BG4747U1

BG4747U1 - MEDICAL SYSTEM FOR TELEMETRY OF VITAL SIGNS DURING SLEEP

Info

Publication number: BG4747U1
Application number: BG6102
Authority: BG
Inventors: Цветанов Илиев Иво; Димитров Табаков Серафим; Стефанов Габровски Николай; Емилов Велков Марио
Original assignee: "Локър Руум" Оод
Filing date: 2024-02-02
Publication date: 2024-02-15

Description

(54) МЕДИЦИНСКА СИСТЕМА ЗА ТЕЛЕМЕТРИЯ НА ВИТАЛНИ ПОКАЗАТЕЛИ ПО ВРЕМЕ НА СЪН(54) MEDICAL SYSTEM FOR TELEMETRY OF SLEEP VITAL SIGNS

Област на техникатаField of technique

Настоящият полезен модел се отнася до областта на медицината, свързана с общественото здраве, здравеопазването и хронобиологията, по-специално до медицинска система за телеметрия на витални показатели, предназначена за ранна диагностика и навременна оценка на риска (превенция) при потребители по време на техния сън.The present utility model relates to the field of medicine related to public health, healthcare and chronobiology, in particular to a vital sign telemetry medical system designed for early diagnosis and timely risk assessment (prevention) in users during their sleep .

Предшестващо състояние на техникатаPrior art

Един от най-важните аспекти в осигуряването на здравословен начин на живот е постигането на добър нощен сън. През годините много хора са опитвали да подобрят качеството си на сън. Качеството на съня е от голям интерес за много доставчици на здравни услуги при хора, тъй като количеството и качеството на съня влияе на физическото и психическото здраве при човека.One of the most important aspects of leading a healthy lifestyle is getting a good night's sleep. Over the years, many people have tried to improve their sleep quality. Sleep quality is of great interest to many human health care providers because the quantity and quality of sleep affects a person's physical and mental health.

От друга страна, фактори като влошаване на начина на живот, свързан с ежедневен стрес, неадекватно и нерационално хранене, прием на лекарства, прекомерни физически натоварвания, влияят негативно върху организма и влошават качеството на съня при човека. Качеството на съня също може да бъде повлияно неблагоприятно от фактори на околната среда като екстремна температура, твърде много околна светлина или твърде висока или ниска влажност, наред с други фактори. От значение за наблюдението и анализирането на качеството на съня са поведение, навици, здраве и околна среда на спящия. Анализът на качеството на съня може да даде представа при разработването на диета, план за лечение, режим на упражнения или подходяща среда за сън. От съществено значение за добрия и комфортен сън е хигиената на повърхността на матрака, в т.ч. използването на надматрачно покритие под формата на текстилен топ матрак, текстилно бельо, калъф на матрак и др. Развитието на пазара на телеметрични биомедицински технологии е насочено към овладяване на методологията за извличане на данни за предоставяне на цялостна надеждна медицинска поддръжка, включително прогнозни, вариационни модели, симулатори на системи за подпомагане на вземането на решения за отдалечен достъп.On the other hand, factors such as deterioration of the lifestyle associated with daily stress, inadequate and irrational nutrition, medication intake, excessive physical exertion, have a negative effect on the body and worsen the quality of a person's sleep. Sleep quality can also be adversely affected by environmental factors such as extreme temperature, too much ambient light, or too high or low humidity, among other factors. Behavior, habits, health and environment of the sleeper are important for monitoring and analyzing sleep quality. Analysis of sleep quality can provide insight into the development of a diet, treatment plan, exercise regimen, or appropriate sleep environment. Essential for a good and comfortable sleep is the hygiene of the surface of the mattress, including the use of a mattress cover in the form of a textile top mattress, textile underwear, mattress cover, etc. The development of the telemetry biomedical technology market is aimed at mastering the data mining methodology to provide comprehensive reliable medical support, including predictive, variational models, remote access decision support system simulators.

