Радиоканальная система кардиомониторинга, предупреждения и действий в критических ситуациях
RADIO CHANNEL SYSTEM OF CARDIAC MONITORING, PREVENTION AND ACTIONS IN CRITICAL SITUATIONS

Настоящее изобретение относится к медицинской технике, а именно к биомедицинским измерениям для диагностических целей в кардиореспираторных исследованиях сердца (снятии электрокардиограммы - далее ЭКГ, измерении частоты сердечных сокращений - далее ЧСС и др.) и дыхательных систем (параметров дыхания, насыщения крови и тканей кислородом - сатурации и др.), и может быть использовано для диагностики аритмий, блокад, ишемии сердца, а также заболеваний дыхательных органов с использованием передачи данных измерений на центральную станцию и в службу срочной медицинской помощи для детального анализа результатов телеметрии, предупреждения и реагирования на факторы риска, критические и терминальные ситуации.
Многочисленным пациентам больниц и реабилитационных центров требуется непрерывный кардиальный контроль в течение продолжительного периода времени. В эту группу пациентов входят те, кто могут иметь аритмии мерцательного характера, трепетания предсердий и другие суправентрикулярные тахикардии, а также предсердную или желудочковую эктопию, мерцательные брадиаритмии, перемежающуюся блокаду ножек предсердно-желудочкового пучка и аритмии, связанные с состояниями типа гипертиреоза или хронической болезни легких. Другие пациенты могут демонстрировать симптомы, вызванные аритмиями сердца, такие как головокружения или неясности сознания, обмороки или одышки, представляющие значительные опасности для здоровья и жизни пациентов.
Известна "Система контроля ЭКГ с беспроводной связью" по патенту RU №2501520, А61В 5/0432, G06F 19/00, Н04М 1/02, состоящая из находящихся у пациента носимого телеметрического прибора - ЭКГ-монитора на базе микроконтроллера и сотового телефона типа смартфон, неотъемлемой частью которого также является микроконтроллер, связанный с клавиатурой, дисплеем, модулем голосовой связи и звукового оповещения (динамик, наушники, гарнитура). В состав указанной системы входит также центр контроля состояния пациентов, включающий в себя терминал сотовой связи мегагерцевого диапазона, зарегистрированный в Интернет-сети и выполненный с возможностью обмена данными со смартфоном в протоколе http, а также компьютерная сеть, включающая в себя сервер, рабочее место администратора, блоки просмотра ЭКГ и пульты лечащих врачей. Микроконтроллер носимого телеметрического прибора связан с блоком измерения ЭКГ, энергонезависимой памятью, блоком управления и контроля питания от аккумуляторной батареи, блоком поддержки стандартной (например, Bluetouth) гарнитуры и радиоканалом гигагерцевого диапазона. В состав ЭКГ-монитора входит также измеритель подвижности на базе 3D-акселерометра, позволяющий фиксировать такие критические изменения состояния пациента, как падение в обморок.
Недостатком описанной выше системы является недостаточно высокая информативность измерений из-за того, что в один момент времени проводится измерение только ЭКГ. В то же время известно, например, из учебника Шершнев В.Г. и др. "Клиническая реография, Киев, "Здоровье", 1977, с. 3-7, что значительное увеличение информативности мониторирования сердечно-сосудистой системы, повышение достоверности диагностики сердечных заболеваний и снижение вероятности ложных тревог могут быть достигнуты путем одновременной регистрации ЭКГ и реографии - неинвазивного метода исследования кровоснабжения органов, в основе которого лежат изменения электрического сопротивления тканей, в связи с меняющимся кровенаполнением. Для еще более достоверной оценки ситуации целесообразно также использовать информацию о дыхании и артериальном давлении пациента. Следствием недостаточной информативности измерений является высокая вероятность ложных тревог, приводящая к нерациональной нагрузке на медицинский персонал учреждения здравоохранения. Другим недостатком указанной системы является отсутствие возможности определения с ее помощью местоположения пациента для помощи ему в критических и терминальных ситуациях, когда пациент оказывается в беспомощном состоянии.
Частично эти недостатки устраняются в "Системе экстренного снятия, передачи на расстояние и анализа ЭКГ сигналов" по патенту на полезную модель RU №113942, А61В 5/0402, А61В 5/0404, G06Q 50/00, содержащей стационарные консультационные центры - по числу групп пользователей, оконечные устройства по числу пользователей, состоящие из блока снятия и обработки сигналов, аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), микроконтроллера, передатчика мобильной GSM/GPRS-сети связи, блока GPS, передающего координаты пользователя (пациента) на микроконтроллер, блока памяти. Система снабжена сервером распределения, обработки и хранения в базах данных всех поступающих и эталонных ЭКГ пациентов, соединенным через сеть Интернет со стационарным консультационным центром и персональным компьютером администратора системы, осуществляющего конфигурирование системы, и по крайней мере с одним дополнительным мобильным консультационным центром лечащего врача данного пациента, включенным через сервер. При этом мобильный консультационный центр снабжен устройством визуализации поступающего сигнала ЭКГ для выявления наличия негативных изменений сигналов с возможностью установления речевого контакта с пациентом, причем передатчик сигналов ЭКГ пациента снабжен по крайней мере одним дополнительным каналом мобильной связи.
