RU106831U1

RU106831U1 - DEVICE FOR REMOTE HUMAN RESPIRATORY SYSTEM MONITORING

Info

Publication number: RU106831U1
Application number: RU2011102828/14U
Authority: RU
Inventors: Илья Владимирович Верхоланцев
Original assignee: Илья Владимирович Верхоланцев
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2011-07-27

Abstract

1. Устройство для дистанционного мониторинга дыхательной системы человека, включающее встроенные в нательную одежду и соединенные между собой блок датчиков измерения дыхания и блок обработки первичных сигналов, при этом блок обработки первичных сигналов по телекоммуникационному каналу связи соединен с базовым блоком, отличающееся тем, что блок датчиков измерения дыхания представляет собой две пары пластин из эластичного воздухопроницаемого электропроводящего материала, симметрично расположенных соответственно со стороны груди и спины человека, причем одна пара пластин встроена в нательную одежду на уровне грудной клетки человека, другая пара пластин встроена в нательную одежду на уровне брюшной полости человека, а базовый блок содержит систему тревожных сигналов, обеспечивающую в режиме реального времени звуковое и световое оповещение о наступлении критического функционального состояния человека. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок обработки первичных сигналов содержит светодиодный индикатор работы и/или разряда аккумуляторной батареи. ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что базовый блок содержит резервный автономный источник питания. 1. A device for remote monitoring of the human respiratory system, including built-in underwear and interconnected sensor unit for measuring breathing and a unit for processing primary signals, while the unit for processing primary signals via a telecommunication channel is connected to the base unit, characterized in that the sensor unit breath measurement is two pairs of plates of elastic breathable electrically conductive material, symmetrically located respectively on the chest side and other human subjects, with one pair of plates embedded in the underwear at the level of the human chest, another pair of plates embedded in the underwear at the level of the abdominal cavity of the person, and the base unit contains an alarm system that provides real-time sound and light alerts when critical functional state of a person. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that the primary signal processing unit contains an LED indicator of operation and / or discharge of the battery. ! 3. The device according to claim 1, characterized in that the base unit contains a backup stand-alone power source.

Description

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к устройствам для контроля и функциональной диагностики. Устройство может быть использовано для дистанционного мониторинга дыхательной системы человека, а также для выдачи тревожной сигнализации при наступлении критического функционального состояния человека.The utility model relates to medical equipment, namely to devices for monitoring and functional diagnostics. The device can be used for remote monitoring of the human respiratory system, as well as for issuing an alarm when a critical functional state of a person occurs.

Предлагаемое устройство особенно актуально для мониторинга функционального состояния пожилых людей и больных, ведущих малоподвижный образ жизни.The proposed device is especially relevant for monitoring the functional state of the elderly and patients leading a sedentary lifestyle.

В конструировании телеметрических систем для мониторинга физиологических параметров человека просматривается тенденция к встраиванию их чувствительных элементов вместе с подключенными к ним узлами приема и обработки первичной информации в нательную одежду (футболка, пижама и т.п.). Выходы узлов приема и обработки информации подключаются с помощью кабельного или радиотелеметрического канала к последовательно расположенным блоку памяти, аналитическому блоку и блоку отображения информации. При этом минимальный набор используемых чувствительных элементов включает оксиметрические, электрокардиографические, плетизмографические и другие сенсоры.In the design of telemetry systems for monitoring the physiological parameters of a person, there is a tendency to embed their sensitive elements, together with the nodes for receiving and processing primary information connected to them in underwear (T-shirt, pajamas, etc.). The outputs of the nodes for receiving and processing information are connected using a cable or radio telemetry channel to a sequentially located memory unit, an analytical unit and an information display unit. Moreover, the minimum set of sensitive elements used includes oximetric, electrocardiographic, plethysmographic, and other sensors.

