RU204085U1

RU204085U1 - Telemedicine hub for examination and testing of workers of industrial and transport enterprises

Info

Publication number: RU204085U1
Application number: RU2021105288U
Authority: RU
Inventors: Елена Алексеевна Терешко; Геннадий Александрович Харченко
Original assignee: Елена Алексеевна Терешко; Геннадий Александрович Харченко
Priority date: 2021-03-02
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2021-05-05

Abstract

Полезная модель относится к информационно-телекоммуникационным устройствам, предназначенным для приема и цифровой обработки медико-биологических данных о жизненно важных параметрах состояния здоровья человека. Решаемая проблема заключается в необходимости расширения арсенала технических средств, используемых в борьбе с наиболее опасными эпидемическими заболеваниями, в частности, с пандемией COVID-19. Технический результат состоит в реализации этого назначения, благодаря использованию технологий телемедицины и искусственного интеллекта. Предлагаемое решение обеспечивает медицинских работников средством дистанционного (без очного контакта врача и пациента) тестирования сотрудников промышленных и транспортных предприятий, обеспечивающим предварительную дифференциальную диагностику COVID-19. Решение принимается по результатам комплексных дистанционных измерений физиологических параметров, видеооценки психоэмоционального состояния пациента и компьютерной объективизации звуковых феноменов. Для этого в ближайший аналог - телемедицинский хаб для предрейсовых осмотров работников подвижного состава железнодорожного транспорта введены последовательно включенные блок анализа спектрограмм, выполненный с возможностью предварительного ввода в него образцов спектрограмм больных COVID-19, и блок принятия решений, связанный с видеосервером. Хаб дополнен входом для приема цифровых сигналов от комплекта аудиодатчиков, а спектроанализатор выполнен с дополнительным каналом формирования спектрограммы, выход которого подключен ко входу блока анализа спектрограмм, выполненного на основе сверточной нейронной сети, самообучаемой на образцах спектрограмм звуков голоса, дыхания, кашля и чихания пациентов, больных COVID-19. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model refers to information and telecommunication devices intended for receiving and digital processing of biomedical data on vital parameters of a person's health. The problem being solved is the need to expand the arsenal of technical means used in the fight against the most dangerous epidemic diseases, in particular, with the COVID-19 pandemic. The technical result consists in the implementation of this purpose, thanks to the use of telemedicine technologies and artificial intelligence. The proposed solution provides medical workers with a means of remote (without face-to-face contact between a doctor and a patient) testing employees of industrial and transport enterprises, providing preliminary differential diagnosis of COVID-19. The decision is made based on the results of complex remote measurements of physiological parameters, video assessment of the patient's psychoemotional state and computer objectification of sound phenomena. To do this, the closest analogue, the telemedicine hub for pre-trip examinations of railway rolling stock workers, has been equipped with a sequentially connected spectrogram analysis unit, made with the possibility of preliminary input of spectrogram samples of COVID-19 patients into it, and a decision-making unit associated with a video server. The hub is supplemented with an input for receiving digital signals from a set of audio sensors, and the spectrum analyzer is made with an additional channel for the formation of a spectrogram, the output of which is connected to the input of the spectrogram analysis unit, made on the basis of a convolutional neural network, self-learning on samples of spectrograms of sounds of voice, breathing, coughing and sneezing of patients. patients with COVID-19. 5 p.p. f-ly, 3 dwg

Description

Настоящая полезная модель относится к информационно-телекоммуникационным средствам (ИТКС), предназначенным для приема и цифровой обработки медико-биологических данных о жизненно важных параметрах состояния здоровья человека, в частности, к устройствам, обеспечивающим передачу на центральную станцию предварительных результатов тестирования и информации, необходимой для принятия диагностических решений.This utility model relates to information and telecommunication facilities (ITCS) intended for the reception and digital processing of biomedical data on vital parameters of a person's health, in particular, to devices that ensure the transmission of preliminary test results and information necessary for making diagnostic decisions.

Как известно, с 1 июля 2020 года вступил в действие федеральный закон (ФЗ) от 24.04.2020 №123-ФЗ, согласно которому в субъекте Российской Федерации - г. Москве установлен экспериментальный режим правового регулирования для создания необходимых условий разработки и внедрения технологий искусственного интеллекта (ИИ). Согласно ст. 1 этого закона, под ИИ подразумевается комплекс технологических решений, позволяющих имитировать когнитивные функции человека и получать при выполнении конкретных задач результаты, сопоставимые, как минимум, с результатами интеллектуальной деятельности человека. Указанный комплекс технологических решений включает в себя информационно-коммуникационную инфраструктуру, которую образуют ИТКС, процессы и сервисы по хранению и цифровой обработке данных и принятию ситуационных решений.As you know, on July 1, 2020, the federal law (FZ) of April 24, 2020 No. 123-FZ came into force, according to which an experimental regime of legal regulation has been established in the constituent entity of the Russian Federation - Moscow to create the necessary conditions for the development and implementation of artificial intelligence technologies (AI). According to Art. 1 of this law, AI means a set of technological solutions that allow simulating human cognitive functions and obtaining, when performing specific tasks, results comparable, at least, with the results of human intellectual activity. The specified complex of technological solutions includes information and communication infrastructure, which is formed by ITCS, processes and services for storing and digital processing of data and making situational decisions.

Задачами указанного режима являются: создание благоприятных правовых условий развития технологий ИИ, апробация этих технологий в одном из субъектов РФ, оценка по результатам эксперимента эффективности и результативности установления специального правового регулирования для дальнейшего распространения его на другие субъекты РФ (ст. 3 ФЗ №123-ФЗ).The objectives of this regime are: creating favorable legal conditions for the development of AI technologies, testing these technologies in one of the subjects of the Russian Federation, evaluating, based on the results of the experiment, the effectiveness and efficiency of establishing special legal regulation for its further extension to other subjects of the Russian Federation (Article 3 of the Federal Law No. 123-FZ ).

Можно предположить, что появление и оперативный ввод в действие этого правового документа связаны, в том числе, с пандемией новой коронавирусной инфекции COVID-19, охватившей нашу страну и весь мир в начале 2020 года, в частности, с необходимостью принятия скорейших мер по недопущению перехода эпидемической ситуации в столице из стадии «повышенная готовность» в стадию «чрезвычайная ситуация» (Указ Мэра Москвы от 05.03.2020 №12-УМ "О введении режима повышенной готовности"). Выбор для проведения эксперимента Москвы связан, с одной стороны с тем, что в столице было зафиксировано наибольшее в стране количество заболеваний, а с другой стороны с тем, что именно в Москве накоплен наибольший опыт как разработки, так и практического применения новейших технологических решений в сфере ИИ и телемедицины, которые могли бы существенно повысить эффективность борьбы с распространением эпидемий и избежать перехода их в стадию ЧС. Правовые основы для практического внедрения цифровых телемедицинских технологий у нас в стране заложены Федеральным законом от 29.07.2017 года №242-ФЗ и национальным стандартом (пока единственным в сфере телемедицины) ГОСТ Р 57757-2017.It can be assumed that the emergence and prompt implementation of this legal document is associated, among other things, with the pandemic of the new coronavirus infection COVID-19, which swept our country and the whole world at the beginning of 2020, in particular, with the need to take prompt measures to prevent the transition the epidemic situation in the capital from the stage of "increased readiness" to the stage of "emergency" (Decree of the Mayor of Moscow dated 05.03.2020 No. 12-UM "On the introduction of a high alert regime"). The choice of Moscow for the experiment is connected, on the one hand, with the fact that the largest number of diseases in the country was recorded in the capital, and, on the other hand, with the fact that it is in Moscow that the greatest experience has been accumulated in both the development and practical application of the latest technological solutions in the field of AI and telemedicine, which could significantly increase the effectiveness of combating the spread of epidemics and avoid their transition to the emergency stage. The legal foundations for the practical implementation of digital telemedicine technologies in our country are laid down by the Federal Law of July 29, 2017 No. 242-FZ and the national standard (so far the only one in the field of telemedicine) GOST R 57757-2017.

Сфера возможного внедрения телемедицины для дистанционной оценки параметров функций, жизненно важных для жизнедеятельности человека весьма широка, однако первостепенными являются те области ее применения, в которых от состояния здоровья одного (или нескольких) человек зависят здоровье и жизнь других людей. Именно к таким областям относятся методы и средства борьбы с пандемиями, а в повседневной жизни медицинского контроля за состоянием здоровья работников промышленных и транспортных предприятий, безопасность деятельности которых наиболее подвержена влиянию «человеческого фактора». Для таких предприятий законами РФ предусмотрена обязательная процедура прохождения предсменных (предрейсовых) и послесменных (послерейсовых) медицинских осмотров. В эти процедуры в последнее время также предпринимаются попытки внедрения последних достижений в области телемедицины и ИИ.The sphere of possible introduction of telemedicine for remote assessment of the parameters of functions vital for human life is very wide, however, those areas of its application in which the health and life of other people depend on the state of health of one (or several) people are paramount. It is these areas that include methods and means of combating pandemics, and in everyday life, medical control over the health of workers in industrial and transport enterprises, the safety of which is most susceptible to the influence of the "human factor". For such enterprises, the laws of the Russian Federation provide for a mandatory procedure for undergoing pre-shift (pre-trip) and post-shift (post-trip) medical examinations. These procedures have also recently attempted to incorporate the latest advances in telemedicine and AI.

Из существующего уровня техники известен ряд патентно-технических решений в этом направлении.A number of patent-technical solutions in this direction are known from the state of the art.

Так, в патенте на полезную модель "Хаб для телемедицинского осмотра работников железнодорожного транспорта" RU №193551, А61В 5/00 описано терминальное устройство, содержащее многоканальный радиомодем ближнего действия, который выполнен с возможностью приема телеметрических данных от передатчиков беспроводной связи, встроенных в изделия медицинского назначения, радиомодем дальнего действия, управляемое пороговое устройство, панель управления, дисплей и блок звукового оповещения, а также последовательно соединенные блок селекции каналов беспроводной связи, первый и второй входы которого подключены к выходам радиомодемов, соответственно, ближнего и дальнего действия. Указанное устройство содержит, кроме того, видеосервер и блок ввода данных с помощью электронного ключа, при этом радиомодем ближнего действия выполнен с дополнительными входами для приема видеоинформации от камер наблюдения, работающих в оптическом и инфракрасном участках спектра, и с дополнительным выходом, предназначенным для передачи сигналов управления камерами наблюдения.Thus, in the utility model patent "Hub for telemedicine examination of railway workers" RU No. 193551, A61B 5/00, a terminal device is described containing a multi-channel short-range radio modem, which is configured to receive telemetric data from wireless transmitters embedded in medical products. purpose, a long-range radio modem, a controlled threshold device, a control panel, a display and a sound warning unit, as well as a series-connected unit for selecting wireless communication channels, the first and second inputs of which are connected to the outputs of short-range and long-range radio modems, respectively. The specified device contains, in addition, a video server and a data input unit using an electronic key, while the short-range radio modem is made with additional inputs for receiving video information from surveillance cameras operating in the optical and infrared parts of the spectrum, and with an additional output for transmitting signals control of surveillance cameras.

