Сегментированный электрод
Группа изобретений относится к медицине, а именно к системе и способу мониторинга показателей жизненно важных функций. При этом идентифицируют деформации приклеиваемого к коже электрода посредством датчика деформации. Выбирают сегменты электрода с наименьшей степенью деформации из всех сегментов электрода, связанных с линиями нерасширения (ЛН) лежащей под ними мягкой ткани кожи. Измеряют сигнал показателя жизненно важной функции с использованием выбранного сегмента электрода. Система содержит сегментированный электрод, образующий матрицу электродов в одной плоскости, датчик деформации и процессор для обработки сигналов. Контактный слой электрода для прилипания к коже находится на обращенной к коже стороне электрода. Датчик деформации выполнен с возможностью идентификации информации о деформации электрода. Процессор выполнен с возможностью приема сигнала показателя жизненно важной функции от электрода и обработки информации о деформации для удаления артефактов из сигнала показателя жизненно важной функции. Достигается повышение эффективности мониторинга жизненно важных функций пациента за счет снижения/минимизации артефактов сигнала, источником которых выступает растяжение кожи. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к системе и способу измерения показателей жизненно важных функций в техническом решении, выполненном с возможностью ношения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Тенденция к все большему старению населения вызывает повышенное внимание к здоровью и здоровому образу жизни, а также увеличивает роль мониторинга в домашних условиях.
Например, биосенсорная накладка от компании Philips обеспечивает возможность непрерывного мониторинга показателей жизненно важных функций, таких как ЭКГ, частота сердечных сокращений, частота дыхания, температура кожи и активность, в домашних условиях. Клинические данные отправляются на облачную платформу и обрабатываются ею, а также они обеспечивают поддержку принятия клинических решений медицинскими специалистами. Биосенсорная накладка может предотвратить повторную госпитализацию за счет максимально возможного раннего определения ухудшения состояния здоровья в домашних условиях.
Однако увеличение степени приемлемости таких устройств для врача и пациента требует оптимизации устройства.
Одним из наиболее важных показателей жизненно важных функций является ЭКГ (электрокардиограмма). Электрическую активность сердца определяют посредством электродов для мониторинга, расположенных на поверхности кожи. Электрический сигнал является очень слабым (как правило, от 0,1 до 3 мВ). Эти сигналы находятся в диапазоне частот от 0,05 до 100 Герц. К сожалению, сигналы артефактов с подобной частотой и, зачастую, большей амплитудой могут достигать поверхности кожи и включаться в ЭКГ-сигналы. Сигналы артефактов исходят от нескольких внутренних и внешних источников. Внутренними или физиологическими источниками артефактов являются: сигналы от других мышц (электромиографические сигналы) и сигналы, вырабатываемые в эпидермисе. Внешними или нефизиологическими источниками артефактов являются: выходные сигналы приема на 50 Гц, вырабатываемые самим электродом, сигналы, вырабатываемые за счет взаимодействия биологических жидкостей с гелем электрода, а также проблемы с проводом отведения и кабелем пациента, артефакты движений в целом, вызываемые случайными движениями тела или плохим прилипанием электрода к коже.
Растяжение кожи (эпидермиса) является основным источником связанных с движением артефактов при измерениях показателей жизненно важных функций (в основном электрических, но также оптических, химических). Испытательным путем было обнаружено, что за счет растяжения эпидермиса, внешнего слоя кожи, может быть выработано напряжение, составляющее несколько милливольт. По сравнению с естественной, характерной природной деформацией (кожа имеет предварительное натяжение), деформации поверхности кожи могут стать выше вплоть до значения 30-50%, когда кожа напряжена и растянута извне. Данный тип артефакта видим, например, как значительные сдвиги базовой линии и регулярных отклонений в ЭКГ-сигнале, происходящих тогда, когда пациент меняет свое положение в кровати, принимает пищу или прогуливается. Артефакт со стороны эпидермиса доставляет наибольшие неудобства из числа всех относящихся к движению артефактов, поскольку его сложно отфильтровать электронно, а его амплитуда зачастую выше чем ЭКГ-сигнал. Наиболее очевидным решением по предотвращению связанных с движением артефактов является выполнение измерения в положении «покоя», обеспечивая отсутствие движений пациента во время измерений. Однако это зачастую невозможно на практике, особенно в случае пациентов, страдающих от болезни Паркинсона (тремора), или при необходимости мониторинга показателей жизненно важных функций в режиме 24/7, или во время выполнения физических упражнений/занятий спортом. Таким образом, было предпринято множество попыток по коррекции артефактов движения посредством высокотехнологичных программных алгоритмов и адаптивной фильтрации, используя множество электродов или дополнительные технологии определения, такие как давление, смещение, микрофоны или оптические датчики, акселерометры, измерение импеданса кожи, встроенное в электрод, для получения контекстуальной информации, или по коррекции артефактов движения, вызванных деформацией кожи, исходя из определенной степени подвижности.
