Нательное мобильное устройство дистанционного контроля множественных физиологических показателей состояния здоровья
Изобретение относится к медицинской технике. Нательное мобильное устройство дистанционного контроля физиологических показателей состояния здоровья содержит пластиковый корпус, на поверхности которого размещены фотоплетизмографический (ФПГ) сенсор и выходы светодиодных индикаторов отображения режимов и рабочих состояний. На верхней поверхности корпуса расположены функциональная тактильная кнопка тревожного оповещения «Симптом» и кнопка включения-выключения питания. На нижней поверхности корпуса на расстоянии 45 мм друг от друга расположены два кнопочных разъема для подключения внешних гибких ЭКГ-электродов, которые снабжены клеящимся к телу слоем и выполнены с пространственным разнесением зон съема биосигнала и электрического подключения. Между разъемами размещен дополнительный сенсор регистрации физиологических показателей здоровья в виде акустического датчика или в виде датчика кожно-гальванической реакции. На нижней боковой стенке корпуса расположен многоконтактный герметичный разъем для подключения к компьютеру, или к адаптеру зарядного устройства, или к дополнительным датчикам. Внутри корпуса расположены аккумуляторная батарея, электронная схема регистрации и обработки сигналов, память для хранения накопленной информации и беспроводной приемопередатчик. ФПГ сенсор для синхронной регистрации совместно с ЭКГ пульсовой волны и уровня сатурации крови размещен на верхней поверхности устройства на одном из его удаленных концов в фигурном углублении, по форме повторяющем подушечку пальца. Светоизлучающие и приемный фотодиоды пространственно расположены в одной плоскости последовательно друг за другом в направлении оси фигурного углубления для пальца. Светодиодные индикаторы отображения режимов и рабочих состояний устройства размещены в центре верхней боковой грани корпуса в зоне ее соединения с передней поверхностью. Достигается повышение устойчивости и достоверности регистрации и измерения синхронно с ЭКГ пульсовой волны и насыщенности крови кислородом SPO2 за счет размещения оптического датчика на верхней поверхности корпуса с возможностью снятия сигнала ФПГ в зоне грудной клетки через палец и с максимальным значением отношения сигнал/шум. Обеспечивается упрощение конструкции, повышение технологичности изготовления, уменьшение габаритов по толщине с возможностью крепления устройства на теле при помощи стандартных нагрудных поясов без ухудшения функциональных показателей, а также удобство эксплуатации за счет размещения светодиодов индикации режимов и рабочих состояний в прямой визуальной доступности взгляду пользователя. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для регистрации, контроля и дистанционной передачи в нательных мобильных устройствах таких жизненно важных показателей здоровья, как: электрокардиограмма (ЭКГ), частота сердечных сокращений (ЧСС), активности, детекция падений, детекция широкого перечня аритмических нарушений и нарушений проводимости, параметров вариабельности сердечного ритма, сатурации крови (насыщенность крови кислородом SPO2), температура.
Носимые нательные системы для мониторинга показателей здоровья пациентов сегодня становятся одним из наиболее перспективных направлений развития цифровой медицины, за которым будущее. Именно на основе постоянно контролируемых жизненных параметров человека создаются сегодня системы персонализированного и превентивного лечения, решения для контроля состояния пожилых и хронически больных людей и т.п.
В то же время проблема большого количества недообследованных пациентов с сердечно-сосудистыми и легочными заболеваниями и отсутствие удобных и простых в эксплуатации средств нательного скринингового контроля Covid-инфекции делают актуальной и практически значимой задачу создания систем, которые бы сочетали в себе возможность удаленного онлайн-мониторирования одновременно нескольких важных жизненных показателей здоровья с компактностью конструкции и возможностью самостоятельного подключения.
Особенно актуально данная проблема стоит для класса носимых нательных регистраторов физиологических параметров здоровья, которые хотя и имеют более высокие клинические точности измерений, чем фитнесс-браслеты, однако уступают последним по контролю количества жизненных показателей здоровья.
