Устройство для измерения частоты сердцебиений
Группа изобретений относится к медицине. Способ для измерения частоты сердцебиений и/или вариабельности частоты сердцебиений субъекта реализуют устройством и используют для мониторинга и/или для определения случаев сердечной недостаточности. При установлении сердечной недостаточности устройство генерирует тревожный сигнал. Устройство содержит держатель для размещения участка части тела субъекта и функционально связанный с держателем датчик движения. Держатель выполнен с возможностью перемещения в горизонтальном направлении относительно основания. Датчик движения выполнен с возможностью измерения сигнала движения субъекта в горизонтальном направлении. Датчик движения соответствует электрическому датчику движения и содержит конденсатор с электроемкостью, сформированной между первым и вторым электродами. Первый электрод зафиксирован относительно основания, а второй электрод - относительно держателя. При этом измеряют сигнал движения субъекта в горизонтальном направлении относительно основания. При этом участок части тела субъекта лежит на держателе или опирается на него. Сигнал измеряют с помощью емкости конденсатора. Применение группы изобретений позволит измерять частоту сердцебиений и/или вариабельность частоты сердцебиений надежным и ненавязчивым образом без использования датчиков, прикрепленных к телу субъекта или расположенных рядом с телом субъекта. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к области измерения частоты сердцебиений и, в частности, к измерению частоты сердцебиений и/или вариабельности частоты сердечных сокращений ненавязчивым образом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Документ US 2008/0077020 А1 описывает способ и устройство для мониторинга основных показателей жизнедеятельности, таких как сердечно-легочная деятельность, с помощью баллистокардиографа. Способ и устройство используются для того, чтобы наблюдать за младенцем, спящим в колыбели, пациентом в больнице, человеком с хроническим заболеванием на дому или на попечении специалиста, либо за человеком, находящимся в учреждении по уходу за престарелыми.
Сердечная деятельность является одним из самых важных показателей жизнедеятельности для человека или животного. В нижеследующем описании понятие «субъект» включает в себя человека, например младенца или новорожденного, и животное. В данном описании наиболее пристальное внимание уделяется новорожденным. Однако замысел изобретения применим ко всем группам людей и животных. Частота сердцебиений, для краткости ЧС, а также изменчивость частоты сердцебиений или вариабельность частоты сердцебиений, для краткости ВЧС, стали актуальной темой в физиологии и психологии. Обе величины представляют особый интерес для наблюдения за показателями жизнедеятельности. ВЧС относится к балансу между парасимпатической частью вегетативной нервной системы и симпатической частью вегетативной нервной системы, ПНС и СНС для краткости, соответственно, уменьшающей и увеличивающей ЧС.
Принцип баллистокардиографического способа основан на датчике движения, установленном или размещенном под матрасом лежащего человека для отслеживания движений данного человека, в частности, в вертикальном направлении относительно неподвижного основания.
Однако использование баллистокардиографического способа является проблематичным по причине того факта, что такой способ, главным образом, измеряет усилия, ориентированные в вертикальном направлении относительно основания. Однако усилие, благодаря импульсу дуги аорты в теле субъекта, предпочтительно теле человека, в основном ориентировано в горизонтальном направлении относительно основания.
Кроме баллистокардиографического способа также известно применение электродов. Данное альтернативное измерение сердечной деятельности с помощью электродов доставляет неудобства, в особенности в случае с новорожденным, малышом или ребенком, поскольку ребенка необходимо беспрепятственно передать его родителям, чтобы наладить контакт родителей и ребенка, либо ребенок должен находиться в доступности для людей, осуществляющих наблюдение, например для врачей или медсестер, работающих в лечебном учреждении. Само собой разумеется, кожа ребенка очень тонкая и нежная и может быть повреждена при удалении электродов. С другой стороны, такая система надежна и способна определять ЧС при мешающих артефактах движения, и система легка в обслуживании в целях обеспечения гигиены.