Наряду с потоком цифробуквенной информации, поступающей от комплекта измерителей физиологических параметров (измерителей артериального давления и частоты пульса, температуры и алкотестера), указанное устройство обеспечивает прием, цифровую обработку и передачу по радиоканалу видеоинформации, получаемой от внешних видеокамер. Востребованность видеоданных обусловлена необходимостью интегральной оценки в условиях дефицита времени психофизиологического состояния человека, что требует не только инструментальных измерений его физиологических показателей, но и оценки врачом психоэмоционального состояния пациента.Along with the stream of alphanumeric information coming from a set of physiological parameters (blood pressure and pulse rate, temperature and breathalyzer meters), this device provides reception, digital processing and transmission over the radio channel of video information received from external video cameras. The demand for video data is due to the need for an integral assessment of the psychophysiological state of a person under time pressure, which requires not only instrumental measurements of his physiological parameters, but also a doctor's assessment of the patient's psycho-emotional state.

Недостаток указанного аналога заключается в том, что для принятия доказательного решения о состоянии здоровья сотрудника и готовности его к рабочей смене (рейсу) от медицинского работника требуются знания и опыт практической работы в области психофизиологии. Большинство врачей общего профиля и тем более фельдшеров, хотя и имеют медицинскую лицензию, как правило, такой компетенцией не обладают. Поэтому визуальные оценки психоэмоционального состояния сотрудника не достаточно точны.The disadvantage of this analogue lies in the fact that knowledge and practical experience in the field of psychophysiology is required from a medical worker to make a proof-of-concept decision on the health status of an employee and his readiness for a work shift (flight). The majority of general practitioners and even more so paramedics, although they have a medical license, as a rule, do not have such competence. Therefore, visual assessments of the employee's psychoemotional state are not accurate enough.

На устранение указанного недостатка направлено техническое решение по патенту на полезную модель RU №196685, А61В 5/00, G16H 10/00 «Хаб для дистанционного контроля состояния здоровья работников бригад подвижного состава», выбранному в качестве ближайшего аналога предлагаемого патента. В этой полезной модели в число измерителей физиологических параметров жизнедеятельности человека введены блоки формирования и обработки его кардиоритмограммы. Как известно, кардиоритмография, или метод оценки вариабельности сердечного ритма (ВСР) широко используется в медико-биологических исследованиях регуляции ритма сердечной деятельности. Этот метод достаточно эффективно применяется в спортивной и космической медицине, а также при обследовании состояния здоровья лиц, работающих в особых условиях (Баевский P.M., Барсенева А.П. "Оценка адаптационных возможностей организма и риска развития заболеваний. - М., Медицина, 1997, 265 с, Захаров С.М. и др. "Спектральный анализ кардиоинтервалов в донозологической диагностике. - "Вопросы радиоэлектроники", сер. ЭВТ, 2013, вып. 3, с. 178-188).To eliminate this drawback, a technical solution is directed to the utility model patent RU # 196685, A61B 5/00, G16H 10/00 "Hub for remote monitoring of the health of workers in rolling stock crews", which was chosen as the closest analogue of the proposed patent. In this useful model, the units for the formation and processing of his cardiac rhythmogram are introduced into the number of measuring physiological parameters of a person's vital activity. As you know, cardiac rhythmography, or a method for assessing heart rate variability (HRV), is widely used in biomedical studies of the regulation of the rhythm of cardiac activity. This method is quite effectively used in sports and space medicine, as well as in examining the health status of persons working in special conditions (Baevsky PM, Barseneva A.P. "Assessment of the adaptive capabilities of the body and the risk of developing diseases. - M., Medicine, 1997, 265 s, Zakharov SM et al. "Spectral analysis of cardiointervals in prenosological diagnostics. -" Questions of radio electronics ", series EVT, 2013, issue 3, pp. 178-188).

Известен способ по патенту RU №2246251, А61В 5/0452, А61В 5/00, согласно которому для оценки психофизиологического состояния человека по сердечному ритму после регистрации ЭКГ или фотоплетизмограммы тестируемого человека измеряют мощности низкочастотной и высокочастотной составляющих спектра динамического ряда кардиоинтервалов, определяют текущую суммарную мощность в низкочастотной и высокочастотной областях динамического ряда кардиоинтервалов, а оценку психофизиологического состояния человека проводят по индексу стресса, определяемому по измеренным предварительно и в текущем сеансе медосмотра значениям спектральной мощности, соответственно, низкочастотной и высокочастотной составляющих спектра динамического ряда кардиоинтервалов. При этом значение индекса стресса принимается равным единице при стандартных условиях измерения в покое, лежа на спине. Согласно указанному способу, снимают кардиосигнал, измеряют кардиоинтервалы между R-зубцами и формируют динамический ряд кардиоинтервалов, подвергают его сплайн-интерполяции для соединения экспериментальных точек гладкой кривой. Значения отсчетов кардиоинтервалов через равные промежутки времени используют затем для спектрального анализа динамического ряда кардиоинтервалов, который осуществляют с помощью спектроанализатора на базе дискретного (быстрого) преобразования Фурье.The known method according to the patent RU No. 2246251, A61B 5/0452, A61B 5/00, according to which, to assess the psychophysiological state of a person by heart rate after recording an ECG or photoplethysmogram of a tested person, the power of the low-frequency and high-frequency components of the spectrum of the dynamic range of cardiointervals is measured, the current total power is determined in the low-frequency and high-frequency regions of the dynamic range of cardiointervals, and the assessment of the psychophysiological state of a person is carried out according to the stress index, determined by the values of the spectral power measured previously and in the current medical examination session, respectively, the low-frequency and high-frequency components of the spectrum of the dynamic range of cardiointervals. In this case, the value of the stress index is taken equal to one under standard measurement conditions at rest, lying on the back. According to this method, a cardio signal is removed, the cardiointervals between R-waves are measured and a dynamic series of cardiointervals is formed, it is subjected to spline interpolation to connect the experimental points of a smooth curve. The readings of the cardiointervals at regular intervals are then used for the spectral analysis of the dynamic series of cardiointervals, which is carried out using a spectrum analyzer based on the discrete (fast) Fourier transform.

Для реализации указанного способа в вышеупомянутый аналог по патенту RU №193551, введены последовательно соединенные блок измерения и формирования динамического ряда кардиоинтервалов, блок интерполяции, спектроанализатор на базе процессора быстрого преобразования Фурье (БПФ) и калькулятор для расчета индекса стресса, при этом многоканальный радиомодем ближнего действия выполнен с дополнительной возможностью приема информации от внешнего датчика кардиоритмограммы, а блок селекции каналов беспроводной связи выполнен с дополнительным выходом, к которому подключен вход блока измерения и формирования динамического ряда кардиоинтервалов, а видеосервер выполнен с дополнительным входом, к которому подключен выход калькулятора. В предпочтительном варианте реализации этого хаба многоканальный радиомодем ближнего действия выполнен в виде многоканального модуля Bluetooth, а радиомодем сети связи и передачи данных (СПД) в виде модуля беспроводной сети Wi-Fi либо в виде модуля радиоинтернета LTE4G.To implement this method, a series-connected unit for measuring and forming a dynamic series of cardio intervals, an interpolation unit, a spectrum analyzer based on a fast Fourier transform (FFT) processor and a calculator for calculating the stress index are introduced into the aforementioned analogue of patent RU No. 193551, while a multi-channel short-range radio modem is made with the additional possibility of receiving information from an external cardiac rhythmogram sensor, and the wireless communication channel selection unit is made with an additional output, to which the input of the unit for measuring and forming a dynamic range of cardio intervals is connected, and the video server is made with an additional input, to which the calculator output is connected. In a preferred embodiment of this hub, the multi-channel short-range radio modem is made in the form of a multi-channel Bluetooth module, and the communication and data transmission network (SPT) radio modem is in the form of a Wi-Fi wireless network module or in the form of an LTE4G radio Internet module.

Однако, это устройство становится неэффективным в ситуациях, когда внезапная потеря работоспособности людей, вследствие травм и/или заболеваний, начинает носить массовый характер. В первую очередь, это касается эпидемических чрезвычайных ситуаций (ЧС) и пандемий.However, this device becomes ineffective in situations where sudden loss of performance of people, due to injury and / or illness, begins to be massive. First of all, this applies to epidemic emergencies (ES) and pandemics.

История борьбы с такими ЧС показывает, что в фазе, предшествующей появлению эффективной вакцины против нового вида инфекции, для противодействия ее распространению необходима медицинская сортировка (МС) инфицированных людей, выявленных путем тестирования (как тяжело больных, так и бессимптомных переносчиков заразы) с последующим распределением инфицированных людей по различным зонам пребывания (зонирование), введением режимов карантина и самоизоляции. В соответствии с «Методикой работы стационарных отделений скорой медицинской помощи» (2015 г.) МС осуществляется на основе балльной оценки по шкале METTS характеристик пульса, артериального давления, сатурации крови и температуры тела пациентов. Те из пациентов, у кого обнаружены признаки тяжелого заболевания, связанного с угрозой жизни, например, обширного воспаления легких, инфаркта и т.п. госпитализируют. Пациентов же с признаками ОРВИ или какого-либо другого более легкого респираторного заболевания, а также бессимптомных больных направляют на самоизоляцию.The history of the fight against such emergencies shows that in the phase preceding the appearance of an effective vaccine against a new type of infection, triage (MS) of infected people identified by testing (both seriously ill and asymptomatic vectors of the infection) with subsequent distribution is necessary to prevent its spread. infected people in different zones of stay (zoning), the introduction of quarantine and self-isolation regimes. In accordance with the "Methodology for the work of inpatient emergency departments" (2015), MS is carried out on the basis of a score on the METTS scale of the characteristics of pulse, blood pressure, blood oxygen saturation and body temperature of patients. Those patients who show signs of a serious illness associated with a threat to life, for example, extensive pneumonia, heart attack, etc. hospitalized. Patients with signs of ARVI or some other milder respiratory disease, as well as asymptomatic patients, are sent for self-isolation.