Все имеющееся в настоящее время многообразие нательных устройств для дистанционного контроля состояния здоровья сводится, как правило, лишь к устройствам измерения пульса, частоты сердечных сокращений (ЧСС), или к записи и последующей передачи для дальнейшего анализа сигнала электрокардиограммы (ЭКГ). Т.е. функциональность мобильных нательных устройств ограничивается главным образом анализом ЭКГ и параметров из нее вычисляемых.
Например, известны кардиомониторы Холтера [«Персональная телемедицина», О.Ю. Атьков, Практика, М, 2015 г., «Медицина в эпоху интернета», А.В. Владзимирский, Эксмо, 2020 г.], которые обычно используются для длительной непрерывной записи ЭКГ сигнала пациента. Однако, данные, зарегистрированные кардиомонитором Холтера, отражают лишь сердечную деятельность и при этом становятся известными и могут быть проанализированы только через несколько суток после того, как закончен период их регистрации и данные могут быть перенесены на удаленный компьютер. Оперативный анализ ЭКГ в кардиомониторах Холтера невозможен, поскольку данные ЭКГ только регистрируются и не сообщаются немедленно. Кроме того, кардиомониторы Холтера очень сложны в установке датчиков и их размещение на теле пациента производится силами только медицинских сотрудников, что делает проблематичным их регулярное домашнее применение. При этом кардиомониторы очень неудобны в ношении из-за многочисленных проводов, на которые наводятся многочисленные помеховые сигналы, вызывающие артефакты, снижающие достоверность съема дгнных в условиях естественной двигательной активности.
Важно отметить, что принципиальным недостатком известных нательных устройств является учет для оценки состояния здоровья и прогноза гомеостаза лишь только одной системы регуляции в организме, в частности, сердечной. Однако учет только одного показателя сильно зависит от побочных и случайных факторов и требует дополнительного учета индивидуальных особенностей вегетативной регуляции каждого человека, так как ни одна отдельно взятая физиологическая система и функция человеческого организма не является определяющей [«Взаимосвязь сердечно-сосудистой и дыхательной систем как инновационный способ оценки функциональных возможностей организма спортсменов» Ванюшин Ю.С., Миннибаев Э.Ш. Вестник Казанского Государственного Аграрного Университета, №3(13), 2009 г., том 4, стр. 150-152]. Поэтому для повышения достоверности результатов оценки состояния здоровья желательно дополнительно использовать в устройстве значения параметров и других систем регуляции - дыхательной (респираторной), насыщения уровня кислорода в крови, биоэлектрической регуляции центральной нервной системы и, соответственно, использовать дополнительные биосенсорные датчики.
Известна целая группа нательных мобильных устройств, которые снимают ЭКГ и через ее сигнал косвенно определяют другие физиологические параметры. Например, известен патент РФ на полезную модель №162018, МПК А61В 5/00, опубл. 20.05.2016 регистрирующий ЭКГ-сигналы от одного или двух стандартных или модифицированных отведений путем прикладывания прибора со встроенными металлическими электродами к пальцам левой и правой руки, патент РФ на полезную модель №94141, МПК А61В 5/0402, опубл. 20.05.2010, патент US №9 839 363, опубл. 12 декабря 2017 г.
Достоинством таких устройств является отсутствие кабелей пациента и относительная простота пользования, доступная для эксплуатации в домашних условиях. Однако этот класс кардиорегистраторов обладает целым рядом принципиальных недостатков, сдерживающих их практическое применение: ЭКГ-сигнал снимается лишь эпизодически только в момент прикладывания пальцев рук или самого устройства, т.е. не постоянно в реальном масштабе времени, а, следовательно, не способен проводить контроль состояния здоровья во время сна и своевременно обнаруживать наступление критических ухудшений состояния здоровья; качество регистрируемого сигнала низкое из-за артефактов, вызванных мимикрией и тремором мышечных тканей в процессе надавливания пальцев рук, что снижает достоверность регистрируемых данных. Функционал устройства также ограничен лишь регистрацией сигнала ЭКГ и вариабельности сердечного ритма.
