МОБИЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС МНОГОКАНАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ И МОНИТОРИНГА ДЛЯ ДИСТАНЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПАЦИЕНТОВ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
MOBILE COMPLEX OF MULTICHANNEL DIAGNOSTICS AND MONITORING FOR REMOTE STUDIES OF PATIENTS IN THE REAL TIME MODE

Область
Изобретение относится к медицинской технике, предназначено для использования в оснащении медицинских салонов транспортных средств скорой медицинской помощи и медицины катастроф, отделений реанимации и интенсивной терапии, для длительного мониторинга нетранспортабельных/тяжелобольных пациентов по месту жительства, исследования населения удаленных регионов и позволяет оперативно проводить обследование жизненно важных функций и систем организма пациента, обмениваясь в дистанционном режиме по каналам мобильного/проводного/спутникового Интернет нативной информацией со специалистами профильных медицинских учреждений.
Изобретение позволяет выстраивать медицинскую логистику с первых минут включения режима удаленного обследования пациента, подготавливая условия для принятия эффективных решений специалистами медицинских учреждений.
Уровень техники
Современные комплексы мониторинга состояния пациента предназначены для постоянного контроля параметров жизнедеятельности пациентов, как в условиях стационара, так и при их транспортировке средствами скорой помощи.
В процессе мониторинга контролируются жизненно-важные параметры пациента, т.е. те по которым можно судить о состоянии жизненно важных систем и (или) функций организма и дополнительный набор параметров для расширенных исследований по различным направлениям медицины.
Мониторы пациента используются при работе с пациентами различных возрастных групп: от новорожденных до лиц преклонного возраста. Стандартно контролируемые параметры - это насыщение артериальной крови кислородом (SpO2), электрокардиограмма (ЭКГ), неинвазивное артериальное давление (НИАД), частота сердечных сокращений (ЧСС), частота дыхания (ЧД), температура тела (Т°).
Комплексы часто оснащены встроенным аккумулятором, термопринтером, каналами регистрации инвазивного давления (ИАД), капнометрии, анализа газовой смеси, измерения сердечного выброса (СВ), мониторинга глубины седации, нейромышечной проводимости и электроэнцефалографии (ЭЭГ). В настоящее время около 50 фирм в мире специализируются на производстве мониторов пациента. Используются мониторы пациента: анестезиологические, прикроватные, палатные, неонатальные, фетальные и транспортные. Анестезиологические предназначены для контроля параметров пациента во время проведения анестезии и используют следующий набор контролируемых параметров: пульсоксиметр, ЭКГ, капнограф, НИАД, ИАД, содержание анестетиков в крови. Прикроватные служат для длительного наблюдения параметров жизнедеятельности пациента в отделениях реанимации и интенсивной терапии и используют каналы пульсоксиметрии, ЭКГ, НИАД, ИД, капнометрии, Т°, СВ, ЭЭГ. Палатные используются для однократного измерения параметров жизнедеятельности пациентов и отслеживают показатели пульсоксиметрии, НИАД, Т° и ЭКГ. Неонатальные мониторы используются для длительного наблюдения параметров жизнедеятельности новорожденных и регистрируют ЭКГ, НИАД, ИД, SpO2, ЧД, Т°, капнометрия, ЭЭГ. Фетальные мониторы используются в акушерской практике для анализа состояния беременной женщины и плода, выполняют мониторинг ЭКГ, контролируют артериальное давление, оксигенацию крови, интенсивность сокращений матки и движений плода, внутриматочное давление, пульс. Транспортные мониторы используются во время внутрибольничной перевозки или на догоспитальном этапе, в том числе: в автомобильном, воздушном и речном транспорте скорой медицинской помощи (СМП). Такие мониторы имеют встроенные системы автономного электропитания, термопринтеры и оснащаются каналами пульсоксиметрии, ЭКГ, капнографии, НИАД и регистрации температуры.
По количеству измеряемых параметров все мониторы пациента делятся на одноканальные и многоканальные. Первые используются для контроля одной из функций организма: дыхания, работы сердца, сатурации крови кислородом и т.д. К таким мониторам относятся пульсоксиметр фирмы "Nihon Kohden", газоанализаторы фирмы "Drager", фетальные мониторы "BioNet", ИАД фирмы «БИОСОФТ-М».
Многофункциональные измеряют "полный" набор параметров жизнедеятельности пациента. Наиболее известны мониторы фирм «Philips", "Mindray", "Nihon Kohden".
Известные мобильные (транспортные) мониторы имеют малый вес, ручку для переноски или комплектуются мобильным транспортным стендом, имеют встроенные аккумуляторы, оснащены датчиками, в том числе электрохимическими, парамагнитными, пьезоэлектрическими, датчиками давления, температуры, а также пульсовой оксиметрией и инфракрасной фотометрией и другими.
Для медицинских обследований чаще всего применяются кардиомониторы, предназначенные для измерения и регистрации биоэлектрических потенциалов сердца, а также для измерения частоты сердечных сокращений (ЧСС) и формирования сигнала тревоги при выходе ЧСС за установленные границы.
Известные транспортные мониторы требуют от сопровождающего медицинского персонала анализа регистрируемой с пациента информации, ее интерпретации и оперативного принятия самостоятельных решений. Как правило, состав бригад скорой помощи комплектуются из специалистов низкой или средней квалификации. Например, на автомобилях СМП класса «А» и «В» работают фельдшеры, не имеющие разносторонних и глубоких знаний во всех областях медицины. Даже опытные врачи, работающие на выезде к пациенту, часто ограничены в принятии решений в условиях экстренной ситуации из-за отсутствия средств оперативного on-line обмена регистрируемой с пациента информации (графики, тренды, параметры критически-важных функций) с профильными специалистами или группой экспертов.