Тем не менее, существует необходимость преодоления проблем известного уровня техники, в частности, при измерении ЧС или ВЧС новорожденных.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью данного изобретения является обеспечение возможности измерения частоты сердцебиений и/или вариабельности частоты сердцебиений субъекта надежным и ненавязчивым образом при сохранении низкой стоимости практической реализации.
Данная цель достигается с помощью объекта изобретения, охарактеризованного в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с первым аспектом данного изобретения данная цель достигается с помощью устройства для измерения частоты сердцебиений, выполненного с возможностью измерения частоты сердцебиений и/или вариабельности частоты сердцебиений субъекта, содержащего держатель, выполненный с возможностью размещения, по меньшей мере, участка части тела субъекта, лежащего на держателе или опирающегося на него, и датчик движения, функционально связанный с держателем, при этом держатель выполнен с возможностью, по меньшей мере, частично перемещаться в горизонтальном направлении относительно основания, датчик движения выполнен с возможностью измерения сигнала, генерируемого движением субъекта, по меньшей мере, частично, в горизонтальном направлении, и датчик движения соответствует электрическому датчику движения, содержащему конденсатор с электроемкостью, сформированной между первым электродом и вторым электродом, причем первый электрод зафиксирован относительно основания, а второй электрод зафиксирован относительно держателя.
Замысел данного изобретения заключается в том, чтобы распознавать или измерять усилие импульса дуги аорты в горизонтальном направлении относительно основания или относительно продольного направления субъекта, а не в вертикальном направлении, с использованием датчика движения. Следовательно, баллистокардиограф применяется по-новому, будучи приспособленным получать надежный сигнал, из которого можно извлечь информацию о сердечной деятельности, такой как ЧС и/или ВЧС.
Следует отметить, что термин «часть тела» относится к части туловища субъекта, например телу целиком, верхней части тела и/или конечности субъекта. Субъектом может быть человек, такой как новорожденный, либо животное. Термин «движение субъекта» относится к движению части тела, такому как движение тела целиком, грудной клетки и/или конечности.
Тот признак, что датчик движения выполнен с возможностью измерения сигнала, генерируемого движением субъекта, по меньшей мере, частично, в горизонтальном направлении, означает, что движение, по меньшей мере, измеряется в направлении, горизонтальном основанию, на котором размещается держатель, при этом движение - дополнительное к его компоненту в горизонтальном направлении - может также содержать компоненты в вертикальном направлении относительно основания. Следовательно, также и комбинированное горизонтальное и вертикальное движение может быть измерено и является целью настоящего изобретения.
Измерение сигнала, генерируемого движением субъекта с горизонтальным компонентом, является полезным, поскольку - для лежащего человека - усилие, благодаря импульсу дуги аорты, обычно ориентировано в горизонтальном направлении относительно основания и относительно продольной оси держателя, соответственно.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения устройство для измерения частоты сердцебиений дополнительно содержит блок контроля, функционально связанный с датчиком движения, причем блок контроля выполнен с возможностью принимать сигнал от датчика движения и генерировать из сигнала информацию о частоте сердцебиений и/или вариабельности частоты сердцебиений субъекта. Предпочтительно блок контроля выполнен с возможностью трансляции пользователю информации о частоте сердцебиений и/или вариабельности частоты сердцебиений субъекта. Блок контроля предпочтительно включает в себя дисплей, выполненный с возможностью отображения информации о ЧС и/или ВЧС.
Следует отметить, что фраза «трансляция пользователю информации о частоте сердцебиений и/или вариабельность частоты сердцебиений субъекта» означает, что пользователь, например сам субъект или другой человек, такой как врач или медсестра, информируется о состоянии ЧС и/или ВЧС с помощью дисплея, входящего в состав блока контроля, который выполнен с возможностью отображать информацию.
Датчик движения соответствует электрическому датчику движения, содержащему конденсатор с электроемкостью, сформированной между первым электродом и вторым электродом, причем первый электрод зафиксирован относительно основания, а второй электрод зафиксирован относительно держателя.
