Устройство для кардиореспираторного анализа и способ оценки кардиореспираторного состояния
Владельцы патента RU 2637917:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный медицинский университет имени Н.Н. Бурденко" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО ВГМУ им. Н.Н. Бурденко Минздрава России) (RU)
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") (RU)
Изобретения относятся к медицине. Устройство для кардиореспираторного анализа содержит корпус с закрепленными на нем блоком управления и инфракрасным пульсоксиметрическим датчиком для измерения частоты пульса и оксигенации крови. Корпус выполнен в виде снабженной рукоятью телескопической трости. Колена трости в местах соединения укреплены пластиковыми муфтами для препятствования произвольному складыванию. На конце трости установлен колесный блок в виде пары колес и взаимодействующего с ними датчика подсчета оборотов колеса. Колеса колесного блока установлены на общей оси. Датчик подсчета оборотов колеса представляет собой цифровой тахометр, включающий закрепленные на колесном блоке геркон и магнит. Блок управления закреплен на одном из колен трости и снабжен выведенными на корпус блока управления жидкокристаллическим дисплеем, тумблером включения/отключения и кнопкой обнуления показаний. Инфракрасный пульсоксиметрический датчик установлен на рукояти трости. Микроконтроллер выполнен с возможностью анализа измеренных показаний, формирования предупреждающего сообщения на экране дисплея и выдачи сигнала на отключение датчиков. Способ оценки кардиореспираторного состояния включает проведение тестирования с использованием для кардиореспираторного анализа. При этом удерживают устройство за рукоять. Располагают большой палец на инфракрасном пульсоксиметрическом датчике. Осуществляют выбор программы тестирования, название которой появляется на жидкокристаллическом дисплее. Выполняют шаги. Данные о пройденном расстоянии и пульсоксиметрии передаются посредством подключения микроконтроллера по USB кабелю на внешний ПК, где происходит их визуализация в виде графиков и сохранение в базе данных. Достигается повышение точности измерений в процессе проведения исследования и оценки динамики изменений параметров сердечно-сосудистой и дыхательной систем при выполнении пробы с функциональной нагрузкой. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.
Группа изобретений относится к области медицины, а именно к кардиологии, и может быть использована для оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы.
Функциональное состояние организма - это комплекс свойств, определяющий уровень жизнедеятельности организма, ответ организма на физическую нагрузку, в котором отражается степень интеграции и адекватности функций выполняемой работе. Функциональное состояние систем кровообращения и дыхания определяет физическую работоспособность пациента, тяжесть заболевания (функциональный класс), обуславливает состояние пациента в данный момент времени, прогноз заболевания, используется в целях экспертизы трудоспособности, оценки эффективности лечения и реабилитационного потенциала (пример, оценка сердечной недостаточности определяется по функциональному классу, а не по структурно-морфологическим изменениям в сердце.
Известны тесты для определения функционального состояния сердечно-сосудистой системы, например велоэргометрия (Практическое пособие для врачей. - СПб.: Кафедра факультетской терапии Алтайского государственного медицинского университета, 2007. - 138 с.), в которых используются различные технические средства измерения параметров состояния ССС при физической нагрузке пациента. Однако выполнение этих тестов ограничено по массе тела обследуемых, выполнение пробы затруднено у больных с артрозами нижних конечностей. Характер нагрузки, моделирующей езду на велосипеде, для многих пациентов является непривычным, в связи с чем многие пациенты оказываются не в состоянии выполнить запланированный объем физической работы, в процессе проведения теста также нельзя получить информацию о насыщении крови кислородом.