Известна система бесконтактной непрерывной регистрации частоты сердечных сокращений, частоты дыхания и двигательной активности космонавтов для круглосуточного съема сигналов (патент RU 73772), включающая акселерометрический датчик, выполненный с возможностью крепления на нательном белье космонавта в проекции сердца и соединенные с датчиком источник питания и запоминающее устройство, также выполненные с возможностью крепления на нательном белье и/или одежде космонавта, при этом запоминающее устройство через систему передачи сигналов соединено с бортовым компьютером для обработки сигналов.A known system of non-contact continuous recording of heart rate, respiratory rate and motor activity of astronauts for round-the-clock signal acquisition (patent RU 73772), including an accelerometer sensor made with the possibility of mounting on the underwear of the astronaut in the projection of the heart and a power source and memory device connected to the sensor, also made with the possibility of mounting on underwear and / or clothes of the astronaut, while the storage device through the signal transmission system with Connected to the on-board computer for signal processing.

Недостатком данной системы является то, что она не может эффективно использоваться в обычных условиях, так как сигнал, содержащий микроколебания тела, зарегистрированный акселерометрическим датчиком в условиях земной гравитации содержит гораздо большее количество помех и их продолжительность, чем в сигнале, зарегистрированном в условиях микрогравитации в невесомости.The disadvantage of this system is that it cannot be used effectively under ordinary conditions, since a signal containing micro-oscillations of a body detected by an accelerometer sensor in terrestrial gravity contains a much greater amount of interference and their duration than in a signal recorded under microgravity in zero gravity .

Прототипом предлагаемой полезной модели выбрана телеметрическая система для мониторинга физиологических параметров (RU 75293), содержащая нательную одежду с расположенными в ней электрокардиографом и пульсоксиметром, сенсоры которых установлены с возможностью контактирования с чувствительными участками тела обследуемого, блок обработки первичных сигналов и блок информации, при этом дополнительно в нательной одежде может размещаться термометр и/или индукционный плетизмограф и акселерометр-инклинометр, а телекоммуникационный канал выполнен с применением технологии Bluetooth.A telemetry system for monitoring physiological parameters (RU 75293) was chosen as the prototype of the proposed utility model. It contains underwear with an electrocardiograph and pulse oximeter located in it, the sensors of which are installed with the possibility of contacting with sensitive parts of the body of the subject, a primary signal processing unit and an information block, additionally in underwear, a thermometer and / or induction plethysmograph and an accelerometer-inclinometer can be placed, and the telecommunication channel full with bluetooth technology.

К недостаткам прототипа следует отнести усложненный характер конструктивной схемы устройства, обусловленный использованием в нем достаточно большого количества датчиков и сенсоров разнообразной конструкции и принципа действия, отсутствие системы тревожных сигналов, работающей в режиме реального времени и срабатывающей при наступлении критического функционального состояния человека, а также необходимость постоянного контакта сенсоров с чувствительными участками тела человека, что не всегда возможно обеспечить, и при этом такой контакт, в совокупности с достаточно большим количеством датчиков, может вызывать определенные неудобства и состояние дискомфорта.The disadvantages of the prototype include the complicated nature of the structural scheme of the device, due to the use of a sufficiently large number of sensors and sensors of various designs and operating principles, the absence of an alarm system that operates in real time and is triggered when a critical functional state of a person occurs, as well as the need for a constant contact of sensors with sensitive areas of the human body, which is not always possible to provide, and at the same time A tact, in combination with a sufficiently large number of sensors, can cause certain inconvenience and discomfort.

Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание устройства, не требующего непосредственного контакта датчиков с телом человека, недорогого в производстве, простого и удобного в эксплуатации, которое может использоваться в домашних (бытовых) условиях и способно обеспечивать круглосуточный бесконтактный мониторинг функционального состояния дыхательной системы человека в режиме реального времени и оперативно оповещать о наступлении критического функционального состояния человека.The problem solved by the proposed utility model is the creation of a device that does not require direct contact of the sensors with the human body, inexpensive to manufacture, simple and convenient to use, which can be used in home (domestic) conditions and is able to provide 24-hour contactless monitoring of the functional state of the human respiratory system in real time and promptly inform about the onset of a critical functional state of a person.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в упрощении конструкции устройства, упрощении технологии его изготовления и снижении его себестоимости, удобстве и простоте использования устройства, исключение необходимости обязательного контакта датчиков устройства с телом человека, введение в схему устройства системы тревожных сигналов, позволяющей в режиме реального времени оперативно оповещать о наступлении критического функционального состояния человека, таких как, например, снижение частоты дыхания ниже порогового значения либо полная остановка дыхания.The technical result of the proposed utility model is to simplify the design of the device, simplify the technology of its manufacture and reduce its cost, convenience and ease of use of the device, eliminating the need for mandatory contact of the device’s sensors with the human body, introducing into the device circuit alarm systems that allow real-time real-time notify about the onset of a critical functional state of a person, such as, for example, a decrease in respiratory rate below ovogo values or complete cessation of breathing.

Технический результат предлагаемой полезной модели достигается за счет того, что устройство для дистанционного мониторинга дыхательной системы человека состоит из передающей части, предназначенной для размещения на теле человека, включающей встроенные в нательную одежду и соединенные между собой блок датчиков измерения дыхания и блок обработки первичных сигналов, а также приемной части, представляющей собой базовый блок, который по телекоммуникационному каналу связи соединен с блоком обработки первичных сигналов.The technical result of the proposed utility model is achieved due to the fact that the device for remote monitoring of the human respiratory system consists of a transmitting part designed to be placed on the human body, including a breath measurement sensor unit and primary signal processing unit, which are integrated in the underwear and interconnected, and also the receiving part, which is a base unit, which is connected via a telecommunication channel to the primary signal processing unit.

Блок датчиков измерения дыхания представляет собой две пары пластин из эластичного воздухопроницаемого электропроводящего материала, симметрично расположенных соответственно со стороны груди и спины человека, причем одна пара пластин встроена в нательную одежду на уровне грудной клетки, а другая пара пластин встроена в нательную одежду на уровне брюшной полости человека.The respiration sensor block consists of two pairs of plates of elastic breathable electrically conductive material symmetrically located respectively on the side of the human chest and back, with one pair of plates embedded in the underwear at the chest level and the other pair of plates embedded in the underwear at the level of the abdominal cavity person.

Таким образом, пара симметрично расположенных пластин, встроенных в нательную одежду, образует вместе с человеком простейший конденсатор, роль диэлектрика в котором выполняет тело человека и представляет собой датчик измерения дыхания. Принцип его работы основан на изменении емкости такого конденсатора во время дыхания человека, когда изменяется расстояние между пластинами за счет того, что при вдохе объем грудной клетки и брюшной полости человека увеличивается, соответственно увеличивается и расстояние между пластинами, при этом емкость конденсатора уменьшается и, наоборот, при выдохе объем тела уменьшается - расстояние между пластинами тоже уменьшается, а емкость конденсатора увеличивается. Таким образом, датчики фиксируют продолжительность вдоха, продолжительность выдоха и продолжительность паузы между ними, т.е. частоту дыхания человека. Сигналы с датчиков по проводам поступают в блок обработки первичных сигналов.Thus, a pair of symmetrically arranged plates built into underwear forms together with a person a simple capacitor, in which the human body plays the role of a dielectric and is a respiratory measurement sensor. The principle of its operation is based on a change in the capacitance of such a capacitor during human breathing, when the distance between the plates changes due to the fact that during inhalation the volume of the chest and abdominal cavity of a person increases, the distance between the plates also increases, while the capacitance decreases and vice versa , when exhaling, the body volume decreases - the distance between the plates also decreases, and the capacitance of the capacitor increases. Thus, the sensors record the duration of inspiration, the duration of exhalation and the duration of the pause between them, i.e. human respiratory rate. The signals from the sensors are sent through the wires to the primary signal processing unit.

