УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к устройствам для контроля и функциональной диагностики. Устройство может быть использовано для дистанционного мониторинга дыхательной системы человека, а также для выдачи тревожной сигнализации при наступлении критического функционального состояния человека.
Предлагаемое устройство особенно актуально для мониторинга функционального состояния пожилых людей и больных, ведущих малоподвижный образ жизни.
В конструировании телеметрических систем для мониторинга физиологических параметров человека просматривается тенденция к встраиванию их чувствительных элементов вместе с подключенными к ним узлами приема и обработки первичной информации в нательную одежду (футболка, пижама и т.п.). Выходы узлов приема и обработки информации подключаются с помощью кабельного или радиотелеметрического канала к последовательно расположенным блоку памяти, аналитическому блоку и блоку отображения информации. При этом минимальный набор используемых чувствительных элементов включает оксиметрические, электрокардиографические, плетизмографические и другие сенсоры.
Известна система бесконтактной непрерывной регистрации частоты сердечных сокращений, частоты дыхания и двигательной активности космонавтов для круглосуточного съема сигналов (патент RU 73772), включающая акселерометрический датчик, выполненный с возможностью крепления на нательном белье космонавта в проекции сердца и соединенные с датчиком источник питания и запоминающее устройство, также выполненные с возможностью крепления на нательном белье и/или одежде космонавта, при этом запоминающее устройство через систему передачи сигналов соединено с бортовым компьютером для обработки сигналов.
Недостатком данной системы является то, что она не может эффективно использоваться в обычных условиях, так как сигнал, содержащий микроколебания тела, зарегистрированный акселерометрическим датчиком в условиях земной гравитации содержит гораздо большее количество помех и их продолжительность, чем в сигнале, зарегистрированном в условиях микрогравитации в невесомости.
Прототипом предлагаемой полезной модели выбрана телеметрическая система для мониторинга физиологических параметров (RU 75293), содержащая нательную одежду с расположенными в ней электрокардиографом и пульсоксиметром, сенсоры которых установлены с возможностью контактирования с чувствительными участками тела обследуемого, блок обработки первичных сигналов и блок информации, при этом дополнительно в нательной одежде может размещаться термометр и/или индукционный плетизмограф и акселерометр-инклинометр, а телекоммуникационный канал выполнен с применением технологии Bluetooth.
К недостаткам прототипа следует отнести усложненный характер конструктивной схемы устройства, обусловленный использованием в нем достаточно большого количества датчиков и сенсоров разнообразной конструкции и принципа действия, отсутствие системы тревожных сигналов, работающей в режиме реального времени и срабатывающей при наступлении критического функционального состояния человека, а также необходимость постоянного контакта сенсоров с чувствительными участками тела человека, что не всегда возможно обеспечить, и при этом такой контакт, в совокупности с достаточно большим количеством датчиков, может вызывать определенные неудобства и состояние дискомфорта.
Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание устройства, не требующего непосредственного контакта датчиков с телом человека, недорогого в производстве, простого и удобного в эксплуатации, которое может использоваться в домашних (бытовых) условиях и способно обеспечивать круглосуточный бесконтактный мониторинг функционального состояния дыхательной системы человека в режиме реального времени и оперативно оповещать о наступлении критического функционального состояния человека.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в упрощении конструкции устройства, упрощении технологии его изготовления и снижении его себестоимости, удобстве и простоте использования устройства, исключение необходимости обязательного контакта датчиков устройства с телом человека, введение в схему устройства системы тревожных сигналов, позволяющей в режиме реального времени оперативно оповещать о наступлении критического функционального состояния человека, таких как, например, снижение частоты дыхания ниже порогового значения либо полная остановка дыхания.
Технический результат предлагаемой полезной модели достигается за счет того, что устройство для дистанционного мониторинга дыхательной системы человека состоит из передающей части, предназначенной для размещения на теле человека, включающей встроенные в нательную одежду и соединенные между собой блок датчиков измерения дыхания и блок обработки первичных сигналов, а также приемной части, представляющей собой базовый блок, который по телекоммуникационному каналу связи соединен с блоком обработки первичных сигналов.
Блок датчиков измерения дыхания представляет собой две пары пластин из эластичного воздухопроницаемого электропроводящего материала, симметрично расположенных соответственно со стороны груди и спины человека, причем одна пара пластин встроена в нательную одежду на уровне грудной клетки, а другая пара пластин встроена в нательную одежду на уровне брюшной полости человека.
