УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ БЕСПРОВОДНОЙ ДИАГНОСТИКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА НА ОСНОВЕ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ И ФОТОПЛЕТИЗМОГРАФИИ
DEVICE AND METHOD FOR REMOTE WIRELESS DIAGNOSTICS OF THE FUNCTIONAL STATE OF THE CARDIOVASCULAR SYSTEM OF HUMAN ON THE BASIS OF MOTOR ACTIVITY AND PHOTOPLETHYSMOGRAPHY

Изобретение относится к области медицины, а именно к медицинской технике, и может быть использовано в функциональной диагностике состояния сердечно-сосудистой системы.
Существует заявка на изобретение «Способ и устройство для обработки фотоплетизмографических сигналов» (RU 2012131153 А), недостатком которого является отсутствие передачи данных о состоянии пациента лечащему врачу в режиме реального времени.
Существует изобретение - «фотоплетизмограф» (патент RU 2354290 С1), предназначенный для использования в функциональной диагностике. Основным недостатком является отсутствие возможности записи хранения и передачи накопленной информации о состоянии сердечно-сосудистой системы пациента.
Существует полезная модель - «Компактное мобильное устройство для исследования кардиореспираторной системы космонавтов на борту космических объектов» (патент RU 77783). Основным недостатком является отсутствие способа корреляции интервала сигнала фотоплетизмограммы с интервалом пика ЭКГ для возможности использования сигнала фотоплетизмограммы для анализа сердечно-сосудистой системы так же эффективно, как сигнал электрокардиограммы. В данной полезной модели используются отдельные блоки электрокардиограммы и фотоплетизмограммы. Кроме этого, недостатком является наличие как минимум 6-ти датчиков, а не одного, выполняющего те же функции.
Известно устройство, выбранное в качестве прототипа, Physiological signal monitoring system (патент США №6616613 B1, 2009 г.), содержащее физиологическую систему мониторинга, в состав которой входят:
- датчик фотоплетизмографических сигналов (ФПГ), работающий на отражение;
- система фильтрации сигналов пульса крови (в зависимости от объема крови), элемент уменьшения рассеяния света на датчике ФПГ;
- передатчик в виде персонального компьютера (ПК), связанный с сенсором ФПГ для передачи данных по сети Интернет;
- зажим для закрепления на теле пациента;
- сервер для хранения данных о состоянии сердечно-сосудистой системы (ССС) пациента.
Недостатком описанной конструкции является:
- отсутствие возможности передачи данных о состоянии сердечно-сосудистой системы врачу в режиме реального времени;
- отсутствие возможности беспроводной работы датчика ФПГ;
- отсутствие беспроводной передачи данных посредством сети Интернет врачу.
Задачей заявляемого изобретения является дистанционная беспроводная диагностика функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека в режиме реального времени для предотвращения сердечно-сосудистых катастроф, таких как: инсульт, инфаркт на ранних стадиях развития.
Поставленная задача решается тем, что
1. устройство для дистанционной беспроводной диагностики функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе двигательной активности фотоплетизмографии, содержащее датчик ФПГ, который снимает информацию о состоянии гемодинамики пациента, согласно изобретению, устройство выполнено в виде беспроводного браслета, носимого на теле пациента, который дополнительно содержит аккумулятор для работы устройства без использования проводов, модуль Bluetooth для связи с сотовым телефоном, акселерометр для сопоставления двигательной активности пациента с медицинскими данными измерений пульсовой волны и частоты сердечных сокращений; при этом за счет использования сотового телефона в качестве передающего устройства в сеть Интернет передача информации о состоянии ССС пациента врачу происходит в режиме реального времени, возможна и обратная связь с врачом.
2. Способ дистанционной беспроводной диагностики функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе двигательной активности и фотоплетизмографии, при котором проводят комплексный анализ пульсовой волны и частоты сердечных сокращений (ЧСС) путем обработки данных полученных с датчиков ФПГ, согласно изобретению интеллектуальная обработка данных пульсовой волны и частоты сердечных сокращений для выявления критических (предынсультных, предынфарктных) состояний ССС, требующих немедленного реагирования врачебного персонала, происходит в режиме реального времени, причем для повышения точности диагностики критических состояний ССС данные измерений пульсовой волны и частоты сердечных сокращений сопоставляют с двигательной активностью пациента.
На Фиг. 1 представлена схема работы устройства для дистанционной беспроводной диагностики функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе метода фотоплетизмографии:
1. Устройство регистрирует пульсовую волну, ЧСС и двигательную активность.
2. Данные передаются по Bluetooth на сотовый телефон.
3. Данные передаются проводным способом через USB на компьютер.
