Радиоканальная система кардиомониторинга и предупреждения критических ситуаций

Изобретение относится к медицинской технике. Радиоканальная система кардиомониторинга и предупреждения критических ситуаций содержит носимые дисплей, блок звукового оповещения, клавиатуру и радиомодем мегагерцового диапазона, а также носимый телеметрический прибор. С микроконтроллером носимого прибора связаны блок измерения электрокардиограммы (ЭКГ), радиомодем гигагерцового диапазона, блок поддержки стандартной гарнитуры, энергонезависимая память и блок управления и контроля питания от аккумуляторной батареи, а также измеритель подвижности на базе 3D-акселерометра, выход которого подключен к соответствующему входу микроконтроллера. Центр контроля за состоянием пациентов на базе компьютерной сети включает в себя сервер и связанные с ним рабочее место администратора, блоки просмотра ЭКГ, пульты лечащих врачей и радиомодем мегагерцового диапазона. Микроконтроллер носимого прибора выполнен с дополнительными входами и выходами, к которым подключены радиомодем мегагерцового диапазона, дисплей, блок звукового оповещения и клавиатура. В состав центра контроля состояния пациентов введен радиомодем гигагерцового диапазона. Сервер выполнен с дополнительным входом/выходом, который связан с выходом/входом радиомодема гигагерцового диапазона. Дисплей, блок звукового оповещения и клавиатура размещены в корпусе носимого телеметрического прибора. Радиомодемы мегагерцового диапазона выполнены в соответствии с технологиями Frequency Hopping ("прыгания по частотам") и LBT ("прослушивания эфира перед передачей"). Достигается повышение вероятности достоверного и своевременного выявления и предупреждения обострения состояния кардиологического пациента и снижение вероятности ложных тревог при одновременном снижении энергопотребления, увеличивающем срок действия аккумуляторной батареи в носимой части системы. 3 ил.

 

Настоящее изобретение относится к медицинской технике, а именно к биомедицинским измерениям для диагностических целей в кардиореспираторных исследованиях сердца (снятии электрокардиограммы - далее ЭКГ, измерении частоты сердечных сокращений - далее ЧСС и др.) и дыхательных систем (параметров дыхания, насыщения крови и тканей кислородом - сатурации, движения грудной стенки и др.), и может быть использовано для диагностики аритмий, блокад, ишемии сердца, а также заболеваний дыхательных органов с использованием передачи данных измерений на центральную станцию для детального анализа результатов телеметрии, предупреждения и реагирования на факторы риска и критические ситуации.

Многочисленным пациентам больниц и реабилитационных центров требуется непрерывный кардиальный контроль в течение продолжительного периода времени. В эту группу пациентов входят те, кто могут иметь аритмии мерцательного характера, трепетания предсердий и другие суправентрикулярные тахикардии, а также предсердную или желудочковую эктопию, мерцательные брадиаритмии, перемежающуюся блокаду ножек предсердно-желудочкового пучка и аритмии, связанные с состояниями типа гипертиреоза или хронической болезни легких. Другие пациенты могут демонстрировать симптомы, вызванные аритмиями сердца, такие как головокружения или неясности сознания, обмороки или одышки. Многие пациенты могут нуждаться в контроле на наличие кардиальных эффектов действия лекарственных средств в тех ситуациях, когда аритмические эффекты лекарственных средств или эффекты лекарственных средств по подавлению аритмии должны контролироваться. Для лекарственных средств с хорошо известными аритмическими эффектами должно контролироваться возможное удлинение интервала QT на ЭКГ. Пациентам, которым диагностировано нарушение дыхания во время сна, перенесшие систолическую или транзиторную ишемическую атаку или которые поправляются после кардиальной хирургической операции, также может быть показан непрерывный кардиальный контроль.

В настоящее время используются несколько видов кардиальных контрольных устройств. Для непрерывной записи ЭКГ пациента в течение суток применяют мониторы Холтера, например, холтеровские системы мониторирования компаний Del Mar Medical, Reynolds Medical (Великобритания) или американской компании Spacelab Healthcare (vokmed.ru). Однако данные, зарегистрированные монитором Холтера, становятся известны и могут быть проанализированы только после того, как закончен период регистрации. Немедленный анализ ЭКГ невозможен, поскольку данные ЭКГ только регистрируются и не сообщаются немедленно. Кроме того, при ношении монитора Холтера из-за его многочисленных проводов и электродов многие пациенты чувствуют себя ограниченными для участия в нормальной жизнедеятельности и часто отказываются от такого контроля из-за дискомфорта и неудобства этих мониторов.

Другое используемое в настоящее время контрольное кардиоустройство - это циклический ЭКГ-монитор или монитор событий (патент RU №2299008, А61В 5/02, А61В 5/0205). Циклический монитор записывает данные в непрерывном цикле регистрации ЭКГ. Когда цикл завершен, циклический монитор стирает и перезаписывает ранее записанные данные. Циклический монитор поэтому неэффективен в качестве регистратора для длительного периода времени, так как данные могут быть потеряны. При использовании монитора событий к пациенту прикрепляют многочисленные электроды и провода, так чтобы монитор мог активироваться пациентом всякий раз, когда пациент чувствует симптоматику. Когда пациент чувствует боль или дискомфорт, он активирует монитор, чтобы сделать запись ЭКГ во время симптома. Некоторые системы контроля также имеют возможность передавать данные ЭКГ на местную базовую станцию, которая ретранслирует данные ЭКГ по телефону в диагностический центр, где они могут немедленно тщательно исследоваться на наличие аритмий. Однако это ограничивает нормальную ежедневную деятельность пациента, поскольку пациент должен непрерывно оставаться в пределах дальности действия местной базовой станции.

