RU2218075C2 - Способ регистрации и обработки плетизмограммы для измерения параметров сердечно-сосудистой системы человека и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ регистрации и обработки плетизмограммы для измерения параметров сердечно-сосудистой системы человека и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2218075C2 RU2218075C2 RU2001100643/14A RU2001100643A RU2218075C2 RU 2218075 C2 RU2218075 C2 RU 2218075C2 RU 2001100643/14 A RU2001100643/14 A RU 2001100643/14A RU 2001100643 A RU2001100643 A RU 2001100643A RU 2218075 C2 RU2218075 C2 RU 2218075C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- unit
- measured signal
- measured
- processing
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 210000000748 cardiovascular system Anatomy 0.000 title claims abstract description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract 5
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000036039 immunity Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 4
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 4
- 230000000368 destabilizing effect Effects 0.000 description 4
- 238000013186 photoplethysmography Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000002565 electrocardiography Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000033764 rhythmic process Effects 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 208000014094 Dystonic disease Diseases 0.000 description 1
- 206010015856 Extrasystoles Diseases 0.000 description 1
- 208000000418 Premature Cardiac Complexes Diseases 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 210000001765 aortic valve Anatomy 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 1
- 230000005792 cardiovascular activity Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 230000008828 contractile function Effects 0.000 description 1
- 230000034994 death Effects 0.000 description 1
- 231100000517 death Toxicity 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 208000010118 dystonia Diseases 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 210000003743 erythrocyte Anatomy 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 208000019622 heart disease Diseases 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 210000005240 left ventricle Anatomy 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 210000004115 mitral valve Anatomy 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006442 vascular tone Effects 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
- A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
- A61B5/0535—Impedance plethysmography
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
- A61B5/02416—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate using photoplethysmograph signals, e.g. generated by infrared radiation
Abstract
Изобретение относится к медицине, а именно к измерению параметров сердечной сосудистой системы. Способ включает формирование измеряемого сигнала, его усиление и фильтрацию, а также обработку измеренного сигнала и выдачу результатов измерения. До обработки сигнала осуществляют формирование биполярных прямоугольных сигнальных и опорных импульсов, корреляцию их длительностей, а при обработке измеренного сигнала осуществляют цифровую фильтрацию пачек сигнальных импульсов, их регистрацию и расчет параметров сердечно-сосудистой системы. Реализующее способ устройство содержит периферийную часть, выполненную на начальном формирователе измеряемого сигнала, связанном с блоком усиления и фильтрации, и базовую электронную систему, выполненную на процессоре, связанном с портом ввода-вывода и устройством отображения. Периферийная часть содержит блок стабилизации напряжения питания, измеритель-генератор биполярных прямоугольных измеряемых и опорных импульсов и блок электронно-оптического управления, через который блок усиления и фильтрации связан с измерителем-генератором биполярных прямоугольных импульсов, соединенным с портом ввода-вывода, который через блок стабилизации напряжения питания соединен с начальным формирователем измеряемого сигнала, блоком усиления и фильтрации и блоком электронно-оптического управления. Изобретение позволяет обеспечить существенное снижение потребляемой энергии и стоимости, повышение надежности, помехозащищенности, точности и повторяемости измерений. 2 с. и 9 з.п.ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области медицинской электроники и приборов со встроенными устройствами тестирования сердечно-сосудистой деятельности человека, в том числе бытовых приборов широкого применения.
Хорошо известно, что в России и ряде других стран болезни сердечно-сосудистой системы превалируют над другими и имеют высокий показатель смертности, являясь причиной около 50% смертей.
При этом одной из основных медицинских проблем является выявление ненормальности функционирования сердечно-сосудистой системы на ранней стадии заболевания сердца.
Известно много устройств и способов измерения параметров сердечно-сосудистой системы (ССС) и, в частности, вариабельности сердечных сокращений (ВСС).
Однако до настоящего времени не известны устройства, доступные по стоимости широким слоям населения и позволяющие оперативно и с необходимой степенью информативности и достоверности получать сведения о параметрах ССС. При решении этой проблемы особый интерес вызывают устройства, объединяющие в себе свойства специализированных компьютерных систем или других электронных систем, содержащих в качестве составных частей процессор или микропроцессор и устройства отображения информации, и позволяющие производить измерения параметров физиологических процессов, протекающих в организме человека.