Известны также более прогрессивные устройства, например нательное диагностическое устройство (НДУ) для дистанционного непрерывного мониторинга электрокардиограммы, патент РФ №2675752, МПК А61В 5/0432, опубл. 24.12.2018 г. бюл. №36. Устройство содержит корпус, вплавленный в оболочку из гибкого биосовместимого материала, в него интегрированы аккумуляторная батарея, усилитель биопотенциалов, связанный с электронным блоком обработки ЭКГ, имеющим аналого-цифровой преобразователь, акселерометр, память для хранения накопленной ЭКГ-информации, беспроводной приемопередатчик, клеящиеся ЭКГ-электроды, зарядную док-станцию. Оболочка корпуса выполнена с удлиненными участками по бокам, в них вплавлены кнопочные разъемы для соединения с кнопочной частью ЭКГ-электродов. На верхней части корпуса установлена пленочная клавиатура, в клавиатуре выполнены кнопка включения-выключения и светодиодные индикаторы отображения работы НДУ. Устройство позволяет проводить как скрининговый, так и длительный дистанционный мониторинг сердечных параметров в режиме реального времени, в том числе в модифицированном СМ-5 ЭКГ-отведении. Однако функциональность этого устройства в части измерения пульсовой волны и SO2 по-прежнему является ограниченной, к тому же недостатками являются конструктивные характеристики - недостаточная гибкость силиконовой оболочки корпуса и низкая эргономичность, возможное возникновение контактного дерматита из-за контакта кожи пользователя с электрическими контактами на нижней поверхности устройства, невозможность использовать стандартные нагрудные пояса из-за нестандартного расстояния между разъемами, наличие док-станции для зарядного устройства.
Дальнейшим направлением совершенствования известных разработок, в связи с важностью многопараметрического контроля, стало естественное увеличение размеров клейкого пластыря (патча) в целях закрепления множества ЭКГ-датчиков и датчиков функционального состояния.
Одно из таких решений представила французская компания Scaleo Medical. Продукт этой компании - My Angel VitalSigns - представляет собой носимое нательное устройство, приклеиваемое на грудь с помощью протяженной липкой основы треугольной формы. Устройство My Angel VitalSigns предназначено для отслеживания электрокардиограммы (3-х электродный ЭКГ), SPO2, температуры тела в районе сердца, частоты сердечных сокращений и дыхания, и артериального давления. Система построена таким образом, что при любых признаках ухудшения здоровья, которое оценивается по этим параметрам, она немедленно отправляет сигнал на смартфон пользователя и адресам, внесенным в специализированный список. Система состоит из двух частей - электронного модуля, содержащего все необходимые для обеспечения измерений сенсоры и передающую данные часть, и наклейки с кармашком, в которых находится батарейка и куда вставляется электронная часть системы. Недостатком системы является сложность конструкции, большие габариты, уникальность конструктивных размеров пластыря и сложность доступности расходных материалов. Но самое главное, что, в центре грудной клетки резко (более 50%) падает число капилляров, что приводит к значительному снижению периферического кровотока. В результате измерение методом фотоплетизмографии на отражение пульсовой волны, сатурации крови и артериального давления становится неустойчивым или даже невозможным.
Также аналогичным недостатком обладает и нательная система и метод сбора физиологических сигналов, патент US №2019/0099132, опубл. 04.04.2019.
Одним из главных недостатков данного типа устройств является недостаточный уровень кровенаполнения сосудов в области грудной клетки, что создает проблемы для устойчивого измерения методом фотоплетизмографии на отражение пульсовой волны, сатурации крови и артериального давления. Кроме того, дополнительными недостатками являются крупные габариты, пластырь больших размеров и оригинальных конфигураций, что создает проблемы с выбором расходных материалов и увеличивает стоимость устройств, усложняет технологию производства и является неэргономичным и неудобным для регулярного использования.
Таким образом, основным существенным недостатком известных аналогов является неуверенная работа и низкая достоверность результатов измерения насыщенности крови SPO2 и пульсовой волны при проведении измерений методом фотоплетизмографии на отражение в области грудной клетки, что определяется в первую очередь низким периферическим кровотоком в этой зоне.
Еще одним направлением совершенствования разработок по многофункциональности стала реализация оригинальных конструкций в меньших размерах, в частности, отечественных устройств «Кардиобит», патент РФ на изобретение №2675752, МПК А61В 5/0432, G06F 19/00, опубл. 22.06.2018, бюл. №18 и мобильное устройство для дистанционного контроля состояния здоровья «TmT», патент РФ на промышленный образец №127010, опубл. 19.08.2021, бюл. №9.