Недостатком описанной выше системы является отсутствие в ней пунктов дежурной службы медпомощи, оснащенных соответствующими техническими и медикаментозными средствами для экстренной помощи и спасения жизни пациента в критических и терминальных ситуациях, например при нарастании у пациента признаков инфаркта или инсульта.
Этот недостаток устраняется в "Системе контроля жизненно важных показателей здоровья пациента" по патенту на изобретение RU №2454924, А61В 5/02, А61В 5/0402, А61В 5/08, А61В 5/103, H04Q 5/20, G08B 1/04, содержащей мобильные комплекты пациентов, центр контроля состояния пациентов с центральной ЭВМ (сервером) и базой данных, которая содержит анамнез, паспортные данные и контактную информацию с конфидентом (уполномоченным лицом) пациента, а также пункты дежурной службы медпомощи и мобильные комплекты связи на базе сотового GSM телефона и GPRS модема, выполненного с возможностью определения местоположения пациента по координатам базовых станций стандартной сотовой сети связи, которыми оснащены все контролируемые пациенты и их авторизованные конфиденты, вышеупомянутые центр контроля и пункты дежурной службы медпомощи. При этом каждый мобильный комплект пациента содержит датчик контроля сердечной деятельности, датчик контроля дыхательной активности, датчик контроля гемодинамики, датчик контроля двигательной активности пациента, блок ввода данных, многоканальный микроконтроллер, микропроцессор и дисплей, причем датчики контроля сердечной деятельности, дыхательной активности, гемодинамики и двигательной активности, блок ввода данных подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому и пятому входам многоканального микроконтроллера, к первому входу/выходу микроконтроллера подключен вход/выход микропроцессора, ко второму входу/выходу микроконтроллера подключен вход/выход дисплея, к третьему входу-выходу микроконтроллера подключен вход/выход первого модема GSM/GPRS. При этом в системе имеется возможность многоканального доступа к центральной ЭВМ и одному из мобильных телефонов комплекта связи персонала пункта дежурной службы медицинской помощи. Первый модем GSM/GPRS крепится на таком расстоянии от органов слуха и речи, чтобы пациент мог вести словесный обмен в режиме громкоговорящей связи.
В случае регистрации пороговых показателей состояния пациента микропроцессор формирует сигнал предупреждения, который представляет собой текстовое и речевое сообщения, в которых приводятся текущие показания состояния пациента, рекомендации пациенту по снижению вероятности наступления осложнения и перехода в критическое состояние, запрос на определение местоположения пациента, при этом сигнал предупреждения предназначается для самого пациента, пункта дежурной службы медицинской помощи и авторизованного конфидента пациента и отправляется автоматически по каналам передачи пакета информации GPRS и передачи речевой или текстовой информации по мобильной GSM связи, и в случае подтверждения оператором пункта дежурной службы медицинской помощи наличия пороговых признаков, он связывается с пациентом и дает ему рекомендации по недопущению перехода основных показателей в критические зоны, уточняет местоположение пациента, в том числе и по каналу определения местоположения пациента по координатам базовых станций сотовой сети, а при отсутствии связи с пациентом оператор пункта дежурной службы медицинской помощи выходит на связь с конфидентом пациента и оповещает его о необходимости оказания внимания пациенту по тем или иным пороговым показаниям указанной системы контроля жизненно важных показателей здоровья.
В том случае, когда одно из текущих показаний состояния пациента соответствует критическому порогу, микропроцессор формирует сигнал тревоги, который включает в себя текстовое сообщение, в котором приводятся текущие показания состояния пациента, его паспортные данные, контактный телефон конфидента, запрос на определение местоположения пациента. При этом сигнал тревоги предназначается для пункта дежурной службы медицинской помощи, авторизованного конфидента пациента и отправляется автоматически по каналам передачи пакета информации GPRS и передачи речевой или текстовой информации мобильной GSM связи. При получении сигнала тревоги оператор пункта дежурной службы медицинской помощи обращается к банку данных центра контроля состояния пациентов и запрашивает персональные данные пациента, проводит сравнение текущих критических показателей состояния пациента с записанными в базе данных участковым или лечащим врачами и, убедившись в наступлении критического состояния, определяет местоположение пациента по координатам базовых станций сотовой сети и направляет к месту пребывания пациента карету скорой медицинской помощи.
