Мониторная система физиологических параметров

 

Изобретение относится к медицинской информационно-измерительной технике и может быть использовано при непрерывном наблюдении по одному каналу связи одновременно за несколькими физиологическими параметрами, например, характеризующими деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной системы человека-оператора. Сущность: мониторная система содержит датчик 1 передающего блока 2, представляющий собой пару электродов 3 и 4, соединенные с генератором 5 высокой частоты с передающей антенной; приемную антенну 7, включенную на вход приемного блока 8. Электроды 3 и 4 накладывают в любое удобное место на кожу человека и закрепляют известными способами, например, лейкопластырем. На человеке располагают также и передающий блок 2 с передающей антенной 6. Приемный блок располагают на расстоянии не более 5 м от человека. Электрический сигнал с выхода генератора 5 и соответственно электромагнитный сигнал с выхода передающей антенны 6 промодулирован комплексным физиологическим сигналом. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к медицинской информационно-измерительной технике и может быть использовано при непрерывном наблюдении по одному каналу связи одновременно за несколькими физиологическими параметрами, например, характеризующими деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной системы человека-оператора, в том числе в динамике, например, при произвольных движениях спортсменов или в экстремальных условиях и при повышенных требованиях, предъявляемых к измерительной аппаратуре, в частности, на борту летательного аппарата или в условиях космического полета.

Известен кардиоспиромонитор, содержащий две пары электродов, одна из которых соединена проводами с выходами токозадающего каскада, а другая пара - с объединенными входами активного фильтра и согласующего каскада, выход активного фильтра соединен с первым входом широтно-импульсного модулятора, выход которого соединен со входом токозадающего каскада; первый и второй разделительные трансформаторы, генератор высокой частоты, широтный демодулятор, причем выход генератора высокой частоты соединен с первичной обмоткой первого разделительного трансформатора, выход его вторичной обмотки соединен со вторым входом широтно-импульсного модулятора; первичная обмотка второго разделительного трансформатора соединена с выходом согласующего каскада, а вторичная обмотка со входом широтного демодулятора; усилитель высокой частоты, вход которого соединен с выходом вторичной обмотки второго разделительного трансформатора; импульсный детектор, вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты; первый и второй усилители низкой частоты и блок регистрации, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго усилителей низкой частоты, вход первого из которых соединен с выходом широтного демодулятора, а вход второго усилителя низкой частоты соединен с выходом импульсного детектора.

Недостатком известного устройства являются низкие эксплуатационные характеристики ввиду связи электродов, закрепленных на пациенте, по проводам с измерительной аппаратурой, что ограничивает его движения и обусловливает низкую электробезопасность устройства, а также необходимость экранирования помещения вследствие низкой помехозащищенности входных каналов.

Известен вихретоковый датчик физиологических показателей, содержащий передающий блок, состоящий из датчика и генератора высокой частоты, с подключенной к выходу передающего блока передающей антенной, и приемный блок, содержащий приемную антенну, радиоприемник, вход которого соединен с приемной антенной, блок демодуляции, содержащий частотный детектор, вход которого соединен с выходом радиоприемника, и блок регистрации, вход которого соединен с выходом блока демодуляции, которым является выход частотного детектора. Кроме того, датчик является вихретоковым преобразователем, выход которого подключен к первому входу генератора высокой частоты передающего блока, устройство также содержит два блока автоподстройки частоты, умножитель частоты и передатчик, причем выход генератора высокой частоты соединен со входом умножителя частоты, выход которого соединен со входом передатчика, выход которого является выходом передающего блока и соединен со входом передающей антенны; выход умножителя частоты соединен также со входом первого блока автоподстройки частоты, выход которого соединен со вторым входом генератора высокой частоты; устройство также содержит гетеродин и смеситель, причем, выход радиоприемника соединен со входом частотного детектора через смеситель по его первому входу, ко второму входу которого присоединен выход гетеродина, вход которого соединен с выходом второго блока автоподстройки частоты.

