Носимый монитор с автоматической передачей диагноза по каналу связи при возникновении критической ситуации

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам длительного мониторирования ЭКГ. Монитор содержит блок снятия электрокардиограммы, АЦП, сменную карту памяти, связанные с микроконтроллером, средства формирования SMS сообщений через GSM-модем телефона, трехкоординатный акселерометр, часы реального времени, USB-порт, блок подавления синфазной помехи, связанные с микроконтроллером и оперативным запоминающим устройством (ОЗУ). Блок снятия ЭКГ состоит из двух матриц электродов, выполненных с возможностью закрепления и «сухого» контакта с прекардиальной областью. Каждая матрица содержит две группы электродов, одна из которых подключена к блоку подавления синфазной помехи, а другая - к входам операционного усилителя, выход которого через фильтр подключен к АЦП. Микроконтроллер выполнен с возможностью занесения в ОЗУ индивидуальных параметров ЭКГ пациента и сопоставления с ними по установленным критериям параметров ЭКГ текущего мониторинга с зачетом параметров ЭКГ, полученных в отсутствие артефактов движения. При отличии параметров ЭКГ текущего мониторинга от индивидуальных параметров ЭКГ пациента на величину больше критической - формируется SMS сообщение с диагнозом через GSM-модем телефона. Изобретение позволяет улучшить соотношение сигнал/шум в процессе использования пациентами с патологиями ЭКГ, снизить количество ложных срабатываний, а также повысить длительность работы монитора без замены аккумуляторов. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для непрерывного мониторинга ЭКГ с возможностью автоматической передачи кардиодиагноза по каналу связи в случае возникновения критической ситуации.

Известно большое число носимых диагностических устройств для пациентов кардиологического профиля, позволяющих сигнализировать об отклонении параметров сердечной деятельности и в то же время имеющих особенности в функционировании и алгоритме принятия решения.

Так, в изобретении (RU 2308883 C1, Ахлаков и др., СПбГЭТУ, 27.10.2007) описан наручный кардиомонитор-часы для непрерывного контроля и экспресс-анализа работы сердца при постоянном ношении больным или человеком, находящимся в стрессовой ситуации. На вход усилителя кабелем подключены два электрода: ближний установлен на корпусе часов, а удаленный электрод - на поверхности грудной клетки, электрокардиограмма (ЭКГ) передается для анализа в медицинское учреждение через компьютерные носители или через сеть Интернет.

В патенте (RU 91838 U1, Боднарчук и др., ООО "РПСЛ", 10.03.2010) описан носимый телекоммуникационный комплекс мониторинга функционального состояния человека, включающий электроды для снятия ЭКГ, акселерометр для мониторинга двигательной активности человека, манжету с компрессором и датчиком систолического и диастолического давлений; процессорный модуль, состоящий из процессора, осуществляющего обработку и преобразование сигналов, гарнитуры, осуществляющей функцию аудиодневника здоровья человека и функцию обратной связи с врачом; модуль коммуникации, включающий в себя GSM/GPRS узел, служащий для передачи сигналов тревоги, GPS узел, определяющий местоположение человека, Wi-Fi и Bluetooth узел. Комплекс имеет функцию связи со стационарными мониторами и системными блоками. Однако в системе быстрого оповещения критического состояния используется только один параметр ЭКГ-интервал времени между R-R'. Сигнал тревоги не сопровождается информацией о диагнозе, врачу необходимо дополнительное время на обработку полученных данных. Акселерометр используется для мониторинга двигательной активности человека.

В патенте (RU 63200 U1, Коваль, 27.05.2007) описана персональная телемедицинская система на многофункциональном мобильном телефоне для врачей общей практики и домашней медицины, содержащая мобильный телефон, соединенный с блоками датчиков биосигналов, диагностических модулей и лабораторных тестов, а также с устройством предупредительной и тревожной сигнализации. Содержит проводные и беспроводные интерфейсы для передачи информации в цифровом виде в мобильный телефон, в котором производится регистрация полученных данных, их анализ с помощью его процессора и компьютерных программ и выдача результатов анализа пациенту, а по мобильной связи лечащему врачу и в телемедицинский центр лечебного учреждения для принятия решения об оказании необходимой помощи. Однако возможность реализации системы материалами не обоснована, поскольку вычислительная мощность процессора мобильного телефона недостаточна для обработки биоэлектрических сигналов в режиме реального времени.

