Устройство для передачи биофизиологических сигналов

Настоящая полезная модель относится к области электротехники, применяемой в медицине, и может быть использована для передачи электрических сигналов, снятых с тела биологического объекта (человека или животного), на регистрирующее устройство.
Известна проводниковая ЭКГ система [US 6891379 В2, «EKG WIRING SYSTEM», G01R 27/04, опубл. 10.05.2005 г.], в сущности, представляющая собой устройство для передачи биофизиологических сигналов, таких как электрокардиологический сигнал, состоящее из кабеля и разъема для соединения с регистрирующим устройством. Кабель содержит оболочку, внутри которой расположено множество коаксиальных проводников, электрически соединенных с разъемом. На внешней стороне оболочки на расстоянии друг от друга установлено множество контактов, выполненных с возможностью размещения на поверхности тела биологического объекта. Контакты на теле размещаются с помощью соединения с электродами, которые закреплены непосредственно на коже. Каждый контакт электрически соединен с соответствующим проводником.
Это известное устройство выбирается в качестве прототипа, так как оно имеет наибольшее число существенных признаков, совпадающих с существенными признаками заявляемой полезной модели.
Недостатком известного кабеля является его низкая функциональность, поскольку он обеспечивает лишь съем аналоговых электрокардиосигналов, в то время как для врача имеется ряд других диагностически значимых физиологических сигналов, которые также необходимо передавать в регистрирующее устройство, например температура, движение и положение тела, миограмма, окулограмма, пневмограмма и другие. В разных конструктивных реализациях некоторые сигналы могут сниматься в аналоговом виде, но могут с помощью цифровых датчиков непосредственно на теле преобразовываться в цифровой вид и далее с помощью цифрового канала кабеля передаваться в регистрирующее устройство.
Передача сигнала в цифровом виде является предпочтительной, поскольку цифровой сигнал более устойчив к помехам и меньше вероятность потери частиинформации. Цифровой запоминающий блок может хранить и передавать в регистрирующее устройство служебную информацию, например количество постановок кабеля, серийный номер кабеля и другое. Служебная информация в дальнейшем используется, например, для оценки остаточного ресурса кабеля с целью его своевременной замены с целью предотвращения его внезапного выхода из строя и потери результатов обследования.
Задачей настоящей полезной модели является создание нового устройства для передачи биофизиологических сигналов с достижением следующего технического результата: повышение функциональности за счет обеспечения возможности соединения с вспомогательными устройствами, снабженными цифровым выходом.
Поставленная задача решена за счет того, что в известном устройстве для передачи биофизиологических сигналов, содержащем кабель и контакты, соединенные с ним, причем кабель включает оболочку, внутри которой расположены проводники, а на ее внешней стороне на расстоянии друг от друга установлены контакты, выполненные с возможностью размещения на поверхности тела биологического объекта, каждый контакт электрически соединен с соответствующим проводником, согласно настоящей полезной модели, введен цифровой сигнальный канал, выполненный с возможностью соединения с цифровым блоком.
Возможны варианты развития основного технического решения, заключающиеся в том, что:
- проводники и цифровой сигнальный канал расположены в общей оболочке;
- часть контактов расположена на общей оболочке;
- цифровой сигнальный канал имеет индивидуальный экран;
- введен по меньшей мере один встроенный цифровой блок, электрически соединенный с цифровым сигнальным каналом;
- в качестве цифрового блока применен датчик физиологических сигналов, например датчик движения/положения тела, датчик температуры, миографический датчик, окулографический датчик, пневмографический датчик;
- в качестве цифрового блока применен запоминающий блок;
- кабель с одной стороны электрически соединен с разъемом для его соединения с регистрирующим устройством;
- контакты выполнены в виде электродов для съема электрических потенциалов с поверхности тела биологического объекта;
- контакты выполнены в виде устройств крепления и электрического соединения с электродами для съема электрических потенциалов с поверхности тела биологического объекта и с внешними датчиками физиологических сигналов.
Таким образом, с помощью всей совокупности заявленных признаков удается повысить функциональность устройства для передачи биофизиологических сигналов за счет обеспечения возможности соединения с вспомогательными устройствами, снабженными цифровым выходом, благодаря введению цифрового сигнального канала. Это обусловлено тем, что цифровой канал обеспечивает возможность соединения кабеля с цифровым блоком, предназначенным для преобразования в цифровой вид физиологических сигналов биологического объекта, таких как температура, движение и положение тела, миограмма, окулограмма, пневмограмма и другие, а также для записи, хранения и передачи в регистрирующее устройство служебной информации, например, количество постановок кабеля, серийный номер кабеля и другое. Служебная информация в дальнейшем используется, например, для оценки остаточного ресурса кабеля с целью его своевременной замены с целью предотвращения его внезапного выхода из строя и потери результатов обследования.