Для повышения эффективности кардиальной системы контроля желательно преодолеть недостатки этих устройств. Такая система должна непрерывно регистрировать форму ЭКГ пациента, анализировать ЭКГ на наличие аритмий в реальном времени и посылать данные ЭКГ врачу-диагносту всякий раз, когда обнаруживается существенная аритмия. Система должна приводиться в действие пациентом, чтобы записывать симптоматическое событие предпочтительно с устным описанием события и должна затем автоматически посылать описание симптома и сопутствующие данные ЭКГ врачу или в центр контроля для исследования. Система контроля должна быть комфортабельной и удобной для пациента, чтобы использовать ее без нарушения его нормальной ежедневной жизнедеятельности.

В значительной степени указанным требованиям удовлетворяет "Система контроля ЭКГ с беспроводной связью" по патенту RU №2501520, А61В 5/0432, G06F 19/00, Н04М 1/02, Миниатюрный монитор на липком пластыре прикрепляется к груди пациента. Монитор непрерывно записывает и анализирует ЭКГ. В случае обнаружения подозреваемой аритмии запись данных ЭКГ передается с помощью Bluetouth-канала связи непосредственно на сотовый телефон типа смартфон, также находящийся у пациента, который посылает эту информацию в компьютеризированный центр контроля за состоянием пациентов для клинического просмотра персоналом больницы и/или лечащим врачом. Пациент может выполнить также голосовую запись симптоматического события на сотовом телефоне, который сразу же передает эту голосовую запись и выполненную параллельно запись ЭКГ в вышеупомянутый центр контроля. ЭКГ-монитор может записывать непрерывный многовекторный сигнал ЭКГ в течение, по меньшей мере, 24 часов, после чего 24-часовой архив передается в центр контроля для диагностического анализа. ЭКГ-монитор выполнен с возможностью уведомления центра об изменении "статуса ЭКГ-монитора", типа "незакрепленный электрод", "потеря сигнала", "разрядка аккумуляторной батареи" и т.п., и о выявленном кардиальном событии, обеспечивая регистрацию работы монитора для контроля процедуры или содействия пациенту в угрожающей либо критической ситуации. Электроника сотового телефона выполнена с возможностью отвечать на уведомление от ЭКГ-монитора о статусе. Указанная система контроля ЭКГ с беспроводной связью выбрана в качестве ближайшего аналога предлагаемой радиоканальной системы кардиомониторинга и предупреждения критических ситуаций.

Указанная система состоит из находящихся у пациента носимого телеметрического прибора - ЭКГ-монитора и сотового телефона типа смартфон, неотъемлемыми частями которого являются микроконтроллер и связанные с ним клавиатура, дисплей, модули голосовой связи и звукового оповещения (динамик, наушники, гарнитура), а также компьютерного центра контроля состояния пациентов, включающего в себя сервер и связанные с ним терминал сотовой связи мегагерцового диапазона, зарегистрированный в Интернет-сети и выполненный с возможностью обмена данными со смартфоном в протоколе HTTP, а также компьютерную сеть, включающую в себя сервер, рабочее место администратора, блоки просмотра ЭКГ и пульты лечащих врачей. Носимый телеметрический прибор также выполнен на основе микроконтроллера, с которым связаны блок измерения ЭКГ, энергонезависимая память, блок управления и контроля питания от аккумуляторной батареи, блок поддержки стандартной (например, Bluetouth) гарнитуры и радиоканал гигагерцового диапазона. В состав ЭКГ-монитора входит также измеритель подвижности на базе 3D-акселерометра, позволяющий фиксировать такие критические изменения состояния пациента, как падение в обморок.

Применение в составе описанной системы контроля ЭКГ стандартной сотовой сети связи обеспечивает возможность мониторинга состояния пациентов из центра контроля при любом местоположении пациента - глобального мониторинга, что, несомненно, является достоинством системы. Однако, за это преимущество приходится платить, как в прямом смысле - платой оператору сети за трафик, так и техническими ограничениями - увеличением энергопотребления носимой части системы, требующим постоянной подзарядки аккумуляторных батарей, что не всегда возможно на практике.