Указанная система выбрана в качестве ближайшего аналога предлагаемой системы.
Применение в составе ближайшего аналога стандартной сотовой сети связи обеспечивает возможность мониторинга состояния и определение местоположения пациентов из центра контроля состояния пациентов при любом местонахождении пациента, т.е. реализует так называемый режим глобального мониторинга и позиционирования, что, несомненно, является достоинством этой системы. Однако за это преимущество приходится платить, как в прямом смысле - платой оператору сотовой сети, так и техническими ограничениями - увеличением энергопотребления носимой части системы, приводящим к необходимости частой подзарядки аккумуляторных батарей. Повышенное энергопотребление GSM модулей не позволяет создавать малогабаритные носимые приборы длительного (без подзарядки) применения и увеличивает эксплуатационные расходы.
Кроме того, использование стандартной сети связи ограничивает, а фактически определяет выбор языка программирования аппаратных частей системы. Например, для сотовых телефонов - это язык JAVA ("Пишем софт для телефона" - www.mobilab.ru). Это накладывает жесткие ограничения на выбор и количество внешних датчиков биомедицинских сигналов, которые могли бы быть подключены к ЭКГ-монитору для превращения его в полноценный высокоинформативный носимый телеметрический прибор, что, в свою очередь, снижает точность измерений и достоверность прогнозирования состояния пациента. Кроме того, сотовая связь может иногда нарушаться из-за перегрузки сети либо затенения, что недопустимо в критических и терминальных ситуациях. Поэтому с точки зрения возможности обеспечения профессионального медицинского контроля состояния пациента при нахождении его в стенах стационара и в ближайшей околобольничной или парковой зоне больничного комплекса, реабилитационного центра, санаторно-курортного учреждения описанная выше система является далеко не оптимальной.
Для повышения эффективности системы применительно к такого рода территориально-распределенным объектам здравоохранения предлагается техническое решение, основанное на использовании вместо единой глобальной сотовой сети связи типа GSM/GPRS комбинированной внутриобъектовой радиосети. Указанная внутриобъектовая радиосеть включает в себя радиоканал малого радиуса действия (далее - "ближний" радиоканал) гигагерцевого диапазона, например сеть WiFi - для работы внутри помещений, находящихся в зоне действия этой сети, и радиоканал большего радиуса действия (далее - "дальний" радиоканал), работающий в одной из разрешенных полос частот мегагерцевого диапазона (433 или 868 МГц). В зоне действия WiFi "дальний" радиоканал находится в "спящем" режиме и автоматически включается при выходе пациента из зоны действия гигагерцевого диапазона. Поскольку мощность излучения в таких 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. Технический результат предлагаемого решения - повышение эффективности системы и снижение расходов при ее эксплуатации на территории медицинских объектов типа кардиологического отделения больницы, профильного кардиологического санатория, реабилитационного центра.
Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в описанную выше систему, содержащую пульты дежурной службы медпомощи, каждый из которых содержит микроконтроллер с блоками отображения, сигнализации и управления и модемом мегагерцевого диапазона, мобильные комплекты, далее - носимые телеметрические приборы пациентов, центр контроля состояния пациентов в составе центральной ЭВМ (сервера), банка данных, автоматизированных рабочих мест (АРМ) администратора и медперсонала и модема мегагерцевого диапазона, введены следующие дополнительные элементы: в каждом носимом телеметрическом приборе в дополнение к датчику контроля сердечной деятельности, далее - блоку измерения ЭКГ, датчику контроля дыхательной активности, далее - блоку анализа дыхания, блоку контроля гемодинамики, датчику контроля двигательной активности, далее - измерителю подвижности пациента, многоканальному микроконтроллеру, микропроцессору, клавиатуре, дисплею, блоку звукового оповещения и модему мегагерцевого диапазона дополнительно введены модуль GPS/ГЛОНАСС, блок управления и контроля питания от аккумуляторной батареи и модем гигагерцевого диапазона, например WiFi модем. При этом многоканальный микроконтроллер выполнен с дополнительным информационным входом, к которому подключен выход модуля GPS/ГЛОНАСС, дополнительным управляющим входом/выходом, к которому подключен выход/вход блока управления и контроля питания от аккумуляторной батареи, и дополнительным коммуникационным входом/выходом, с которым связан выход/вход вышеупомянутого модема гигагерцевого диапазона. В центре контроля состояния пациентов дополнительно установлен модем гигагерцевого диапазона, например WiFi модем, при этом сервер выполнен с дополнительным коммуникационным входом/выходом, к которому подключен выход/вход вышеупомянутого модема гигагерцевого диапазона. В каждый пульт дежурной службы медпомощи введен модем гигагерцевого диапазона, например WiFi модем, а все вышеупомянутые модемы мегагерцевого диапазона выполнены в виде "устройств малой дальности действия", использующих нелицензируемые полосы частот, например, 433 или 868 МГц. Особенностью таких устройств является относительно невысокая мощность излучения (не более 10 мВт), при которой, в соответствии с постановлениями Правительства Российской Федерации, они могут применяться без регистрации в Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций. Однако уже такой мощности достаточно для обеспечения зоны действия порядка нескольких километров, что вполне достаточно для указанных выше территориально распределенных объектов здравоохранения.
