RU2766046C1

RU2766046C1 - Method for remote registration of patient's breathing process and device for implementation thereof

Info

Publication number: RU2766046C1
Application number: RU2020142762A
Authority: RU
Inventors: Сергей Григорьевич Гуржин; Вьет Линь Нгуен
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2022-02-07

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention relates to medical equipment and can be effectively used for remote registration of patient's breathing process during a session of magnetotherapy. Disclosed is a method for remote registration of the patient's breathing process, which consists in fixing a mark on the chest of a patient undergoing magnetic therapy, automatic recording of an image of the patient's chest with a web camera and transmitting video data to a computer. At the next stages, images are captured, the recording area is selected, the color image is converted to a binary image, marking image selection, marking coordinates, filtering video data, generating a respiration signal, determining diagnostic values and visualizing results of converting video data for a doctor. Time positions of maxima or other phases of the respiratory signal are automatically and continuously determined, short pulses are formed at the found moments of time and the magnetic therapeutic effect is synchronized by them to achieve the best therapeutic effect. Proposed device for remote recording of patient's breathing process comprises a web-camera connected to a computer, a mark fixed on the chest of a patient undergoing magnetic therapy, a set of software modules in the form of virtual devices (VD), which enable to automatically and reliably record the patient's chest oscillations by performing a series of continuous operational transformations over the video data, to generate a respiration signal, measuring and calculating diagnostic values, selecting the patient’s breathing rhythm and synchronizing the magnetic therapy effect. Doctor controls the patient’s respiration process and the therapeutic technique of magnetic therapy using a monitor and a computer mouse.

EFFECT: group of inventions makes it possible to increase the level of automation and accuracy of remote registration of the patient's breathing process undergoing magnetic therapy, broader functional capabilities of the number of operatively determined respiratory signal parameters and adaptation of the magnetotherapeutic exposure to the patient's respiratory rhythm.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области медицинской техники и может быть эффективно использовано для дистанционной регистрации процесса дыхания пациента во время сеанса магнитотерапии.The invention relates to the field of medical technology and can be effectively used for remote recording of the patient's breathing process during a magnetic therapy session.

Известен способ регистрации ритмов дыхания и сердцебиения пациента и устройство для его осуществления [1], основанный на дистанционном облучении участков тела пациента суммой двух ультразвуковых сигналов с различающимися частотами, разность между которыми связывают с колебаниями участков тела пациента, измеряют текущие изменения фазового сдвига между огибающими переданного и отраженного сигналов, соответствующего колебаниям участка тела пациента, и в результате обработки результатов измерений выделяют ритмы дыхания и сердцебиения. В указанном способе получение текущей диагностической информации о жизненно важных показателях пациента осуществляется путем принудительного облучения участков тела пациента за неопределенный интервал времени неопределенной мощностью облучения, что в лучшем случае может искажать терапевтический эффект, либо быть небезопасным для некоторой категории пациентов. Основным ограничением применения способа является его низкая диагностическая точность измеряемых параметров. Поскольку носителями информации в способе являются ультразвуковые сигналы, параметры которых зависят от множества факторов, то в процессе преобразований возникает ряд погрешностей, которые невозможно оперативно оценить, заранее учесть и снизить их значение. Особенно чувствительны ультразвуковые методы к свойствам отражающих поверхностей, поэтому в целом способ обладает низкой диагностической точностью.There is a known method of recording the rhythms of the patient's breathing and heartbeat and a device for its implementation [1], based on remote irradiation of parts of the patient's body with the sum of two ultrasonic signals with different frequencies, the difference between which is associated with fluctuations in the patient's body parts, measure the current changes in the phase shift between the envelopes of the transmitted and reflected signals corresponding to fluctuations of the patient's body area, and as a result of processing the measurement results, the rhythms of breathing and heartbeat are isolated. In this method, obtaining current diagnostic information about the patient's vital signs is carried out by forced irradiation of parts of the patient's body for an indefinite time interval with an indefinite irradiation power, which at best can distort the therapeutic effect, or be unsafe for a certain category of patients. The main limitation of the application of the method is its low diagnostic accuracy of the measured parameters. Since the information carriers in the method are ultrasonic signals, the parameters of which depend on many factors, then in the process of transformations a number of errors arise that cannot be quickly assessed, taken into account in advance and reduced in value. Ultrasonic methods are especially sensitive to the properties of reflective surfaces, therefore, in general, the method has a low diagnostic accuracy.

Известен способ бесконтактного мониторинга дыхания пациента [2], основанный на излучении в сторону пациента электромагнитного сигнала, приеме отраженного электромагнитного сигнала, преобразовании обоих сигналов в электрические сигналы, сдвиге их по фазе и вычислении ряда информативных параметров с индикацией результатов. В указанном способе получение информации осуществляется путем облучения пациента электромагнитным сигналом, также неопределенной мощности и неопределенное время, что может либо искажать основную методику лечения пациента, либо быть небезопасной для некоторой категории пациентов. Основным недостатком способа является высокая зависимость параметров электромагнитного сигнала от большого количества искажающих факторов и сложности их учета. Поэтому данный способ для некоторых задач не отвечает требованию необходимой точности.There is a known method for non-contact monitoring of the patient's breathing [2], based on the radiation of an electromagnetic signal towards the patient, the reception of the reflected electromagnetic signal, the conversion of both signals into electrical signals, their phase shift and the calculation of a number of informative parameters with an indication of the results. In this method, information is obtained by irradiating the patient with an electromagnetic signal, also of indefinite power and indefinite time, which can either distort the basic method of treating the patient, or be unsafe for a certain category of patients. The main disadvantage of this method is the high dependence of the parameters of the electromagnetic signal on a large number of distorting factors and the complexity of their accounting. Therefore, this method for some tasks does not meet the requirement of the required accuracy.