Бурное развитие компьютерной технологии, сопровождаемое внедрением в повседневное использование мощных персональных компьютеров (ПК) и различной микропроцессорной техники, не затронуло в должной мере такого аспекта использования этих систем, как контроль за здоровьем человека на широком бытовом уровне.
Настоящее изобретение имеет своей целью устранение упомянутого выше пробела и улучшение прототипных решений.
Электрокардиографией называется измерение электрического поля, вызванного электрической активностью сердца, при этом поле измеряется электродами, помещаемыми на кожу. Изменение, вызываемое полем напряжения на электродах во времени, называется электрокардиограммой. Плетизмографией называется измерение увеличения объема крови при сжатии сердца. Изменение объема крови во времени называется плетизмограммой. Наиболее простым методом плетизмографии является фотоплетизмография (ФПГ), при которой свет направляется на некоторый участок кожи так, что он частично проникает в ткань. Этот свет частично рассеивается и частично поглощается красными кровяными тельцами. Свет, излучаемый кожей, измеряется фотодетектором. Выходной сигнал показывает колебания пульса вследствие изменений объема крови в ткани, которые имеют место при биениях сердца. Другой разновидностью плетизмографии является сейсмоплетизмография (СПГ), при которой изменения объема крови регистрируются пьезодатчиком.
Прототипные решения описаны в US Pat. No 3.980.075, US Pat. No 5.397.774, US Pat. No 5.423.322 и US Pat. No 5.632.272. Однако ни в одном из этих патентов не ставится цели установления непосредственной связи между измерительным устройством и внешними блоками ПК. Наиболее близкими к настоящему изобретению являются изобретения, описанные в US Pat. No 5.876.351 и US Pat. No 5.862.805.
В US Pat. No 5.876.351 автономное устройство для измерения электрокардиограмм построено на базе видеоигры NINTENDO GAMEBOY. Применение этой игры для измерения электрокардиограмм становится возможным вследствие использования кассеты, содержащей все необходимые электронные компоненты и компьютерные программы. Обладая сравнительно высокой стоимостью ($ 50 за видеоигру и $ 125 за кассету), устройство не обеспечивает высокий уровень диагностических возможностей без замены кассеты, а также возможность хранения и статистической обработки полученной при измерениях информации.
Особое внимание следует обратить на присущую ЭКГ особенность. Этой особенностью является невозможность снятия электрокардиограмм компьютерными или совместимыми с компьютерами устройствами (системами) без принятия специальных мер, обеспечивающих надежную электробезопасность. Действительно, при снятии ЭКГ необходим электрический контакт пациента с измерительным устройством, а последнее соединено с сигнальным вводом компьютера. Между измерительным устройством и компьютером имеется гальваническая связь, поэтому пациент может пострадать от электрического напряжения. Для исключения возможного поражения электрическим током в измерительное устройство вводится оптоэлектронная развязка, а питание производится от отдельного безопасного источника. Это увеличивает стоимость измерительного устройства. При снятии электрокардиограммы необходимы специальные меры защиты от помех, потому что несущий информацию сигнал может иметь величину в доли милливольт. Существенным недостатком (для бытового применения) этого метода является необходимость подготовки пациента к измерениям. Эта подготовка включает в себя фиксацию электродов на коже с предварительным нанесением токопроводящих смазок, необходимых для получения улучшенного электрического контакта между кожей и электродами.
Метод ФПГ свободен от указанных выше недостатков, т.к. он не требует наличия электрического контакта между пациентом и компьютером и специальной подготовки пациента (кроме обеспечения температуры пальца руки не менее 28oС).
В US Pat. 5.862.805 описаны устройство и способ измерения вариабельности параметров ССС при использовании метода ФПГ. Устройство включает в себя ряд дорогих электронных функциональных блоков: модулятор, демодулятор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и процессор для обработки измеряемого сигнала. Связи с внешними устройствами ПК не предусматривается. Тем не менее эти устройство и метод наиболее близки к настоящему изобретению по отличительным признакам.
