УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНОЙ РЕГИСТРАЦИИ БИОМЕТРИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПАЦИЕНТА В СОСТОЯНИИ ЛЕЖА
DEVICE FOR NON-CONTACT RECORDING OF PATIENT'S BIOMETRIC PARAMETERS IN LYING

Настоящее изобретение относится к медицинскому оборудованию, а именно, новому аппаратно-программному комплексу для бесконтактной регистрации основных биометрических показателей пациента в непрерывном режиме в состоянии лежа.
Настоящее изобретение может быть использовано для решения следующих комплексных задач:
1. Непрерывный мониторинг состояния здоровья. На сегодняшний день в устройствах контроля состояния здоровья нуждаются два сегмента потребителей - здоровые люди, которые сильно заботятся о своем здоровье (мотивированные на здоровье) и пациенты, которые требуют к себе постоянного внимания - хронические больные, пожилые, инвалиды, дети и др. Устройство бесконтактной регистрации биометрических показателей пациента в состоянии лежа (далее - Устройство) ориентировано на вторую группу людей, а именно на следующие типы пользователей:
- Младенцы до 1 года, входящие в группе риска по синдрому внезапной детской смерти;
- Дети в возрасте от 1 до 4 лет;
- Пожилые в возрасте от 60 лет;
- Инвалиды, лежачие больные;
- Люди, страдающие расстройствами сна (апноэ);
- Люди с сердечными или церебральными заболеваниями;
- Люди, перенесшие различные операции на сердце, инфаркты, инсульты;
- Люди, по роду своей деятельности или образу жизни связанные с постоянными физическими или нервными нагрузками.
2. Контроль хронических заболеваний. Хронические больные используют Устройство, при этом оно встроено в мебель (кровать). Больные много времени проводят на кровати в состоянии лежа, по этому Устройство много времени взаимодействует с больным. В результате регистрации и отслеживания негативных изменений в состоянии здоровья и передачи этой информации до уровня внимания врача, больной получает упреждающие манипуляции, то есть манипуляции, которые произведены с ним до момента какого-то необратимого ухудшения: инфаркта, инсульта, недопустимого повышения артериального давления и т.д. Упреждающие манипуляции - это основные выгоды, которые получает хронический больной от использования Устройства. Решение, обеспечивающее контроль хронических заболеваний, может быть исполнено в виде мобильного приложения, интегрированного с Устройством.
3. Управление курсами лечения. Больному назначается курс лечения, соответственно, этот курс лечения необходимо четко соблюдать и, при необходимости, корректировать. Особенно это важно, когда время и порядок приема лекарств или проведение манипуляций очень сильно влияют на эффективность лечения. Решение, обеспечивающее управление курсами лечения, может быть исполнено в виде мобильного приложения, интегрированного с Устройством. При этом врач, использующий мобильное приложение, имеет возможность внести корректировки в курс лечения в зависимости от того, каким образом больной реагирует на проводимую терапию, исходя из обратной связи - характера изменений его показателей здоровья. Снижение сроков лечения, уменьшения стоимости лечения, индивидуальный подбор медикаментов - это основные преимущества, получаемые больным от использования Устройства.
На сегодняшний день устройства для бесконтактного мониторинга дыхания, сердцебиения и двигательной активности являются востребованным продуктом. Возможность дистанционно обнаруживать и бесконтактно получать информацию о функциональном состоянии человека, находящегося за оптически непрозрачными препятствиями, особенно важна для обнаружения людей, оказавшихся под завалами в результате землетрясений, техногенных катастроф и схода снежных лавин. Другой не менее важной областью применения метода радиолокационного зондирования людей является медицина. Потенциальные области применения бесконтактного мониторинга в медицине, определяемые ограничениями на подвижность объекта исследования: сомнология, реаниматология, функциональная диагностика, бесконтактная оценка психоэмоционального состояния человека, оценка двигательной активности малых лабораторных животных в ходе зоопсихологических экспериментов и при тестировании новых лекарственных препаратов. За рубежом активно ведутся НИОКР по разработке новых технологий в сфере бесконтактного мониторинга основных параметров жизнедеятельности, тогда как в России данная отрасль представлена в основном экспериментальными наработками отдельных научно-производственных центров.
