Устройство регистрации ЭКГ человека для непрерывного контроля

Полезная модель относится к области медицинской техники и предназначена для бесконтактного контроля функционального состояния человека, в частности для бесконтактного снятия электрокардиограммы.
Из уровня техники известно устройство для бесконтактной регистрации ЭКГ, выполненное на базе технологии EPIC [1, 2] компании Plessey (Англия). В данном устройстве электроды расположены вблизи тела обследуемого человека и отделены от него одеждой и специальной изоляцией. Сигнал с каждого электрода поступает на усилитель, фильтрующие устройства и по каналу связи передается в компьютер для последующего анализа (см. фиг. 1). Выделение сигнала ЭКГ из регистрируемого сигнала с одежды каждым электродом обеспечивается указанными фильтрами, характеристики которых определяются, в том числе и параметрами конденсаторов, образовавшихся кожей человека, одеждой, изолятором и электродом. В связи с этим изменение одежды влечет за собой изменения качества выделяемого сигнала. Это подтверждает информация разработчика данного устройства - компании FORD [2] (см. фиг. 2).
Из уровня техники известны устройства с вмонтированными в одежду элементами, где в качестве электродов используется участок проводящей ткани, наклеивающие электроды и т.д. [4]. Также, устройства, чаще всего, состоят из металлопроводящих электродов и текстильных резинок, которые крепят их к телу (фиг 3). Такие составляющие устройства могут вызывать дискомфорт не только в процессе мониторинга, но и в процессе дезинфекции образца, климатических факторов (дождь), физиологических особенностей (обильное потоотделение), так как, обязательным условием их функционирования является устойчивость к растворам, содержащим NaCl и высокомолекулярные спирты.
Их недостатком является то, что работающие со стандартными регистраторами ЭКГ, они не позволяют получить непрерывный длительный сигнал ЭКГ с параметрами, необходимыми для анализа и диагностики. К тому же, их использование вызывает дискомфорт у пациента, аналогичный Холтеровским мониторам.
При контактном способе регистрации ЭКГ большинство «ненужных» сигналов подавляются, т.к. для электрической схемы, образованной электродами, источники этих сигналов обладают существенно большим внутренним сопротивлением, чем электрокардиограмма человека. Аналоговые или цифровые фильтры электрокардиографа убирают остальные помехи. При бесконтактном «съеме» сигналов у ЭКГ нет преимущества перед электромиаграммами (ЭМГ) и обязанность их фильтрации возложена исключительно на фильтр устройства. Поскольку параметры ЭКГ и ЭМГ близки, их разделение по схеме, предложенной [3] нестабильно и зависит от емкости входных датчиков, которые определяются составом и толщиной одежды. Нестабильность сигналов не позволяет компьютеру устройства провести достоверно и точно анализ вариаций ритма сердечных сокращений и функционального состояния обследуемого.
Наиболее близким техническим решением является устройство, в котором решается техническая задача повышения стабильности сигналов ЭКГ, регистрируемых бесконтактным способом.
Из уровня техники известно техническое решение (патент на полезную модель №163596, «Устройство бесконтактной регистрации электрокардиограммы человека», МПК A61B 5/04, опубл. 27.07.2016), содержащее электроды, компьютерное устройство, программное обеспечение которого содержит программы расчета вариации ритма сердечных сокращений, основных параметров ЭКГ и цифровые фильтры, а вход компьютерного устройства соединен с выходом 24-разрядного АЦП.
Недостатком указанного устройства является то, что контроль ЭКГ осуществляется только в то время, когда обследуемый находится на специальном кресле, оснащенном электродами и регистратором. Это значительно ограничивает возможности комплекса.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в обеспечении непрерывного контроля функционального состояния пациента.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве бесконтактной регистрации ЭКГ человека, содержащем электроды, компьютерное устройство, программное обеспечение которого содержит программы расчета вариации ритма сердечных сокращений, основных параметров ЭКГ, показателей функционального состояния человека и цифровые фильтры, а вход компьютерного устройства соединен с выходом 24-разрядного АЦП, согласно полезной модели, электроды выполнены в виде двух групп токопроводящих нитей и тканей, встроенных в одежду человека и касающихся тела человека во многих точках на груди и спине, два входа АЦП соединены с двумя группами токопроводящих нитей, при этом первая группа токопроводящих нитей и тканей касается тела человека справа, а вторая - слева, выход АЦП через стандартный USB-канал соединен с компьютерным устройством.