Недостатками известного устройства являются низкие эксплуатационные характеристики по причине громоздкости и низкой автономности передающей аппаратуры, требующей внешние источники питания, например, гальванические батареи, а также необходимость размещения пациента непосредственно вблизи вихретокового преобразователя и поддержание такого расположения, что в значительной степени ограничивает движения пациента, если передающий блок не размещается на нем. Кроме того, недостатками известного устройства являются низкие функциональные возможности ввиду получения информации только по двум каналам о реограмме и пневмограмме и высокая сложность.

Целью изобретения является повышение эксплуатационных характеристик, а именно, автономности устройства, дистанционности и независимости передающей части источников питания, а также упрощение и расширение функциональных возможностей за счет осуществления возможности регистрации электрокардиосигнала и введения дополнительных каналов, например, регистрации электромиограммы и различных отведений ЭКГ-сигнала.

Указанная цель достигается тем, что в известном вихретоковом датчике физиологических показателей, содержащем передающий блок, состоящий из датчика и генератора высокой частоты, с подключенной к выходу передающего блока передающей антенной, и приемный блок, содержащий приемную антенну, радиоприемник, вход которого соединен с приемной антенной, блок демодуляции, содержащей частотный детектор, вход которого соединен с выходом радиоприемника, и блок регистрации, вход которого соединен с выходом блока демодуляции, которым является выход частотного детектора, дополнительно датчик служит источником питания передающего блока и выходы его соединены с шинами питания генератора высокой частоты. Кроме того, датчик представляет собой два электрода из разнополярных электропроводных материалов, обладающих различными электрохимическими потенциалами и образующих гальванопару, а передающая антенна является магнитной. Кроме того, в блок демодуляции дополнительно введены фазовый и амплитудный детекторы, выходы которых вместе с выходом частотного детектора являются выходами блока демодуляции, входы объединены со входом частотного детектора и являются входом блока демодуляции. Кроме того, весь передающий блок выполнен в виде тонкой пленки, элементы которой, в том числе, электроды датчика выполнены напыленными, с нанесенным на пленку клейким слоем, кроме того, в него введены дополнительные передающие блоки по необходимому числу отведений ЭКГ-сигнала, а радиоприемник приемного блока содержит переключатель фиксированных частот, причем, частоты настройки генераторов высокой частоты всех передающих блоков различны и соответствуют фиксированным частотам радиоприемника приемного блока.

На фиг. 1 изображена функциональная схема мониторной системы физиологических параметров; на фиг. 2 эквивалентная схема наложенных электродов передающего блока на кожный покров человека; на фиг. 3 - функциональная схема примера реализации блока регистрации; на фиг. 4 - принципиальная схема примера реализации передающего блока.

Мониторная система физиологических параметров (фиг. 1) содержит датчик 1 передающего блока 2, представляющий собой гальванопару из положительного 3 и отрицательного 4 электрода, выполненных из электропроводных материалов, обладающих различными электрохимическими потенциалами, электроды 3 и 4 соединены с соответствующими шинами питания генератора 5 высокой частоты, высокочастотный вход которого соединен с передающей антенной 6; приемную антенну 7, включенную на вход приемного блока 8, которым является вход радиоприемника 9; блок демодуляции 10, вход которого соединен с выходом радиоприемника 9, а выходы соединены со входами блока регистрации 14; входом блока демодуляции 10 являются объединенные входы частотного детектора 11 и фазового 12 и амплитудного 13 детекторов, из которых состоит блок демодуляции 10 и выходы которых являются выходами блока демодуляции 10.