Так, из уровня техники известно устройство дистанционного бесконтактного мониторинга параметров жизнедеятельности живого организма, которое содержит: последовательно соединенные, по меньшей мере, один измерительный блок, по меньшей мере, один блок управления и обработки информации и, по меньшей мере, один блок интерфейса. Измерительный блок содержит, по меньшей мере, один радиопередающий модуль, и, по меньшей мере, один радиоприемный модуль. Блок управления и обработки информации выполнен с возможностью формирования управляющих импульсов для каждого из радиопередающего и радиоприемного модулей, произвольно задержанных друг относительно друга по времени, и дополнительно выполнен с возможностью формирования управляющих импульсов для каждого из радиопередающего и радиоприемного модулей произвольной друг относительно друга длительности. Каждый из радиопередающих модулей и/или каждый из радиоприемных модулей, входящих в состав измерительного блока, выполнен независимым, один от другого. [Патент РФ №2533683, ООО "НаноПульс" (RU), 20.11.2014].
Также известно средство для бесконтактного мониторинга дыхания пациента, использующее способ обнаружения изменения от выдоха до вдоха пациента или наоборот включающий этапы излучения электромагнитного сигнала в сторону пациента и приема отраженного от пациента сигнала, преобразования отраженного сигнала с получением первого сигнала, сдвига по фазе отраженного электромагнитного сигнала и преобразования его с получением второго сигнала, обнаружение с помощью вычислительного блока одновременных первых переходов через ноль во временной производной первого сигнала и во временной производной второго сигнала, одновременных вторых переходов через ноль во временной производной первого сигнала и во временной производной второго сигнала, и одновременных третьих переходов через ноль во временной производной первого сигнала и во временной производной второго сигнала, определения первого и второго векторов и вычисления их скалярного произведения в качестве индикаторного значения для изменения от выдоха до вдоха пациента или наоборот, сравнения индикаторного значения с предварительно определенным пороговым значением и указания изменения от выдоха до вдоха пациента или наоборот, если индикаторное значение является меньшим, чем пороговое значение[Патент РФ №2531119, КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС ЭЛЕКТРОНИКС Н.В. (NL), 20.10.2014].
Также известно устройство для дистанционного бесконтактного мониторинга параметров жизнедеятельности человека, которое содержит измерительный модуль с блоком обработки сигнала и родительский блок. Измерительный модуль выполнен в виде передающего канала и двух независимых приемных каналов, приемные антенны которых, пространственно разнесенные относительно друг друга, связаны соответственно с последовательно соединенными фазовым детектором, полосовым фильтром и усилителем, выходы которых подключены соответственно к входам аналого-цифрового преобразователя. Передающий канал реализован в виде последовательно соединенных формирователя коротких импульсов, СВЧ-генератора зондирующих сигналов и передающей антенны, а вторые входы фазовых детекторов первого и второго приемных каналов связаны соответственно через направленные ответвители с выходами СВЧ-генератора зондирующих сигналов передающего канала. Блок обработки сигнала выполнен на микроконтроллере, входы и выходы которого подключены соответственно к выходу аналого-цифрового преобразователя и входу формирователя коротких импульсов, как и шинами связи соответственно с входами-выходами первого радио трансивера, первой энергонезависимой памятью и системой контроля заряда. Выход первого радио трансивера соединен с приемо-передающей антенной первого радио трансивера, а соответствующие входы-выходы системы контроля заряда связаны соответственно с перезаряжаемым аккумулятором и портом USB. Родительский блок реализован на втором радио трансивере, входы-выходы которого подключены соответственно к приемопередающей антенне второго радио трансивера, второй энергонезависимой памяти, дисплею на органических светодиодах, кнопкам, зуммеру, вибратору и стабилизатору с малым падением напряжения, соответствующий вход которого соединен с электрической батареей [Патент РФ №2462990, ООО "НаноПульс" (RU), 10.10.2012].
