнеугрожающих ситуаций, прибор должен принимать решение в триггерном режиме, т.е. автоматически без вмешательства человека - путем сравнения показаний датчиков с порогами критического состояния больного. Применение же множества датчиков биомедицинских параметров, не позволяет реализовать автоматический режим и неизбежно приводит к возрастанию ложных тревог, а следовательно - к снижению функциональной надежности прибора. Неэффективными в указанной ситуации становятся блоки измерения ЭКГ, параметров дыхания, сатурации, артериального давления. В тоже время крайне востребованным остается датчик подвижности пациента на базе 3D-акселерометра. То есть, очевидной становится необходимость упрощения прибора с сохранением наиболее важных для описанного выше применения функций.
Одно из возможных технических решений, направленных на решение указанной задачи, было предложено авторами в заявке на полезную модель «Носимый медицинский телеметрический прибор» №2017111768, А61В 5/11, G08B 25/10. Это решение основано на измерении параметров периферического капиллярного кровотока, измеряемых с методом фотоплетизмографии, при котором в качестве источника биомедицинской информации используется пальцевой фотоплетизморецептор. В качестве основных индикативных параметров используются ЧСС и параметры пульсовых волн. Измеряемые фотоплетизмометром параметры достаточно стабильны и позволяют с большой вероятностью в полностью автоматическом режиме распознать жизнеугрожающую ситуацию. Фотоплетизмограф относится, однако, к контактным датчикам, удобным для применения в периоды бодрствования человека, например, при занятиях лечебной физкультурой, использовании тренажеров и других физических нагрузках. Во время сна и в других статичных положениях, в которых люди, особенно пожилого возраста, находятся значительную часть времени, более удобны для практического применения бесконтактные методы измерений параметров сердечно-сосудистой системы.
Среди этих методов наибольший интерес для рассматриваемой сферы применения (см. выше) представляет метод баллистокардиографии, заключающийся в регистрация микродвижений тела человека, связанных с сердечными сокращениями и перемещением крови в крупных сосудах.
Несмотря на простоту баллистокардиографических приборов, и методов анализа и интерпретации полученных данных, у нас в стране этот метод не получил широкого распространения в практической медицине, хотя он является незаменимым методом при скрининге больных с патологией сердца для выявления жизнеугрожающих ситуаций (как дополнение к ЭКГ). К примеру, в Германии страховые агенты в обязательном порядке требуют от своих пациентов баллистокардиограмму (БКГ), так как это позволяет страховой компании не тратиться на пациентов, которые с большой вероятностью могут в ближайшем времени умереть от нарушения работы сердца (https://cribs.me).
Один из первых патентов на баллистокардиограф у нас в стране был зарегистрирован в конце 50-х годов (см., например, авторское свидетельство СССР №127359). Описанное в нем устройство представляет собой приставку к электрокардиографу, содержащую индукционную катушку с магнитным сердечником, перемещения которого в зависимости от микродвижений испытуемого, связанных с сердечными сокращениями, вызывают в катушке сигналы индуктивного напряжения, подаваемые на кардиограф. При этом в нем с целью устранения вносимых при измерении искажений в качестве подставки под ноги применены ролики, планка с магнитом крепится непосредственно к ногам, а индукционная катушка укрепляется на штативе стационарно (http://www.findpatent.ru/patent/12/1273 59.html). Этот прибор не нашел, однако, широкого применения в медицинской практике из-за своей громоздкости и значительно меньшей информативности по сравнению с современными моделями электрокардиографов.
Другим недостатком большинства существующих способов расчета ЧСС по баллистокардиографическим сигналам является то, что они могут дать оценку ЧСС лишь в интервале времени в несколько секунд. В то же время приложения в области регистрации стрессового состояния во время сна или апноэ сна, сердечной недостаточности и т.д. требуют информации об изменении ЧСС между последовательными сокращениями сердца, т.е. усредненной оценки в течение некоторого периода времени недостаточно. Кроме того, для проведения точного анализа указанные способы требуют регулярности сердечных сокращений в данном интервале времени. В этой связи наличие определенной аритмии, такой как эктопические сокращения или перебои в работе сердца, либо искажают оценку ЧСС, либо просто остаются незамеченными. Таким образом, может быть обнаружена лишь низкочастотная составляющая изменения частоты пульса.