Наиболее близким изобретением является способ и система для измерения показателей жизнедеятельности с использованием камеры [3], заключающийся в прикреплении маркера к телу субъекта, содержащего машинно-считываемый графический шаблон с кодированными данными, получении видеоданных субъекта, обнаружении указанного маркера в указанных видеоданных и определении указанных кодированных данных из указанного графического шаблона, извлечении в зависимости от кодированных данных параметра показателя жизнедеятельности, связанного с показателем жизнедеятельности субъекта из указанных видеоданных, и определении показателя жизнедеятельности из указанного параметра показателя жизнедеятельности. К недостаткам способа можно отнести, во-первых, создание специальных маркеров с машинно-считываемым графическим шаблоном и кодированными данными для каждого пациента, при этом изображение кода должно быть нанесено с высокой четкостью и контрастностью, что требует больших затрат. Во-вторых, поскольку отсутствуют сведения о расстоянии и положении видеокамеры относительно маркера, о размерах изображения кодированных данных, то очень сложно судить о реальной точности измерений. Ведь именно от этих параметров зависит основная погрешность предложенного метода измерения. В-третьих, поскольку отсутствуют сведения об условиях и продолжительности измерений одного из контролируемых параметров пациента, в частности, - частоты дыхательных движений, то можно считать нерациональным и необоснованным применение дорогостоящих и мощных средств, таких как видеокамера и ЭВМ. Так, например, частоту дыхательных движений врач может измерять с достаточной точностью визуальным подсчетом количества колебаний грудной клетки пациента за определенный промежуток времени.The closest invention is a method and system for measuring vital signs using a camera [3], which consists in attaching a marker to the body of a subject containing a machine-readable graphic template with encoded data, obtaining video data of the subject, detecting the specified marker in the specified video data and determining the specified encoded data from said graphic template, extracting, depending on the encoded data, a vital sign parameter associated with the subject's vital sign from said video data, and determining a vital sign from said vital sign parameter. The disadvantages of the method include, firstly, the creation of special markers with a machine-readable graphic template and encoded data for each patient, while the image of the code must be applied with high clarity and contrast, which is costly. Secondly, since there is no information about the distance and position of the video camera relative to the marker, about the size of the encoded data image, it is very difficult to judge the actual accuracy of measurements. After all, the main error of the proposed measurement method depends on these parameters. Thirdly, since there is no information about the conditions and duration of measurements of one of the controlled parameters of the patient, in particular, the frequency of respiratory movements, it can be considered irrational and unreasonable to use expensive and powerful tools, such as a video camera and a computer. So, for example, the doctor can measure the frequency of respiratory movements with sufficient accuracy by visually counting the number of oscillations of the patient's chest over a certain period of time.

Техническим результатом предлагаемого изобретения как способа является повышение уровня автоматизации, точности измерения диагностических параметров дыхания и расширение функциональных возможностей.The technical result of the proposed invention as a method is to increase the level of automation, the accuracy of measuring the diagnostic parameters of respiration and the expansion of functionality.

Технический результат достигается тем, что для дистанционной регистрации процесса дыхания пациента, проходящего магнитотерапию, закрепляют на его груди самоклеящуюся круглую этикетку (стикер) - метку яркого однотонного цвета, автоматически регистрируют изображение грудной клетки пациента вместе с меткой веб-камерой и передают видеоданные в ЭВМ, где производят захват изображения, выбор области регистрации с меткой, преобразование цветного изображения в бинарное, выделение изображения метки по превышению заданного врачом порога, определение координат центра метки, фильтрацию изменяющихся в процессе дыхания пациента данных координат метки, формирование из данных координат метки формы сигнала дыхания, измерение и вычисление диагностических показателей процесса дыхания, визуализацию результатов всех этапов преобразований видеоданных на экране монитора ЭВМ для врача, автоматически и непрерывно определяют временные положения максимумов или других фаз сигнала дыхания, формируют в найденные моменты времени короткие импульсы, которыми синхронизируют магнитотерапевтическое воздействие с дыхательным ритмом по команде врача с целью достижения лучшего лечебного эффекта.The technical result is achieved by the fact that for remote recording of the breathing process of a patient undergoing magnetic therapy, a self-adhesive round label (sticker) is fixed on his chest - a label of bright solid color, an image of the patient's chest is automatically recorded along with a label by a webcam and video data is transmitted to a computer, where the image is captured, the registration area with the label is selected, the color image is converted to binary, the label image is selected when the threshold specified by the doctor is exceeded, the coordinates of the label center are determined, the label coordinate data that changes during the patient’s breathing is filtered, the respiratory signal form is generated from the label coordinate data, measurement and calculation of diagnostic indicators of the breathing process, visualization of the results of all stages of video data conversion on the computer monitor screen for the doctor, automatically and continuously determine the time positions of the maxima or other phases of the breathing signal, form into the found moments time points are short pulses that synchronize the magnetic therapy effect with the respiratory rhythm at the doctor's command in order to achieve a better therapeutic effect.

