Устройство и способ для дистанционной беспроводной диагностики функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе двигательной активности и фотоплетизмографии



Устройство и способ для дистанционной беспроводной диагностики функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе двигательной активности и фотоплетизмографии
Устройство и способ для дистанционной беспроводной диагностики функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе двигательной активности и фотоплетизмографии

Владельцы патента RU 2657966:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) (RU)

Группа изобретений относится к области медицины, а именно к медицинской технике, и может быть использована в функциональной диагностике состояния сердечно-сосудистой системы амбулаторно. Устройство для дистанционной беспроводной диагностики функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе двигательной активности и метода фотоплетизмографии содержит датчик фотоплетизмографии, который снимает информацию о гемодинамических параметрах пациента. Устройство выполнено в виде беспроводного браслета, носимого на теле пациента, в который дополнительно встроены: аккумулятор для работы устройства без использования проводов, модуль Bluetooth для связи с сотовым телефоном, акселерометр для сопоставления двигательной активности пациента с медицинскими данными измерений пульсовой волны и частоты сердечных сокращений. При этом передача информации о состоянии ССС пациента врачу происходит в режиме реального времени за счет использования модуля Bluetooth и сотового телефона в качестве передающего устройства в сеть Интернет. Способ дистанционной беспроводной диагностики функционального состояния сердечно-сосудистой системы (ССС) человека на основе двигательной активности и фотоплетизмографии (ФПГ) содержит этапы, на которых определяют данные измерения пульсовой волны и частоты сердечных сокращений (ЧСС), полученные с датчиков ФПГ. Проводят интеллектуальную обработку данных пульсовой волны и ЧСС, заключающуюся в фильтрации полученных данных с помощью полосового фильтра, возведении функции пульсовой волны в квадрат и дифференцировке в режиме реального времени. Данные ФПГ, отражающие изменения пульсовой волны и ЧСС, сопоставляют с данными, полученными с акселерометра о двигательной активности человека. Осуществляют корреляцию между двигательной активностью и данными фотоплетизмограммы в конкретные моменты времени, выявляя критические состояния ССС, требующие немедленного реагирования врачебного персонала. Группа изобретений обеспечивает дистанционную беспроводную диагностику функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека в режиме реального времени. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области медицины, а именно к медицинской технике, и может быть использовано в функциональной диагностике состояния сердечно-сосудистой системы.

Существует заявка на изобретение «Способ и устройство для обработки фотоплетизмографических сигналов» (RU 2012131153 А), недостатком которого является отсутствие передачи данных о состоянии пациента лечащему врачу в режиме реального времени.

Существует изобретение - «фотоплетизмограф» (патент RU 2354290 С1), предназначенный для использования в функциональной диагностике. Основным недостатком является отсутствие возможности записи хранения и передачи накопленной информации о состоянии сердечно-сосудистой системы пациента.

Существует полезная модель - «Компактное мобильное устройство для исследования кардиореспираторной системы космонавтов на борту космических объектов» (патент RU 77783). Основным недостатком является отсутствие способа корреляции интервала сигнала фотоплетизмограммы с интервалом пика ЭКГ для возможности использования сигнала фотоплетизмограммы для анализа сердечно-сосудистой системы так же эффективно, как сигнал электрокардиограммы. В данной полезной модели используются отдельные блоки электрокардиограммы и фотоплетизмограммы. Кроме этого, недостатком является наличие как минимум 6-ти датчиков, а не одного, выполняющего те же функции.

Известно устройство, выбранное в качестве прототипа, Physiological signal monitoring system (патент США №6616613 B1, 2009 г.), содержащее физиологическую систему мониторинга, в состав которой входят:

- датчик фотоплетизмографических сигналов (ФПГ), работающий на отражение;

- система фильтрации сигналов пульса крови (в зависимости от объема крови), элемент уменьшения рассеяния света на датчике ФПГ;

- передатчик в виде персонального компьютера (ПК), связанный с сенсором ФПГ для передачи данных по сети Интернет;

- зажим для закрепления на теле пациента;

- сервер для хранения данных о состоянии сердечно-сосудистой системы (ССС) пациента.

