EA014637B1

EA014637B1 - Медицинский прибор

Info

Publication number: EA014637B1
Application number: EA200970244A
Authority: EA
Inventors: Даниель А. Гур; Евгений Гранов; Игорь Гранов
Original assignee: Н.И. Медикал Лтд.
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2010-12-30
Also published as: EA200970244A1; TW200829208A; US20090227849A1; WO2008029395A2; WO2008029395A3; EP2063761A2

Abstract

Предложен медицинский прибор, который содержит корпус и находящиеся в корпусе первое коммуникационное устройство для приема входного сигнала, представляющего физиологические сигналы, и второе коммуникационное устройство для осуществления коммуникации с компьютером. Корпус прибора сконфигурирован для его установки с возможностью извлечения в отсек дисковода для компакт-диска компьютера.

Description

Область техники

Изобретение относится к медицинскому прибору, способному принимать физиологические сигналы от тела обследуемого индивидуума и осуществлять коммуникацию с компьютером для целей анализа, хранения и отображения зарегистрированного сигнала или результатов его обработки.

Уровень техники

Для современной медицины характерна тенденция переноса в приемные кабинеты врачей многих медицинских и диагностических процедур, которые ранее выполнялись в больницах или специализированных клиниках. Существует также традиция перехода от автономных медицинских приборов к конфигурациям, в которых они интегрированы с компьютером. В этом случае прибор должен быть снабжен какими-то средствами, служащими интерфейсом между ним и компьютером. Для использования в кабинетах врачей, а также в других медицинских учреждениях без привлечения специалистов по компьютерам, такой интерфейс должен быть достаточно простым.

До настоящего времени типичные интерфейсы для связи компьютеров с медицинскими приборами выполнялись в виде отдельных модулей, подсоединяемых к компьютеру через один из его стандартных коммуникационных портов.

Сущность изобретения

Изобретение обеспечивает новую конструкцию медицинского прибора, способного принимать сигналы, соответствующие физиологическим сигналам (т.е. представляющие эти сигналы), и передавать их компьютеру, как правило, после начальной обработки. Подобный медицинский прибор согласно изобретению снабжается корпусом, сконфигурированным так, что он может устанавливаться в отсек дисковода для компакт-диска (СИ) компьютера, как правило, портативного компьютера (типа лэптоп или ноутбук).

Таким образом, в соответствии с изобретением предлагается медицинский прибор, содержащий корпус и находящиеся в корпусе первое коммуникационное устройство для приема входного сигнала, представляющего физиологические сигналы, и второе коммуникационное устройство для осуществления коммуникации с компьютером. При этом корпус сконфигурирован для его установки с возможностью извлечения в отсек СП-дисковода компьютера.

Термин медицинский прибор в контексте изобретения охватывает любой прибор, предназначенный для регистрации физиологических сигналов, в том числе (не ограничиваясь ими) медицинские приборы для регистрации кардиоваскулярных параметров. Кроме того, медицинский прибор может быть адаптирован для регистрации электроэнцефалограмм, параметров кожи, параметров, характеризующих состав тканей, акустических сигналов от различных частей тела и т. д. Таким образом, изобретение имеет широкую область использования и не ограничивается перечисленными конкретными медицинскими применениями.

Согласно одному из вариантов изобретения первое коммуникационное устройство содержит один или более приемников сигнала и может дополнительно содержать контур первичного преобразования сигнала или усилитель. В соответствии с другими вариантами изобретения медицинский прибор может также содержать блок формирования выходного сигнала, например сигнала стимуляции, прикладываемого к телу индивидуума. Таким блоком может быть генератор для формирования электрического стимулирующего сигнала низкого напряжения с целью индуцирования потенциала в нервах или мускулах, ультразвуковой преобразователь для испускания ультразвукового сигнала, лазер для испускания светового сигнала и др.

Второе коммуникационное устройство может согласно одному из вариантов изобретения иметь порт, расположенный на поверхности корпуса, которая доступна снаружи, когда прибор установлен в указанный отсек. В этом случае второе коммуникационное устройство может осуществлять коммуникацию с компьютером через проводной или беспроводной соединительный компонент.