Известны различные российские публикации в области бесконтактного мониторинга основных параметров жизнедеятельности человека:
- Анищенко Л.Н. Диссертация «Разработка технологии и программно-аппаратного комплекса биорадиолокационного мониторинга двигательной активности, дыхания и пульса». МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2009.
- Биорадиолокация / под ред. А.С. Бугаева, С.И. Ивашова, И.Я. Иммореева. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010.
- Хассанин Хатем. Информационная система контроля за жизненно важными параметрами состояния новорожденных // Фундаментальные исследования. 2015. No 5-1.
- Прошин Е.М., Путилин Е.О. Бесконтактный мониторинг дыхания и сердцебиения пациента комплексной хрономагнитотерапии на основе ультразвуковых биений // Биомедицинская радиоэлектроника No7, 2012.
- Савельев Валерий Викторович, Ивахно Наталия Валериевна, Мизарев Алексей Михайлович. Аппаратная реализация комплекса диагностики остановки дыхания во время сна // Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. No 9-2.
- Бондарь Сергей Сергеевич, Кривец Дмитрий Владимирович. Мобильный комплекс для комфортного контроля состояния лежачих тяжелобольных // ИВД. 2012. No 4-1.
- Морозов В.В., Серяпина Ю.В., Кравченко Ю.Л., Тарков С.М., Бессмельцев В.П., Катасонов Д.Н., Слуев В.А. ТЕЛЕМЕДИЦИНА В КАРДИОЛОГИИ: НОВЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ // Фундаментальные исследования.2013. No 7-3.
Также известен ряд зарубежных публикаций в области бесконтактного мониторинга основных параметров жизнедеятельности человека.
Известен способ оценки неконтролируемой вариабельности сердечного ритма [Christoph Brtiser, Stefan Winter, Steffen Leonhardt, Unsupervised Heart Rate Variability Estimation from Ballistocardiograms, International Journal of Bioelectromagnetism, Vol. 15, No. 1, pp. 1-6, 2013].
Описано умное сидение автомобиля для персонализированного мониторинга жизненно важных показателей [The smart car seat: personalized monitoring of vitalsignsin automotive applications Marian Walter, Benjamin Eilebrecht, Tobias Wartzek, Steffen Leonhardt Pers Ubiquit Comput (2011) 15: 707-715].
Известны некоторые датчики, определяющие состояние человека по сердечному ритму [Improvement of Force-sensor-based Heart Rate Estimation Using Multi-channel Data Fusion Christoph Brtiser, Juha M. Kortelainen, Stefan Winter, Mirja Tenhunen, Juha Pa akka a and Steffen Leonhardt IEEE JOURNAL ON BIOMEDICAL HEALTH INFORMATICS, 2014].
Известны пленочные датчики для регистрации кардиореспираторных сигналов [Film-Type Sensor Materials PVDF and EMFi in Measurement of Cardiorespiratory Signals - A Review. Satu Rajala and Jukka Lekkala IEEE SENSORS JOURNAL, VOL. 12, NO. 3, MARCH 2012].
Известны матрасы на основе квазипьезоэлектрических сенсоров для регистрации конвульсий [Assessment of a quasi-piezoelectric mattress monitor as a detection system for generalized convulsions. Aditi P. Narechania, Irena I. Garic, Indranil Sen-Gupta, Mic heal P. Macken, Elizabeth E. Gerard, Stephan U. Schuele. Epilepsy & Behavior 28 (2013) 172-176].
Известен бесконтактный способ оценки кардиологической активности за счет измерения пульса посредством web-камеры [А поп contact method for evaluating cardiac activity. Measuring pulse rate with a webcam. Lewandowska, M. Ruminski, J.; Kocejko, T.; Nowak, J. Computer Science and Information Systems (FedCSIS), 2011 Federated Conference on, 18-21 Sept. 2011].