Недостатком описанной конструкции является:

- отсутствие возможности передачи данных о состоянии сердечно-сосудистой системы врачу в режиме реального времени;

- отсутствие возможности беспроводной работы датчика ФПГ;

- отсутствие беспроводной передачи данных посредством сети Интернет врачу.

Задачей заявляемого изобретения является дистанционная беспроводная диагностика функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека в режиме реального времени для предотвращения сердечно-сосудистых катастроф, таких как: инсульт, инфаркт на ранних стадиях развития.

Поставленная задача решается тем, что

1. устройство для дистанционной беспроводной диагностики функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе двигательной активности фотоплетизмографии, содержащее датчик ФПГ, который снимает информацию о состоянии гемодинамики пациента, согласно изобретению, устройство выполнено в виде беспроводного браслета, носимого на теле пациента, который дополнительно содержит аккумулятор для работы устройства без использования проводов, модуль Bluetooth для связи с сотовым телефоном, акселерометр для сопоставления двигательной активности пациента с медицинскими данными измерений пульсовой волны и частоты сердечных сокращений; при этом за счет использования сотового телефона в качестве передающего устройства в сеть Интернет передача информации о состоянии ССС пациента врачу происходит в режиме реального времени, возможна и обратная связь с врачом.

2. Способ дистанционной беспроводной диагностики функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе двигательной активности и фотоплетизмографии, при котором проводят комплексный анализ пульсовой волны и частоты сердечных сокращений (ЧСС) путем обработки данных полученных с датчиков ФПГ, согласно изобретению интеллектуальная обработка данных пульсовой волны и частоты сердечных сокращений для выявления критических (предынсультных, предынфарктных) состояний ССС, требующих немедленного реагирования врачебного персонала, происходит в режиме реального времени, причем для повышения точности диагностики критических состояний ССС данные измерений пульсовой волны и частоты сердечных сокращений сопоставляют с двигательной активностью пациента.

На Фиг. 1 представлена схема работы устройства для дистанционной беспроводной диагностики функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе метода фотоплетизмографии:

1. Устройство регистрирует пульсовую волну, ЧСС и двигательную активность.

2. Данные передаются по Bluetooth на сотовый телефон.

3. Данные передаются проводным способом через USB на компьютер.

4. Программа на сотовом телефоне с возможностью сбора данных в редуцируемом виде; выработки локальных рекомендаций; передачи данных на сервер; отправки тревожных сигналов.

5. Подзарядка устройства. Копирование данных с устройства. Передача подробных данных на сервер.

6. Передача данных посредством сети Интернет на облачный сервис.

7. Передача данных посредством сети Интернет на облачный сервис.

8. Передача данных на сервер для обработки.

9. Веб-приложение: информация о всех пациентах; последние переданные данные каждого пациента; анализ собранных данных.

10. Передача данных посредством сети Интернет на автоматизированное рабочее место врача.

Устройство состоит из: датчика ФПГ, который снимает информацию о состоянии гемодинамики пациента.

Данный технический результат достигается за счет носимого на теле пациента устройства физиологического контроля в виде браслета, содержащего:

- датчик ФПГ;

- систему фильтрации сигнала;

- аккумулятор;

- Bluetooth модуль для связи с мобильным телефоном;

- акселерометр;

Устройство работает следующим образом.

Модуль ФПГ в корпусе в виде браслета закрепляется на теле пациента. После включения производит передачу данных о ЧСС, пульсовой волне и двигательной активности на сотовый телефон, затем посредством сотового телефона данные передаются на сервер или, в случае критического состояния, отправляются напрямую врачу.

Использование заявляемого изобретения позволяет проводить диагностику состояния сердечно-сосудистой системы и отправлять их в режиме реального времени врачу посредством сети Интернет.

Преимуществом данного технического решения являются:

- возможность немедленного реагирования врачебным персоналом на критические состояния пациента;

- возможность использования амбулаторно без ограничений на повседневную деятельность.

На Фиг. 2 показан пример процесса обработки сигнала ФПГ для интеллектуальной обработки данных пульсовой волны и частоты сердечных сокращений в режиме реального времени, где:

(a) - Исходный сигнал ФПГ.

(b) - Сигнал после возведения в квадрат.

(c) - Результат дифференцирования.

(d) - Эталонный сигнал ЭКГ.

