СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА
MEANS OF REMOTE HUMAIN STATE MONITORING

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для оперативного контроля физиологических параметров человека, а также для дистанционного контроля за его состоянием.
Известен способ определения физиологического состояния (патент США №4724845, A61B 5/00, опубл. 16.02.88), состоящий в том, что измеряют уровень потребления кислорода организмом испытуемого субъекта, после чего субъекта подвергают стрессовой нагрузке и вновь измеряют уровень потребления кислорода его организмом. По величине изменения уровня потребления кислорода организмом субъекта в спокойном и стрессовом состоянии судят о его психофизиологической устойчивости к стрессу.
Известен способ оценки функционального состояния организма человека (патент РФ №2083155, A61B 5/00, опубл. 10.07.1997), включающий регистрацию RR-интервалов интервалограммы и последующее вычисление энтропии длительности RR-интервалов (Е) по формуле:
,
i
где m - количество RR-интервалов данной длительности в выборке из 100;
i
m/100 - вероятность RR-интервалов данной длительности в выборке из 100;
и при значении 50<Е<70 оценивают функциональное состояние человека как устойчивое.
Известен способ контроля функционального состояния человека (патент РФ №2191539, A61B 5/02, опубл. 27.10.2002), заключающийся в том, что регистрируют электрокардиограмму, в каждом кардиоцикле выделяют R-зубец, определяют последовательность RR-интервалов, по которым строят ритмограмму, а по ней определяют последовательность дыхательных волн, причем длительность каждой дыхательной волны определяют числом образующих ее RR-интервалов, которое кодируют частотой звукового диапазона. Последовательность полученных таким образом звуковых частот запоминают, после чего ее воспроизводят, при условии, что время воспроизведения каждой из частот одинаково и составляет не менее 50 мс. Функциональное состояние человека данным способом оценивают по продолжительности звукового воспроизведения ритмограммы, полагая его удовлетворительным в случае, если эта продолжительность не превышает 4 с.
Известен способ определения функционального состояния человека (Баевский P.M. «Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии». М. 1980 г.) путем регистрации ритма его сердечной деятельности, измерения длительности кардиоинтервалов с последующей статистической обработкой и построением гистограмм, по которым рассчитывают индекс напряженности (ИН) адаптационных ресурсов организма, используя формулу:
,
где
Mo - наиболее часто встречающееся значение длительности кардиоинтервалов;
AMo - отношение числа значений кардиоинтервалов, длительность которых равна Mo, к общему числу зарегистрированных кардиоинтервалов;
DX - разность между максимальным и минимальным значениями длительности кардиоинтервалов;
причем функциональное состояние человека оценивается по величине ИН в покое и по характеру изменения значений ИН при приложении физической или эмоциональной нагрузки с учетом величины нагрузки и индивидуальных характеристик человека.
Основным недостатком описанного выше способа является низкая достоверность определения функционального состояния человека и низкая точность ранней диагностики патологических состояний организма и психики, связанные с неустойчивостью показателя ИН к эпизодам нарушения сердечного ритма, проводимости и артефактам записи, а также с отсутствием оценки реакции вегетативной системы на экзогенное воздействие.
В качестве ближайшего аналога можно рассмотреть способ мониторинга состояния человека, раскрытый в описании работы кардиоанализатора «АНКАР-131» (Регистрационное удостоверение № ФСР 2009/05496 от 18.08.2009, выданное ООО НПКФ «МЕДИКОМ МТД», г.Таганрог, статья «Кардиоанализатор «АНКАР-131»), состоящий в наложении электродов в стандартном положении грудных отведений ЭКГ, регистрации ЭКГ, передачи информации на анализатор (компьютер через интерфейс) и расчет индекса функционального напряжения (индекса напряжения по Баевскому). Данный способ не лишен недостатков, которыми обладают вышеописанные аналоги.
Техническим результатом изобретения является снижение дискомфорта, появляющегося у человека при непрерывном мониторировании, повышение качества и точности дистанционного непрерывного определения, улучшение функциональности и безопасности.
Задача изобретения заключается в повышении достоверности и точности определения функционального состояния человека.