Другим серьезным недостатком описанной выше системы является недостаточно высокая информативность измерений из-за того, что в один момент времени проводится измерение только ЭКГ. В то же время известно, например, из учебника Шершнев В.Г. и др. Клиническая реография. Киев: "Здоровье", 1977, с. 3-7, что значительное увеличение информативности мониторирования сердечно-сосудистой системы, повышение достоверности диагностики сердечных заболеваний и снижение вероятности ложных тревог могут быть достигнуты путем одновременной регистрации ЭКГ и реографии - неинвазивного метода исследования кровоснабжения органов, в основе которого лежат изменения электрического сопротивления тканей, в связи с меняющимся кровенаполнением. Для еще более достоверной оценки ситуации целесообразно также использовать информацию о дыхании и артериальном давлении пациента. Следствием недостаточной информативности измерений является высокая вероятность ложных тревог, приводящая к нерациональной нагрузке медицинского персонала. Особенно болезненно этот недостаток может проявляться при больших удалениях пациента от центра контроля, например, при нахождении его дома после выписки из больницы или реабилитационного центра. В больших городах-миллионниках (Москва, С-Петербург и др.) ситуация с оказанием своевременной медицинской помощи пациенту при выявлении у него критической симптоматики усугубляется сложностью передвижения машин скорой помощи из-за уличных пробок. В этих случаях указанный недостаток ближайшего аналога практически сводит на нет его преимущество, связанное с возможностью глобального мониторинга пациента. Следует также отметить, что использование стандартной сети связи ограничивает, а фактически определяет выбор языка программирования, например, для сотовых телефонов - это язык JAVA ("Пишем софт для телефона" - www.mobilab.ru). Это накладывает жесткие ограничения на выбор и количество внешних датчиков биомедицинских сигналов, которые могли бы быть подключены к ЭКГ-монитору для превращения его в полноценный высокоинформативный носимый телеметрический прибор, что, в свою очередь, снижает точность измерений и достоверность прогнозирования состояния пациента. Поэтому с точки зрения профессионального медицинского контроля состояния пациента при нахождении его в стенах стационара и в ближайшей околобольничной или парковой зоне описанная выше система является не достаточно эффективной. С одной стороны, она избыточна с точки зрения такого параметра, как зона действия, а с другой стороны, недостаточно информативна, если рассматривать ее в качестве основного источника информации для оперативного принятия решений по предупреждению и действиям в критических для пациентов ситуациях.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение указанных выше недостатков ближайшего аналога.

Технический результат, который планируется достичь при использовании предлагаемого изобретения, заключается в повышении вероятности достоверного и своевременного выявления и предупреждения обострения состояния кардиологического пациента при снижении вероятности ложных тревог за счет комплексного применения разнообразных кардиореспираторных датчиков и возможности индивидуальной подстройки порогов достижения критических уровней, указывающих на необходимость принятия предупредительных или экстренных мер реагирования, при одновременном снижении энергопотребления, увеличивающем срок действия аккумуляторной батареи в носимой пациентом части системы.

Указанный технический результат планируется достичь благодаря тому, что в известную систему, содержащую носимые дисплей, блок звукового оповещения, клавиатуру, первый радиомодем мегагерцового диапазона и второй радиомодем гигагерцового диапазона, а также носимый телеметрический прибор на базе микроконтроллера, с которым связаны блок измерения ЭКГ, первый радиомодем гигагерцового диапазона, например, сети Wi-Fi, блок поддержки стандартной гарнитуры, энергонезависимая память, блок управления и контроля питания от аккумуляторной батареи, и измеритель подвижности на базе 3D-акселерометра, выход которого подключен к соответствующему входу микроконтроллера, центр контроля за состоянием пациентов на базе компьютерной сети, включающей в себя сервер, рабочее место администратора, блоки просмотра ЭКГ и пульты лечащих врачей и связанный с сервером второй радиомодем мегагерцового диапазона, введен многоканальный блок сопряжения, выполненный с возможностями приема биомедицинских сигналов от установленных на теле пациента внешних датчиков, в том числе, измерителя частоты дыхания, пульсоксиметра и неинвазивного измерителя артериального давления, при этом дисплей, блок звукового оповещения и клавиатура размещены в корпусе носимого телеметрического прибора, а сервер компьютерного центра контроля выполнен с возможностью связи со вторым радиомодемом гигагерцового диапазона, установленным в этом центре, при этом микроконтроллер носимого телеметрического прибора выполнен с дополнительными входами и выходами, служащими для связи с первым радиомодемом мегагерцового диапазона и для подключения к дисплею, блоку звукового оповещения и клавиатуре.

Благодаря совокупности указанных существенных признаков, решается задача повышения вероятности достоверного и своевременного выявления и предупреждения обострения состояния кардиологического пациента при снижении вероятности ложных тревог, т.е. уменьшении нерациональной нагрузки на медперсонал при одновременном снижении энергопотребления, увеличивающем срок действия аккумуляторной батареи в носимой части системы.

Суть изобретения поясняется на фигурах 1-3.

На фиг. 1 приведена обобщенная структурная схема предлагаемой системы радиоканального кардиомониторинга и предупреждения критических ситуаций.

На фиг. 2 показана структурная схема носимой части указанной системы - носимого телеметрического прибора.

На фиг. 3 приведена структурная схема центра контроля состояния пациентов.

