EA024345B1

EA024345B1 - Способ мониторинга деятельности сердечно-сосудистой системы и дыхательных путей

Info

Publication number: EA024345B1
Application number: EA201300622A
Authority: EA
Inventors: Тельман Аббас Оглы Алиев; Нармин Эльдар кызы Рзаева
Original assignee: Институт Кибернетики Национальной Академии Наук Азербайджанской Республики
Priority date: 2013-02-13
Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2016-09-30
Also published as: EA201300622A1

Abstract

Изобретение относится к медицинской кибернетике, касается экспресс-методов определения состояния здоровья человека и предназначено для мониторинга деятельности сердечно-сосудистой системы и дыхательных путей. Сущность изобретения состоит в способе мониторинга деятельности сердечно-сосудистой системы и дыхательных путей, который осуществляют МЭУ путем прослушивания микрофоном устройства шума сердца, легких и голоса субъекта наблюдения. Регистрацию показателей состояния здоровья осуществляют в памяти МЭУ. Программа на базе Noise-технологии операционной системы устройства обрабатывает полученную информацию с выработкой информативных признаков (симптомов) заболевания, сформированных из оценок характеристик шума Dε, Rε(μ), Rεε(μ=0). При этом на этапе обучения память устройства формирует базу эталонных значений показателей с выработкой диапазона риска, а затем отслеживает отклонения текущих показателей от эталонных и сигнализирует о показателях либо субъекту наблюдения, либо наблюдателю за реанимационным больным. Технический эффект заявляемого изобретения состоит не только в решении поставленной задачи - создания простого и легкореализуемого способа мониторинга заболеваний сердечно-сосудистой системы и дыхательных путей, но и в возможности определения скрытого периода зарождения заболевания и обеспечении массовой доступности проведения процедуры мониторинга. Способ позволяет осуществлять мониторинг в реальном масштабе времени как в домашних условиях с целью профилактики состояния здоровья, так и в стационарных.

Description

Изобретение относится к медицинской кибернетике, касается экспресс-методов определения состояния здоровья человека и предназначено для мониторинга деятельности сердечно-сосудистой системы и дыхательных путей.

Современная компьютерная медицина, для реализации экспресс-методов определения состояния здоровья человека, представлена (1) набором различных диагностических систем и способов, позволяющих упростить и повысить точность процесса мониторинга и диагностики многих функциональных нарушений в организме человека, в частности в области сердечно-сосудистых заболеваний и дыхательных путей. В указанных системах общим для всех методов мониторинга и диагностики является съем и регистрация сигналов от датчиков, расположенных либо на теле человека, либо на мобильных электронных устройствах (МЭУ) в виде мобильных телефонов, смартфонов, коммуникаторов, смартбуков, планшетов и т.п. А затем полученная информация передается по тому или иному типу каналу связи (телефону, смартфону, интернету и т.п.) на сервер, удаленный от наблюдаемого субъекта, для обработки полученных сигналов, анализа и принятия решения. Таким образом, существующие на сегодняшний день методы мониторинга состояния сердечно-сосудистой системы субъекта не только не позволяют дать оценку на месте, без отправки данных на сервер, но и сама методика обработки сигналов не позволяет в полной мере определять скрытые патологические процессы в сердечно-сосудистой системе.

Известна система мониторинга и сигнализации на основе интернет-протокола (2), включающая способ мониторинга состояния здоровья человека, в котором мониторинг осуществляется мобильным телефоном и беспроводным медицинским измерительным устройством, закрепленным на теле исследуемого субъекта. Измерительное устройство или мобильный телефон содержит устройство памяти, где хранят измеренные показатели состояния здоровья, в качестве которых используют электрокардиограмму, электроэнцефалограмму, кровяное давление, пульс, частоту дыхания, а также электронные адреса для связи с наблюдателем. Способ позволяет постоянно контролировать изменение показателей путем сравнения с показателями состояния здоровья в режиме реального времени, и если измеренный показатель находится в критической зоне, то сообщение передается наблюдателю.