Изменение электроемкости предпочтительно определяется с помощью относительного положения между первым электродом и вторым электродом, причем изменение пропорционально частоте, равной значениям ЧС и/или ВЧС. Предпочтительно выходной сигнал устройства для измерения частоты сердцебиений содержит сигнал, имеющий частоту, пропорциональную ЧС и/или ВЧС. В соответствии с дальнейшим предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения конденсатор входит в состав схемы генератора, выходной сигнал которой является частотным сигналом, модулированным частотой сердцебиений. Предпочтительно выходной сигнал генератора является двоичным сигналом. Таким образом, выходной сигнал непосредственно представляется в цифровом виде, и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) не требуется. Баллистографический сигнал достигается путем выявления частотной модуляции, и с помощью определения ее частоты получают значение частоты сердцебиений. Если выходной сигнал не является двоичным, устройство для измерения частоты сердцебиений предпочтительно содержит аналого-цифровой преобразователь, который выполнен с возможностью конвертировать аналоговый выходной сигнал в цифровой выходной сигнал предпочтительно в двоичный выходной сигнал.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения устройство для измерения частоты сердцебиений дополнительно содержит весы, приспособленные для определения усилия и/или веса субъекта в направлении, по меньшей мере, частично, перпендикулярном основанию. Согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления предусмотрена подвесная система, которая дает возможность держателю смещаться, по меньшей мере, частично, в горизонтальном направлении. Предпочтительно держатель выполнен в виде кровати, матраса, подушки, детской кроватки и/или кувеза, а подвесная система предпочтительно выполнена в виде пружины.
В соответствии со вторым аспектом данного изобретения данная цель достигается путем применения устройства для измерения частоты сердцебиений согласно первому аспекту данного изобретения, в котором ЧС и/или ВЧС измеряются предпочтительно для мониторинга, и/или ЧС и/или ВЧС используются для определения случаев сердечной недостаточности, в котором предпочтительно при установлении сердечной недостаточности устройство для измерения частоты сердцебиений генерирует тревожный сигнал.
В соответствии с третьим аспектом данного изобретения данная цель достигается с помощью способа, применяемого для измерения частоты сердцебиений и/или вариабельности частоты сердцебиений субъекта, включающего в себя этап измерения сигнала, сгенерированного движением субъекта, по меньшей мере, частично, в горизонтальном направлении относительно основания, причем, по меньшей мере, участок части тела субъекта лежит на держателе или опирается на него, сигнал измеряется с помощью емкости конденсатора, сформированной между первым электродом и вторым электродом, причем первый электрод зафиксирован относительно основания, а второй электрод зафиксирован относительно держателя.
Используется емкостная измерительная система, благодаря ее надежности и низкой стоимости практической реализации. Предпочтительно емкостная измерительная система предназначена для измерения сердечной деятельности человека, в частности сердечной деятельности новорожденных, находящихся в кувезе. Емкостная измерительная система легко комбинируется с весами для определения веса младенца или новорожденного.
Устройство для измерения частоты сердцебиений согласно настоящему изобретению можно легко встроить или зафиксировать в кувезе, таком как аппарат неонатальной интенсивной терапии. Измерение ЧС без использования датчиков, прикрепленных к телу субъекта или расположенных рядом с телом субъекта, является предпочтительным. Само собой разумеется, это доставляет меньше неудобств, в частности, новорожденным, которые находятся в аппарате неонатальной интенсивной терапии.
Например, данный способ может использоваться для определения ЧС и/или ВЧС во время сна субъекта или во время периода засыпания или для обнаружения расстройств сна, например синдрома беспокойных ног, либо для обнаружения приступов эпилепсии во время нахождения в постели, во время сна или бодрствования, и все это вызовет движения кровати.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Данные и другие аспекты данного изобретения будут выявлены из и пояснены с помощью вариантов осуществления, описанных в дальнейшем в данном документе.