Наиболее прогрессивным устройством, потенциально пригодным для мониторинга значительного числа контролируемых физиологических параметров является устройство для дистанционного непрерывного мониторинга электрокардиограммы «Кардиобит», которое выбрано в качестве прототипа. Оно содержит корпус и три внешних гибких ЭКГ-электрода, выполненных с пространственным разнесением зон съема биосигнала и электрического подключения, и снабженных клеящимся к телу слоем, два из которых подключены непосредственно к кнопочным разъемам, размещенным на удаленных концах нижней поверхности корпуса. Третий гибкий ЭКГ-электрод при необходимости может быть подключен проводником к гнездовому разъему на боковой поверхности корпуса. Кнопочные разъемы двух ЭКГ электродов симметрично разнесены на расстояние 45 мм друг от друга с возможностью размещения между ними дополнительного биометрического сенсора. Гнездовой разъем на боковой грани корпуса выполнен герметичным и имеет группу добавочных контактов для проводного подключения электронного блока обработки сигналов, например, к внешнему зарядному устройству, или к внешнему компьютеру, или смартфону, или планшету, или к дополнительным внешним ЭКГ-электродам.
Посередине между кнопочными разъемами на нижней поверхности корпуса размещен дополнительный биометрический сенсор регистрации меняющихся физиологических параметров, позволяющий синхронно с сигналом ЭКГ получать добавочные данные о насыщенности крови кислородом, уровне стресса, температуре тела, электрически связанный с электронным блоком обработки сигналов.
В одном из вариантов исполнения прототипа дополнительный биометрический сенсор на нижней поверхности корпуса выполнен в виде группы излучающих и фотоприемных фотоплетизмографических датчиков, работающих в режиме на отражение. Потенциально это дает возможность теоретически измерить насыщенность крови кислородом, снять пульсовую волну и по задержке между сигналами R-пика ЭКГ и систолы пульсовой волны оценить артериальное давление без использования надуваемых манжет.
Однако, хотя прототип и позволяет получать больше данных о состоянии здоровья, он обладает тем же принципиальным недостатком, не позволяющим на практике реализовать заявленные в патенте возможности по устойчивому и достоверному измерению насыщенности крови кислородом и пульсовой волны методом фотоплетизмографии на отражение в грудной зоне. Причина та же - число кровеносных сосудов на груди существенно ниже (на 40 - 50%), чем в обычно используемых зонах (палец на просвет, мочки ушей и т.д.
Из-за значительного ослабления в грудной зоне периферического кровотока неизбежно падает отраженный сигнал фотоплетизмограммы, особенно для инфракрасного излучения. Это падение сигнала приходится компенсировать усилением электрического сигнала, однако это приводит к критическому нарастанию фонового шума фотодетектора, и соотношение сигнал/шум на информационном выходе становится настолько низким, что устройство не может устойчиво и достоверно выполнять свои функции или совсем прекращает работу [Мониторинг дыхания: пульсоксиметрия, капнография, оксиметрия. Невский Диалект. СПб: Издательство БИНОМ. 200 с.].
Вдобавок, расположение датчиков фотоплетизмографии на нижней стороне устройства делает невозможным использование датчиков при ношении устройства на стандартном нагрудном поясе.
Кроме того, наличие гибкой панели индикации и управления является технологически избыточно сложным и существенно удорожает производство (повышается ориентировочно себестоимость на 20%), а также увеличивает габаритные размеры устройства по высоте (по крайней мере на несколько миллиметров).
Датчик температуры при его расположении в грудной зоне принципиально дает отличные от общепринятых значения температуры, что вынуждает производить постоянную дополнительную калибровку, что вызывает неудобства и усложняет его практическое использование. Кроме того, использование температурного датчика невозможно при использовании нагрудного пояса.