Недостатком данного метода является то, что он предназначен только для стационарных больных и не может быть реализован для профилактического индивидуального (в домашних условиях) мониторинга населения. Основным недостатком известного способа является также то, что он основан на обязательном измерении таких показателей, как электрокардиограмма, энцефалограмма, эхограмма и т.п., для снятия которых требуется комплекс такого оборудования, которое, за небольшим исключением, недоступно не только в домашних условиях, но, по тем или иным причинам, и в стационарах. Кроме того, их расшифровка на месте не предоставляется возможной, и если показания отличаются от показателей нормального состояния, то решение задачи мониторинга в реальном масштабе времени осуществляется дистанционно, по различным каналам связи, в центре диагностики. При этом если показания характеризуют состояние обследуемого уже в критической зоне, то это чрезвычайно опасно для пациента.

Задачей изобретения является создание легко реализуемого на мобильном электронном устройстве, например мобильного телефона, способа мониторинга деятельности сердечно-сосудистой системы и дыхательных путей не только в домашних условиях, но и в стационарных, в частности реанимационных.

Сущность изобретения состоит в том, что мониторинг деятельности сердечно-сосудистой системы и дыхательных путей осуществляют МЭУ путем прослушивания микрофоном устройства шума сердца, легких и голоса субъекта наблюдения. Регистрацию показателей состояния здоровья осуществляют в памяти МЭУ. Программа на базе Коке-технологии операционной системы устройства обрабатывает полученную информацию с выработкой информативных признаков (симптомов) заболевания, сформированных из оценок характеристик шума Ό_ε, Κ_χε(μ), К _Χεε(μ=0). При этом на этапе обучения память устройства формирует базы эталонных значений показателей здорового и больного состояния субъекта наблюдения, а затем отслеживает отклонения текущих показателей от эталонных и сигнализирует субъекту наблюдения о состоянии его здоровья.

Сущность изобретения также состоит в том, что мониторинг деятельности сердечно-сосудистой системы и дыхательных путей осуществляют МЭУ путем прослушивания микрофоном устройства шума сердца, легких и голоса реанимационного больного. Регистрацию показателей состояния здоровья и телефонных номеров наблюдателей осуществляют в памяти МЭУ. Программа на базе Ыо18е-технологии операционной системы устройства обрабатывает полученную информацию с выработкой информативных признаков (симптомов) заболевания, сформированных из оценок характеристик шума Ό_ε, Κ_χε(μ), К _Χεε(μ=0). При этом на этапе обучения память устройства формирует базы эталонных значений показателей стабильного состояния субъекта наблюдения, а затем отслеживает отклонения текущих показателей от эталонных и сигнализирует об изменениях в состоянии здоровья пациента наблюдателю по его телефонному номеру.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал, что заявляемое изобретение отличается от прототипа рядом новых существенных признаков. В прототипе, в качестве носителя информации, используется измерительная информация в виде электрокардиограммы, энцефалограммы, эхограммы и т.п., способы анализа и расшифровки которых достаточно известны, но измерение требует

- 1 024345 применения сложного, немалогабаритного и дорогостоящего медицинского оборудования, что не позволяет решить задачу мониторинга в реальном масштабе времени. В заявляемом изобретении, в качестве носителя информации, используются и анализируются шумы сердца, легких и голоса. В настоящее время пока не существует адекватных методов для количественной оценки шума, являющегося носителем ценной информации о начале скрытого периода зарождения заболеваний. Существующие на сегодняшний день корреляционные и спектральные методы предусмотрены для обработки и анализа зашумленных сигналов. Но они не позволяют анализировать оценки шума. Кроме того, широко применяются методы фильтрации шума, при которых отбрасывается важная диагностическая информация, носителем которой и является шум. Используемая в заявляемом изобретении, разработанная соавтором изобретения, Νοίδβтехнология (4), позволяет получить достаточно адекватную характеристику исследуемого шума и сформировать множество симптомов, состоящее из характеристик шума для оценки состояния здоровья пользователя. Информативные признаки (симптомы) состояния здоровья формируют из оценок: Ό_ε, Κ_χε(μ), К _Χεε(μ=0), которые хранятся в памяти устройства и сравниваются с текущими оценками. Регистрацию информации, ее обработку и вывод результатов осуществляют единственным прибором - мобильным электронным устройством. Кроме того в заявляемом методе мониторинг состояния здоровья пользователя или реанимационного больного осуществляют в реальном масштабе времени, без дистанционной передачи в центр диагностики. Следовательно, изобретение соответствует критерию новизна.