Известен е от US 8672842 В1 медицински смарт матрак, включващ текстилен сензорен матрак, съдържащ текстилен сензорен блок, който представлява матрица от сензори за телеметрия на витални показатели, включително за регистриране на двигателна активност, дишане и сърдечна дейност. Сензорите могат да бъдат формирани чрез печат с проводящо мастило върху текстилна основа.It is known from US 8672842 B1 a medical smart mattress, including a textile sensor mattress containing a textile sensor block, which is a matrix of sensors for telemetry of vital indicators, including for registering motor activity, breathing and heart activity. The sensors can be formed by printing with conductive ink on a textile substrate.

Известна е още от US 7245956 В1 система за измерване на биоелектрически сигнали. Системата съдържа матрица от капацитивни сензори, вградени, например в матрак. Сензорите могат да бъдат свързани безжично с регистрираща и обработваща компютърна система на потребител. Известната система притежава ограничено приложение и техническа сложност на диагностиката, както и затруднено откриване състоянието на съня на потребителя, свързано с недостатъчно бърза реакция и точност. Още повече, използването на описаната система е свързано с използването й в конструкцията на матрака и при 3 дадена повреда и прекъсване на връзката на телеметричното измерване се ограничава достъпа до системата за измерване, често дори се налага подмяна на обемния матрак, което съществено затруднява да се предприеме веднага необходимата терапия, която за рисковите пациенти е от особена важност.A system for measuring bioelectrical signals is also known from US 7245956 B1. The system contains a matrix of capacitive sensors embedded in, for example, a mattress. The sensors can be connected wirelessly to a user's recording and processing computer system. The known system has a limited application and technical complexity of diagnostics, as well as difficult detection of the user's sleep state, associated with insufficient quick response and accuracy. Moreover, the use of the described system is related to its use in the construction of the mattress, and in the case of 3 given damage and disconnection of the telemetry measurement, access to the measurement system is limited, often even replacement of the volume mattress is required, which significantly complicates immediately undertake the necessary therapy, which is of particular importance for high-risk patients.

Техническа същност на полезния моделTechnical nature of the utility model

Задачата на настоящия полезен модел е да се създаде медицинска система за телеметрия на витални показатели по време на сън, с която да се гарантира бърза и точна диагностика, както и да се проследява поведенческия режим и активност по време на сън чрез събиране на повече обективни данни, в това число и на данни от рисковите пациенти.The task of the present utility model is to create a medical system for telemetry of vital signs during sleep to ensure fast and accurate diagnosis, as well as to track the behavioral mode and activity during sleep by collecting more objective data , including data from at-risk patients.

Задачата се решава с медицинска система за телеметрия на витални показатели по време на сън, включваща текстилен сензорен модул за регистриране на виталните показатели посредством механичните усилия, генерирани вследствие на двигателна активност и упражняване на натиск на тялото на индивида, в легнало положение върху текстилния модул, който е конфигуриран с активна и пасивна повърхност и свързан посредством куплунг с централен модул за управление и комуникация, допълнително свързан с комуникационен модул. Активната повърхност на текстилния сензорен модул, предназначена за контакт с матрака или топ-матрака представлявала сензорна матрица, състояща се от множество шахматно разположени, съответно активен и пасивен електрод, чиито двойки формират капацитивни сензори и са изпълнени посредством печат с проводящо мастило върху текстилна основа. Втората пасивна повърхност (разположена на гърба) на текстилния сензорен модул е предназначена за контакт с тялото на човека по време на сън директно или през спалното бельо на матрака.The task is solved with a medical system for telemetry of vital signs during sleep, including a textile sensor module for registering the vital signs by means of the mechanical efforts generated as a result of motor activity and exerting pressure of the individual's body, in a supine position on the textile module, which is configured with an active and passive surface and connected via a coupling to a central control and communication module, additionally connected to a communication module. The active surface of the textile sensor module, intended for contact with the mattress or top-mattress, was a sensor matrix consisting of a plurality of staggered active and passive electrodes, whose pairs form capacitive sensors and are printed with conductive ink on a textile base. The second passive surface (located on the back) of the textile sensor module is intended for contact with the human body during sleep directly or through the bedding of the mattress.