Технической задачей заявляемого изобретения является устранение в прототипе вышеперечисленных недостатков, а именно:
1. Повышение устойчивости и достоверности регистрации и измерения в нательном мобильном устройстве в зоне его размещения на грудной клетке синхронно с ЭКГ пульсовой волны, и насыщенности крови кислородом SPO2;
2. Упрощение конструкции, повышение технологичности изготовления, удобства эксплуатации, уменьшение габаритов по толщине, снижение себестоимости изготовления устройства и создание условий для импортозамещения;
3. Создание возможности крепления устройства на теле при помощи стандартных нагрудных поясов без ухудшения функциональных показателей;
4. Измерение температуры без необходимости использования постоянной калибровки.
Решение указанной технической задачи достигается тем, что в нательном мобильном устройстве дистанционного контроля множественных физиологических параметров (далее - устройстве), которое содержит пластиковый корпус, на поверхности которого размещены фотоплетизмографический биометрический сенсор, оптические выходы светодиодных индикаторов, отображающих режимы и рабочие состояния устройства, функциональная тактильная кнопка «Симптом» и кнопка включения-выключения питания, при этом на нижней поверхности на расстоянии 45 мм друг от друга расположены два кнопочных разъема для подключения внешних гибких ЭКГ-электродов, которые снабжены клеящимся слоем и выполнены с пространственным разнесением зон съема биосигнала и электрического подключения, между ЭКГ-электродами расположен дополнительный биометрический сенсор регистрации физиологических показателей здоровья, выполненный либо в виде акустического датчика, либо датчика кожно-гальванической реакции, кроме того, на нижней боковой поверхности корпуса расположен многоконтактный герметичный разъем, предназначенный либо для подключения к компьютеру, либо к адаптеру зарядного устройства, либо к дополнительным выносным датчикам; вышеупомянутый фотоплетизмографический биометрический сенсор размещен в одном из концов верхней поверхности устройства в фигурном углублении, которое повторяет форму подушечки пальца, группа выходов светодиодных индикаторов контроля режимов работы расположена в центральной части на верхней боковой поверхности корпуса в месте ее соединения с краем верхней поверхности и имеет пиктограммы - в виде батарейки, свидетельствующий о степени разряда встроенного аккумулятора, который загорается красным цветом при недопустимой разрядке аккумулятора, в виде треугольника с восклицательным знаком внутри; загорающийся синим цветом при наступлении критических состояний здоровья; в форме сердца, загорающийся зеленым светом, для индикации состояния крепления к телу ЭКГ-электродов, а дополнительные выносные датчики выполнены в виде третьего ЭКГ-электрода либо температурного датчика.
Заявляемое устройство обладает следующими преимуществами по сравнению с аналогами и прототипом:
1. Повышается устойчивость и достоверность регистрации и измерения в нательном мобильном устройстве в зоне его размещения на грудной клетке таких важных физиологических параметров здоровья, как сигнала пульсовой волны и насыщенности крови кислородом SPO2. Это достигается двумя путями.
Во-первых, благодаря предложенной конструкции верхней поверхности корпуса и размещению в ней оптического датчика сигнал фотоплетизмографии на отражение снимается в зоне грудной клетки через палец, в котором благодаря большему числу капилляров периферический кровоток и пульсация крови становится примерно на 50% больше: в результате резко повышается итоговый информационный оптический сигнал и, соответственно, устойчивость и достоверность регистрации как пульсовой волны, так и сатурации крови.
Во-вторых, из сигнала фотоплетизмограммы, снятой на груди, уходят высокие артефактные венозные волны, которые могут появляться, если датчик находится значительно ниже уровня сердца. Это также повышает достоверность измерения, поскольку уходят артефакты от пульсации вен.
Выполнение в оптическом датчике всех фотодиодов в одной плоскости и размещение фотоприемника вслед за излучающими фотодиодами в направлении оси фигурного углубления обеспечивает максимальное значение отношения сигнал/шум в сигнале фотоплетизмограммы.