Данные ФПГ получены с пациентов в течение 1 месяца и усреднены по ключевым точкам. Выборка составляет 500 измерений. Обработка сигнала включала в себя применение полосового фильтра, процесс возведения функции пульсовой волны в квадрат и дифференцирование. На Фиг. 2 в части (d) представлен сигнал ЭКГ, выбранный в качестве эталонного. На Фиг. 2 (а) представлен исходный сигнал ФПГ после аппаратно-программной фильтрации. Следующим после фильтрации идет процесс возведения в квадрат. Он используется для того, чтобы усилить характеристики сигнала. На Фиг. 2 (b) показан результат возведения в квадрат. После возведения в квадрат идет процесс дифференциация сигнала. На Фиг. 2 (с) показан результат дифференцирования.

Момент сердечного сокращения (пик R) на ЭКГ-сигнале не совпадает с началом распространения кровяного давления по сосудам. Это связно с тем, что пик R на ЭКГ соответствует электрическому возбуждению сердечной мышцы. Требуется некоторое количество времени для того, чтобы мышца среагировала на данное возбуждение, после чего развивается достаточное давление в сердце, чтобы открылся аортальный клапан, и пульсовая волна фактически начала распространяться по сосудам. Во многих аспектах приемлемо принимать пик R в качестве начальной точки, относительно которой определяют время прихода пульсовой волны на периферию. В качестве характеристической точки пульсовой волны на ФПГ принят момент времени, в который пульсовая волна достигает запястья. Таким образом, на Фиг. 2 продемонстрирована методика выделения R-пика из сигнала ФПГ. Пунктирными линиями обозначены моменты сердечных сокращений, детектированные по сигналу ЭКГ стандартным методом поиска R-пиков. Пунктирные линии показывают соответствие R-пиков в сигнале ЭКГ и максимумов пульсовой волны на графике производной сигнала ФПГ.

Таким образом, межпульсовый интервал сигнала ФПГ хорошо коррелирует с интервалом пика сигнала ЭКГ. Это указывает на возможность использования сигнала ФПГ для анализа параметров ССС так же эффективно, как сигнал ЭКГ.

Использование заявляемого изобретения позволяет накапливать и хранить информацию о состоянии ССС, а также в режиме реального времени автоматизировано дистанционно предоставлять врачу наиболее корректную картину о состоянии сердечно-сосудистой системы пациента, что позволяет предотвратить на ранних стадиях развитие сердечно-сосудистых катастроф, таких как инсульт и инфаркт.

Кроме того, использование заявляемого устройства полностью исключает необходимость ведения журнала, в котором пациент фиксирует формы своей повседневной деятельности в процессе снятия данных устройством. При этом заявляемое устройство можно использовать амбулаторно без ограничений на повседневную деятельность пациента.

1. Устройство для дистанционной беспроводной диагностики функционального состояния сердечно-сосудистой системы (ССС) человека на основе двигательной активности и фотоплетизмографии (ФПГ), содержащее датчик ФПГ, который снимает информацию о гемодинамических параметрах пациента, отличающееся тем, что устройство выполнено в виде беспроводного браслета, носимого на теле пациента, в который дополнительно встроены: аккумулятор для работы устройства без использования проводов, модуль Bluetooth для связи с сотовым телефоном, акселерометр для сопоставления двигательной активности пациента с медицинскими данными измерений пульсовой волны и частоты сердечных сокращений, при этом передача информации о состоянии ССС пациента врачу происходит в режиме реального времени за счет использования модуля Bluetooth и сотового телефона в качестве передающего устройства в сеть Интернет.

2. Способ дистанционной беспроводной диагностики функционального состояния сердечно-сосудистой системы (ССС) человека на основе двигательной активности и фотоплетизмографии (ФПГ), при котором определяют данные измерения пульсовой волны и частоты сердечных сокращений (ЧСС), полученные с датчиков ФПГ, отличающийся тем, что проводят интеллектуальную обработку данных пульсовой волны и ЧСС, заключающуюся в фильтрации полученных данных с помощью полосового фильтра, возведении функции пульсовой волны в квадрат и дифференцировке в режиме реального времени, причем данные ФПГ, отражающие изменения пульсовой волны и ЧСС, сопоставляют с данными, полученными с акселерометра о двигательной активности человека, осуществляют корреляцию между двигательной активностью и данными фотоплетизмограммы в конкретные моменты времени, выявляя критические состояния ССС, требующие немедленного реагирования врачебного персонала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицине, а именно к ЛОР заболеваниям, и может быть использовано для ранней диагностики кохлеовестибулярных нарушений у детей с сахарным диабетом I типа.