Настоящее изобретение отличается существенно во многих особенностях от прототипов. Существенным отличием является возможность применения соответствующего настоящему изобретению устройства совместно с периферийными устройствами, используемыми в компьютерах или других электронных системах для ввода и вывода информации: мышью и клавиатурой. Настоящее изобретение расширяет функциональные возможности последних. В соответствии с настоящим изобретением устройство для измерения параметров ССС может быть встроено в корпус упомянутых периферийных устройств. Более того, питание устройства может осуществляться от линейных портов ПК или других процессорных систем, которые используются одновременно для подачи на ПК (или в процессорные системы) измеряемых сигналов, поэтому отсутствует необходимость в автономном источнике питания (блоке питания). Однако линейные порты ПК имеют жесткие ограничения по мощности, поэтому в соответствующем настоящему изобретению устройстве отсутствуют электронные компоненты и блоки, имеющие существенную потребляемую мощность. Прежде всего, этими основными потребителями мощности в прототипных устройствах являются модулятор, демодулятор, АЦП, блоки хранения информации и процессоры специального назначения. Вместе с потреблением существенной мощности эти функциональные блоки имеют достаточно высокую стоимость и снижают надежность устройства.
Вышеуказанные недостатки прототипных решений резко ограничивают сферу их применения и не позволяют решить задачу обеспечения широких слоев населения (и, в первую очередь, пользователей компьютерной техники и мобильных телефонов, а также владельцев личных и служебных автомобилей) устройствами, доступными по стоимости и обеспечивающими возможность получения оперативной и достоверной информации о параметрах ССС и упреждающих рекомендаций (со стороны применяемого устройства) с целью предотвращения развития заболеваний или упреждающих решений со стороны пользователя о линии дальнейшего поведения: срочное обращение к врачу-специалисту, отказ от дальнейшей работы за компьютером или от вождения автомобиля, принятие определенных профилактических мер и так далее.
Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является существенное снижение потребляемой энергии и стоимости, повышение надежности и помехозащищенности, точности и повторяемости измерений устройств, предназначенных для регистрации и обработки параметров сердечно-сосудистой системы (ССС) человека с использованием метода плетизмографии (ПГ), в сравнении с известными прототипными решениями.
Объектами заявляемого изобретения являются устройство и способ, совокупное использование которых решает поставленную задачу.
В отличие от наиболее близкого аналога (US Pat. No 5.862.805), в котором имеется автономный источник питания и обработка измеряемого сигнала осуществляется отдельными функциональными блоками, в т.ч. модулятором, демодулятором, АЦП, процессором, и не предусматривается связи с внешними устройствами базовой электронной системы (БЭС), содержащей процессорную часть и устройства отображения информации, в заявляемом изобретении обработка и информационное отображение измеряемых сигналов осуществляются с помощью соответствующих структурных элементов указанной БЭС (процессором и устройством отображения информации), при этом имеющийся у прототипных решений АЦП не используется, аналоговый измеряемый сигнал управляет релаксационным генератором (блок "измеритель-генератор"), непосредственно соединенным с входным портом ввода-вывода сигналов БЭС (например, ПК) и питание всех блоков периферийной части устройства (ПЧУ) заявляемого изобретения, непосредственно предлагаемой потребителям, осуществляется от порта ввода-вывода сигналов упомянутой БЭС через обязательный блок стабилизации напряжения питания.
Реализация указанной концепции построения устройства и способа измерения параметров ССС позволяет перенести функции обеспечения требуемого электрического питания, обработки и визуализации сигналов на достаточно мощную БЭС (например, ПК) и использовать за счет этого при осуществлении процессов, протекающих в ПЧУ, "мягкие" электрические режимы, что значительно облегчает решение задачи обеспечения высокой точности и повторяемости измерений, а также позволяет значительно снизить стоимость ПЧУ.