В качестве пластин, из которых изготавливаются датчики измерения дыхания, может использоваться любой эластичный воздухопроницаемый электропроводящий материал, при этом предпочтительнее использование специальной металлизированной ткани, например, типа ТКЗ (ткань золотая) или типа M2-Rip CNG (ткань медно-никелевая с позолотой) либо какая-либо аналогичная. Геометрические размеры пластин подбираются экспериментальным путем, в зависимости от электронных параметров блока обработки первичных сигналов.Any flexible breathable electrically conductive material can be used as the plates from which breath sensors can be made, and it is preferable to use a special metallized fabric, for example, TKZ type (gold fabric) or M2-Rip CNG type (copper-nickel fabric with gilding) or any similar. The geometric dimensions of the plates are selected experimentally, depending on the electronic parameters of the primary signal processing unit.

В качестве нательной одежды, на которой закрепляются пластины датчиков, может использоваться любой тип одежды или нательного белья: майка, футболка, пижама, корсет, рубашка и т.п. Пластины датчиков закрепляются на нательной одежде любым известным способом, исключающим возможность непосредственного контакта пластин с телом (кожей) человека.Any type of clothing or underwear can be used as underwear on which the sensor plates are fixed: T-shirt, T-shirt, pajamas, corset, shirt, etc. The plates of the sensors are fixed on underwear in any known manner, eliminating the possibility of direct contact of the plates with the body (skin) of a person.

Блок обработки первичных сигналов реализуется на основе микроконтроллера (микропроцессора) и выполняет функции по первичной обработке сигналов, поступающих с блока датчиков измерения дыхания и передачи данных по телекоммуникационному каналу связи в базовый блок.The primary signal processing unit is implemented on the basis of a microcontroller (microprocessor) and performs the functions of primary processing of signals from the sensor unit for measuring respiration and transmitting data via a telecommunication channel to the base unit.

Блок обработки первичных сигналов содержит автономный источник питания и может иметь светодиодный индикатор работы и/или разряда аккумуляторной батареи. Блок может быть встроен в нательное белье любым известным способом, позволяющим при необходимости быстро извлекать блок, например, в специальном кармане (клапане), фиксируемом на молнию, липучку, пуговицы или т.п.The primary signal processing unit contains an autonomous power source and may have an LED indicator of the operation and / or discharge of the battery. The block can be integrated into underwear by any known method, allowing, if necessary, to quickly remove the block, for example, in a special pocket (flap), fixed with a zipper, Velcro, buttons or the like.

Телекоммуникационный канал связи, соединяющий блок обработки первичных сигналов и базовый блок, может быть реализован посредством любого из известных телекоммуникационных каналов связи, например: радиоканал, BLUETOOTH, WI-FI и т.д.A telecommunication communication channel connecting the primary signal processing unit and the base unit can be implemented by any of the known telecommunication communication channels, for example: a radio channel, BLUETOOTH, WI-FI, etc.

Базовый блок реализуется на основе микроконтроллера (микропроцессора) и выполняет функции приема, обработки и анализа поступающей информации, а также светового и звукового оповещения при наступлении критического функционального состояния человека, такого как снижение частоты дыхания ниже порогового значения либо полная остановка дыхания.The base unit is implemented on the basis of a microcontroller (microprocessor) and performs the functions of receiving, processing and analyzing incoming information, as well as light and sound alerts when a critical functional state of a person occurs, such as a decrease in the respiratory rate below a threshold value or a complete stop of breathing.

Базовый блок содержит источник питания от бытовой электросети и\или автономный источник питания, средства звуковой и световой сигнализации, органы управления и индикации.The base unit contains a power source from a household electrical outlet and / or an autonomous power source, sound and light signaling devices, and controls and indicators.

На фиг.1 представлена общая функциональная схема устройства.Figure 1 presents the General functional diagram of the device.

Устройство содержит нательную одежду 1, в которую встроены датчики измерения дыхания 2 и 3 и блок обработки первичных сигналов 4, соединенный по телекоммуникационному каналу связи 5 с базовым блоком 6.The device comprises underwear 1, in which breathing measurement sensors 2 and 3 and a primary signal processing unit 4 are connected, connected via a telecommunication channel 5 to the base unit 6.

