УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИРОВАНИЯ МАТЕРИ И ПЛОДА

Настоящее техническое решение относится к области медицинского приборостроения, в частности, к устройствам мониторирования физиологических параметров, и может быть использовано в системах медицинской диагностики.
Из существующего уровня техники известен монитор матери и плода, включающий в себя электронный блок, ультразвуковой и тензометрические датчики, маркер шевеления плода и измерители физиологических параметров матери (United States Patent 6,093,151, опубл. 25.07.2000). Недостатком данного технического решения является то, что этот прибор имеет большие габариты и вес, позволяющие эксплуатировать его только в условиях стационара. Кроме того, для подключения физиологических датчиков требуется использовать большое количество проводов, причиняющих дискомфорт пациентке.
Также из уровня техники известно устройство дистанционного мониторирования активности плода (United States Patent 2002/0193670 А1, опубл. 19.12.2002), которое содержит усилитель, аналого-цифровой преобразователь, компьютер. Однако необходимым условием работы этого является постоянное нахождение пациентки у телефонной линии, используемой для передачи информации на базовую станцию медицинского центра, что ограничивает свободу ее перемещений, повышает уровень стресса.
Наиболее близким аналогом настоящего технического решения является устройство для дистанционного мониторирования матери и плода, состоящее из связанных между собой кардиотокографа и блока сбора и обработки данных, при этом кардиотокограф содержит ультразвуковой и тензометрический датчики, последовательно соединенные через усилители и аналого-цифровые преобразователи с цифровым процессором сигналов кардиотокографа, а блок сбора и обработки данных содержит соединенные с центральным процессором сенсорный экран и цифро-аналоговый преобразователь (см., напр., US 2012/0179046, опубл. 12.07.2012). Такое устройство предназначено для использования лишь в пределах стационара.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение качества медицинского обслуживания за счет возможности дистанционного наблюдения за пациентками с разными патологиями в режиме реального времени в любом месте и в любое время.
Поставленная задача в предложенном техническом решении решается за счет того, что в устройстве для дистанционного мониторирования матери и плода, состоящем из связанных между собой кардиотокографа и блока сбора и обработки данных, при этом кардиотокограф содержит ультразвуковой и тензометрический датчики, последовательно соединенные через усилители и аналого-цифровые преобразователи с цифровым процессором сигналов кардиотокографа, а блок сбора и обработки данных содержит соединенные с центральным процессором сенсорный экран и цифро-аналоговый преобразователь, согласно техническому решению, устройство включает, по крайней мере, один измеритель физиологических параметров матери, связанный с блоком сбора и обработки данных, кардиотокограф включает маркер шевелений плода, соединенный с цифровым процессором сигналов кардиотокографа, а блок сбора и обработки данных снабжен трансивером, соединенным с его центральным процессором, и громкоговорителем, соединенным с его цифро-аналоговым преобразователем.
Кардиотокограф и блок сбора и обработки данных могут быть снабжены модулями локального беспроводного интерфейса, при этом вход модуля локального беспроводного интерфейса кардиотокографа подключен посредством шины данных, к выходу его цифрового процессора сигналов, а модуль локального беспроводного интерфейса блока сбора и обработки данных соединен посредством шины данных с его центральным процессором.
Измерители физиологических параметров матери могут быть связаны с блоком сбора и обработки данных по локальному беспроводному интерфейсу.
Кардиотокограф и блок сбора и обработки данных снабжены встроенными аккумуляторами.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является обеспечение возможности проведения измерений кардиотокограммы и физиологических параметров удаленным способом без участия медицинского персонала с автоматическим формированием сигналов тревог по результатам анализов и интерпретации результатов мониторирования за счет снабжения устройства, по крайней мере, одним измерителем физиологических параметров матери, связанным с блоком сбора и обработки данных, снабжения кардиотокографа маркером шевелений плода, соединенным с цифровым процессором сигналов кардиотокографа, и снабжения блока сбора и обработки данных трансивером, соединенным с его центральным процессором, а также громкоговорителем, соединенным с его цифро-аналоговым преобразователем.
Сущность заявленного устройства поясняется чертежами, не охватывающими и, тем более, не ограничивающими объем притязаний по данному решению, а лишь являющимися иллюстрирующими материалами частного случая выполнения устройства. На чертежах изображено:
На фиг.1 - блок-схема устройства;
На фиг.2 - структурная схема кардиотокографа;
На фиг.3 - структурная схема блока сбора и обработки данных;
На фиг.4 - схема построения системы дистанционного мониторирования с использованием заявленного устройства в предпочтительном варианте его выпонения.