На чертежах:
фиг.1 иллюстрирует схематически младенца, лежащего на держателе, и измерительную систему, присоединенную к держателю, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения; и
фиг.2 иллюстрирует конденсатор, содержащий электроемкость, выполненный с возможностью определения частоты генерации генератора, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Общая идея данного изобретения состоит в применении датчика движения, выполненного с возможностью измерения движения скорее в горизонтальном направлении, чем в вертикальном направлении, относительно основания. Это снимает необходимость в модификации держателя, а усилие, благодаря импульсу дуги аорты, в основном, ориентировано в горизонтальном направлении, тогда как в направлении, перпендикулярном горизонтальному направлению, то есть в вертикальном направлении относительно основания, усилия намного меньше.
Фиг.1 схематически иллюстрирует младенца или новорожденного 6, лежащего на держателе 2, функционально связанном с датчиком 4 движения, причем основание 7 является «фиксированной средой», также называемой неподвижным основанием. Устройство 1 для измерения частоты сердцебиений содержит датчик 4 движения, соответствующий электрическому датчику движения, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения. Датчик 4 движения включает в себя емкостную систему измерения, которая применяется в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения. Держатель 2 выполнен с возможностью размещения тела новорожденного 6, лежащего на держателе 6, который соответствует кувезу, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения. Держатель 2 выполнен с возможностью, по меньшей мере, частичного смещения в горизонтальном направлении относительно основания 7, и датчик 4 движения выполнен с возможностью измерения сигнала, генерируемого движением новорожденного 6, по меньшей мере, частично, в горизонтальном направлении.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения конструкция подвесной системы 3 для держателя 2 такова, что он может легко смещаться в горизонтальном направлении относительно основания 7 до определенной величины, например на несколько миллиметров. Далее используется усилитель 5, выполненный с возможностью усиления сигнала, улавливаемого датчиком 4 движения.
На фиг.2 представлена пространственная конфигурация измерительной системы в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения. Пластины или электроды 8 и 9, обозначенные на фиг.2 как Р1 и Р2, образуют конденсатор, выполненный с возможностью определения частоты генерации генератора 10, обозначенного на фиг.2 как OSC, который подает сигнал со средним периодом, обозначенным на фиг.2 как Т, модулированный частотой сердцебиений (ЧС). Первый электрод 8 закрепляется на неподвижном основании, а второй электрод 9 закрепляется на держателе 2, как представлено на фиг.1, на котором находится новорожденный 6. Генератор 10 содержит конденсатор с электроемкостью, зависящей от предустановленных параметров, таких как расстояние между электродами 8,9.
Следует отметить, что благодаря импульсу, создаваемому кровью, текущей через дугу аорты новорожденного 6, положение первого электрода 8 изменяется относительно второго электрода 9 и, таким образом, значение электроемкости изменяется со скоростью, равной или пропорциональной ЧС, или со скоростью, обратно пропорциональной среднему периоду Т.
Благодаря тому, что конденсатор, образованный двумя электродами 8 и 9, является частью генератора 10, выходной сигнал генератора 10 содержит сигнал, в котором частота сигнала модулируется частотой сердцебиений (ЧС). При условии, что выходной сигнал генератора содержит двоичный выходной сигнал, выходной сигнал непосредственно представляется в цифровом виде и, таким образом, не должен конвертироваться. Однако, если выходной сигнал представляется в аналоговом виде, применяется АЦП. Путем выявления частотной модуляции измеряемого сигнала, получаемый или извлекаемый баллистографический сигнал используется для определения ЧС или ВЧС.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения идея изобретения сочетается с весами, приспособленными для измерения усилия в вертикальном направлении относительно основания. Следовательно, становится не только возможным измерение движений в горизонтальном направлении относительно основания или относительно продольного направления новорожденного 6, но также измерение веса новорожденного 6.
Тогда как данное изобретение описывалось и иллюстрировалось подробно с помощью чертежей и вышеизложенного описания, такие иллюстрации и описание необходимо рассматривать как пояснительные или примерные и неограничивающие; данное изобретение не ограничивается раскрываемыми вариантами осуществления.
Другие изменения к раскрываемым вариантам осуществления могут быть изучены и выполнены специалистами в данной области при практическом применении заявленного изобретения, из исследования чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения термин «содержащий» не исключает других элементов и этапов, а употребление единственного числа существительных не исключает множественность. Тот лишь факт, что определенные измерения перечислены в отличных друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения, не означает того, что сочетание данных измерений не может использоваться с выгодой. Любые цифровые обозначения в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем данного изобретения.