Изобретение относится к нейрофизиологии, а именно к нейрокомпьютерным интерфейсам. Способ оптимизации работы нейрокомпьютерного интерфейса включает регистрацию активности головного мозга, как по отдельности, так и совместно в любой комбинации любым из следующих методов на основе использования инвазивных или неинвазивных датчиков: электроэнцефалографическим, магнитно-энцефалографическим, магнитно-резонансным томографическим, включая функциональный магнитно-резонансный томографический, транскраниальным оксиметрическим с последующей обработкой полученных данных компьютером на основе нейрокомпьютерного интерфейса, которая заключается в выделении из зарегистрированных временных последовательностей паттернов, интерпретируемых как команды, и передаче означенных команд на внешние по отношению к устройству регистрации и обработки сигнала с мозга устройства, где под внешними устройствами понимаются самоходные шасси, летающие платформы или компьютеры, при этом в ходе обработки зарегистрированных временных последовательностей оператору интерфейса в период времени между началом обработки временной последовательности для выбора управляющей команды и завершением этой обработки с последующей передачей команды на внешнее устройство сообщаются в доступной для него форме с использованием как по отдельности, так и в любых комбинациях зрительного, звукового, тактильного канала коммуникации предварительные результаты выбора команды из всех возможных для выбора команд при текущем состоянии функционирования интерфейса.

Изобретение относится к областям судебной экспертизы и наноструктур, а именно, к выявлению невидимых либо слабовидимых следов пальцев рук, оставленных на различных следовоспринимающих поверхностях на основе ультрадисперсного наноматериала, при проведении идентификации личности человека.

Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано для дистанционного контроля движения поверхности объекта. Осуществляют генерирование электромагнитного СВЧ-сигнала и его излучение.

Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано для дистанционного контроля движения поверхности объекта. Осуществляют генерирование электромагнитного СВЧ-сигнала и его излучение.

Изобретение относится к медицинской технике. Медицинская система для обнаружения аритмических событий содержит PPG-датчик, размещенный на пациенте или внутри него, с возможностью передачи PPG-сигнала в процессор.

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии и неврологии, и может быть использовано при выявлении асимметрий движений. Для этого на запястья рук и нижние конечности испытуемого крепят различные беспроводные датчики измерения проекции ускорения и углов ориентации тела.

Группа изобретений относится к медицине. Способ съема данных электрокардиограммы (ЭКГ) с водителя транспортного средства осуществляют с помощью устройства обработки данных (11) для получения данных ЭКГ.

Изобретение относится к медицине, в частности к инструментальной функциональной диагностике, и может быть использовано для бесконтактного измерения биологических ритмов, сопровождающихся механическими перемещениями поверхности тела человека.

Изобретение относится к судебной медицине и может быть использовано для определения возраста неопознанного детского трупа по фрагментам шеи ребенка по изолированному щитовидному хрящу гортани.

Группа изобретений относится к медицинской технике. Предложен оптический датчик показателей жизненно важных функций и способ его работы, при этом датчик включает по меньшей мере один источник света с главным и вспомогательным световыми блоками и фотоприемник, датчик движения, выполненный с возможностью обнаружения движения пользователя, блок измерения периодичности для анализа выходного сигнала по меньшей мере одного датчика движения для обнаружения периодичности в его выходном сигнале и блок управления, выполненный с возможностью управления работой по меньшей мере одного главного и вспомогательного световых блоков и приведения в действие по меньшей мере одного вспомогательного светового блока в дополнение по меньшей мере к одному главному световому блоку, если блок измерения периодичности не обнаруживает периодичность в выходном сигнале датчика движения.

Группа изобретений относится к медицине. Способ суточного мониторинга состояния плода и матери в антенатальном периоде беременности осуществляют с помощью устройства.

Изобретение относится к медицинской технике. Медицинская система для обнаружения аритмических событий содержит PPG-датчик, размещенный на пациенте или внутри него, с возможностью передачи PPG-сигнала в процессор.