Аналогичные проблемы возникают для задач непрерывного мониторинга критически-важных параметров состояния тяжелобольных нетранспортабельных пациентов за пределами стационаров, удаленных исследований в чрезвычайных ситуациях, оснащении фельдшерских пунктов средствами мониторинговых исследований населения труднодоступных регионов.
В этой связи актуальной является проблема встраивания монитора в систему дистанционной мобильной связи для реализации двунаправленного on-line обмена данными мониторинга с удаленными диагностическими центрами и специализированными службами в целях квалифицированной консультации профильных специалистов или/и заблаговременной подготовки стационара к приему пациента. В этом случае, монитор используется как устройство многоканальной регистрации, обработки и анализа биомедицинских сигналов, их трансляции по каналам Интернет медицинским потребителям и реализации двунаправленного «врач-пациент» обмена аудиовизуальной информации в режиме реального времени. Такое решение обеспечивает эффективную информационную поддержку медицинских специалистов в условиях удаленной диагностики.
Уровень техники в области дистанционного мониторинга состояния здоровья представлен системами, раскрытыми в патентах RU №118178, RU №110946, RU №105778. В опубликованной заявке US 2014371617 А1, относящейся к этой области, представлена система, в которой информация о пациенте передается через локальную сеть. Дистанционное устройство анализирует полученные данные, а результаты анализа могут быть доступны для всех авторизированных пользователей - сиделок, врачей, родственников пациента.
В опубликованной заявке US 2011301429 А1 раскрыта система дистанционного диагностического мониторинга и поддержки пациента, включающая датчики текущего состояния здоровья пациента, измерительные каналы, многоканальное устройство оценки получаемой с пациента информации, устройство удаленной передачи информации, блок питания. Устройство оценки на основании анализа поступающих с пациента данных принимает решение об установлении экстренной связи пациента со специалистами, либо откладывает ее на некоторый период, либо выдает заключение об отсутствии необходимости такой связи. Известная система не предназначена для транспортного или переносного применения, в ней не реализуется многоканальный мониторинг и она не является мобильной.
Однако в уровне техники отсутствуют сведения об универсальных, мобильных, малогабаритных, автономных, многофункциональных мониторах, имеющих широкий диапазон эксплуатации в полевых условиях, при транспортировке пациента на водном, воздушном и авиационном транспорте, в чрезвычайных условиях работы служб МЧС, обеспечивающих устойчивую передачу регистрируемых с пациента биомедицинских сигналов по каналам мобильного, проводного или спутникового Интернет удаленному медицинскому оператору в режиме реального времени.
Отсутствуют средства мониторинга, реализующие дистанционную передачу, сохранение и просмотр на мобильных устройствах удаленных специалистов регистрируемых с пациента в on-line режиме ЭКГ, плетизмограммы, капнограммы, спирограммы и другой нативной информации, синхронизированной с трендами, расчетными параметрами состояния пациента и данными аудиовизуального обмена в удаленном режиме.
Отсутствуют мониторы пациента, объединяющие в одном устройстве средства и методы мониторинга и диагностики, позволяющие выполнять расширенную функциональную диагностику состояния пациента по выбранным методикам, не прерывая процесс регистрации жизненно-важных параметров пациента и предоставляя в режиме реального времени данные пациента одновременно группе профильных экспертов, выполняющих независимый анализ нативной информации и обменивающихся полученными результатами друг с другом.
Отсутствуют средства, предоставляющие медицинским специалистам авторизованный доступ к полному объему данных на Web-сервере дистанционных исследований в целях расширенного анализа, дополнительной обработки, редактирования и документирования полученных результатов.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание мобильного устройства многоканального мониторинга и функциональной диагностики в дистанционном режиме для транспортного и переносного применения в медицине катастроф и на транспортных средствах служб скорой помощи, для удаленного наблюдения нетранспортабельных и тяжелобольных пациентов вне стационаров и удаленного обследования населения труднодоступных регионов и выполнения мониторинговых исследований в полевых условиях профильными службами МЗ, МО и МЧС, устраняющего недостатки известных решений и позволяющего оказывать дистанционно квалифицированную неотложную помощь в виде диагноза, консультаций, организации on-line консилиума профильных специалистов, автоматической постановки предварительного диагноза и принимать обоснованные эффективные решения по анализу клинической ситуации и назначению лечения в учреждениях здравоохранения соответствующей специализации, а также обеспечивать изменение конфигурации аппаратных и программных средств комплекса под конкретные диагностические задачи и условия исследований, а также проводить текущую диагностику используемого оборудования в режиме реального времени.
Технический результат, который достигается при использовании настоящего изобретения, состоит в повышении качества, оперативности, надежности и обоснованности удаленных медицинских исследований для принятия решений по оказанию первой помощи в экстремальных условиях и неотложной ситуации. Технический результат состоит также в обеспечении возможности удаленного мониторинга и функциональной диагностики и удаленного хранения, обработки, просмотра результатов исследований на мобильных устройствах медицинских специалистов и реализации возможности дистанционного аудиовизуального обмена данными и круглосуточного мониторинга пациентов по месту жительства. Технический результат также состоит в обеспечении возможности удаленного обследования населения труднодоступных регионов и оптимизации логистики транспортировки пострадавших и пациентов в профильные медучреждения.