Один из главных недостатков описанной выше штатной процедуры МС в условиях эпидемий и пандемий заключается в необходимости очного контакта медицинских работников с пациентами, независимо от вида заболевания и степени тяжести его протекания. В случаях эпидемических ЧС это неизбежно приводит к заражениям и потерям среди медицинских работников, даже несмотря на использование ими современных средств индивидуальной защиты (СИЗ). При особо масштабных эпидемических ЧС, например, в условиях поразившей мир пандемии COVID-19 людские и экономические потери становятся недопустимо большими.One of the main disadvantages of the standard MS procedure described above in the context of epidemics and pandemics is the need for face-to-face contact between medical workers and patients, regardless of the type of disease and the severity of its course. In cases of epidemic emergencies, this inevitably leads to infections and losses among medical workers, even despite the use of modern personal protective equipment (PPE). With particularly large-scale epidemic emergencies, for example, in the context of the COVID-19 pandemic that hit the world, human and economic losses become unacceptably large.

В настоящее время наиболее индикативным средством выявления COVID-19 считается биологическое тестирование, включающее в себя иммунноферментный анализ, или тестирование на антитела и тест на выявление активного возбудителя инфекции - так называемый молекулярный или ПЦР тест. Однако, указанные биологические тесты требуют значительных финансовых и временных затрат (сутки и более, в зависимости от удаленности и пропускной способности биолаборатории), а главное, для их проведения необходим очный контакт пациента с медицинским работником, что, как указывалось выше, может приводить к заражению коронавирусом медперсонала и пациентов, не являющихся носителями этого вируса. Другим существенным недостатком указанного тестирования является то, что с его помощью можно установить лишь наличие в организме человека возбудителя болезни, но не определить степень ее тяжести для принятия адекватных мер МС (госпитализация, лечение на дому, самоизоляция и др.)Currently, the most indicative means of detecting COVID-19 is biological testing, which includes an enzyme-linked immunosorbent assay, or antibody testing and a test to identify an active infectious agent - the so-called molecular or PCR test. However, these biological tests require significant financial and time costs (a day or more, depending on the distance and throughput of the biolaboratory), and most importantly, they require face-to-face contact between a patient and a medical professional, which, as mentioned above, can lead to infection. coronavirus of medical staff and patients who are not carriers of this virus. Another significant disadvantage of this testing is that it can only be used to establish the presence of a causative agent in the human body, but not to determine its severity for taking adequate MS measures (hospitalization, home treatment, self-isolation, etc.)

Как показали научные исследования, проведенные у нас в стране и за рубежом, в качестве достаточно надежных биомаркеров COVID-19 могут быть использованы результаты цифрового анализа спектрограмм голоса, звуков дыхания, кашля и чихания пациентов. Так, в монографии «Компьютерная бронхофонография респираторного цикла» под ред. Геппе Н.А., Малышева B.C. М.: «Медиа Сфера», 2016, описываются современные технологии для объективизации звуковых феноменов, которые добавляют к аускультативной картине визуализацию звуков и объективизацию их с помощью специальных компьютерных программ. В частности, описан метод компьютерной бронхофонографии, основанный на регистрации специфических звуковых эффектов, возникающих при дыхании больных с респираторной патологией, и последующего анализа и математической обработки частотных и временных характеристик спектра звуковых аномалий.As shown by scientific studies carried out in our country and abroad, the results of digital analysis of spectrograms of the voice, sounds of breathing, coughing and sneezing of patients can be used as sufficiently reliable biomarkers of COVID-19. So, in the monograph "Computer bronchophonography of the respiratory cycle", ed. Geppe N.A., Malysheva B.C. M .: "Media Sphere", 2016, describes modern technologies for objectifying sound phenomena, which add visualization of sounds to the auscultatory picture and objectify them using special computer programs. In particular, the method of computer bronchophonography is described, based on the registration of specific sound effects that occur during breathing of patients with respiratory pathology, and the subsequent analysis and mathematical processing of the frequency and time characteristics of the spectrum of sound anomalies.

На весьма устойчивую связь характера звуков, издаваемых пациентами, больными COVID-19 при кашле, впервые у нас в стране указал главный врач 40-й больницы в Коммунарке Денис Проценко: "У этого кашля особенные интонации. Не глубокие надсадные, а такие как бы поверхностные. Плюс чувство непроходящего першения. Сразу можно ставить диагноз" (https://www.m24.ru/news/obshchestvo/01082020/127474).For the first time in our country, the chief physician of the 40th hospital in Kommunarka Denis Protsenko pointed out a very stable relationship between the nature of the sounds emitted by patients with COVID-19 when they cough: “This cough has special intonations. Plus the feeling of persistent perspiration. You can immediately diagnose "(https://www.m24.ru/news/obshchestvo/01082020/127474).

Над приложениями для мобильных информационно-коммуникационных устройств, позволяющими «любому человеку «покашлять в смартфон» и получить предварительный диагноз на COVID-19, активно работают и за рубежом. В основу этого нового диагностического направления положен алгоритм, который исследователи из Массачусетского технологического института разрабатывали ранее для определения признаков болезни Альцгеймера. Было доказано, что различия в кашле невозможно достоверно расшифровать на слух, однако достаточно точно определять и классифицировать все случаи COVID-19 особенно у бессимптомных носителей коронавируса способны современные алгоритмы ИИ на основе нейроподобных сетей. По аналогии с обследованием при болезни Альцгеймера постановка предварительного диагноза базировалась в экспериментах на четырех биомаркерах - силе голоса, эмоциональном тоне речи, характеристиках дыхания и степени мышечной деградации голосовых связок. Оказалось, что частотные параметры этих звуков существенно изменяются при наличии COVID-19 даже при отсутствии у пациента прямых симптомов этой болезни (https://hightech.plus/2020/10/30/ii-so-100-tochnostyu-opredelyaet-bessimpto-mnii-covid-19-po-kashlyu).Overseas are also actively working on applications for mobile information and communication devices that allow “any person to cough into a smartphone” and receive a preliminary diagnosis of COVID-19. This new diagnostic trend is based on an algorithm that researchers at the Massachusetts Institute of Technology previously developed to determine the signs of Alzheimer's disease. It has been proven that differences in coughing cannot be reliably deciphered by ear, however, modern AI algorithms based on neural-like networks are capable of accurately identifying and classifying all cases of COVID-19, especially in asymptomatic carriers of coronavirus. By analogy with the examination for Alzheimer's disease, the preliminary diagnosis was based in experiments on four biomarkers - the strength of the voice, the emotional tone of speech, the characteristics of breathing and the degree of muscle degradation of the vocal cords. It turned out that the frequency parameters of these sounds change significantly in the presence of COVID-19 even in the absence of direct symptoms of this disease in the patient (https://hightech.plus/2020/10/30/ii-so-100-tochnostyu-opredelyaet-bessimpto- mnii-covid-19-po-kashlyu).

Первый в России алгоритм ИИ, в соответствии с которым звуковые файлы голоса, дыхания и кашля превращаются в спектрограммы, показывающие распределение энергии по звуковым частотам, а затем анализируются с помощью глубокой сверточной нейронной сети, разработала и испытала лаборатория ИИ компании «Сбер» (сообщение РИА «Новости» от 12 января 2021 года). Хотя в проведенных испытаниях не удалось достичь точности диагностирования, обеспечиваемой при биологическом ПЦР-тесте, первые экспериментальные результаты оказались сопоставимыми по точности. Было показано, что такая бесконтактная процедура сдачи теста и получения результата занимает не более одной минуты, может проводиться дистанционно с помощью обычного смартфона и не требует больших финансовых затрат. Разработчики признают, что данная ИКТ не является полноценным диагностическим инструментом, но может успешно использоваться в качестве одного из важных элементов предварительного заочного тестирования на коронавирус. Очевидно, однако, что только одного цифрового анализа звуковых эффектов не достаточно для уверенной диагностики COVID-19. Как указывают сами специалисты компании «Сбер», проводившие описанный выше эксперимент, одновременно необходим инструментальный анализ симптоматики пациента с использованием традиционных биомаркеров показателей опасных патологических изменений, происходящих при COVID-19 в жизненно важных органах человека, в первую очередь, в его дыхательной и сердечно-сосудистой системах (https://ria.ru/20210112/koronavirus-1592686640.html).The first AI algorithm in Russia, in accordance with which sound files of voice, breathing and coughing are converted into spectrograms showing the distribution of energy over sound frequencies, and then analyzed using a deep convolutional neural network, was developed and tested by the Sber AI laboratory (RIA "News" dated January 12, 2021). Although in the tests carried out, it was not possible to achieve the diagnostic accuracy provided by the biological PCR test, the first experimental results turned out to be comparable in accuracy. It was shown that such a non-contact procedure for passing the test and obtaining the result takes no more than one minute, can be carried out remotely using an ordinary smartphone and does not require large financial costs. The developers admit that this ICT is not a full-fledged diagnostic tool, but can be successfully used as one of the important elements of preliminary correspondence testing for coronavirus. It is clear, however, that digital analysis of sound effects alone is not sufficient for a reliable diagnosis of COVID-19. As the specialists of the Sber company themselves, who conducted the experiment described above, indicate that at the same time, an instrumental analysis of the patient's symptoms using traditional biomarkers of indicators of dangerous pathological changes occurring in COVID-19 in the vital organs of a person, primarily in his respiratory and cardiovascular vascular systems (https://ria.ru/20210112/koronavirus-1592686640.html).

