Радиоканальный комплекс домашней телемедицины
HOME TELEMEDICINE RADIO CHANNEL SYSTEM

Настоящее изобретение относится к медицинской технике, а именно, к биомедицинским измерениям для диагностических целей, включая одновременную оценку состояний сердечно-сосудистой системы и других систем организма и использование информационных и коммуникационных технологий, например, создание и передачу по каналам связи электронных записей о пациенте и медицинских отчетов.
Как известно, с 1 января 2018 г. вступил в силу Федеральный закон от 29 июля 2017 г. N 242-ФЗ "О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации по вопросам применения информационных технологий в сфере охраны здоровья" (далее - закон о телемедицине). Согласно этому документу, в правовое поле введено понятие телемедицинских технологий и разрешены удаленные консультации врача (фельдшера) с пациентом.
С 1 сентября 2018 г. введен в действие, по существу, первый нормативный акт в области телемедицины - национальный стандарт ГОСТ Р 57757-2017 "Дистанционная оценка параметров функций, жизненно важных для жизнедеятельности человека", открывающий собой серию документов по стандартизации в этой новой области. В нем содержатся общие требования к технологиям дистанционного получения и обработки информации, ее передачи и оценки врачом (фельдшером) с целью повышения доступности и качества медицинской помощи для населения страны, в первую очередь, для людей, проживающих на больших, слабонаселенных территориях, а также для маломобильных групп населения, пожилых людей и лиц с инвалидностью, вследствие патологии внутренних органов и зрения. Поскольку разрешения на постановку диагноза и оказание полноценной медпомощи этот закон не предполагает, то на данный момент телемедицина сводится к консультациям и дистанционному наблюдению за пациентом после его очного приема врачом (фельдшером), что, однако, уже само по себе является важным шагом в развитии цифровой медицины (vademec.ru/news/2018/10/09). Порядок организации и оказания медицинской помощи с применением телемедицинских технологий определен приказом Министерства здравоохранения Российской Федерации от 30 ноября 2017 г. N 965н (далее, Приказ). Согласно этому нормативному документу, при дистанционном взаимодействии с пациентами и (или) их законными представителями лечащий врач может осуществлять коррекцию ранее назначенного пациенту лечения, в том числе формирование рецептов на лекарственные препараты в форме электронного документа, при условии установления лечащим врачом диагноза и назначения лечения по данному обращению на очном приеме (осмотре, консультации). Результатом такой консультации является медицинское заключение или при условии предварительного установления диагноза на очном приеме (осмотре, консультации) по данному обращению, - соответствующая запись лечащим врачом о корректировке ранее назначенного лечения в медицинской документации пациента, в том числе формирование рецепта на лекарственный препарат в форме электронного документа, назначение необходимых дополнительных обследований и выдача справки (медицинского заключения) также в форме электронного документа.
Участниками консультаций и дистанционного наблюдения за состоянием здоровья пациента являются, таким образом, пациент и (или) его законный представитель, с одной стороны, и лечащий врач по случаю обращения, в рамках которого осуществляется дистанционное наблюдение за состоянием здоровья пациента, а также, при необходимости, медицинский работник, осуществляющий дистанционное наблюдение и (или) экстренное реагирование при критическом отклонении показателей состояния здоровья пациента от предельных значений, с другой стороны.
Известна "Информационно-аналитическая система в области телемедицины", представленная в патенте RU №2251965, А61В 5/0205, G06F 19/00, в которой в значительной степени реализуется описанный выше порядок организации и оказания медицинской помощи с применением телемедицинских технологий. Указанная система представляет собой проблемно-ориентированный комплекс на базе многопроцессорного кластера и удаленных персональных компьютеров (ПК) для создания, передачи, обработки, хранения и отображения медицинской информации в вычислительной среде с помощью интеллектуального интерфейса и диалогового режима, включающая в себя рабочее место удаленного пользователя, блок программного управления, блок адаптации, блок оперативных консультаций, блок коммутации, электрокардиограф с устройством регистрации электрокардиограммы (ЭКГ), датчики температуры, артериального давления, цифровую фотокамеру, интеллектуальный интерфейс и блок документирования. Комплекс функционирует на основе архитектуры "клиент - сервер" с использованием доступного программного обеспечения (ПО) под управлением операционной системы Linux. В качестве системы управления базами данных использована система PostgreSQL, поддерживающая все конструкции SQL, включая определенные пользователем вложенные запросы и функции, что обеспечивает мощный механизм хранения и управления данными.
Автоматизированное рабочее место (АРМ) пользователя - лечащего врача (фельдшера) функционирует на базе ПК и обеспечивает взаимодействие пользователя с пациентом с использованием вышеупомянутых приборов медицинского назначения. Ввод данных о пациенте состоит в заполнении формализованных бланков, которые для каждого типа данных автоматически генерируются и хранятся в XML-формате. Результаты обследования оптируются на компьютере АРМ и при необходимости могут отображаться на экране монитора без обращения к серверу. Медицинские приборы обеспечивают проведение оперативного контроля и передачу результатов клинических исследований в блок программного управления (ядро комплекса), включая текстовые описания, медицинские изображения и показания приборов медицинского назначения. С этой целью используются механизмы ведения электронной истории болезни, принципы построения которой определены в стандарте ГОСТ Р 56636-2006 "Электронная история болезни", Общие положения. М.: "Стандартинформ", 2007.