Централният модул за контрол и управление включва свързани помежду си двупосочно: контролер, източник на енергия и комуникационни блокове, представляващи безжичен интерфейс Bluetooth модул и GSM модул с възможност за информационен обмен посредством комуникационния модул на крайния (близък или отдалечен) потребител, снабден с компютър или мобилно устройство с аналогични комуникационни модули със софтуерни приложения за анализ, съхранение, интерпретация и подходящо представяне на информацията получена от медицинската телеметрична система.The central control and management module includes two-way interconnected: controller, power source and communication blocks, representing a wireless interface Bluetooth module and GSM module with the possibility of information exchange through the communication module of the end (near or remote) user equipped with a computer or a mobile device with similar communication modules with software applications for analysis, storage, interpretation and appropriate presentation of the information received from the medical telemetry system.

Текстилният сензорен модул, съгласно настоящия полезен модел, се поставя в текстилен непромокаем калъф и се позиционира над матрака за спане, при наличие на спално бельо за матрака допълнително се фиксира под спалното бельо на матрака, или под други възможни покрития на спалния матрак. Сензорите от активната повърхност на текстилния модул са разположени в горната половина на повърхността на матрака или топ-матрака, позициониран върху основния матрак, поради по широкообхватния и равномерен контакт на торса с леглото (в легнало положение на субекта) и регистрирането на виталните показатели.The textile sensor module, according to the present utility model, is placed in a textile waterproof case and positioned above the sleeping mattress, in the presence of bed linen for the mattress, it is additionally fixed under the bed linen of the mattress, or under other possible coverings of the sleeping mattress. Sensors from the active surface of the textile module are located in the upper half of the surface of the mattress or mattress top, positioned on the main mattress, due to the wide and even contact of the torso with the bed (in the supine position of the subject) and the registration of vital signs.

Системата е изпълнена с поне 15 капацитивни сензори, конфигурирани да регистрират поне един витален показател, като движения по време на сън, позиция на тялото, дишане, времева продължителност в леглото, общо време на сън, брой лягания и ставания за определен период, температура и/или влажност на заобикалящата среда на индивида и/или други подходящи параметри, свързани със съня и качеството на съня.The system is filled with at least 15 capacitive sensors configured to register at least one vital indicator, such as movements during sleep, body position, breathing, length of time in bed, total sleep time, number of lying down and getting up for a certain period, temperature and /or humidity of the individual's environment and/or other relevant parameters related to sleep and sleep quality.

Медицинската система съгласно настоящия полезен модел позволява бърза и точна оценка на качеството на съня, а капацитивните сензори, разположени върху повърхността за спане (матрак, топ матрак и др.), предоставят необходимата полезна информация от регистрираните един или повече витални параметри, в зависимост от потребностите на индивида по време на сън. Това от своя страна прави възможно бързото анализиране на данните, постъпващи от сензорите, тяхното бързо и точно предаване, анализиране и подаване към близкия и отдалечения краен потребител, както и бързо диагностициране от страна на лекарския екип или звено за коригиращи действия, респективно бърза терапия, което е от значение за рисковите пациенти. Системата е подходяща за поставяне в специален непромокаем калъф, който се позиционира при използване върху повърхността за спане (матрак или топ матрак). Системата съгласно настоящия полезен модел е предназначена за ранна функционална диагностика и навременна оценка на риска (превенция и рехабилитация) при потребители по време на техния сън.The medical system according to the present utility model allows a quick and accurate assessment of sleep quality, and the capacitive sensors located on the sleeping surface (mattress, mattress topper, etc.) provide the necessary useful information from the registered one or more vital parameters, depending on the needs of the individual during sleep. This, in turn, makes it possible to quickly analyze the data coming from the sensors, their fast and accurate transmission, analysis and submission to the near and far end user, as well as rapid diagnosis by the medical team or unit for corrective actions, respectively rapid therapy, which is relevant for at-risk patients. The system is suitable for placement in a special waterproof case, which is positioned when in use on the sleeping surface (mattress or mattress topper). The system according to the present utility model is intended for early functional diagnosis and timely risk assessment (prevention and rehabilitation) in users during their sleep.

Пояснение на приложените фигуриExplanation of the attached figures

Фигура 1а представлява изглед откъм лицевата страна на текстилен сензорен модул с активна повърхност и куплунг;Figure 1a is a front view of a textile sensor module with an active surface and a coupling;

фигура 1б представлява изглед откъм задната страна на текстилен сензорен модул с пасивна повърхност и куплунг;figure 1b is a rear view of a textile sensor module with a passive surface and a coupling;

фигура 2 - схема на централен модул, свързан с куплунга;figure 2 - diagram of a central module connected to the clutch;

фигура 3 - схема на медицинската система.figure 3 - diagram of the medical system.