Известен беспроводный сенсор-наклей кА для удаленного мониторинга работы сердца, дыхания, двигательной активности и падений [Wireless patch sensor for remote monitoring of heart rate, respiration, activity, and falls Chan, A.M. Selvaraj, N.; Ferdosi, N.; Narasimhan, R. Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2013 35th Annual International Conference of the IEEE, 3-7 July 2013].
Известен патент на часы - многофункциональный монитор жизненных параметров [Watch multifunctional life remote monitoring, CN 201719239, 26.01.2011].
Известна интеллектуальная мобильная система мониторинга персональных биометрических данных [Intelligent mobile personal health data monitoring system, CN 201733333, 02.02.2011]
Известно устройство мониторинга параметров сна, работающее в сетях GPRS [А GPRS wireless sleep monitor, CN 202078303, 21.12.2011]
Известно устройство дистанционного мониторинга биометрических показателей, работающее в сетях Bluetooth [Based on Bluetooth wireless remote monitoring unit, CN 202235361, 30.05.2012]
Известен аппарат и метод для пассивного мониторинга пациента [Apparatus and method for passive patient monitoring, CN 100592892, 03.03.2010]
Известна система удаленного мониторинга нарушений сна [A remote monitoring the sleep warning system, CN 201379566, 13.01.2010].
Кроме бесконтактных решений, конкурентами Устройства являются прикроватные мониторы, пульсоксиметры и кардиографы домашнего использования. Поскольку в будущем планируется распространение Устройства в больницы, пансионаты и другие заведения социально-значимого характера, в качестве конкурентов рассматриваются также профессиональные кардиографы и прикроватные мониторы (Табл. 1).
За рубежом разработками в области бесконтактного мониторинга параметров жизнедеятельности занимается, в частности, компания Emfit. Компания занимается производством Emfit Movement Monitor, устройства для мониторинга движений человека во время сна и активно ведет исследования в области мониторинга дыхания и сердцебиения (Табл. 2).
Недостатками рассмотренных аналогичных технических решений являются:
- Недостаточная точность регистрации показателей здоровья человека
- Высокая стоимость.
Авторами настоящего изобретения был создан аппаратно-программный комплекс для бесконтактной регистрации основных биометрических показателей пациента в непрерывном режиме в состоянии лежа, преимуществами которого являются:
- Высокая точность регистрации показателей здоровья человека в составе: частота пульса, частота дыхания, индекс гемодинамической активности, индекс двигательной активности, интервалограмма;
- Низкая стоимость компонентов;
- Интеграция с облачным сервисом;
- Бесконтактный мониторинг параметров жизнедеятельности (баллистокардиограмма, дыхание, пульс, движение);
- Незначительное влияние внешних факторов на точность и стабильность измерений;
- Возможность непрерывного мониторинга параметров жизнедеятельности и передачи информации об их состоянии посредством различных каналов связи;
- Возможность гибкой настройки.
Целью (задачей) настоящего изобретения является создание аппаратно-программного комплекса для бесконтактной регистрации основных биометрических показателей пациента в непрерывном режиме в состоянии лежа, интегрированного с облачным сервисом.
Поставленная цель достигается за счет создания нового устройства бесконтактной регистрации биометрических показателей пациента в состоянии лежа, включающее:
корпус, выполненный в виде пластмассовой литой формы и размещающийся в непосредственной близости от койки больного или крепящийся к койке при помощи крепежных приспособлений;
расположенный непосредственно в корпусе контроллер, включающий усилитель 1 (У1), усилитель 2 (У2), обеспечивающий дополнительное усиление сигнала для расширения динамического диапазона устройства в случае значительных механических воздействий на сенсор (С1) и ключ (К1), устройство регистрации сигнала (УРС), при включении питания соединяющееся с облачным сервисом при помощи защищенного соединения SSL и на уровне прикладного протокола передачи данных в непрерывном режиме передающее в облачное приложение частоту пульса в минуту, частоту дыхания в минуту, индекс гемодинамической активности, индекс двигательной активности, интерваллограмму;
сенсор (С1), представленный пьезоэлектрическим датчиком, например, семейства EmfitR-Series, размещающийся в чехле, который фиксируется к кровати под матрасом больного в районе, где расположены лопатки лежачего человека, при этом сенсор (С1) соединен с усилителем 1 (У1) коаксиальным кабелем.