Основным недостатком указанной телемедицинской системы является небольшая зона действия, обусловленная тем, что применяемая в ней терри-ториально-распределенная вычислительная среда реализуется за счет проводных соединений ее элементов. Такое построение системы возможно лишь в масштабах больницы или другого медицинского учреждения, обладающего распределенной вычислительной сетью. Расширение зоны действия таких сетей требует значительных капитальных затрат и многочисленных согласований, что представляет серьезную организационно-техническую проблему.
Кардинальным решением этой проблемы является построение телемедицинской системы с использованием современных радиоканальных сетей связи и передачи данных и Интернет.
Известна "Система контроля жизненно важных показателей здоровья пациента" по патенту на изобретение RU №2454924, А61В 5/02, А61В 5/0402, А61В 5/08, А61В 5/103, H04Q 5/20, G08B 1/04, содержащая мобильные комплекты пациентов, центр контроля состояния пациентов с центральной ЭВМ (сервером) и базой данных, которая содержит анамнез, паспортные данные и контактную информацию с конфидентом (законным представителем) пациента, а также пункты дежурной службы медпомощи и мобильные комплекты связи на базе сотового GSM телефона и GPRS модема, выполненного с возможностью определения местоположения пациента по координатам базовых станций стандартной сотовой сети связи, которыми оснащены все контролируемые пациенты и их авторизованные конфиденты, а также вышеупомянутые центр контроля и пункты дежурной службы медпомощи. При этом каждый мобильный комплект пациента содержит многоканальный микроконтроллер, с которым связаны датчики контроля сердечной деятельности, дыхательной активности, датчик гемодинамики, двигательной активности пациента, блок ввода данных, микропроцессор и дисплей. В системе имеется возможность многоканального доступа к центральной ЭВМ и одному из мобильных телефонов комплекта связи персонала пункта дежурной службы медицинской помощи. Первый модем GSM/GPRS крепится на таком расстоянии от органов слуха и речи, чтобы пациент мог вести словесный обмен в режиме громкоговорящей связи.
Применение в составе указанной системы стандартной сотовой сети связи GSM/GPRS обеспечивает возможность мониторинга состояния и определение местоположения пациентов из центра контроля состояния пациентов при любом местонахождении пациента, т.е. реализует режим глобального мониторинга и позиционирования, что, несомненно, является достоинством этой системы. Однако, за это преимущество приходится платить, как в прямом смысле - платой оператору сотовой сети, так и техническими ограничениями. Так, использование стандартной сети связи ограничивает, а фактически определяет выбор языка программирования аппаратных частей системы. Например, для сотовых телефонов - это язык JAVA ("Пишем софт для телефона" - www.mobilab.ru). Это накладывает жесткие ограничения на возможность расширения набора внешних датчиков биомедицинских сигналов, которые могли бы быть подключены к ЭКГ-монитору для превращения его в полноценный высокоинформативный носимый телеметрический прибор, что, в свою очередь, снижает точность измерений и достоверность прогнозирования состояния пациента. Кроме того, сотовая связь может нарушаться из-за перегрузки сети либо затенения, что носит непредсказуемый характер и недопустимо в критических и терминальных ситуациях для пациента.
На устранение указанных недостатков направлена "Радиоканальная система кардиомониторинга, предупреждения и действий в критических ситуациях" по патенту RU №2630126, А61В 5/0404, G08B 25/10, в которой вместо единой глобальной сотовой сети связи типа GSM/GPRS предложено использовать комбинированную внутриобъектовую радиосеть, включающую в себя "ближний" радиоканал гигагерцового ГГц диапазона, например, сеть WiFi - для работы внутри помещений, находящихся в зоне действия этой сети, и "дальний" радиоканал, работающий в одной из разрешенных (нелицен-зируемых) полос частот мегагерцового (МГц) диапазона (433 или 868 МГц). При нахождении пациента в зоне действия сети WiFi "дальний" радиоканал находится в "спящем" режиме и автоматически включается только при выходе пациента из зоны действия "ближнего радиоканала".
Указанная система, выбранная в качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения, содержит пульт скорой медицинской помощи, и носимые телеметрические приборы (телеметроны) пациентов, а также центр контроля состояния пациента в составе сервера, банка данных, АРМ администратора, одного или нескольких АРМ медицинского персонала и модема МГц диапазона. Каждый телеметрон выполнен в виде портативного прибора, размещаемого на теле (или в одежде) пациента и содержащего в дополнение к датчику контроля сердечной деятельности датчик контроля дыхательной активности, блок контроля гемодинамики и датчик контроля двигательной активности, подключенные к микроконтроллеру, с которым связаны клавиатура, дисплей, блок звукового оповещения и радиомодемы МГц и ГГц диапазонов. В центре контроля состояния пациентов установлен радиомодем ГГц диапазона, связанный с сервером. При этом все вышеупомянутые модемы МГц диапазона выполнены в виде "устройств малой дальности действия", использующих нелицензируемые полосы частот, например, 433 или 868 Мегагерцового (Решение ГКРЧ от 07.05.2007). Особенностью таких устройств является относительно невысокая мощность излучения (не более 10 мВт), при которой не требуется лицензирования, а в соответствии с постановлениями Правительства Российской Федерации от 12.10.2004 №539, они могут применяться без регистрации в Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций.