В соответствии с другими вариантами второе коммуникационное устройство расположено на поверхности корпуса, являющейся внутренней, когда прибор установлен в указанный отсек, и выполнено с возможностью подсоединения к коммуникационному порту, находящемуся в данном отсеке и предназначенному, например, для коммуникации со стандартными компьютерными аксессуарами.

Согласно одному из вариантов корпус сконфигурирован для установки в отсек портативного компьютера. В типичном варианте корпус сконфигурирован для установки в отсек дисковода для компактдиска. В одном из вариантов в корпусе находится также процессорное устройство для обработки входного сигнала и генерирования для передачи в компьютер выходного сигнала, соответствующего входному сигналу, и обеспечения тем самым коммуникации с компьютером. Согласно некоторым вариантам процессорное устройство выполнено с возможностью приема управляющего сигнала от компьютера. Согласно другим вариантам медицинский прибор снабжен также прикладной программой, например программой, обеспечивающей возможность функционирования компьютера совместно с прибором по изобретению.

В соответствии с одним из вариантов медицинский прибор выполнен с возможностью определения одного или более кардиоваскулярных параметров. Этими кардиоваскулярными параметрами могут быть параметры электрокардиограммы (ЭКГ), кровяное давление, ударный объем, частота пульса, минутный

- 1 014637 сердечный выброс и производные минутного сердечного выброса. Согласно варианту изобретения первое коммуникационное устройство содержит два или более приемников, каждый из которых принимает входной сигнал, представляющий физиологический параметр, отличный от физиологического параметра (физиологических параметров), представляемого (представляемых) другим приемником (другими приемниками). В конкретном варианте первое коммуникационное устройство содержит первый приемник для приема сигнала, представляющего параметр, относящийся к минутному сердечному выбросу, второй приемник для приема сигнала, представляющего ЭКГ, и третий приемник для приема сигнала, представляющего кровяное давление.

Перечень чертежей

Чтобы облегчить понимание изобретения и возможностей его практического использования, далее в качестве неограничивающего примера со ссылками на чертежи будет описан предпочтительный вариант изобретения.

На фиг. 1 представлена схематичная иллюстрация медицинского прибора согласно одному из вариантов изобретения.

На фиг. 2А представлена блок-схема, иллюстрирующая основные компоненты медицинского прибора согласно одному из вариантов изобретения и его способность подключения к внешнему измерительному модулю и к хост-компьютеру.

На фиг. 2В более подробно иллюстрируется биоимпедансный блок медицинского прибора по фиг. 2А.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг. 1 схематично проиллюстрирован вариант медицинского прибора 10 согласно изобретению, представляющего собой разновидность оборудования медицинской поддержки. Прибор 10 содержит корпус 12, сконфигурированный для его установки с возможностью извлечения в стандартный отсек 14 СЭ-дисковода компьютера, например портативного компьютера, такого как лэптоп. В корпусе 12 находится первое коммуникационное устройство 16 для приема одного или более входных сигналов. Применительно к данному конкретному (но не ограничивающему) варианту имеются два таких сигнала, 181 и 18₂. В корпусе находится также второе коммуникационное устройство 18 для осуществления коммуникации с компьютером 20. Входной сигнал (входные сигналы) представляет (представляют) физиологический сигнал (физиологические сигналы).

Следует отметить, что первое коммуникационное устройство может быть выполнено как единственный входной порт для приема одного или более входных сигналов, хотя в представленном примере показаны два таких порта 16А и 16В. Использование нескольких входных портов может быть ассоциировано с одновременным приемом нескольких различных входных сигналов или с необходимостью селективного функционирования любого из данных портов, например, если другой порт окажется поврежденным.

Второе коммуникационное устройство 18 также может быть сформировано с одним или более портами - в представленном примере показан один такой порт. Второе коммуникационное устройство 18 обеспечивает коммуникацию с коммуникационным портом 24 компьютера через соединительный компонент 22. В данном примере этот компонент выполнен как проводной коннектор, однако должно быть понятно, что может быть использована и беспроводная связь.