Таким образом, пара симметрично расположенных пластин, встроенных в нательную одежду, образует вместе с человеком простейший конденсатор, роль диэлектрика в котором выполняет тело человека и представляет собой датчик измерения дыхания. Принцип его работы основан на изменении емкости такого конденсатора во время дыхания человека, когда изменяется расстояние между пластинами за счет того, что при вдохе объем грудной клетки и брюшной полости человека увеличивается, соответственно увеличивается и расстояние между пластинами, при этом емкость конденсатора уменьшается и, наоборот, при выдохе объем тела уменьшается - расстояние между пластинами тоже уменьшается, а емкость конденсатора увеличивается. Таким образом, датчики фиксируют продолжительность вдоха, продолжительность выдоха и продолжительность паузы между ними, т.е. частоту дыхания человека. Сигналы с датчиков по проводам поступают в блок обработки первичных сигналов.
В качестве пластин, из которых изготавливаются датчики измерения дыхания, может использоваться любой эластичный воздухопроницаемый электропроводящий материал, при этом предпочтительнее использование специальной металлизированной ткани, например, типа ТКЗ (ткань золотая) или типа M2-Rip CNG (ткань медно-никелевая с позолотой) либо какая-либо аналогичная. Геометрические размеры пластин подбираются экспериментальным путем, в зависимости от электронных параметров блока обработки первичных сигналов.
В качестве нательной одежды, на которой закрепляются пластины датчиков, может использоваться любой тип одежды или нательного белья: майка, футболка, пижама, корсет, рубашка и т.п. Пластины датчиков закрепляются на нательной одежде любым известным способом, исключающим возможность непосредственного контакта пластин с телом (кожей) человека.
Блок обработки первичных сигналов реализуется на основе микроконтроллера (микропроцессора) и выполняет функции по первичной обработке сигналов, поступающих с блока датчиков измерения дыхания и передачи данных по телекоммуникационному каналу связи в базовый блок.
Блок обработки первичных сигналов содержит автономный источник питания и может иметь светодиодный индикатор работы и/или разряда аккумуляторной батареи. Блок может быть встроен в нательное белье любым известным способом, позволяющим при необходимости быстро извлекать блок, например, в специальном кармане (клапане), фиксируемом на молнию, липучку, пуговицы или т.п.
Телекоммуникационный канал связи, соединяющий блок обработки первичных сигналов и базовый блок, может быть реализован посредством любого из известных телекоммуникационных каналов связи, например: радиоканал, BLUETOOTH, WI-FI и т.д.
Базовый блок реализуется на основе микроконтроллера (микропроцессора) и выполняет функции приема, обработки и анализа поступающей информации, а также светового и звукового оповещения при наступлении критического функционального состояния человека, такого как снижение частоты дыхания ниже порогового значения либо полная остановка дыхания.
Базовый блок содержит источник питания от бытовой электросети и\или автономный источник питания, средства звуковой и световой сигнализации, органы управления и индикации.
На фиг.1 представлена общая функциональная схема устройства.
Устройство содержит нательную одежду 1, в которую встроены датчики измерения дыхания 2 и 3 и блок обработки первичных сигналов 4, соединенный по телекоммуникационному каналу связи 5 с базовым блоком 6.
Устройство работает следующим образом:
Нательная одежда 1 с встроенными в нее датчиками измерения дыхания 2, 3 и блоком обработки первичных сигналов 4 надевается на человека и включается питание блока обработки первичных сигналов 4 и базового блока 6. Датчики измерения дыхания 2 и 3 фиксируют длительность вдоха, выдоха человека и паузы между ними и передают сигналы в блок обработки первичных сигналов 4, который осуществляет обработку поступающих сигналов, накапливает измеренные данные и периодически передает их по телекоммуникационному каналу связи 5 в базовый блок 6.
Базовый блок 6 принимает данные от блока обработки первичных сигналов 4, осуществляет их обработку и анализ с целью выявления отклонений от нормы и предыдущего состояния человека. В случае выявления отклонения параметров дыхательной системы от установленных предельных значений, могущих означать наступление критического функционального состояния человека, как, например, снижение частоты дыхания ниже порогового значения либо полная остановка дыхания, базовый блок включает звуковую и световую тревожную сигнализацию, позволяющую оперативно реагировать на данное событие и принимать соответствующие меры.
Таким образом, размещение блока датчиков измерения дыхания и блока обработки первичных сигналов в нательной одежде дает возможность бесконтактного автономного динамического контроля дыхательной системы в течение суток, как в состоянии покоя, так и в процессе выполнения человеком какой-либо деятельности.
Наличие в базовом блоке системы тревожных сигналов обеспечивает возможность оперативно реагировать на возникновение критического функционального состояния человека.
В целом предлагаемое устройство для дистанционного мониторинга дыхательной системы человека обладает исключительной простотой и высокой степенью технологичности, что обуславливает значительно более низкую себестоимость по сравнению со всеми аналогичными устройствами, а также характеризуется простотой и удобством в эксплуатации.