Техническим результатом предлагаемого изобретения как устройства является повышение уровня автоматизации, точности измерения диагностических параметров дыхания и расширение функциональных возможностей.The technical result of the proposed invention as a device is to increase the level of automation, the accuracy of measuring the diagnostic parameters of respiration and the expansion of functionality.

Технический результат достигается тем, что устройство дистанционной регистрации процесса дыхания пациента содержит веб-камеру, подключенную к ЭВМ, самоклеящуюся круглую этикетку (стикер) - метку, закрепленную на пациенте, причем веб-камеру крепят к кушетке, на которой лежит пациент, проходящий магнитотерапию, на фиксированном расстоянии по отношению к грудной клетки пациента и под фиксированным углом, автоматически регистрируют видеоданные и передают их в ЭВМ, где с помощью виртуального прибора (ВП) [4, 5], захвата изображения производится непрерывное и оперативное запоминание видеоданных и их одновременный вывод через ВП визуализации диагностической информации на монитор ЭВМ для обзора врачу, который мышью ЭВМ и ВП выбора области регистрации очерчивает вокруг метки прямоугольную рамку, при этом отмеченные видеоданные поступают на ВП преобразования цветного изображения в бинарное для повышения контрастности, что позволяет ВП выделения метки надежно извлечь из всех видеоданных только элементы метки по превышению заданного врачом порога мышью ЭВМ, а для точного определения местоположения метки используют ВП координат центра метки, в котором вычисляют значения центра метки в каждом кадре изображения, усредняя сумму множества координат элементов метки, а текущие значения центра метки передают ВП фильтрации, где выделяются только частотные компоненты, ограниченные диапазоном частот дыхания человека, и из полученных значений координат центра метки ВП формирования сигнала дыхания формируют непрерывную последовательность значений, соответствующую колебаниям грудной клетки пациента в процессе дыхания, то есть формируют сигнал дыхания, отображают результаты всех этапов преобразования видеоданных с помощью ВП визуализации диагностической информации на экране монитора ЭВМ, сформированный сигнал дыхания подают на ВП измерения и вычисления диагностических показателей, где все измерения и вычисления производятся автоматически и непрерывно, а получаемые результаты выводят через ВП визуализации диагностической информации на экран ЭВМ, сформированный сигнал дыхания подают на ВП выделения ритма дыхания, где автоматически и непрерывно определяют временные положения максимумов или других фаз сигнала дыхания, формируют в найденные моменты времени короткие импульсы и подают их на ВП формирования магнитного воздействия, в котором в зависимости от команды врача, задаваемой с помощью мыши ЭВМ, производится синхронизация магнитотерапевтического воздействия, осуществляемое полеформирующей системой.The technical result is achieved by the fact that the device for remote recording of the patient's breathing process contains a webcam connected to a computer, a self-adhesive round label (sticker) - a label attached to the patient, and the webcam is attached to the couch on which the patient undergoing magnetotherapy lies, at a fixed distance in relation to the patient's chest and at a fixed angle, video data is automatically recorded and transferred to a computer, where, using a virtual instrument (VD) [4, 5], image capture, video data is continuously and quickly stored and simultaneously output through The VI for visualizing diagnostic information on the computer monitor for review by the doctor, who, using the mouse of the computer and the VI for selecting the registration area, outlines a rectangular frame around the label, while the marked video data is fed to the VI for converting a color image into a binary one to increase contrast, which allows the VI for selecting the label to be reliably extracted from all video data only mark elements by exceeding the threshold set by the doctor by the computer mouse, and to accurately determine the location of the mark, the VI of the coordinates of the mark center is used, in which the values of the mark center are calculated in each frame of the image, averaging the sum of the set of coordinates of the mark elements, and the current values of the mark center are transmitted to the filtering VI, where only frequency components are selected that are limited by the range of human respiration frequencies, and from the obtained values of the coordinates of the center of the EP mark of the formation of the respiration signal, a continuous sequence of values is formed corresponding to the fluctuations of the patient's chest during respiration, that is, the respiration signal is formed, the results of all stages of video data conversion are displayed using VP for visualizing diagnostic information on the computer monitor screen, the generated breath signal is fed to the VP for measuring and calculating diagnostic indicators, where all measurements and calculations are performed automatically and continuously, and the results obtained are displayed through the VP visualization of diagnostic information on the computer screen, the generated respiration signal is fed to the VP of respiration rhythm selection, where the time positions of the maxima or other phases of the respiration signal are automatically and continuously determined, short pulses are formed at the found time points and fed to the VP of the formation of magnetic influence, in which Depending on the doctor's command, set with the help of a computer mouse, the magnetotherapeutic effect is synchronized, carried out by the field-forming system.

На фиг.1 представлена система дистанционной регистрации процесса дыхания пациента, проходящего магнитотерапию, которая автоматически и непрерывно контролирует изменения информативных параметров дыхания и реализующая данный способ.Figure 1 shows a system for remote recording of the breathing process of a patient undergoing magnetic therapy, which automatically and continuously monitors changes in the informative parameters of breathing and implements this method.