Описан портативный аппарат с электронной схемой для избирательного мониторинга и записи ЭКГ сигналов (US 5365935, RIGHTER, 22.11.1994). Первый электрод располагается на поверхности корпуса, контактирующего с телом пользователя, а второй и третий электроды крепятся на груди пользователя в положениях, которые соответствуют второму и третьему положению электродов в стандартном треугольнике Эйндховена. Браслет используется для крепления аппарата к запястьям пользователя, а микропроцессор управляет электронной схемой таким образом, что ЭКГ-сигнал пользователя контролируется или записывается с шести стандартных входных каналов. Модемное устройство присоединяется к аппарату для осуществления передачи данных на внешний приемник в пакетном режиме, однако в этом устройстве не предусматривается даже первичная обработка данных.

В заявках (WO 2009112972, WO 2009112979, WO 2009112978, WO 2009112977, KONINKL PHILIPS ELECTRONICS NV, 17.09.2009) описана система мониторирования ЭКГ для амбулаторных пациентов. Включает многоэлектродную систему, которая приклеивается к груди пациента. Процессор постоянно обрабатывает полученные сигналы ЭКГ, а беспроводной передатчик передает информацию о критических ситуациях и ЭКГ-сигнал на сотовый телефон в центр мониторинга. На сотовый телефон устанавливается специальное программное обеспечение, которое контролирует передачу информации между центром мониторинга и монитором ЭКГ пациента, функции контроля пользователя мобильного телефона. Однако требуется установка специального программного обеспечения на сотовый телефон, кроме того, приклеиваемые электроды не предусматривают длительного комфорта для пациента и неудобны для самостоятельной установки.

В заявке (US 2008221404 (A1), TSO SHUN-WUN, 11.09.2008) описано многофункциональное устройство здоровья, которое включает измеритель и процессор. Измеритель имеет два электрода, расположенных отдельно на двух его сторонах, или оба расположены на одной стороне, а другой измеритель имеет электрод, расположенный на его нижней стороне. Измеритель, соединенный с процессором, может функционировать в качестве детектора ЭКГ. Однако ЭКГ не мониторируется непрерывно, а лишь по желанию пользователя.

В заявке (JP 2006110180 (A), GI HIRONA, 27.04.2006) описан ЭКГ-монитор, использующий два электрода для снятия сигналов, которые подключены к блоку обработки сигналов, укрепленному на ремне. В блоке обработки также имеется трехкоординатный акселерометр, с которого одновременно с сигналом ЭКГ передается синхронизованная по времени запись для определения того, насколько активен был пациент в моменты снятия того или иного участка ЭКГ. Однако в данном изобретении не рассматривается проблема устранения артефактов на ЭКГ вследствие перемещения пациента, а также не предусматривается какой-либо иной анализ сердечной деятельности, кроме выявления аритмии.

В изобретении (RU 2283025 C2, Чинарев, 20.09.2006) описана система мониторинга человека-оператора, содержащая последовательно соединенные блок датчиков, коммутатор, компенсатор помех и аналого-цифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с другим входом компенсатора помех, последовательно соединенные цифровой канал и ЭВМ, блок индивидуальной карты памяти и микропроцессорный контроллер, компенсатор помех выполнен с возможностью компенсации сетевой помехи, а блок датчиков выполнен в виде совокупности датчиков стандартных кардиографических отведений. Однако сигнал тревоги на центральный пост не сопровождается информацией о диагнозе, врачу необходимо время на обработку полученных данных.