Суть изобретения поясняется на фиг. 1-4.
На фиг. 1 приведена общая структурная схема заявленной системы.
На фиг. 2 показана структурная схема носимого телеметрического прибора.
На фиг. 3 показана структурная схема центра контроля состояния пациентов.
На фиг. 4 приведена структурная схема пульта дежурной службы медпомощи.
На указанных чертежах использованы следующие обозначения: 1 - носимый телеметрический прибор; 2 - многоканальный микроконтроллер; 3 - блок измерения ЭКГ; 4 - блок анализа дыхания; 5 - блок контроля гемодинамики; 6 - измеритель подвижности пациента; 7 - микропроцессор; 8 - центр контроля состояния пациентов; 9 - модем гигагерцевого диапазона; 10 - модем мегагерцевого диапазона; 11 - клавиатура; 12 - дисплей; 13 - блок звукового оповещения; 14 - блок управления и контроля питания от аккумуляторной батареи; 15 - сервер; 16 - АРМ администратора центра; 17 - АРМ медперсонала; 18 - банк данных; 19 - пульт дежурной службы медпомощи; 20 - база данных; 21 - микроконтроллер; 22 - блоки отображения, оповещения и управления.
Рассматриваемая радиоканальная система кардиомониторинга, предупреждения и действий в критических ситуациях содержит пульты 19 дежурной службы медпомощи, в состав каждого из которых входят микроконтроллер 21 и связанные с ним база 20 данных, модем 10 мегагерцевого диапазона и блоки 22 отображения, оповещения и управления, центр 8 контроля состояния пациентов, включающий в себя сервер 15 и связанные с ним банк 18 данных, АРМ 16 администратора центра, несколько АРМ 17 медперсонала и модем 10 мегагерцевого диапазона, а также носимые телеметрические приборы 1, каждый из которых содержит многоканальный микроконтроллер 2, с которым связаны микропроцессор 7 с клавиатурой 11, блок 3 измерения ЭКГ, блок 4 анализа дыхания, блок 5 контроля гемодинамики и модем 10 мегагерцевого диапазона, а также измеритель 6 подвижности пациента, выход которого подключен к соответствующему входу многоканального микроконтроллера 2, к выходам которого подключены блок 13 звукового оповещения и дисплей 12. В каждом носимом телеметрическом приборе 1 установлены, кроме того, модуль 18 GPS/ГЛОНАСС, блок 14 управления и контроля питания от аккумуляторной батареи и модем 9 гигагерцевого диапазона, например WiFi модем, многоканальный микроконтроллер 2 выполнен с дополнительным информационным входом, к которому подключен выход вышеупомянутого модуля 18 GPS/ГЛОНАСС, дополнительным управляющим входом/выходом, к которому подключен выход/вход блока 14 управления и контроля питания от аккумуляторной батареи, и дополнительным коммуникационным входом/выходом, к которому подключен выход/вход вышеупомянутого модема 9 гигагерцевого диапазона. Центр 8 контроля состояния пациентов и каждый пульт 19 дежурной службы медпомощи включают в себя, кроме того, модем 9 гигагерцевого диапазона, например WiFi модем, а сервер 15 в центре контроля состояния пациентов и микроконтроллер 21 в каждом из пультов 19 дежурной службы медпомощи выполнены с дополнительными коммуникационными входами/выходами, к которым подключены выходы/входы вышеупомянутых модемов 9 гигагерцевого диапазона, при этом все вышеупомянутые модемы 10 мегагерцевого диапазона выполнены в виде "устройств малой дальности действия" с использованием нелицензируемых полос частот, например, 433 или 868 МГц.