Устройство для дистанционного мониторирования матери и плода состоит из кардиотокографа 1 и блока 2 сбора и обработки данных и, по крайней мере, одного измерителя 3 физиологических параметров матери.
Кардиотокограф 1 и измерители 3 физиологических параметров матери связаны с блоком 2 сбора и обработки данных. Кардиотокограф 1 содержит ультразвуковой и тензометрический датчики 4, 5 соответственно. Каждый из датчиков 4, 5 последовательно соединен через усилители 6, 7 и аналого-цифровые преобразователи 8, 9 с цифровым процессором 10 сигналов кардиотокографа 1. В состав кардиотокографа также входит синхронизатор 11 и маркер 12 шевелений плода, соединенный с цифровым процессором 10 сигналов кардиотокографа 1.
Блок 2 сбора и обработки данных содержит соединенные с центральным процессором 13 сенсорный экран 14 и цифро-аналоговый преобразователь 15. Блок 2 сбора и обработки данных снабжен трансивером 16, громкоговорителем 17. Трансивер 16 соединен с центральным процессором 13 блока 2 сбора и обработки данных. Громкоговоритель 17 соединен с его цифро-аналоговым преобразователем 15.
В предпочтительном варианте выполнения устройства измерители 3 физиологических параметров матери связаны с блоком 2 сбора и обработки данных по локальному беспроводному интерфейсу. Кардиотокограф 1 и блок 2 сбора и обработки данных снабжены модулями 18, 19 локального беспроводного интерфейса соответственно. Модуль 18 локального беспроводного интерфейса кардиотокографа 1 подключен посредством шины данных к выходу его цифрового процессора 10 сигналов, а модуль 19 локального беспроводного интерфейса блока 2 сбора и обработки данных соединен посредством шины данных с входом центрального процессора 13. Для обеспечения удобства пользователя кардиотокограф 1 и блок 2 сбора и обработки данных снабжены встроенными аккумуляторами 20, 21.
Принцип действия устройства основан на формировании кардиотокограммы плода (КТГ), представляющей собой одновременную запись трех параметров: частоты сердечных сокращений плода (ЧССП), сократительной активности матки и моментов шевелений плода. При этом формирование ЧССП осуществляется путем ультразвуковой эхолокации движущихся структур сердца плода, регистрация сокращений матки - с помощью тензометрического датчика, а регистрация моментов шевеления плода - нажатием пациенткой на кнопку маркера шевелений плода. 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. Одновременно с формированием КТГ плода производится запись физиологических параметров пациентки, таких как ЭКГ, процент насыщения крови кислодродом, артериальное давление и пр.
Работает устройство следующим образом. Перед проведением обследования ультразвуковой датчик 4 размещается на теле пациентки и закрепляется с помощью ремня таким образом, чтобы формируемый ультразвуковой луч был направлен в область сердца плода. С помощью ремня на теле пациентки закрепляется также тензометрический датчик 5. После этого включается режим записи КТГ.
0
0
Сигнал излучения, вырабатываемый синхронизатором 11, представляет собой пачку импульсов, при этом частота повторения импульсов в пачке равна несущей частоте ƒ (порядка 1 МГц), а частота повторения пачки импульсов PRF определяется максимальной глубиной зондирования. Например, исходя из максимальной глубины зондирования 24 см, частота повторения пачки импульсов составляет величину PRF=3.2 кГц. Несущая частота ƒ излучения, имеющая значение порядка 1 МГц, вырабатывается синхронизатором 11.
На этапе излучения ультразвукового сигнала ультразвуковой датчик 4 с помощью входящей в его состав пьезоэлектрической пластины 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.
0
Принятый датчиком доплеровский сигнал (эхо-сигнал) поступает на входной усилитель 6, который выполняет усиление сигнала на несущей частоте ƒ в полосе частот, согласованной с длительностью сигнала излучения.
S
S
После входного усиления АЦП 8 производит преобразование сигнала из аналоговой в цифровую форму с частотой дискретизации F, соответствующей спектру частот принимаемого сигнала, и составляет величину порядка нескольких МГц. Согласно теореме Котельникова такой подход позволяет обеспечить аналого-цифровое преобразование доплеровского сигнала без потери информации. Частота дискретизации сигнала F задается от синхронизатора 11. Высокоскоростной АЦП 8 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 в цифровой форме с использованием ЦПС 10.