На фиг. 1 - фиг. 3 использованы следующие обозначения: 1 - носимый телеметрический прибор; 2 - микроконтроллер; 3 - блок измерения ЭКГ; 4 - ногоканальный блок сопряжения; 5 - измеритель подвижности на базе 3D-акселерометра; 6 - энергонезависимая память; 7 - центр контроля состояния пациентов; 8 - первый радиомодем гигагерцового диапазона; 9 - первый радиомодем мегагерцового диапазона; 10 - блок поддержки стандартной гарнитуры; 11 - клавиатура; 12 - дисплей; 13 - блок звукового оповещения; 14 - блок управления и контроля питания от аккумуляторной батареи; 15 - второй радиомодем гигагерцового диапазона; 16 - торой радиомодем мегагерцового диапазона; 17 - сервер; 18 - рабочее место администратора центра; 19 - блок просмотра ЭКГ; 20 - пульт лечащего врача.

Предлагаемая радиоканальная система кардиомониторинга и предупреждения критических ситуаций содержит носимый телеметрический прибор 1 и центр 7 контроля состояния пациентов, содержащий второй радиомодем 16 мегагерцового диапазона, второй радиомодем 15 гигагерцового диапазона и компьютерную сеть, включающую в себя сервер 17, связанный со вторым радиомодемом 16 мегагерцового диапазона и вторым радиомодемом 15 гигагерцового диапазона, а также связанные с сервером 17 в единой компьютерной сети рабочее место 18 администратора, блоки 19 просмотра ЭКГ и пульты 20 лечащих врачей. Носимый телеметрический прибор 1 содержит клавиатуру 12, дисплей 12, блок 13 звукового оповещения и микроконтроллер 2, с которым связаны многоканальный блок 4 сопряжения, выполненный с возможностями приема биомедицинских сигналов от установленных на теле пациента внешних датчиков, в том числе, измерителя частоты дыхания, пульсоксиметра и неинвазивного измерителя артериального давления, первый радиомодем 8 гигагерцового диапазона, первый радиомодем 9 мегагерцового диапазона, блок 10 поддержки стандартной гарнитуры, блок 3 измерения ЭКГ, энергонезависимая память 6, блок 14 управления и контроля питания от аккумуляторной батареи, а также измеритель 5 подвижности на базе 3D-акселерометра, выход которого подключен к соответствующему входу микроконтроллера 2, при этом входы дисплея 12 и блока 13 звукового оповещения подключены к соответствующим выходам микроконтроллера 2, к одному из входов которого подключена клавиатура 11.

Специфической особенностью предлагаемой системы по сравнению с ближайшим аналогом является то, что для связи носимого телеметрического прибора 1 с центром 7 контроля состояния пациентов используется не последовательно включенные "ближний" радиоканал гигагерцового диапазона и "дальний" радиоканал мегагерцового диапазона, а в зависимости от степени удаленности пациента от центра 7 контроля, активируется один из этих радиоканалов. Так, в "ближней зоне", например, в пределах помещений больницы, оборудованных точками доступа к сети Wi-Fi, связь осуществляется только в гигагерцовом диапазоне, а за пределами больницы, например, в парковой зоне, не охваченной сетью Wi-Fi, - только в мегагерцовом диапазоне. То есть, в отличие от ближайшего аналога, в котором одновременно работают два радиоканала, в рассматриваемой системе работает только один радиоканал. Это позволяет существенно снизить энергопотребление носимого прибора при сохранении высокой информативности данных, получаемых центром 7 контроля состояния пациентов для принятия решений по предупреждению и реагированию в критических ситуациях.

При этом в радиомодемах "дальнего" радиоканала используется не штатная, как в ближайшем аналоге, электроника сотовых телефонов (GSM, GPRS и т.п.) с мощностями излучения в несколько Вт, а трансиверы типа SX1272, отличительными особенностями которого являются:

высокая чувствительность;

широкий диапазон измерения и регулирования уровня мощности принимаемого сигнала;

возможность работы без ухудшения параметров при низком (до 1,8 B) напряжении питания;

применение технологий Frequency Hopping ("прыгания по частотам") и LBT ("прослушивания эфира перед передачей"), позволяющих эффективно использовать ограниченный частотный диапазон, избегать коллизий при множественном доступе и бороться с "замиранием" сигналов из-за интерференции.

Такие радиомодемы широко применяются в радиоканальных охранных системах (www.altonika.ru), где они обеспечивают дальность действия в десятки км при разрешенных мощностях до 10 мВт и чрезвычайно высокой помехоустойчивости, обусловленной применением указанных выше технологий.

Для уменьшения электропотребления в "ближнем" радиоканале в опытных образцах системы, реализованных предприятием-заявителем, использованы экономичные C3199mod, обеспечивающие связь с через стандартные точки доступа сети WiFi в реальном масштабе времени. Существующие алгоритмы позволяют обеспечить плавный переход от одной точки доступа стандарта WiFi к другой без потери передаваемой информации.

В качестве энергонезависимой памяти 6 может быть использована обычная микроSD-карта объемом до 16 Гб.

Дисплей 12 может быть выполнен на базе OLED-индикатора UG-6028GDEBF02 на 160×128 точек размером 40×34 мм. Дисплеи на основе OLED-технологии в настоящее время являются оптимальными по соотношению качества изображения и энергопотребления.

В блоке 11 управления и контроля питания от аккумуляторной батареи используется аккумуляторная LiP-батарея емкостью 3A*ч.