Из вышеизложенного следует, что при существующем уровне техники принципиально возможно создание информационно-коммуникационного устройства медицинского назначения, которое могло бы использоваться для повседневного дистанционного контроля состояния здоровья работников промышленных и транспортных предприятий в периоды повышенной готовности к эпидемическим ЧС - для предварительного тестирования на опасные инфекции типа COVID-19. Уникальность и высокая практическая ценность создания такого устройства заключается в исключении очного контакта врача и пациента, а также в возможности определения степени тяжести заболевания. Внедрение такого устройства позволило бы существенно сократить потери медицинских работников, вследствие их заражения коронавирусом после очных контактов с заболевшими и, соответственно, значительно снизить нагрузку на медицинскую отрасль в периоды пиков пандемии. Отсутствие в этой области промышленно реализуемых инновационных решений является технической проблемой, на решение которой и направлено настоящее изобретение. Эта проблема заключается в необходимости расширения арсенала технических средств, используемых в борьбе с наиболее опасными эпидемическими ЧС, в первую очередь с пандемией COVID-19. Предлагаемое решение должно обеспечить медицинским работникам возможность дистанционного (без очного контакта врача и пациента) на основе результатов комплексных инструментальных измерений и визуальных оценок состояния пациента достаточно уверенно отделять случаи заболевания COVID-19 от обычных вирусных инфекций для последующей МС и зонирования больных и здоровых работников. Это позволит, с одной стороны, ослабить требования самоизоляции для значительной части работающего населения, а с другой стороны, снизить нагрузку на медицинскую отрасль и повысить эффективность ее работы в условиях повышенной готовности и в разгар эпидемических ЧС. Ожидаемый технический результат состоит в реализации указанного назначения.From the above it follows that with the existing level of technology, it is in principle possible to create an information and communication device for medical purposes, which could be used for daily remote monitoring of the health status of workers in industrial and transport enterprises during periods of increased readiness for epidemic emergencies - for preliminary testing for dangerous infections such as COVID -nineteen. The uniqueness and high practical value of creating such a device lies in the exclusion of face-to-face contact between the doctor and the patient, as well as in the possibility of determining the severity of the disease. The introduction of such a device would significantly reduce the loss of medical workers due to their infection with coronavirus after face-to-face contact with patients and, accordingly, significantly reduce the burden on the medical industry during periods of pandemic peaks. The lack of industrially implemented innovative solutions in this area is a technical problem, the solution of which is the present invention. This problem lies in the need to expand the arsenal of technical means used in the fight against the most dangerous epidemic emergencies, primarily with the COVID-19 pandemic. The proposed solution should provide medical workers with the ability to remotely (without face-to-face contact between a doctor and a patient), based on the results of complex instrumental measurements and visual assessments of the patient's condition, with sufficient confidence to separate cases of COVID-19 from common viral infections for subsequent MS and zoning of sick and healthy workers. This will allow, on the one hand, to weaken the requirements of self-isolation for a significant part of the working population, and on the other hand, to reduce the burden on the medical industry and increase its efficiency in conditions of high preparedness and in the midst of epidemic emergencies. The expected technical result is the implementation of the specified purpose.

Для достижения указанного технического результата в описанный выше ближайший аналог, содержащий многоканальный радиомодем ближнего действия, выполненный с возможностью приема телеметрических данных от комплекта медицинских модулей и видеосистемы, радиомодем СПД, выполненный с возможностью обмена данными по радиосетям с центром контроля состояния здоровья пациентов, а также последовательно соединенные блок селекции каналов беспроводной связи, первый и второй сигнальные входы которого подключены к выходам, соответственно, многоканального радиомодема ближнего действия и радиомодема СПД, управляемое пороговое устройство и связанный с органами управления и оповещения видеосервер, первый, второй и третий управляющие выходы которого соединены с управляющими входами, соответственно, многоканального радиомодема ближнего действия, радиомодема СПД и управляемого порогового устройства, а также последовательно соединенные блок формирования кардиоритмограммы, вход которого подключен к соответствующему выходу блока селекции каналов беспроводной связи, спектроанализатор и калькулятор, выход которого подключен к соответствующему входу видеосервера, введены последовательно включенные блок анализа спектрограмм, выполненный с возможностью предварительного ввода в него образцов спектрограмм, и блок принятия решений, при этом многоканальный радиомодем ближнего действия выполнен с возможностью приема сигналов от комплекта аудиодатчиков, спектроанализатор выполнен с дополнительным входом, к которому подключен выход блока селекции каналов беспроводной связи, и с дополнительным выходом, который подключен ко входу блока анализа спектрограмм, а видеосервер выполнен с дополнительным портом, с помощью которого он связан со входом/выходом блока принятия решений.To achieve the specified technical result, the closest analogue described above, containing a multichannel short-range radio modem, configured to receive telemetric data from a set of medical modules and a video system, an SPD radio modem, configured to exchange data over radio networks with a patient health monitoring center, and also sequentially connected block of selection of wireless communication channels, the first and second signal inputs of which are connected to the outputs, respectively, of the multichannel short-range radio modem and the SPD radio modem, a controlled threshold device and a video server connected to the control and notification bodies, the first, second and third control outputs of which are connected to the control inputs, respectively, of a multichannel short-range radio modem, an SPD radio modem and a controlled threshold device, as well as a series-connected cardiac rhythmogram formation unit, the input of which is connected to the corresponding To the output of the selection unit of wireless communication channels, a spectrum analyzer and a calculator, the output of which is connected to the corresponding input of the video server, a sequentially connected spectrogram analysis unit is introduced, made with the possibility of preliminary input of spectrogram samples into it, and a decision-making unit, while a multi-channel short-range radio modem is made with the ability to receive signals from a set of audio sensors, the spectrum analyzer is made with an additional input, to which the output of the selection unit of wireless communication channels is connected, and with an additional output, which is connected to the input of the spectrogram analysis unit, and the video server is made with an additional port through which it is connected to the input / output of the decision making block.

В предпочтительном варианте реализации предлагаемого телемедицинского хаба спектроанализатор представляет собой блок дискретного (быстрого) преобразования Фурье, выполненный с возможностью измерения спектральных мощностей участков спектра в области инфразвуковых частот от 0.04 до 0.4 Гц и спектральных мощностей участков спектра в области звуковых частот голоса, дыхания, кашля и чихания человека от 10 Гц до 20 кГц. Блок анализа спектрограмм и блок принятия решений выполнены в виде процессоров сверточной нейронной сети, самообучаемой на образцах спектрограмм звуков голоса, дыхания, кашля и чихания пациентов, больных COVID-19.In a preferred embodiment of the proposed telemedicine hub, the spectrum analyzer is a discrete (fast) Fourier transform unit capable of measuring the spectral powers of the spectral regions in the infrasonic frequency range from 0.04 to 0.4 Hz and the spectral powers of the spectral regions in the audio frequency range of voice, breathing, coughing, etc. sneezing of a person from 10 Hz to 20 kHz. The spectrogram analysis unit and the decision-making unit are made in the form of convolutional neural network processors, self-learning on samples of the spectrograms of sounds of voice, breathing, coughing and sneezing of patients with COVID-19.

При этом многоканальный радиомодем ближнего действия может быть выполнен в виде многоканального модуля Bluetooth, а радиомодем СПД в виде модуля беспроводной сети Wi-Fi либо модуля радиоинтернета LTE4G.In this case, the multi-channel short-range radio modem can be made in the form of a multi-channel Bluetooth module, and the SPD radio modem in the form of a Wi-Fi wireless network module or an LTE4G radio Internet module.

Сущность предлагаемой полезной модели определяется конструктивным единством блоков и связей, обеспечивающих прием и цифровую обработку результатов инструментальных измерений жизненно важных параметров состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем пациента с предварительной оценкой его психоэмоционального состояния (общие с ближайшим аналогом существенные признаки), и отличительных существенных признаков, обеспечивающих выявление путем тестирования специфических биомаркеров опасных для окружающих инфекционных заболеваний типа COVID-19. Так же, как и ближайший аналог, предлагаемое устройство может быть выполнено в виде переносного моноблока, дополняющего комплект медицинских приборов, используемых при проведении обязательных медицинских предсменных (предрейсовых) осмотров на территории предприятий, связанных с опасными промышленными технологиями (химия, атомная энергетика и т.п.) и перевозками людей и опасных грузов.The essence of the proposed utility model is determined by the constructive unity of blocks and connections that ensure the reception and digital processing of the results of instrumental measurements of vital parameters of the patient's cardiovascular and respiratory systems with a preliminary assessment of his psychoemotional state (essential features common with the closest analogue), and distinctive essential features, ensuring the detection by testing of specific biomarkers dangerous for surrounding infectious diseases such as COVID-19. Just like the closest analogue, the proposed device can be made in the form of a portable monoblock, complementing the set of medical devices used for mandatory medical pre-shift (pre-trip) examinations on the territory of enterprises associated with hazardous industrial technologies (chemistry, nuclear power, etc.). and transportation of people and dangerous goods.

Суть предлагаемой полезной модели поясняется на фиг. 1 - 3.The essence of the proposed utility model is illustrated in Fig. 13.

На фиг. 1 иллюстрируются роль и место предлагаемого телемедицинского хаба в городской (региональной) информационно-телекоммуникационной инфраструктуре.FIG. 1 illustrates the role and place of the proposed telemedicine hub in the urban (regional) information and telecommunications infrastructure.

На фиг. 2 иллюстрируется вариант размещения телемедицинского хаба и комплекта медицинских модулей в кейсе («чемодане-укладке»), используемом в пункте медицинского осмотра и тестирования работников предприятия, показанном на фиг. 1.FIG. 2 illustrates a variant of placing a telemedicine hub and a set of medical modules in a case ("suitcase-packing") used in the medical examination and testing station of employees of an enterprise shown in FIG. one.

На фиг. 3 приведена раскрывающая суть данной заявки структурная схема предлагаемого телемедицинского хаба.FIG. 3 shows a structural diagram of the proposed telemedicine hub revealing the essence of this application.

На фиг. 3 использованы следующие обозначения: 1 - видеосервер; 2 - органы управления и оповещения; 3 - многоканальный радиомодем ближнего действия; 4 - блок селекции каналов беспроводной связи; 5 - управляемое пороговое устройство; 6 - радиомодем СПД; 7 - блок формирования кардиоритмограмм; 8 - спектроанализатор; 9 - калькулятор; 10 - блок анализа спектрограмм; 11 - блок принятия решений.FIG. 3 the following designations are used: 1 - video server; 2 - controls and alerts; 3 - short-range multichannel radio modem; 4 - block of selection of wireless communication channels; 5 - controlled threshold device; 6 - SPD radio modem; 7 - block for the formation of cardiorhythmograms; 8 - spectrum analyzer; 9 - calculator; 10 - block for analyzing spectrograms; 11 - decision making block.