В состав системы, управляемой ЭВМ 5 и врачом 18, входят: 1 - пациент, 2 - метка, 3 - полеформирующая система, 4 - веб-камера, 6 - ВП захвата изображения, 7 - ВП выбора области регистрации, 8 - ВП преобразования цветного в бинарное изображение, 9 - ВП выделения метки, 10 - ВП определения координат центра метки, 11 - ВП фильтрации координат метки, 12 - ВП формирования сигнала дыхания, 13 - ВП формирования магнитотерапевтического воздействия, 14 - ВП выделения ритма дыхания, 15 - ВП измерения и вычисления диагностических показателей, 16 - ВП визуализации диагностической информации, а также 17 - мышь ЭВМ и 19 - монитор ЭВМ.The system controlled by computer 5 and doctor 18 includes: 1 - patient, 2 - label, 3 - field-forming system, 4 - webcam, 6 - image capture VI, 7 - registration area selection VI, 8 - color conversion VI into a binary image, 9 - VP for marking the mark, 10 - VP for determining the coordinates of the center of the mark, 11 - VP for filtering the coordinates of the mark, 12 - VP for generating a respiration signal, 13 - VP for forming a magnetotherapeutic effect, 14 - VP for detecting the rhythm of breathing, 15 - VP for measuring and calculation of diagnostic indicators, 16 - VP visualization of diagnostic information, as well as 17 - computer mouse and 19 - computer monitor.

В предлагаемой системе веб-камера 4 регистрирует изображение метки 2, закрепленной на груди пациента 1, и подключена своим выходом к ЭВМ 5, а также к входу ВП захвата изображения 6. Выход ВП захвата изображения 6 соединен с входом ВП визуализации диагностической информации 16 и с одним из входов ВП выбора области регистрации 7, второй вход которого подключен к выходу мыши ЭВМ 17. Выход ВП выбора области регистрации 7 соединен с входом ВП преобразования цветного изображения в бинарное 8 и входом ВП визуализации диагностической информации 16. Выход ВП преобразования цветного в бинарное изображение 8 соединен с входом ВП визуализации диагностической информации 16 и с одним из входов ВП выделения метки 9, второй вход которого подключен к выходу мыши ЭВМ 17. Выход ВП выделения метки 9 соединен с входом ВП определения координат центра метки 10 и входом ВП визуализации диагностической информации 16. Выход ВП определения координат центра метки 10 соединен с входом ВП фильтрации координат метки 11 и входом ВП визуализации диагностической информации 16. Выход ВП фильтрации координат метки 11 соединен с входом ВП формирования сигнала дыхания 12 и входом ВП визуализации диагностической информации 16. Выход ВП формирования сигнала дыхания 12 соединен с входом ВП измерения и вычисления диагностических показателей 15, с входом ВП визуализации диагностической информации 16 и с одним из входов ВП выделения ритма дыхания 14, второй вход которого подключен к выходу мыши ЭВМ 17. Выход ВП измерения и вычисления диагностических показателей 15 соединен с входом ВП визуализации диагностической информации 16. Выход ВП выделения ритма дыхания 14 соединен с входом ВП визуализации диагностической информации 16 и с одним из входов ВП формирования магнитотерапевтического воздействия 13, второй вход которого подключен к выходу мыши ЭВМ 17. Выход ВП визуализации диагностической информации 16 соединен с входом монитора ЭВМ 19. Один из выходов ВП формирования магнитотерапевтического воздействия 13 соединен с входом полеформирующей системы 3, второй выход которого подключен к входу монитора ЭВМ 19. Врач 18 подсоединяется к входу мыши ЭВМ 17 и участвует в управлении регистрацией процесса дыхания и методикой магнитотерапии.In the proposed system, the webcam 4 registers the image of the label 2 fixed on the chest of the patient 1, and is connected with its output to the computer 5, as well as to the input of the image capture VP 6. The output of the image capture VP 6 is connected to the input of the VP for visualizing diagnostic information 16 and one of the inputs of the VI for selecting the registration area 7, the second input of which is connected to the mouse output of the computer 17. The output of the VI for selecting the registration area 7 is connected to the input of the VI for converting a color image into a binary image 8 and the input of the VI for visualizing diagnostic information 16. The output of the VI for converting a color image into a binary image 8 is connected to the input of the VI for visualizing diagnostic information 16 and with one of the inputs of the VI for selecting the mark 9, the second input of which is connected to the mouse output of the computer 17. The output of the VI for selecting the mark 9 is connected to the input of the VI for determining the coordinates of the center of the mark 10 and the input of the VI for visualizing the diagnostic information 16 The output of the VI for determining the coordinates of the mark center 10 is connected to the input of the VI for filtering the coordinates of the mark 11 and the input of the VI for visualizing diagnostic information 16. The output of the VI for filtering the coordinates of the mark 11 is connected to the input of the VI for generating a breath signal 12 and the input of the VI for visualizing diagnostic information 16. VP for visualization of diagnostic information 16 and with one of the inputs of the VP for the selection of the respiratory rhythm 14, the second input of which is connected to the mouse output of the computer 17. The output of the VP for measuring and calculating diagnostic indicators 15 is connected to the input of the VI for visualizing diagnostic information 16. The output of the VP for the selection of the respiratory rhythm 14 is connected with the input of the VI for visualization of diagnostic information 16 and with one of the inputs of the VI for the formation of a magnetotherapeutic effect 13, the second input of which is connected to the mouse output of the computer 17. The output of the VI for visualizing diagnostic information 16 is connected to the input of the computer monitor 19. One of the outputs of the VI for the formation of a magnetotherapeutic impact 13 is connected to the input of the field-forming system 3, the second output of which is connected to the input of the monitor of the computer 19. The doctor 18 is connected to the input of the mouse of the computer 17 and participates in the control of the registration of the breathing process and the method of magnetotherapy.