Технический результат достигается за счет того, что в мобильном комплексе многоканальной диагностики и дистанционного мониторинга для транспортного и переносного применения, включающем транспортный монитор и каналы регистрации, датчики с разъемами для многократного соединения с комплексом и включающие манжету тонометра, назальную канюлю, электроды для снятия ЭКГ, пульсоксиметр, датчик температуры и выносную камеру с микрофоном, транспортный монитор выполнен в виде переносного моноблока и включает блок измерения физиологических параметров человека, блок управления, обработки и хранения данных, блок удаленной передачи информации, блок ввода-вывода информации, систему автономного электропитания и термопринтер, блок измерения физиологических параметров человека через шину данных подключен к блоку управления, обработки и хранения данных, блоку удаленной передачи информации, блоку ввода-вывода информации, выносной камере, термопринтеру и системе питания, которая через шину питания связана с блоком измерения физиологических параметров человека, термопринтером, блоком управления, выносной камерой с микрофоном и блоком ввода-вывода информации, блок измерения физиологических параметров имеет модульное выполнение и включает модули тонометра, пульсоксиметра, ЭКГ, капнографа и температуры, съемно связанные друг с другом для изменения конфигурации блока в зависимости от диагностических задач и соединенные с разъемами, установленными на корпусе транспортного монитора, блок управления, при этом блок управления, обработки и хранения данных включает процессор, запрограммированный для реализации переключения между измерительными каналами, формирования на экране монитора графиков регистрируемых с пациента сигналов, формирования значений жизненно-важных параметров состояния, формирования окон аудиовизуального обмена данными между комплексом и удаленным абонентом, автоматического формирования световых и звуковых сигналов тревоги при выходе параметров состояния пациента за границы норм, формирования трендов параметров для всего периода мониторинга и для диагностики состояния измерительных каналов, оценки качества канала мобильной связи и уровня заряда встроенных аккумуляторов.
Технический результат усиливается за счет того, что блок управления, обработки и хранения данных включает карту памяти с базой данных результатов исследований в составе регистрационной карты пациента и ассоциированных с ней записей мониторинга, включающих графики нативных сигналов, тренды и значения жизненно-важных параметров состояния пациента, аудиовидеозапись двунаправленного обмена информацией комплекса с удаленным абонентом, конфигурацию настроек комплекса, сигналы тревог и сообщения диагностики состояния пациента и блока измерения физиологических параметров.
Транспортный монитор снабжен разъемом для подключения кабеля сетевого питания, подключенным к системе питания, и кнопкой включения/ выключения питания.
Корпус транспортного монитора снабжен ручкой для переноски, изготовлен из ударопрочного пластика и герметизирован, при этом разъемы корпуса также выполнены герметичными.
Экран транспортного монитора разделен на следующие области: область сенсорного управления, содержащую функциональные клавиши управления режимами отображения, настройки, печати и сохранения регистрируемых с пациента сигналов; область сигналов для отображения и визуализации графиков сигналов с пациента и управления масштабом их развертки; область видеосвязи для двунаправленного обмена данными между комплексом и удаленным абонентом и область расчетных параметров для отображения критически важных параметров состояния пациента.
Процессор комплекса запрограммирован с возможностью одновременного выполнения задач мониторинговых исследований и функциональной диагностики в режиме реального времени на базе единой платформы аппаратно-программных средств.
Блок удаленной передачи данных выполнен с возможностью реализации Интернет-трансляции регистрируемой с пациента информации, в частности, графиков нативных сигналов, трендов, параметров состояния пациента, аудиовизуальных данных, одновременно нескольким удаленным абонентам в режиме реального времени.
Блок удаленной передачи данных выполнен с возможностью передачи удаленным абонентам нативных биомедицинских сигналов, в частности, ЭКГ, плетизмогрпаммы, капнограммы, респирограммы, трендов артериального давления в формате, доступном для хранения и дополнительной обработки.
Процессор комплекса выполнен с возможностью настройки для задания границ нормы по каждому из измеряемых параметров состояния пациента для автоматической обработки и хранения данных включает процессор, запрограммированный с возможностью реализации переключения между измерительными каналами, формирования графиков регистрируемых с пациента сигналов и расчета параметров его состояния, формирования трендов критически - важных параметров пациента и отображение окон видео связи комплекса с удаленным абонентом и вывод на экран текста on-line диагностики состояния пациента для всего периода мониторинга, размещения всей информации на дисплее монитора и диагностики состояния измерительных каналов.
Описание фигур чертежей
Сущность изобретения и возможность достижения технического результата будут более понятны и показаны далее со ссылками на позиции чертежей, на которых изображено:
фиг. 1 - структурная схема монитора,
фиг. 2 - структурная схема блока измерения физиологических параметров,
фиг. 3 - структурная схема блока управления, обработки и хранения данных,
фиг. 4 - структурная схема системы автономного электропитания,
фиг. 5 - структурная схема блока ввода-вывода информации,
фиг. 6 - структурная схема блока удаленной передачи данных, и
фиг. 7 - чертеж общего вида транспортного монитора.