Специфической особенностью предлагаемой системы по сравнению с ближайшим аналогом является то, что для связи носимого телеметрического прибора 1, центра 8 контроля состояния пациентов и пультов 19 дежурной службы медпомощи используется не стандартная сотовая сеть связи GSM/GPRS, а последовательно включенные "ближний" радиоканал гигагерцевого диапазона и "дальний" радиоканал мегагерцевого диапазона. Причем, в зависимости от степени удаленности пациента от центра 8 контроля состояния пациентов, активируется один из этих радиоканалов. Так, в "ближней зоне", например, в пределах помещений больницы, оборудованных точками доступа к сети Wi-Fi, связь осуществляется только в гигагерцевом диапазоне, а за пределами больницы, например, в парковой зоне, не охваченной сетью Wi-Fi, - только в мегагерцовом диапазоне при указанном выше ограничении на максимальную мощность излучения. То есть, в отличие от ближайшего аналога, в котором всегда используется радиосеть мегагерцевого диапазона с мощностью излучения в несколько Вт, в рассматриваемой системе, в зависимости от удаленности пациента от центра 8 работает либо "ближний" радиоканал гигагерцевого диапазона, либо "дальний" радиоканал мегагерцевого диапазона. При этом в отличие от сотовых телефонов (GSM, GPRS и т.п.) с мощностями излучения в несколько Вт, в "дальнем" радиоканале мощность излучения не превышает 10 мВт, т.е. на два порядка ниже, чем в сотовых телефонах. Это позволяет существенно снизить энергопотребление носимого телеметрического прибора 1 при сохранении высокой информативности данных, получаемых центром 8 контроля состояния пациентов для принятия решений по предупреждению и действий в критических ситуациях.
Соответственно, в модемах 10 "дальнего" радиоканала используется не штатная, как в ближайшем аналоге, электроника сотовых телефонов, а специализированные трансиверы типа 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 технологий 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.
Такие модемы широко применяются в радиоканальных охранных системах (www.altonika.ru), где они обеспечивают дальность действия в десятки км при разрешенных мощностях до 10 мВт и чрезвычайно высокой помехоустойчивости, обусловленной применением указанных выше технологий.
В "ближнем" радиоканале в опытных образцах системы, реализованных предприятием-заявителем, использованы экономичные C3199mod, обеспечивающие связь с через стандартные точки доступа сети WiFi в реальном масштабе времени. Существующие алгоритмы позволяют обеспечить плавный переход от одной точки доступа стандарта WiFi к другой без потери передаваемой информации.
В качестве энергонезависимой памяти в микропроцессоре 7 используется обычная микроSD-карта объемом до 16 Гб.
Дисплей 12 выполнен на базе OLED-индикатора UG-6028GDEBF02 на 160×128 точек размером 40×34 мм. Такого рода дисплеи в настоящее время являются оптимальным решением по соотношению качества изображения и энергопотребления.
В блоке 11 управления и контроля питания от аккумуляторной батареи используется аккумуляторная LiP-батарея емкостью 3А*ч.
Центр 8 контроля состояния пациентов, как и в ближайшем аналоге, реализуется на базе обычных персональных компьютеров и стандартного периферийного оборудования с доступным общим ПО.
Специальное ПО в рассматриваемой системе состоит из отдельных программных модулей, каждый из которых обеспечивает выполнение конкретных возложенных на него функций.
Таким образом, возможность практической реализации предлагаемой радиоканальной системы кардиомониторинга, предупреждения и действий в критических ситуациях не вызывает сомнений.
Рассматриваемая система работает следующим образом.
Функциональным ядром каждого носимого телеметрического прибора 1 является многоканальный микроконтроллер 2, с которым взаимодействуют периферийные компоненты, каждая из которых выполняет свои специфические функции и содержит соответствующий набор конструктивных элементов и модулей специального программного обеспечения (ПО).
Микроконтроллер 2 обеспечивает контроль за проведением медицинских измерений (ЭКГ, параметров дыхания, гемодинамики др.), выполняет функции управления накоплением, хранением и беспроводной передачей данных, а также управление связью с пациентом и дежурной службой медпомощи, контроль заряда/разряда аккумуляторной батареи, управление выбором и установкой (настройкой) измеряемых медицинских параметров и ряд других необходимых функций.
В блоке 3 измерения ЭКГ осуществляются прием аналоговых сигналов от установленных на теле пациента электродов - отведений, аналогово-цифровое преобразование принятых сигналов, цифровая фильтрация, анализ и передача результатов в микроконтроллер 2. Анализируются такие характеристики сигнала ЭКГ, как комплекс QRS, средняя ЧСС, интервал R-R и частота пульса. Характеристики ЭКГ подаются на устройство обнаружения аритмии, анализирующее ЭКГ по определенным характеристикам сигнала и пороговым значениям, определяемым врачом пациента.