В патенте (RU 82536 U1, Монич и др., 10.05.2009) описан комплекс для дистанционного мониторинга физиологических параметров, содержащий носимые пациентом датчики, в том числе датчики ЭКГ одного или нескольких отведений, мобильную платформу для передачи физиологических данных по каналам GPRS, сервер сбора данных, блок экстренных вызовов, коммутатор сигналов датчиков, обеспечивающий поочередное подключение датчиков к приемо-передающему устройству, кроме того, в смартфон дежурного или семейного врача введен программный модуль для автоматического запроса на сервер сбора данных для получения записей физиологических параметров пациента, подавшего тревожный вызов. Автоматически производит вызов врачу, пациент может воспользоваться портативным блоком экстренных вызовов, оснащенным кнопкой «тревога» и который по каналу bluetooth передаст сигнал тревоги на смартфон. Смартфон направит соответствующий сигнал на сервер сбора данных, а также сигнал тревоги врачу. Однако это устройство не предназначено для длительного непрерывного мониторирования и неспособно обрабатывать ЭКГ в реальном времени.

В заявке RU 2008129814, КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС ЭЛЕКТРОНИКС, Н.В., 27.01.2010, описан монитор эпилептических припадков, прогнозирование которых основано на изменении сердцебиения. Монитор содержит систему датчиков сердцебиения, ЭЭГ, акселерометры, датчик артефактов, блок памяти, связанные с процессором, имеющим порт для связи с внешними приемными устройствами и сигнал тревоги. Предусмотрена коррекция показателя сердечных сокращений с учетом артефактов движения, регистрируемых детектором движения. Однако это узкоспециальное устройство не содержит средств анализа ЭКГ, а учет сердцебиения, даже с коррекцией на артефакты движения, недостаточен для пациента кардиологического профиля.

В патенте (RU 2266041 C2, Волобуев. 20.12.2006 - ближайший аналог) описан носимый монитор ЭКГ, содержащий блок микропроцессора с общей шиной, последовательно соединенные многоканальный блок снятия ЭКГ и мультиплексор, управляющий вход которого подключен к общей шине, АЦП, выход которого подключен к общей шине, и сменную карту памяти. Монитор включает клавиатуру и блок индикации и сигнализации. Программное обеспечение блока микропроцессора выполнено с возможностью обеспечения расчета и хранения значений и с возможностью выборочной записи их на сменную карту памяти в соответствии с программой, задаваемой с клавиатуры. Блок индикации и сигнализации не передает врачу информацию о конечном диагнозе, врачу необходимо время на обработку полученных данных.

Настоящее изобретение направлено на создание носимого монитора, который может обеспечить долговременное нахождение на теле кардиологического пациента, использовать «сухие» электроды для снятия сигналов ЭКГ, учитывать артефакты от движения пациента, а также исключить в разумных пределах техническое оперативное обслуживание и обеспечить низкое энергопотребление монитора.

Патентуемый носимый монитор для пациента кардиологического профиля содержит блок снятия электрокардиограммы, аналого-цифровой преобразователь, сменную карту памяти, связанные с микроконтроллером и блоком индикации и сигнализации.

В соответствии с изобретением дополнительно введены средства формирования SMS сообщений через GSM-модем телефона, трехкоординатный акселерометр, часы реального времени, USB-порт для подключения внешних устройств, блок подавления синфазной помехи, связанные с микроконтроллером и оперативным запоминающим устройством (ОЗУ). Блок снятия ЭКГ содержит две матрицы электродов, выполненных с возможностью закрепления и «сухого» контакта с прикардиальной областью, каждая матрица содержит две группы электродов, одна из которых подключена к блоку подавления синфазной помехи, а другая - к входам операционного усилителя, выход которого через фильтр подключен к АЦП. Микроконтроллер выполнен с возможностью занесения в ОЗУ индивидуальных параметров ЭКГ пациента и сопоставления с ними по установленным критериям параметров ЭКГ текущего мониторинга с зачетом параметров ЭКГ, полученных в отсутствие артефактов движения, регистрируемых трехкоординатным акселерометром, и при отличии параметров ЭКГ текущего мониторинга от индивидуальных параметров ЭКГ пациента на величину больше критической - формирования SMS сообщения с диагнозом через GSM-модем телефона.

Монитор может характеризоваться тем, что при наличии артефактов движения, зарегистрированных трехкоординатным акселерометром, микроконтроллер переводят в спящий режим энергопотребления, а блок снятия ЭКГ отключают.