2. Понижается себестоимость изготовления устройства на 20 - 30%, а также уменьшается толщина корпуса в целом на 2 - 3 мм за счет исключения из конструкции устройства полиамидной панели индикации и управления, расположенной в фигурном понижении корпуса. Производство полиамидной панели индикации и управления из-за сложности технологии осуществляется в нескольких странах (Китай и Россия, только в России производство невозможно), что вызывает удорожание итоговой конструкции и ставит изготовление в зависимость от работы зарубежных предприятий. Предлагаемое решение направлено на импортозамещение и снижение стоимости. Кроме того, светодиоды индикации режимов и рабочих состояний становятся в прямой визуальной доступности взгляду пользователя, что было невозможно в прототипе. Это повышает удобство эксплуатации.
3. Появляется возможность закреплять устройство на теле с помощью стандартных нагрудных поясов без ухудшения функциональных показателей. В прототипе этому препятствовало размещение оптических и температурных биосенсоров на нижней поверхности корпуса в контакте с телом человека. В заявляемом решении фотоплетизмографический биометрический сенсор находится на верхней поверхности корпуса, а дополнительный температурный датчик подключается соединительным кабелем к многоконтактному разъему на нижней боковой поверхности.
4. Исключается необходимость в постоянной калибровке температуры температурного датчика при его установке в разных местах тела человека. При закреплении любого температурного датчика на различных участках грудной клетки измеренные значения температуры в разных местах будут разными и отличными от принятой стандартной температурной сетки, приведенной к базовому значению 36,6°С (фактически будут изменяться от 33,5°С до 35,5°С в зависимости от выбранного места установки). Поэтому приходится применять специальные методы и алгоритмы для приведения измеренных значений температуры к значениям стандартной температурной сетки: Выполнение температурного датчика выносным с его установкой в зоне подмышечной впадины позволяет пользоваться стандартной температурной сеткой без какой-либо калибровки.
Существо изобретения поясняется на чертежах, где:
На фиг. 1 изображен общий вид устройства с подключаемыми внешними ЭКГ-электродами, адаптером зарядного устройства; выносным температурным датчиком, а также процесс прикладывания пальца к устройству для измерения насыщенности крови SPO2 и пульсовой волны;
на фиг. 2 изображен вид устройства сверху при отсутствии измерений (а), а также вид устройства сверху во время измерения крови SPO2 и пульсовой волны при помощи фотоплетизмографии;
на фиг. 3 - вид устройства снизу (а), а также возможные виды исполнения биометрических датчиков - акустический датчик (б), датчик кожно-гальванической реакции (в);
на фиг. 4 - вид устройство со стороны многоконтактного разъема (а), а также вид устройства со стороны светодиодных индикаторов (б);
на фиг. 5 - вид устройства сбоку.
Устройство содержит корпус 1, на верхней стороне которого находится кнопка включения-выключения питания 2, функциональная кнопка тревожного оповещения «Симптом» 3 и фотоплетизмографический биометрический сенсор 4 (фиг. 2), работающий в режиме отражения при прикосновении подушечки к нему пальца пользователя. Это позволяет с клинической точностью измерить насыщенность крови кислородом и снять пульсовую волну.
В боковую поверхность корпуса 1 герметично встроен многоконтактный разъем 5 с возможностью подключения к нему дополнительного ЭКГ-электрода 6, или дополнительного температурного датчика 7, или адаптера зарядного устройства 8, или компьютера.
На нижней поверхности корпуса 1 вровень с ней (фиг. 3а) расположены кнопочные отрывные разъемы 9 и 10 для подключения гибких электродов 11 и 12, находящихся на расстоянии 45 мм друг от друга.
Дополнительный биометрический датчик 13 как вариант исполнения расположен на нижней поверхности корпуса 1 между кнопочными разъемами 11 и 12. Этот датчик может быть выполнен в качестве акустического датчика 14 (фиг. 3б), либо датчика кожно-гальванической реакции 15 (фиг. 3в).
На верхней боковой поверхности корпуса по его центру расположена группа светодиодных индикаторов 16 с графическими пиктограммами (фиг. 4б) - в виде батарейки, свидетельствующий о степени разряда встроенного аккумулятора, который загорается красным цветом при недопустимой разрядке аккумулятора, в виде треугольника с восклицательным знаком внутри; загорающийся синим цветом при наступлении критических состояний здоровья; в форме сердца, загорающийся зеленым светом, для индикации качества состояния крепления к телу ЭКГ-электродов.