Анализ других известных (1) технически решений в этой области показал, что не найдены решения подобные заявляемому. Имеются решения, где способы мониторинга состояния здоровья являются целой системой мониторинга, а мобильные электронные устройства используются, как правило, только для снятия характеристик и передаче данных на другие устройства для обработки полученной информации и получения результатов. Эти вторичные устройства могут находиться, как непосредственно вблизи наблюдаемого, так и на удаленном расстоянии. В заявляемом изобретении использование второго МЭУ предполагается только для реанимационных больных лишь для оповещения обслуживающего персонала. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретательский уровень. А в целом, заявляемое решение может быть признано изобретением.

На фиг. 1 и 2 показаны принципиальные схемы программного алгоритма, обеспечивающего выполнение способа. Способ по п.1 осуществляется следующим образом. Блок 1 - блок ввода шума сердца, легких и голоса §(ίΔΐ); блок 2 - блок вычисления оценок характеристик шума: дисперсии помехи Ό_ε, взаимно корреляционной функции между полезным сигналом и помехой шума сердца и легких Κ_χε(μ) и релейной взаимно корреляционной функции между полезным сигналом и помехой шума сердца и легких К _Χεε(μ) по следующим алгоритмам:

А = + +2)&ί)-2ζ(ίΔί)8((>+1)^Δθ| = 0) = |[/ς(χζ = 0)-^(// = 1)-Л_й(ц = 2)+ = где ^Ν = — Σ^Ο'Δί) £((* + * ’ г—1

Ν (μ = °) * — Σ [⁵&^η ^(/Δί )^(ίΔί) - 2 5§η £·(ίΔί)^((ι + ΐ)Δί) + £</Δί )^((ι + 2)Δί.

Λ 1=1

Блок 3 - блок формирования текущего множества симптомов (МС) из оценок, вычисленных в блоке 2.

Блок 4 - блок сравнения текущих МС с создаваемым в процессе обучения Банком Множества Симптомов (БМС). БМС создается из всевозможных сочетаний МС при условии, что исходное состояние здоровья владельца МЭУ условно принимается за здоровое и, следовательно, БМС - это банк множество симптомов здорового (БМС-з) и болезненного состояния пользователя (БМС-б). Устройство, в процессе обучения, будет адекватно адаптировано к действительному состоянию здоровья пользователя. Если в блоке 4 при сравнении текущего МС с БМС окажется, что оно отличается от всех МС из БМС, то информация поступает в блок 5, если не отличается, то информация переходит в блок 8.

Блок 5 - блок условия, где принимается решение о том, следует ли текущий МС внести в БМС-з. Если текущие МС в течение заданного времени совпадают с МС из БМС-з, то считается, что формирование БМС-з завершено и информация поступает в блок 6. Если же, текущие МС отличаются от БМС-з, то считается, что БМС-з еще не сформировано I полностью, текущие МС пополняют БМС-з, и информация поступает в блок 11.

Блок 6 - блок условия, где принимается решение о том, следует ли текущий МС внести в БМС-б. Если текущие МС, при уже сформированном БСМ-з, начинают отличаться от МС из БСМ-з, то это говорит о том, что в состоянии здоровья пользователя происходят изменения. Программа автоматически переходит к формированию БМС-б аналогично формированию БСМ-з. Если текущие МС в течении задан- 2 024345 ного времени совпадают с МС из БМС-б то считается, что формирование БМС-б завершено и информация направляется в блок 7. Если же, текущие МС отличаются от БМС-б, то считается, что БМС-б еще не сформировано полностью, текущие МС пополняют БМС-б, и информация поступает в блок 9.