Монитор может характеризоваться и тем, что на сменную карту памяти заносят параметры ЭКГ, предшествовавшие в течение, по меньшей мере, 60 с моменту формирования SMS сообщения.

Монитор может характеризоваться и тем, что в качестве параметров ЭКГ определяют преимущественно длительность R-R интервалов, временные и амплитудные характеристики QRS-пика и ST-сегмента.

Монитор может характеризоваться также и тем, что представляет подвеску по типу лифа, при этом матрицы электродов блока снятия ЭКГ размещены в поясной части лифа, соединены гибкими проводниками с корпусом монитора, на стенках которого укреплены трехкоординатный акселерометр, тактильный вибросигнализатор и кнопки включения, а сам корпус выполнен с возможностью помещения в карман поясной части лифа.

Технический результат изобретения - улучшение соотношения сигнал/шум в процессе длительного мониторирования ЭКГ с использованием сухих электродов (за счет распределенных матричных электродов), возможность использования пациентами с патологиями ЭКГ (за счет обучения системы, т.е. настройки на индивидуальные параметры ЭКГ пациента), снижение количества ложных срабатываний (за счет учета моментов сильной двигательной активности пациента, регистрируемой акселерометром, и отсутствия измерений ЭКГ в эти моменты), повышение длительности работы монитора без замены аккумуляторов (за счет перехода в спящий режим при обнаружении двигательной активности пациента).

Существо изобретения поясняется на чертежах, где на:

фиг.1 представлена блок-схема носимого монитора;

фиг.2 - блок-схема алгоритма функционирования;

фиг.3 - общий вид монитора:

фиг.4, 5 - конструкция матриц электродов.

Блок 1 снятия ЭКГ (см. фиг.1) содержит подвеску 2, на которой укреплены две матрицы электродов, выполненные с возможностью закрепления и «сухого» контакта с областями передней поверхности грудной клетки пациента. Каждая матрица содержит группы 3, 4 и 5, 6 электродов. Группы 4 и 6 электродов могут быть соединены проводником 7. Группы 3 и 5 электродов присоединены к входам операционного усилителя 10. Выход усилителя 10 подключен через фильтр Ф 11 к входу АЦП 12, выход которого подключен по шине последовательного интерфейса SPI к микроконтроллеру 13.

Выход ЦАП микроконтроллера 13 подключен к входу блока 14 подавления синфазной помехи, выход которого соединен с электродами 4, 6. Блок 14 представляет собой инвертирующий усилитель, в котором за счет противофазного подключения компенсирующего напряжения обеспечивается существенное снижение уровня синфазной помехи (схемные решения таких блоков известны - см., например, Зайченко К.В. и др., Съем и обработка биоэлектрических сигналов: Уч. пособие. СПбГУАП, СПб. 2001, с.45-46, рис.4.5).

Устройство содержит оперативное запоминающее устройство ОЗУ 15, SD-карту 16 памяти, бесконтактный модем 17 для формирования SMS сообщений через GSM-модем телефона, трехкоординатный акселерометр 18, часы 19 реального времени, USB-порт 20 для подключения внешних устройств, а также тактильный вибросигнализатор 21.

На фиг.3-5 показана конструкция блока 1 снятия ЭКГ. Подвеска 2 выполнена по типу лифа, фиксируемого на теле пациента посредством плечевых бретелей 22 регулируемой длины. На поясной части 23, облегающей туловище, на гибких подложках 24 установлены матрицы электродов 3, 4 и 5, 6, обеспечивающие «сухой» гальванический контакт с околососковыми областями передней поверхности грудной клетки. Электроды 25 представляют собой штыри, торцевые свободные части 26 которых имеют выпуклую сферическую поверхность, а при этом торцевые крепежные части штырей электродов укреплены на гибкой диэлектрической подложке, связанной с подвеской, выполненной из эластичного текстильного материала. При этом все торцевые крепежные части штырей электродов внутри каждой группы гальванически соединены друг с другом. Проводники, соединяющие каждую из четырех групп 3, 4, 5, 6 с усилителем 10 и блоком 14 подавления синфазной помехи, проложены внутри поясной части 23 к карману 27, где крепится корпус монитора.