Мониторная система физиологических параметров работает следующим Датчик 1 передающего блока 2, представляющий собой пару электродов 3 и 4, выполненных из электропроводных материалов, с различными электрохимическими потенциалами и являющихся соответственно положительным 3 и отрицательным 4, накладывают в любое удобное место на кожу человека и закрепляют известными способами, например, лейкопластырем. На человеке располагают также передающий блок 2. При этом наложенные электроды 3 и 4 образуют вместе с человеком источник напряжения, роль электролита в котором выполняют биологические среды и ткани человека. Биосигнал, вырабатываемый таким источником поступает на положительную и отрицательную шины питания генератора высокой частоты 5 передающего блока 2 и используется как единственный источник питания. Поскольку частота настройки генератора 5 выбирается такой (диапазон длинных, средних или длинного участка коротких волн), что реактивное сопротивление его контура сравнимо по величине с реактивностями внутренней среды организма, которые соединены с реактивностями генератора 5 последовательно по цепям питания (см. эквивалентную схему на фиг. 2) и влияют на его контур. При этом, за счет сравнимости внутренних реактивных сопротивлений генератора 5 и биоткани организма изменение последнего, в котором отражаются все информационные ритмические процессы организма, будет существенно влиять на амплитуду, частоту и фазу генерации, поскольку является вносимым в контур генератора 5. Таким образом, электрический сигнал генератора 5 оказывается амплитудно, частотно и фазово промодулированным по цепям питания комплексным физиологическим сигналом, отражающим ритмические электрохимические процессы организма. Далее с выхода генератора 5 сигнал высокой частоты поступает в передающую антенну 6, где преобразуется в электромагнитные колебания и излучается в эфир. Этот сигнал принимается приемной антенной 7 приемного блока 8, расположенного на расстоянии от исследуемого пациента (человека-оператора), усиливается и селектируется настроенным на частоту принимаемого сигнала радиоприемником 9 и поступает на вход блока демодуляции 10, выделяющим из модулированного сигнала напряжения, пропорциональные комплексным физиологическим сигналам, содержащим интересующие физиологические параметры. Демодуляция в блоке демодуляции 10 может быть осуществлена соответствующими детекторами по раздельным каналам частотным детектором 11, фазовым 12 и амплитудным 13, причем, блок демодуляции 10 может содержать как все три детектора 11-13, так и какой-либо один из них или два в зависимости от практических потребностей получения тех или иных физиологических параметров.

Далее, напряжения комплексных физиологических сигналов с выходов блока демодуляции 10 поступают на входы блока регистрации 14, в котором происходит частотное разделение спектра комплексного сигнала с выхода каждого детектора на отдельные составляющие, соответствующие конкретному интересующему физиологическому параметру. Так, например, электрокардиосигнал получается при фильтрации комплексного физиологического сигнала с выхода частотного детектора 11 в полосе частот 0,3 150 Гц, соответствующий спектру сигналов ЭКГ; сигнал пневмограммы при фильтрации сигнала с выхода частотного детектора 11 в полосе частот 0,1 20 Гц. Полученные сигналы физиологических параметров отображаются и документируются блоком регистрации 14.

Блок регистрации 14 (фиг. 3) может представлять собой персональный компьютер 15 с встроенными или дополнительно включенными на его вход тремя аналого-цифровыми преобразователями 16, входы которых являются входами блока 14 регистрации, и набором соответствующих известных алгоритмов 17, таких например, как цифровая фильтрация, статистическая обработка, анализ отдельных составляющих сигнала (интервалометрия), а также различные сервисные функции (долговременная запись, хранение, сортировка и сравнение информации, варианты отображения и т. д. ). Такая реализация блока регистрации 14 позволяет осуществить более качественное разделение комплексных физиологических сигналов с выходов блока демодуляции 10 на составляющие, уменьшить влияние помех, артефактов и т.д. и расширить эксплуатационные удобства.

Принципиальная схема примера реализации передающего блока 2 (фиг. 4) может содержать датчик 1, состоящий из положительного 3 и отрицательного 4 электродов, генератор 5 высокой частоты с магнитной антенной 6 с катушкой 18; генератор собран на супербета транзисторе 19, резисторе 20 и конденсаторе 21, причем первые выводы резистора 20 и конденсатора 21 объединены и подключены к базе транзистора 19, эмиттер его является отрицательной шиной питания и подключен к отрицательному электроду 4, а коллектор соединен с первым выводом катушки индуктивности 18, второй вывод которой соединен со вторым выводом конденсатора 21, а третий средний вывод со вторым выводом резистора 20 и является одновременно положительной шиной питания и подключен к положительному электроду 3 датчика 1.