На всех фигурах чертежей приняты следующие единые обозначения:
1 - пневморазъем подключения манжеты тонометра,
2 - пневморазъемы подключения назальной канюли и сброса воздуха,
3 - разъем подключения кабеля ЭКГ,
4 - разъем подключения датчика SpO2,
5 - разъем подключения датчика температуры,
6 - блок измерения физиологических параметров человека,
7 - термопринтер,
8 - камера с микрофоном,
9 - кабельный ввод,
10 - блок ввода-вывода информации,
11 - блок управления, обработки и хранения данных,
12 - блок удаленной передачи данных,
13 - система автономного электропитания,
14 - разъем подключения кабеля сетевого питания,
15 - кнопка питания,
16 - разъем стандарта RJ-45,
17 - пневмопомпа,
18 - линейный электромагнитный клапан,
19 - драйвер,
20 - датчик давления,
21 - аналоговые фильтры,
22 - аналого-цифровой преобразователь,
23 - микроконтроллер модуля тонометра,
24 - защита схемы от статического электричества,
25 - аналоговый фильтр,
26 - аналого-цифровой интегральный модуль,
27 - микроконтроллер модуля пульсоксиметра
28 - гальваническая развязка цифровых сигналов и питания,
29 - защита схемы от статического электричества,
30 - аналоговый фильтр,
31 - аналого-цифровой преобразователь,
32 - микроконтроллер модуля ЭКГ,
33 - гальваническая развязка цифровых сигналов и питания,
34 - осушитель,
35 - переключающий клапан,
36 - пневмопомпа,
37 - датчик углекислого газа,
38 - система аналоговых фильтров и усилителей,
39 - аналого-цифровой преобразователь, 40- микроконтроллер модуля капнографа,
41 - нагрузочная цепь,
42 - фильтр,
43 - аналого-цифровой преобразователь,
44 - микроконтроллер модуля температуры,
45 - FLASH-карта памяти,
46 - одноплатный компьютер,
47 - концентратор,
48 - узел согласования логических уровней шины данных,
49 - узел управления питанием измерительных модулей,
50 - AC-DC преобразователь сетевого питания,
51 - интеллектуальное зарядное устройство,
52 - силовые ключи,
53 - управляемый предохранитель,
54 - аккумуляторный пак,
55 - система управления и защиты аккумуляторной батареи,
56 - узел выбора активного источника питания,
57 - электронный силовой ключ,
58 - понижающий преобразователь постоянного напряжения,
59 - дисплей,
60 - сенсорная панель,
61 - драйвер дисплея,
62 - контроллер сенсорной панели,
63 - SIM-карта,
64 - GSM-модем,
65 - транспортный монитор, корпус транспортного монитора,
66 - шина данных,
67 - шина питания,
68 - ручка корпуса транспортного монитора.
Осуществление изобретения
Комплекс представляет систему сбора, анализа и передачи данных по каналам мобильной, проводной или спутниковой связи о состоянии пациента, имеющую возможность изменения своей конфигурации в зависимости от решаемых диагностических задач. Комплекс обладает возможностями расширения конфигурации за счет подсоединения новых модулей диагностики. Встроенная система автономного электропитания позволяет разместить его на борту водного, автомобильного и воздушного транспорта СМП и МК. Переносное исполнение комплекса обеспечивает использование в полевых условиях за пределами специализированных транспортных средств. Встроенный канал аудиовизуального обмена, реализуемый посредством блока удаленной передачи данных, позволяет проводить дистанционный осмотр и опрос пациента, выполнять функциональные пробы, консультировать медицинских работников.
Комплекс позволяет проводить мониторинговые исследования с возможностью перехода на режим функциональной диагностики по выбранному каналу регистрации. При этом режим мониторинга не прерывается, и исследователь может к нему возвратиться без потери зарегистрированных с пациента сигналов.
Измерительные каналы комплекса синхронизированы между собой и каналом аудиовизуального обмена. Все потоки данных с пациента транслируются через Интернет на авторизованные мобильные средства медицинского персонала, серверы медицинских учреждений и средства связи стационарных и передвижных диспетчерских пунктов медицинских служб.
Комплекс содержит базу данных пациентов, которая включает регистрационные карточки пациентов и ассоциированные с ними записи результатов дистанционных исследований в составе: нативные сигналы, тренды, параметры пациента, результаты online диагностики, аудиовизуальные записи, сообщения тревожной сигнализации. Доступ к базе данных реализован с мобильных устройств авторизованных пользователей, серверов и средств коммуникации медицинских организаций и их служб.
Комплекс реализует систему тревожной сигнализации по каждому из каналов регистрации с возможностью настройки диапазона значений контролируемых параметров состояния пациента, длительности оповещения и громкости тревог.
В состав комплекса входят транспортный монитор 65 и соединенные с ним с возможностью многократного подключения и отключения средства диагностики: манжета тонометра, подключенная через разъем 1, назальная канюля капнографа, подключенная к монитору 65 через разъем 2, электроды для снятия ЭКГ, подключенные через разъем 3 для подключения кабеля ЭКГ, пульсоксиметр, подключаемый через разъем 4, датчик температуры, подключаемый через разъем 5 и выносная камера 8 с микрофоном, подключаемая через кабельный ввод 9.
Транспортный монитор 65 (фиг. 1) выполнен в виде переносного моноблока и включает блок 6 измерения физиологических параметров человека (фиг. 2), блок 11 управления, обработки и хранения данных (фиг. 3), блок 12 удаленной передачи данных (фиг. 6), блок 10 ввода-вывода информации (фиг. 5), систему автономного электропитания 13 (фиг. 4) и термопринтер 7. Блок 6 измерения физиологических параметров человека через шину 66 данных подключен к блоку 11 управления, обработки и хранения данных, блоку 12 удаленной передачи информации, блоку 10 ввода-вывода информации, через кабельный ввод 9 - к выносной камере 8 с микрофоном, термопринтеру 7 и системе автономного электропитания 13, которая через шину 67 питания связана с блоком 6 измерения физиологических параметров человека, термопринтером 7, выносной камерой 8 с микрофоном, блоком 10 ввода-вывода информации и блоком 12 удаленной передачи данных.