Например, в US 6912414 В2 раскрыта система электродов для уменьшения шума от электронного сигнала, содержащая электрод, выдающий элеткронный сигнал, и датчик движения, определяющий движение и выдающий сигнал движения. Система электродов содержит контроллер, который определяет значение шума на основе анализа сигнала движения и вычитает значение шума из электронного сигнала. Система электродов может уменьшить или устранить артефакты движения из электронного сигнала, тем самым предотвращая постановку ошибочного диагноза, продление длительности процедуры и неправильное лечение пациента.
Недостаток данного решения заключается в следующем: оно включает в себя сложные алгоритмы вычитания шумов из измеренного сигнала только после выполнения измерения у пациента.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения заключается в оптимизации мониторинга показателей жизненно важных функций пациента и снижении/минимизации артефактов сигнала, источником которых выступает растяжение кожи.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, данная задача решена за счет системы мониторинга показателей жизненно важных функций. Система содержит:
сегментированный (и, например, поддающийся растягиванию) электрод, образующий матрицу электродов в одной плоскости (расположенных, например, так, чтобы обеспечить возможность компенсировать несоответствие, возникающее между деформированной кожей и электродом, а также измерения деформации), причем электрод содержит контактный слой для прилипания к коже (например, липкий слой, контактирующий с кожей), находящийся на обращенной к коже стороне электрода,
датчик деформации, выполненный с возможностью идентификации информации о деформации электрода и/или находящейся под ним кожи,
процессор для обработки сигналов, выполненный с возможностью приема сигнала показателя жизненно важной функции от электрода и обработки информации о деформации для удаления артефактов из сигнала показателя жизненно важной функции, причем сегментированный электрод содержит множество сегментов электрода, а процессор для обработки сигналов выполнен с возможностью выбора сегмента электрода с наименьшей степенью деформации из всех сегментов электрода.
Настоящее изобретение решает задачу путем выбора одного или более сегментов электрода с наименьшей степенью деформации (кожи и/или электрода) для измерения, тем самым выбирая сигнал с наименьшим количеством артефактов из электрода с множеством сегментов. Таким образом, воздействие деформации значительно уменьшено перед выполнением выборки, тем самым снижая или даже исключая необходимость в обработке сигнала для попытки компенсировать артефакты после выполнения выборки.
В различных вариантах реализации процессор для обработки сигналов может быть выполнен с возможностью измерения сигнала показателя жизненно важной функции с использованием выбранного сегмента электрода.
В различных вариантах реализации электрод может содержать (полу)жесткий или поддающийся растягиванию гибкий лист материала, выполненный с возможностью поддержания множества сегментов электрода относительно друг друга.
В различных вариантах реализации обращенная к коже сторона электрода может содержать материал основы электрода. В различных вариантах реализации материал основы электрода может содержать множество сегментов электрода. В различных вариантах реализации электрод может содержать (полу)жесткий или поддающийся растягиванию гибкий лист такого же материала, что и материал основы.
Непрерывное измерение деформации кожи и анализ локальной области деформации кожи/распределения деформации под контактирующим с кожей электродом посредством датчика деформации обеспечивает возможность выбора сегмента электрода с малой деформацией. Например: поддающийся растягиванию радиально развернутый электрод содержит одну или более встроенных микрокамер, обеспечивающих возможность отслеживания деформации кожи и получения связанных деформаций с использованием корреляции цифровых изображений. Микрокамера или электрод может содержать дополнительный источник света для проецирования случайных паттернов на кожу или прозрачный адгезив для кожи для обеспечения возможности улучшения качества корреляции изображений. Используя подходящие алгоритмы получения данных и корреляции изображений, а также управляющие схемы (мультиплексирования), представляется возможным непрерывное измерение локальных деформаций в плоскости и перехода между сегментами электрода для адаптации к изменению полей деформации кожи (движению кожи или индуцированному кожей растяжению), а также считывание сегментов электрода, связанных с линиями нерасширения (ЛН), для получения «свободного от деформации» сигнала показателя жизненно важной функции.