Компьютерная сеть в центре 7 контроля состояния пациентов, как и в ближайшем аналоге, реализуется на базе обычных персональных компьютеров, стандартного периферийного оборудования, с доступным общим ПО.

Специальное ПО в рассматриваемой системе состоит из отдельных программных модулей, каждый из которых обеспечивает выполнение конкретных возложенных на него функций.

Для конкретности ниже описаны функции и операции, выполняемые основными программными модулями опытного образца рассматриваемой системы, успешно прошедшей испытания на предприятии-заявителе.

Специальное ПО носимого телеметрического прибора 1 выполнено в виде двух программных блоков МЕД и СИСТ, каждый из которых выполняет свои специфические функции и содержит свой набор программных модулей.

Так, программный блок МЕД обеспечивает реализацию микроконтроллером 2 и его периферийными устройствами функций по медицинским измерениям (ЭКГ, дахания, сатурации и др.), контролю подвижности пациента и обмену данными со вторым программным блоком СИСТ.

Программный блок СИСТ обеспечивает реализацию микроконтроллером 2 и его периферийными устройствами функций накопления, хранения и передачи по "ближнему" и "дальнему" радиоканалам медицинских данных, голосового контакта с пациентом, контроля заряда/разряда аккумуляторной батареи, настройки и хранения информации у пациента, а также ряда других полезных функций.

Программный блок МЕД включает в себя следующие основные программные модули:

Модуль USB.

Используется для отладки и контроля на персональном компьютере (PC) работы всего программного модуля MED.

Модуль ECG.

Используется для измерения ЭКГ с использованием специализированного АЦП ADS1293. Помимо собственно измерений, он фиксирует обрывы электродов, осуществляет дополнительную цифровую фильтрацию ЭКГ, вычисляет ЧСС, определяет и фиксирует наличие импульсов кардиостимулятора.

Модуль BREATH.

Используется для измерения параметров дыхания с помощью грудного пояса.

Модуль I2CAXEL.

Используется для оценки подвижности пациента с помощью 3D-акселерометра MMA8652Q.

Модуль UARTSP02.

Используется для измерения сатурации с помощью внешнего подключаемого пульсоксиметра.

Модуль RFLORA.

Используется для управления радиомодемом диапазона 868 МГц и осуществляет передачу основных/критических параметров.

Модуль MAIN.

Используется для инициализации микроконтроллера 2 и его периферии, внутренних и внешних модулей, общее управление процессами измерений и обработки данных, определение и передача основных/критических параметров.

Программный блок СИСТ включает в себя следующие основные программные модули:

Модуль debug.

Позволяет выводить отладочную информацию через последовательный порт.

Модуль com.

Это шаблонный класс со стандартным интерфейсом, реализующий буферизированное нульмодемное асинхронное соединение, поверх аппаратных модулей UART.hxx и USART.hxx. На его основе построено ПО для настройки параметров на PC.

Модуль sd_mmc.

Это программный модуль, знающий как организована работа с микроSD-картой, и предоставляющий высокоуровневый интерфейс для приложения, осуществляющий операции инициализации, чтения/записи (в том числе блочно), энергосбережения.

Модуль 602813h.

Это низкоуровневый драйвер, умеющий инициализировать экран дисплея 12 и предоставляющий низкоуровневые функции рисования.

Модуль Ti.

Этот модуль представляет из себя как низкоуровневый драйвер, так и библиотеку, предоставляющую высокоуровневый программный интерфейс приложению, разработанный на основе Texas Instruments СС3100 SDK, то есть комплект средств разработки, предоставляемых производителем в обеспечение поддержки его продукции - использованного в опытном образце Wifi модуля Ti CC3100MOD.

Модуль network.

Предназначен для обеспечения подключения к сети через WiFi соединение.

Модуль ADCDAC.

Осуществляет оцифровку с помощью АЦП данных с микрофона в блоке 10 поддержки стандартной гарнитуры, обработку фильтром, улучшающим разборчивость голоса, буферизацию и предоставление их для передачи модулю стандартной гарнитуры "Microphone". Также получает данные от модуля стандартной гарнитуры "Speaker" для буферизации/подмены в случае простоя и выводит эти данные на цифроаналоговый преобразователь.

Модуль RTC.

Обеспечивает функции отображения даты и времени.

Модуль SD

Организует прием данных от программного блока МЕД, буферизацию и запись на микроSD-карту. Этот модуль обеспечивает режим максимальной экономии энергии при отключении связи Wifi.

Модуль Online.

Организует онлайн трансляцию данных в центр 7 контроля состояния пациентов, если медперсоналу требуются свежие измеренные данные и есть связь по сети Wifi.

Модуль Histopy.

Организует передачу на сервер 17 накопленных за время отсутствия Wifi связи данных на максимально возможной скорости, естественно при наличии Wifi связи.

Модуль Brain.

Организует канал управления между носимым телеметрическим прибором 1 и центром 7 контроля состояния пациентов для передачи служебной и управляющей информации, а также коротких сообщений и вызовов голосовой связи.

Модуль WiFi.

Организует контроль качества WiFi связи для своевременного отключения аппаратуры WiFi при недостаточном качестве связи. Также организует периодическое сканирование на предмет наличия возможности установления WiFi соединения, тем самым балансируя между оперативностью передачи информации и энергосбережением, сообразуясь с предустановками параметров системы и реальной доступностью WiFi связи.