В представленном примере порты первого и второго коммуникационных устройств 16 и 18 находятся на поверхности 12а корпуса, которая доступна снаружи, когда прибор установлен в указанный отсек компьютера. Однако следует отметить, что, по меньшей мере, некоторые из портов первого и второго коммуникационных устройств, обычно те, что взаимодействуют с компонентами компьютера, могут быть расположены на поверхности корпуса, являющейся внутренней, когда прибор установлен в отсек. В компьютере типа лэптопа или ноутбука в состав его средств связи обычно входят стандартизованные порты для внутренней коммуникации, предназначенные для подсоединения компьютерных аксессуаров, рассчитанных на подключение именно к этим стандартизованным портам. Согласно вариантам изобретения медицинский прибор может быть снабжен соответствующими соединительными портами, которые подключаются к стандартизованным портам базового компьютера (хост-компьютера).

Корпус 12 содержит процессорное устройство (которое не показано на фиг. 1, но будет описано далее со ссылкой на фиг. 2А) для обработки входного сигнала (входных сигналов) 18_ь 18₂ и для генерирования выходного сигнала 08, подаваемого в компьютер. Характеристики процессорного устройства подобраны в соответствии с требованиями различных приложений изобретения, в частности при мониторинге физиологических параметров индивидуумов.

В некоторых вариантах изобретения процессорное устройство медицинского прибора функционирует как интерфейс прикладной программы, включенный между компьютером и внешним измерительным модулем, тогда как обработка данных производится, в основном, компьютером. Например, процессорное устройство может осуществлять усиление сигнала, фильтрацию и т.д. В других вариантах в процессорное устройство загружается определенный программный продукт, способный выполнить обработку всех медицинских данных, а компьютер служит для отображения результатов обработки и обеспечивает пользовательский интерфейс для работы с медицинским прибором, хранения данных и т.д. Еще в

- 2 014637 одном варианте изобретения медицинский прибор 10 снабжен прикладной программой, предназначенной для так называемой распределенной обработки данных в комбинации с указанным компьютером.

В конкретном неограничивающем примере изобретения медицинский прибор 10 адаптирован для использования при определении одного или более кардиоваскулярных параметров пациента. Кардиоваскулярные параметры могут включать один или более следующих параметров: ЭКГ, кровяное давление, ударный объем, частота пульса или минутный сердечный выброс.

На фиг. 2А и 2В схематично показаны внутренние компоненты медицинского прибора согласно варианту изобретения. При этом на фиг. 2 А показаны компоненты процессорного устройства 100 медицинского прибора в соответствии с вариантом изобретения, а на фиг. 2В более подробно показан биоимпедансный блок этого процессорного устройства.

Процессорное устройство 100 содержит биоимпедансный блок 30, представляющий собой приемник сигнала, и микроконтроллер (МК) 32. Биоимпедансный блок 30 подключен своим входом к входному порту 16А медицинского прибора, а своим выходом 33 - к микроконтроллеру 32. Биоимпедансный блок 30 сконфигурирован для приема электрического выходного сигнала 181 от электродного блока 35 А, установленного на теле пациента Р, и для обработки этого сигнала с целью определения кардиальных параметров пациента, например ударного объема. В неограничивающем примере процессорное устройство 100 содержит также другой приемник 34 сигнала для приема, через входной порт 16В, входного сигнала 18₂ от электродного блока 35В измерения ЭКГ. В рассматриваемом примере различные входные сигналы принимаются различными входными портами, однако должно быть понятно, что это лишь одно из возможных решений и что все сигналы могут поступать через один и тот же порт. В данном примере медицинский прибор получает также через любой из портов 16А и 16В (по проводам или беспроводным методом) входной сигнал 18₃ от блока 36 неинвазивного измерения кровяного давления (НИКД).

Выходы микроконтроллера 32 подключены к выходному порту 18 (см. фиг. 1) медицинского прибора, связанному с хост-процессором 40 компьютера (такого как компьютер 20 - см. фиг. 1). Эта связь может быть реализована через развязанную линию 42 передачи данных (например, образованную оптоизоляторами НСРБ2611НР), драйверный контур 44 (такой как драйвер В8232С или И8В) и соответствующий интерфейс 46. Альтернативно, связь можно осуществить через специально предназначенный для этого порт в приборе, который подключается к стандартизированному соединительному порту в отсеке компьютера. Эти соединительные компоненты могут являться частью медицинского прибора и/или компьютера. Как уже упоминалось, связь между медицинским прибором и компьютером может быть проводной или беспроводной. В последнем случае желательно снабдить медицинский прибор и компьютер инфракрасным, и/или радиочастотным, и/или акустическим приемопередатчиком. Подобные коммуникационные средства известны и не требуют дополнительного описания. В представленном варианте питание медицинского прибора (например, напряжением +5 В) осуществляется от хост-компьютера через развязанную линию 48 подачи постоянного напряжения (0С7ЭС) и через блок 50 питания, обеспечивающий стабилизацию напряжения.