Рассматриваемый телемедицинский хаб для осмотра и тестирования работников промышленных и транспортных предприятий содержит многоканальный радиомодем (3) ближнего действия, выполненный с возможностью приема телеметрических данных от комплекта медицинских модулей и видеосистемы, радиомодем (6) СПД, выполненный с возможностью работы в радиосетях, а также последовательно соединенные блок (4) селекции каналов беспроводной связи, первый и второй сигнальные входы которого подключены к выходам, соответственно, многоканального радиомодема (3) ближнего действия и радиомодема (6) СПД, управляемое пороговое устройство (5) и связанный с органами (2) управления и оповещения видеосервер (1), первый, второй и третий управляющие выходы которого соединены с управляющими входами, соответственно, многоканального радиомодема (3) ближнего действия, радиомодема (6) СПД и управляемого порогового устройства (5), а также последовательно включенные блок (10) анализа спектрограмм, выполненный со входом для предварительного ввода в него образцов спектрограмм, и блок (11) принятия решений. Устройство содержит также последовательно соединенные блок (7) формирования кардиоритмограмм, вход которого подключен к соответствующему выходу блока (4) селекции каналов беспроводной связи, спектроанализатор (8) и калькулятор (9), выход которого подключен к соответствующему входу видеосервера (1), при этом многоканальный радиомодем (3) ближнего действия выполнен с возможностью приема сигналов от комплекта аудиодатчиков, спектроанализатор (8) выполнен с дополнительным входом, к которому подключен выход блока (4) селекции каналов беспроводной связи, и с дополнительным выходом, который подключен ко входу блока (10) анализа спектрограмм, а видеосервер (1) выполнен с дополнительным портом, с помощью которого он связан со входом/выходом блока (11) принятия решений.The considered telemedicine hub for examination and testing of workers of industrial and transport enterprises contains a multichannel radio modem (3) short-range, configured to receive telemetric data from a set of medical modules and a video system, a radio modem (6) SPD, made with the ability to work in radio networks, as well as sequentially connected unit (4) for selecting wireless communication channels, the first and second signal inputs of which are connected to the outputs, respectively, of a multi-channel short-range radio modem (3) and a radio modem (6) SPD, a controlled threshold device (5) and associated with controls (2) and notification video server (1), the first, second and third control outputs of which are connected to the control inputs, respectively, of a multi-channel short-range radio modem (3), a radio modem (6) SPD and a controlled threshold device (5), as well as a series-connected unit (10 ) analysis of spectrograms, performed with an input for preliminary data input into it samples of spectrograms, and block (11) decision making. The device also contains a series-connected unit (7) for generating cardiac rhythmograms, the input of which is connected to the corresponding output of the unit (4) for selecting wireless communication channels, a spectrum analyzer (8) and a calculator (9), the output of which is connected to the corresponding input of the video server (1), while multichannel short-range radio modem (3) is configured to receive signals from a set of audio sensors, spectrum analyzer (8) is made with an additional input, to which the output of the unit (4) for selecting wireless communication channels is connected, and with an additional output, which is connected to the input of the unit (10 ) analysis of spectrograms, and the video server (1) is made with an additional port through which it is connected to the input / output of the decision-making block (11).

В рассматриваемом примере реализации предлагаемого технического решения спектроанализатор (8) представляет собой процессор дискретного (быстрого) преобразования Фурье, выполненный с возможностью измерения спектральных мощностей участков спектра в области инфразвуковых частот от 0.04 до 0.4 Гц и спектральных мощностей участков спектра в области звуковых частот голоса, дыхания, кашля и чихания человека от 10 Гц до 20 кГц. Блок (10) анализа спектрограмм и блок (11) принятия решений выполнены в виде процессоров сверточной нейронной сети, самообучаемой на образцах спектрограмм звуков голоса, дыхания, кашля и чихания пациентов, больных COVID-19. Многоканальный радиомодем (3) ближнего действия выполнен в виде многоканального модуля Bluetooth, а радиомодем СПД выполнен в виде модуля беспроводной сети Wi-Fi либо в виде модуля радиоинтернета LTE4G.In the considered example of the implementation of the proposed technical solution, the spectrum analyzer (8) is a discrete (fast) Fourier transform processor capable of measuring the spectral powers of the spectral regions in the infrasonic frequency range from 0.04 to 0.4 Hz and the spectral powers of the spectral regions in the audio frequency range of voice, respiration , coughing and sneezing of a person from 10 Hz to 20 kHz. The block (10) for analyzing the spectrograms and the block (11) for making decisions are made in the form of processors of a convolutional neural network, self-learning on samples of spectrograms of sounds of voice, breathing, coughing and sneezing of patients with COVID-19. The multichannel short-range radio modem (3) is made in the form of a multichannel Bluetooth module, and the SPD radio modem is made in the form of a Wi-Fi wireless network module or in the form of an LTE4G radio Internet module.

В разработанном опытном образце предлагаемого устройства в качестве видеосервера (1) использовано покупное изделие, входящее в состав смартфона сети 4G.In the developed prototype of the proposed device, a purchased product that is part of a 4G smartphone is used as a video server (1).

Многоканальный радиомодем ближнего (3) действия реализован на покупном модуле Bluetooth, входящем в состав смартфона 3G. Для реализации функции назначения телемедицинского хаба (1) в рамках информационно-телекоммуникационной инфраструктуры, показанной на фиг. 1, использованы опытные образцов медицинских модулей из переносного комплекта (фиг. 2), разработанного компанией «Альтоника» по договору с Минпромторгом на создание "Портативной системы дистанционной диагностики и комплексного наблюдения для маломобильных групп населения, пожилых, лиц с инвалидностью, вследствие патологии внутренних органов и людей с нарушениями зрения" (справка ООО "Альтоника" для Минпромторга №2718-5 от 27.08.2018).A multichannel short-range radio modem (3) is implemented on a purchased Bluetooth module that is part of a 3G smartphone. To implement the function of assigning a telemedicine hub (1) within the information and telecommunications infrastructure shown in Fig. 1, we used prototypes of medical modules from a portable kit (Fig. 2), developed by the Altonika company under an agreement with the Ministry of Industry and Trade for the creation of a "Portable system for remote diagnostics and comprehensive monitoring for people with limited mobility, the elderly, persons with disabilities due to pathology of internal organs. and people with visual impairments "(certificate of LLC" Altonika "for the Ministry of Industry and Trade No. 2718-5 of 27.08.2018).

Блок (7) формирования кардиоритмограмм является известным устройством электронно-вычислительной техники, широко применяемыми для диагностических измерений медико-биологических параметров, в частности, в области кардиологии и лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Спектроанализатор (8) может быть выполнен на базе серийной платы процессора БПФ.The unit (7) for generating cardiac rhythmograms is a well-known electronic computing device widely used for diagnostic measurements of biomedical parameters, in particular, in the field of cardiology and the treatment of cardiovascular diseases. The spectrum analyzer (8) can be based on a serial FFT processor board.

Возможность применения алгоритма искусственного интеллекта, в соответствии с которым спектрограммы звуковых файлов голоса, дыхания и кашля анализируются с помощью глубокой сверточной нейронной сети, была экспериментально продемонстрирована лабораторией ИИ компании «Сбер» в январе 2021 года. Аналогичные современные алгоритмы, также использующие нейроподобные сети, широко используются в настоящее время для распознавания лиц на транспорте (например, в московском метро), в работе ГИБДД (распознавание номеров автомашин) и других городских службах.The possibility of using an artificial intelligence algorithm, in accordance with which the spectrograms of sound files of voice, breathing and cough are analyzed using a deep convolutional neural network, was experimentally demonstrated by the AI laboratory of the Sberbank company in January 2021. Similar modern algorithms, also using neural-like networks, are currently widely used for face recognition in transport (for example, in the Moscow metro), in the work of the traffic police (license plate recognition) and other city services.

Таким образом, возможность практической реализации заявленного устройства не вызывает сомнений.Thus, the possibility of practical implementation of the claimed device is beyond doubt.

Рассматриваемый телемедицинский хаб для осмотра и тестирования работников промышленных и транспортных предприятий (далее, для краткости, Хаб) работает следующим образом.The considered telemedicine hub for the examination and testing of workers of industrial and transport enterprises (hereinafter, for short, the Hub) works as follows.

Место Хаба в городской (региональной) информационно-коммуникационной инфраструктуре поясняется с помощью рисунка на фиг. 1. Данный рисунок носит иллюстративный характер и приведен для лучшего понимания технической идеи, реализуемой полезной моделью. Как видно из рисунка, предлагаемое устройство является составной частью оборудования пункта медицинского осмотра и тестирования работников предприятия. Как правило, такой пункт создается на базе медицинского кабинета или «медсанчасти», имеющихся в большинстве крупных промышленных и транспортных предприятий. Как и в ближайшем аналоге, описанном в патенте RU №196685, рассматриваемый Хаб представляет собой информационно-коммуникационное устройство, предназначенное для приема, цифровой обработки и отправки полученных результатов медико-биологических измерений и оценок через сети СПД в центр контроля состояния здоровья пациентов и пункт скорой медицинской помощи (по необходимости), обслуживающие данное предприятие, а также передачи через глобальную сеть Интернет в облачные хранилища данных, в которых аккумулируются паспортные и медицинские данные тестируемых работников, информация о сотрудниках предприятия, проводящих осмотры и тестирование, результаты текущих и предыдущих осмотров, другая необходимая информация. Все каналы связи сети Интернет с радиосетями и облачными хранилищами являются двухсторонними.The place of the Hub in the urban (regional) information and communication infrastructure is illustrated with the help of the figure in FIG. 1. This figure is illustrative and is provided for a better understanding of the technical idea implemented by the utility model. As can be seen from the figure, the proposed device is an integral part of the equipment of the medical examination and testing station for the employees of the enterprise. As a rule, such a point is created on the basis of a medical office or "medical unit" available in most large industrial and transport enterprises. As in the closest analogue described in patent RU No. 196685, the Hub in question is an information and communication device designed to receive, digitally process and send the obtained results of biomedical measurements and evaluations through the SPD network to the patient health monitoring center and the ambulance station. medical care (if necessary), serving the given enterprise, as well as transmissions via the global Internet to cloud data storages, which accumulate passport and medical data of tested workers, information about employees of the enterprise who conduct examinations and testing, results of current and previous examinations, other the necessary information. All communication channels of the Internet with radio networks and cloud storage are two-way.

Источниками информации для Хаба внутри каждого пункта медицинского осмотра и тестирования работников предприятия являются: комплект медицинских модулей, видеосистема, включающая в себя одну или несколько видеокамер, и комплект аудиодатчиков. Хаб и комплект медицинских модулей могут быть выполнены, например, в виде содержимого "чемодана-укладки" (Патент RU №2709225). В качестве примера на фиг. 2 приведена фотография возможного варианта комплектации такого кейса. На ней видны вышеупомянутые блок ЭКГ, пирометр (датчик температуры), тонометр (датчик артериального давления и частоты пульса). Эти модули прямого отношения к предмету данной заявки не имеют и приведены для иллюстрации. К примеру, другим возможным вариантом конструктивного исполнения указанного комплекта может быть рабочая куртка со встроенными в нее медицинскими модулями (Патент RU №2739126) для дистанционного контроля состояния здоровья и рабочей активности персонала предприятия в течение рабочего дня.The sources of information for the Hub within each medical examination and testing facility for employees of the enterprise are: a set of medical modules, a video system that includes one or more video cameras, and a set of audio sensors. The hub and the set of medical modules can be made, for example, in the form of the contents of a "suitcase-packing" (Patent RU No. 2709225). As an example, in FIG. 2 shows a photograph of a possible configuration option for such a case. It shows the aforementioned ECG unit, pyrometer (temperature sensor), tonometer (blood pressure and pulse rate sensor). These modules are not directly related to the subject of this application and are given for illustration. For example, another possible embodiment of the specified set may be a work jacket with built-in medical modules (Patent RU No. 2739126) for remote monitoring of the health status and work activity of the enterprise personnel during the working day.