Блок 4 анализа дыхания и блок 5 контроля гемодинамики выполняют функции, аналогичные блоку 3 измерения ЭКГ, но по отношению к другим параметрам кардиореспираторного мониторирования (параметрам дыхания и гемодинамики). Список измеряемых показателей деятельности кардиореспираторной системы пациента может расширяться и варьироваться, в зависимости от состава и характеристик подключаемых биомедицинских датчиков.
Внутри носимого телеметрического прибора 1 расположен измеритель 6 подвижности пациента, например, на базе 3D акселерометра. Этот измеритель воспринимает движение тела пациента. Сигнал от датчика усиливается, оцифровывается аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и записывается с помощью микроконтроллера 2 в энергонезависимую память микропроцессора 7. Сигнал движения посылается в центр 8 контроля состояния пациентов вместе с сигналами ЭКГ и может быть коррелирован с информацией ЭКГ для того, чтобы интерпретировать возможные состояния пациента. Например, пауза в сигнале ЭКГ, сопровождаемая большим сигналом движения, может указывать, что пациент упал в обморок.
Запись кардиореспираторной информации от пациента пакетируется и выгружается с частотой регистрации порядка 200 Гц на микpoSD-карту энергонезависимой памяти микропроцессора 7. К примеру, при указанной частоте регистрации 200 Гц в памяти объемом 2 Гб могут храниться данные ЭКГ, записанные в течение приблизительно 36 часов. Одновременно совокупность биомедицинских данных через микроконтроллер 2 поступает в радиомодем 9 гигагерцевого диапазона "ближнего" радиоканала либо в радиомодем 10 мегагерцевого диапазона "дальнего" радиоканала, которые транслируют их в центр 8 контроля состояния пациентов.
Автоматический переход от "ближнего" к "дальнему" радиоканалу позволяет осуществлять непрерывное детальное кардиореспираторное мониторирование пациента при нахождении его как в помещениях клиники, так и вне ее, не теряя контакт с ним вне зоны покрытия сети гигагерцевого диапазона, например Wi-Fi. Благодаря возможности автоматического перехода с одного радиочастотного канала на другой, экономится ресурс аккумуляторной батареи, а следовательно, увеличивается время ее эксплуатации без подзарядки.
Многоканальный микроконтроллер 2 выполняет следующие основные функции:
- управление накоплением и хранением информации в энергонезависимой памяти микропроцессора 7;
- контроль за двухканальной двухсторонней передачей по радиоэфиру данных кардиореспираторного мониторирования и служебной информации в центр 8 контроля состояния пациентов и сигналов управления из него;
- управление отображением и визуальный контроль за этими процессами с помощью клавиатуры 11 и дисплея 12;
- управление звуковым оповещением, в частности, трансляцией сигналов тревоги с помощью блока 13 звукового оповещения.
Входящий в состав носимого телеметрического прибора 1 блок 14 управления и контроля питания от аккумуляторной батареи контролирует состояние заряда/разряда аккумуляторной батареи и управляет зарядом этой батареи. Находящийся в этом блоке датчик заряда непрерывно оценивает состояние батареи, ее уровень заряда и ее способность к заряду.
Информация, переданная по "ближнему" радиоканалу, принимается в центре 8 контроля состояния пациентов установленным в нем модемом 9 гигагерцового диапазона. При передаче информации по "дальнему" радиоканалу она принимается модемом 10 мегагерцевого диапазона. В обоих случаях эта информация поступает на сервер 15, который обрабатывает ее под управлением АРМ 16 администратора центра.
Если передача ведется во время события, сопроводительная запись ЭКГ просматривается на АРМ 17 медперсонала, например, техническим специалистом по ЭКГ или лечащим врачом. Если ведется передача ежедневного архива данных ЭКГ, то он подвергается сортировке и регистрации в АРМ 16 администратора центра. Отчеты на основе событий, диагностированных техническим специалистом по ЭКГ, или ежедневной архивной записи направляются в соответствующий АРМ 17 медперсонала, например, лечащего врача, ответственного за данного пациента и в связанный с сервером 15 банк 18 данных. При этом администратор центра имеет возможность востребовать из банка 18 данных любую необходимую ему информацию и передать ее с помощью сервера 15 в АРМ 17 медперсонала. В свою очередь, лечащий врач, по своей инициативе, может обратиться к серверу 15 и сформировать с его помощью запрос на получение необходимой ему информации из банка 18 данных. Общая координация работы центра 7 контроля состояния пациентов также осуществляется с АРМ 16 администратора центра.