При использовании такого передающего блока 2 и радиоприемника 09 с чувствительностью 100 мкВ уверенный прием физиологических сигналов осуществляется в радиусе не менее 5 м. Видно (фиг. 4), что конструкция передающего блока 2 предельно простая и имеет минимальные габариты, что в значительной степени повышает эксплуатационные характеристики устройства и не ограничивает движения испытуемого человека-оператора в процессе его деятельности. Кроме того, схема на фиг. 4 может быть реализована по гибридной технологии путем выполнения элементов, в том числе, и электродов 3 и 4 в виде напыленных тонких пленок. В этом случае весь передающий блок 2 может быть выполнен в виде небольшого кусочка тонкой пленки и закрепляться в любом месте кожного покрова человека лейкопластырем или собственным нанесенным клейким слоем. При этом возможно размещение на одном человеке нескольких передающих блоков 2 в местах, например, отведений ЭКГ-сигналов, причем генераторы 5 различных блоков 2 могут иметь различающиеся несущие частоты, а приемник 9 приемного блока 8 переключатель 18 фиксированных частот, соответствующих частотам настройки генераторов 5.

По сравнению с известными устройствами, в том числе, с прототипом, предлагаемая мониторная система физиологических параметров обладает следующими технико-экономическими и общественно-полезными преимуществами: обладает повышенными эксплуатационными характеристиками, а именно, автономностью, независимостью от источников питания, повышенной дистанционностью ввиду беспроволочной связи с приемным блоком за счет введения дополнительных элементов, соединенных предложенным образом; минимальными весогабаритными показателями, поскольку может быть выполнено с применением гибридной пленочной технологии; исключительной простотой и высокой степенью технологичности, что обуславливает значительно более низкую себестоимость по сравнению со всеми аналогичными устройствами; более широкими функциональными возможностями за счет осуществления передачи множества физиологических параметров по одному каналу естественным путем без специального кодирования; простотой и удобством обслуживания; высокой помехозащищенностью ввиду применения сигналов значительно более высоких уровней по сравнению с сигналами шумов и помех, а также использование частотной модуляции как основной в радиодиапазоне средних, длинных или начального участка коротких волн.

Формула изобретения

1. Мониторная система физиологических параметров, содержащая передающий блок, состоящий из датчика и генератора высокой частоты, с подключенной к выходу передающего блока передающей антенной, и приемный блок, содержащий приемную антенну, радиоприемник, вход которого соединен с приемной антенной, блок демодуляции, содержащий частотный детектор, вход которого соединен с выходом радиоприемника, и блок регистрации, вход которого соединен с выходом блока демодуляции, которым является выход частотного детектора, отличающаяся тем, что датчик является источником питания передающего блока и выходы его соединены с шинами питания генератора высокой частоты.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что датчик выполнен в виде двух электродов из разнополярных электропроводных материалов, образующих гальванопару и обладающих различными электрохимическими потенциалами, а передающая антенна является магнитной.

3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в блок демодуляции дополнительно введены фазовый и амплитудный детекторы, выходы которых вместе с выходом частотного детектора являются выходами блока демодуляции, входы объединены с входом частотного детектора и являются входом блока демодуляции.

4. Система по пп.1 3, отличающаяся тем, что передающий блок выполнен в виде тонкой пленки, причем элементы его, в том числе электроды датчика, выполнены напылением с нанесенным на пленку клейким слоем.

5. Система по пп.1 4, отличающаяся тем, что в нее введены дополнительные передающие блоки по необходимому числу отведений ЭКГ-сигнала, а радиоприемник приемного блока содержит переключатель фиксированных частот, причем частоты настройки генераторов высокой частоты всех передающих блоков различны и соответствуют фиксированным частотам радиоприемника приемного блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4