Более предпочтительным является устройство, отличающееся тем, что устройство регистрации сигнала (УРС) имеет стандартный разъем для подачи питающего напряжения, например, micro-USB.
Более предпочтительным является устройство, отличающееся тем, что устройство регистрации сигнала (УРС) имеет разъем RJ45 для соединения с маршрутизатором, установленном в помещении, при помощи проводного соединения, например, Ethernet 100МВ.
2
2
Более предпочтительным является устройство, отличающееся тем, что сенсор (С1) представляет собой пьезоэлектрический датчик, например, семейства EmfitR-Series с чувствительностью 25 пКл/Н, относительной диэлектрической проницаемостью 1.1, емкостью 22 пФ/см, измерительным диапазоном <300 Н/см, толщиной измерительного элемента 0.4 мм, длиной измерительного элемента 800 мм.
Поставленная цель также достигается за счет способа бесконтактной регистрации биометрических показателей пациента в состоянии лежа, согласно которому сенсор (С1) устройства по п. 1 фиксируют к кровати под матрасом больного в районе, где расположены лопатки лежачего человека;
при включении питания устройства по п. 1. измеряют частоту пульса в минуту, частоту дыхания в минуту, индекс гемодинамической активности, индекс двигательной активности, интерваллограмму;
получают измеряемые данные через облачный сервис;
сохраняют полученные от устройства по п. 1 биометрические показатели заданное количество времени;
регистрируют паттерны изменения наблюдаемых биометрических показателей;
диагностируют осложнения из-за проводимой терапии и корректируют курс лечения.
Облачный сервис - это возможность предоставлять пользователю используемый набор настраиваемых вычислительных ресурсов (например, мониторинга состояния, сетей, серверов, хранилищ данных, приложений и/или сервисов), которые пользователь может оперативно задействовать под свои задачи и высвобождать при сведении к минимуму числа взаимодействий с поставщиком услуги или собственных управленческих усилий посредством сетевого доступа.
Гемодинамика - движение крови по сосудам, возникающее вследствие разности гидростатического давления в различных участках кровеносной системы (кровь движется из области высокого давления в область низкого). Зависит от сопротивления току крови стенок сосудов и вязкости самой крови.
Поставленная цель также достигается за счет разработки следующих компонентов Устройства:
- Сенсора с аналоговым усилителем сигнала. Сенсор регистрирует механические микроколебания, переводя их в электрические колебания.
- Контроллера, получающего данные в аналоговом виде от сенсора и выполняющего предварительную фильтрацию сигнала и его преобразование из аналогового в цифровой вид.
- Программного обеспечения по обработке сигнала, выполняющего задачу по фильтрации и разметке сигнала с целью получения дискретных биометрических показателей.
- Коммуникационного программного обеспечения, обеспечивающего надежный канал передачи биометрических данных от контроллера в облачный сервис.
Задача, на которую направлено заявленное техническое решение, заключается в следующем:
- Путем преобразования механических микроколебаний, испускаемых телом человека, в электрический сигнал с последующей его обработкой, получить цифровые показатели состояния здоровья человека в конкретный момент времени
- Передать числовые показатели здоровья человека в облачный сервис для их последующей обработки.
Решение задачи преобразования механических микроколебаний, излучаемых телом человека, в электрический сигнал, с последующей его обработкой, достигается за счет:
- Съема биометрического сигнала с лежачего человека путем регистрации микроколебаний его тела
- Преобразования механического сигнала в аналоговый электрический сигнал для последующей алгоритмической обработки
- Преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал
- Обработки цифрового сигнала алгоритмическим образом для того, чтобы получить цифровые показатели здоровья человека.
Решение задачи передачи числовых показателей здоровья человека в облачный сервис для их последующей обработки, достигается за счет:
- Установления защищенного канала обмена информацией с облачным сервисом
- Передачи в облачный сервис данных по защищенному каналу
- При возникновении ошибок передачи данных или разрыва канала, повторно пытаться передать данные или восстановить защищенный канал передачи данных.