Известно устройство и способ проведения теста 6-минутной ходьбы (заявка на изобретение RU 2011134381, 10.03.2013). При проведении теста пациент идет в максимально возможном для него ритме в течение 6 мин. Устройство включает таймер, 3-х осевой магнитный компас и 3-х осевой акселерометр, определяющие текущие координаты пациента и автоматически вычисляющие длину пройденного пути, процессор, энергонезависимую память, индикатор, источник питания и кнопку управления. Недостатки устройства связаны с тем, что использование для вычисления пути пациента магнитного склонения и акселерометра вносит существенную погрешность в измерение пройденного расстояния, которое является одной из важнейших составляющих при определении функционального класса сердечной недостаточности и ишемической болезни сердца, кроме того, в устройстве отсутствуют средства для вычисления ЧСС и насыщения крови кислородом при мониторировании пациента во время нагрузки. Интерпретация теста требует участия врача.
Из уровня техники известно полифункциональное диагностическое устройство (US 2012130203, 2012) - прототип, представляющее собой носимый пациентом браслет. Во время проведения теста 6-ти минутной ходьбы устройством, включающим блок управления, состоящий из микроконтроллера, снабженного памятью, и инфракрасный пульсоксиметрический датчик, выполненный с возможностью измерения частоты пульса и оксигенации крови. Однако конструкция устройства не позволяет пациенту получать данные о пройденном расстоянии и других измеренных параметрах непосредственно в процессе ходьбы, т.к. все полученные данные беспроводным образом передаются на удаленный компьютер и там обрабатываются, таким образом для пациента затруднена возможность адекватного реагирования на экстремальные показатели.
Нами решалась задача создания устройства, выдающего результаты теста шести минутной ходьбы с повышенной точностью, позволяющей объективизировать одышку (чувство нехватки воздуха) и комплексно оценивать параметры сердечно-сосудистой и дыхательной систем при проведении пробы, а также осуществлять способ оценки кардиореспираторного состояния организма.
Технический результат - повышение точности измерений в процессе проведения исследования и оценки динамики изменений параметров сердечно-сосудистой и дыхательной систем при выполнении пробы с функциональной нагрузкой.
Данный результат достигается при использовании устройства для кардиореспираторного анализа, содержащего корпус, на котором закреплены блок управления, включающий микроконтроллер, снабженный памятью, и инфракрасный пульсоксиметрический датчик, выполненный с возможностью измерения частоты пульса и оксигенации крови. Корпус выполнен в виде телескопической трости, снабженной рукоятью, колена которой в местах соединения укреплены пластиковыми муфтами для препятствования произвольному складыванию, на конце трости установлен колесный блок, выполненный в виде пары колес, установленных на общей оси, и взаимодействующего с ними датчика подсчета оборотов колеса, блок управления закреплен на одном из колен трости и снабжен выведенными на корпус блока управления жидкокристаллическим дисплеем, тумблером включения/отключения и кнопкой обнуления показаний, инфракрасный пульсоксиметрический датчик установлен на рукояти трости, при этом инфракрасный пульсоксиметрический датчик, датчик подсчета оборотов колеса, тумблер включения/отключения и кнопка обнуления показаний подключены к шине микроконтроллера, который выполнен с возможностью анализа измеренных показаний, формирования предупреждающего сообщения на экране дисплея и выдачи сигнала на отключение датчиков.
Предпочтительно, чтобы в блоке управления был размещен блок питания, при этом блок питания может быть выполнен в виде аккумуляторной батареи.
Блок управления может быть закреплен на одном из колен трости посредством держателя.
Инфракрасный пульсоксиметрический датчик и датчик подсчета оборотов колеса подключены к микроконтроллеру кабелем, проведенным вдоль колен трости.
Как правило, микроконтроллер обеспечивает формирование предупреждающего сообщения на экране дисплея и выдачу сигнала на отключение датчиков при достижении уровня частоты сердечных сокращений 75% от максимального для данного возраста и/или снижении уровня сатурации кислорода на 5% от исходного уровня и/или увеличении частоты дыхательных движений на 10 и более от исходного уровня.
На корпусе дополнительно выполнен USB-разъем, связанный с микроконтроллером, для передачи результатов анализа на ПК.