К совокупности отличительных признаков, обеспечивающей получение технического результата во всех случаях, на которые распространяются испрашиваемые объекты правовой охраны, относятся кроме вышеупомянутых также нижеследующие:
- релаксационный генератор (РГ) формирует биполярные прямоугольные импульсы (в блоке "измеритель-генератор"), при этом импульсы одной полярности (сигнальные импульсы) соответствуют измеряемому сигналу, а импульсы другой полярности являются опорными. Длительность сигнальных импульсов зависит от напряжения, поступающего с приемника. Управление длительностью этих импульсов осуществляется транзисторной оптоэлектронной парой. Такой подход определен необходимостью установления развязки по постоянному току между усилителем постоянного тока с высоким коэффициентом усиления (используемым для усиления измеряемого сигнала и имеющим коэффициент усиления до 10000) и РГ. Таким образом обеспечивается отсутствие паразитной связи, что увеличивает стабильность работы (точность и повторяемость результатов измерений);
- характерной особенностью настоящего изобретения является эффективный метод устранения влияния температуры, нестабильности напряжения питания и других дестабилизирующих факторов - метод эффективного коррелирования длительностей сигнальных и опорных импульсов программными средствами в процессорной части БЭС (например, в процессоре ПК). Импульсы этих двух видов генерируются РГ-ром, поэтому дестабилизирующие возмущающие воздействия (температуры, влажности, нестабильности напряжения источника питания и др.) влияют на длительности сигнальных и опорных импульсов в одинаковой степени. Обычно коррелирование в широком диапазоне длительностей является довольно сложной и дорогостоящей задачей при использовании специального процессора. В заявляемом изобретении процессорная часть БЭС получает как сигнальные, так и опорные импульсы, измеряет их длительность и коррелирует их программными средствами. Корреляционное значение, которое далее и обрабатывается, соответствует сигнальному импульсу в отсутствие влияния всех дестабилизирующих факторов;
- с целью обеспечения высокой стабильности регистрации измеряемого сигнала в заявляемом изобретении получают программными средствами отфильтрованную последовательность (низкочастотная фильтрация) пачек сигнальных импульсов, которые (пачки) затем обрабатывают в процессорном устройстве БЭС (например, ПК). Для получения более точных результатов обрабатывают не одиночные импульсы, а пачки импульсов. Суть предложенного в изобретении метода фильтрации (или сглаживания): производится методом накопления заданного количества точек регистрации. При этом в начале формируется массив из этого количества регистрации. Первое значение измеряемой величины и есть сумма всех элементов массива. Следующее значение определяется путем добавления к сумме следующего значения точки регистрации и одновременного вычитания первого элемента массива. Причем новое значение точки регистрации замещает в массиве вычитаемый элемент.
- релаксационный генератор (РГ) формирует биполярные прямоугольные импульсы (в блоке "измеритель-генератор"), при этом импульсы одной полярности (сигнальные импульсы) соответствуют измеряемому сигналу, а импульсы другой полярности являются опорными. Длительность сигнальных импульсов зависит от напряжения, поступающего с приемника. Управление длительностью этих импульсов осуществляется транзисторной оптоэлектронной парой. Такой подход определен необходимостью установления развязки по постоянному току между усилителем постоянного тока с высоким коэффициентом усиления (используемым для усиления измеряемого сигнала и имеющим коэффициент усиления до 10000) и РГ. Таким образом обеспечивается отсутствие паразитной связи, что увеличивает стабильность работы (точность и повторяемость результатов измерений);
- характерной особенностью настоящего изобретения является эффективный метод устранения влияния температуры, нестабильности напряжения питания и других дестабилизирующих факторов - метод эффективного коррелирования длительностей сигнальных и опорных импульсов программными средствами в процессорной части БЭС (например, в процессоре ПК). Импульсы этих двух видов генерируются РГ-ром, поэтому дестабилизирующие возмущающие воздействия (температуры, влажности, нестабильности напряжения источника питания и др.) влияют на длительности сигнальных и опорных импульсов в одинаковой степени. Обычно коррелирование в широком диапазоне длительностей является довольно сложной и дорогостоящей задачей при использовании специального процессора. В заявляемом изобретении процессорная часть БЭС получает как сигнальные, так и опорные импульсы, измеряет их длительность и коррелирует их программными средствами. Корреляционное значение, которое далее и обрабатывается, соответствует сигнальному импульсу в отсутствие влияния всех дестабилизирующих факторов;
- с целью обеспечения высокой стабильности регистрации измеряемого сигнала в заявляемом изобретении получают программными средствами отфильтрованную последовательность (низкочастотная фильтрация) пачек сигнальных импульсов, которые (пачки) затем обрабатывают в процессорном устройстве БЭС (например, ПК). Для получения более точных результатов обрабатывают не одиночные импульсы, а пачки импульсов. Суть предложенного в изобретении метода фильтрации (или сглаживания): производится методом накопления заданного количества точек регистрации. При этом в начале формируется массив из этого количества регистрации. Первое значение измеряемой величины и есть сумма всех элементов массива. Следующее значение определяется путем добавления к сумме следующего значения точки регистрации и одновременного вычитания первого элемента массива. Причем новое значение точки регистрации замещает в массиве вычитаемый элемент.