Устройство работает следующим образом (см. фиг.2). Разность потенциалов с контактных групп 5 и 7 подается на специализированный операционный усилитель 10, результирующий ЭКГ-сигнал обрабатывается фильтром 11 и оцифровывается посредством АЦП 12. Оцифрованный ЭКГ сигнал передается в микроконтроллер 13 и обрабатывается совместно с оцифрованным сигналом с трехкоординатного акселерометра 18 и данными с часов 19 реального времени. Связь между микроконтроллером и АЦП, акселерометром, часами реального времени осуществляется по шине последовательного интерфейса SPI, обеспечивающего последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса.

Подробный алгоритм работы устройства приведен на фиг.2.

Пациент надевает подвеску 2, фиксирует ее посредством плечевых бретелей 22 с регулируемой длиной (шаг п.1). Поясная часть должна облегать туловище и обеспечивать «сухой» гальванический контакт с околососковыми, одна из которых, соответственно, прикардиальная, областями передней поверхности грудной клетки. После установки подвески производится включение электрического питания (п.2) одновременным нажатием на две кнопки на корпусе блока монитора (не показаны).

Далее производится проверка работоспособности модулей: АЦП 12, акселерометра 18, бесконтактного модема 17 «Bluetooth», ОЗУ 15, часов 19 и создание таблицы работоспособности (п.3). Затем производится инициализация: АЦП 12 (частота дискретизации Fд=500 Гц), акселерометра 18, бесконтактного модема 17 «Bluetooth», ОЗУ 15, часов 19 (п.4).

Далее носимый монитор переводится в режим мониторинга (п.5). Производится опрос АЦП (Fд=500 Гц) (п.6). В памяти микроконтроллера 13 производится накопление выборок и поиск RR-интервалов (п.7). Если RR-интервал найден (п.8), то производится опрос акселерометра 18: имеется ли движение пациента? (п.9).

Если был зафиксирован факт движения, то определяется его длительность (п.24), и если движение длится более 2 сек, то устройство переводится в «спящий» режим работы (п.25). В процессе «спящего» режима проводится периодический опрос акселерометра 18 и выявление отсутствия двигательной активности у пациента. Если движение отсутствует в течение 10 сек, то устройство переходит в рабочий режим.

В том случае, если пациент спокоен (акселерометр 18 не показывает движение, т.е. артефакты движения отсутствуют), то производится поиск кардиологических патологий в состоянии пациента (п.10). Для этого проводится сравнение измеренных параметров с параметрами, полученными на шаге п.21 при обучении и установленных порогах срабатывания:

ЧСС>140 - пароксизмальная тахикардия;

ЧСС>240 - трепетание предсердий:

Отсутствие R-пика;

Аритмия (Ка изм. ≥ Ка эт. + порог);

Нарушение ритма (ЧСС пачки изм. ≠ ЧСС пачки эт. или если: Nимп. изм. ≥ Nимп. эт. при ЧСС пачки изм. = ЧСС пачки эт.);

Tqrs>Tqrs + порог; Tqrst>Tqrst + порог; ST>ST + порог;

Изменился знак Р-пика? Изменился знак Т-пика?

Если по завершении стадии анализа патология найдена (п.11), осуществляется связь через модем 17 с GSM-модемом телефона пациента, микропроцессором формируется и отправляется SMS-сообщение (п.12). Это сообщение может содержать один из нижеуказанных кардиологических диагнозов: «пароксизмальная тахикардия»; «трепетание предсердий»; «отсутствие R-пика»; «аритмия»; «нарушение сердечного ритма»; «остановка сердца»; «прогноз опасных желудочковых аритмий»; «экстрасистолия»; «опасный подъем ST-сегмента»; «отсутствие R-пика или отрицательный R-пик»; «отсутствие Т-пика или отрицательный Т-пик» и др.