Блок 7 - блок условия, где устройство обращается к пользователю за решением, следует ли текущий МС отнести к БМС-з или к БМС-б. Если при уже сформированных БМС-б и БМС-з, текущего МС нет ни в одном из них, в соответствии с самочувствием пользователь сам принимает решение о том, в какой именно БМС следует отнести текущий МС. Устройство обращается к пользователю с сообщением типа: Отнести ли текущий МС к БСМ-з. Если да, то информация направляется в блок 11, если нет, то информация переходит в блок 9.

Блок 8 - блок сравнения. В этом блоке, если текущее МС совпадает с МС, которое уже существует в одном из БМС, то устанавливается в каком именно из банков существует подобное МС. При этом если текущее МС совпало с каким либо МС из БСМ-з, то информация направляется в блок 12, а если совпало с МС из БМС-б, то информация направляется в блок 10.

Блок 9 - блок формированияя БМС-б.

Блок 10 - блок оповещения. На основании информации, поступившей из одного из блоков 8 или 9, на экране МЭУ появляется сообщение типа: Состояние Вашего здоровья вызывает подозрение. Обратитесь за рекомендациями к своему врачу.

Блок 11 - блок формирования БСМ-з.

Блок 12 - блок оповещения. На основании информации, поступившей из одного из блоков 6 или 8, на экране МЭУ появляется сообщение типа: Состояние Вашего здоровья нормальное. Нет причин для беспокойства На этом алгоритм программы завершает свою работу. Способ по п.2 осуществляется следующим образом.

Блок 1 - ввод шума сердца и/или легких реанимационного больного §(ίΔΐ).

Блок 2 - блок вычисления оценок характеристик шума: дисперсии помехи Ό_ε, взаимно корреляционной функции между полезным сигналом и помехой шума сердца и легких Κ_χε(μ) и релейной взаимно корреляционной функции между полезным сигналом и помехой шума сердца и легких К _Χεε(μ) по следующим алгоритмам:

£>_г = -Ь ^^(ίΔΟ^Ο'Δί) + §(ίΔϊ)8«ΐ + 2)Δί) - 2 §(ΐΔί)8((ί + 1)Δ<θ;

где к

ί Α) =—Σ ε((ί + ^Ν τ (α = ο)«—ΣдОМяб'М - 2 86П ^(ΐΔΐ)§((ΐ + ΐ)Δί)+501 ^(/Δ/)ί{(ί + 2)Δ/)|, /V

Блок 4 - блок сравнения текущих МС с создаваемым в процессе обучения Банком Множества Симптомов (БМС). БМС создается из сочетаний МС при условии, что исходное состояние пациента условно принимается за стабильное. Если в блоке 3 при сравнении текущего МС с БМС окажется, что оно отличается от всех МС из БМС, то информация поступает в блок 5. Если же не отличается, то это говорит о том, что в состоянии пациента не произошло изменений, и программа прекращает свою работу до следующего прослушивания.

Блок 5 - блок условия, где принимается решение о том, следует ли текущую МС внести в БМС или нет. Процесс обучения для пациентов реанимационной палаты длится недолго. Если в течение заданного короткого промежутка времени текущие МС совпадают с множествами из БМС, то процесс формирования БМС считается завершенным и информация передается блоку 6. Если же текущие МС продолжают отличаться от МС, уже внесенных в БМС, то эти множества продолжают пополнять БМС, информация передается блоку 7.

Блок 6 - блок информирования медицинского персонала. Информация передается этому блоку, когда при уже сформированном БМС, текущее МС отличается от всех МС из этого банка. Это говорит о том, что в состоянии больного происходят изменения. Тогда устройство автоматически посылает на номер телефона медицинского персонала звуковое и/или текстовое сообщение типа Состояние пациента изменилось. Необходимо его навестить и проконтролировать показания.

Блок 7 - блок формирования БМС.

Примеры конкретного выполнения способа.

- 3 024345

Пример 1.