Решаемые указанной системой медицинские задачи относятся к той части задач диагностики, которая связана с выявлением непосредственной угрозы жизни человека и принятием экстренных мер по ее устранению. Однако, только экстренной формой задачи телемедицинской диагностики не ограничиваются. Как указано в п. 14 вышеупомянутого Приказа, консультации (консилиумы врачей) могут проводиться не только в экстренной форме - при внезапных острых заболеваниях, состояниях, обострении хронических заболеваний, представляющих угрозу жизни больного, но и в неотложной форме - при внезапных острых заболеваниях, состояниях, обострении хронических заболеваний без явных признаков угрозы жизни больного, а также в плановой форме - при проведении профилактических мероприятий, при заболеваниях и состояниях, не сопровождающихся угрозой жизни больного, не требующих экстренной и неотложной медицинской помощи, и отсрочка оказания которой на определенное время не повлечет за собой ухудшение состояния больного, угрозу его жизни и здоровью.
В экстренных случаях объем медицинских данных невелик, поскольку автоматизированная обработка медицинских данных носит, в основном, пороговый характер и сводится к выявлению превышений критических уровней, несущих угрозу жизни пациента. Главное, чтобы указанные даны были бы надежно и максимально быстро доведены до органов экстренного реагирования - службы скорой медицинской помощи. Эта задача решается с помощью используемого в ближайшем аналоге радиомодема МГц диапазона. Устройства этого класса обладают сравнительно небольшой скоростью передачи данных, но имеют при этом значительно большую зону действия (десятки км), чем устройства ГГц диапазона (WiFi, Bluetooth - устройства и т.п.) и обеспечивают устойчивую связь даже в условиях действия помех.
В неотложной и плановой формах консультаций объем передаваемой телемедицинской информации на порядки больше, чем в экстренных ситуациях. Но при этом допустимы задержка и накопление указанной информации в некотором банке данных с последующей "перекачкой" ее в АРМ врача и/или в облачное хранилище с использованием, например, сети Интернет. Такими техническими возможностями ближайший аналог не обладает, что является его недостатком. Другим недостатком, не позволяющим рассматривать его в качестве эффективного инструмента для указанных форм консультаций, является то, что конструктивно комплект телемедицинских модулей выполнен в виде носимого моноблока, размещаемого на теле или в одежде пациента, что ограничивает количество измерительных средств и возможность применения их различных конфигураций.
Технический результат, ожидаемый от применения предлагаемого технического решения, заключается в повышении объема и качества получаемой и передаваемой телемедицинской информации об основных параметрах жизненно важных функций человека до уровня, позволяющего наряду с возможностью экстренного медицинского реагирования при внезапных острых заболеваниях, представляющих угрозу жизни больного; осуществлять лечащему врачу и, в случае необходимости, консилиуму врачей, полноценные консультации пациента, а также проводить дистанционное наблюдение за параметрами жизненно важных функций человека с целью эффективной профилактики, диагностики и лечения заболеваний, мониторинга состояния или течения заболевания и оценки функциональных возможностей пациента, как этого требует п. 5.3.1 стандарта ГОСТ Р 57757-2017.
Этот технический результат планируется достичь, благодаря тому, что в систему - ближайший аналог, содержащий пульт скорой медицинской помощи, выполненный с возможностью экстренной связи с центром контроля состояния пациента, включающим в себя сервер и связанные с ним банк данных, АРМ администратора, одно или несколько АРМ медицинского персонала и радиомодем МГц диапазона, а также установленный в месте нахождения пациента комплект телемедицинских модулей, выполненный с возможностью дистанционной оценки параметров функций, жизненно важных для жизнедеятельности человека и передачи этих данных в эфир с помощью радиомодема ГГц диапазона и сети Интернет, введены телемедицинский хаб, установленный в зоне действия сети ГГц диапазона, и модуль приемопередачи телемедицинских данных, при этом телемедицинский хаб выполнен с возможностью приема данных от радиомодемов ГГц диапазона, входящих в комплект телемедицинских модулей, а также с возможностью передачи по каналу МГц диапазона в центр контроля состояния пациентов экстренных данных, свидетельствующих об угрозах жизни пациента. При этом данные, не свидетельствующие об угрозах жизни больного и, соответственно, не требующие экстренной медицинской помощи, передаются по каналу ГГц диапазона, связанному с сетью Интернет, в облачное хранилище и/или на хранение в центр контроля состояния пациентов
Телемедицинский хаб содержит радиомодем ГГц диапазона и радиомодем МГц диапазона, микроконтроллер, связанный с блоком памяти и выполненный с коммуникационными входом/выходом канала ГГцдиапазона и с коммуникационными входом/выходом канала МГц диапазона, а также последовательно соединенные блок селекции каналов беспроводной связи, информационный вход которого соединен с выходом радиомодема ГГц диапазона и управляемое пороговое устройство, выход которого соединен с коммуникационным входом канала ГГц диапазона микроконтроллера, при этом первый и второй входы микроконтроллера соединены, соответственно, с органом управления и с модулем GPS/ГЛОНАСС, первый и второй выходы микроконтроллера подключены, соответственно, к дисплею, и к блоку звукового оповещения, а коммуникационный выход канала МГц диапазона микроконтроллера соединен со входом радиомодема МГц диапазона, первый дополнительный выход микроконтроллера подключен ко входу управления управляемого порогового устройства, второй дополнительный выход микроконтроллера соединен с управляющим входом блока селекции каналов беспроводной связи, а третий дополнительный выход микроконтроллера подключен к управляющему входу радиомодема ГГц диапазона, который выполнен с возможностью приема телеметрических данных от передатчиков беспроводной связи, входящих в состав набора телемедицинских модулей, используемых для диагностики пациента, при этом выход радиомодема МГц диапазона подключен ко второму информационному входу блока селекции каналов беспроводной связи.
В качестве модуля приемопередачи телемедицинских данных могут быть использованы ПК или смартфон пациента, на которых установлены соответствующие медицинские программные приложения.