Предлагаемая процедура низкочастотной фильтрации поясняется нижеследующими соотношениями:
S(2)=S(1)-M(1)+t(n+1) (5.2);
t(n+1)⇒M(1) (5.3);
S(3)=S(2)-M(2)+t(n+2) (5.4);
t(n+2)⇒M(2) (5.5)
и так далее,
где S(1) - первое значение измеряемой величины;
i = 1÷n - порядок фильтрации;
M(i) - массив накопления точек регистрации;
S(2) - второе значение измеряемой величины;
t(n+1) - значение измеряемой величины n плюс первой точки регистрации;
t(n+1)⇒(M(1) - обозначает замещение первого элемента массива значением n плюс первой точки регистрации;
S(3) - третье значение измеряемый величины;
t(n+2) - значение измеряемой величины n плюс второй точки регистрации.
S(2)=S(1)-M(1)+t(n+1) (5.2);
t(n+1)⇒M(1) (5.3);
S(3)=S(2)-M(2)+t(n+2) (5.4);
t(n+2)⇒M(2) (5.5)
и так далее,
где S(1) - первое значение измеряемой величины;
i = 1÷n - порядок фильтрации;
M(i) - массив накопления точек регистрации;
S(2) - второе значение измеряемой величины;
t(n+1) - значение измеряемой величины n плюс первой точки регистрации;
t(n+1)⇒(M(1) - обозначает замещение первого элемента массива значением n плюс первой точки регистрации;
S(3) - третье значение измеряемый величины;
t(n+2) - значение измеряемой величины n плюс второй точки регистрации.
Замещение элементов массива M(i) производится циклически. После замещения последнего элемента массива М(n) происходит возврат к первому элементу М(1). Этот метод позволяет производить сглаживание сигнала без увеличения времени интегрирования, поскольку вне зависимости от n количество операций, необходимых для получения измеряемой величины, не изменяется и всегда равно трем (вычитание, сложение и замещение). Это обеспечивает сохранение разрешающей способности устройства во времени вне зависимости от порядка фильтрации. Время квантования соответствует периоду следования импульсов измерительного генератора. Таким образом, при наличии однажды проведенного измерения пачки сигнальных импульсов (сохраненных в памяти ПК) низкочастотная фильтрация производится практически без задержек.
В частном случае заявляемого изобретения, когда в качестве БЭС используется персональный компьютер, для реализации изобретения необходим IBM совместимый компьютер с процессором модели не ниже 386 и свободным СОМ 1 или СОМ 2 портом. Особенность функционирования варианта изобретения с ПЧУ, встроенным в штатную мышь ПК и соединенным с вышеуказанным портом ПК, заключается в том, что процесс измерения должен проходить в реальном времени, а это значит, что работа программы не должна прерываться другими программами, то есть необходим однозадачный режим работы компьютера. При этом программное обеспечение ПК с применением вышеуказанных высокоэффективных программных фильтров, а также проведение всех операций заявляемого способа в соответствии со структурной схемой последовательности операций на блок-схеме заявляемого устройства (см. чертеж), позволяют производить с высокой точностью и повторяемостью измерения параметров ССС, экспертный анализ результатов измерений с выдачей заключений о нарушениях ритма сердечных сокращений, архивирование указанных результатов, различные виды мониторирования, а также передачу результатов измерений в центры диагностики по Интернету и получение соответствующих рекомендаций специалистов.
На блок-схеме отражен общий случай реализации изобретения; в частном случае в качестве базовой электронной системы, содержащей процессорное устройство, блок ввода-вывода и устройство отображения информации, используют персональный компьютер. Блок-схема иллюстрирует также обязательность и последовательность большей части операций, осуществляемых при реализации способа в соответствии с заявляемым изобретением.
Блок-схема устройства по заявленному изобретению 1 включает в себя часть структурных элементов базовой электронной системы 2, в частности порт ввода-вывода сигналов 2.1, процессор (или микропроцессор) 2.2 и устройство отображения информации 2.3 (при этом остальные структурные элементы БЭС 2, которые для каждого конкретного вида БЭС будут различными, условно представлены в виде 2.4, 2.5, 2.6) и периферийную часть устройства (ПЧУ) 3, включающую формирователь измеряемого сигнала 3.1, усилитель и фильтры 3.2, блок электронно-оптического управления 3.3, оконечный формирователь измеряемого сигнала (измеритель-генератор) 3.4 и блок стабилизации напряжения питания 3.5. В соответствии с вышеупомянутыми отличительными признаками в ПЧУ 3 отсутствует АЦП и автономный источник питания, питание структурных элементов ПЧУ 3 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 осуществляется от порта ввода-вывода сигналов 2.1. БЭС 2 через блок стабилизации напряжения питания 3.5 ПЧУ 3, выходной блок ПЧУ 1 измеритель-генератор 3.4 непосредственно связан с входным структурным элементом БЭС 2 - портом ввода-вывода сигналов 2.1.