4. Программа на сотовом телефоне с возможностью сбора данных в редуцируемом виде; выработки локальных рекомендаций; передачи данных на сервер; отправки тревожных сигналов.
5. Подзарядка устройства. Копирование данных с устройства. Передача подробных данных на сервер.
6. Передача данных посредством сети Интернет на облачный сервис.
7. Передача данных посредством сети Интернет на облачный сервис.
8. Передача данных на сервер для обработки.
9. Веб-приложение: информация о всех пациентах; последние переданные данные каждого пациента; анализ собранных данных.
10. Передача данных посредством сети Интернет на автоматизированное рабочее место врача.
Устройство состоит из: датчика ФПГ, который снимает информацию о состоянии гемодинамики пациента.
Данный технический результат достигается за счет носимого на теле пациента устройства физиологического контроля в виде браслета, содержащего:
- датчик ФПГ;
- систему фильтрации сигнала;
- аккумулятор;
- Bluetooth модуль для связи с мобильным телефоном;
- акселерометр;
Устройство работает следующим образом.
Модуль ФПГ в корпусе в виде браслета закрепляется на теле пациента. После включения производит передачу данных о ЧСС, пульсовой волне и двигательной активности на сотовый телефон, затем посредством сотового телефона данные передаются на сервер или, в случае критического состояния, отправляются напрямую врачу.
Использование заявляемого изобретения позволяет проводить диагностику состояния сердечно-сосудистой системы и отправлять их в режиме реального времени врачу посредством сети Интернет.
Преимуществом данного технического решения являются:
- возможность немедленного реагирования врачебным персоналом на критические состояния пациента;
- возможность использования амбулаторно без ограничений на повседневную деятельность.
На Фиг. 2 показан пример процесса обработки сигнала ФПГ для интеллектуальной обработки данных пульсовой волны и частоты сердечных сокращений в режиме реального времени, где:
(a) - Исходный сигнал ФПГ.
(b) - Сигнал после возведения в квадрат.
(c) - Результат дифференцирования.
(d) - Эталонный сигнал ЭКГ.
Данные ФПГ получены с пациентов в течение 1 месяца и усреднены по ключевым точкам. Выборка составляет 500 измерений. Обработка сигнала включала в себя применение полосового фильтра, процесс возведения функции пульсовой волны в квадрат и дифференцирование. На Фиг. 2 в части (d) представлен сигнал ЭКГ, выбранный в качестве эталонного. На Фиг. 2 (а) представлен исходный сигнал ФПГ после аппаратно-программной фильтрации. Следующим после фильтрации идет процесс возведения в квадрат. Он используется для того, чтобы усилить характеристики сигнала. На Фиг. 2 (b) показан результат возведения в квадрат. После возведения в квадрат идет процесс дифференциация сигнала. На Фиг. 2 (с) показан результат дифференцирования.
Момент сердечного сокращения (пик R) на ЭКГ-сигнале не совпадает с началом распространения кровяного давления по сосудам. Это связно с тем, что пик R на ЭКГ соответствует электрическому возбуждению сердечной мышцы. Требуется некоторое количество времени для того, чтобы мышца среагировала на данное возбуждение, после чего развивается достаточное давление в сердце, чтобы открылся аортальный клапан, и пульсовая волна фактически начала распространяться по сосудам. Во многих аспектах приемлемо принимать пик R в качестве начальной точки, относительно которой определяют время прихода пульсовой волны на периферию. В качестве характеристической точки пульсовой волны на ФПГ принят момент времени, в который пульсовая волна достигает запястья. Таким образом, на Фиг. 2 продемонстрирована методика выделения R-пика из сигнала ФПГ. Пунктирными линиями обозначены моменты сердечных сокращений, детектированные по сигналу ЭКГ стандартным методом поиска R-пиков. Пунктирные линии показывают соответствие R-пиков в сигнале ЭКГ и максимумов пульсовой волны на графике производной сигнала ФПГ.
Таким образом, межпульсовый интервал сигнала ФПГ хорошо коррелирует с интервалом пика сигнала ЭКГ. Это указывает на возможность использования сигнала ФПГ для анализа параметров ССС так же эффективно, как сигнал ЭКГ.
Использование заявляемого изобретения позволяет накапливать и хранить информацию о состоянии ССС, а также в режиме реального времени автоматизировано дистанционно предоставлять врачу наиболее корректную картину о состоянии сердечно-сосудистой системы пациента, что позволяет предотвратить на ранних стадиях развитие сердечно-сосудистых катастроф, таких как инсульт и инфаркт.
Кроме того, использование заявляемого устройства полностью исключает необходимость ведения журнала, в котором пациент фиксирует формы своей повседневной деятельности в процессе снятия данных устройством. При этом заявляемое устройство можно использовать амбулаторно без ограничений на повседневную деятельность пациента.