Электроды представляют собой прилипающие к коже электроды, однако преимущество от предложенного измерения деформации и сегментации электрода будет обеспечено и в сенсорных электродах других типов (сухих электродах, текстильных электродах, влажных электродах). Измерение и анализ деформации (натяжения кожи) обеспечивает возможность постоянного выбора наилучшего(их) сегмента(ов) для использования для считывания сигналов с наименьшим количеством артефактов, связанных с растяжением кожи. Это особенно полезно при чувствительных к растяжению измерениях, однако наличие множества сегментов обеспечивает другие опции коррекции и изменения.
В предпочтительном варианте реализации электрод является радиально сегментированным.
Схема с радиально сегментированным электродом (в виде секторов) функционирует особенно эффективно для того чтобы справляться с артефактами, вызванными растяжением кожи. Для этого имеется физическая и математическая основа исходя из анализа деформации и лежащих в основе механических законов. ФИГ. 1 может быть использована в качестве графического представления двухмерного (2D) состояния деформации, на решение которого направлено настоящее изобретение.
Растяжение поверхности кожи характеризуется плоскостным двунаправленным состоянием деформации (или напряжения) в небольшом бесконечно малом элементе области электрода или полной области электрода. Такая деформация состояния или растяжение определяется двумя осевыми деформациями (Ех, Еу) и деформацией при сдвиге (Еху), как изображено на ФИГ. 1. Вдоль направления так называемых главных деформаций (минимальной и максимальной деформации) вклад деформации при сдвиге является нулевым. Вследствие двухосного состояния деформации имеется две главные деформации (Е1 и Е2): сжатия и растяжения. Ориентация главных деформаций может быть вычислена/определена путем измерения осевой деформации и деформации при сдвиге. Эти главные деформации ориентированы ортогонально друг другу, но под некоторым углом относительно системы координат х-у (или Ех и Еу). Поскольку главные деформации всегда пересекают друг друга, то должны быть направления вместе с деформацией кожи, являющейся больше или меньше нуля. В соответствии с утверждениями авторов Оборпта и Ньюман, эллипс конечной деформации (ФИГ. 1) может быть использован в качестве графического представления 2D-состояния деформации и механической деформации. Из главных деформаций математическим образом возможно получить соответствующие линии нерасширения. Из направлений главной деформации могут быть вычислены направления нерасширения, где Ф представляет собой угол между главной деформацией и направлением ЛН (ФИГ. 1). Следует отметить, что направления нерасширения имеют место только если имеет место как сжатие, так и натяжение. В математическом смысле это имеет место тогда, когда Е1 и Е2 имеют противоположные знаки. 102 обозначает направление двух линий нерасширения при пересечении деформированного эллипса и недеформированного круга.
Еще в одном варианте реализации электрод образует концентрические кольца. Эти варианты реализации являются предпочтительными, поскольку сегменты электрода охватывают области кожи, в которых виртуально не происходят какие-либо деформации.
Подобно сегментам у радиально сегментированного электрода, концентрические кольца используют для обеспечения возможности считывания направлений пересечения нулевой деформации кожи (линий нерасширения; ЛН), которые являются результатом двух главных деформаций.
Концепция деформации и движения человеческой кожи гласит, что деформации эластического тела описываются эллипсоидом или эллипсом деформации (ФИГ. 1), в котором малая сфера материала деформируется до формы наподобие эллипсоидальной при эластичной деформации всего тела. На поверхности такого эластического тела проецируемые деформации трансформируют малый круг в эллипс. Поскольку все точки на эллипсе получены из точек на недеформированном круге, в целом, может быть два направления в эллипсе, которые не растянуты. (Они могут быть отмечены путем накладывания исходного круга на деформированный эллипс на ФИГ. 1). Расширение и соединение этих радиальных направлений может называться маппингом поверхности эластичного тела линиями нерасширения. Кожа представляет собой ткань из мягкого материала с нелинейными свойствами вязкоупругого материала, которая реагирует на движение тела растяжением кожи. Во время движения тела кожа растягивается, поскольку слои кожи плотно соединены друг с другом и посредством фасций, мышц и сухожилий, прикрепленны к костям скелета. Таким образом, логично предположить, что растяжение кожи, например, вызовет изменения топографии поверхности кожи и распределения деформации поверхности, которые могут служить причиной артефактов сигнала. Между сегментами и растяжением кожи отсутствует прямое физическое взаимодействие. Количество сегментов и геометрия являются заданными; хотя считываются только те сегменты, которые связаны с нулевой деформацией кожи.