Предпочтительным вариантом выполнения комплекта телемедицинских модулей является мобильный портативный телемедицинский чемодан-укладка, включающий в себя следующие телемедицинские модули: электрокардиограф, измеритель артериального давления, глюкометр, пульсоксиметр, спирометр, браслет безопасности, бесконтактный датчик частоты пульса и дыхания, звуковой индикатор скорости кровотока, термометр, анализатор мочи, гематологический анализатор, анализатор биохимии крови, электронный ростомер, укомплектованный весами, визуальный электронный стетоскоп, при этом каждый из указанных измерительных модулей содержит модем беспроводной связи гигагерцового диапазона, например, Bluetooth или Wi-Fi модем.
Как вариант, предлагается использовать существующие телемедицинские модули со следующими отличительными особенностями:
Электрокардиограф выполнен с возможностями регистрации ЭКГ в 12 отведениях и подключения по порту USB.
Измеритель артериального давления выполнен с возможностью автоматического измерения давления и сохранения полученных результатов для трех пользователей с отображением данных с помощью цифрового жидкокристаллического дисплея.
Глюкометр выполнен с автоматической температурной компенсацией и возможностью проведения до 1000 измерений уровня глюкозы в крови без замены источника питания, а также с возможностями сохранения до 220 результатов измерений и отображения среднего значения за 7, 14 и 28 дней.
Пульсоксиметр выполнен с возможностью измерений в системах Клемент, ECCS и Knudson жизненной емкости легких, форсированного выдоха, минутной и максимальной вентиляции легких и медикоментозной пробы.
Браслет безопасности выполнен с возможностями измерений частоты пульса, сатурации (SpO2) и температуры пользователя, а также с возможностями определения его местоположения, установления факта падения (удара) и с возможностью подачи сигнала тревоги в ручном и автоматическом режимах.
Бесконтактный датчик частоты пульса и дыхания выполнен с возможностями измерений частоты пульса и частоты дыхания и определения степени подвижности пациента.
Звуковой индикатор скорости кровотока выполнен с возможностями оценки атеротромботических заболеваний периферических сосудов и исследования венозного и артериального кровотока, а также с возможностями выполнения функции стетоскопа и детекции сердцебиения плода.
Термометр выполнен с возможностями измерений температуры тела пользователя в диапазоне от 34 до 42,9 градусов за время 5 секунд и сохранения результатов до 10 измерений.
Анализатор мочи выполнен с возможностями измерений следующих показателей: GLU - глюкоза, PRO - белок, BIL - билирубин, URO - уробилиноген, КЕТ - кетоновые тела, РН - кислотность, SG - плотность, BLD - эритроциты, LEU - лейкоциты, КЕТ - кетоновые тела, NIT - бактерии в моче.
Гематологический анализатор выполнен с возможностями измерений в автоматическом режиме до 20 следующих параметров: WBC - белые кровяные клетки или лейкоциты, HGB - концентрация гемоглобина, LYM# - количество лимфоцитов, LYM% - процент лимфоцитов, MON# - количество моноцитов, MON% - процент моноцитов, GRA# - количество гранулоцитов, GRA% - процент гранулоцитов, RBC - красные кровяные клетки или эритроциты, НСТ - гематокрит, MCV - средний объем эритроцитов, МСН -среднее содержание гемоглобина в эритроците, МСНС - средняя концентрация клеточного гемоглобина в эритроците, RDW-CV - ширина распределения эритроцитов. RDW-SD -ширина распределения эритроцитов (Анизоцитоз эритроцитов), PLT - тромбоциты, MPV - средний объем тромбоцитов, РСТ - тромбокрит, PDW - анизоцитоз тромбоцитов, P-LCR -количество крупных тромбоцитов, RBC histogram - гистограмма лейкоцитов, WBC histogram - гистограмма эритроцитов, PLT histogram - гистограмма тромбоцитов.
Анализатор биохимии крови выполнен с возможностями выполнения следующих тестов: ферменты АЛТ, ACT, щелочная фосфатаза, кислая фосфатаза, кретинкиназа, креатинкиназа MB, ЛДГ, ГГТ, аминалаза, липаза; субстраты: алюбумин, билирубин(прямой, общий), гемоглобин, глюкоза, ьочевина, креатинин, мочевая кислота, общий белок, общий белок в моче, лактат, микропротеин; липиды: холестерин, холестерин ВП, холестерин НП, триглицериды; электролиты: железо, кальций, магний, хлориды, натрий, калий, фосфор, цинк, медь.
Электронный ростомер, укомплектованный весами выполнен с возможностями измерений роста пациента в диапазоне от 0,81 до 2,2 метров и его массы в диапазоне от 1 до 150 кг.
Визуальный электронный стетоскоп выполнен с возможностями отображения на дисплее ЭКГ, частоты сердечных сокращений (ЧСС), SpO2, пульсовой кривой и имеет выход на наушники.
Сущность изобретения поясняется с помощью рисунков и фотографий, приведенных на фиг. 1 - фиг. 8.
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого радиоканального комплекса домашней телемедицины.
На фиг. 2 показана структурная схема центра контроля состояния пациентов.
На фиг. 3 и фиг. 4 приведены структурная схема и фотография телемедицинского хаба, соответственно.
На фиг. 5 показана фотография чемодана-укладки с возможным вариантом комплектации телемедицинских модулей.
На фиг. 6-8 приведены фотографии телемедицинских модулей, входящих в предпочтительный комплект чемодана-укладки, показанного на фиг. 4.