Блок 6 (фиг. 2) измерения физиологических параметров имеет модульное построение и включает модули тонометра, пульсоксиметра, ЭКГ, капнографа и температуры, съемно связанные друг с другом для изменения конфигурации блока в зависимости от диагностических задач. Модули соединены с соответствующими разъемами 1-5, установленными на корпусе 65 транспортного монитора. Модули реализуют каналы измерения.
Блок 6 выполняет регистрацию сигналов пациента, их синхронизацию, обработку и отображение в численном и графическом форматах.
Регистрация ЭКГ сигналов пациента осуществляется по 12 каналам с частотой 250 Гц через разъем 3. Модуль ЭКГ включает схему защиты от статического электричества 29, аналоговый фильтр 30, аналого-цифровой преобразователь 31, микроконтроллер 32, схему гальванической развязки цифровых сигналов питания 33. С помощью микроконтроллера 32 модуля ЭКГ производится расчет частоты дыхания методом импедансной респирографии, расчет частоты сердечных сокращений (ЧСС) и сегмента ST, детекция основных ритмов, расчет всех видов аритмий. На дисплее 59 ввода-вывода информации отображаются сигналы ЭКГ по выбранным каналам, тренд частоты сердечных сокращений и значения параметров. Канал ЭКГ в режиме реального времени детектирует следующие аритмии: асистолия, желудочковая фибрилляция, трепетание желудочков, пароксизмальная желудочковая тахикардия, ускоренный желудочковый ритм, желудочковая брадикардия, пароксизмальная наджелудочковая тахикардия, ускоренный наджелудочковый ритм, наджелудочковая брадикардия, экстремальная тахикардия, экстремальная брадикардия, брадикардия, тахикардия, желудочковая экстрасистола (ЖЭ), наджелудочковая экстрасистола (НЖЭ), деформированный QRS комплекс, интерполированная (вставочная) желудочковая экстрасистола, интерполированная (вставочная) наджелудочковая экстрасистола, парная (куплет) ЖЭ, парная (куплет) НЖЭ, желудочковая бигеминия, желудочковая тригеминия, желудочковая квадрогеминия, наджелудочковая бигеминия, наджелудочковая тригеминия, наджелудочковая квадрогеминия, ЖЭ типа R на Т, полиморфные желудочковые экстрасистолы, пропуск сокращения, пауза, нерегулярный ритм, нет импульса кардиостимулятора. Модуль ЭКГ реализует функцию автоматического определения подключения электродов кабеля ЭКГ к пациенту (обрыв линий).
2
2
Модуль пульсоксиметрии включает схему защиты от статического электричества 24, аналоговый фильтр 25, аналого-цифровой интегральный модуль 26, микроконтроллер 27 и средство гальванической развязки цифровыхсигналов и питания 28. Регистрация сигнала SpO производится через разъем 4 с частотой 50 Гц модулем пульсоксиметрии. Микроконтроллер 27 осуществляет расчет параметров сатурации SpO, частоты пульса и индекса перфузии. На дисплее 59 ввода-вывода информации отображается тренд SpO2, графики частоты пульса, индекса перфузии и значения параметров.
Модуль пульсоксиметрии исключает возможность подключения к нему датчиков, предназначенных для измерения других физиологических параметров.
2
2
2
2
2
2
2
Модуль капнометрии включает осушитель 34, переключаемый клапан 35, пневмопомпу 36, датчик углекислого газа 37, систему аналоговых фильтров и усилителей 38, аналого-цифровой преобразователь 39 и микроконтроллер 40. С помощью назальной канюли через пневморазъем 2 блоком 6 производится регистрация сигнала CO с частотой 25 Гц. Микроконтроллер 40 модуля капнографа осуществляет расчет параметров содержания CO в крови на вдохе (FiCO) и выдохе (EtCO), расчет параметра ЧД. Тренд CO, графики FiCO, EtCO, ЧД и значения параметров отображаются на экране монитора. Модуль пульсоксиметра реализует функцию автоматического определения подключения датчика к монитору (обрыв линий).
Модуль тонометра включает пневмопомпу 17, линейный электромагнитный клапан 18. драйвер 19, датчик давления 20, аналоговые фильтры 21, аналого-цифровой преобразователь 22 и микроконтроллер 23. С помощью манжеты тонометра через разъем 1 осуществляется регистрация сигнала системного давления, полученного неинвазивным методом измерения (NIBP) с частотой 10 Гц. Микроконтроллер 23 модуля тонометра позволяет рассчитать параметры давления - систолы (S), диастолы (D), миастолы (М). Тренды S, D, М и значения параметров отображаются на экране. Модуль тонометра реализует функцию автоматического определения подключения датчика к монитору (обрыв линий).
Модуль температуры включает нагрузочную цепь 41, фильтр 42, аналого-цифровой преобразователь 43 и микроконтроллер 44. С помощью датчика температуры через разъем 5 осуществляется регистрация сигнала температуры с частотой 40 Гц, на экране отображаются ее значения. Модуль измерения температуры реализует функцию автоматического определения подключения датчика к монитору (обрыв линий). Модуль измерения температуры исключает возможность подключения к нему датчиков, предназначенных для измерения других физиологических параметров.
Комплекс позволяет проводить видеомониторинг состояния пациента с помощью камеры 8, оснащенной микрофоном. Регистрация видеосигнала ведется с частотой 10 кадров в сек. в формате RGB 24 с разрешением 640×480, 30 FPS. На экране отображаются видеоданные в сжатом (250×200) и полноэкранном (830×620) режимах. Камера 8 подключена к монитору 65 через кабельный ввод 9 - интерфейс USB 2.0. Драйвер реализация видеопотока - UVC Video, поддержка видеоформата.JPEG для хранения и передачи видеоданных по каналам беспроводного Интернета. Видеокамера 8 крепится на ручке 68 монитора 65 и может быть вынесена на 1,8 метра за пределы корпуса.