Модуль smartconfig.

Организует ввод информации, необходимой для подключения к точке доступа WiFi.

Совокупность описанных выше аппаратных и программных средств обеспечивает возможность практической реализации и эксплуатации предлагаемой радиоканальной системы.

Описанная выше радиоканальная система кардиомониторинга и предупреждения критических ситуаций работает следующим образом.

Функциональным ядром носимого телеметрического прибора 1 является микроконтроллер 2, с которым взаимодействуют периферийные компоненты, каждая из которых выполняет свои специфические функции и содержит соответствующий набор конструктивных элементов и модулей ПО.

Микроконтроллер 2 обеспечивает контроль за проведением медицинских измерений (ЭКГ, параметров дыхания, сатурации, артериального давления и др.), выполняет функции управления накоплением, хранением и беспроводной передачей данных, а также управление голосовой связью с пациентом, контроль заряда/разряда аккумуляторной батареи, управление выбором и установкой (настройкой) измеряемых медицинских параметров, и ряд других необходимых функций.

В блоке 3 измерения ЭКГ осуществляются прием аналоговых сигналов от установленных на теле пациента электродов - отведений, аналогово-цифровое преобразование принятых сигналов, цифровая фильтрация, анализ и передача результатов в микроконтроллер 2.

Три сигнала отведений формируются способом, эквивалентным способу, которым формируются отведения I, II и III в традиционном наборе отведений ЭКГ. Сигналы отведений подаются на анализатор характеристик ЭКГ, определяющий такие характеристики сигнала ЭКГ, как комплекс QRS, средняя ЧСС, интервал R-R и частота пульса. Характеристики ЭКГ подаются на устройство обнаружения аритмии, анализирующее ЭКГ по определенным характеристикам сигнала и пороговым значениям, определяемым врачом пациента.

Многоканальный блок 4 сопряжения выполняет функции, аналогичные блоку 3 измерения ЭКГ, но по отношению к другим параметрам мониторирования (параметрам дыхания, сатурации, артериального давления и др.). Этот список измеряемых показателей деятельности кардио-респираторной системы пациента может дополняться и варьироваться, в зависимости от состава и характеристик подключаемых биомедицинских датчиков.

Внутри носимого телеметрического прибора 1 расположен измеритель 5 подвижности на базе 3D акселерометра (в ближайшем аналоге используется пьезоэлектрическая пластина). Этот датчик движения воспринимает движение ЭКГ-монитора 1, когда он прикреплен к пациенту, и, следовательно, двигательную деятельность пациента. Сигнал движения от датчика усиливается, оцифровывается аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и записывается с помощью микроконтроллера 2 в энергонезависимую память 6. Сигнал движения является четвертым каналом данных, посылаемым центру 7 контроля состояния пациентов вместе с сигналами ЭКГ, и может быть коррелирован с информацией ЭКГ, чтобы интерпретировать возможные состояния пациента, Например, пауза в сигнале ЭКГ, сопровождаемая большим сигналом движения, может указывать, что пациент, склонный к обморокам, упал в обморок.

Запись ЭКГ, информация, получаемая из многоканального блока 4 сопряжения и информация о событии, которые могут посылаться отдельно или объединяться вместе, пакетируются и выгружаются с частотой регистрации порядка 200 Гц на микроSD-карту энергонезависимой памяти 6. К примеру, при указанной частоте регистрации 200 Гц в памяти объемом 2 Гб могут храниться данные ЭКГ, записанные в течение приблизительно 36 часов. Одновременно совокупность биомедицинских данных через микроконтроллер 2 поступает в первый радиомодем 8 гигагерцового диапазона "ближнего" радиоканала либо в первый радиомодем 9 мегагерцового диапазона "дальнего" радиоканала, которые транслируют их в центр 7 контроля состояния пациентов.

Носимый телеметрический прибор 1 содержит также блок 10 поддержки стандартной гарнитуры, обеспечивающий голосовую связь пациента с носимым телеметрическим прибором 1 и через него - центром 7 контроля состояния пациентов.

Автоматический переход от "ближнего" к "дальнему" радиоканалу позволяет осуществлять непрерывное детальное кардиореспираторное мониторирование пациента при нахождении его как в помещениях клиники, так и вне ее, не теряя контакт с ним вне зоны покрытия сети Wi-Fi. Благодаря возможности автоматического перехода с одного радиочастотного канала на другой, экономится ресурс аккумуляторной батареи, а следовательно, увеличивается время ее эксплуатации без подзарядки.

С этой же целью в блоке 10 поддержки стандартной гарнитуры реализованы следующие технические решения:

- уменьшение динамического диапазона сигналов с микрофонного входа гарнитуры с помощью полосовой фильтрации, динамического управления коэффициентом передачи и ограничения максимального уровня по среднеквадратическому значению амплитуды сигнала.