Обладатель мобильного электронного устройства прикладывает микрофон устройства на определенные точки в области прослушивания. Программа составлена таким образом, что устройство само в определенные моменты времени напоминает обладателю в виде сигнала и текстового и/или голосового сообщения о необходимости прослушивания сердца, легких и голоса. Поступающая информация начинает обрабатываться при помощи программы, составленной на базе Ыо18е-технологии (фиг. 1), в соответствии с которой вычисляются оценки Ό_ε, Κ_χε(μ), К χ_εε(μ=0) и собираются в памяти устройства. На первом этапе мониторинга в памяти устройства накапливаются оценки множества симптомов (МС) состояния обладателя устройства, из которых создается эталонная база оценок множества симптомов состоянии здоровья принадлежащих только обладателю устройства. После очередного прослушивания, определяются их текущие оценки Ο^ΙΛ|,'ε. К^БМСХ^), К _Χεε ^ΒΜ<3(μ=0) и сравниваются с эталонными оценками. Если хотя бы одна из них отличается от эталонной на величину, большую, чем заданный пороговый уровень, тогда в результате идентификации выносится решение о подозрении на возможное начало зарождения сердечно-сосудистых заболеваний или органов дыхания. При этом в результате мониторинга пользователю рекомендуется обратиться к врачу и пройти основательную диагностику.

Когда во время процедуры идентификации текущих комбинаций симптомов с эталонными подтверждается, что у владельца наступил период болезненного состояния сердечно-сосудистой системы или системы дыхательных органов, ему сообщается, что есть подозрение на то, что он заболел. При подозрении на заболевание пользователя, МЭУ переходит ко второму этапу обучения. На этом этапе обучения предболезненного и болезненного состояния, пользователь, с определенной регулярностью, прослушивает себя МЭУ, в котором формируется МС предболезненного и болезненного состояний, из которых затем создается банк множества симптомов (БМС-з), соответствующее как начальному периоду отклонения от нормального состояния, так и периоду явно выраженного болезненного состояния. Таким образом, в процессе эксплуатации МЭУ служит домашним врачом, накапливает знания в соответствии со спецификой состояния здоровья своего пользователя. Это позволит со временем, после прослушивания пользователя и формирования текущего множества симптомов, улучшить адекватность процедуры идентификации состояния его здоровья. Таким образом, в процессе эксплуатации с увеличением срока обучения достоверность результатов мониторинга будет улучшаться. После определенного этапа, когда результат мониторинга будет неоднократно подтвержден пользователем, устройство будет переходить к мониторингу его здоровья с дублированием процедуры идентификации. При этом сначала текущее множество симптомов (информативных признаков) будет идентифицировано путем его сравнения с эталонным множеством симптомов из банка множества симптомов, сформированного после прослушивания шума сердца и легких в период здорового состояния владельца. В случае если подтвердится, что пользователь здоров, путем сравнения текущего множества симптомов с эталонным из банка множества симптомов, сформированного в период болезненного состояния владельца, осуществляется повторная идентификация. Если в этом случае окажется, что текущее множество отличается от всевозможных множеств, соответствующих болезненному состоянию, то только при этом подтверждается, что он здоров.

При обнаружении отклонения состояния здоровья пользователя от нормального в процессе идентификации текущего множества симптомов с эталонным процедура идентификации вновь аналогично дублируется. Если результаты идентификации совпадают, то в результате мониторинга выносится решение о том, что у пользователя имеется риск заболевания.

Таким образом, благодаря дублированию процедуры идентификации повышается достоверность, надежность и адекватность результата мониторинга текущего состояния пользователя.

Пример 2.