Еще в одном варианте реализации электрод содержит слой электрода для прилипания к коже, выполненный из гидрогеля, адгезива из гигроскопического силиконового геля или другого кожного адгезива, применяющегося в медицине, такого как полиуретановый гель, акриловый адгезив, гидроколлоид и связанные приклеивающиеся под давлением адгезивы.
Еще в одном варианте реализации электрод содержит поддающийся растягиванию гибкий лист материала. Данный вариант реализации является предпочтительным, поскольку он обеспечивает возможность деформации кожи ввиду того, что электрод может приспосабливаться к несоответствию деформации между кожей и электродом, а любая деформация кожи приведет к деформации материала датчика, которая может быть измерена.
Еще в одном варианте реализации каждый сегмент электрода содержит проводящий угленаполненный или проводящий ионный (т.е. мыльный и угленаполненный) силиконовый каучук (эластомер), а также выполнен с возможностью измерения деформации и идентификации свободных от деформации сегментов электрода. Данный вариант реализации является предпочтительным, поскольку он обеспечивает возможность определения деформации кожи путем дополнительной интеграции функции измерения деформации. Проводящий силиконовый эластомер был разработан компанией Phillips и было продемонстрировано, что он является очень чувствительным, например, к измерению давления; таким образом, он также может быть использован в качестве технологии для измерения деформации. Еще в одном варианте реализации датчик деформации содержит тензометр, опто-волоконный датчик или магнитный датчик. Технологии для определения деформации могут быть резистивными, емкостными, оптическими, индуктивными или магнитными. Все эти опции измерения могут быть интегрированы в электрод.
Еще в одном варианте реализации датчик деформации определяет деформацию по меньшей мере в двух измерениях.
Еще в одном варианте реализации процессор дополнительно выполнен с возможностью обработки информации о деформации исходя из результата определения линии нерасширения (ЛН). Концепция линий нерасширения была разработана Артуром Иберолом в ходе исследований космических скафандров. Он описал линию нерасширения (ЛН) в виде контуров вдоль тела человека, где кожа не растягивается.
Как было разъяснено выше, пересечение нулевой деформации кожи (линий нерасширения (ЛН); как правило, имеется 2 оси ЛН; см. также ФИГ. 1) является результатом двух главных деформаций, исходящих от состояния двухосной деформации, которой подвергается кожа. Причина, по которой кожа имеет состояние двуосной деформации, заключается в том, что слои кожи плотно соединены друг с другом и посредством фасций, мышц, сухожилий, прикрепленны к костям скелета. Сегменты электрода (радиально сегментированного электрода и электрода, образующего концентрические кольца) используют для обеспечения возможности считывания сегментов электрода, связанных с линиями нерасширения (ЛН), и активации только тех сегментов, которые лежат на контурах вдоль тела человека, где кожа не растягивается или имеет лишь минимальное растяжение (ЛН).
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, задача решена посредством способа мониторинга показателей жизненно важных функций. Способ включает: идентификацию деформации электрода, содержащего множество сегментов электрода, посредством датчика деформации, выбор по меньшей мере одного сегмента электрода с наименьшей степенью деформации из всех сегментов электрода, измерение сигнала показателя жизненно важной функции с использованием выбранного сегмента (или сегментов) электрода.
В различных вариантах реализации способ может включать выбор по меньшей мере одного сегмента электрода с наименьшей степенью деформации из всех сегментов электрода, связанных с линиями нерасширения (ЛН) лежащей под ними мягкой тканью кожи.
В соответствии с третьим аспектом, представлена система мониторинга показателей жизненно важных функций, содержащая датчик деформации, выполненный с возможностью идентификации деформации электрода для прилипания к коже, содержащего множество сегментов электрода, и процессор, выполненный с возможностью выбора сегмента электрода с наименьшей степенью деформации из всех сегментов электрода, связанных с линиями нерасширения (ЛН) лежащей под ними мягкой тканью кожи, и измерения сигнала показателя жизненно важной функции с использованием выбранного сегмента электрода.