- сжатие цифрового аудиопотока с помощью программного узкополосного кодера. Поток разделяется на фреймы, которые нумеруются и упаковываются в блоки с перекрытием, которые затем передаются в эфир через первый радиомодем 8 гигагерцового диапазона. Принятый этим радиомодемом сигнал декодируется, превращаясь в аудиопоток, компрессируется, подается во встроенный цифроаналоговый преобразователь и через усилитель с управляемым коэффициентом передачи подается на динамики гарнитуры.

Микроконтроллер 2 выполняет следующие основные функции:

- управление накоплением и хранением информации в энергонезависимой памяти 6;

- контроль за двухканальной двухсторонней передачей по радиоэфиру данных кардиореспираторного мониторирования и служебной информации в центр 7 контроля состояния пациентов;

- управление голосовой связью с помощью блока 10 поддержки стандартной гарнитуры;

- управление отображением и визуальный контроль за этими процессами с помощью клавиатуры 11 и дисплея 12;

- управление звуковым оповещением, в частности, трансляцией сигналов тревоги с помощью блока 13 звукового оповещения.

Входящий в состав носимого телеметрического прибора 1 блок 14 управления и контроля питания аккумуляторной батареи контролирует состояние заряда/разряда аккумуляторной батареи и управляет зарядом этой батареи. Находящийся в этом блоке датчик заряда непрерывно оценивает состояние батареи, ее уровень заряда и ее способность к заряду.

Информация, переданная по "ближнему" радиоканалу, принимается в центре 7 контроля состояния пациентов вторым радиомодемом 15 гигагерцового диапазона. При передаче информации по "дальнему" радиоканалу она принимается вторым радиомодемом 16 мегагерцового диапазона. В обоих случаях эта информация поступает на сервер 17, который обрабатывает ее под управлением рабочего места 18 администратора центра, в соответствии с заданными алгоритмами, и адресно распределяет в компьютерной сети по блокам 19 просмотра ЭКГ и пультам 20 лечащих врачей.

Если передача ведется во время события, сопроводительная запись ЭКГ просматривается техническим специалистом по ЭКГ в блоке 19 просмотра ЭКГ. Если ведется передача ежедневного архива данных ЭКГ, то он подвергается сортировке и регистрации на рабочем месте 18 администратора центра. Отчеты на основе событий, диагностированных техническим специалистом по ЭКГ, или ежедневной архивной записи, направляются на пульт 20 лечащего врача, ответственного за данного пациента. Общая координация работы центра 7 контроля состояния пациентов осуществляется с рабочего места 18 администратора центра.

Каждодневная передача всего архива регистрации данных дает возможность диагностирования тонких кардиальных состояний, которые не могут быть обнаружены при типовой регистрации записей ЭКГ. Например, верхний предел тревоги по частоте сердечных сокращений может быть установлен на уровне, значительно превышающем нормальный ритм сердца пациента. Таким образом, небольшое увеличение частоты сердечных сокращений пациента не может быть обнаружено устройством обнаружения аритмии пациента как подлежащее регистрации событие. Однако небольшое увеличение частоты сердечных сокращений может повторяться многократно за короткий период времени или может длиться постоянно в течение длительного периода времени. Такие более тонкие поведения кардиального ритма могут распознаваться более сложными системами анализа, работающими на полное раскрытие данных, анализ каждого ежедневного архива данных и создание ежедневного отчета, в котором идентифицируются такие симптоматические образцы сердечного ритма. Идентификация таких тонкостей в ежедневном архиве с помощью сложных программ анализа в центре 7 контроля состояния пациентов позволяет установить срочный диагноз состояния пациента и/или обеспечивает возможность перенастройки уровней тревог и пределов индикации тревог, чтобы позволяет более эффективно раскрывать характеристики кардиального состояния пациента в дальнейшем.

Врач пациента может во время исследования принять решение изменить параметры аритмии, которые должны обнаруживаться. Например, порог для обнаруженной тахикардии может быть установлен на начальное состояние 160 ударов/минуту. Такое изменение может быть установлено техническим специалистом в блоке 19 просмотра ЭКГ и новая настройка будет послана на носимый телеметрический прибор 1 пациента в качестве изменения конфигурации измеряемых параметров. Новая информация о конфигурации направляется сервером 17 по "ближнему" или "дальнему" радиоканалу, в зависимости от степени удаленности пациента от центра 7 контроля, поступает на носимый телеметрический прибор 1 пациента, где она устанавливается в блоке 3 измерения ЭКГ.

Пределы и пороги могут устанавливаться с помощью клавиатуры 11 и дисплея 12 в соответствующих полях выпадающего меню касательно: желудочковой фибрилляции, высокой частоты сердечных сокращений, низкой частоты сердечных сокращений, очень низкой частоты сердечных сокращений, систолы, паузы в сердечных сокращениях, фибрилляции предсердий.

В дополнение к пределам обнаружения пользователь может также устанавливать приоритет тревоги, такой как срочный, средний или низкий приоритет. Когда технический специалист по ЭКГ установил желательные пороги и приоритеты, конфигурация сохраняется кнопкой "сохранить". Если мониторирование еще не началось, информация о конфигурации сохраняется на сервере 17 в центре 7 контроля и передается на носимый телеметрический прибор 1, когда он первоначально размещается на пациенте. При первом сеансе связи носимого телеметрического прибора 1 с центром 7 контроля состояния пациентов носимый телеметрический прибор 1 проверяет информацию о конфигурации, которая затем загружается и устанавливается в устройстве обнаружения аритмии в блоке 3 измерения ЭКГ. Если мониторирование уже началось, то новая конфигурация немедленно загружается для установки. В дополнение к семи стандартным тревогам, связанным с аритмией, пользователь также имеет возможность установить заказную тревогу для конкретного пациента.