Попытка устранить указанные ограничения в развитии баллистокардиографических методов клинической диагностики у нас в стране была предпринята специалистами компании Конинклейке Филипс Электронике Н.В. (Голл.). В мае 2014 г. был опубликован зарегистрированный ими в Российской Федерации патент на изобретение «Способ и устройство анализа баллистокардиографических сигналов», RU №2517583, А61В 5/11, в котором содержатся:
способ анализа баллистокардиографического сигнала для определения ЧСС, включающий в себя определение оценочного начального временного значения для первого сокращения сердца в баллистокардиографическом сигнале и итерационное вычисление оценочных значений для последующих сокращений сердца в баллистокардиографическом сигнале,
компьютерный программный продукт, содержащий управляющую программу, выполненную на компьютере или процессоре с возможностью реализации этапов вышеуказанного способа,
устройство для использования совместно с блоком измерения баллистокардиографического сигнала у пациента, содержащее средство получения баллистокардиографического сигнала от указанного блока; и средство обработки информации для реализации вышеописанного способа применительно к полученному баллистокардиографическому сигналу.
Как следует из описания к этому патенту, указанное техническое решение направлено на достижение с помощью анализа БКГ столь же высокой информативности, что и при анализе ЭКГ. Однако, такая постановка задачи относится к области чисто медицинского применения, выходящей за рамки настоящей заявки.
Заявитель описанного выше комплексного технического решения, по-видимому, полагал, что это изобретение позволит удовлетворить требованиям, выдвигаемым в вышеупомянутой области медицинской диагностики без использования электрокардиографов или других контактных медицинских приборов. Действительно, для получения требуемых сигналов необходим только один датчик. Способ достаточно устойчиво работает в ситуациях, при которых сигнал искажается незначительными артефактами движений и обладают достаточно высокой чувствительностью для идентификации паттернов проявления нерегулярностей сердечного цикла и дыхания, подобных аритмиям.
Кроме того, способ может быть использован для оценки ЧСС практически в реальном масштабе времени, лишь с задержкой на интервал времени, необходимый для выполнения долгосрочного прогноза и вычислений.
Действительно, из анализа различных информационных источников видно, что в последние годы за рубежом в больницах и хосписах бесконтактный телемониторинг на базе баллистокардиографии получает все большее распространение. В первую очередь он используется с целью своевременного выявления жизнеугрожающих состояний человека. Основным разработчиком и производителем таких систем является американская компания EarlySense Ltd. («EarlySense Strengthens Position as the Leader of Early Detection of Patient Deterioration)), www.earlysense.com.). Компания EarlySense Ltd. является обладателем десятков национальных и международных патентов на изобретения по этой тематике: US №8403865, А61В 5/08 «Prediction and monitoring of clinical episodes», US №8517953, A61B 5/08 «Techniques for prediction and monitoring of coughing-manifested clinical episodes», US №8491492, A61B 5/00, «Monitoring a condition of a subject» и др.
В сентябре 2015 года о начале реализации бесконтактной телемедицинской системы на базе технологии EarlySense для мониторинга сердечной деятельности и дыхания у пациентов, находящихся как в амбулаторных, так и в домашних условиях, объявила южнокорейская компания Samsung (www.medgadget.com).
Примерно в то же время выход на открытый рынок продукции медицинского характера анонсировала финская фирма Emfit Ltd - с бесконтактной телемедицинской системой Emfit QS (www.finlandhealth.fi, www.wearabletechnologyshow.net), использующей квазипьезоэлектрический датчик, размещаемый под матрацем и позволяющий передавать на смартфон по сети Wi-Fi, данные, характеризующие вариативность сердечного ритма, а также обнаруживать различные аномалии в дыхании и сердечной деятельности в течение всего периода сна человека (метания, приступы удушья, кашля, храп и т.п.).
Недостатками баллистокардиографических устройств типа Emfit QS является то, что они позволяют индицировать с достаточной точностью лишь микродвижения тела человека при фиксированном положении его тела и не способны реагировать на макродвижения (типа сел, встал, лег, повернулся и т.п.), связанные с изменениями положения центра тяжести человека в системах «пациент-стул», «пациент-кровать». Для этого необходим более «грубый» датчик движений, например, акселерометр. Другим недостатком этого устройства является его неспособность анализировать полученную информацию с целью выявления жизнеугрожающих ситуаций, аналогично тому, как это делается в больницах и хосписах с помощью систем EarlySense.