Суть способа дистанционной регистрации процесса дыхания пациента заключается в следующем. Пациент укладывается на кушетку полеформирующей системы, лежа на спину. Врач закрепляет на груди пациента самоклеящуюся круглую метку яркого светлого цвета. На кушетке закреплена веб-камера на определенном расстоянии и под фиксированным углом по отношению к грудной клетке пациента и метки. Видеоданные с веб-камеры вводятся в ЭВМ. Врач запускает методику магнитотерапевтического воздействия с заданными биотропными параметрами, которая хранится в той же ЭВМ. Длительность сеанса магнитотерапии в среднем составляет 20 минут. Видеоданные, поступающие с веб-камеры в цифровом формате, последовательно преобразуют с помощью специализированных программ (программных модулей) - виртуальных приборов (ВП) в необходимый вид. При этом решается ряд задач в реальном масштабе времени. Во-первых, оперативно запоминают видеоданные и сразу отображают их на экране монитора ЭВМ для просмотра. Врач с помощью мыши ЭВМ выбирает область регистрации путем обозначения прямоугольной рамкой изображения метки для последующей автоматической записи только выделенных видеоданных. На этом этапе преобразований производится исключение всех неинформативных элементов изображения. Во-вторых, видеоданные непрерывно преобразуют из цветного в бинарное изображение, чтобы дополнительно повысить контрастность изображения метки, а соответственно и точность выделения метки. На этом этапе преобразований врач еще вручную с помощью мыши ЭВМ, просматривая изображения, окончательно устанавливает некоторый порог, при котором на экране монитора ЭВМ четко отображается большая часть элементов метки, тем самым еще повышая качество изображения метки. В-третьих, в каждом кадре видеоданных автоматически определяют координаты центра метки (одного пикселя) в плоскости фото-матрицы веб-камеры, при этом вычисляют среднее значение координат центров множества элементов (пикселей) метки, что позволяет уменьшить случайную составляющую погрешности пространственного положения центра метки в

раз, где n - количество элементов метки. В-четвертых, непрерывно производят фильтрацию полезных компонентов из динамически изменяющихся значений центра метки, которые определены допустимым диапазоном частот процесса дыхания человека, что также снижает влияние мешающих факторов. В-пятых, из очищенных значений координат центра метки от всевозможных помех формируют временную последовательность отсчетов (функцию, изменяющуюся во времени) - сигнал дыхания, который детально воспроизводит колебания грудной клетки при дыхании пациента и несет ценную диагностическую информацию об ответной реакции организма пациента на заданный набор биотропных параметров магнитотерапевтического воздействия. В-шестых, помимо основного носителя информации - сигнала дыхания, измеряются и рассчитываются еще несколько стандартных параметров и показателей, которые позволяют врачу оперативно оценивать текущее физиологическое состояние пациента с целью своевременной коррекции параметров лечебной методики во время сеанса магнитотерапии для получения лучшего терапевтического эффекта. В-седьмых, дополнительно выделяется ритм дыхания пациента в виде коротких импульсов, временное положение которых соответствует максимумам или другим фазам сигнала дыхания. Врач на основе текущих показателей состояния пациента может синхронизировать магнитотерапевтическое воздействие выделенным ритмом дыхания, что также повышает эффективность лечебной методики. Все этапы преобразования видеоданных и их результаты оперативно отображаются на экране монитора ЭВМ и представляются врачу в виде многооконного пользовательского интерфейса, где параллельно отображается в динамике магнитотерапевтическое воздействие со всеми изменяющимися количественными значениями биотропных параметров.The essence of the method of remote registration of the patient's breathing process is as follows. The patient is placed on the couch of the field-forming system, lying on his back. The doctor fixes a self-adhesive round label of bright light color on the patient's chest. A webcam is fixed on the couch at a certain distance and at a fixed angle with respect to the patient's chest and the tag. Video data from the webcam is entered into the computer. The doctor starts the method of magnetotherapy with given biotropic parameters, which is stored in the same computer. The average duration of a magnetic therapy session is 20 minutes. Video data coming from a webcam in digital format is sequentially converted using specialized programs (software modules) - virtual instruments (VDs) into the required form. At the same time, a number of problems are solved in real time. Firstly, the video data is quickly stored and immediately displayed on the computer monitor screen for viewing. The doctor using the computer mouse selects the registration area by designating a label with a rectangular frame of the image for subsequent automatic recording of only selected video data. At this stage of transformations, all non-informative elements of the image are excluded. Secondly, the video data is continuously converted from a color to a binary image in order to further increase the contrast of the mark image, and, accordingly, the accuracy of mark extraction. At this stage of the transformation, the doctor manually, using the computer mouse, while viewing the images, finally sets a certain threshold at which most of the label elements are clearly displayed on the computer monitor screen, thereby further improving the image quality of the label. Thirdly, in each frame of video data, the coordinates of the mark center (one pixel) are automatically determined in the plane of the webcam photo matrix, while the average value of the coordinates of the centers of the set of elements (pixels) of the mark is calculated, which makes it possible to reduce the random component of the error in the spatial position of the mark center v