Для этого применяют способ дистанционного мониторинга состояния человека путем наложения электродов в стандартном положении грудных отведений электрокардиограммы, регистрации электрокардиограммы, передачи информации на анализатор и расчета индекса функционального напряжения, при этом передача информации осуществляется по радиоканалу (например, в стандартах канала радиосвязи WiFi, WiMax MPT 1327, BlueTooth, ZegBee, GPRS). Возможно дополнительное применение датчиков, выбранных из группы: датчик артериального давления, датчик температуры, датчик положения тела в пространстве и/или электроды реографического отведения. При этом осуществляют комплексный анализ данных пульсограммы, артериального давления, температуры и положения тела в пространстве, определяют вероятность отсутствия патологического процесса и при снижении вероятности отсутствия патологического процесса ниже значений 0,73 и неспровоцированном текущей физической нагрузкой выходе показателей частоты сердечных сокращений в ударах в минуту и артериального давления за индивидуально допустимые пределы констатируется возможность наличия патологического процесса. Для осуществления способа используют комплекс для дистанционного мониторинга состояния человека, содержащий электродный блок, регистратор физиологической информации, приемно-передающий модуль радиоканала и блок анализатора, отличающийся тем, что электродный блок, регистратор физиологической информации, приемно-передающий модуль радиоканала выполнены в виде единой системы регистрации физиологической информации, встроенной в одежду, а приемно-передающий модуль радиоканала позволяет осуществлять переключение между стандартами канала радиосвязи по выбору пользователя. Комплекс в определенных случаях дополнительно содержит датчик артериального давления, закрепленный на мочке уха, а единая система регистрации физиологической информации содержит электроды, расположенные в стандартном положении грудных отведений электрокардиограммы, и при необходимости датчик температуры, датчик положения тела в пространстве, электроды реографического отведения. Также предложена система регистрации физиологической информации, состоящая из электродов, расположенных в стандартном положении грудных отведений электрокардиограммы, и регистратора физиологической информации, отличающаяся тем, что электроды выполнены из тканного токопроводящего материала, встроенного в одежду из токонепроводящего материала, обеспечивающего плотный контакт с телом, а регистратор произвольно расположен в одежде и совмещен с приемно-передающим модулем радиоканала. Система может дополнительно содержать датчик температуры и/или датчик положения тела в пространстве, а стандартное грудное отведение может являться отведением по протоколу EASI. Система выполняется в виде майки или в виде комбинезона.
Сущность способа заключается в том, что для определения текущего состояния человека, выявления его физиологических возможностей проводят комплексный анализ показателей вариации сердечного ритма, артериального давления, температуры и положения тела во времени. Перечисленные показатели изначально регистрируются в состоянии нозологической нормы. В результате формируется карта должного состояния человека, учитывающая его антропометрические, возрастные и нозологические особенности, а также анамнез. По результатам данного обследования пациент заносится в соответствующую группу риска. Предусмотрено четыре группы риска. Группа риска III - мониторинг состояния осуществляется по запросу врача или пациента. Группа риска II - мониторинг проводится три раза в сутки, либо по запросу врача или пациента. Группа риска I - мониторинг осуществляется ежечасно. Группа риска 0 - мониторинг проводится непрерывно. Формируется заключение о допуске к выполнению профессиональных функций в соответствии с типом выполняемых работ. В процессе выполнения работы или в ходе прохождения лечения осуществляется непрерывное измерение показателей, передача их по радиоканалу на рабочее место врача, где производится их обработка и анализ. Вырабатывается интегральный критерий оценки состояния. Анализируются текущее состояние сердечно-сосудистой системы по частоте сердечных сокращений, показателям вариации сердечного ритма и артериальному давлению. При этом неблагоприятным считается состояние, при котором:
Частота сердечных сокращений превышает (снижена) на 35% от индивидуальной нормы.
Систолическое артериальное давление превышает 160 мм рт.ст. или снижается ниже 90 мм рт.ст.
Дыхательной системы - по анализу динамики изменения дыхательных волн. Нервной системы - по данным вегетативного статуса и степени психоэмоциональной напряженности. Полученные результаты сравниваются с индивидуальными порогами человека. Вычисляется вероятность текущего нахождения человека в норме, преморбидном состоянии и появления патологического процесса. На этой базе вырабатывается заключение о возможности выполнения человеком профессиональных функций или о сигнализации, о выходе показателей функционального состояния за допустимые пределы. В случае использования системы в лечебно-профилактическом учреждении или нахождения человека в домашних условиях под наблюдением генерируется сигнал тревоги с передачей полной информации о состоянии на рабочее место врача.