Монитор 65 имеет встроенный термопринтер 7, который позволяет распечатать графики нативных сигналов и расчетные параметры жизненно-важных функций пациента, зарегистрированные на интервалах 4, 8 и 16 сек. в режиме реального времени.
Программное обеспечение комплекса выполняет диагностику всех систем и модулей монитора в процессе работы и отображает их состояние для сведения оператора.
Блок 11 управления, обработки и хранения данных включает (фиг. 3) процессор (одноплатный компьютер) 46, запрограммированный с возможностью реализации переключения между измерительными каналами, формирования графиков регистрируемых с пациента сигналов, формирования трендов параметров для всего периода мониторинга и диагностики состояния измерительных каналов. В блок 11 входят концентратор 47, узел 48 согласования логических уровней шины 66 данных, узел 49 управления питанием измерительных модулей и FLASH-карта памяти 45.
Транспортный монитор снабжен разъемом 14 для подключения кабеля сетевого питания, подключенным к системе автономного электропитания 13 (фиг. 4), и кнопкой питания 15 для включения/ выключения монитора в работу. Система автономного электропитания 13 включает интеллектуальное зарядное устройство 51. силовые ключи 52, управляемый предохранитель 53, аккумуляторный пак 54, систему управления и защиты аккумуляторной батареи 55, узел выбора активного источника питания 56, электронный силовой ключ 57 и понижающий преобразователь постоянного напряжения 58. Система автономного электропитания 13 позволяет переключать питание между сетевым и аккумуляторными источниками. Внутри корпуса монитора размещены аккумуляторы системы автономного электропитания - аккумуляторный пак 54, обеспечивающие бесперебойную работу комплекса. Интеллектуальное зарядное устройство 51 системы электропитания обеспечивает контроль процесса заряда/разряда аккумуляторной батареи; управление внутренними режимами; аварийную защиту от превышения тока и напряжения; контролирование работы системы управления автономным электропитанием комплекса; отображение информации об исправном состоянии аккумуляторов, значение и состояние заряда аккумуляторов САЭ; звуковую и световую индикацию в случае приближения заряда аккумуляторной батареи к нулю или перехода комплекса в аварийный режим работы.
Программное обеспечение комплекса формирует индикатор уровня заряда аккумулятора, состоящего из сегментов и отображает уровень заряда, с определенным шагом. Если заряд аккумуляторов падает ниже 20%, то включается тревожная сигнализация. Заряд аккумуляторов осуществляется при подключении к сетевому источнику 220 В, 50 Гц. На экране отображается идентификация используемого источника питания.
Корпус транспортного монитора 65 снабжен ручкой 68 для переноски, изготовлен из ударопрочного пластика и герметизирован. Разъемы корпуса также представлены в герметичном исполнении.
Принцип работы комплекса заключается в приеме информации, которая поступает с каналов регистрации параметров жизненно-важных функций организма пациента и канала аудиовидеосвязи, обработке этой информации, анализа сигналов в целях оперативной диагностики состояния пациента, отображении на дисплее 59, сохранении в базе данных, формировании и передачи по каналам мобильного/проводного/спутникового Интернет в режиме реального времени удаленным специалистам профильных медслужб в целях консультации, диагностики и обоснования транспортной логистики при доставке пациента в стационар.
Обработка полученной информации заключается в выполнении ряда преобразований: усилении информационного сигнала до определенного уровня; мультиплексировании (для переключения между каналами); оцифровки (с помощью АЦП информация преобразуется из аналоговой формы в цифровую); фильтрации (уменьшение шумов).
Поступающая обработанная информация отображается на экране монитора Комплекса и транслируется удаленному специалисту или их группе службы медицинского сопровождения больного. В ее состав входят: графики регистрируемых с пациента сигналов (давление, температура, ЭКГ, респирограмма, плетизмограмма, капнограмма); расчетные значения параметров его состояния; тренды критически-важных параметров для всего периода мониторинга; видеоизображение пациента и обследуемых частей тела; речевые сообщения; параметры технического состояния комплекса: уровень заряда аккумуляторов САЭ, показатель качества дистанционной связи, сообщения системы аварийной сигнализации; видеоданные (видео + звук) с камеры наблюдения пациента на мобильный гаджет удаленного медицинского абонента и видеоданные удаленного абонента на консоль пациента.
Алгоритм работы комплекса включает три этапа. На первом этапе из файловой системы Комплекса считываются настройки конфигурации для построения рабочего окна программы. Затем формируется структура интерфейса пользователя и отображается экранная форма режима регистрации нативных сигналов. Второй этап алгоритма реализует обработку в режиме реального времени данных транспортного мониторинга состояния пациента и параметров состояния технических систем комплекса: системы автономного электропитания, дистанционной передачи данных и аварийной сигнализации. По результатам обработки данных строятся on-line графики, выводятся аварийные сообщения и отображаются численные значения контролируемых параметров.
Третий этап реализует обработку интерактивных операций пользователя: настройку интерфейса и ввод/редактирование регистрационной карты пациента.
Перед использованием комплекс устанавливают рядом с пациентом. Далее подключают кабели каналов регистрации состояния пациента к разъемам 1-5. Устанавливают на пациенте датчики электрокардиографа, пульсоксиметра, капнографа, тонометра и температуры. Кнопкой 15 включают подачу электропитания.