В ЦПС 10 производится обработка эхо-сигнала, в результате которой формируется доплеровский сигнал, частота которого пропорциональна скорости движения структур сердца плода. Выделение доплеровского сигнала производится на основе реализации алгоритма синхронного детектирования, состоящего в сдвиге спектра эхо-сигнала в область низких частот путем выполнения операции гетеродинирования и последующей полосовой фильтрации. (Halberg L.I., Thiele К.Е. Extraction of blood flow information using Doppler-shifted ultrasound, Hewlett-Packard Journal, June, 1986, pp. 35-39). Формируемый доплеровский сигнал находится в диапазоне звуковых частот, при этом максимальная частота доплеровского сигнала не превышает значения PRF/2.
Одновременно с записью ультразвукового сигнала производится и регистрация сокращения матки с помощью тензометрического датчика 5, а также фиксация моментов шевеления плода путем нажатия кнопки маркера 12 шевелений плода.
Тензометрический датчик 5 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 7. После чего с помощью АЦП 9 выполняется преобразование сигнала из аналоговой в цифрую форму. В качестве АЦП 9 может использоваться любое стандартное устройство с низким уровнем энергопотребления, обеспечивающее при частоте дискретизации данных порядка 1 кГц разрядность преобразования порядка 10-ти двоичных разрядов.
Регистрация событий шевеления плода осуществляется пациенткой при помощи маркера 12 шевелений плода. Маркер 12 шевелений представляет собой специальную кнопку, которую пациентка держит в руке и нажимает в момент, когда почувствует шевеление плода.
Кроме датчиков мобильного кардиотокографа 1 на теле пациентки закрепляются измерители 3 физиологических параметров матери. При этом набор измерителей подбирается врачом для каждой пациентки индивидуально в зависимости от целей мониторирования. Может быть реализовано удаленное мониторирование самых различных физиологических параметров, таких как: кардиологические параметры, получаемые при обработке сигналов ЭКГ; уровень кислорода в крови, формируемый каналом SpO2; температура тела; измеренное с помощью метода пульсовой волны кровяное давление; содержание сахара в крови, измеренное с помощью глюкометра и пр.
Блок 2 сбора и обработки данных обеспечивает решение следующих основных задач: сбор данных, поступающих от кардиотокографа 1 и измерителей 3 физиологических параметров матери; проверка достоверности получаемых измерений; обработка и анализ результатов измерений; формирование результатов обработки измерений на сенсорном экране 14; формирование сигналов тревоги и предупреждений; формирование информационных сообщений по результатам обработки и интерпретации измерений; реализация интерактивного графического интерфейса пользователя; передача результатов мониторирования, отчетов, сформированных сигналов тревоги и предупреждений, информационных сообщений на удаленный медицинский сервер 23 по беспроводным каналам мобильной связи GPRS, 3G с помощью трансивера 16; обеспечение голосовой связи между медперсоналом и пациентом.
В блоке 2 сбора и обработки данных выполняется цифровая обработка сигналов, которая позволяет оценить качество записи данных, выполнить их анализ. За счет реализованной проверки достоверности получаемых измерений сокращается количество неправильно записанных измерений, передаваемых на удаленный медицинский сервер 23.
Автоматическая обработка результатов измерений позволяет снизить расходы на мониторирование в целом, поскольку сокращают время на выполнение интерпретации полученных данных вручную. За счет реализации автоматического режима измерений исключаются многие возможные ошибки мониторирования, связанные с человеческим фактором.
Расширенная цифровая обработка сигналов, реализуемая в блоке 2 сбора и обработки данных, делает возможным осуществлять передачу на медицинский сервер 23 не только выполненные измерения, но и формировать сообщения по результатам обработки и интерпретации измерений.
Блок 2 сбора и обработки данных обеспечивает целостность передаваемых на медицинский сервер 23 данных таким образом, что если происходит прерывание связи с медицинским сервером, то данное устройство должно иметь возможность сохранять информацию во внутренней памяти и возобновлять передачу данных, когда связь восстанавливается.
Блок 2 сбора и обработки данных обеспечивает безопасность передачи данных на медицинский сервер путем поддержки средств криптографии и идентификации.
Цифровая обработка и анализ результатов измерений, выделение и статистическая обработка событий, сжатие данных и пр. выполняется центральным процессором 13.
Входящий в состав блока 2 сбора и обработки данных сенсорный экран 14 используется для отображения текущего состояния устройства, формирования информационных сообщений и реализации отдельных функций управления мониторированием, режима зарядки аккумулятора 21. С помощью сенсорного экрана 14 реализуется графический интерфейс «человек-компьютер». А для воспроизведения доплеровского сигнала, различной звуковой информации используется ЦАП 15 и громкоговоритель 17.