times, where n is the number of label elements. Fourthly, useful components are continuously filtered from dynamically changing values of the center of the mark, which are determined by the permissible frequency range of the human breathing process, which also reduces the influence of interfering factors. Fifthly, from the cleared values of the coordinates of the center of the mark from all kinds of interference, a temporal sequence of readings (a time-varying function) is formed - a breathing signal that reproduces in detail the fluctuations of the chest during the patient's breathing and carries valuable diagnostic information about the response of the patient's body to a given set biotropic parameters of magnetotherapeutic influence. Sixthly, in addition to the main information carrier - the breath signal, several more standard parameters and indicators are measured and calculated, which allow the doctor to quickly assess the current physiological state of the patient in order to timely correct the parameters of the treatment technique during a magnetic therapy session to obtain the best therapeutic effect. Seventh, the patient's breathing rhythm is additionally highlighted in the form of short pulses, the time position of which corresponds to the maxima or other phases of the breathing signal. The doctor, based on the current indicators of the patient's condition, can synchronize the magnetotherapy effect with a selected breathing rhythm, which also increases the effectiveness of the treatment technique. All stages of video data conversion and their results are promptly displayed on the computer screen and presented to the doctor in the form of a multi-window user interface, where the magnetotherapeutic effect is simultaneously displayed in dynamics with all the changing quantitative values of biotropic parameters.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Перед началом сеанса магнитотерапии пациент 1 укладывается на кушетку с полеформирующей системой 3. Врач 18 закрепляет на груди пациента 1 метку 2 и на специальном штативе крепит к кушетке с полеформирующей системой 3 веб-камеру 4, которая располагается на фиксированном расстоянии и под фиксированным углом по отношению к грудной клетки пациента 1 с меткой 2. Следующим этапом врач 18 подключает веб-камеру 4 через USB порт к ЭВМ 5, где установлено ряд ВП, один из которых ВП захвата изображения 6 непосредственно воспринимает видеоданные по USB порту от веб-камеры 4, а другой - ВП формирования магнитотерапевтического воздействия 13 подключен через конвертер USB-RS485 к полеформирующей системе 3. Видеоданные с выхода ВП захвата изображения 6 прежде всего выводятся для обзора врачу 18 на экран монитора ЭВМ 19 через ВП визуализации диагностической информации 16. В исходный момент полученное изображение содержит различные элементы, которые входят в зону обзора веб-камеры 4. Поэтому врач 18 с помощью мыши ЭВМ 17, ВП выбора области регистрации 7, ВП визуализации диагностической информации 16 и монитора ЭВМ 19 сужает зону анализа видеоданных, очерчивая вокруг метки 2 рамку для выделения полезной информации на фоне остальной. Выделенные фрагменты изображения непрерывно поступают на ВП преобразования цветного в бинарное изображение 8 и представляются врачу 18 в двух цветах - черном и белом на экране монитора ЭВМ 19, проходя через ВП визуализации диагностической информации 16. На этом этапе врач 18 с помощью мыши ЭВМ 17, ВП выделения метки 9, ВП визуализации диагностической информации 16 и монитора ЭВМ 19 устанавливает необходимый порог контрастности по виду изображения метки 2 и в дальнейшем не участвует в регистрации процесса дыхания пациента 1.Before the beginning of the magnetotherapy session, the patient 1 is placed on the couch with the field-forming system 3. The doctor 18 fixes the label 2 on the patient's chest 1 and attaches the webcam 4 to the couch with the field-forming system 3 on a special tripod, which is located at a fixed distance and at a fixed angle relative to to the chest of the patient 1 with label 2. Next, the doctor 18 connects the webcam 4 via the USB port to the computer 5, where a number of VIs are installed, one of which the image capture VI 6 directly receives video data via the USB port from the webcam 4, and the other one - the VI of the formation of the magnetotherapeutic effect 13 is connected via the USB-RS485 converter to the field-forming system 3. The video data from the output of the VI of the image capture 6 are first of all displayed for review by the doctor 18 on the computer monitor screen 19 through the VI of the visualization of diagnostic information 16. At the initial moment, the received image contains various elements that are included in the field of view of the webcam 4. Therefore, the doctor 18 with p using the mouse of the computer 17, the VI for selecting the registration area 7, the VI for visualizing diagnostic information 16 and the computer monitor 19 narrows the video data analysis zone, outlining a frame around the label 2 to highlight useful information against the background of the rest. The selected fragments of the image are continuously fed to the VP for converting a color to a binary image 8 and are presented to the doctor 18 in two colors - black and white on the computer monitor 19, passing through the VP for visualizing diagnostic information 16. At this stage, the doctor 18 using the mouse of the computer 17, VP mark selection 9, diagnostic information visualization VP 16 and computer monitor 19 sets the necessary contrast threshold according to the type of mark 2 image and further does not participate in the registration of the patient 1 breathing process.