- электрокардиографа, измерителя артериального давления, глюкометра и анализатора мочи (фиг. 6);
- пульсоксиметра, термометра, браслета безопасности, спирометра, бесконтактного датчика частоты пульса и дыхания, звукового индикатора скорости кровотока (фиг. 7);
- гематологического анализатора, анализатора крови, ростомера электронного, укомплектованного весами, и визуального электронного стетоскопа (фиг. 8).
На структурных схемах, показанных на фиг. 1 - фиг. 3, использована следующая нумерация блоков: 1 - телемедицинский хаб; 2 - комплект телемедицинских модулей; 3 - радиомодем ГГц диапазона; 4 - блок селекции каналов беспроводной связи, 5 - орган управления; 6 - микроконтроллер; 7 -управляемое пороговое устройство; 8 - дисплей; 9 - блок звукового оповещения; 10 - радиомодем МГц диапазона; 11 - центр контроля состояния пациентов; 12 - пульт скорой медицинской помощи; 13 - блок памяти; 14 - модуль приемопередачи телемедицинских данных; 15 - сервер; 16 - АРМ администратора; 17 - АРМ медицинского персонала; 18 - банк данных; 19 - модуль GPS/ГЛОНАСС.
Предлагаемый радиоканальный комплекс домашней телемедицины содержит пульт 12 скорой медицинской помощи, выполненный с возможностью экстренной связи с центром 11 контроля состояния пациента, включающим в себя сервер 15 и связанные с ним банк 18 данных, АРМ 16 администратора, одно или несколько АРМ 17 медицинского персонала и радиомодем 10 Мегагерцового диапазона, а также установленный в месте нахождения пациента комплект 2 телемедицинских модулей, выполненный с возможностью дистанционной оценки параметров функций, жизненно важных для жизнедеятельности человека и передачи этих данных в эфир с помощью радиомодема 3 Гигагерцового диапазона. В зоне действия сети Гигагерцового диапазона размещены телемедицинский хаб 1 и модуль 14 приемопередачи телемедицинских данных, при этом телемедицинский хаб 1 выполнен с возможностью приема данных от радиомодемов 3 Гигагерцового диапазона, входящих в комплект телемедицинских модулей, передачи экстренных данных, свидетельствующих об угрозах жизни пациента, по каналу Мегагерцевого диапазона в центр 11 контроля состояния пациентов, и трансляции других данных, не несущих в себе явных признаков угрозы жизни больного и, соответственно, не требующих экстренной медицинской помощи, в облачное хранилище и/или в центр 11 контроля состояния пациентов - с помощью модуля 14 приемопередачи телемедицинских данных, работающего в ГГц диапазоне, и связанного с сетью Интернет.
В предпочтительном варианте реализации предлагаемого комплекса телемедицинский хаб содержит радиомодем 3 Гигагерцового диапазона и радиомодем 10 Мегагерцового диапазона, микроконтроллер 6, связанный с блоком 13 памяти и выполненный с коммуникационными входом/выходом канала ГГц диапазона и с коммуникационными входом/выходом канала МГц диапазона, а также последовательно соединенные блок 4 селекции каналов беспроводной связи, информационный вход которого соединен с выходом радиомодема 3 Гигагерцового диапазона и управляемое пороговое устройство 7, выход которого соединен с коммуникационным входом канала ГГц диапазона микроконтроллера 6, при этом первый и второй входы микроконтроллера 6 соединены, соответственно, с органом 5 управления и с модулем 19 GPS/ГЛОНАСС, первый и второй выходы микроконтроллера 6 подключены, соответственно, к дисплею 8, и к блоку 9 звукового оповещения, а коммуникационный выход канала МГц диапазона микроконтроллера 6 соединен со входом радиомодема 10 Мегагерцового диапазона, первый дополнительный выход микроконтроллера 6 подключен ко входу управления управляемого порогового устройства 7, второй дополнительный выход микроконтроллера 6 соединен с управляющим входом блока 4 селекции каналов беспроводной связи, а третий дополнительный выход микроконтроллера 6 подключен к управляющему входу радиомодема 3 Гигагерцового диапазона, который выполнен с возможностью приема телеметрических данных от передатчиков беспроводной связи, входящих в состав комплекта 2 телемедицинских модулей, используемых для диагностики пациента, при этом выход радиомодема 10 Мегагерцового диапазона подключен ко второму информационному входу блока 4 селекции каналов беспроводной связи.
В предпочтительном варианте комплектации чемодана-укладки комплект 2 телемедицинских модулей включает в себя следующие телемедицинские модули: электрокардиограф, измеритель артериального давления, глюкометр, пульсоксиметр, спирометр, браслет безопасности, бесконтактный датчик частоты пульса и дыхания, звуковой индикатор скорости кровотока, термометр, анализатор мочи, гематологический анализатор, анализатор биохимии крови, электронный ростомер, укомплектованный весами, визуальный электронный стетоскоп, при этом каждый из указанных телемедицинских модулей содержит модем беспроводной связи гигагерцового диапазона, например, Bluetooth или Wi-Fi модем.
В разработанном предприятием-заявителем опытном образце телемедицинского хаба 1 (фиг. 3) в качестве микроконтроллера 6 использовано покупное изделие - микроконтроллер NRF52832, В него встроен трансивер 2.4 ГГц (Nordic Semiconductors), выполняющий роль радиомодема 3 Гигагерцового диапазона (использует WiFi - модуль CC3200MOD или CC3220MOD компании TexasInstrument).