Работа устройства происходит следующим образом:
Устройство закрепляют на грудной клетке пациента с помощью клейких ЭКГ-электродов 11 и 12, например, в зоне модифицированного II ЭКГ-отведения, или с помощью разъемных контактов 9 и 10 закрепляют на нагрудном поясе. При помощи кнопки включения-выключения питания 2 на устройстве включается режим мониторинга дистанционного контроля состояния здоровья. Биопотенциалы ЭКГ, создаваемые на теле человека при работе сердца, снимаются с помощью электродов 6, 11, 12 и подаются на усилители биопотенциалов, расположенные на вмонтированной в устройстве плате, откуда они оцифровываются и поступают на дальнейшую обработку в узел цифровой обработки сигналов. При необходимости, пациент измеряет насыщенность крови кислородом, пульсовую волну и артериальное давление при помощи прикладывания подушечки пальца к фотоплетизмографическому датчику 4 (фиг 2. б), сигналы с которого также поступают в узел цифровой обработки сигналов, либо температуру путем подключения температурного датчика 7 к разъему 5 и закрепления датчика 7 в подмышечной впадине пациента. Также туда поступают сигналы и от биометрических датчиков, показанных на фиг. 3. Все эти сигналы предварительно обрабатываются по алгоритмам, соответствующим каждому типу биометрических датчиков, и далее анализируются в анализаторе опасных состояний, расположенном на внутренней плате. Одновременно данные мониторинга состояния здоровья записываются на встроенную SD-карту памяти и через Bluetooth-радиоканал поступают на внешний коммуникатор (смартфон или планшет), откуда далее передаются в облачный сервер для хранения и дальнейшей обработки данных. Если человек находится в пределах опасных пограничных состояний, анализатор предупреждает об этом путем голубого свечения светодиодного индикатора тревожных состояний и подачи сигнала виброзвонка, а также путем отправки в мобильное приложение (смартфон, планшет) специальных тревожных оповещений без участия пациента. Если пациент в состоянии самостоятельно оценить ухудшение своего самочувствия или даже наступление критического состояния, он также может нажать функциональную кнопку тревожного оповещения 3. Если произошло падение пациента, то встроенный акселерометр в режиме датчика падения также оповестит мобильное приложение (смартфон, планшет) и далее облачный сервер о факте падения и месте падения (по спутниковому навигатору смартфона).
С помощью фотоплетизмографического датчика формируются данные об уровне насыщенности крови кислородом, что может служить индикатором и предвестником возможного наступления инсульта (за 5 часов до наступления кризиса). Кроме того, синергетическая обработка сигналов ЭКГ и пульсограммы позволяет оценить артериальное давление в любое время суток без применения накачиваемой манжеты. Аналогично сигналы других биосенсорных датчиков позволят оценить состояние здоровья со стороны других вегетативных регуляторных систем
Когда заканчивается зарядка встроенного аккумулятора устройства, индикатор заряда предупредит об этом свечением его красным светом. Для зарядки аккумулятора может быть использован стандартный блок питания +5В с microUSB-разъемом, подключаемым непосредственно к разъему 5. Данные из памяти устройства за много суток функционирования могут быть переписаны при необходимости во внешний компьютер (для анализа, передачи данных в облако и других целей) через кабель данных, который также подключается к многоконтактному разъему 5.
В предлагаемом изобретении достигнут технический результат, сформулированный в задаче изобретения и состоящий:
- в повышении устойчивости и достоверности регистрации и измерения в нательном мобильном устройстве в зоне его размещения на грудной клетке синхронно с сигналом ЭКГ сигнала пульсовой волны и насыщенности крови кислородом SPO2. Выполнение в оптическом датчике всех фотодиодов в одной плоскости и размещение фотоприемника вслед за излучающими фотодиодами в направлении оси фигурного углубления обеспечивает максимальное значение отношения сигнал/шум в сигнале фотоплетизмограммы;
- понижении себестоимости изготовления устройства на 20 - 30%, а также уменьшении толщины корпуса на 2 - 3 мм за счет исключения из конструкции устройства полиамидной панели индикации и управления, расположенной в фигурном понижении корпуса, упрощении технологии изготовления и решении задачи импортозамещения;
- размещении светодиодов индикации режимов и рабочих состояний в прямой визуальной доступности взгляду пользователя, что было невозможно в прототипе и что упрощает эксплуатацию устройства;
- закреплении устройства без его нарушения функциональных возможностей с помощью стандартных нагрудных поясов благодаря тому, что в заявляемом решении фотоплетизмографический биометрический сенсор находится вне нижней поверхности корпуса, а дополнительный температурный датчик подключается соединительным кабелем к многоконтактному разъему на нижней боковой поверхности;
- исключении необходимости постоянной калибровки температуры температурного датчика при его установке в разных местах тела человека благодаря выполнению температурного датчика выносным с его установкой в зоне подмышечной впадины, что позволяет пользоваться стандартной температурной сеткой без какой-либо калибровки.