В соответствии с четвертым аспектом, представлен способ работы системы мониторинга показателей жизненно важных функций, которая содержит сегментированный электрод, образующий матрицу электродов в плоскости. Электрод содержит контактный слой для прилипания к коже, находящийся на обращенной к коже стороне электрода. Способ включает идентификацию информации о деформации электрода, прием сигнала показателя жизненно важной функции от электрода и обработку информации о деформации для удаления артефактов из сигнала показателя жизненно важной функции. Сегментированный электрод содержит множество сегментов электрода. Кроме того, способ включает выбор сегмента электрода с наименьшей степенью деформации из всех сегментов электрода.
В различных вариантах реализации процессор для обработки сигналов может быть выполнен с возможностью измерения сигнала показателя жизненно важной функции с использованием выбранного сегмента электрода.
В различных вариантах реализации электрод может содержать (полу)жесткий или поддающийся растягиванию гибкий лист материала, выполненный с возможностью поддержания множества сегментов электрода относительно друг друга.
В различных вариантах реализации обращенная к коже сторона электрода может содержать материал основы электрода. В различных вариантах реализации материал основы электрода может содержать множество сегментов электрода. В различных вариантах реализации электрод может содержать (полу)жесткий или поддающийся растягиванию гибкий лист такого же материала, что и материал основы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах подобные ссылочные обозначения в целом относятся к одинаковым частям на всех видах. Кроме того, чертежи не обязательно выполнены в масштабе, а вместо этого внимание должно быть уделено иллюстрации принципов настоящего изобретения.
На ФИГ. 1 изображено графическое представление 2D-состояния деформации исходя из способа с эллипсом конечной деформации, в соответствии с авторами Обропта и Ньюман.
На ФИГ. 2 изображена матрица радиально сегментированных (поддающихся растягиванию) электродов, где отмечены иллюстративные сегменты, связанные с линиями нерасширения.
На ФИГ. 3а изображена матрица радиально сегментированных датчиков, в которую встроены тензометры.
На ФИГ. 3b изображено сечение электрода, в соответствии с настоящим изобретением.
На ФИГ. 4 изображена система мониторинга показателей жизненно важных функций.
На ФИГ. 5 показано схематическое представление способа, в соответствии с настоящим изобретением.
На ФИГ. 6 изображена матрица сегментированных (растягиваемых) электродов с продольными сегментами и узором в клетку.
На ФИГ. 7 изображена матрица сегментированных (поддающихся растягиванию) электродов, где сегменты электрода представляют собой концентрические кольца.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Некоторые варианты реализации будут далее более подробно описаны со ссылкой на сопроводительные чертежи. В следующем описании подобные ссылочные обозначения на чертежах используют для подобных элементов, даже на разных чертежах. Объекты, определенные в описании, такие как подробная конструкция и элементы, представлены для помощи в исчерпывающем понимании иллюстративных вариантов реализации. Кроме того, общеизвестные функции или конструкции не описаны подробно, поскольку они загромоздят варианты реализации ненужными подробностями. Более того, такие выражения, как «по меньшей мере один из», указанные перед перечислением элементов, модифицируют весь перечень элементов и не модифицируют отдельные элементы из перечня.
На ФИГ. 2 изображен радиально сегментированный электродный датчик и две линии нерасширения. В данном примере электрод 100 содержит 16 радиально выстроенных сегментов электрода, тогда как сегментами 101 обозначены сегменты, на которые повлияло растяжение («деформация»), а сегментами 103 обозначены сегменты, на которые не повлияло растяжение («деформация») (ФИГ. 2).
Несмотря на то, что кожа человека растягивается во время движения тела, виртуально вдоль линий нерасширения (ЛН) 102 отсутствует какое-либо растяжение.
Поскольку тело человека старается сохранить свою форму, не принимая какого-либо «набора» после обычных деформаций тела, ожидается, что его поведение будет соответствовать законам физической эластичности. Деформации эластического тела могут быт описаны эллипсоидом деформации, в котором малая сфера материала деформируется до почти эллипсоидальной формы при эластической деформации всего тела. На поверхности такого эластического тела проецируемые деформации трансформируют малый круг в эллипс. Поскольку все точки на эллипсе получены из точек на недеформированном круге, в целом, может быть два направления в эллипсе, которые не растянуты (они могут быть отмечены путем накладывания исходного круга на деформированный эллипс). Расширение и соединение этих радиальных направлений может называться маппингом поверхности эластичного тела линиями нерасширения.
Во время измерения сегменты 103 электрода будут претерпевать небольшую деформацию или ее не будет вовсе, поскольку они расположены вдоль линии 102 нерасширения, а система, таким образом, будет идентифицировать их в качестве сегментов электрода с малой деформацией из всех сегментов электрода и лежащей под ним кожи. Система затем выбирает сегмент электрода с наименьшей деформацией для получения оптимизированного сигнала показателя жизненно важной функции с удаленным артефактом растяжения кожи.