Способ осуществляется следующим образом. Для оценки состояния производится регистрация пульсограммы. Определяются RR интервалы, их статистические и частотные характеристики и распределение по времени. Рассчитываются показатели вариации сердечного ритма, степень адаптации и уровень адаптационных резервов, вегетативный статус и показатели сердечного ритма, индекс напряженности по Баевскому, в соответствии с (Баевский P.M. «Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии». М., 1980 г.) и индекс физического состояния. Одновременно регистрируется уровень артериального давления, вычисляемый по данным пульсограммы. Строится тренд изменения систолического, диастолического и пульсового давления. Рассчитывается минутный и ударный объемы кровообращения. Параллельно непрерывно регистрируется температура и положение тела в пространстве, а также динамика изменения положения тела по трем осям.
Определяется уровень текущего физического состояния в соответствии с формулой (1):
где Ω - индекс физического состояния;
C - частота сердечных сокращений (уд./мин);
S - систолическое артериальное давление (мм рт.ст.);
d - диастолическое артериальное давление (мм рт.ст.);
V - возраст (годы);
m - масса тела (кг);
r - рост (см).
Низкий уровень физического состояния принимается при значении индекса ниже 0,375.
Уровень физического состояния ниже среднего при значениях индекса, лежащих в диапазоне от 0,375 до 0,525.
Уровень физического состояния средний при значении индекса в диапазоне от 0,526 до 0,675.
Уровень физического состояния выше среднего при значении индекса в диапазоне от 0,676 до 0,825.
Уровень физического состояния высокий при значении индекса больше 0,826.
Определяется индекс функциональных изменений в соответствии с формулой (2):
Анализируется значение индекса, при этом при значениях F, меньших 2,59, принимается решение об удовлетворительной адаптации. При F, лежащих в пределах от 2,6 до 3,09, принимается решение о напряжении механизмов адаптации. При значении F в диапазоне от 3,1 до 3,49 принимается решение о неудовлетворительной адаптации. При F, больших 3,5, принимается решение о срыве адаптации.
При мониторинге лиц в процессе деятельности по индексу напряженности и частоте сердечных сокращений определяется фаза работоспособности. Индекс напряженности рассчитывается в соответствии с методикой Баевского P.M. (Баевский P.M. «Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии». М., 1980 г.). Текущая фаза работоспособности определяется в соответствии со следующим правилом:
Фаза мобилизации идентифицируется при незначительном, менее 10% изменении частоты сердечных сокращений и индекса напряженности.
Фаза гиперкомпенсации идентифицируется при резком, более 10% изменении частоты сердечных сокращений и индекса напряженности.
Фаза компенсации идентифицируется при стабилизации или возврате значений частоты сердечных сокращений и индекса напряженности к фоновым показателям.
Фаза декомпенсации определяется при увеличении частоты сердечных сокращений до уровня тахикардии и нестабильности значений индекса напряженности.
Фаза срыва идентифицируется при дальнейшем росте частоты сердечных сокращений и продолжающейся нестабильности индекса напряженности.
На основании полученных данных стандартными методами рассчитывается коэффициент логистической регрессии и определяется значение логистического правдоподобия. Вычисляется вероятность наличия или отсутствия патологического процесса.
Состояние человека принимается за нормальное при вероятности отсутствия патологического процесса не ниже 0,89, интегральном критерии уровня функционального состояния не выше 2 и нахождении показателей частоты сердечных сокращений и артериального давления в рамках возрастных и индивидуальных коридоров.
При снижении вероятности отсутствия патологического процесса до значения 0,73, увеличении интегрального критерия уровня функционального состоянии до 6 и кратковременных выходах показателей ЧСС и артериального давления за допустимые индивидуальные пределы принимается решение о наличии преморбидного состояния.
При снижении вероятности отсутствия патологического процесса до величины ниже 0,73 или долговременном, не мене чем на 30 минут, неспровоцированном физической нагрузкой выходе показателей ЧСС и артериального давления за индивидуально допустимые пределы принимается решение о наличии нарушений и необходимости непрерывного контроля за состоянием человека.