Устройство состоит из 24-разрядного АЦП с чувствительностью 1 мкВ (в отличие от 100 мкВ как у большинства современных электрокардиографов), входы которого (от 3-х до 6-ти) соединены с электропроводящими нитями и тканями, «вшитыми» в одежду человека, как показано на фиг. 3. Нити могут располагаться в верхней части грудной клетки по всей длине по груди и животу, а также по спине и в поясничной области.
Как показали эксперименты, ЭКГ, снимаемая с поясничной области имеет очень стабильную изолинию при движении и при дыхании (фиг. 4). ЭКГ с груди соответствует стандартным отведениям, а регистрация абдоминальной ЭКГ и ЭКГ с поясничной области у беременных позволят неинвазивно регистрировать ЭКГ матери и плода (фиг. 5). Эксперименты также показали, что предлагаемое устройство позволяет надежно регистрировать ЭКГ в автомобиле при движении (фиг. 6). Проведены испытания на макетном образце (фиг. 8), в ходе которых подтверждены потенциальные возможности основных функций системы, а именно, непрерывной регистрации до 10 отведений ЭКГ без применения специальных электродов, а также подтверждена индивидуальность параметров ЭКГ у каждого испытуемого (фиг. 9, фиг. 10, фиг. 11, фиг. 12).
Сигналы ЭКГ, зарегистрированные в 24-разрядном АЦП, оцифровываются и по стандартным каналам связи передаются в мобильное устройство связи, расположенное на расстоянии до 2…3 метров от регистратора. Устройство содержит также автономный источник питания.
-3
Если в устройстве использовать стандартный электрокардиограф с низкой чувствительностью «снимаемый» сигнал будет низкого качества и нестабильный потому, что токопроводящая нить имеет высокое сопротивление 1-5 Ом на 1 см длины, тогда как стандартные кабели имеют сопротивление 10 Ом/см. Именно применение высокоточного регистратора позволит реализовать предлагаемое устройство.
Устройство бесконтактной регистрации ЭКГ (фиг. 7) состоит из компьютерного устройства (1), 24-разрядного АЦП (2) и электродов (3, 4), представленных в виде двух групп токопроводящих нитей и тканей, встроенных в одежду пациента и имеющих контакт со многими точками тела на груди и спине пациента (5).
При движении человека, в отдельных точках контакт может теряться, но все нити одновременно могут разорваться только на очень короткое время.
Токопроводящие нити и ткани (3, 4) имеют достаточно большое активное сопротивление, в 100 раз больше, чем сопротивление кабелей обычного электрокардиографа. Поэтому, при подключении этих нитей к обычному прибору, сигнал ЭКГ регистрироваться не будет.
Входящий в устройство 24 разрядный АЦП (3, 4) с аналоговыми фильтрами регистрирует сигнал ЭКГ и передает его в компьютерное устройство. (1).
Устройство работает следующим образом. Одежда с встроенными токопроводящими нитями и тканями (3, 4), электрически подсоединенными к 24-разрядному АЦП (5), надевается на человека. При этом токопроводящие нити и ткани касаются кожи человека во многих точках на груди, спине и в поясничной зоне, на которых регистрируется ЭКГ человека.
Токопроводящие нити и ткани (3, 4), касающиеся тела человека (5) во многих точках на груди и спине человека разбиты на две группы - левую и правую. Они собирают два интегральных потенциала, которые фильтруются специальными фильтрами высоких и нижних частот, которые отфильтровывают электрические помехи, электромиаграммы и движения изолинии ЭКГ с тем, чтобы получить максимально стабильный сигнал. Сигналы оцифровываются в АЦП (2) и передаются в компьютерное устройство (1). Устройство вычисляет разность этих потенциалов, которая близка стандартным отведениям ЭКГ. По этому сигналу можно вычислять ЧСС, а также важные параметры ЭКГ, необходимые для оценки состояния человека. Причем сигнал стабилен при некоторых изменениях положения тела обследуемого, поскольку контакты всех токопроводящих нитей и тканей с кожей человека нарушиться одновременно не могут, что очень важно для выполнения научно-технической задачи устройства.
1. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BA%D0%B0%D1%80%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D1%84%D0%B8%D1%8F
2. http://www.russianelectronics.ru/leader-r/review/2193/doc/57874/
3. www.plesseysemi.com http://www.saelig.com/supplier/plessey/Non-contact%20ECG%20measurement%20using%20EPIC-article0911312P.pdf
4. G. Ostrovsky. VitalJacket: Heart Monitoring Shirt [Электронный ресурс] /http://www.medgadget.com/2008/04/vitaljacket_heart_monitoring_shirt.html.