Схема с радиально сегментированными электродами особенно пригодна, поскольку они обеспечивают наибольшую гибкость для считывания сегментов, связанных с нулевым растяжением (НЛР), поскольку угол между главными деформациями, как правило, неизвестен (и не является постоянным на коже или теле), а также должен быть измерен, например, посредством тензометров. В сегментированном электроде с продольными сегментами и узором в клетку (ФИГ. 6) только один результат считывания вдоль одной линии (одно направление нулевой деформации) может быть точным. В данном случае электрод не должен иметь форму сектора круга (радиально выстроенного), но может быть также выполнен другими способами, имея прямые боковые сегменты по площади круга.
На ФИГ. 3 (а и b) изображен радиально сегментированный датчик, в который встроены тензометры. Электрод 100 содержит поддающийся растягиванию радиально сегментированный электрод с 8 сегментами 101 (103) и тензометр 202. Слой электрода (100) для прилипания к коже расположен на коже (200) пациента и удерживается на коже с помощью слоя 201 электрода для прилипания к коже, как показано на ФИГ. 3b. В идеале, электрод (а также герметизирующий материал тензометра) выполнен из эластичного материала для соответствия коже и свойствам кожи, т.е. воспроизводящего поведение механического вязко-эластичного материала кожи. Он может представлять собой, например, проводящий электрод из ионной силиконовой мембраны, тензометры которого установлены для измерения деформаций. Используя подходящее получение данных и программные алгоритмы, а также управляющие схемы (мультиплексирования), представляется возможным непрерывное измерение деформации, определенное различными тензометрами, и переключение измерение между сегментами электрода для адаптации к изменениям деформаций кожи, вызываемых движением тела, а также считывание того сегмента электрода, где линии нерасширения дают наименьшее количество деформации и, таким образом, сигнал показателя жизненно важной функции с наименьшим количеством артефактов, вызванных деформацией кожи. Тензометры 202 (202а, 202b, 202с) расположены на верхней части поддающегося растягиванию электрода 101 (103). В версии данного варианта реализации сами сегменты могут быть использованы в качестве системы для измерения относительной деформации (деформации), поскольку поддающийся растягиванию проводящий угленаполненный силиконовый каучук (эластомер) используется в качестве материала электрода, так что необходимости в отдельных тензометрах или других средств для измерения деформации больше нет. В другой версии данного варианта реализации массив металлических проволок в виде меандра может быть встроен в тело электрода и использован в качестве тензометра.
Существует по меньшей мере 3 индивидуальных (отдельных) тензометра 202а, 202b, 202с: два тензометра должны быть расположены под углом 90 градусов друг к другу, поскольку измерению подлежат две ортогональные деформации, такие как Ех и Еу. Третий может быть выбран случайным образом, поскольку он измеряет деформацию при сдвиге. При использовании розеточного тензометра выбират стандартизированные конфигурации.
На ФИГ. 3b изображено сечение электрода, в соответствии с настоящим изобретением. В данном варианте реализации тензометры 202 расположены на верхней части поддающегося растягиванию электрода 101 (103). Слой электрода (100) для прилипания к коже располагают на коже (200) пациента и удерживают на коже с помощью адгезива 201.
На ФИГ. 4 изображена концептуальная схема системы для измерения показателей жизненно важных функций, описывающая пространственный выбор сегментов поддающегося растягиванию электрода 101 (103). Как изображено в данном примере, система 100 содержит 16 сегментов 101 электрода. Каждый сегмент 101 соединен с аналоговым мультиплексором 305, которым управляет процессор 303 (как правило, микроконтроллер). Процессор 303 выбирает сегменты 101 электрода, которые измеряются считывающим электронным оборудованием 306. Считывающее электронное оборудование содержит, например, блок выборки, блок усиления и блок аналого-цифрового преобразования. Процессор 303 оценивает уровень деформации, примененной к каждому электроду, исходя из результатов измерения деформации, полученных от тензометров 202, которые показаны отдельно на ФИГ. 4 из соображений ясности, но фактически являются частью электродного датчика 100, как разъяснено на ФИГ. 3. Затем выбор сегмента электрода производят исходя из результата данной оценки. Например, процессор 303 может выбрать каждый электрод, демонстрирующий деформацию, которая ниже некоторого порогового значения, или выбрать один сегмент с наименьшей степенью соответствующей деформации. Специфичность и количество выбираемых сегментов электрода могут варьироваться с течением времени в зависимости от измеряемых вариаций уровня деформации. Таким образом, носимое устройство адаптирует свои результаты измерения исходя из конкретного движения тела.