Важно то, что каждый из указанных медицинских модулей содержит модем малой дальности Bluetooth, обеспечивающий беспроводную связь с Хабом.It is important that each of these medical modules contains a short-range Bluetooth modem that provides wireless communication with the Hub.

Рассматриваемый Хаб содержит (фиг. 2) видеосервер (1), к которому подключены органы (2) управления и оповещения, как правило, включающие в себя блок ввода данных с помощью электронного ключа, панель управления, например, кнопочную панель или клавиатуру ПК, дисплей, блок звукового оповещения и др. (на рисунке не показаны).The Hub under consideration contains (Fig. 2) a video server (1) to which controls (2) and notifications are connected, as a rule, including a data entry unit using an electronic key, a control panel, for example, a keypad or PC keyboard, a display , a block of sound notification, etc. (not shown in the figure).

Как и в ближайшем аналоге, на подготовительном этапе устанавливают двухсторонний информационный контакт между пунктом медицинского осмотра и тестирования работников предприятия с центром контроля состояния здоровья пациентов (фиг. 1). Для этого администратор указанного центра осуществляет следующие операции:As in the closest analogue, at the preparatory stage, a two-way informational contact is established between the point of medical examination and testing of employees of the enterprise with the center for monitoring the state of health of patients (Fig. 1). To do this, the administrator of the specified center performs the following operations:

- ввод персональных данных тестируемых работников, а также уполномоченного руководством предприятия технического специалиста (далее доверенного лица), участвующего в данном сеансе медицинского осмотра и тестирования (Ф.И.О, место работы, должность и др.);- entering the personal data of the tested employees, as well as a technical specialist authorized by the management of the enterprise (hereinafter referred to as the authorized person) participating in this session of medical examination and testing (full name, place of work, position, etc.);

- ввод разноракурсных оптических и ИК изображений лиц работников, планируемых к участию в данном сеансе медосмотра и тестирования;- input of multi-angle optical and IR images of the faces of workers who are planning to participate in this session of medical examination and testing;

- ввод условного обозначения каждого пациента (не менее 5 цифробуквенных символов);- input of a conventional designation of each patient (at least 5 alphanumeric characters);

- формирование для каждого пациента и доверенного лица пароля (не менее 8 цифробуквенных символов);- generation of a password for each patient and proxy (at least 8 alphanumeric characters);

- запись в электронный ключ типа Sentinel или Gvardant (флеш-накопитель) всех перечисленных персональных данных пациента;- recording in an electronic key such as Sentinel or Gvardant (flash drive) of all the listed personal data of the patient;

- регистрацию пароля каждого пациента в электронном журнале регистрации;- registration of the password of each patient in the electronic register;

- передачу каждому пациенту электронного ключа и пароля.- transmission of an electronic key and password to each patient.

Перед проведением каждого обследования пациент и доверенное лицо вводят в видеосервер (1) свои персональные данные и пароль. Эти операции они осуществляют с помощью органов (2) управления и оповещения. Видеосервер (1) управляет по заданной программе приемом, накоплением, хранением и беспроводной передачей результатов предварительной обработки инструментальных медицинских данных и видеоизображений по сетям СПД в центр контроля состояния здоровья пациентов, например в ближайшую поликлинику или фельдшерский центр. Прием телеметрических данных, передаваемых от медицинских модулей, видеосистемы и комплекта аудиодатчиков с помощью передатчиков ближней беспроводной связи Bluetooth осуществляется в Хабе с помощью многоканального радиомодема (3) ближнего действия. Дальность связи при этом составляет порядка десяти метров. Поскольку передача данных осуществляется в гигагерцовом диапазоне (2,4 Ггц), пропускная способность может быть достаточно высокой, что позволяет фиксировать в памяти видеосервера (1) весь объем телемедицинских данных и видеоизображений, получаемых с помощью медицинских модулей, видеокамер и комплекта аудиодатчиков.Before each examination, the patient and the authorized person enter their personal data and password into the video server (1). They carry out these operations with the help of bodies (2) control and notification. The video server (1) controls, according to a given program, the reception, accumulation, storage and wireless transmission of the results of preprocessing of instrumental medical data and video images via SPD networks to a patient health monitoring center, for example, to the nearest polyclinic or medical assistant center. Reception of telemetric data transmitted from medical modules, video systems and a set of audio sensors using Bluetooth short-range wireless transmitters is carried out in the Hub using a short-range multi-channel radio modem (3). The communication range is about ten meters. Since data transmission is carried out in the gigahertz range (2.4 GHz), the bandwidth can be quite high, which makes it possible to record in the memory of the video server (1) the entire volume of telemedicine data and video images obtained using medical modules, video cameras and a set of audio sensors.

С выхода многоканального радиомодема (3) ближнего действия поток телемедицинской информации поступает в блок (4) селекции каналов беспроводной связи, осуществляющий коммутацию каналов, в соответствии с предустановленной в видеосервере (1) программой управления датчиками.From the output of the short-range multichannel radio modem (3), the telemedicine information stream enters the wireless communication channel selection unit (4), which carries out channel switching, in accordance with the sensor control program preset in the video server (1).

Номер подключаемого канала определяет те параметры медицинского обследования, которые планируется получить, передать и оценить затем врачом/фельдшером в центре контроля состояния здоровья пациентов.The number of the connected channel determines those parameters of the medical examination that are planned to be received, transmitted and then evaluated by a doctor / paramedic at the center for monitoring the state of patients' health.

С выхода выбранного канала беспроводной связи информация поступает на вход управляемого порогового устройства (5), с помощью которого измеренный параметр ранжируется по степени соответствия допустимым значениям. Управление пороговыми уровнями осуществляется с помощью команд, поступающих из видеосервера (1), в соответствии с заданной программой, выбираемой с помощью органов (2) управления и оповещения. При превышении каким-либо медико-биологическим параметром установленных индивидуальных допустимых показателей, видеосервер (1) формирует тревожные сообщения и с помощью радиомодема (6) СПД передает их в центр контроля состояния здоровья пациентов на рабочее место врача/фельдшера, участвующего в данном сеансе осмотра. При нормальных индивидуальных показателях артериального давления, частоты пульса и температуры работника в сеансе предсменного (предрейсового) осмотра проводится обязательное тестирование на наличие концентрации паров алкоголя в выдыхаемом им воздухе.From the output of the selected wireless communication channel, the information enters the input of the controlled threshold device (5), with the help of which the measured parameter is ranked according to the degree of compliance with the permissible values. Threshold levels are controlled with the help of commands coming from the video server (1), in accordance with a given program, selected by means of control and notification bodies (2). If any biomedical parameter exceeds the established individual permissible indicators, the video server (1) generates alarm messages and, using the radio modem (6) SPD, transmits them to the patient health monitoring center at the workplace of the doctor / paramedic participating in this examination session. With normal individual indicators of blood pressure, pulse rate and temperature of the employee in the pre-shift (pre-trip) examination session, mandatory testing is carried out for the presence of alcohol vapor concentration in the air he exhales.

В случаях, когда после проведения первого измерения получены показания, превышающие предельно допустимые значения, видеосервер (1) формирует соответствующие тревожные сообщения, которые с помощью радиомодема (6) СПД передаются в центр контроля состояния здоровья пациентов. Врач изучает, кроме того, видеоизображения пациента и дистанционно с помощью видеосвязи контактирует с пациентом для выявления клинических признаков его неадекватного состояния. Даже при отсутствии превышений в управляемом пороговом устройстве (5) допустимых уровней физиологических показателей врач, наблюдая изображения, получаемые через Хаб у себя на мониторе, имеет возможность путем опроса работника, анализа по видеоизображениям изменений его мимики, координации движений, состояния кожных покровов и пр. на расстоянии выявить признаки нетрудоспособности работника, вследствие острых и/или обострения хронических заболеваний либо наличия психотравмирующих ситуаций и других факторов, ухудшающих работоспособность. В процессе участия в сеансе медицинского осмотра и тестирования медицинский работник с целью повышения степени доказательности и качества принимаемых им решений может дистанционно со своего автоматизированного рабочего места получать информацию из "облака" о персональных данных пациентов, а также медицинские данные (знания), необходимые ему для принятия доказательных диагностических решений. При этом у него также есть возможность проконсультироваться с другими медицинскими специалистами. Порядок такого взаимодействия регламентируется приказом Минздрава №965н. Однако, к сути предлагаемого в настоящей заявке технического решения и, соответственно, к предмету данной полезной модели эта процедура не относится.In cases when, after the first measurement, readings exceeding the maximum permissible values are obtained, the video server (1) generates appropriate alarm messages, which are transmitted to the patient health monitoring center using the SPD radio modem (6). In addition, the doctor studies the patient's video images and contacts the patient remotely via video communication to identify clinical signs of his inadequate condition. Even in the absence of exceeding the permissible levels of physiological indicators in the controlled threshold device (5), the doctor, observing the images received through the Hub on his monitor, has the opportunity by interrogating the employee, analyzing the changes in his facial expressions, coordination of movements, the state of the skin, etc. at a distance to identify signs of disability of the employee, due to acute and / or exacerbation of chronic diseases or the presence of traumatic situations and other factors that worsen performance. In the process of participating in a medical examination and testing session, a medical worker, in order to increase the degree of evidence and the quality of his decisions, can remotely from his automated workplace receive information from the "cloud" about the personal data of patients, as well as medical data (knowledge) necessary for him to making evidence-based diagnostic decisions. At the same time, he also has the opportunity to consult with other medical specialists. The procedure for such interaction is regulated by order of the Ministry of Health No. 965n. However, this procedure does not apply to the essence of the technical solution proposed in this application and, accordingly, to the subject matter of this utility model.

Для повышения достоверности визуальной оценки психоэмоционального состояния работника комплект медицинскаих модулей снабжен датчиком кардиоритмограммы (на фиг. 2 не показан). При этом выделяют диапазоны частот, отражающие адаптационные возможности организма или текущий уровень стресса. Это высокочастотные колебания (HF) в диапазоне от 0.15 до 0.4 Гц, обусловленные дыханием и характеризующие состояние парасимпатического отдела вегетативной нервной системы, и низкочастотные колебания (LF) в диапазоне от 0.04 до 0.15 Гц, отражающие активность подкоркового сосудистого центра. Они характеризуют состояние внутрисистемного уровня центрального контура регуляции. (Баевский P.M. Анализ вариабельности сердечного ритма в космической медицине. // Физиология человека. - 2002. - Т. 28, №2. - С. 70-82).To increase the reliability of the visual assessment of the psychoemotional state of the worker, the set of medical modules is equipped with a cardiac rhythmogram sensor (not shown in Fig. 2). At the same time, frequency ranges are identified that reflect the adaptive capabilities of the body or the current level of stress. These are high-frequency oscillations (HF) in the range from 0.15 to 0.4 Hz, caused by respiration and characterizing the state of the parasympathetic division of the autonomic nervous system, and low-frequency oscillations (LF) in the range from 0.04 to 0.15 Hz, reflecting the activity of the subcortical vascular center. They characterize the state of the intrasystemic level of the central regulation loop. (Baevsky R.M. Analysis of heart rate variability in space medicine. // Human Physiology. - 2002. - T. 28, No. 2. - P. 70-82).