Каждодневная передача всего архива регистрации данных дает возможность диагностирования тонких кардиальных состояний, которые не могут быть обнаружены при типовой регистрации записей ЭКГ. Например, верхний предел тревоги по частоте сердечных сокращений может быть установлен на уровне, значительно превышающем нормальный ритм сердца пациента. Таким образом, небольшое увеличение ЧСС у пациента не может быть обнаружено устройством обнаружения аритмии пациента как подлежащее регистрации событие. Однако небольшое увеличение ЧСС может повторяться многократно за короткий период времени или может длиться постоянно в течение длительного периода времени. Такие более тонкие поведения кардиального ритма могут распознаваться более сложными системами анализа, работающими на полное раскрытие данных, анализ каждого ежедневного архива данных и создание ежедневного отчета, в котором идентифицируются такие симптоматические образцы сердечного ритма. Идентификация таких тонкостей в ежедневном архиве с помощью сложных программ анализа, входящих в состав специального ПО центра 8 контроля состояния пациентов, позволяет установить срочный диагноз состояния пациента и/или обеспечивает возможность перенастройки уровней тревог и пределов индикации тревог, чтобы позволяет более эффективно раскрывать характеристики кардиального состояния пациента в дальнейшем.
Врач пациента может во время исследования принять решение изменить параметры аритмии, которые должны обнаруживаться. Например, порог для обнаруженной тахикардии может быть установлен на начальное состояние 160 ударов/минуту. Такое изменение может быть установлено техническим специалистом и новая настройка будет послана на носимый телеметрический прибор 1 пациента в качестве изменения конфигурации измеряемых параметров. Новая информация о конфигурации направляется сервером 15 по "ближнему" или "дальнему" радиоканалу, в зависимости от степени удаленности пациента от центра 8 контроля, поступает на носимый телеметрический прибор 1 соответствующего пациента, где она устанавливается в блоке 3 измерения ЭКГ.
Пределы и пороги могут устанавливаться с помощью клавиатуры 11 и дисплея 12 в соответствующих полях выпадающего меню. Эти поля могут относиться к желудочковой фибрилляции, верхней и нижней ЧСС, систоле, паузе в сердечных сокращениях, фибрилляции предсердий.
В дополнение к пределам обнаружения пользователь может также устанавливать приоритет тревоги, такой как срочный, средний или низкий приоритет. Когда технический специалист по ЭКГ установил желательные пороги и приоритеты на АРМ 17 медперсонала, конфигурация сохраняется кнопкой "сохранить". Если мониторирование еще не началось, информация о конфигурации сохраняется на сервере 15 в центре 8 контроля состояния пациентов и передается на носимый телеметрический прибор 1, когда он первоначально размещается на теле пациента. При первом сеансе связи носимого телеметрического прибора 1 с центром 8 контроля состояния пациентов носимый телеметрический прибор 1 проверяет информацию о конфигурации, которая затем загружается и устанавливается в устройстве обнаружения аритмии, входящем в состав блока 3 измерения ЭКГ. Если мониторирование уже началось, то новая конфигурация немедленно загружается для установки. В дополнение к семи стандартным тревогам, связанным с аритмией, пользователь также имеет возможность установить заказную тревогу для конкретного пациента.
Сообщения и информация о пациенте могут быть зарегистрированы на сервере 15 для возможности доступа к ним посредством конкретных учетных записей. Учетной записью могут быть идентификационные данные лечащего врача, больницы, клиники, реабилитационного центра или санатория. Всякий раз, когда статус носимого телеметрического прибора 1 изменяется, он посылает соответствующее уведомление и эти уведомления отправляются в центр 8 контроля по "ближнему" или "дальнему" радиоканалу. Например, когда носимый телеметрический прибор 1 "ощущает", что он находится на пациенте и принимает сигналы ЭКГ от пациента, то посылается сообщение о соответствующем статусе. Когда носимый телеметрический прибор 1 обнаруживает неподключенный вывод ЭКГ, также посылается сообщение, но уже о другом статусе. Когда неподключенный вывод снова прикрепляется к телу пациента, снова отправляется сообщение об изменении статуса. Таким образом, непрерывный поток сообщений о статусе позволяет центру 8 оценивать характер использования пациентом носимого телеметрического прибора 1 и технический специалист в центре 8 контроля состояния пациентов имеет возможность вмешиваться в процесс мониторинга с передачей вызова по соответствующему радиоканалу, если поток сообщений указывает на то, что пациент имеет проблему или что-то упускает.
Предварительно, перед применением системы, в банк 18 данных на основе добровольного согласия вносится следующая группа отличительных характеристик пациента:
1. "Нормальное", "пороговое" или "критическое" (предикторное или терминальное), в котором находятся контролируемые функции организма в связанных с друг другом процессах, данные ретроспективного анамнеза, иные проявления физиологического состояния (кратковременную потерю памяти, например). Эти данные вносятся участковым или лечащим врачами.
2. Паспортные данные.