Примерно изпълнение и използване на полезния моделExample implementation and use of the utility model

Настоящото примерно изпълнение се използва само за илюстриране и не служи за ограничаване на техническите решения на настоящия полезен модел.The present exemplary embodiment is used for illustration only and does not serve to limit the technical solutions of the present utility model.

Медицинската система за телеметрия на витални показатели по време на сън съгласно фиг. 1а, фиг. 1б, фиг. 2 и фиг. 3 включва текстилен сензорен модул 1 за регистриране механичните движения, генерирани вследствие на двигателната активност и виталната дейност на поне един витален параметър, като движения по време на сън, позиция на тялото, дишане, времева продължителност в леглото, общо време на сън, брой лягания и ставания за определен период, температура и/или влажност на заобикалящата среда на индивида и/или други подходящи параметри, свързани със съня и качеството на съня чрез оценка площта и натиска на индивида в областта на торса върху текстилното сензорно покритие 1, фиксирано върху матрака на леглото в легнало положение на индивида. Текстилният сензорен модул 1 с неговата активна 1.а и пасивна 1.б повърхност (зона) е свързан посредством куплунг 5 с централен модул за управление и комуникация 2, позициониран извън матрака. Активната повърхност 1.а на текстилния сензорен модул 1 е обърната към матрака или топ-матрака и представлява сензорна матрица 6, състояща се от множество шахматно разположени съответно активен 3 и пасивен 4 електрод, а пасивната повърхност 1.б на текстилния сензорен модул 1 е предназначена за контакт с тялото на индивида по време на сън директно или през спалното бельо на матрака и няма непосредствен електрически контакт между тях.The medical sleep vital signs telemetry system of FIG. 1a, fig. 1b, fig. 2 and fig. 3 includes a textile sensor module 1 for registering the mechanical movements generated as a result of the motor activity and the vital activity of at least one vital parameter, such as movements during sleep, body position, breathing, time duration in bed, total sleep time, number of lying down and getting up for a certain period, temperature and/or humidity of the individual's environment and/or other relevant parameters related to sleep and sleep quality by assessing the area and pressure of the individual in the torso area on the textile sensor cover 1 fixed on the mattress on the bed in the supine position of the individual. The textile sensor module 1 with its active 1.a and passive 1.b surface (zone) is connected by means of a coupling 5 to a central control and communication module 2, positioned outside the mattress. The active surface 1.a of the textile sensor module 1 faces the mattress or mattress top and is a sensor matrix 6 consisting of a plurality of staggered active 3 and passive 4 electrodes, respectively, and the passive surface 1.b of the textile sensor module 1 is intended for contact with the individual's body during sleep directly or through the bedding of the mattress and there is no direct electrical contact between them.

Активният 3 и пасивният 4 електрод формират по двойки капацитивни сензори 12, чиито параметри се променят в зависимост от степента на препокриване с отделни части от тялото и от силата на упражнения върху тях натиск. Сигналът от всеки капацитивен сензор се подава към централния модул за контрол и управление 2 през куплунг 5. Принципът на измерване включва определяне на степента на заряд (изменението на напрежението) върху сензора при протичане на известен заряден ток, за определено време.The active 3 and passive 4 electrodes form pairs of capacitive sensors 12, the parameters of which change depending on the degree of overlap with individual parts of the body and the strength of pressure exercises on them. The signal from each capacitive sensor is fed to the central control and management module 2 through coupling 5. The measurement principle involves determining the degree of charge (the change in voltage) on the sensor when a known charge current flows, for a certain time.

Използва се зависимостта: i_c = C ^, където:The dependence is used: i _c = C ^, where:

i_c - зарядният ток на капацитивния сензор;i _c - the charging current of the capacitive sensor;

С - капацитета на сензора;C - the capacity of the sensor;

dU - промяната на напрежението върху сензора;dU - the voltage change on the sensor;

dt - времето за протичане на зарядния ток.dt - the time for the charging current to flow.