Изобретение поясняется чертежами, на которых показано:
на фиг. 1 - общий вид устройства;
на фиг. 2 - блок управления сбором данных;
на фиг. 3 - колесный блок.
Устройство представляет собой телескопическую трость 3 (фиг. 1), на одном из колен 6 которой, посредством держателя 5, закреплен блок управления 4, включающий микроконтроллер, снабженный памятью. Инфракрасный пульсоксиметрический датчик 2, выполненный с возможностью измерения частоты пульса и оксигенации крови, расположен на рукояти 1 трости. Колена 6 трости в местах соединения укреплены пластиковыми муфтами 7 для препятствования произвольному складыванию.
На конце трости установлен колесный блок 8 (фиг. 3), выполненный в виде пары колес 13, установленных на общей оси 15. Датчик подсчета оборотов колеса 14 представляет собой цифровой тахометр, включающий геркон и магнит, закрепленные на колесном блоке 8, чем обеспечивается точность измерения дистанции ходьбы при проведении теста.
Блок управления (фиг. 2) снабжен выведенными на корпус блока управления жидкокристаллическим дисплеем 10, тумблером включения/отключения 9 и кнопкой обнуления показаний 11. Кроме того, в блоке управления установлен блок питания 12, в основном он представляет собой аккумуляторную батарею, подзарядка которой от сети проводится через USB-разъем (не показан). Микроконтроллер (не показан) блока управления, осуществляющий программную обработку информации, получаемой от измерительных датчиков, с учетом базы данных в памяти микроконтроллера, связан через его шину с инфракрасным пульсоксиметрическим датчиком 2, датчиком подсчета оборотов колеса 14, тумблером включения/отключения 9 и кнопкой обнуления показаний 11. Микроконтроллер выполнен с возможностью анализа измеренных показаний и передачи их через USB-разъем на внешний ПК, формирования предупреждающего сообщения на экране дисплея и выдачи сигнала на отключение датчиков. Соединение датчиков и микроконтроллера обеспечивается кабелем, проведенным вдоль колен трости (не показано).
Устройство работает следующим образом.
Для начала работы необходимо отрегулировать высоту устройства с помощью телескопического удлинителя, так чтобы колесный блок 8 касался пола при удерживании устройства пользователем за рукоять 1 и не вызывал дискомфорта у пользователя. При использовании устройства большой палец правой или левой руки необходимо держать на инфракрасном пульсоксиметрическом датчике, плотно прижав палец к поверхности аппликации датчика. Зарядка аккумулятора проводится через соответствующий разъем, и устройство включается тумблером 9. Затем, нажимая кнопку 11, можно выбрать программу тестирования, название которой появляется на жидкокристаллическом дисплее 10. Выбор подтверждается продолжительностью нажатия (удерживать кнопку более 3 секунд). После нажатия программа микрокроконтроллера формирует команду на начало сбора данных от датчиков в соответствии с заданным алгоритмом. При контакте колесного блока 8 с поверхностью пола происходит вращение колес на оси 15. При каждом повороте колеса с закрепленным на нем магнитом происходит замыкание геркона. Информация об этом сохраняется в памяти блока 4 и используется для расчета средней и моментальной скорости, пройденного расстояния. Во время тестирования при достижении показателей субмаксимального уровня ЧСС (75% от максимальной для данного возраста), и/или снижении уровня сатурации кислорода (на 5% от исходного уровня), и/или увеличения частоты дыхательных движений на 10 и более от исходного уровня на экране дисплея появляется предупреждающее сообщение и прекращается выполнение теста. Этим обеспечивается объективность и безопасность проведения теста. Данные о пройденном расстоянии и пульсоксиметрии передаются посредством подключения микроконтроллера по USB кабелю на внешний ПК, где происходит их визуализация в виде графиков и сохранение в базе данных.