3. Контактные телефоны и адреса авторизованных конфидентов, например членов семьи.
К банку 18 данных имеют доступ только уполномоченные службы единой дежурной диспетчерской службы медицинского учреждения, в том числе дежурной службы скорой медицинской помощи 19. Текущие параметры, снимаемые датчиками блоков 3 измерения ЭКГ, 4 анализа дыхания и 5 контроля гемодинамики, через многоканальный микроконтроллер 2 поступают в микропроцессор 7. Текстовое сообщение может индицироваться на дисплее 12 носимого телеметрического прибора 1, а также на мониторе АРМ 16 администратора центра 8 контроля состояния пациентов, а речевое сообщение может транслироваться модемом 9 гигагерцевого диапазона или модемом 10 мегагерцевого диапазона. При нормальных параметрах состояния здоровья текстовое и речевое сообщения предназначаются для текущего информирования самого пациента через дисплей 12. При этом воспроизведение текущих показателей на дисплее 12 осуществляется по запросу микропроцессора 7, формируемого с помощью клавиатуры 11.
Сигнал предупреждения представляет собой текстовое и речевое сообщения, в котором приводятся текущие показания состояния здоровья пациента, рекомендации пациенту по снижению вероятности наступления осложнения и перехода в критическое состояние, запрос на определение местоположения пациента. Сигнал предупреждения предназначается для самого пациента и оператора пульта 19 дежурной службы медпомощи. Сигнал предупреждения отправляется автоматически по каналам передачи речевой или текстовой информации сети WiFi или специализированной внутриобъектовой сети через модем 9 гигагерцевого диапазона или модем 10 мегагерцевого диапазона, соответственно. По получении сигнала предупреждения оператор пульта 19 дежурной службы медицинской помощи обращается к базе 20 данных своего АРМ и запрашивает персональные данные пациента, производит сравнение текущих пороговых данных с записанными участковым или лечащим врачами в базе 20 данных. В случае выявления пороговых признаков оператор связывается с пациентом и дает ему рекомендации по недопущению перехода основных показателей здоровья в критическое состояние. При отсутствии связи с пациентом оператор пульта 19 дежурной службы медицинской помощи посылает через модем 9 гигагерцевого диапазона либо модем 10 мегагерцевого диапазона запрос носимому телеметрическому прибору 1 пациента об определении местоположения пациента с помощью модуля 21 GPS/ГЛОНАСС. Этот запрос принимается в носимом телеметрическом приборе 1 пациента модемом 9 гигагерцевого диапазона или модемом 10 мегагерцевого диапазона и с помощью многоканального микроконтроллера 2 пересылается в модуль 21 GPS/ГЛОНАСС. Этот модуль определяет текущее местоположение пациента и пересылает эту информацию в пульт 19 дежурной службы медпомощи. Через модем 9 гигагерцевого диапазона или модем 10 мегагерцевого диапазона данные о местоположении пациента поступают в микроконтроллер 22 пульта 19 дежурной службы медпомощи и отображаются в блоках 23 отображения, оповещения и управления. В критической и терминальной ситуациях эти блоки сигнализируют о наличии такой ситуации у определенного зарегистрированного в системе пациента и указывают его местоположение. Получив эти данные, оператор направляет к месту пребывания пациента наряд скорой медицинской помощи.
Таким образом, с помощью предлагаемой радиоканальной системы принцип действия реанимационной палаты больницы может быть перенесен на всю территорию больницы, санатория или реабилитационного центра.
Конечная цель - спасение жизни пациента - достигается при этом со значительно большей эффективностью, чем в ближайшем аналоге, во-первых, из-за ограниченной (не более нескольких километров) зоне действия, являющейся зоной шаговой доступности медперсонала к пациенту, попавшему в критическую ситуацию, и во-вторых, благодаря своевременности и высокой степени достоверности получаемых данных. Поскольку мощность излучения в предлагаемой радиоканальной системе на два порядка ниже, чем в используемых ближайшим аналогом стандартных GSM-сетях, соответственно меньше и энергопотребление, а следовательно, срок действия (без подзарядки) аккумуляторной батареи, входящей в носимый телеметрический прибор пациента. При этом практически полностью устраняется риск потери связи из-за перегрузки трафика и затенений, характерный для GSM сетей общего пользования, и отпадает необходимость в оплате услуг оператора сотовой сети. Таким образом, достигается технический результат предлагаемого решения - повышение эффективности системы и снижение расходов при ее эксплуатации на территории медицинских объектов типа кардиологического отделения больницы, профильного кардиологического санатория, реабилитационного центра. Соответственно, для данных объектов предлагаемая система существенно превосходит ближайший аналог по критерию "эффективность/стоимость".