В результате проведенного патентного поиска, исходя из целевого назначения и наличия наибольшего количества сходных существенных признаков, на роль ближайшего аналога предлагаемой полезной модели был выбран вышеупомянутый носимый телеметрический прибор по патенту на полезную модель RU №164155 (см. выше). При этом область применения предлагаемого технического решения ограничивается описанными выше радиоканальными системами предупреждения и действий в критических ситуациях, связанных с жизнеугрожающими нарушениями дыхания и сердечной деятельности у пациентов, находящихся в домашних условиях.
Ожидаемый технический результат - повышение функциональной надежности таких устройств при решении главной задачи - снижения риска внезапной смерти пациента в периоды сна и при длительном нахождении в статических положениях (например, сидя в кресле). При этом надежность понимается как «комплексное свойство технического объекта выполнять заданные функции, сохраняя при определенных условиях эксплуатации в установленных пределах свои основные характеристики» (Большой Энциклопедический словарь, 2000).
Данный технически эффект планируется достичь благодаря тому, что в известном телеметрическом медицинском устройстве, содержащем блок измерения биомедицинских параметров и измеритель подвижности на базе 3D-акселерометра, а также микроконтроллер, связанный с блоком контроля питания от аккумуляторной батареи, и с радиомодемами ГГц и МГц диапазонов, блок измерения биомедицинских параметров выполнен в виде блока измерения баллистокардиограммы, который содержит последовательно соединенные сенсор микродвижений, блок предварительного усиления, блок предварительной фильтрации и аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого является выходом блока баллистокардиографических измерений, а микроконтроллер выполнен с двумя дополнительными входами, а также с возможностью пороговой обработки информации и принятия по ее результатам решений, формируемых в виде тревожных извещений, при этом выходы блока баллистокардиографических измерений и блока измерения подвижности на базе ЗВ-акселерометра подключены, соответственно, к первому и второму дополнительным входам микроконтроллера, а все вышеупомянутые конструктивные элементы устройства встроены в плоский корпус, прямоугольной или овальной формы, размещаемый под матрацем в кровати, в которой спит пациент или в спинке кресла, в котором сидит этот пациент.
При этом сенсор микродвижений может быть выполнен на металлизированной пьезопленке (повышенная чувствительность, простой конструктив) или на керамических пьзоэлементах (доступность, но хрупкость и сложный конструктив).
Суть предлагаемой полезной модели поясняется на следующих рисунках (фиг. 1 - фиг. 3):
На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого бесконтактного телеметрического медицинского устройства.
На фиг. 2 приведена структурная схема блока баллистокардиографических измерений.
На фиг. 3 показано фото блока баллистокардиографических измерений с сенсорами и печатной платой, на которой расположены электронные компоненты предлагаемого устройства.
На указанных рисунках использованы следующие обозначения:
1 - измеритель подвижности на базе 3D-акселерометра; 2 - блок баллистокардиографических измерений; 3 - сенсор микродвижений; 4 - блок предварительной фильтрации; 5 - блок предварительного усиления; 6 - АЦП; 7 - микроконтроллер; 8 - радиомодем ГГц диапазона; 9 - радиомодем МГц диапазона: 10 - блок контроля питания от аккумуляторной батареи.
Рассматриваемое бесконтактное телеметрическое медицинское устройство содержит блок 2 баллистокардиографических измерений в виде последовательно соединенных сенсора 3 микродвижений, блока 4 предварительной фильтрации, блока 5 предварительного усиления и АЦП 6, выход которого является выходом блока 2 баллистокардиографических измерений, а также измеритель 1 подвижности на базе 3D-акселерометра, микроконтроллер 7, связанный с блоком 10 контроля питания от аккумуляторной батареи и с радиомодемами 8 ГГц диапазона и 9 МГц диапазона, при этом микроконтроллер 7 выполнен с двумя дополнительными входами, к которым подключены выходы блока 2 баллистокардиографических измерений и измерителя 1 подвижности на базе 3D-акселерометра, а все указанные выше узлы устройства находятся в корпусе, выполненном в виде плоской пластины прямоугольной или овальной формы, размещаемой в постели (под матрацем), в кресле (в спинке или под сидением) либо в других предметах мебели, на которых может лежать или сидеть пациент.
Сенсор 3 микродвижений может быть выполнен на металлизированной пьезопленке или на керамических пьзоэлементах.