Система регистрации физиологической информации представлена на фиг.1. Она состоит из блока электродов (1), выполненного в виде майки из эластичного, непроводящего электрический ток материала, с встроенными в нее вставками из токопроводящей ткани, зафиксированных в строго определенных местах относительно тела пациента, датчика артериального давления (2), закрепляемого на мочке уха пациента, регистратора физиологической информации (3), совмещенного с датчиками температуры (4) и положения тела в пространстве (5) со встроенным в него приемопередающим модулем радиоканала (6) (Фиг.1).
Комплекс дистанционного мониторинга состояния человека представлен на фиг 2. Он состоит из блока-анализатора врача, состоящего из приемопередающего модуля радиоканала, подключаемого к персональному компьютеру через USB порт, и программного обеспечения. Регистратор физиологической информации с встроенным в него приемопередающим модулем канала радиосвязи выполнен в едином моноблоке по схеме, изображенной на фиг.2.
Выход датчиков электрокардиограммы (7) соединен с входом шестиканального усилителя (8). В усилителе происходит фильтрация и усиление полезного сигнала по амплитуде. Выход усилителя (8) соединен с входом коммутатора (9), управляемого микропроцессором (16). Выход коммутатора (9) соединен с сигнальным входом микропроцессора (16).
Выход датчиков реограммы (17) соединен с входом усилителя сигнала реограммы (13), осуществляющего фильтрацию и усиление сигнала реограммы по амплитуде. Выход усилителя сигнала реограммы (13) соединен с входом управляемого коммутатора (9), выход которого подключен к сигнальному входу микропроцессора (16).
Выходы датчиков температуры (4) и трехпозиционного датчика пространственного положения тела (5) соединены с соответствующими сигнальными входами микропроцессора (16) непосредственно.
Выход датчика артериального давления (2) соединен с входом усилителя артериального давления (10), выход которого подключается к входу передающего модуля BlueTooth (11). Сигнал с передающего модуля (11) поступает на приемный модуль BlueTooth регистратора (12), выход которого соединен с сигнальным входом микропроцессора (16) через управляемый коммутатор (9).
Сигнальный выход микропроцессора (16) соединен с входом приемопередающего модуля радиоканала регистратора (18). Комплекс может быть выполнен в пяти вариантах исполнения. В первом варианте используется канал радиосвязи стандарта GPRS, во втором - стандарта Wi-Fi и в третьем - стандарта МРТ1327, в четвертом - WiMax и в пятом - ZegBee. Информация, поступающая от микропроцессора (16) на вход приемопередающего модуля (18), транслируется по одному из пяти указанных радиоканалов на блок-анализатор врача (14). Одновременно информация с выхода микропроцессора поступает на встроенную карту Flash памяти (15).
Блок-анализатор врача представляет собой персональный компьютер с установленным на нем программным обеспечением с подключенным к USB порту модулем используемого в том или ином варианте радиоканала.
В состав программного обеспечения входят база данных пациентов, блок контроля канала радиосвязи, блок проведения амбулаторных обследований, блок проведения мониторинга, блок формирования заключений и блок интерфейса пользователя.
Работа с комплексом начинается с составления индивидуальной карты каждого пациента. Для составления индивидуальной карты в блок амбулаторного обследования программы входят система анкетирования, выявляющая субъективные жалобы пациента, система определения интегральных характеристик, включающая в себя определение биологического возраста, должного биологического возраста, должной жизненной емкости легких, коэффициента старения, индекса массы тела, значений частоты сердечных сокращений, систолического и диастолического артериального давления, ударного объема крови, минутного объема крови, уровня активности регуляторных систем, баланса вегетативной нервной системы, активности подкорковых центров регуляции, уровня физического состояния, уровня соматического здоровья, психологический тип личности, уровень стресс устойчивости, наличие депрессивных состояний. На основании полученных данных строится индивидуальная карта пациента и определяются индивидуальные границы допустимых значений изменения параметров.