Относителното изменение на напреженията на капацитивните сензори 12, е показателно за степента на упражнявания върху тях натиск.The relative change in the voltages of the capacitive sensors 12 is indicative of the degree of pressure exerted on them.

Позиционирането на капацитивните сензори 12 от сензорната матрица 6 е в горната половина от матрака или топ-матрака, поради по-широкообхватния и равномерен контакт на торса с леглото (в легнало положение на пациента). По този начин е налице възможност за регистриране на позицията на тялото, движенията на тялото и дихателната дейност, чрез промяната на натиска на гръдния кош върху отделни сензорни групи. Броят на капацитивните сензори 12 съгласно примерното изпълнение може да варира от 15 до 40, а общият брой на електродите 3 и 4 съответно от 30 до 80 и зависи от размерите на матрака и потребностите на пациента, върху който ще бъде фиксиран текстилният сензорен модул 1. Промяната на натиска, при лягане на индивида върху покритието, води до промяна на капацитета на отделните сензори и се регистрира от централния модул за управление и комуникация 2, чрез измерване на напрежителния пад върху тях. Получените стойности са индикативни за позицията на тялото, движенията по време на сън и дихателната дейност и за др., витални показатели. Сензорната матрица 6 позволява и проследяване на активността на пациента, чрез следене на времената на лягане и ставане, брой лягания и ставания и тяхното денонощно разпределение и т.н., с възможност за изпращане на предупредителни съобщения до краен потребител при настъпване на атипични промени с нея.The positioning of the capacitive sensors 12 of the sensor matrix 6 is in the upper half of the mattress or mattress top, due to the wider and even contact of the torso with the bed (in the patient's supine position). In this way, it is possible to register the position of the body, the movements of the body and the respiratory activity, by changing the pressure of the chest on individual sensor groups. The number of capacitive sensors 12 according to the exemplary embodiment can vary from 15 to 40, and the total number of electrodes 3 and 4 from 30 to 80, respectively, and depends on the dimensions of the mattress and the needs of the patient on which the textile sensor module 1 will be fixed. The change in pressure, when the individual lies on the cover, leads to a change in the capacity of the individual sensors and is registered by the central control and communication module 2, by measuring the voltage drop across them. The obtained values are indicative of body position, movements during sleep and respiratory activity, and other vital signs. The sensor matrix 6 also allows tracking the patient's activity, by monitoring the times of lying down and getting up, number of lying down and getting up and their daily distribution, etc., with the possibility of sending warning messages to the end user when atypical changes occur with her.

Централният модул за управление и комуникация 2 регистрира данните, генерирани от сензорите на матрицата 6 и ги обработва посредством микроконтролер 9. В централния модул за управление и комуникация 2 са вградени допълнителни интерфейсни модули Bluetooth 7 и GSM 8 за безжично предаване на данни на близко и далечно разстояние към комуникационен модул 11 за информационен обмен с GSM на потребителя, предаване на данни до отдалечен потребител (непоказан на фигурите), снабден с мобилно устройство или GSM, свързан към компютър, със софтуерни приложения за анализ, съхранение, интерпретация и подходящо представяне на информацията, получена от медицинската телеметрична система. Отдалеченият краен потребител на данните от телеметричната система може да е лекар, който осъществява преглед на резултата и определя диагнозата, както и назначава подходящата терапия. Крайният потребител може да е също персонален асистент, доставчик на медицински грижи, близък роднина на индивида, чието състояние се следи, като получаваните данни са свързани с атипични изменения в активността на индивида по време на сън. Свързването на текстилния сензорен модул 1 чрез куплунг 5 с централния модул за управление и контрол 2, свързан към комуникационен модул 11 ги обединява в цялостна телеметрична система за регистриране на поне един витален параметър по време на сън. Цялата система е с автономно захранване, реализирано с батерия 10.The central control and communication module 2 registers the data generated by the sensors of the matrix 6 and processes them by means of a microcontroller 9. In the central control and communication module 2 additional interface modules Bluetooth 7 and GSM 8 are built-in for wireless data transmission near and far distance to a communication module 11 for information exchange with the user's GSM, transmission of data to a remote user (not shown in the figures), equipped with a mobile device or GSM connected to a computer, with software applications for analysis, storage, interpretation and appropriate presentation of the information , obtained from the medical telemetry system. The remote end user of the data from the telemetry system may be a physician who reviews the result and determines the diagnosis and prescribes the appropriate therapy. The end user may also be a personal assistant, a medical care provider, a close relative of the individual whose condition is being monitored, and the data obtained is related to atypical changes in the individual's activity during sleep. The connection of the textile sensor module 1 through a coupling 5 with the central management and control module 2 connected to a communication module 11 unites them in a complete telemetry system for registering at least one vital parameter during sleep. The entire system is self-powered, implemented with a 10 battery.