Если деформация на каждом сегменте 101 электрода неизвестна, то все еще может быть возможно определить то, какой из сегментов сообщает достоверную информацию, исходя из того факта, что имеют место 2 оси ЛН. По этой причине, если определена достаточно плотная сетка радиальных электродов (они должны быть радиально находиться на расстоянии максимум половины наименьшего угла между 2 осями ЛН), то должно быть 2 набора радиальных сегментов электрода, которые качественно демонстрируют такое же или подобное уменьшение артефакта растяжения кожи в выдаваемом биосигнале (все другие показывают отклоняющиеся результаты). Кроме того, анализ может обеспечить возможность идентификации артефакта, поскольку он является составляющей сигнала и варьируется от сегмента к сегменту, достигая минимума в одном из сегментов электрода. Таким образом, найденные сегменты электрода могут быть определены в качестве корректного результата измерения. Вновь, может быть определен критерий для отклонения результатов измерения в ситуациях, когда разница между любыми 2 результатами измерения превышает некоторое пороговое значение или радиальные электроды с одним и тем же результатом находятся слишком близко друг к другу для образования 2 осей ЛН (т.е. если 2 соседних электрода указывают одно и то же значение).
Кроме того, может быть выполнена калибровка, при которой пациента просят выполнить ряд движений, наблюдая за получаемыми артефактами и идентифицируя то, какие сегменты электрода в примененном датчике находятся на линии нерасширения.
Еще в одном варианте реализации концентрические кольца сегментов электрода (ФИГ. 7) используют для принятия во внимание неравномерных деформаций. Например, чем меньше сегмент электрода (внутреннее кольцо 103), тем более вероятно то, что площадь слабой деформации может быть измерена, однако с меньшей точностью сигнала. Больший сегмент электрода дает результат измерения более высокого качества, но, безусловно, с более высокой вероятностью артефактов, вызванных деформацией. Вновь, может быть учтен результат сравнения между меньшими (103) и большими (101) кольцевые сегментами электрода.
Еще одним вариантом реализации системы мониторинга показателей жизненно важных функций в соответствии с настоящим изобретением является комбинация измерения деформации, например с использованием тензометра с выходными сигналами сегментов электрода, для обеспечения идентификации сегментов электрода с нулевой деформацией с большей устойчивостью/достоверностью. Альтернативой данному варианту реализации является исключение сегментов электрода с уровнями сигнала выше некоторого порогового значения (т.е. выше обычных уровней физиологического сигнала). Данный этап обработки должен быть выполнен после отфильтровывания помех общего вида (например, 50/60 Гц).
Способ в соответствии с настоящим изобретением изображен на ФИГ. 5. В частности, согласно ФИГ. 5а после начала измерения показателя жизненно важной функции на этапе 401 посредством системы мониторинга показателей жизненно важных функций на следующем этапе 402 идентифицируют деформацию электрода, содержащего множество сегментов электрода, посредством системы, использующей датчик деформации. Затем, на этапе 403 система выбирает тот сегмент электрода, который имеет наименьшую деформацию, из всех сегментов этого электрода и, используя выбранный сегмент электрода, начинает измерение сигнала показателя жизненно важной функции пациента (404). После этого, сигнал показателя жизненно важной функции пациента сохраняют (405). На ФИГ. 5b изображена альтернативная версия способа, в соответствии с настоящим изобретением. Имеет место цикл от этапа 405 обратно к этапу 402, так что вновь получают информацию о деформации, а результат выбора изменяют, если другой сегмент электрода оказывается более оптимальным.