1. Устройство (1) для измерения частоты сердцебиений, выполненное с возможностью измерения частоты сердцебиений и/или вариабельности частоты сердцебиений субъекта (6), содержащее
держатель (2), выполненный с возможностью размещения, по меньшей мере, участка части тела субъекта (6), лежащего на держателе (2) или опирающегося на него, и
датчик (4) движения, функционально связанный с держателем (2),
при этом держатель (2) выполнен с возможностью, по меньшей мере, частично, перемещаться в горизонтальном направлении относительно основания (7), и
датчик (4) движения выполнен с возможностью измерения сигнала, генерируемого движением субъекта (6), по меньшей мере, частично, в горизонтальном направлении, и
датчик (4) движения соответствует электрическому датчику движения, содержащему конденсатор с электроемкостью, сформированной между первым электродом (8) и вторым электродом (9), причем первый электрод (8) зафиксирован относительно основания (7), а второй электрод (9) зафиксирован относительно держателя (2).
2. Устройство для измерения частоты сердцебиений по п.1, дополнительно содержащее блок контроля, функционально связанный с датчиком (4) движения, причем блок контроля выполнен с возможностью принимать сигнал от датчика (4) движения и генерировать из сигнала информацию о частоте сердцебиений и/или вариабельности частоты сердцебиений субъекта (6).
3. Устройство для измерения частоты сердцебиений по п.2, в котором блок контроля выполнен с возможностью трансляции пользователю информации о частоте сердцебиений и/или вариабельности частоты сердцебиений субъекта (6).
4. Устройство для измерения частоты сердцебиений по п.1, в котором конденсатор входит в состав схемы генератора, выходной сигнал которого является частотным сигналом, модулированным частотой сердцебиений.
5. Устройство для измерения частоты сердцебиений по одному из предыдущих пунктов, дополнительно содержащее весы, приспособленные для определения усилия и/или веса субъекта (6) в направлении, по меньшей мере, частично, перпендикулярном основанию (7).
6. Устройство для измерения частоты сердцебиений по п.1, в котором держатель (2) содержит подвесную систему (3), которая дает возможность держателю (2) смещаться, по меньшей мере, частично, в горизонтальном направлении.
7. Устройство для измерения частоты сердцебиений по п.6, в котором держатель (2) выполнен в виде кровати, матраса, подушки, детской кроватки и/или кувеза.
8. Устройство для измерения частоты сердцебиений по п.6 или 7, в котором подвесная система (3) выполнена в виде пружины.
9. Применение устройства для измерения частоты сердцебиений по одному из предыдущих пунктов, в котором частота сердцебиений и/или вариабельность частоты сердцебиений измеряются для мониторинга и/или частота сердцебиений и/или вариабельность частоты сердцебиений предпочтительно используются для определения случаев сердечной недостаточности, причем предпочтительно при установлении сердечной недостаточности, устройство (1) для измерения частоты сердцебиений генерирует тревожный сигнал.
10. Способ, применяемый для измерения частоты сердцебиений и/или вариабельности частоты сердцебиений субъекта (6), включающий в себя этап измерения сигнала, сгенерированного движением субъекта (6), по меньшей мере, частично, в горизонтальном направлении относительно основания, при этом, по меньшей мере, участок части тела субъекта лежит на держателе (2) или опирается на него, сигнал измеряется с помощью емкости конденсатора, сформированной между первым электродом (8) и вторым электродом (9), причем первый электрод (8) зафиксирован относительно основания (7), а второй электрод (9) зафиксирован относительно держателя (2).
11. Способ по п.10, в котором емкость конденсатора является частью схемы генератора, выходной сигнал которого является частотным сигналом, модулированным частотой сердцебиений.
12. Способ по любому из пп.10 или 11, в котором, по меньшей мере, участок части тела субъекта удерживается в подвешенном состоянии для обеспечения возможности горизонтального смещения.