Сообщения и информация о пациенте могут быть зарегистрированы на сервере 17 для возможности доступа к ним посредством конкретных учетных записей. Учетной записью могут быть идентификационные данные лечащего врача, больницы, клиники, реабилитационного центра или санатория. Информация о пациенте должна быть защищена паролем для обеспечения конфендициальности персональных данных пациента. С рабочего места 18 администратора центра можно отслеживать деятельность по конкретной учетной записи, получая информацию о статусе и информацию о пароле учетной записи и его использовании. Большое число неудачных попыток получить паролированный доступ может быть индикатором того, что кто-то ищет возможность несанкционированного доступа к информации учетной записи, что необходимо расследовать. Деятельность по входу в систему для доступа к учетной записи также прослеживается. Блок 19 просмотра ЭКГ, позволяет осуществлять анализ информации о событии, принятой в центре 7 контроля состояния пациентов от носимого телеметрического прибора 1. В возможном варианте реализации системы экран блока 19 просмотра ЭКГ может иметь четыре основных раздела: окно, которое показывает информацию о конкретной процедуре или исследовании и перечисляет уведомления, принятые от этого пациента; окно событий, которое отображает информацию, принятую во время события; окно просмотра ЭКГ и окно просмотра данных, полученных от других биомедицинских датчиков. В этих окнах все данные, переданные носимым телеметрическим прибором 1, могут быть проанализированы более детально.

Всякий раз, когда статус носимого телеметрического прибора 1 изменяется, он посылает соответствующее уведомление и эти уведомления, отправляются в центр 7 контроля по "ближнему" или "дальнему" радиоканалу. Например, когда монитор ощущает, что он находится на пациенте и принимает сигналы ЭКГ от пациента, посылается сообщение о соответствующем статусе. Когда носимый телеметрический прибор 1 обнаруживает неподключенный вывод ЭКГ, также посылается сообщение, но уже о другом статусе. Когда неподключенный вывод снова прикрепляется к телу пациента, снова отправляется сообщение об изменении статуса. Таким образом, непрерывный поток сообщений о статусе позволяет центру 7 контроля оценивать характер использования пациентом носимого телеметрического прибора 1 и технический специалист в центре 7 контроля состояния пациентов имеет возможность вмешиваться в процесс мониторинга с передачей вызова по соответствующему радиоканалу, если поток сообщений указывает на то, что пациент имеет проблему или что-то упускает.

Совокупность описанных выше аппаратных и программных средств позволяет получить ожидаемый технический результат, заключающийся, как указывалось ранее, в повышении вероятности достоверного и своевременного выявления и предупреждения обострения состояния кардиологического пациента при снижении вероятности ложных тревог за счет комплексного применения разнообразных кардиореспираторных датчиков и возможности индивидуальной подстройки порогов достижения критических уровней, указывающих на необходимость принятия предупредительных или экстренных мер реагирования, при одновременном снижении энергопотребления, увеличивающем срок действия без подзарядки аккумуляторной батареи в носимом телеметрическом приборе.

Проведенные испытания опытного образца заявленной радиоканальной системы кардиореспираторного мониторинга и предупреждения критических ситуаций полностью подтвердили его работоспособность и возможность достижения ожидаемого технического результата.

Радиоканальная система кардиомониторинга и предупреждения критических ситуаций, содержащая носимые дисплей, блок звукового оповещения, клавиатуру и радиомодем мегагерцового диапазона, а также носимый телеметрический прибор, содержащий микроконтроллер, с которым связаны блок измерения электрокардиограммы (ЭКГ), радиомодем гигагерцового диапазона, блок поддержки стандартной гарнитуры, энергонезависимая память и блок управления и контроля питания от аккумуляторной батареи, а также измеритель подвижности на базе 3D-акселерометра, выход которого подключен к соответствующему входу микроконтроллера, центр контроля за состоянием пациентов на базе компьютерной сети, включающей в себя сервер и связанные с ним рабочее место администратора, блоки просмотра ЭКГ, пульты лечащих врачей, и радиомодем мегагерцового диапазона, отличающаяся тем, микроконтроллер носимого телеметрического прибора выполнен с дополнительными входами и выходами, к которым подключены радиомодем мегагерцового диапазона, дисплей, блок звукового оповещения и клавиатура, в состав центра контроля состояния пациентов введен радиомодем гигагерцового диапазона, а сервер выполнен с дополнительным входом/выходом, который связан с выходом/входом радиомодема гигагерцового диапазона, при этом дисплей, блок звукового оповещения и клавиатура размещены в корпусе носимого телеметрического прибора, а радиомодемы мегагерцового диапазона выполнены в соответствии с технологиями Frequency Hopping ("прыгания по частотам") и LBT ("прослушивания эфира перед передачей").