Преобразованные в бинарный формат видеоданные поступают на ВП определения координат центра метки 10 для дополнительного исключения оставшихся случайных составляющих из значений пространственного положения метки 2 в каждом кадре. Полученные результаты отображаются с помощью ВП визуализации диагностической информации 16 на экране монитора ЭВМ 19, а также подаются на вход ВП фильтрации координат метки 11. Здесь производится очередная обработка видеоданных для исключения паразитных частотных составляющих и вывод результатов для контроля врачу 18 на монитор ЭВМ 19 через ВП визуализации диагностической информации 16. Очищенные от разного рода помех видеоданные передаются на ВП формирования сигнала дыхания 12, где из значений координат центра метки 2 (цифровых отсчетов) формируют непрерывную функцию дыхания пациента 1 во времени, которую врач 18 наблюдает на экране монитора ЭВМ 19 в виде осциллограммы, представляемой ВП визуализации диагностической информации 16. Поскольку сигнал дыхания и его форма несут важную информацию о динамике и о всех текущих изменениях процесса дыхания пациента 1 в каждом периоде, то ее максимально используют для оперативного контроля и оценки физиологического состояния пациента 1. Поэтому сигнал дыхания поступает на ВП измерения и вычисления диагностических показателей 15, где определяются еще несколько информативных характеристик, которые отображаются с помощью ВП визуализации диагностической информации 16 на экране монитора ЭВМ 19 в виде объективных количественных показателей для анализа и принятия своевременного решения врачом 18.The video data converted to binary format is fed to the VI for determining the coordinates of the center of the mark 10 for additional elimination of the remaining random components from the values of the spatial position of the mark 2 in each frame. The results obtained are displayed using the VI for visualizing diagnostic information 16 on the screen of the computer monitor 19, and are also fed to the input of the VI for filtering the coordinates of the mark 11. Here, the next processing of the video data is performed to eliminate parasitic frequency components and the results are output for control to the doctor 18 on the computer monitor 19 through the VI visualization of diagnostic information 16. Cleared from various kinds of interference, the video data is transmitted to the VP for the formation of the respiratory signal 12, where from the values of the coordinates of the center of the mark 2 (digital readings) a continuous respiratory function of the patient 1 is formed in time, which the doctor 18 observes on the screen of the computer monitor 19 in the form 16. Since the respiratory signal and its shape carry important information about the dynamics and all current changes in the breathing process of patient 1 in each period, it is used to the maximum for operational monitoring and assessment of the physiological state of patient 1. Therefore, with The breath signal enters the VP for measuring and calculating diagnostic indicators 15, where several more informative characteristics are determined, which are displayed using the VP for visualizing diagnostic information 16 on the computer monitor screen 19 in the form of objective quantitative indicators for analysis and timely decision making by the doctor 18.

Кроме того, сигнал дыхания подается на ВП выделения ритма дыхания 14, где производится определение временных положений максимумов или других фаз сигнала дыхания, задаваемых врачом 18 с помощью мыши ЭВМ 17. В найденные моменты времени формируются короткие импульсы, которые соответствуют реальному ритму дыхания пациента 1 с той или иной фазой. Врач 18, исходя из текущих диагностических показателей, свидетельствующих о адаптации организма пациента 1 к магнитотерапевтическому воздействию, может дополнительно синхронизировать воздействие ритмом дыхания пациента 1. Подобная методика лечения получила название хронотерапия или более общее название хрономедицина, которая позволяет повысить эффективность лечения [6, 7]. Для этого импульсы синхронизации поступают на ВП формирования магнитотерапевтического воздействия 13 и по команде врача 18, задаваемой мышью ЭВМ 17, начинают производиться согласование во времени магнитной волны и ритма дыхания пациента 1. В результате на выходе ВП формирования магнитотерапевтического воздействия 13 образуются цифровые данные, которые передаются полеформирующей системе 3, для преобразования сначала в токи, протекающие по индукторам, а затем в пропорциональное по параметрам динамическое магнитное поле, окружающего пациента 1.In addition, the respiration signal is fed to the respiratory rhythm selection VP 14, where the time positions of the maxima or other phases of the respiration signal are determined, set by the doctor 18 using the computer mouse 17. At the found time points, short pulses are generated that correspond to the patient's real breathing rhythm 1 s one phase or another. Doctor 18, based on the current diagnostic indicators indicating the adaptation of the patient 1's body to the magnetotherapeutic effect, can additionally synchronize the exposure with the patient 1's breathing rhythm. . To do this, the synchronization pulses are fed to the VP of the formation of the magnetotherapeutic effect 13 and, at the command of the doctor 18, given by the mouse of the computer 17, the magnetic wave and the breathing rhythm of the patient 1 begin to be coordinated in time. field-forming system 3, to convert first into currents flowing through the inductors, and then into a dynamic magnetic field proportional to the parameters, surrounding the patient 1.

Таким образом, предложенный способ и устройство для его осуществления позволяют дистанционно регистрировать процесс дыхания пациента во время сеанса магнитотерапии, максимально автоматизировать процесс оперативного получения объективной и достоверной диагностической информации о текущем физиологическом состоянии пациента, повысить точность регистрации процесса дыхания пациента и расширить функциональные возможности по количеству оперативно определяемых диагностических показателей сигнала дыхания и адаптации магнитотерапевтического воздействия к ритму дыхания пациента. Все отмеченные качества способствуют повышению эффективности магнитотерапии.Thus, the proposed method and device for its implementation make it possible to remotely record the patient's breathing process during a magnetic therapy session, to automate the process of promptly obtaining objective and reliable diagnostic information about the patient's current physiological state, to increase the accuracy of recording the patient's breathing process and to expand the functionality in terms of the number of operational determined diagnostic indicators of the breathing signal and adaptation of the magnetotherapeutic effect to the patient's breathing rhythm. All noted qualities contribute to increasing the effectiveness of magnetotherapy.