Изобретение относится к области медицинской диагностики и может быть использовано при проведении физиологического и психофизиологического мониторинга работоспособности и надежности специалистов опасных профессий.

Изобретение относится к области реабилитационной медицины, в частности к восстановительной терапии и неврологии, и может быть использовано в комплексной реабилитации пациентов с нейрокогнитивными расстройствами, вызванными психоневрологической патологией или черепно-мозговой травмой.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к измерению объемного органа оптическими средствами. Устройство позволяет выполнить способ действия датчика фотоплетизмографии, который содержит этапы, на которых формируют первый световой сигнал посредством блока источника света.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам определения насыщения крови кислородом. Устройство содержит интерфейс для приема потока данных, получаемого из детектируемого электромагнитного излучения, испускаемого или отраженного от одного или более участков кожи объекта исследования, причем упомянутый поток данных содержит информационный сигнал на каждый пиксель кожи для множества пикселей кожи упомянутого одного или более участков кожи, причем информационный сигнал представляет детектированное электромагнитное излучение, испускаемое или отраженное от соответствующего пикселя кожи с течением времени и имеющее постоянную (DC) часть и переменную (АС) часть, анализатор для определения переменных (АС) частей информационных сигналов от упомянутого множества пикселей кожи и изменения насыщения кислородом крови упомянутого множества пикселей кожи на основании упомянутых переменных (АС) частей информационных сигналов, селектор для выбора группы пикселей кожи, содержащей либо i) пиксели кожи, показывающие быстрейшее изменение насыщения кислородом артериальной крови, при котором насыщение кислородом артериальной крови изменяется раньше, либо ii) упомянутое множество пикселей кожи, за исключением пикселей кожи, показывающих самое медленное изменение насыщения кислородом артериальной крови, при котором насыщение кислородом артериальной крови изменяется позже, причем селектор выполнен с возможностью выбора упомянутой группы пикселей кожи путем использования верхнего или нижнего порога для насыщения кислородом артериальной крови или путем использования порога для процентного содержания пикселей кожи, подлежащих выбору из упомянутого множества пикселей кожи в качестве упомянутой группы, и процессор для определения общего насыщения кислородом артериальной крови объекта исследования на основании информационных сигналов от выбранной группы пикселей кожи с помощью фотоплетизмографии посредством i) усреднения значений насыщения кислородом крови, определенных для каждого пикселя кожи из выбранной группы пикселей кожи на основании переменных (АС) частей информационных сигналов упомянутых пикселей кожи, или ii) усреднения информационных сигналов пикселей кожи от выбранной группы пикселей кожи, чтобы получать усредненный информационный сигнал и определять общее насыщение кислородом крови объекта исследования по усредненному информационному сигналу.

Группа изобретений относится к устройству и способу для получения информации о жизненно важных показателях живого существа. Устройство включает в себя блок обнаружения для приема света по меньшей мере в одном интервале длин волн, отраженного по меньшей мере от интересующей области живого существа, а также для генерирования входного сигнала из принятого света, обрабатывающий блок для обработки входного сигнала и извлечения информации о жизненно важных показателях упомянутого живого существа из упомянутого входного сигнала при помощи дистанционной фотоплетизмографии, и блок освещения для освещения по меньшей мере упомянутой интересующей области во время интервалов освещения, причем упомянутый свет во время упомянутых интервалов освещения является доминирующим над окружающим светом по меньшей мере в том диапазоне длин волн, в котором блок обнаружения принимает свет и таким образом оптимизируется для извлечения информации о жизненно важных показателях из входного сигнала, сгенерированного при помощи дистанционной фотоплетизмографии из принятого света, отраженного от упомянутой интересующей области.

Изобретение относится к способам непрерывного контроля функционального состояния и функциональной диагностики. Способ включает использование биометрического детектора в виде наручных часов или браслета, данные с которого используют для буферизации значений интервалов между соседними ударами сердца в течение заданного временного окна, а также для создания гистограммы распределения этих интервалов и вычисления уровня стресса, основанного на вариабельности сердечного ритма.

Изобретение относится к области носимых устройств связи, а именно к их связи с терминалом пользователя. Техническим результатом является возможность расширения информационного наполнения связи между носимым устройством и терминалом за счет передачи информации о падении.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2015-12-21 2018-06-21T10:12:26
Наверх