Радиомодем 10 Мегагерцового диапазона реализован на трансивере типа SX1272, относящемся к вышеупомянутым "устройствам малого радиуса действия". Его отличительными особенностями являются:
- высокая чувствительность;
- широкий диапазон измерения и регулирования уровня мощности принимаемого сигнала;
- возможность работы без ухудшения параметров при низком (до 1,8 В) напряжении питания;
- применение технологий Frequency Hopping ("прыгания по частотам") и LBT ("прослушивания эфира перед передачей"), позволяющих эффективно использовать ограниченный частотный диапазон, избегать коллизий при множественном доступе и бороться с "замиранием" сигналов из-за интерференции.
Блок 13 памяти выполнен на основе микро SD-карты, а дисплей 8 - на базе OLED-индикатора UG-6028GDEBF02 на 160×128 точек размером 40×34 мм.
Для реализации цепочки "блок 4 селекции каналов беспроводной связи - управляемое пороговое устройство 7" можно использовать техническое решение, описанное в патенте RU №2629960, Н04В 1/18 "Многодиапазонное устройство для селекции, усиления и преобразования сигнала" для профессиональных приемных устройств. Каждый канал такого устройства содержит последовательно соединенные входной поддиапазонный полосовой фильтр, первый управляемый аттенюатор, первый усилитель радиочастоты, поддиапазонный перестраиваемый полосовой фильтр, второй усилитель радиочастоты, второй управляемый аттенюатор, а также аналого-цифровой преобразователь, выход которого является выходом всего устройства.
Используемый в предлагаемом комплексе комплект 2 телемедицинских модулей может быть реализован на базе существующих изделий медицинского назначения (фиг. 6 - фиг. 8). Их основные параметры приведены в зависимых пп. 4-16 формулы настоящего изобретения. Конструктивно комплект выполнен в виде чемодана-укладки (фиг. 4), представленного в справке ООО "Альтоника" для Минпромторга №2718-5 от 27.08.2018 "Портативная система дистанционной диагностики и комплексного наблюдения для маломобильных групп населения, пожилых, лиц с инвалидностью, вследствие патологии внутренних органов и людей с нарушениями зрения". Следует отметить, что описанная выше комплектация чемодана-укладки предлагается впервые, поскольку существующие изделия такого рода, например, семейство носимых комплексов "Арнега™", выпускаемых ГК "Традиция", предназначены в основном для использования оперативными спасательными и аварийными бригадами МЧС, а также для служб скорой медицинской помощи и медицины катастроф.
Таким образом, возможность практической реализации предлагаемого технического решения не вызывает сомнений.
Рассматриваемый радиоканальный комплекс домашней телемедицины работает следующим образом.
В месте нахождения пациента устанавливают телемедицинский хаб 1. Указанное устройство может быть установлено в любом помещении, согласованном с медицинским работником, взаимодействующим с пациентом или с его законным представителем, например, в помещении ближайшего фельдшерско-акушерского пункта (ФАП) или в домашних условиях. В распоряжении пользователя, под которым подразумевается пациент или его законный представитель, находится комплект 2 телемедицинских модулей, позволяющих измерять различные параметры функций пациента, жизненно важных для жизнедеятельности человека, таких, например, как ЭКГ, частота пульса, параметры дыхания, артериальное давление и др.
Каждый такой модуль содержит передатчик беспроводной связи "ближнего действия". Это - передатчик, работающий в ГГЦ диапазоне в стандартах Bluetooth или WiFi или др. Телемедицинский хаб 1, возможный вариант построения которого приведен на фиг. 3, принимает сообщения, передавемые телемедицинским модулем, используемым в данный момент пациентом, селектирует канал беспроводной связи, по которому получено сообщение, и с помощью пороговой обработки определяет, к какому классу относится указанное сообщение. Прием в телемедицинском хабе 1 данных, передаваемых передатчиком беспроводной связи данного телемедицинского модуля, осуществляется радиомодемом 3 Гигагерцового диапазона - "ближний" радиоканал. Дальность связи при этом невелика (не более десятков метров). Однако пропускная способность в этом диапазоне может быть достаточно большой, что позволяет телемедицинскому хабу 1 воспринимать весь объем телемедицинских данных, получаемых с помощью изделий различного медицинского назначения. С выхода радиомодема 3 Гигагерцового диапазона поток телемедицинской информации поступает в блок 4 селекции каналов беспроводной связи, осуществляющий коммутацию каналов в соответствии с программой, выбранной пациентом с помощью органа 5 управления, например, клавиатуры, подключенной к микроконтроллеру 6. Выбор канала определяет те параметры жизненно важных для жизнедеятельности человека функций, которые планируется получить, передать и оценить врачом (фельдшером) в данном сеансе дистанционного обследования, например, параметры функций сердечно-сосудистой системы. С выхода выбранного канала информация поступает на вход управляемого порогового устройства 7, с помощью которого измеренный параметр ранжируется по степени угрозы жизни человека. Управление пороговыми уровнями осуществляется с помощью команд, поступающих из микроконтроллера 6, в соответствии с заданной программой, выбираемой с помощью органа 5 управления, например, клавиатуры. Визуальный контроль за выбором каналов и установкой порогов осуществляется с помощью дисплея 8. В случае превышения каким-либо телемедицинским параметром порога, соответствующего критической ситуации, например, выявлению у пациента недопустимого уровня аритмии сердца, включается блок 9 звукового оповещения. Одновременно, микроконтроллер 6 направляет информацию об этом тревожном событии в радиомодем 10 Мегагерцового диапазона для передачи по радиоканалу "малой дальности действия" в центр 11 контроля состояния пациентов и через него - на пульт 12 скорой медицинской помощи.