В режим на използване текстилният сензорен модул 1 се позиционира в непромокаем подвижен калъф с цип (непоказан на фигурите), така че калъфът да може да се сваля и почиства, и заедно се разполагат между повърхността за спане (матрак, топ-матрак и др.) и спалното бельо или директно между индивида и повърхността за спане на матрака или топ-матрака. Активната страна 1.а със сензорната си матрица 6 на текстилния сензорен модул 1 се фиксира към повърхността за спане, а пасивната страна 1.б на текстилния сензорен модул 1 е насочена към тялото на индивида.In the mode of use, the textile sensor module 1 is positioned in a waterproof removable case with a zipper (not shown in the figures) so that the case can be removed and cleaned, and together they are placed between the sleeping surface (mattress, mattress topper, etc. ) and the bedding or directly between the individual and the sleeping surface of the mattress or mattress topper. The active side 1.a with its sensor matrix 6 of the textile sensor module 1 is fixed to the sleeping surface, and the passive side 1.b of the textile sensor module 1 is directed to the body of the individual.

Централният модул за управление и контрол 2 (хардуерен модул), свързан с текстилния сензорен модул 1 чрез куплунг 5 се намира извън калъфа - до леглото на индивида, под матрака или на друго, специално пригодено за това място.The central management and control module 2 (hardware module) connected to the textile sensor module 1 through a coupling 5 is located outside the case - next to the individual's bed, under the mattress or in another specially adapted place.

Централният модул за управление и контрол 2 се свързва с комуникационен модул 11, снабден с комуникационни устройства за приемане и предаване на данни на близко разстояние, напр. до GSM на потребителя, чрез Bluetooth, както и на далечно разстояние, чрез вграден GSM модул до лекар, роднина, доставчик на медицински грижи и др. Тези възможности за комуникация позволяват системата съгласно настоящия полезен модел да се разглежда и като устройство за вграждане в налични мрежи за трансфер на данни т.н. IoMT - Internet of Medical Things.The central command and control module 2 is connected to a communication module 11 equipped with communication devices for receiving and transmitting data at close range, e.g. to the user's GSM, via Bluetooth, as well as long distance, via a built-in GSM module to a doctor, relative, medical care provider, etc. These communication capabilities allow the system according to the present utility model to be considered also as a device for embedding in available data transfer networks, etc. IoMT - Internet of Medical Things.

Claims

A medical system for telemetry of vital signs during sleep, including a textile sensor module for registering vital parameters, which is connected to a control and communication module, performing data transfer to an end user, characterized in that the textile sensor module ( 1) is configured with an active (1.a) and passive (1.b) surface and connected via a coupling (5) to a central control and communication module (2), where the active front surface (1.a) of the textile sensor module (1), intended for contact with the mattress or mattress top, is a sensor matrix (6), consisting of a plurality of staggered active (3) and passive (4) electrodes, whose pairs form capacitive sensors (12) and are implemented by printing with conductive ink on a textile base, and the second passive (1.b) surface intended for contact with the individual is located on the opposite side from the back of the textile sensor module (1), whereby the central control and communication module (2) is connected on one side to the textile sensor module (1) through a coupling (5) and on the other to a communication module (11) and includes interconnected two-way controller (9), power source (10) and communication blocks representing wireless GSM interface (8) and Bluetooth module (7) for information exchange of a near or end-remote user by means of the communication module (11), which is equipped with similar communication devices, such as a mobile device, a computer provided with software applications for analysis, storage, interpretation and presentation of information received from the medical telemetry system.