КОМПАКТНОЕ МОБИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КАРДИОРЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ КОСМОНАВТОВ НА БОРТУ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Полезная модель относится к медицине, а именно к медицинской технике и может быть использована для проведения исследования кардио-респираторной системы космонавтов на борту космических объектов.
Известны различные аналоги устройств для измерения параметров кардио-респираторной системы на борту космических объектов.
В космической медицине для оценки кардио-респираторной системы на борту космических объектов применяется компактный прибор «Пульс» [Баранов В.М., Баевский P.M., Фунтова И.И. и др. Исследование регуляции кровообращения и дыхания на борту Международной космической станции. Организм и окружающая среда. Адаптация к экстремальным условиям. М., 2003, с.38-41], позволяющий проводить одновременную регистрацию трех физиологических сигналов: электрокардиограммы, сфигмограммы, частоты дыхания. Наиболее существенными недостатками данного устройства является отсутствие возможности регистрации таких важных показателей как импедансной кардиограммы, сейсмокардиограммы, в связи с чем нельзя осуществлять регистрацию показателей центральной гемодинамики, механической работы сердца. Недостатком данного устройства также следует считать, отсутствие универсального механизма регистрации ответа космонавта на требования программы.
Однако условия полета требуют обследовании кардио-респираторной системы космонавта, требуют проведения на борту космического объекта оценки не только электрической активности сердца и периферического кровообращения, но также и оценки центральной гемодинамики и механической работы сердца которые существенно изменяются при действии факторов невесомости [Григорьев А.И., Баевский P.M. Концепция здоровья и проблема нормы в космической медицине. - М.: Фирма «Слово», 2001. - 96 с].
Именно комплексная оценка показателей кардио-респираторной системы во время космического полета позволяет наиболее полно оценить изменения и выявить начальные признаки изменений, еще на стации функциональной дисфункции. Использование традиционных устройств невозможно ввиду их громоздкости, невозможности их использования во время выполнения космонавтом обычной работы. Кроме того, известные устройства не обеспечивают универсального механизма регистрации ответа космонавта на требования программы, использование для этих целей клавиатуры компьютера существенно затрудняет взаимодействие космонавта с оборудованием в ходе исследования, требует дополнительного времени на поиск клавиши и ознакомление с инструкциями, что приводит к увеличению времени на проведение исследования.
Техническим результатом полезной модели является создание мобильного компактного устройства для обследования кардио-респираторной системы космонавтов, позволяющего контролировать электрокардиограмму, импедансную кардиограмму, сейсмокардиограмму, пневмотахограмму космонавта на борту космических объектов во время его работы, а также имеющего универсальный механизм регистрации ответа космонавта на требования программы.
Этот технический результат достигается тем, что компактное мобильное устройство для исследования кардио-респираторной системы космонавтов на борту космических объектов, содержащее герметичный корпус с размещенными в нем электронными блоками регистрации ЭКГ, фотоплетизмографии и пневмотахографии, расположенные снаружи корпуса соответствующие датчики, зондирующие электроды и средства крепления устройства к телу космонавта, дополнительно снабжено датчиком линейных ускорений для регистрации сейсмокардиограммы и электродами для регистрации импедансной кардиограммы, все датчики и электроды собраны в единый кабель и подключены к прибору с помощью единого общего разъема, в корпусе размещены соединенные с датчиками посредством единого кабеля
последовательно расположенные блоки защиты от статического напряжения, дифференциальные усилители, фильтры низких и высоких частот, общий для всех блоков аналого-цифровой преобразователь, к цифровому входу которого подключена механическая кнопка «пуск», выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым микроконтроллером, который через блок гальванической развязки соединен со вторым микроконтроллером, подключенным к USB кабелю с помощью унифицированного USB разъема, механическая кнопка установлена на наружной поверхности корпуса таким образом, чтобы быть доступной для космонавта, дополнительно устройство снабжено световым индикатором его рабочего состояния, средства крепления выполнены с возможностью крепления датчика линейных ускорений в области проекции сердца. При этом электроды имеют различную цветовую маркировку. Специализированный нагрудный пояс имеет возможность регулировки лямок и ремня в соответствии с индивидуальными размерами грудной клетки.
Предлагаемое устройство не только обеспечивает регистрацию указанных физиологических сигналов, но и за счет объединения всех блоков в компактный легкий корпус позволяет легко разместить его на космонавте. Такое устройство легко размещается на теле космонавта и не мешает ему во время проведения исследований. Габаритные размеры устройства 100×65×25. Вес с проводами и датчикам 260 гр. Наличие разъемов с механическими фиксаторами, защищает от неправильного подключения и обеспечивает легкую и быструю подготовку устройства к работе.
Устройство поясняется следующими фигурами.
Фиг.1 - Блок схема компактного устройства для исследования кардио-респираторной системы космонавтов на борту космических объектов;
Фиг.2 - Внешний вид устройства (передняя панель);
Фиг.3 - Внешний вид устройства (вид со стороны USB кабеля);
Фиг.4 - Внешний вид кабелей и датчиков (обратная сторона);
Фиг.5 - Внешний вид кабелей и датчиков и электродов;
Фиг.6 - Внешний вид устройства на добровольце.
На фигурах отдельные элементы устройства обозначены следующими позициями.