Реанимационному больному прикрепляют при помощи лейкопластыря или других подобных средств мобильное электронное устройство с микрофоном на необходимый участок, определяемый врачом, где наиболее четко прослушиваются шумы сердца и/или легких. Программа составлена таким образом, что устройство само в определенные моменты заданного времени прослушивает шум сердца или легких. Поступающая информация сразу начинает обрабатываться при помощи программы, составленной на базе Ыо18е-технологии (фиг. 2), в соответствии с которой вычисляются оценки Ό_ε, Κ_χε(μ), К _Χεε(μ=0) и собираются в памяти устройства. На первом этапе мониторинга в памяти устройства в течение определенного короткого промежутка времени накапливаются оценки множества симптомов (МС) стабильного состояния больного, из которых создается эталонный банк оценок множества симптомов стабильного состоянии (БМС). После этого программа контролирует состояние реанимационного больного, определяет текущие оценки Ό_ε, Κ_χε(μ), К _Χεε(μ=0) и сравнивает с эталонными. Если текущее МС отличается от всех МС банка, тогда устройство автоматически посылает на номер телефона медицинского персонала звуковое и/или текстовое сообщение типа Состояние пациента изменилось. Необходимо его навестить и проконтролировать показания.

Технический эффект заявляемого изобретения состоит в решении поставленной задачи - создания простого и легкореализуемого способа мониторинга заболеваний сердечно-сосудистой системы и дыха- 4 024345 тельных путей. Технический эффект заключается также в возможности определения скрытого периода зарождения заболевания и обеспечения массовой доступности проведения процедуры мониторинга.

Способ позволяет осуществлять мониторинг в реальном масштабе времени как в домашних условиях с целью профилактики состояния здоровья, так и в стационарных, в частности реанимационных.

Литература

1. тетете.а1еадеУ1се.11, \у\у\у.еЪпеиго.Ъ1/: тетете.шйопкоМеп.сот; \у\у\уатес.Ъе:

.1шее. Ъе/Ъе_еп/ргеаа/ тес-петеа/есдр а1сИ. Ιιΐηιΐ.

2. Заявка на изобретение РСТ № ИЗ 2007|077981, 2007.09.10 Мониторинг и сигнализация на основе интернет-протокола (прототип).

3. БСЭ, т. 29, с. 514.

4. Т. Айеу, Т. ΛΙι/аОа. N. К/ауеуа. Ыо18е соп1го1 о£ Иеаг1 Ъу теапа о£ а тоЪйе рйопе. БатЪег! Асайетпс РиЪНайтд, ЗаагЪгискеп, 2012.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ мониторинга деятельности сердечно-сосудистой системы и дыхательных путей, включающий съем и регистрацию показателей состояния здоровья субъекта наблюдения в памяти мобильного электронного устройства, отслеживание изменения текущих показателей, с выработкой диапазона риска и сигнализации о нем, отличающийся тем, что мониторинг осуществляют путем прослушивания микрофоном устройства шума сердца, легких и голоса; в качестве показателей состояния здоровья используют информативные признаки, сформированные из оценок характеристик шума ϋ_ε, Κ_χε(μ), К _Χεε(μ=0), полученных путем обработки регистрируемой информации программой на базе №.яае-те\нолоаии операционной системой мобильного электронного устройства; при этом на этапе обучения память устройства формирует банк эталонных значений показателей здорового состояния субъекта наблюдения и банк больного состояния, определяет диапазон риска, а затем отслеживает отклонение текущих показателей от эталонных и сигнализирует о состоянии здоровья обладателю МЭУ.
2. Способ мониторинга деятельности сердечно-сосудистой системы и дыхательных путей, включающий съем и регистрацию показателей стабильного состояния здоровья субъекта наблюдения и номера телефонов наблюдателей в памяти мобильного электронного устройства, отслеживание изменения текущих показателей и сигнализации о них наблюдателю, отличающийся тем, что мониторинг реанимационного больного осуществляют путем прослушивания микрофоном устройства шума сердца и легких; в качестве показателей состояния здоровья используют информативные признаки, сформированные из оценок характеристик шума ϋ_ε, Κ_χε(μ), К _Χεε(μ=0), полученных путем обработки регистрируемой информации программой на базе №.пае-те\нолояии операционной системой мобильного электронного устройства; при этом на этапе обучения память устройства формирует банк эталонных значений показателей стабильного состояния реанимационного больного, отслеживает отклонение текущих показателей от эталонных и сигнализирует по телефонным номерам наблюдателю о состоянии пациента.