В данном неограничивающем примере используется распределенная обработка данных. Более конкретно, биоимпедансный блок 30 и локальный микроконтроллер 32 осуществляют предварительную обработку (как это будет описано далее со ссылкой на фиг. 2В), тогда как хост-процессор 40 осуществляет окончательную обработку, которая включает анализ измеренного сигнала, выбор модели вычислений (которая хранится в памяти компьютера 20 или медицинского прибора 10) и вычисление требуемого параметра (требуемых параметров). Например, кардиальный параметр (кардиальные параметры) может (могут) быть вычислен (вычислены) на основе моделей, использующих параметр объема, ΔΗ/В, и параметр скорости крови, (йР/й1)-Т. С этой целью могут быть использованы известные формулы. Например, известная формула Фринермана (Етшетшап) - см. патент США № 5469859, принадлежащий заявителю настоящего изобретения, - и уравнение на основе параметра йВ/й! (КиЫсек е! а1. Вюшей. Епд. 1974, ν. 9, рр. 410-416) могут быть использованы для расчета ударного объема. Принципы подобных методов измерения биоимпеданса сами по себе известны и не требуют дальнейшего описания.

Далее, со ссылкой на фиг. 2В, описывается пример конструкции и функционирования биоимпедансного блока 30. Как уже упоминалось, он соответствует конкретному, неограничивающему примеру изобретения и предназначен для использования при определении одного или более кардиальных параметров пациента. Биоимпедансный блок 30 содержит источник 52 тока для подачи электрического тока к электродному блоку 35 А и генератор 54 на основе прямого цифрового синтеза (йпес! й1дйа1 8уп1йе818, ЭЭ8). который управляется микроконтроллером 32. Использование ΩΩ8-генератора 54 обусловлено следующими факторами: человеческое тело, с точки зрения электротехники, ведет себя, как обладающее комплексным сопротивлением (импедансом) ВС типа (темйапсе-сарасйапсе - активное сопротивлениеемкость). На значение этого импеданса влияет частота инжектируемого тока. ΩΩ 8 -генератор обеспечивает задание этой частоты, составляющей примерно 32 кГц. Микроконтроллер 32 управляет ΩΩ8генератором таким образом, чтобы обеспечить стабильность частоты и амплитуды выходного синусоидального сигнала от ^^8-генератора, обеспечивающего работу источника 52 тока. Биоимпедансный блок 30 предпочтительно содержит также контрольный детектор 56, который используется для обнару

- 3 014637 жения отсутствия контакта между электродом и телом (как для биоимпедансных электродов, так и предпочтительно для ЭКГ-электродов).

Сигнал 181, считанный с электродного блока 35 А, подается на вход прецизионного измерительного усилителя 58. Этот входной сигнал 18₁ пропорционален импедансу человеческого тела (т.е. полному биоимпедансу). Выход измерительного усилителя 58 соединен с первым входом синхронного детектора 60, который обеспечивает выпрямление сигнала полного биоимпеданса и одновременно формирует производную активной составляющей В данного сигнала, представляемого как вектор. Эта составляющая В пропорциональна резистивному компоненту измеряемой величины (активному сопротивлению кровеносной системы). Линейность синхронного детектора 60 упрощает процесс калибровки и сводит его к одноступенчатой начальной регулировке медицинского прибора (вместо калибровки в каждом цикле). Выход детектора 60 подсоединен к фильтру 62 нижних частот, который может являться, например, бесселевским фильтром. Фильтр 62 отрезает высокочастотные компоненты, например с частотой выше 32 кГц, и выдает операционный сигнал, у которого имеются компоненты В и ΔΒ, представляющие соответственно постоянную и переменную составляющие сигнала биоимпеданса. Операционный сигнал подается на масштабирующий усилитель 64 для компоненты В и на блок 66 биоусилителя-фильтра. Усилитель 64 формирует выходной сигнал, пропорциональный активной компоненте В биоимпеданса, и подает этот сигнал на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) микроконтроллера 32. Блок 66 биоусилителяфильтра выделяет из операционного сигнала волновую переменную компоненту ΔΒ. Выход данного блока 66 подключен к входу другого АЦП микроконтроллера 32, который связан с хост-процессором 40 (см. фиг. 2А) компьютера.