Изобретение также поясняется чертежами:
Рис. 1. Блок-схема устройства бесконтактной регистрации биометрических показателей пациента в состоянии лежа, где
- С1 - сенсор
- У1 - усилитель 1
- У2 - усилитель 2
- К1 - ключ
- УРС - устройство регистрации сигнала.
Рис. 2. Схема работы устройства бесконтактной регистрации биометрических показателей пациента в состоянии лежа.
Порядок работы устройства приведен на Рис. 2 и заключается в следующем:
1. Сенсор Устройства размещается под матрасом больного в районе, где расположены лопатки лежачего человека
2. Контроллер Устройства размещается в непосредственной близости от койки больного, либо непосредственно крепится к койке
3. Сенсор соединяется с контроллером Устройства при помощи низковольтного кабеля, который прикреплен к сенсору
4. Контроллер Устройства соединяется с розеткой при помощи кабеля питания
5. Контроллер соединяется с маршрутизатором квартиры или палаты при помощи проводного (Ethernet 100 Mbps) или беспроводного (WI-FI, IEEE 802.11 b/g) соединения
6. Маршрутизатор квартиры или палаты обеспечивает сквозную передачу данных от Контроллера к облаку посредством ТСРЛР соединения.
7. После установки защищенного соединения между Контроллером и облачным сервисом Устройство готово к работе и переходит в режим мониторинга биометрических показателей.
Рис. 3. Фото внешнего вида устройства бесконтактной регистрации биометрических показателей пациента в состоянии лежа, на котором цифрами обозначены:
1. Сенсор в чехле из плотной ткани
2. Корпус
3. Коаксиальный кабель, соединяющий сенсор и корпус
4. Ethernet кабель, соединяющий устройство с роутером.
Для проведения измерения двигательной активности человека, возникающей при работе сердца и дыхании при отсутствии непосредственного электрического контакта с телом пациента, используется регистрация слабой механической активности человека. Для регистрации последней возможно использовать датчики, работающие на эффекте преобразования слабых механических движений в электрический сигнал. Для этого допустимо использование акселерометрических датчиков, например, выполненных по технологии MEMS. Применяются также тензометрические датчики, основанные на изменении сопротивления измерительной структуры.
Исследования показывают, что наибольшей чувствительностью обладают датчики, основанные на сегнетоэлектрическом эффекте. Датчиком является полоса шириной 5 см и длиной 80-90 см, состоящая из двух токопроводящих поверхностей, разделенный измерительной структурой, выполненной из полимерного материала с сегноэлектрическим наполнителем. Сенсор представляет из себя конденсатор значительной емкости (до 10-100 нФ, в зависимости от размеров) с относительно высоким внутренним сопротивлением (до нескольких гигаОм).
При слабых механических воздействиях на данный датчик за счет смещения зерен сегнетоэлектрика друг относительно друга возникает напряжение поляризации, являющегося выходным напряжением устройства.
2
2
Данный вид датчиков производит, например, финская компания EmFit (http://emfit.com), датчики семейства EmfitR-Series. Чувствительность датчиков 25 рС/Н, Относительная диэлектрическая проницаемость 1.1, Емкость 22 пФ/см, Измерительный диапазон <300 Н/см, толщина измерительного элемента 0.4 мм.
Проведенные исследования показали высокую чувствительность данных сенсоров, существенно превосходящие по чувствительности тензометрические датчики и в 5 и более раз превышающие чувствительность недорогих акселерометрических датчиков.
В результате при использовании указанных датчиков возможно относительно несложное выделение сигналов дыхательной, сердечной и двигательной деятельности человека в состоянии лежа.
Несмотря на указанные параметры устройства, данные датчики обладают определенным недостатком, свойственным сегнетоэлектрическим материалам. За счет наведенной поляризации, выходной сигнал датчика приобретает ярко выраженную постоянную компоненту, что приводит к перегрузке входного усилителя (У1) и ухудшению качества измерения полезного сигнала.