Авторами изобретения в полном соответствии с блок-схемой, представленной на фигуре, сконструирован вариант устройства со встроенным в компьютерную мышь фирмы "Genius" ПЧУ с инфракрасным источником излучения с длиной волны около 0,9 мкм, которое подключалось к порту СОМ 1 IBM совместимого компьютера. Комплект изделия включает в себя дискету со специально разработанной авторами программой с объемом информации 60 кбайт.
Электронная ПЧУ выполнена с использованием современных дискретных электронных компонентов в виде платы на основе технологии поверхностного монтажа. Номенклатура указанных компонентов оптимизирована с точки зрения шкалы "цена - качество". Разработанная конструкция устройства освоена в опытном производстве специализированного предприятия г. Санкт-Петербурга. К настоящему времени выпущено несколько пилотных партий указанного устройства, которые предложены потребителям под названием "Доктор Маус".
В корпусе мыши устройства выполнено отверстие для выхода инфракрасного излучения датчика. При измерении артериального пульса указанное отверстие пациент накрывает ладонью правой руки, в частности подушечкой у основания указательного пальца; при измерении капиллярного пульса - подушечкой указательного пальца правой руки.
Перед проведением измерений (в строгом соответствии с прилагаемой инструкцией) осуществляют проверку работоспособности изделия: подключают в соответствии с чертежом выход ПЧУ 3 блок стабилизации напряжения питания 3.5. к порту ввода-вывода сигналов 2.1. персонального компьютера 2, при этом напряжение питания ± 12 В, стабилизированное блоком 3.5., поступает в соответствии с чертежом на все структурные элементы ПЧУ: начальный формирователь измеряемого сигнала 3.1., усилитель и фильтры 3.2., блок электронно-оптического управления 3.3. , измеритель-генератор 3.4.; осуществляют загрузку компьютера прилагаемой в комплекте изделия дискетой, открывают в ПК 2 раздел DRMOUS и запускают программу на экране монитора 2.3. ПК, работающего в режиме виртуального осциллографа, появляется заставка "компьютерная пульсометрия" и бегущая линия, которая резко смещается вверх или вниз при перемещении рук вблизи датчика начального формирователя сигнала 3.1., далее закрывают и слегка прижимают указательным пальцем правой руки (с температурой кожи пальца не менее 28oС) участок поверхности мыши, где имеется отверстие, в котором "утоплен" датчик, и через 6-8 с на экране монитора 2.3. появляется сигнал пульсовой волны, с помощью клавиш горизонтального и вертикального перемещения осуществляется регулировка амплитуды и местоположения пульсометрической кривой, при устойчивом характере поведения этой кривой пользователь приступает к процедуре измерения параметров ССС: левой рукой, не двигая правой, пользователь нажимает клавишу ПК F3 - ИЗМЕРЕНИЕ, - на экране монитора ПК 2 в замедленном темпе будет отображаться процесс регистрации пульса, при этом в полном соответствии с чертежом осуществляются все операции заявляемого способа: все структурные элементы ПЧУ 3 в отсутствии автономного источника питания обеспечиваются стабилизированным напряжением питания через блок стабилизации напряжения питания 3.5. из порта ввода-вывода сигналов 2.1. ПК 2, первичные измеряемые сигналы автоматически снимаются с пальца руки, формируются фотоприемником начального формирователя измеряемого сигнала 3.1. в виде сигнальных импульсов, усиливаются и фильтруются в 3.2., далее через блок электронно-оптического управления 3.3. поступают на измеритель-генератор 3.4., где формируются основные и опорные прямоугольные импульсы разной полярности, импульсы обоих видов поступают через порт ввода-вывода сигналов 2.1. ПК 2 в процессор 2.2., где программными средствами осуществляется эффективное коррелирование длительностей опорных и сигнальных импульсов с исключением влияния дестабилизирующих факторов на качество и величину измеряемых сигналов, в процессоре 2.2. одновременно с этим осуществляется также программными средствами фильтрация пачек сигнальных импульсов, их регистрация и измерение всех параметров, предусмотренных программой; не двигаясь, пользователь в течение 12-15 с наблюдает за процессом регистрации - в этот период происходит накопление результатов измерения, после чего пользователь завершает процесс измерения, нажав клавишу F4 - ВЫВОД РЕЗУЛЬТАТОВ, на экране монитора 2.3. появляются результаты измерений в табулированном виде и при дальнейших манипуляциях - в виде текстовых рекомендаций и разъяснений по каждому параметру. Разработанная программа позволяет архивировать результаты, осуществлять различные виды мониторинга, передавать данные (при наличии Интернета) по Интернету в ЦЕНТР ДИАГНОСТИКИ с получением ответов-рекомендаций специалистов.