Таким образом, изобретение обеспечивает создание нового медицинского прибора, сконструированного с возможностью установки в стандартный отсек компьютера, в типичном варианте в его отсек для СЭ-дисковода. Медицинский прибор предпочтительно сконфигурирован как интерфейс для прикладной программы, обеспечивающий коммуникацию с измерительным блоком, например с электродным блоком (электродными блоками), и с процессором компьютера.

Должно быть понятно, что изобретение не ограничивается вышеописанными примерами измерения кардиоваскулярных параметров и может быть использовано для определения любых физиологических параметров. С этой целью процессорное устройство медицинского прибора снабжено соответствующими аппаратурными и/или программными продуктами, способными реагировать на определенные входные сигналы и обрабатывать их с получением желательного выходного сигнала.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Медицинский прибор, содержащий корпус и находящиеся в корпусе первое коммуникационное устройство для приема входного сигнала, представляющего физиологические сигналы, и второе коммуникационное устройство для осуществления коммуникации с компьютером, отличающийся тем, что указанный корпус сконфигурирован для его установки с возможностью извлечения в отсек дисковода для компакт-диска портативного компьютера, причем корпус содержит один или более соединительных портов, выполненных с возможностью подсоединения к одному или более коммуникационным портам в указанном отсеке.
2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что каждое из первого и второго коммуникационных устройств имеет порт, расположенный на поверхности корпуса, которая доступна снаружи, когда прибор установлен в указанный отсек, а второе коммуникационное устройство выполнено с возможностью коммуникации через соединительный компонент с коммуникационным портом компьютера.
3. Прибор по п.1 или 2, отличающийся тем, что первое коммуникационное устройство расположено на поверхности корпуса, доступной снаружи, когда прибор установлен в указанный отсек, а второе коммуникационное устройство расположено на поверхности корпуса, являющейся внутренней, когда прибор установлен в указанный отсек, и выполнено с возможностью подсоединения к коммуникационному порту, находящемуся в данном отсеке.
4. Прибор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в корпусе установлено процессорное устройство для обработки входного сигнала и генерирования для передачи в компьютер выходного сигнала, соответствующего входному сигналу.
5. Прибор по п.4, отличающийся тем, что процессорное устройство выполнено с возможностью приема управляющего сигнала от компьютера.
6. Прибор по п.4 или 5, отличающийся тем, что снабжен прикладной программой.
7. Прибор по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что выполнен с возможностью определения одного или более кардиоваскулярных параметров.
8. Прибор по п.7, отличающийся тем, что кардиоваскулярные параметры выбраны из следующих параметров: параметры электрокардиограммы (ЭКГ), кровяное давление, ударный объем, частота пульса, минутный сердечный выброс и производные минутного сердечного выброса.
9. Прибор по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что первое коммуникационное устройство содержит два или более приемников сигнала, каждый из которых принимает входной сигнал, представ

- 4 014637 ляющий физиологический параметр, отличный от физиологического параметра (физиологических параметров), представляемого (представляемых) другим приемником (другими приемниками).
10. Прибор по п.9, отличающийся тем, что содержит первый приемник для приема сигнала, представляющего параметр, относящийся к минутному сердечному выбросу, второй приемник для приема сигнала, представляющего ЭКГ, и третий приемник для приема сигнала, представляющего кровяное давление.
11. Портативный компьютер, содержащий отсек дисковода для компакт-диска и медицинский прибор, устанавливаемый с возможностью извлечения в указанный отсек дисковода для компакт-диска, причем медицинский прибор содержит корпус и находящиеся в корпусе первое коммуникационное устройство для приема одного или более входных сигналов, представляющих один или более физиологических сигналов, и второе коммуникационное устройство для осуществления коммуникации с компьютером, причем корпус содержит один или более соединительных портов для подсоединения к одному или более коммуникационным портам в указанном отсеке.