При проведении мониторирования регистратор комплекса непрерывно регистрирует сигнал с шести грудных отведений ЭКГ, температуру и положение тела в пространстве и пульсограмму с мочки уха. Информация поступает на вход кодировщика, преобразующего ее для передачи по радиоканалу. В комплексе используются следующие стандарты канала радиосвязи передачи данных: WiFi, WiMax MPT 1327, BlueTooth, ZegBee, GPRS. Закодированная информация транслируется по радиоканалу на блок-анализатор врача.
Приемопередающий модуль блока-анализатора врача осуществляет фильтрацию и усиление сигнала, и передачу его для дальнейшей обработки в ПК.
Информация с приемопередающего модуля поступает в блок расчета показателей. В блоке осуществляется фильтрация RR интервалов, идентификация характерных точек и временных интервалов ЭКГ PQ, QS, ST, QT, SR, по методике Баевского рассчитываются показатели уровня адаптационных резервов и активности регуляторных систем, определяются текущие частота сердечных сокращений, систолическое и диастолическое артериальное давление, ударный объем крови, уровень физического состояния, индекс функциональных изменений, текущее отклонение от уровня основного обмена, текущий уровень соматического здоровья, температура тела. Полученные показатели поступают в блок сравнения, на другой вход которого поступают данные об индивидуальных границах допустимых значений. На основании сравнения строится матрица отклонений от индивидуальной нормы. Степень отклонений ранжируется по 32-бальной шкале. По количеству получаемых баллов текущее функциональное состояние пациента относится к той или иной категории тяжести.
Параллельно с вышеизложенным регистрируемая физиологическая информация анализируется на предмет определения вероятности наличия патологического процесса в основных функциональных системах организма, сердечно-сосудистой, нервной и дыхательной. Анализируются частота сердечных сокращений, артериальное давление, частота дыхания, жизненная емкость легких, вариация сердечного ритма, отклонение от индивидуального уровня основного обмена, температура тела. Проводится сличение перечисленных показателей с индивидуальной нормой пациента. При определении угрожающих состояний вырабатывается сигнал тревоги. Проводится регрессионный анализ матрицы регистрируемых показателей с вычислением коэффициента правдоподобия соответствия текущего состояния патологическому состоянию той или иной функциональной системы. Анализ осуществляется на основе обучающих выборок, полученных ранее.
В процессе работы комплекс формирует отчетные формы о текущем состоянии пациента. Степень детализации отчетных форм может определяется требованиями врача. Отчетная форма может содержать информацию о функциональном состоянии пациента по трехбалльной шкале, норма, пограничное состояние, срыв адаптации, или детальную расшифровку заключения по каждому анализируемому показателю. Комплекс представляет формы в табличном или графическом виде.
Система крепления датчиков физиологической информации выполнена в виде майки из эластичного непроводящего электрический ток материала с встроенными в нее участками из токопроводящей ткани, располагающимися в местах регистрации физиологических сигналов, электронной платы регистратора физиологической информации с встроенным блоком передатчика радиоканала и манжеты для аускультативного метода измерения артериального давления с встроенным датчиком давления и микропомпой.
Электропроводная ткань датчиков ЭКГ выполнена в виде шести круглых сегментов диаметром 30 мм, расположенных в местах проекции шести грудных однополюсных отведений, и трех прямоугольных сегментов размером 60×30 мм, расположенных в местах проекции трех стандартных конечностных отведений. Две пары реографических электродов выполнены в виде прямоугольных сегментов из токопроводящей ткани с соответствующими размерами активных электродов 30×40 мм и пассивных электродов 60×100 мм. Активный электрод первой пары располагается в зоне проекции II межреберья справа по средне-ключичной линии. Пассивный электрод этой пары располагается в проекции нижнего угла правой лопатки. Активный электрод второй пары располагается на уровне II межреберья на грудине. Пассивный электрод второй пары располагается на спине в зоне проекции IV-VI грудных позвонков.
Участки из токопроводящей ткани соединены с входом регистратора электропроводящими дорожками, выполненными из токопроводящей ткани, и изолированы от тела пациента.
Система крепления выполняется в двух вариантах.
В первом варианте майка представляет собой жилет-безрукавку и включает в себя электроды ЭКГ из токопроводящей ткани в проекции шести грудных отведений и две пары электродов РЭО.