По сути, цифровой блок представляет собой источник цифрового сигнала и в качестве него могут быть применены, например, датчик температуры, датчик движения/положения тела, миографический датчик, окулографический датчик, запоминающий блок и др. При этом наличие датчиков позволяет повысить точность диагностики за счет добавления дополнительных информационных параметров оценки состояния биологического объекта. Запоминающий блок позволяет дополнительно повысить надежность кабеля, поскольку запоминающий блок может содержать индивидуальный номер кабеля, что позволяет регистрирующему устройству автоматически поместить этот номер в результирующую запись результатов мониторирования. При обработке записи наличие индивидуального номера позволит автоматизированной системе анализировать качество работы данного кабеля, определять необходимость его ремонта или замены. Также запоминающий блок может содержать информацию о количестве циклов мониторирования, которые были выполнены данным кабелем. Это число автоматически модифицируется регистрирующим устройством при каждом последующем цикле. Количество циклов позволяет оценить состояние кабеля и степень его износа, а также сделать прогноз оставшегося ресурса его работы. Поскольку износ кабеля и, соответственно, ухудшение качества сигнала происходят постепенно, этот процесс не всегда может быть очевиден для врача. Прогноз ресурса кабеля по числу постановок позволяет избежать ситуаций критического выхода кабеля из строя во время мониторирования и тем самым потери длительной (суточной, многосуточной) записи. Наличие в запоминающем блоке такой информации дает возможность автоматически переносить ее в результирующую мониторограмму и, в дальнейшем, автоматически обрабатывать эти данные в информационных системах.
Сущность заявляемой полезной модели и возможность ее практической реализации поясняется приведенным ниже описанием и чертежами.
На Фиг. 1 показано устройство для передачи биофизиологических сигналов, участки кабеля которого выполнены в виде «змейки».
На Фиг. 2 показано устройство для передачи биофизиологических сигналов, участки кабеля которого выполнены в виде колец, смещенных относительно друг друга.
На Фиг. 3 показано устройство для передачи биофизиологических сигналов, участки кабеля которого выполнены в виде спирали. На Фиг. 4 показан поперечный разрез.
На Фиг. 5 показано устройство для передачи биофизиологических сигналов с цифровым блоком.
Устройство (Фиг. 1-5) для передачи биофизиологических сигналов содержит кабель 1 и контакты 2, соединенные с ним. Кабель 1 включает оболочку 3, внутри которой расположены проводники 4, а на ее внешней стороне на расстоянии друг от друга установлены контакты 2, выполненные с возможностью размещения на поверхности тела биологического объекта (на чертеже не показано), каждый контакт 2 электрически соединен с соответствующим проводником 4. Контакты на теле размещаются с помощью соединения с электродами (на чертеже не показаны), которые закрепляются непосредственно на коже.
Устройство для передачи биофизиологических сигналов может подключаться к регистрирующему устройству (на чертеже не показано) посредством кабеля 1 напрямую или с помощью разъема 5, с которым электрически соединен кабель 1 с одной своей стороны.
При этом участки кабеля 1, расположенные между контактами 2, выполнены с возможностью упруго деформироваться и могут представлять собой «змейку» (Фиг. 1), множество колец, смещенных друг относительно друга, (Фиг. 2) или спирали (Фиг. 3). Величина данной упругой деформации участков кабеля 1 определяется в зависимости от параметров расположения контактов на теле биологического объекта (на чертеже не показано), а именно расстоянием между точками на теле, на которых должны быть закреплены контакты 2 для корректного съема и передачи биофизиологических сигналов. При этом длина проводников 4 выполнена такой, чтобы необходимая упругая деформация кабеля 1 не приводила к чрезмерным отрывающим усилиям на электродах.