В качестве измерителя 1 подвижности на базе 3D-акселерометра, как и в ближайшем аналоге, может быть использована модель MMA8652FCR1. Выбор данного акселерометра определяется малым энергопотреблением и наличием встроенной функции определения начала движения. В качестве сенсора 3 микродвижений может быть использован пьезоэлемент KFPO CBC4108BAL-1607. Его собственная емкость 80 нФ, толщина 0,23 мм и диаметр 41 мм. Для обеспечения приемлемой частотной характеристики входное сопротивление сенсора должно быть порядка 50 Мом. На основе указанных элементов был разработан и испытан блок 2 баллистокардиографических измерений SENSEA1 (фиг. 3), обеспечивший приемлемые для работы в составе рассматриваемого устройства технические характеристики.
Радиомодем 9 МГц диапазона может быть реализован на базе трансивера SX1272, отличительными особенностями которого являются:
высокая чувствительность;
широкий диапазон измерения и регулирования уровня мощности принимаемого сигнала;
возможность работы без ухудшения параметров при низком (до 1,8 В) напряжении питания;
применение технологии Frequency Hopping ("прыгания по частотам") и LBT ("прослушивания эфира перед передачей"), позволяющих эффективно использовать ограниченный частотный диапазон, избегать коллизий при множественном доступе и бороться с "замиранием" сигналов из-за интерференции.
Остальные элементы устройства широко применяются в различных конструкциях малогабаритных мобильных телефонов и аналогичных радиочастотных устройств малой дальности действия.
Программное обеспечение (ПО) прибора может быть реализовано на базе составной части ПО устройства, выбранного в качестве ближайшего аналога -телеметрона по патенту №164155.
Таким образом, возможность программно-аппаратной реализации прибора не вызывает сомнений.
Рассматриваемое бесконтактное телеметрическое медицинское устройство работает следующим образом.
Прибор выполняет свои функции, когда пациент сидит (на стуле, в кресле и т.п.) или лежит (на кровати, кушетке и т.п.). Движения пациента изменяют положение центра тяжести в системах «пациент-стул», «пациент-кровать» за счет упругой деформации стула или кровати, соответственно. Эти изменения могут происходить резко с большой амплитудой (макродвижения - сел, встал, лег, повернулся, упал и т.п.) либо относительно плавно с малой амплитудой (микродвижения) - в процессе дыхания пациента и работы его сердечнососудистой системы, вследствие отдачи при выбросе крови из сердца в аорту, легочную артерию и движения крови по сосудистому руслу. Эти микродвижения регистрируются в форме кривой - БКГ, аналогичной ЭКГ, но без контакта с телом пациента. При нарушениях в дыхании и сердечнососудистой деятельности вид этой кривой изменяется.
Соответственно, в устройстве используются два вида датчиков движений: макродвижения фиксируются с помощью измерителя 1 подвижности на базе 3D-акселерометра (трехосевого) и блока 2 баллистокардиографических измерений (фиг. 1), включающего в себя сенсор 3 микродвижений, блок 4 предварительной фильтрации, блок 5 предварительного усиления и АЦП 6 (фиг. 2). Все микродвижения находятся за пределами чувствительности акселерометра, но могут быть достаточно точно измерены с помощью пьезоэлектрических элементов с использованием для усиления механического элемента типа мембраны, обладающего более низким по отношению к поверхности стула и кровати коэффициентом упругости. В результате такой сенсор 3 микродвижений подобен барабану, но с очень узкой обечайкой (верхняя мембрана, проставка по периметру, дно). С выхода сенсора 3 микродвижений электрические сигналы с полосой частой от 0,05 Гц - для дыхания до 3-4 Гц - для сердечных сокращений отфильтровываются в блоке 4 предварительной фильтрации, усиливаются по амплитуде в блоке 5 предварительного усиления, дискретизируются и подвергаются многопороговой по амплитуде обработке в АЦП 6, после чего подаются на один из дополнительных входов микроконтроллера 7. На другой дополнительный вход микроконтроллера 7 подается сигнал с измерителя подвижности 1 на базе 3D-акселерометра. ПО микроконтроллера 7 позволяет осуществить дальнейшую цифровую фильтрацию и обработку цифровых данных, в результате которых выделяются компоненты, соответствующие микродвижениям, связанным с работой сердца, микродвижениям, связанным с дыханием, и компонента, соответствующая макродвижениям, связанным с резким изменением положения центра тяжести пациента (сел, лег и т.п.). Алгоритмы дальнейшей цифровой обработки выделенных фильтрами компонент сигнала заключаются в выделении на БКГ характерных зубцов, измерении их амплитудных значений, сравнении с хранящимися в памяти микроконтроллера 7 пороговыми значениями и принятии решений о возможности наступления критической (жизнеугрожающей) ситуации с пациентом.