В соответствии с известным способом оценки психофизиологического состояния человека по сердечному ритму, описанным в патенте RU №2246251, после измерения мощностей HF и LF составляющих спектра динамического ряда кардиоинтервалов, вычисляют текущую суммарную мощность, а оценку психофизиологического состояния человека проводят по индексу стресса S, определяемому по формуле S=(KxLF/HF)/(LF+HF), где коэффициент К=1787,5 имеет ту же размерность, что и спектральные мощности LF и HF. Минимально возможное время спектрального анализа составляет около 5 минут. В стандартных условиях покоя, лежа на спине для среднестатистического человека индекс стресса S=1.In accordance with the known method for assessing the psychophysiological state of a person by heart rate, described in patent RU No. 2246251, after measuring the powers of the HF and LF components of the spectrum of the dynamic series of cardiointervals, the current total power is calculated, and the assessment of the psychophysiological state of a person is carried out according to the stress index S, determined by the formula S = (KxLF / HF) / (LF + HF), where the coefficient K = 1787.5 has the same dimension as the spectral powers LF and HF. The shortest possible spectral analysis time is about 5 minutes. Under standard conditions of rest, lying on the back for the average person, the stress index is S = 1.

При стрессе, чрезмерной усталости и наличии болезни происходит падение абсолютной мощности всех составляющих спектра кардиоритмограммы LF+HF. Для человека с высоким уровнем функционирования сердечно-сосудистой системы, находящегося в стандартных условиях, индекс стресса уменьшается до 0.1. При 8-часовой нагрузке индекс стресса может увеличиваться с исходного уровня 1.0 до 5.0-10.0. Измерение и расчет указанного количественного показателя психоэмоционального состояния испытуемого работника осуществляются параллельно или последовательно с измерениями и количественной оценкой вышеупомянутых физиологических параметров и оценкой (субъективной) врачом психоэмоционального состояния пациента по его видеоизображениям. Соответствующая измерительная цепочка в рассматриваемом устройстве состоит из последовательно соединенных блока (7) формирования кардиоритмограммы, спектроанализатора (8), например, использующего процессор БПФ, и калькулятора (9), реализующего приведенную выше формулу расчета индекса стресса S по измеренным спектроанализатором (8) спектральным мощностям LF и HF. При этом блок (4) селекции каналов беспроводной связи выполнен с выходом, предназначенным для подключения к нему входа блока (7) формирования кардиоритмограммы, а видеосервер (1) дополнен входом, предназначенным для ввода расчетных данных из калькулятора (7). Пациент либо доверенное лицо задает с помощью органа (2) управления и оповещения выбор канала съема кардиоритмограммы, к которому подключен соответствующий сенсор, например, датчик ЭКГ. Указанная командная установка поступает в видеосервер (1), который формирует соответствующую команду управления и подает ее на управляющий вход многоканального радиомодема (3) ближнего действия, а также выставляет заданный порог индекса стресса S в управляемом пороговом устройстве (5). Результат сравнения измеренного индекса стресса с порогом поступает в видеосервер (1), который запоминает этот результат и одновременно включает его в сообщение, подаваемое в радиомодем (6) СПД, и тот отсылает его по радиосети в центр контроля состояния здоровья пациентов на рабочее место врача/фельдшера, проводящего сеанс медицинского осмотра.Under stress, excessive fatigue and the presence of illness, the absolute power of all components of the LF + HF cardiorhythmogram spectrum falls. For a person with a high level of functioning of the cardiovascular system, under standard conditions, the stress index decreases to 0.1. With an 8-hour load, the stress index can increase from the initial level of 1.0 to 5.0-10.0. Measurement and calculation of the specified quantitative indicator of the psychoemotional state of the tested worker are carried out in parallel or sequentially with the measurements and quantitative assessment of the above physiological parameters and assessment (subjective) by the doctor of the psychoemotional state of the patient from his video images. The corresponding measuring chain in the considered device consists of a series-connected unit (7) for forming a cardiac rhythmogram, a spectrum analyzer (8), for example, using an FFT processor, and a calculator (9) that implements the above formula for calculating the stress index S from the spectral powers measured by the spectrum analyzer (8) LF and HF. In this case, the unit (4) for the selection of wireless communication channels is made with an output intended for connecting the input of the unit (7) for the formation of a cardiac rhythmogram to it, and the video server (1) is supplemented with an input intended for entering the calculated data from the calculator (7). A patient or a trusted person sets, using the control and notification body (2), the choice of the cardiorhythmogram recording channel to which the corresponding sensor is connected, for example, an ECG sensor. The specified command setting enters the video server (1), which generates the corresponding control command and sends it to the control input of the short-range multichannel radio modem (3), and also sets the specified threshold of the stress index S in the controlled threshold device (5). The result of comparing the measured stress index with the threshold is sent to the video server (1), which stores this result and at the same time includes it in a message sent to the radio modem (6) of the SPD, and the latter sends it via the radio network to the patient health monitoring center at the doctor's workplace / a paramedic conducting a medical examination.

В режиме тестирования работника на COVID-19 пациент либо доверенное лицо работодателя, участвующее в данном сеансе медицинского осмотра, задает с помощью органа (2) управления и оповещения номер канала приема сигналов от аудиодатчиков. Указанная установка поступает в видеосервер (1), который формирует соответствующую команду и подает ее на управляющие входы многоканального радиомодема (3) ближнего действия и блока (4) селекции каналов беспроводной связи. Акустические сенсоры, входящие состав комплекта аудиодатчиков, настроены на прием сигналов респираторного цикла звуков голоса, акустических сигналов, издаваемых человеком при дыхании, кашле и чихании. С выхода блока (4) селекции каналов беспроводной связи эти сигналы поступают на второй вход вышеупомянутого спектроанализатора (8). Он превращает звуковые файлы респираторного цикла в спектрограммы, показывающие распределение энергии по звуковым частотам, т.е. в диапазоне примерно от 10 Гц до 20 кГц.In the testing mode of an employee for COVID-19, the patient or the employer's authorized representative participating in this medical examination session sets the number of the channel for receiving signals from the audio sensors using the control and notification body (2). The specified installation enters the video server (1), which generates the corresponding command and sends it to the control inputs of the multi-channel short-range radio modem (3) and the unit (4) for selecting wireless communication channels. Acoustic sensors included in the set of audio sensors are configured to receive signals from the respiratory cycle of voice sounds, acoustic signals emitted by a person when breathing, coughing and sneezing. From the output of the unit (4) selection of wireless communication channels, these signals are fed to the second input of the above-mentioned spectrum analyzer (8). It converts the sound files of the respiratory cycle into spectrograms showing the distribution of energy over sound frequencies, i.e. in the range from about 10 Hz to 20 kHz.

Известно, что звук как акустическая волна характеризуется двумя атрибутами амплитудой и частотой. Человек воспринимает амплитуду звуковой волны как громкость, а ее частоту как музыкальную высоту звука. Кроме этого, звук характеризуется тембровой окраской. Именно этот показатель, с одной стороны, легко воспринимается и распознается людьми, а с другой стороны, может служить идентификатором источника звука. Из акустики известно, что тембровую окраску звуку придают гармоники колебания более высоких, кратных частот. Поэтому можно полагать, что для классификации звука можно использовать информацию о его спектральном составе, о количестве, амплитудах и частотах колебаний, входящих в распознаваемый акустический сигнал. Амплитуды и частоты отдельных гармонических составляющих аудиосигнала могут служить компонентами входного вектора для нейронной сети при ее использовании для распознавания вида заболевания. Решение задачи предварительного распознавания болезни включает в себя следующие основные этапы. Сначала исходный акустический сигнал преобразуется с помощью комплекта аудиодатчиков (внешнее устройство) в электрический сигнал и выполняется его предварительная обработка, в ходе которой удаляются шумы и посторонние сигналы. Затем, отфильтрованный звук подвергается аналого-цифровому преобразованию, т.е. квантуется по времени и кодируется. На следующем этапе с помощью вышеупомянутого процессора БПФ цифровой сигнал переводится из временной области обработки в частотную. Полученные спектральные характеристики звукового сигнала подаются на вход блока (10) анализа спектрограмм, представляющего собой процессор с программным обеспечением, построенным на основе сверточной нейронной сети. Информацией для обучения нейроподобной сети, на базе которой реализован блок (10) анализа спектрограмм, служат оцифрованные образцы спектрограмм звуков голоса, дыхания, кашля и чихания, собранных у пациентов больных COVID-19, в клиниках, в частности, в вышеупомянутой 40-й больнице в Коммунарке.It is known that sound as an acoustic wave is characterized by two attributes, amplitude and frequency. A person perceives the amplitude of a sound wave as loudness, and its frequency as a musical pitch. In addition, the sound is characterized by timbre coloration. It is this indicator, on the one hand, that is easily perceived and recognized by people, and on the other hand, it can serve as an identifier of the sound source. It is known from acoustics that the timbre coloring of the sound is given by the harmonics of the oscillations of higher, multiple frequencies. Therefore, it can be assumed that information about its spectral composition, the number, amplitudes and frequencies of vibrations included in the recognized acoustic signal can be used to classify sound. The amplitudes and frequencies of the individual harmonic components of the audio signal can serve as components of the input vector for the neural network when it is used to recognize the type of disease. The solution to the problem of preliminary recognition of the disease includes the following main stages. First, the original acoustic signal is converted by a set of audio sensors (external device) into an electrical signal and preprocessing is performed, during which noise and extraneous signals are removed. Then, the filtered audio is subjected to analog-to-digital conversion, i. E. time quantized and encoded. In the next step, using the aforementioned FFT processor, the digital signal is converted from the time domain to the frequency domain. The obtained spectral characteristics of the audio signal are fed to the input of the spectrogram analysis unit (10), which is a processor with software built on the basis of a convolutional neural network. Information for training the neural-like network, on the basis of which the spectrogram analysis unit (10) is implemented, are digitized samples of spectrograms of voice, breathing, coughing and sneezing sounds collected from patients with COVID-19 patients in clinics, in particular, in the aforementioned 40th hospital in Kommunarka.