Блок 2 сбора и обработки данных может быть реализован как на основе стандартного наладонного или планшетного компьютера. Но наилучшие пользовательские характеристики обеспечивает специально разработанное устройство (Freescale Home Health Hub, freescale.com/homehealthhub).
Данные и результаты обработки пересылаются блоком 2 сбора и обработки данных на удаленный медицинский сервер (базовую станцию) 23 по каналу мобильной связи GPRS или 3G с помощью трансивера 16. Канал мобильной связи позволяет наряду с передачей цифровых данных обеспечить и голосовую связь.
Удаленный медицинский сервер 23 ориентирован на обслуживание большого количества пациентов и включает в себя сеть связанных между собой служб оказания медицинской помощи, медицинских специалистов.
На медицинском сервере 23 производится накопление результатов записей данных пациентов за длительный период времени. Посредством Интернет или другим средствами связи через медицинский сервер может осуществляться обмен информацией с различными организациями системы здравоохранения.
Медицинские специалисты по результатам анализа данных пациентки, полученных с медицинского сервера 23 с помощью стандартных персональных устройств мобильной связи 24 могут производить оценку состояния пациентки, давать рекомендации пациентке удаленным способом путем передачи сообщений на блок 2 сбора и обработки данных.
На основе дружественного, интуитивно понятного графического интерфейса и формирования звуковых сигналов реализуется система обратных связей между пациенткой и медицинским персоналом. Сообщения, посылаемые со стороны пациентки, могут иметь описательный характер, например, положение пациентки, ощущения пациентки и пр. По результатам обработки и анализа данных могут формироваться сообщения и напоминания пациентке, отчеты по результатам мониторирования, сообщения о необходимости сделать паузу или закончить процесс мониторирования.
Для обеспечения комфорта пациентки время мониторирования должно быть минимально достаточным. Мониторирование на дому обычно основано на проведении нестрессового теста. При этом во время мониторирования параметры КТГ постоянно сравниваются с заранее установленными пороговыми значениями, характеризующими нормальное состояние плода. Например, за 20 минутный период мониторирования должно быть не менее двух акцелераций сердечного ритма с превышением на 15 ударов в минуту базального значения и длящихся не менее 15-ти секунд. После набора всех параметров, характеризующих нормальное состояние плода, формируется сообщение о возможности прекращения мониторирования.
В предпочтительном варианте выполнения устройства входящий в состав кардиотокографа 1 модуль 18 локального беспроводного интерфейса используется для передачи результатов мониторирования на блок 2 сбора и обработки данных и приема управляющей информации по локальному беспроводному интерфейсу (см. фиг.4). Модули 18, 19 локального беспроводного интерфейса реализуют стандартный интерфейс Bluetooth, обеспечивающий устойчивую передачу данных со скоростью порядка 1 Мбит в секунду на расстояние до 10 м. Интерфейс Bluetooth работает на частотах, соответствующих диапазону радиочастот для применения в промышленности, науке и медицине.
Передача данных от измерителей 3 физиологических параметров матери на блок 2 сбора и обработки данных осуществляется по локальному беспроводному интерфейсу - беспроводному интерфейсу Bluetooth. Отсутствие проводов для подключения измерителей к блоку 2 сбора и обработки данных не стесняет движения пациентки и позволяет проводить непрерывное мониторирование в самых разных жизненных ситуациях.
На рынке медицинского оборудования малогабаритные устройства с интерфейсом Bluetooth для регистрации физиологических параметров не являются большой редкостью. И с каждым годом их номенклатура только расширяется.
Кардиотокограф 1 и измерители 3 физиологических параметров матери образуют беспроводную сенсорную сеть клиент-сервер с единственным сервером-блоком 2 сбора и обработки данных и множеством клиентов, в качестве которых выступают измерители.
Электропитание мобильного кардиотокографа 1 и блока 2 сбора и обработки данных может производиться как от встроенных аккумуляторов 20, 21, так и от внешних адаптеров.
Применение предлагаемого устройства в медицине позволит повысить комфортность пациентки в домашних, амбулаторных и госпитальных условиях, предоставляя возможность свободных перемещений в процессе мониторирования. Обеспечивается возможность изменения параметров мониторирования удаленным способом, а также возможность длительного мониторирования пациентов повышенного риска. Использование данного устройства позволит уменьшить количество посещений стационарного медицинского учреждения и тем самым снизить стоимость медицинского обслуживания.