Устройство финского производителя на основе сенсоров EmfitR-Series обладает неплохим параметрами, но, как оказалось, подвержено воздействию электростатической поляризации, из-за чего сенсор перегружается наводками и перестает выдавать полезный сигнал. Установлено экспериментально, что даже сотовый телефон в режиме ожидания, находящийся рядом с сенсором, приводит к его неработоспособности. Это вызвано развитой поверхностью, являющейся, по существу, эффективной приемной антенной ввиду металлизированных элементов. Сенсор представляет собой конденсатор с высокоомным полимерным диэлектриком с наполнителем из сегнетоэлектрических частиц. Обкладки конденсатора низкоомные и выполнены из металлизированного материала. Соответственно, при кратковременном замыкании обкладок поляризующий заряд нейтрализуется. Величина поляризующего заряда достаточно велика и может составлять до киловольт на сантиметр, что приводит к полной перегрузке усилителя, поляризации сегнетоэлектика и потере свойств сенсора по преобразованию механических колебаний в напряжение. Следует отметить незначительное абсолютное значение этого напряжения (единицы вольт), но при его микронной толщине напряженности электрического поля значительны.
Недостатком существующего СВЧ устройства Baby Sleep Guard является ограничение проведения измерений параметров пульса человека, зависимые от положения тела человека, отличного от лежа на спине или на животе.
В случае лежа на боку, при воздействии СВЧ излучения на человека добавляются потери, вызванные рукой, накрывающей сверху более подвижную часть тела - грудь или спину. В этом случае, колебания отраженного сигнала существенно ослабляются, что приводит к падению точности измерений. Повышение точности достижимо путем увеличением мощности СВЧ источника сигнала, а это нежелательно, т.к. длительное воздействие на человека мощного СВЧ излучения недопустимо в виду возможных патологий.
Второй способ повышения чувствительности СВЧ устройства - использование высокочувствительного приемника, что приводит к существенному повышению сложности и стоимости устройства.
В нашем же случае пульсовая волна распространяется в виде механических колебаний по всему телу со слабым затуханием от сердца к периферии, что позволяет осуществлять ее регистрацию при любом положении тела в при условии механического контакта тела с сенсором, например, через матрас, одеяло или простыню.
В отличие от финского устройства, конструкция Изобретения предусматривает кратковременное замыкание ключа и, соответственно, разряд накопившегося заряда сенсора. Замыкание ключа происходит при возникновении значительной постоянной компоненты сигнала сенсора, иллюстрирующей, что произошла перегрузка усилителяпо входу. После кратковременного замывания ключа, сенсор снова готов к работе.
Для решения проблемы перегрузки сенсора, в рекомендуемое изготовителем сенсора схемное решение - сенсор С1 и усилитель У1, нагруженный на устройство регистрации сигнала УРС, - введены второй усилитель У2 и ключ К1.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
- При отсутствии поляризации сегнетоэлектрического материала сигнал сенсора С1 усиливается усилителем У1 и регистрируется обычным образом устройством регистрации УРС. Усилитель У2 обеспечивает дополнительное усиление сигнала для расширения динамического диапазона устройства в случае значительных механических воздействий на коврик.
- В случае появления значительной постоянной компоненты сигнала, соответствующей значительной поляризации сегнетоэлектрика и превышения заданного порога, ключ К1 замыкается, разряжая емкостную структуру и устраняя таким образом перегрузку усилителя.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности до более 97% измерения Устройством бесконтактным образом в непрерывном режиме ряда биометрических показателей человека в состоянии лежа. А именно, регистрируют показатели: частота пульса в минуту, частота дыхания в минуту, индекс гемодинамической активности, индекс двигательной активности, интерваллограмма.
Устройство состоит из специально разработанных компонентов:
- Аналоговый усилитель сигнала пьезоэлектрического сенсора, имеющий высокую разрешающую способность.
- Аналоговый фильтр, позволяющий убрать шумы, превышающие полезный сигнал на три порядка.