Суть операции свертки состоит в том, что каждый фрагмент массива данных умножается на матрицу (ядро) свертки поэлементно, а результат суммируется и записывается в аналогичную позицию выходного массива данных. Работа сверточной нейронной сети обычно интерпретируется как переход от конкретных особенностей обрабатываемого массива данных к более абстрактным деталям, и далее к еще более абстрактным деталям вплоть до выделения понятий высокого уровня. При этом сеть самонастраивается и сама вырабатывает необходимую иерархию абстрактных признаков (последовательности карт признаков), фильтруя маловажные детали входного массива данных и выделяя существенные.The essence of the convolution operation is that each fragment of the data array is multiplied by the convolution matrix (kernel) element by element, and the result is summed and written to a similar position in the output data array. The operation of a convolutional neural network is usually interpreted as a transition from the specific features of the processed data array to more abstract details, and then to even more abstract details up to the isolation of high-level concepts. In this case, the network self-adjusts and itself develops the necessary hierarchy of abstract features (sequences of feature maps), filtering unimportant details of the input data array and highlighting essential ones.

В классической модели перцептрона, представляющего собой компьютерную версию восприятия информации человеческим мозгом, каждый нейрон связан со всеми нейронами предыдущего слоя, причем каждая связь имеет свой персональный весовой коэффициент. Перцептрон состоит из трех типов элементов, а именно, поступающие от сенсорных элементов сигналы передаются ассоциативным элементам, а затем реагирующим элементам. Таким образом, перцептроны позволяют создать набор «ассоциаций» между входными стимулами и необходимой реакцией на выходе. В биологическом плане это соответствует преобразованию, например, звуковой информации в физиологический ответ от двигательных нейронов. В сверточной нейронной сети в операции свертки используется лишь ограниченная матрица весов небольшого размера, которую «двигают» по всему обрабатываемому слою (в самом начале - непосредственно по входному массиву), формируя после каждого сдвига сигнал активации для нейрона следующего слоя с аналогичной позицией. То есть для различных нейронов выходного слоя используются одна и та же матрица весов, которую также называют ядром свертки. Ее интерпретируют как кодирование какого-либо признака. Тогда следующий слой, получившийся в результате операции свертки такой матрицей весов, показывает наличие данного признака в обрабатываемом слое и его местоположение, формируя так называемую карту признаков. Ядра свертки формируются самостоятельно путем обучения сети классическим методом «обратного распространения ошибки». Это метод вычисления градиента, который используется при обновлении весов многослойного перцептрона. Итеративный градиентный алгоритм используется с целью минимизации ошибки работы многослойного перцептрона и получения желаемого выхода. Основная идея этого метода состоит в распространении сигналов ошибки от выходов сети к ее входам, в направлении, обратном прямому распространению сигналов в обычном режиме работы.In the classical model of the perceptron, which is a computer version of the perception of information by the human brain, each neuron is connected to all neurons of the previous layer, and each connection has its own personal weighting coefficient. The perceptron consists of three types of elements, namely, the signals coming from the sensory elements are transmitted to the associative elements, and then to the reacting elements. Thus, perceptrons make it possible to create a set of "associations" between input stimuli and the required output response. Biologically, this corresponds to the transformation, for example, of sound information into a physiological response from motor neurons. In a convolutional neural network, the convolution operation uses only a limited matrix of small weights, which is "moved" over the entire processed layer (at the very beginning - directly along the input array), forming after each shift an activation signal for the neuron of the next layer with a similar position. That is, the same weight matrix is used for different neurons of the output layer, which is also called the convolution kernel. It is interpreted as encoding a feature. Then the next layer, resulting from the convolution operation with such a matrix of weights, shows the presence of this feature in the processed layer and its location, forming a so-called feature map. Convolution kernels are formed independently by training the network using the classical "error backpropagation" method. This is a gradient computation method that is used when updating the weights of a multilayer perceptron. An iterative gradient algorithm is used to minimize the error in the operation of the multilayer perceptron and obtain the desired output. The main idea of this method is to propagate error signals from the network outputs to its inputs, in the direction opposite to the forward propagation of signals in normal operation.

В результате цифровой обработки спектральной информации звукового диапазона с помощью описанного выше алгоритма сверточной нейронной сети на выходе блока (10) анализа спектрограмм формируется кодовое сообщение о наличии у пациента COVID-19 и предполагаемой степени тяжести этого заболевания, аналогично тому, как это осуществляется в «КТ-калькуляторе» при диагностировании пневмонии с помощью компьютерного томографа (https://tass.ru/moskva/10257987?rb).As a result of digital processing of spectral information of the audio range using the above-described convolutional neural network algorithm, at the output of the spectrogram analysis unit (10), a code message is generated about the presence of COVID-19 in the patient and the estimated severity of this disease, similar to how it is done in CT -calculator "when diagnosing pneumonia using a computer tomograph (https://tass.ru/moskva/10257987?rb).

Указанное кодовое сообщение поступает на первый вход блока (11) принятия решений, на второй вход которого подается другое кодовое сообщение, сформированное видеопроцессором (1) по результатам инструментальных измерений, полученным из комплекта медицинских модулей и изображений, полученных видеосистемой. Указанное кодовое сообщение играет такую же роль, как и «результаты короткого опроса по симптоматике» в ранее упоминавшемся методе «выявления COVID-19 за минуту по кашлю», разработанном лабораторией ИИ компании «Сбер» (https://ria.ru/20210112/koronavirus-1592686640.html). Однако в рассматриваемом случае указанная информация получается не столько в результате субъективной оценки пациентом своего самочувствия, и/или столь же субъективной реакции врача на внешний вид тестируемого, сколько в результате совокупности объективных инструментальных измерений наиболее индикативных показателей, и потому является значительно более достоверной.The specified code message arrives at the first input of the decision-making block (11), the second input of which is supplied with another code message generated by the video processor (1) based on the results of instrumental measurements obtained from a set of medical modules and images obtained by the video system. The specified code message plays the same role as the "results of a short survey on symptoms" in the previously mentioned method of "detecting COVID-19 in a minute by coughing", developed by the AI laboratory of the Sber company (https://ria.ru/20210112/ koronavirus-1592686640.html). However, in the case under consideration, this information is obtained not so much as a result of the patient's subjective assessment of his well-being, and / or the doctor's equally subjective reaction to the test person's appearance, but as a result of a set of objective instrumental measurements of the most indicative indicators, and therefore is much more reliable.

Таким образом, совокупность общих с ближайшим аналогом и существенных отличительных признаков описанной в данной заявке полезной модели позволяет решить указанную выше техническую проблему, заключающуюся в необходимости расширения арсенала технических средств, используемых в борьбе с наиболее опасными эпидемическими ЧС, в первую очередь с пандемией COVID-19. Предлагаемое решение обеспечивает медицинских работников средством дистанционного (без очного контакта врача и пациента) комплексного инструментального и визуального тестирования сотрудников промышленных и транспортных предприятий, обеспечивающего предварительную дифференциальную диагностику COVID-19. Решение принимается по результатам совместных измерений физиологических параметров, анализа с помощью кардиоритмограммы и видеоизображения психоэмоционального состояния пациента и сопоставления их с результатами оценки спектрограммы респираторного цикла. Это позволяет, с одной стороны, ослабить требования самоизоляции для значительной части работающего населения, а с другой стороны, снизить нагрузку на медицинскую отрасль и повысить эффективность ее работы в условиях повышенной готовности и в разгар эпидемических ЧС.Thus, the combination of common with the closest analogue and essential distinctive features of the utility model described in this application allows us to solve the above technical problem, which consists in the need to expand the arsenal of technical means used in the fight against the most dangerous epidemic emergencies, primarily with the COVID-19 pandemic. ... The proposed solution provides medical workers with a means of remote (without face-to-face contact between a doctor and a patient) comprehensive instrumental and visual testing of employees of industrial and transport enterprises, providing preliminary differential diagnosis of COVID-19. The decision is made based on the results of joint measurements of physiological parameters, analysis using a cardiac rhythmogram and video image of the patient's psychoemotional state and comparing them with the results of an assessment of the spectrogram of the respiratory cycle. This allows, on the one hand, to weaken the requirements of self-isolation for a significant part of the working population, and on the other hand, to reduce the burden on the medical industry and increase the efficiency of its work in conditions of high preparedness and in the midst of epidemic emergencies.

Claims

1. Telemedical hub for examination and testing of workers of industrial and transport enterprises, containing a multichannel short-range radio modem, configured to receive telemetry data from a set of medical modules and a video system, a communication and data transmission radio modem (SPT), made with the ability to exchange data over radio networks with a patient health monitoring center and emergency medical stations, as well as a series-connected unit for selecting wireless communication channels, the first and second signal inputs of which are connected to the outputs, respectively, of a multi-channel short-range radio modem and an SPD radio modem, a controlled threshold device and connected to the controls and notifications video server, the first, second and third control outputs of which are connected to the control inputs, respectively, of a multi-channel short-range radio modem, an SPD radio modem and a controlled threshold device, as well as a serially connected th block for forming a cardiorhythmogram, the output of which is connected to the corresponding input of the selection unit of wireless communication channels, a spectrum analyzer and a calculator, the output of which is connected to the corresponding input of the video server, characterized in that a sequentially connected block for analyzing spectrograms is inserted into it, made with an input for preliminary input into it samples of spectrograms, and a decision-making unit, while the multi-channel short-range radio modem is configured to receive signals from a set of audio sensors, the spectrum analyzer is made with an additional input, to which the output of the wireless communication channel selection unit is connected, and with an additional output, which is connected to the input of the analysis unit spectrograms, and the video server is made with an additional port, through which it is connected to the input / output of the decision-making unit.

2. Telemedicine hub according to claim 1, characterized in that the spectrum analyzer is a discrete (fast) Fourier transform processor capable of measuring the spectral powers of the spectral regions in the infrasonic frequency range from 0.04 to 0.4 Hz and the spectral powers of the spectral regions in the audio frequency region voice, breathing, coughing and sneezing of a person from 10 Hz to 20 kHz.

3. Telemedicine hub according to claim 1, characterized in that the spectrogram analysis unit and the decision-making unit are made in the form of convolutional neural network processors, self-learning on samples of spectrograms of sounds of voice, breathing, coughing and sneezing of patients with COVID-19.

4. Telemedicine hub according to claim 1, characterized in that the multi-channel short-range radio modem is made in the form of a multi-channel Bluetooth module.

5. Telemedicine hub according to claim 1, characterized in that the SPD radio modem is made in the form of a Wi-Fi wireless network module.

6. Telemedicine hub according to claim 1, characterized in that the SPD radio modem is made in the form of an LTE4G radio-Internet module.