В случае, когда участки кабеля 1 между контактами (электродами) 2 выполнены в виде «змейки», процесс изготовления включает укладку кабеля 1 в форму, которая имеет канавки, соответствующие конечной форме «змейки», нагрев кабеля 1, например, с помощью фена, до состояния термопластичности оболочки, и остывание кабеля 1. После остывания участки кабеля 1 сохраняют форму «змейки». Количество волн «змейки» и их высота на участке между контактами 2 определяется диаметром кабеля 1 и номинальным расстоянием между контактами 2. Например, для участка кабеля 1 диаметром 3 мм и номинальным расстоянием между контактами 2 30 см количество волн змейки может составлять 7-8 шт., высота волны змейки может быть 4-5 см.
В случае, когда участки кабеля 1 между контактами (электродами) 2 выполнены в виде гибкой спирали, процесс изготовления спирали включает наматывание кабеля 1 на стержень с канавками, нагрев, например, феном, до состояния термопластичности, остывание кабеля 1, после чего участки кабеля 1 сохраняют форму спирали. Диаметр спирали и количество колец выбираются в зависимости о диаметра кабеля 1 и номинального расстояния между контактами 2. Например, для кабеля 1 диаметром 3 мм и номинального расстояния между контактами 2 30 см диаметр спирали может быть 2 см, количество витков - 15 шт.
В случае, когда участки кабеля 1 между контактами (электродами) 2 выполнены в виде одного или нескольких колец, расположенные примерно в одной плоскости параллельно друг другу со сдвигом, процесс изготовления аналогичен изготовлению «змейки», при этом форма имеет канавки в виде колец. Диаметр колец и их количество выбираются в зависимости от диаметра кабеля 1 и номинального расстояния между контактами 2. Например, для участка кабеля 1 диаметром 3 мм и номинальным расстоянием между контактами 30 см диаметр колец может составить 5-8 см, количество колец 1-3 шт. Подобные «плоские» кольца меньше мешают пациенту под одеждой и могут быть с помощью пластыря прикреплены к телу в отдельных точках.
Пример
При движении человеческое тело изменяет геометрические размеры. Например, при вдохе объем грудной клетки увеличивается. При выдохе - уменьшается.При выполнении различных физических упражнений отдельные мышцы напрягаются и, соответственно, утолщаются, при расслаблении - уменьшаются в объеме. Часть контактов 2 устанавливается на грудной клетке, которая при вдохе/выдохе существенно меняет линейные размеры. Если длина кабеля 1 между контактами в точности равна расстоянию между точками установки на теле, то при изменении этих размеров тела излишнее напряжение может привести к срыву контактов 2, что может сделать бракованной длительную (суточную) запись. Выполненный в виде «змейки» кабель 1 позволяет изменяться расстоянию между установленными контактами, при этом за счет эластичности «змейки» не возникают сильных усилий в местах крепления контактов. При уменьшении расстояния (например, при выдохе), за счет пружинящих свойств «змейка» уменьшает длину участка кабеля 1, тем самым предотвращается провисание кабеля 1 между контактами 2 и возникающий из-за этого «дребезг» сигнала, что приводит к повышению точности измерений.
Контакты 2 могут быть выполнены в виде электродов для съема электрических потенциалов с поверхности тела биологического объекта (на чертеже не показано) или в виде контактных устройств крепления и электрического соединения к электродам для съема электрических потенциалов с поверхности тела биологического объекта (на чертеже не показано), а также для крепления к внешним датчикам физиологических сигналов (на чертеже не показано). Электроды и внешние датчики могут крепиться на пневматических присосках (на чертеже не показано), с помощью самоклеющегося слоя (на чертеже не показано), с помощью лейкопластыря (на чертеже не показано). Контактные устройства крепления имеют пружинные элементы (на чертеже не показано), которые одеваются на металлическую часть электрода и на выходные контакты внешнего датчика.
Между оболочкой 3 и проводниками 4 может быть помещен общий экран 6, а каждый проводник 4 может быть помещен в индивидуальный экран 7. При этом часть или все экраны 7 могут быть выполнены из проводящего пластического материала, например, углеродосодержащий полипропилен, углеродосодержащий полиэтилен, углеродосодержащий полиуретан. Индивидуальный экран 7 шунтирует токи от электризации, возникающие от механических воздействий на кабель 1. В отличие от применяемых металлических экранов проводящий пластиковый экран 7 уменьшает вес кабеля 1 и металлоемкость, повышает гибкость, уменьшает минимальный радиус изгиба кабеля. Металлические экраны выполняются поверх изоляции проводника, как правило, в виде спиральной ленточной обмотки или в виде плетеной сетки из цветныхметаллов (например, луженая медь). Применение проводящего пластика устраняет необходимость использования цветных металлов, тем самым уменьшается металлоемкость кабеля. Имея сопоставимую толщину, вес пластикового экрана также меньше, чем металлического, что уменьшает общий вес кабеля. Выполненный в виде трубочки пластиковый экран имеет меньшую жесткость на изгиб, чем выполненные из метала спиральные и плетеные экраны, что обеспечивает повышенную гибкость кабеля в целом и, соответственно, способность кабеля изгибаться без повреждения с меньшим радиусом, т.е. уменьшается минимально допустимый радиус изгиба кабеля.