- Цифроаналоговый преобразователь.
- Микропроцессорный модуль с прошивкой, содержащий программное обеспечение по предварительной обработке сигнала и передаче сигнала в облачную систему.
При этом Устройство предназначено для непрерывной работы в течение 3 лет (в соответствии с правилами эксплуатации медицинского оборудования), не требует специального обслуживания, устойчиво к гигиеническим процедурам без погружения всего устройства или его частей в жидкость.
Представленные ниже примеры иллюстрируют, но не ограничивают изобретение.
Пример 1. Описание последовательности действия прибора для мониторинга состояния здоровья малоподвижных людей в бытовых условиях.
Устройство может быть использовано в быту для мониторинга состояния здоровья малоподвижных людей (пациентов).
При этом, решаются следующие задачи:
- Отсутствие человеческого фактора («забыл включить Устройство») при регистрации биометрических показателей.
- Пациенты подвергаются непрерывному наблюдению без какого-либо стеснения движений или иного воздействия со стороны Устройства
- Устройство регистрирует биометрические показатели, что позволяет выполнить их визуализацию в реальном времени и предоставить возможность родственникам и/или медперсоналу мгновенно получить информацию о состоянии здоровья пациента.
- Полученные от Устройства биометрические показатели сохраняются заданное количество времени, что позволяет родственникам и медперсоналу получить информацию об истории изменения состояния здоровья пациента за день, сутки, неделю, месяц и так далее.
- Устройство привлекает внимание родственников и медперсонала за счет алармов (тревожных событий), сгенерированных при выходе регистрируемых биометрических показателей за границы коридоров или при регистрации паттернов различных патологий.
Пример 2. Описание последовательности действия прибора для контроля хронических заболеваний в бытовых условиях.
По данным Европейского региона Всемирной Организации Здравоохранения, хронические неинфекционные заболевания (ХНИЗ) обусловливают почти 86% от всей смертности и 77% бремени болезней, что влечет за собой основную нагрузку на систему здравоохранения, наносит ущерб экономическому развитию страны. ХНИЗ являются главной причиной смертности, заболеваемости и инвалидности во всем мире, в том числе и в Российской Федерации.
Устройство может быть использовано в быту для контроля хронических заболеваний малоподвижных людей (пациентов).
При этом, решаются следующие задачи:
- Регистрация и визуализация биометрических показателей пациентов в реальном времени позволяет родственникам и медперсоналу получить информацию об изменениях состоянии здоровья пациента после приема препаратов или проведения манипуляций.
- Сохранение биометрических показателей заданное количество времени позволяет родственникам и медперсоналу оценить степень влияния терапии на состояние здоровья пациента во времени (сутки, неделя, месяц и далее).
- Регистрация паттернов изменения наблюдаемых показателей больного позволяет обратить внимание родственников и медперсонала на надвигающееся осложнение до момента наступления необратимых состояний здоровья. Такими паттернами могут быть: эпизоды аритмии, частые посещения уборной во время сна, длительное засыпание из-за осложненного дыхания, внезапные приступы кашля во время сна, увеличение времени нахождения в кровати и многие другие.
Пример 3. Описание последовательности действия прибора для управления курсами лечения в бытовых условиях.
Устройство может быть использовано в быту для контроля хронических заболеваний людей (пациентов), проводящих в кровати значительное время.
При этом, решаются следующие задачи:
- Устройство позволяет врачу внести актуальные корректировки в курс лечения в зависимости от того, каким образом больной реагирует на проводимую терапию, исходя из обратной связи - характера изменений показателей здоровья пациента, регистрируемых Устройством.
- Устройство позволяет врачу внести актуальные корректировки в курс лечения в зависимости от того, каким образом больной реагирует на проводимую терапию, исходя из обратной связи - трендов показателей здоровья пациента за день, сутки, неделю, месяц и далее.
- Устройство позволяет врачу диагностировать осложнения из-за проводимой терапии и скорректировать курс лечения благодаря регистрации паттернов изменения наблюдаемых показателей больного за день, сутки, неделю, месяц и так далее.