При отсутствии превышения порога, соответствующего критической ситуации, микроконтроллер 6 направляет поток поступающей в него телемедицинской информации в блок 13 памяти для регистрации, хранения и последующего использования при консультации с лечащим врачом в неотложной или плановой формах их взаимодействия.
Вследствие большого объема мониторинговой информации, во избежание переполнения блока 13 памяти, периодически осуществляется "перекачка" записанной телемедицинской информации по сети Интернет в облачное хранилище, связь с которым осуществляется с помощью модуля 14 приемопередачи телемедицинских данных, роль которого выполняют ПК или смартфон пациента, на которых установлено соответствующее программное приложение, как это предусмотрено п. 5.2.1 вышеупомянутого стандарта ГОСТ Р 57757. Для этого по команде, задаваемой с помощью органа 5 управления, микроконтроллер 6 осуществляет считывание из блока 13 памяти соответствующих фрагментов зарегистрированной телемедицинской информации и передает их с помощью радиомодема 3 Гигагерцового диапазона в модуль 14 приемопередачи телемедицинских данных, например, на смартфон пользователя, который транслирует ее по сети Интернет. Информация, переданная по сети Интернет, принимается в центре 11 контроля состояния пациентов установленным в нем радиомодемом 3 Гигагерцового диапазона. При передаче информации по радиоканалу "малой дальности действия" она принимается радиомодемом 10 Мегагерцового диапазона. В обоих случаях эта информация поступает на сервер 15, который обрабатывает ее под управлением АРМ 16 администратора.
Если передача ведется во время консультации в режиме реального времени, поступающая информация просматривается на АРМ 18 медицинского персонала, например, техническим специалистом по ЭКГ или лечащим врачом. Если ведется скачивание архива телемедицинских данных из блока 13 памяти телемедицинского хаба 1 или облачного хранилища данных в режиме отложенной консультации, то этот архив подвергается сортировке и учету в АРМ 16 администратора центра. Отчеты на основе событий, диагностированных техническим специалистом по ЭКГ или в архивной записи, направляются в соответствующий АРМ 17 медицинского персонала, например, лечащего врача, ответственного за данного пациента и в связанный с сервером 15 банк 18 данных. При этом администратор центра имеет возможность востребовать из банка 18 данных любую необходимую ему информацию и передать ее с помощью сервера 15 в соответствующий АРМ 17 медицинского персонала. В свою очередь, лечащий врач, по своей инициативе, может обратиться к серверу 15 и сформировать с его помощью запрос на получение необходимой ему информации из банка 18 данных или из облачного хранилища данных. Общая координация работы центра 11 контроля состояния пациентов также осуществляется с АРМ 16 администратора этого центра.
В режиме дистанционного наблюдения (мониторинга) за состоянием здоровья пациента (пп. 51-55 Приказа) осуществляется каждодневная передача всего архива телемедицинских данных, что дает возможность диагностирования состояний, трудно обнаруживаемых при плановых консультациях. Например, верхний предел тревоги по частоте сердечных сокращений (ЧСС) может быть установлен на уровне, значительно превышающем нормальный ритм сердца пациента. Таким образом, небольшое увеличение ЧСС у пациента не может быть обнаружено устройством обнаружения аритмии пациента как подлежащее регистрации событие. Однако, небольшое увеличение ЧСС может повторяться многократно за короткий период времени или может длиться постоянно в течение длительного периода времени. Такие более тонкие поведения кардиального ритма могут распознаваться более сложными системами анализа, работающими на полное раскрытие данных, анализ каждого ежедневного архива данных и создание ежедневного отчета, в котором идентифицируются такие симптоматические образцы сердечного ритма. Идентификация таких тонкостей в ежедневном архиве с помощью сложных программ анализа, входящих в состав специального ПО центра 11 контроля состояния пациентов позволяет установить срочный диагноз состояния пациента и/или обеспечивает возможность перенастройки пороговых уровней и пределов индикации тревог, чтобы позволяет более эффективно раскрывать характеристики состояния здоровья пациента в дальнейшем.
Врач пациента может во время наблюдения принять решение об изменении параметров патологии, которые должны обнаруживаться. Например, порог для обнаруженной тахикардии может быть установлен на начальное состояние 160 ударов/минуту. Такое изменение может быть установлено техническим специалистом и новая настройка будет послана на телемедицинский хаб 1 пациента в качестве изменения конфигурации измеряемых параметров. Новая информация о конфигурации направляется сервером 15 по сети Интернет, принимается модулем 14 приемопередачи телемедицинских данных, например, смартфоном пациента и с него поступает в телемедицинский хаб 1 соответствующего пациента, где она автоматически устанавливается в управляемом пороговом устройстве 7.
Пороги могут устанавливаться также вручную с помощью клавиатуры 5 и дисплея 8 (в соответствующих полях выпадающего меню). Так, при наблюдении за состоянием сердечно-сосудистой системы пациента эти поля могут относиться к желудочковой фибрилляции, верхней и нижней ЧСС, систоле, паузе в сердечных сокращениях, фибрилляции предсердий.