Несмотря на то, что в настоящем документе было описано и проиллюстрировано несколько вариантов реализации настоящего изобретения, специалистам в данной области техники будет легко представить множество других средств и/или конструкций для выполнения функций и/или получения результатов и/или одного или более из описанных в настоящем документе преимуществ, при этом каждое из таких изменений и/или модификаций следует рассматривать в пределах объема вариантов реализации изобретения, раскрытых в настоящем документе. В более широком смысле, специалистам в данной области техники будет легко понять, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные в настоящем документе, приведены в качестве примера, и что фактические параметры, измерения, материалы и/или конфигурации будут зависеть от конкретного применения или применений, для которых используется/используются решение/решения по настоящему изобретению. Специалисты в данной области техники узнают или смогут установить, используя не более, чем рутинные эксперименты, широкий ряд эквивалентов конкретных вариантов реализации изобретения, описанных в настоящем документе. Таким образом, следует понимать, что вышеприведенные варианты реализации представлены только в качестве примера и что в рамках объема прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов изобретения могут быть реализованы на практике иным образом, отличным от того, который конкретно описан и заявлен. Варианты реализации изобретения, раскрытые в данном описании, относятся к каждому отдельному признаку, системе, изделию, материалу, набору и/или способу, описанным в настоящем документе. Кроме того, любая комбинация двух или более таких признаков, систем, изделий, материалов, наборов и/или способов, в случае если такие функции, системы, изделия, материалы, наборы и/или способы не являются взаимно несовместимыми, включена в объект настоящего изобретения.
Следует также понимать, что, если явным образом не указано обратное, в любых заявленных в настоящем документе способах, которые включают более одного этапа или действия, порядок шагов или действий способа не обязательно ограничен порядком, в котором перечислены этапы или действия способа. Кроме того, ссылочные обозначения, указанные в пунктах формулы изобретения в скобках, представлены лишь в целях удобства и их не следует рассматривать в качестве какого-либо ограничения.
1. Система мониторинга показателей жизненно важных функций, содержащая:
сегментированный электрод, образующий матрицу электродов в одной плоскости, причем электрод содержит контактный слой для прилипания к коже, находящийся на обращенной к коже стороне электрода;
датчик деформации, выполненный с возможностью идентификации информации о деформации электрода; и
процессор для обработки сигналов, выполненный с возможностью приема сигнала показателя жизненно важной функции от электрода и обработки информации о деформации для удаления артефактов из сигнала показателя жизненно важной функции;
причем сегментированный электрод содержит сегменты электрода, а процессор для обработки сигналов выполнен с возможностью выбора сегмента электрода с наименьшей степенью деформации из всех сегментов электрода и измерения сигнала показателя жизненно важной функции с использованием выбранного сегмента электрода.
2. Система по п. 1, в которой электрод является радиально сегментированным.
3. Система по п. 1 или 2, в которой сегменты электрода образуют концентрические кольца.
4. Система по любому из пп. 1-3, в которой электрод содержит слой электрода для прилипания к коже, выполненный из гидрогеля, адгезива из гигроскопического силиконового геля или кожного адгезива, применяющегося в медицине, такого как полиуретановый гель, акриловый адгезив, гидроколлоид и связанные приклеивающиеся под давлением адгезивы.
5. Система по любому из пп. 1-4, в которой электрод содержит полужесткий или поддающийся растягиванию гибкий лист материала, выполненный с возможностью поддержания сегментов электрода относительно друг друга.
6. Система по любому из пп. 1-5, в которой каждый из сегментов электрода содержит проводящий угленаполненный силиконовый каучук и дополнительно выполнен с возможностью идентификации информации о деформации.
7. Система по любому из пп. 1-6, в которой датчик деформации содержит:
тензометр, оптоволоконный датчик, магнитный датчик или микрокамеру.
8. Система по любому из пп. 1-7, в которой датчик деформации выполнен с возможностью определения деформации по меньшей мере в двух измерениях.
9. Система по любому из пп. 1-8, в которой процессор дополнительно выполнен с возможностью обработки информации о деформации исходя из результата определения линий нерасширения (ЛН).
10. Способ мониторинга показателей жизненно важных функций, включающий:
идентификацию деформации приклеиваемого к коже электрода, содержащего сегменты электрода, посредством датчика деформации,
выбор сегмента электрода с наименьшей степенью деформации из всех сегментов электрода, связанных с линиями нерасширения (ЛН) лежащей под ними мягкой ткани кожи, и
измерение сигнала показателя жизненно важной функции с использованием выбранного сегмента электрода.
11. Способ по п. 10, в котором электрод содержит поддающийся растягиванию гибкий лист материала.
12. Способ по п. 10 или 11, в котором электрод является радиально сегментированным.
13. Способ по пп. 10, 11 или 12, в котором электрод содержит концентрические кольца сегментов электрода.
14. Способ по пп. 10, 11, 12 или 13, в котором электрод содержит продольно расположенные сегменты или сегменты, образующие узор в клетку.