Если Комплекс подключен к электросети, то питание осуществляется от сетевого источника 220 В 50 Гц, в противном случае - от встроенных аккумуляторов 54 системы автономного электропитания. Если аккумуляторы разряжены, то на дисплее 59 горит предупреждающее сообщение. В этом случае при подключении Комплекса к электросети начнется зарядка встроенных в консоль аккумуляторов 54.
Индикация уровня заряда осуществляется на дисплее 59 в виде изображения.
Видеокамеру 8 располагают в удобной для обследования пациента позиции: закрепив ее на ручке для переноски комплекса или в выносном варианте используя кабель подключения длиной 1.8 метра.
Управление комплексом осуществляется в сенсорном режиме, когда пользователь касается изображения управляющих клавиш на сенсорном экране монитора.
Дисплей 59 включает 4 области: область управления, содержащая функциональные клавиши управления режимами отображения, настройки, печати и сохранения регистрируемых с пациента сигналов; область сигналов, предназначения для отображения в визуализации графиков биомедицинских сигналов и управления масштабом их развертки; область видеосвязи используется для двунаправленного обмена данными (видео + звук) между комплексом и удаленным абонентом. Слева отображается окно видеосвязи удаленного абонента с комплексом, справа - окно видеосвязи комплекса с удаленным абонентом. Четвертая область - область расчетных параметров, которая предназначена для отображения критически важных параметров состояния пациента.
Доступ в Интернет осуществляется через встроенный в комплекс модем сотового оператора: в случае передачи видеоряда используется любой доступный канал сотовой или проводной связи.
Область применения: экстренная и неотложная медицина, службы транспортировки и диспетчеризации СМП, МК, МЧС и МО, дистанционная военная медицина, отделения реанимации и реабилитации, профилактическая медицина, сельская медицина, внутриведомственная медицина министерств и ведомств РФ.
Комплекс имеет встроенный модем связи типа LTE, с поддержкой стандартов GSM, 3G, 4G, GPRS для трансляции данных по каналам мобильного Интернет.
Управление комплексом реализуется на базе touchscreen - монитора. Поддержка всех функций Комплекса в режиме сенсорного управления выполнена для следующих задач: отображение зарегистрированных с пациента сигналов, значений параметров и их трендов, отображение окон функциональной диагностики по всем каналам регистрации состояния пациента, управление базой данных транспортного мониторинга, настройка параметров Комплекса, отображение окон видеомониторинга пациента и удаленной видеосвязи, индикация параметров состояния системы автономного электропитания (САЭ) и качества дистанционной связи.
Примеры исследований, проведенных с помощью мобильного комплекса
2
2
2
2
2
1. Исследования проводились в г. Санкт-Петербург и г. Москва. Комплекс был установлен в офисе ООО «БИОСОФТ-М» по адресу: Москва, ул. Балтийская, д. 9. Электропитание Комплекса осуществлялось от встроенных аккумуляторов на протяжении всего периода исследований (около 8 часов). Сотруднику компании были установлены измерительные каналы Комплекса, регистрирующие: плетизмограмму, ЭКГ в 12 отведениях, импедансную спирограмму, НИАД, температуры тела, капнограмму. Синхронно с измерением осуществлялась аудиовидеорегистрация и расчет критически - важных параметров состояния организма: ЧСС, значение сегмента ST по 1 отведению ЭКГ, сатурация артериальной крови кислородом SpO, частота пульса (ЧП), индекс перфузии PaI, содержание кислорода на выдохе EtCO, содержание кислорода на вдохе FiCO, частота дыхания (ЧД), систолическое S, диастолическое D и миастолическое М артериальные давления, температура тела Т°. На экране монитора Комплекса отображались графики ЭКГ, спирограмма, плетизмограмма, капнограмма, тренды параметров ЧСС, ЧД, SpO, EtCO, S и D. В ходе испытаний на экран монитора выводились два окна аудиовидеосвязи: «Комплекс - медицинский оператор» и «медицинский оператор - Комплекс».
Медицинский оператор находился в институте скорой помощи имени И.И. Джанелидзе по адресу: г. Санкт-Петербург, Будапештская ул., д. 3, лит. А.
В качестве персонального устройства оператора для приема поступающей с Комплекса информации использовался планшетный компьютер «Lenovo» ТВ3-850М.
Полный поток регистрируемой с сотрудника информации синхронизированной с аудио- и видеоданными поступал по каналу мобильной связи (оператор «Мегафон») через встроенный в Комплекс модем связи LTE с поддержкой стандартов GSM, 3G, 4G и GPRS.
После запуска Комплекса в Москве и начала регистрации, обработки и визуализации информации через 3-5 секунд на планшетном компьютере медицинского оператора в Санкт-Петербурге появился полный объем данных. Вся информация транслировалась через мобильный Интернет в режиме реального времени. Оператор выполнял мониторинговые исследования функций дыхания, работы сердца, сатурации артериальной крови кислородом, контролировал значения параметров состояния сотрудника, выполнял расширенную диагностику функций миокарда и артериального давления.
Каналы аудиовизуального обмена использовались для опроса и осмотра сотрудника, его консультации, выдаче рекомендаций по медикаментозной терапии, управления порядком выполнения функциональных проб (дыхательная и нагрузочная).
В процессе дистанционных исследований у сотрудника была выявлена гипертензия 1 стадии. Удаленный медицинский оператор назначил медикаментозную терапию и дал рекомендации по питанию и распорядку дня, определил периодичность обследования по месту жительства.
Общая продолжительность дистанционного исследования составила 42 мин.