Второй вариант исполнения представляет собой комбинезон из эластичной ткани с встроенными в него участками из токопроводящей ткани в местах проекции 12 стандартных отведений ЭКГ, две пары электродов РЭО и манжеты для аускультативного метода измерения артериального давления с встроенным датчиком давления и микропомпой.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Обследуемый Н., 1980 года рождения, рост 176 см, вес 72 кг, проходил обследование с помощью системы на предмет определения наличия скрытых форм патологического процесса, уровня адаптационных резервов и функционального состояния с целью определения возможности занятия должности диспетчера системы УВД.
На обследуемого надели майку, выполненную из материала «Эластин» с встроенными электродами из электропроводящего силикона.
Электроды были подключены к регистратору. На мочке уха обследуемого был зафиксирован датчик артериального давления. Структура системы соответствовала представленной на фиг.1.
Регистрируемые данные транслировались по каналу GPRS на рабочее место врача (фиг.2), на котором было установлено соответствующее программное обеспечение.
Перед началом обследования в систему были введены данные индивидуальных пределов значений частоты сердечных сокращений и артериального давления обследуемого, определяемые исходя из анамнеза и возраста обследуемого.
В соответствии с алгоритмом работы системы у обследуемого определялся уровень текущего физического состояния в соответствии с формулой 1. В данном случае этот показатель определялся на уровне 0,59, что соответствует среднему уровню физического состояния.
Индекс функциональных изменений определялся в соответствии с формулой 2. В описываемом случае этот индекс был равен 2,3, что соответствует уровню удовлетворительной адаптации.
В связи с тем, что обследование проводилось в амбулаторных условиях, фаза работоспособности не определялась.
Параллельно у обследуемого регистрировались:
- текущая частота сердечных сокращений, динамика ее изменения и среднее значение за время наблюдения, составившее, в данном случае, значение 68 уд./мин;
- текущий уровень артериального давления, динамика его изменения и среднее значение за период наблюдений. В описываемом случае значения артериального давления определялись на уровне - систолическое артериальное давление - 128 мм рт.ст., диастолическое давление - 65 мм рт.ст.
Как в случае частоты сердечных сокращений, так и в случае артериального давления, системой не было зарегистрировано резких отклонений данных показателей от средних значений.
На основании полученных данных, показателей вариации сердечного ритма, степени адаптации и уровня адаптационных резервов, вегетативного статуса, сердечного ритма и текущего физического состояния, методом логистической регрессии была определена вероятность наличия скрытого патологического процесса и интегральное значение уровня функционального состояния. В описываемом случае вероятность отсутствия скрытого патологического процесса составила 0,892, а интегральный уровень функционального состояния был определен как 1. Полученные результаты свидетельствуют об отсутствии у обследуемого скрытых патологических процессов, высоком уровне адаптационных резервов и функционального состояния. На основании проведенного исследования было сделано заключение о возможности кандидата Н. занять соответствующую должность оператора системы УВД.
Обследуемый К., 1979 года рождения, рост 174 см, вес 85 кг, проходил обследование с помощью системы на предмет определения текущего состояния здоровья.
Обследования проводились в соответствии с методикой, изложенной выше. В ходе обследования было установлено снижение уровня физического состояния до значения 0,4, что соответствует уровню ниже среднего. Индекс функциональных изменений определялся на уровне 0,35, что соответствует неудовлетворительной адаптации.
В ходе обследования среднее значение частоты сердечных сокращений определялось на уровне 82 уд./мин. Системой было сделано заключение о наличии у обследуемого К. проявлений тахикардии. Среднее значение артериального давления определялось в диапазоне: систолическое артериальное давления - 130 мм рт.ст., диастолическое артериальное давлении - 82 мм рт.ст. На основании полученных значений артериального давления системой сделан вывод о наличии у обследуемого начальных проявлений гипертонии.
Вероятность скрытого патологического процесса определялась системой на уровне 0,74, а уровень функционального состояния на уровне 5. Учитывая наличие эпизодов кратковременного выхода значений частоты сердечных сокращений и артериального давления за рамки индивидуальных пределов, системой было выработано заключение о наличии у испытуемого К. преморбидного состояния. На основании результатов обследования испытуемый К. был направлен в поликлиническое учреждение.