Как известно («Баллистокардиография», https://cribs.me), на БКГ обычно выделяют зубцы, отражающие систолу предсердия (зубцы F и G), систолу желудочков (зубцы H, I, J, K) и зубцы, отражающие диастолу желудочков (L, M, N). В частности, зубец Н отражает фазу изометрического сокращения, зубец I - фазу быстрого изгнания крови, зубец J - фазу медленного изгнания крови как результат удара крови о бифуркацию аорты, зубец К - окончание фазы медленного изгнания крови, зубец L - фазу изометрического расслабления, зубец М - фазу быстрого наполнения желудочков кровью, зубец N - фазу медленного наполнения кровью. Наибольшая амплитуда характерна для зубцов I, J и К (систолических зубцов). Амплитуда сегмента I-J во многом зависит от величины систолического объема, скорости изгнания крови, силы сердечного сокращения и амплитуды перемещения сердца. Чем ниже сила сердечных сокращений, тем меньше амплитуда зубцов БКГ и, особенно, зубцов I, J и К. При гиперфункции сердечной мышцы, например, при систематической физической нагрузке, амплитуда зубцов БКГ возрастает и это вполне нормальная реакция. Наиболее важным признаком нормального состояния сократительной функции сердца является соотношение амплитуды сегмента I-J на вдохе и на выдохе. При вдохе она в норме намного больше, чем на выдохе (при задержке дыхания). При патологии и снижении сократительной деятельности сердца эти дыхательные колебания исчезают.
Пороговая обработка данных, характеризующих амплитуду зубцов на БКГ, позволяет достаточно надежно выявлять и различные степени угроз при инфарктах миокарда, миокардитах, ишемической болезни сердца (ИБС), а также прогнозировать состояние сократительной функции сердца пациента. Особенно важны данные БКГ для диагностики признаков ИБС: по данным ЭКГ это удается сделать в 18-20% случаев, в то время как с помощью БКГ - в 80-90% случаев.
При выявлении по данным пороговой обработки признаков жизнеугрожающей ситуации микроконтроллер 7 формирует тревожное сообщение и передает его с помощью радиомодема 8 ГГЦ диапазона (например, по сети Wi-Fi) или радиомодема 9 МГц диапазона по локальной радиосети. Сначала включается радиомодем 8 ГГц диапазона малого радиуса действия, питание на который подается по соответствующей цепи микроконтроллера 7 от аккумуляторной батареи (на рисунках не показана) через блок 10 контроля питания аккумуляторной батареи. Радиомодем 9 МГц в это время отключен от питания. Если удалось передать данное тревожное сообщение на какой-либо находящийся поблизости терминал, например, смартфон родственника пациента или его доверенного лица, то задача рассматриваемого устройства считается выполненной. После этого указанные лица могут оказать действенную помощь пациенту аналогично тому, как это описано в вышеупомянутой ранее заявке на изобретение RU №2016116562. Если же контакт устройства с указанными родственником или доверенным лицо по той или иной причине не состоялся, то по соответствующей команде с микроконтроллера 7 блок 10 контроля питания от аккумуляторной батареи отключает питание от радиомодема 8 ГГц диапазона и подключает питание к радиомодему 9 МГц диапазона, имеющему на порядок величины больший радиус действия, чем радиомодем 8 ГГц диапазона. В этом случае тревожное сообщение может быть принято персоналом пульта, находящегося в пределах микрорайона, который, находясь в зоне шаговой доступности от пациента, способен оказать ему экстренную помощь аналогично тому, как это описано, например, в заявке на изобретение RU №2017117457. Такая поочередная работа радиомодемов позволяет существенно увеличить время непрерывной (без подзарядки) службы аккумуляторной батареи, что также способствует повышению функциональной надежности работы всего устройства.
Таким образом, описанная выше совокупность общих с ближайшим аналогом и отличительных существенных признаков позволяет достичь ожидаемого технического эффекта, заключающегося в повышении функциональной надежности работы рассматриваемого бесконтактного телеметрического медицинского устройства, используемого для снижения риска внезапной сердечной смерти пациента во время сна в те периоды времени, когда он уже выписан из больницы и нахождении в домашних условиях.