С интервалом 5-10 минут исследования были проведены еще для 7 сотрудников ООО «БИОСОФТ-М». У одного из них были выявлены признаки дыхательной недостаточности (курильщик со стажем более 22 лет). Был назначен метод дыхательной терапии и средства медикаментозной терапии.
Общая продолжительность дистанционных исследований составила 5 часов 21 мин.
В конце исследований медицинским оператором с планшетного компьютера была открыта база данных и просмотрены записи дистанционных исследований как в ручном, так и автоматическом режимах. Отдельные фрагменты записей мониторинга и функциональной диагностики были распечатаны на принтере.
В ходе исследований сотрудников на Комплексе в Москве менялись настройка экрана и конфигурация измерительных каналов, которая через 3-5 сек. синхронизировалась с изменениями на планшетном компьютере оператора в НИИ скорой помощи Санкт-Петербурга.
Таким образом, содержание и объем дистанционных исследований сотрудников ООО «БИОСОФТ-М», выполненный медицинским оператором НИИ скорой помощи, показал высокую эффективность реализации изложенных в патенте решений для практической медицины.
2. Испытания проводились для передвижного варианта применения Комплекса. В этом случае транспортный монитор размещался в салоне автомобиля, который передвигался в пределах кольцевой дороги г. Москва. Электропитание Комплекса осуществлялось от встроенных аккумуляторов в течение 3,5 часов. Во время перемещения на пассажире были установлены каналы измерения сатурации, артериального давления и капнографии. Комплекс выполнял Интернет трансляцию регистрируемых с пассажира сигналов одновременно 3 медицинским операторам находящихся в Северном, Юго-Восточном и Западном административных округах г. Москвы. В качестве приемных устройств операторов использовались смартфоны фирмы Samsung, Asus и Huawei.
После включения транспортного монитора и подключения к нему удаленных медицинских абонентов через 1-3 сек. на смартфонах всех 3 операторов появились графики регистрируемых сигналов, расчетные параметры, тренды, каналы аудиовизуального обмена передвижного комплекса с абонентами. Комплекс последовательно с интервалом от 10 до 15 минут переключали на одного из удаленных операторов для аудиовизуального обмена информацией. При этом оценивалось качество передачи данных пациента по каналам мобильной связи и устойчивость Интернет трансляции аудиовизульных потоков в ходе мониторинговых исследований.
Результаты исследований показали, что при ухудшении качества мобильной связи в процессе транспортировки, Комплекс переходил в режим адаптации алгоритма Интернет - трансляции под доступный на данный момент трафик сети. Адаптация дистанционной передачи проявлялась в прореживании сигналов, снижении частоты обновления и разрешения видеокадров, снижении частоты обновления параметров состояния пассажира. При улучшении мобильной связи восстанавливалось качество Интернет трансляции регистрируемой информации до исходного состояния. При отсутствии каналов мольной связи передача данных с Комплекса прекращалась и весь поток данных записывался на встроенный флэш-накопитель монитора и гарантированно сохранялся в его базе данных. При восстановлении мобильного Интернет передача восстанавливалась в полном объеме. Используя персональные устройства мобильной связи, всем операторам был доступен полный объем функций дистанционных исследований пациента в процессе его транспортировки на автомобиле.
Преимущества мобильного комплекса
1. Реализация Интернет-трансляций по каналам мобильного, спутникового или проводного Интернет на персональные устройства сотрудников и диспетчерских служб медучреждений синхронизированного потока нативной, аудиовизуальной и обработанной информации о состоянии пациента в режиме реального времени.
2. Организация в режиме реального времени консилиума профильных специалистов для исследования состояния пациента в дистанционном режиме, основанном на одновременной синхронной передачи каждому из них полного объема регистрируемой с пациента информации.
3. Автоматическая он-лайн диагностика состояния пациента в дистанционном режиме и Интернет трансляция полученных результатов на мобильные устройства специалистов медучреждений.
4. Реализация базы данных дистанционных исследований, предоставляющая авторизованным абонентам (медицинским специалистам, родственникам, …) возможность выполнять удаленный просмотр, анализ, документирование результатов мониторинга с использованием мобильных средств (смартфон, планшет, ноутбук, …) независимо от места и времени суток.
5. Объединение в одном устройстве функционала монитора пациента и средств функциональной диагностики, позволившего повысить качество и достоверность исследований и постановки диагноза в удаленном режиме.
6. Широкий диапазон эксплуатации: от стационара до полевых условий с автономной системой электропитания, на автомобильном, воздушном и морском видах медицинского транспорта и передачей результатов исследований по любому из доступных каналов: мобильный, спутниковый, проводной Интернет в режиме реального времени.
7. Интернет трансляции медицинским абонентам нативной информации (ЭКГ 12 каналов, плетизмограмма, капнограмма, спирограмма, тренды артериального давления) в формате, доступном для обработки внешними программно-аппаратными средствами в целях более глубокого и всестороннего анализа результатов исследований.
8. Высокая надежность и отсутствие потерь при Интернет-трансляции медицинским потребителям регистрируемых с пациента сигналов за счет реализации в аппаратно - программных средствах комплекса алгоритма адаптивной коммуникации, учитывающего плохое качество или временное отсутствие канала связи.
9. Расширение доступа к высококвалифицированной оперативной медицинской помощи различных категорий пациентов и в первую очередь - экстренных пациентов, нетранспортабельных и тяжелобольных пациентов, населения удаленных регионов и пациентов в чрезвычайных ситуациях.
10. Повышение качества и эффективности медицинского обслуживания за счет реализации автоматической записи и просмотра результатов дистанционных исследований на Web-сервере независимым экспертом.