В дополнение к пределам обнаружения пользователь может также устанавливать приоритет тревоги, такой как срочный, средний или низкий приоритет. Когда технический специалист по ЭКГ в центре 11 контроля за состоянием пациентов установил желательные пороги и приоритеты на АРМ 17 медицинского персонала, конфигурация сохраняется кнопкой "сохранить". Если мониторирование еще не началось, информация о конфигурации сохраняется на сервере 15 и передается на телемедицинский хаб 1 при первоначальном размещении соответствующего телемедицинского модуля (например, закреплении отведений электрокардиографа на теле пациента). При первом сеансе связи телемемедицинского хаба 1 с центром 11 контроля состояния пациентов 1 телемемедицинский хаб 1 проверяет информацию о конфигурации, которая затем загружается и устанавливается в управляемом пороговом устройстве 7. Если мониторирование уже началось, то новая конфигурация немедленно загружается для установки. Так например, в дополнение к семи стандартным тревогам, связанным с аритмией сердца, врач имеет возможность установить заказную тревогу для конкретного пациента.
Телемедицинские сообщения и информация о пациенте могут быть зарегистрированы на сервере 15 для возможности доступа к ним посредством конкретных учетных записей. Учетной записью могут быть идентификационные данные лечащего врача, клиники, ФАП и т.п. Всякий раз, когда статус телемедицинского хаба 1 изменяется, он посылает соответствующее уведомление и эти уведомления, отправляются в центр 11 контроля состояния пациентов по сети Интернет. Например, когда телемедицинский хаб 1 "ощущает", что он принимает сигналы ЭКГ от пациента, то посылается сообщение о соответствующем статусе. Если телемедицинский хаб 1 обнаруживает неподключенный вывод ЭКГ, то снова посылается сообщение, но уже о другом статусе. Когда телемедицинский хаб 1 обнаруживает какое-либо неподключенное отведение, и его снова прикрепляют к телу пациента, то вновь отправляется сообщение об изменении статуса. Таким образом, непрерывный поток сообщений о статусе позволяет наблюдающему врачу оценивать характер использования пациентом конкретного телемедицинского модуля, а технический специалист в центре 11 контроля состояния пациентов имеет возможность вмешиваться в процесс мониторирования пациента с передачей вызова по сети Интернет, если поток сообщений указывает на то, что пациент имеет какую-либо проблему или что-то упускает.
Предварительно, перед применением комплекта 2 телемедицинских модулей, осуществляют идентификацию пациента. Для этого в банк 18 данных на основе добровольного согласия пациента вносят следующую группу его отличительных характеристик:
1. "Нормальное", "пороговое" или "критическое" (предикторное или терминальное), в котором находятся контролируемые функции организма в связанных с друг другом процессах, данные ретроспективного анамнеза, иные проявления физиологического состояния (например, кратковременную потерю памяти). Эти данные вносятся лечащим или участковым врачами или фельдшером ФАП.
2. Паспортные данные пациента.
3. Контактные телефоны и адреса законных представителей пациента (например, членов его семьи).
К банку 18 данных имеют доступ только уполномоченные службы единой дежурной диспетчерской службы медицинского учреждения, в том числе дежурной службы скорой медицинской помощи. Текущие параметры, снимаемые датчиками телемедицинских модулей (электрокардиографа, измерителя артериального давления, глюкометра и др.), через блок 4 селекции каналов беспроводной связи и управляемое пороговое устройство 7 поступают в микроконтроллер 6. Текстовое сообщение может индицироваться на дисплее 8 телемедицинского хаба 1, а также на мониторе АРМ 16 администратора центра 11 контроля состояния пациентов, а речевое сообщение может транслироваться радиомодемом 3 Гигагерцового диапазона по сети Интернет. При нормальных параметрах состояния здоровья текстовое и речевое сообщения предназначаются для текущего информирования самого пациента через дисплей 8. При этом воспроизведение текущих показателей на дисплее 8 осуществляется по запросу микропроцессора 6, формируемого с помощью органа 5 управления, например, клавиатуры.
Сигнал предупреждения представляет собой текстовое и речевое сообщения, в котором приводятся текущие показания состояния здоровья пациента, рекомендации пациенту по снижению вероятности наступления осложнения и перехода в критическое состояние, запрос на определение местоположения пациента. Сигнал предупреждения предназначается для самого пациента и оператора пульта 12 скорой медицинской помощи. Сигнал предупреждения отправляется автоматически по каналам передачи речевой или текстовой информации, в частности, по сотовой сети связи. В случае выявления пороговых признаков оператор связывается с пациентом и дает ему рекомендации по недопущению перехода основных показателей здоровья в критическое состояние. При отсутствии связи с пациентом оператор пульта 12 скорой медицинской помощи через центр 11 контроля состояния пациентов посылает запрос телемедицинскому хабу 1 на определение его местоположения и, соответственно, местонахождения пациента с помощью модуля 19 GPS/ГЛОНАСС. Этот модуль определяет текущее местоположение пациента и пересылает эту информацию через центр 11 контроля состояния пациентов на пульт 12 дежурной службы медпомощи. Получив эти данные, оператор направляет к месту пребывания пациента наряд скорой медицинской помощи.
Таким образом, достигается ожидаемый технический результат применения предлагаемого технического решения, заключающийся в повышении объема и качества получаемой и передаваемой телемедицинской информации об основных параметрах жизненно важных функций человека до уровня, позволяющего наряду с возможностью экстренного медицинского реагирования при внезапных острых заболеваниях, представляющих угрозу жизни больного; осуществлять консультации пациента со стороны медицинских сотрудников (в случае необходимости, консилиума врачей), и дистанционное наблюдение за параметрами жизненно важных функций человека с целью эффективной профилактики, диагностики и лечения заболеваний, мониторинга состояния или течения заболевания и оценки функциональных возможностей пациента, как этого требует п. 5.3.1 стандарта ГОСТ Р 57757.