Разработанный нами способ оценки кардиореспираторного состояния реализуется посредством использования описанного выше устройства. Способ включает проведение тестирования с использованием разработанного нами устройства, для чего пользователь, удерживая устройство за рукоять, располагает большой палец на инфракрасном пульсоксиметрическом датчике. Осуществляют выбор программы тестирования, название которой появляется на жидкокристаллическом дисплее. Далее пользователь выполняет шаги. Данные о пройденном расстоянии и пульсоксиметрии передаются посредством подключения микроконтроллера по USB кабелю на внешний ПК, где происходит их визуализация в виде графиков и сохранение в базе данных.
Во время тестирования при достижении уровня частоты сердечных сокращений 75% от максимального для данного возраста, и/или снижении уровня сатурации кислорода на 5% от исходного уровня, и/или увеличении частоты дыхательных движений на 10 и более от исходного уровня на экране дисплея появляется предупреждающее сообщение и прекращается выполнение теста.
1. Устройство для кардиореспираторного анализа, содержащее корпус, на котором закреплены блок управления, включающий микроконтроллер, снабженный памятью, и инфракрасный пульсоксиметрический датчик, выполненный с возможностью измерения частоты пульса и оксигенации крови, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде телескопической трости, снабженной рукоятью, колена которой в местах соединения укреплены пластиковыми муфтами для препятствования произвольному складыванию, на конце трости установлен колесный блок, выполненный в виде пары колес, установленных на общей оси, и взаимодействующего с ними датчика подсчета оборотов колеса, представляющего собой цифровой тахометр, включающий геркон и магнит, закрепленные на колесном блоке, блок управления закреплен на одном из колен трости и снабжен выведенными на корпус блока управления жидкокристаллическим дисплеем, тумблером включения/отключения и кнопкой обнуления показаний, инфракрасный пульсоксиметрический датчик установлен на рукояти трости, при этом инфракрасный пульсоксиметрический датчик, датчик подсчета оборотов колеса, тумблер включения/отключения и кнопка обнуления показаний подключены к шине микроконтроллера, который выполнен с возможностью анализа измеренных показаний, формирования предупреждающего сообщения на экране дисплея и выдачи сигнала на отключение датчиков.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в блоке управления размещен блок питания.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что блок питания выполнен в виде аккумуляторной батареи.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления закреплен на одном из колен трости посредством держателя.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что инфракрасный пульсоксиметрический датчик и датчик подсчета оборотов колеса подключены к микроконтроллеру кабелем, проведенным вдоль колен трости.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что микроконтроллер сформирован с возможностью обеспечения формирования предупреждающего сообщения на экране дисплея и выдачи сигнала на отключение датчиков при достижении уровня частоты сердечных сокращений 75% от максимального для данного возраста и/или снижении уровня сатурации кислорода на 5% от исходного уровня и/или увеличении частоты дыхательных движений на 10 и более от исходного уровня.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на корпусе выполнен USB-разъем, связанный с микроконтроллером, для передачи результатов анализа на ПК.
8. Способ оценки кардиореспираторного состояния, включающий проведение тестирования с использованием устройства по любому из пунктов 1-7, для чего пользователь, удерживая устройство за рукоять, располагает большой палец на инфракрасном пульсоксиметрическом датчике, осуществляют выбор программы тестирования, название которой появляется на жидкокристаллическом дисплее, далее пользователь выполняет шаги, данные о пройденном расстоянии и пульсоксиметрии передаются посредством подключения микроконтроллера по USB кабелю на внешний ПК, где происходит их визуализация в виде графиков и сохранение в базе данных.
9. Способ по п. 8, в котором во время тестирования при достижении уровня частоты сердечных сокращений 75% от максимального для данного возраста и/или снижении уровня сатурации кислорода на 5% от исходного уровня и/или увеличении частоты дыхательных движений на 10 и более от исходного уровня на экране дисплея появляется предупреждающее сообщение и прекращается выполнение теста.