Датчики 1 для регистрации электрокардиограммы, импедансной кардиограммы подключены на вход блока защиты от статического напряжения 2, выход которого подключен на вход дифференциального усилителя 3, выход которого подключен к входу фильтра низкой частоты 4 и входу фильтра высокой частоты 5. Выход фильтра высокой частоты 5 подключен к входу детектора 6, выход которого подключен к входу фильтра низкой частоты 7. В свою очередь выходы фильтров низкой частоты 4 и 7 подключены к входу аналого-цифрового преобразователя 8. Датчик 12 для регистрации сейсмокардиограммы, 15 для регистрации фотоплетизмограммы и 18 для регистрации пневмотахограммы подключены через блоки защиты от статического напряжения 13 на входы дифференциальных усилителей 14, 17 и 20 соответственно. Выход усилителя сейсмокардиограммы 14 подключен на вход аналогово-цифрового преобразователя 8. Выход усилителя фотолпетизмограммы 17 вместе с выходом усилителя пневмотахограммы 20 подключены к входу мультиплексора 21, выход которого соединен с аналогово-цифровым преобразователем 8. Механическая кнопка «Пуск» 22 подключена к цифровому входу аналогово-цифрового преобразователя 8. Выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым микроконтроллером 11, который, через блок гальванической развязки 25 соединен со вторым микроконтроллером 26. Второй микроконтроллер 26 с помощью интерфейсного контроллера USB 27 подключен к USB кабелю 28 с помощью унифицированного USB разъема. Зондирующие электроды 9 подключены к источнику зондирующего тока 10, управляющий вход которого подключен к первому микроконтроллеру 11. Датчики пневмотахограммы 18 и фотоплетизмограммы 15 подключены к единому кабелю 30 через разъемы 33 и 34 соответственно, датчик линейных
ускорений, регистрирующий сейсмокардиограмму 12, непосредственно установлен на единый кабель 30, механическая кнопка «Пуск» 22, с защитой от случайного нажатия, установлена на наружной поверхности корпуса таким образом, чтобы быть доступной для космонавта, дополнительно устройство снабжено световым индикатором его рабочего состояния 36, клипса крепления 19 позволяет установить прибор на ремне крепления 35, который выполнен с возможностью крепления датчика линейных ускорений 12 в области проекции сердца.
Электроды имеют разную цветовую маркировку (рис.5)
Ремень крепления 35 выполнен в виде грудной обвязки
Питание элементарной базы устройства осуществляется через шину USB через гальванически развязанный преобразователь напряжения 24.
Все блоки устройства размещены в компактном корпусе 32 с подключенным USB кабелем 28 для сопряжения с персональным компьютером 29 с одной стороны и унифицированным разъемом 31 для подключения единого кабеля 30 с датчиками, на котором установлены датчики ЭКГ/ИКГ 1, электроды для подачи зондирующего тока 9 и датчик сейсмокардиограммы 12. Датчик фотоплетизмограммы 15 и датчик пневмотахограммы 18 подключаются к единому кабелю 30 через дополнительные разъемы 34, 33 соответственно. На корпусе 32 также размещена кнопка «Пуск» 22 для ответа космонавта на требования программы. Для удобства использования, на приборе имеется индикатор 36, который горит зеленым цветом во время проведения регистрации физиологических сигналов.
Работа устройства осуществляется следующим образом
Подготовка космонавта перед проведением обследования заключается в одевании специализированного пояса 35, таким образом, чтобы датчик линейных ускорений 12 оказался в области проекции сердца. На специализированном поясе 35 также закрепляют компактный корпус 32.
Электроды для подачи зондирующего сигнала 9 закрепляют на левом и правом плече космонавта, а электроды 1 устанавливают на правое и левое плечо космонавта на 10 сантиметров выше электродов 9. Для удобства подключения электродов нанесена цветная маркировка. Фотодатчик 15 закрепляется на III или IV палец левой руки. Датчик сконструирован в виде прищепки, на одной половине которой закреплен инфракрасный оптический излучатель, а на другой - фотоприемник. Датчик подключается к разъему 34 единого кабеля 30, разъем 34 закреплен на видном и доступном месте на ремне крепления 35 и имеет защиту от неправильного подключения. Термодатчик 18 устанавливают около наружных носовых ходов. Датчик подключается к единому кабелю 30 через разъем 33, который также закреплен на видном и доступном месте ремня крепления 35, имеет защиту от неправильного подключения. Все датчики и разъемы имеют маркировку.
В начале общий кабель подключается к разъему 31 на корпусе прибора. Затем кабели датчиков дыхания и фотодатчика подключаются к разъемам 33 и 34 на ремне крепления.
Регистрируемый с датчиков 1, смешанный сигнал проходит через блок защиты от статического электричества 2 усиливается в дифференциальном усилителе 3 с одновременным подавлением синфазной помехи 50 Гц. Из смешанного сигнала с помощью фильтра низкой частоты 4 происходит выделение электрокардиографического сигнала, который подается на аналогово-цифровой преобразователь 8.
При необходимости регистрации ответа космонавта на требование программы космонавт должен нажать на кнопку «Пуск» 22, при этом будет произведена регистрация ответа в виде отдельного сигнала подающегося на аналого-цифровой преобразователь 8. В случае необходимости дифференцированного ответа кодировка типа ответа осуществляется путем нескольких последовательных нажатий на кнопку «Пуск» 22.
Все регистрируемые аналоговые сигналы, подающиеся на аналого-цифровой преобразователь 8 преобразуются в цифровой формат и подаются
на микроконтроллер 11 для буферизации. В дальнейшем сигнал из микроконтроллера 11 через блок гальванической развязки 25 подается на микроконтроллер 26 и затем через USB кабель 28 поступают на персональный компьютер 29.
Управление прибором осуществляется с помощью специализированной программы-монитора позволяющей проводить регистрацию, визуализацию, сохранение сигналов на персональном компьютере для последующей обработки.
Таким образом, данное мобильное устройство позволяет комплексно исследовать кардио-респираторную систему космонавта, как в состоянии покоя, так и при проведении различных тестов.