В момент разряда дефибриллятора разные электроды, расположенные в разных точках тела пациента, могут иметь разный потенциал, что создает электрический ток через кабель и через регистрирующее устройство (регистратор). А поскольку напряжение и сила тока разряда дефибриллятора велики, то ток разряда может привести к выходу регистрирующего устройства из строя. Поэтому могут быть введены элементы 8 защиты от перенапряжения, например от разряда дефибриллятора, каждый из которых электрически расположен между соответствующим проводником 4 и общим экраном 6 или между соответствующим проводником 4 и его индивидуальным экраном 7. В качестве элементов 8 защиты от перенапряжения могут быть применены варисторы, супрессоры, разрядники, стабилитроны и т.п. Соединение проводов всех каналов ЭКГ с одним общим экраном 6 или с индивидуальным экранам 7 защищает регистратор ЭКГ от разрядов дефибриллятора следующим образом. При разряде дефибриллятора путь тока между электродами с разным потенциалом проходит от одного электрода через элемент 8 защиты на экран 6 кабеля 1, затем проходит ограниченный отрезок экрана 6 на удалении от регистратора до другого электрода и через другой элемент 8 защиты замыкается на другой электрод. При этом ток не проходит через регистрирующее устройство. Высокое напряжение также не поступает на вход регистрирующего устройства. Имеет место быть повышение надежности измерительного устройства за счет того, что при разряде дефибриллятора присоединенный к нему регистратор не подвергается воздействию высокого напряжения, которое может привести к выходу из строя регистратора.
Заявляемый кабель содержит цифровой сигнальный канал 9 (Фиг. 4), соединенный с разъемом 5 для передачи данных, который позволяет подключить к кабелю 1 внешний цифровой блок (на чертеже не показано) или встроенный цифровой блок 10 (Фиг. 5), соединенный с цифровым сигнальным каналом 9. Внешний цифровой блок и встроенный цифровой блок 10 представляют собой источник цифрового сигналаи в качестве него может быть применен датчик движения/положения, датчик температуры, миографический, окулографический, пневмографический датчик, запоминающий блок. При этом встроенный цифровой блок 10 может быть расположен в разъеме 5, в корпусе контакта 2, отдельно на проводнике, присоединенном к кабелю 1. Причем к одному цифровому сигнальному каналу 9 может быть подключено несколько цифровых блоков.
Заявляемый кабель применяют следующим образом.
На теле пациента размещаются электроды и датчики для съема биофизиологических сигналов. Это могут быть ЭКГ-электроды, реографические, миографические, окулографические и другие электроды, а также держатели датчика движения/положения тела, датчика температуры, цифровых миографических, окулографических, реографических датчиков и др. Схема размещения электродов и датчиков может быть различной в зависимости от целей обследования (мониторирования), как правило, схема размещения определяется применяемой медицинской методикой. Размещенные электроды и датчики через контакты 2 соединяются между собой кабелем 1, кабель 1 соединяется с входом регистратора через коннекторы или через разъем 5, тем самым размещенные на теле электроды и датчики оказываются электрически соединенными с регистратором. Аналоговые сигналы с электродов передаются по проводникам 4, цифровые сигналы с цифровых блоков 10 передаются по цифровому сигнальному каналу 9, при этом аналоговые и цифровые каналы электрически изолированы между собой, что обеспечивает минимальное взаимное влияние сигналов. После начала регистрации пациент может оставаться в лечебном учреждении либо вести нормальную деятельность в обычных бытовых условиях в течение заданного периода мониторирования (от нескольких часов до нескольких суток). По окончании мониторирования электроды и датчики удаляются с тела пациента. Накопленная за время мониторирования информация с аналоговых и цифровых каналов (записанные биофизиологические сигналы, номер кабеля 1, число циклов его использования) передается в информационную систему для дальнейшей обработки с целью получения диагностически значимых признаков.