Для подтверждения правильности технических решений был изготовлен действующий прототип нательного мобильного устройства дистанционного контроля множественных физиологических показателей состояния здоровья. Испытания устройства показали, что оно позволяет измерять на теле человека насыщенность крови кислородом SPO2 в диапазоне 70 - 99% с точностью ± 2%, и характеристики пульса в диапазоне от 30 до 200 уд/мин. Измеренные значения полностью совпадали с аналогичными параметрами стандартизированных пульсоксиметров. Температурный датчик, выполненный на основе микросхемы ТМР117, подключаемый при помощи соединительного кабеля к многоконтактному разъему показал возможность измерения температуры с точностью до 0,1°С при его расположении в подмышечной впадине без необходимости калибровки. Размещение светодиодов индикации режимов и рабочих состояний на верхней боковой поверхности показало большее удобство использования, чем при размещении на гибкой полиамидной панели индикации.
Предлагаемое устройство при широких функциональных возможностях характеризуется простотой эксплуатации и невысокой себестоимостью, что делает его доступным в профилактическом использовании широкими слоями населения, в том числе в домашних условиях, что очень актуально.
1. Нательное мобильное устройство дистанционного контроля множественных физиологических показателей состояния здоровья, характеризующееся тем, что содержит пластиковый корпус, на поверхности которого размещены фотоплетизмографический биометрический сенсор и выходы светодиодных индикаторов отображения режимов и рабочих состояний, на верхней поверхности корпуса расположены функциональная тактильная кнопка «Симптом» и кнопка включения-выключения питания, а на нижней поверхности на расстоянии 45 мм друг от друга расположены два кнопочных разъема для подключения внешних гибких ЭКГ-электродов, снабженных клеящимся к телу слоем, выполненных с пространственным разнесением зон съема биосигнала и электрического подключения, а между ними размещен дополнительный биометрический сенсор регистрации физиологических показателей здоровья, выполненный либо в виде акустического датчика, либо датчика кожно-гальванической реакции, позволяющих синхронно с ЭКГ получать добавочные данные о стрессе и посторонних акустических шумах в сердце и легких, на нижней боковой стенке расположен многоконтактный герметичный разъем, предназначенный либо для подключения к компьютеру, либо к адаптеру зарядного устройства, либо к дополнительным датчикам, внутри корпуса расположены аккумуляторная батарея, электронная схема регистрации и обработки сигналов, память для хранения накопленной информации, беспроводной приемопередатчик, отличающееся тем, что фотоплетизмографический биометрический сенсор, предназначенный для синхронной регистрации совместно с ЭКГ пульсовой волны и уровня сатурации крови, размещен на верхней поверхности устройства на одном из его удаленных концов в фигурном углублении, по форме повторяющем подушечку пальца, при этом группа светоизлучающих и приемный фотодиод биометрического сенсора пространственно расположены в одной плоскости последовательно друг за другом в направлении оси фигурного углубления для пальца, а светодиодные индикаторы отображения режимов и рабочих состояний устройства размещены в центре верхней боковой грани корпуса в зоне ее соединения с передней поверхностью.
2. Нательное мобильное устройство по п. 1, характеризующееся тем, что в качестве дополнительного датчика, подключаемого к многоконтактному разъему на нижней боковой поверхности корпуса, используется температурный датчик с клеящимся к телу слоем.