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

Нательная одежда 1 с встроенными в нее датчиками измерения дыхания 2, 3 и блоком обработки первичных сигналов 4 надевается на человека и включается питание блока обработки первичных сигналов 4 и базового блока 6. Датчики измерения дыхания 2 и 3 фиксируют длительность вдоха, выдоха человека и паузы между ними и передают сигналы в блок обработки первичных сигналов 4, который осуществляет обработку поступающих сигналов, накапливает измеренные данные и периодически передает их по телекоммуникационному каналу связи 5 в базовый блок 6.Underwear 1 with built-in sensors for measuring respiration 2, 3 and the primary signal processing unit 4 is put on a person and the power of the primary signal processing unit 4 and base unit 6 is turned on. The respiratory measurement sensors 2 and 3 record the duration of inhalation, expiration of a person and the pause between they transmit signals to the primary signal processing unit 4, which processes the incoming signals, accumulates the measured data and periodically transmits them via the telecommunication communication channel 5 to the base unit 6.

Базовый блок 6 принимает данные от блока обработки первичных сигналов 4, осуществляет их обработку и анализ с целью выявления отклонений от нормы и предыдущего состояния человека. В случае выявления отклонения параметров дыхательной системы от установленных предельных значений, могущих означать наступление критического функционального состояния человека, как, например, снижение частоты дыхания ниже порогового значения либо полная остановка дыхания, базовый блок включает звуковую и световую тревожную сигнализацию, позволяющую оперативно реагировать на данное событие и принимать соответствующие меры.The base unit 6 receives data from the primary signal processing unit 4, processes and analyzes them in order to identify deviations from the norm and the previous state of the person. In case of deviation of the respiratory system parameters from the established limit values, which could mean the onset of a critical functional state of a person, such as a decrease in the respiratory rate below a threshold value or a complete stop of breathing, the base unit includes an audible and visual alarm signaling that allows you to quickly respond to this event and take appropriate action.

Таким образом, размещение блока датчиков измерения дыхания и блока обработки первичных сигналов в нательной одежде дает возможность бесконтактного автономного динамического контроля дыхательной системы в течение суток, как в состоянии покоя, так и в процессе выполнения человеком какой-либо деятельности.Thus, the placement of the block of sensors for measuring respiration and the block for processing primary signals in underwear makes it possible to contact the autonomous dynamic control of the respiratory system during the day, both at rest and in the process of a person performing some activity.

Наличие в базовом блоке системы тревожных сигналов обеспечивает возможность оперативно реагировать на возникновение критического функционального состояния человека.The presence in the base unit of the alarm system provides the ability to quickly respond to the emergence of a critical functional state of a person.

В целом предлагаемое устройство для дистанционного мониторинга дыхательной системы человека обладает исключительной простотой и высокой степенью технологичности, что обуславливает значительно более низкую себестоимость по сравнению со всеми аналогичными устройствами, а также характеризуется простотой и удобством в эксплуатации.In general, the proposed device for remote monitoring of the human respiratory system has exceptional simplicity and a high degree of manufacturability, which leads to a significantly lower cost compared to all similar devices, and is also characterized by simplicity and ease of use.

Claims

1. A device for remote monitoring of the human respiratory system, including built-in underwear and interconnected sensor unit for measuring breathing and a unit for processing primary signals, while the unit for processing primary signals via a telecommunication channel is connected to the base unit, characterized in that the sensor unit breath measurement is two pairs of plates of elastic breathable electrically conductive material, symmetrically located respectively on the chest side and other human subjects, with one pair of plates embedded in the underwear at the level of the human chest, another pair of plates embedded in the underwear at the level of the human abdomen, and the base unit contains an alarm system that provides real-time sound and light alerts when critical functional state of a person.

2. The device according to claim 1, characterized in that the primary signal processing unit contains an LED indicator of operation and / or discharge of the battery.

3. The device according to claim 1, characterized in that the base unit contains a backup stand-alone power source.