Далее, инициализируется SD-карта памяти (п.13, 14). В нее заносится таблица работоспособности (в виде файла HDT.txt). Затем на SD-карте создается файл LOG.txt и сохраняется 60 секундный «кусок» сигнала в файле ECG.txt (п.16). Проверяется, не подключен ли через USB-порт внешний компьютер (п.17), если да, то микропроцессор считывает с USB-порта команду с компьютера (п.18). В зависимости от команды производится либо прямая передача данных в компьютер (п.19), либо чтение данных с SD-карты памяти (п.20), либо производится индивидуальная настройка системы на пациента («обучение», п.21).

Далее проверяется, не требуется ли выключение системы (одновременным нажатием на две кнопки на корпусе блока монитора, п.22). Если «нет», то алгоритм возвращается к п.7, если «да», то к п.2.

Работа алгоритма по данному циклу шагов (пп.1-25) может осуществляться в течение многих суток. При необходимости устройство может быть отключено повторным нажатием одновременно на две кнопки на корпусе блока монитора (п.22). Включение и отключение монитора сигнализируется тактильным вибросигнализатором 21, устанавливаемым на корпусе монитора, действие которого ощущается пациентом через поясную часть лифа. Оригинальная конструкция матриц сферических электродов не оказывает раздражающего воздействия на тело пациента и позволяет снять ЭКГ-сигнал с достаточной для целей экстренного кардиодиагноза достоверностью.

Основным преимуществом устройства является возможность использования у пациентов с патологией формы ЭКГ, что обеспечивается режимом индивидуальной настройки на пациента.

Кроме того, устройство позволяет дифференцировать сигналы ЭКГ, полученные при движении пациента, от сигналов экстренных кардиологических состояний благодаря исключению артефактов движения. При наличии интенсивных движений пациента питание устройства переводится в спящий режим, чем существенно продлевается ресурс монитора.

1. Носимый монитор для пациента кардиологического профиля, содержащий блок снятия электрокардиограммы (ЭКГ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), сменную карту памяти, связанные с микроконтроллером, отличающийся тем, что
дополнительно введены средства формирования SMS сообщений через GSM-модем телефона, трехкоординатный акселерометр, часы реального времени, USB-порт для связи с внешними устройствами, блок подавления синфазной помехи, связанные с микроконтроллером и оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), при этом
блок снятия ЭКГ содержит две матрицы электродов, выполненных с возможностью закрепления и «сухого» контакта с областями передней поверхности грудной клетки, каждая матрица содержит две группы электродов, одна из которых подключена к блоку подавления синфазной помехи, а другая - к входам операционного усилителя, выход которого через фильтр подключен к АЦП, при этом
микроконтроллер выполнен с возможностью занесения в ОЗУ индивидуальных параметров ЭКГ пациента и сопоставления с ними по установленным критериям параметров ЭКГ текущего мониторинга с зачетом параметров ЭКГ, полученных в отсутствие артефактов движения, регистрируемых трехкоординатным акселерометром, и при отличии параметров ЭКГ текущего мониторинга от индивидуальных параметров ЭКГ пациента на величину больше критической - формирования SMS сообщения с диагнозом через GSM-модем телефона.

2. Монитор по п.1, отличающийся тем, что при наличии артефактов движения, зарегистрированных трехкоординатным акселерометром, микроконтроллер переводят в спящий режим энергопотребления, а блок снятия ЭКГ отключают.

3. Монитор по п.1, отличающийся тем, что на сменную карту памяти заносят параметры ЭКГ, предшествовавшие в течение, по меньшей мере, 60 с моменту формирования SMS сообщения.

4. Монитор по п.1, отличающийся тем, что в качестве параметров ЭКГ определяют преимущественно длительность R-R интервалов, временные и амплитудные характеристики QRS-комплекса и ST-сегмента.

5. Монитор по п.1, отличающийся тем, что представляет собой подвеску по типу лифа, при этом матрицы электродов блока снятия ЭКГ размещены в поясной части лифа, соединены гибкими проводниками с корпусом монитора, на стенках которого укреплены трехкоординатный акселерометр, тактильный вибросигнализатор и кнопки включения, а сам корпус выполнен с возможностью помещения в карман поясной части лифа.