ЛитератураLiterature

1. Патент РФ №2470581, кл. А61В 5/08, 2012 г.1. RF patent No. 2470581, class. А61В 5/08, 2012

2. Патент РФ №2531119, кл. А61В 5/113, 2014 г.2. RF patent No. 2531119, class. А61В 5/113, 2014

3. Патент РФ №2635479, кл. А61В 5/113, 2017 г.3. RF patent No. 2635479, class. А61В 5/113, 2017

4. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе LabVIEW 7 / Под. ред. П.А. Бутырина - М.: ДМК Пресс, 2005. - 264 с.4. Automation of physical research and experiment: computer measurements and virtual instruments based on LabVIEW 7 / Pod. ed. P.A. Butyrina - M.: DMK Press, 2005. - 264 p.

5. Визильтер Ю.В., Желтов С.Ю., Князь В.А., Ходарев А.Н., Моржин А.В. Обработка и анализ цифровых изображений с примерами на LabVIEW IMAQ Vision. - Μ.: ДМК Пресс, 2007. - 464 с.5. Vizilter Yu.V., Zheltov S.Yu., Knyaz V.A., Khodarev A.N., Morzhin A.V. Processing and analysis of digital images with examples on LabVIEW IMAQ Vision. - M.: DMK Press, 2007. - 464 p.

6. Илларионов В.Е. Магнитотерапия. - М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. - 136 с., С.57.6. Illarionov V.E. Magnetotherapy. - M .: Book house "LIBROKOM", 2009. - 136 p., P.57.

7. Хильдебрандт Г., Мозер М., Лехофер М. Хронобиология и хрономедицина. - М.: Арнебия, 2006. - 144 с.7. Hildebrandt G., Moser M., Lehofer M. Chronobiology and chronomedicine. - M.: Arnebia, 2006. - 144 p.

Claims

1. A method for remote recording of the patient's breathing process, which consists in attaching a marker to the subject's body and obtaining the subject's video data, characterized in that the marker is a self-adhesive round label-label of a bright monochromatic color, fixed on the chest of a patient undergoing magnetic therapy, automatically registers an image of the chest of the patient together with a webcam tag and transmit video data to a computer, where the image is captured, the registration area with the tag is selected, the color image is converted to binary, the tag image is selected when the threshold set by the doctor is exceeded, the coordinates of the center of the tag are determined, and the filtering changes during the patient’s breathing data of coordinates of the mark, formation of the data of coordinates of the mark of the form of the signal of respiration, measurement and calculation of diagnostic parameters of the process of respiration, visualization of the results of all stages of transformation of video data on the screen of the computer monitor for the doctor.

2. The method according to claim 1, characterized in that the time positions of the maxima or other phases of the respiration signal are automatically and continuously determined, short pulses are generated at the found time points, which synchronize the magnetotherapeutic effect with the respiratory rhythm at the doctor's command in order to achieve a better therapeutic effect.

3. A device for remote recording of the patient's breathing process, containing an imaging unit for obtaining video data of the subject, a marker that can be attached to the body of the subject, characterized in that a webcam connected to a computer is used as the imaging unit, and as a marker a self-adhesive round label-label is used, and the webcam is attached to the couch, on which the patient undergoing magnetic therapy lies, at a fixed distance with respect to the patient's chest with a label and at a fixed angle, video data is automatically recorded and transferred to a computer, where With the help of a virtual device (VI) of image capture, video data is continuously and quickly stored and simultaneously output through the VI for visualizing diagnostic information to a computer monitor for review by a doctor, who draws a rectangular frame around the label with a computer mouse and VI for selecting the registration area, while the marked video data is sent to the computer. VP converting a color image into a binary one to increase the contrast, which allows the mark selection VI to reliably extract from all video data only the mark elements by exceeding the threshold set by the doctor with the computer mouse, and to accurately determine the location of the mark, the mark center coordinates VI is used, in which the values of the mark center are calculated in each frame of the image, averaging the sum of the set of coordinates of the label elements, and the current values of the label center are transmitted to the filtering VP, where only frequency components limited by the range of human breathing frequencies are selected, and from the obtained values of the coordinates of the label center of the VP of the respiration signal formation, a continuous sequence of values is formed corresponding to the fluctuations of the chest the patient's cells in the process of respiration, that is, they form a respiration signal, display the results of all stages of video data conversion using the VI for visualizing diagnostic information on the computer monitor screen, the generated respiration signal is fed to the measurement VI and calculation of diagnostic indicators, where all measurements and calculations are performed automatically and continuously, and the results obtained are displayed through the visualization VI of diagnostic information on the computer screen.

4. The device according to claim 3, characterized in that the generated respiration signal is fed to the VP of respiration rhythm selection, where the time positions of the maxima or other phases of the respiration signal are automatically and continuously determined, short pulses are generated at the found time points and fed to the VP of forming a magnetic impact, in which, depending on the command of the doctor, set with the help of a computer mouse, synchronization of the magnetotherapeutic effect is performed, carried out by the field-forming system.