С помощью изделия "Доктор Маус" и заявляемого способа измеряют и рассчитывают следующие параметры:
- пульс;
- наличие пауз и экстрасистол за определенный интервал времени;
- нарушения ритма;
- размах кардиоинтервала;
- стабильность и колеблемость пульса.
- пульс;
- наличие пауз и экстрасистол за определенный интервал времени;
- нарушения ритма;
- размах кардиоинтервала;
- стабильность и колеблемость пульса.
Анализ формы пульсограммы позволяет определить:
- наличие вегетососудистой дистонии (нарушение тонуса сосудов);
- нарушение в работе митрального и аортальных клапанов;
- ослабление сократительной функции мышцы левого желудочка.
- наличие вегетососудистой дистонии (нарушение тонуса сосудов);
- нарушение в работе митрального и аортальных клапанов;
- ослабление сократительной функции мышцы левого желудочка.
При этом обеспечиваются следующие технические характеристики:
Питание от порта СОМ 1, В - +12; -12
Время измерения параметров ССС, не более, мин - 1
Погрешность измерения, % - ±5
Разрешающая способность по времени, мс - 10±2
Тактовая частота, кГц - 1
Сравнение опытных образцов устройства "Доктор Маус" с прототипами показывает, что электропотребление снижено в 3 раза, количество электронных компонентов снижено в 2,5 раза, стоимость изделия снижена в 7-8 раз. В частности, стоимость опытных образцов (дискета и модифицированная мышь) составляет 40-45 $ US. При серийном выпуске указанная стоимость будет снижена.
Питание от порта СОМ 1, В - +12; -12
Время измерения параметров ССС, не более, мин - 1
Погрешность измерения, % - ±5
Разрешающая способность по времени, мс - 10±2
Тактовая частота, кГц - 1
Сравнение опытных образцов устройства "Доктор Маус" с прототипами показывает, что электропотребление снижено в 3 раза, количество электронных компонентов снижено в 2,5 раза, стоимость изделия снижена в 7-8 раз. В частности, стоимость опытных образцов (дискета и модифицированная мышь) составляет 40-45 $ US. При серийном выпуске указанная стоимость будет снижена.
"Доктор Маус" хорошо сопрягается с вариантом ПК типа note book, при этом сфера применения и круг пользователей существенно вырастал: с помощью такого изделия пользователи контролировали себя в различных условиях: в спортзалах, в пути на транспорте и т.д.
Указанные изделия в течение длительного времени были проверены в условиях реальной эксплуатации в г. Санкт-Петербурге в специально созданных для этой цели пунктах оперативной диагностики и тестирования в аптеках, спортивных центрах, бассейнах. Всего было тестировано более 10000 человек. Во всех случаях изделия характеризовались высокой надежностью, достоверностью и точностью измерений. В настоящее время изделие "Доктор Маус" успешно эксплуатируется в первых ИНТЕРНЕТ-АПТЕКАХ г. Санкт-Петербурга, созданных при АПТЕКЕ "ФАРМ-БАЛТИК" (Невский пр., 66) и АПТЕКЕ 293 (пр. Большевиков, 3).
Параллельно с этим заявляемые авторами в качестве изобретения устройство и способ активно проверяются с помощью медицинских соисполнителей в условиях стационаров и других лечебных учреждений г. Санкт-Петербурга для целей наблюдения за состоянием ССС при проведении медикаментозного лечения, контроля за работой сердца и сосудов после данных и оформления методик авторы представят необходимые материалы для получения сертификатов Минздрава РФ.
Авторы провели также исследования, подтвердившие возможность выполнения ПЧУ на одном кристалле (миниатюризация технических решений) и последующего встраивания ПЧУ в такие объекты, как мобильный телефон, компактные блоки тестирования физиологического состояния водителей автотранспорта, цифровые видеокамеры и фотоаппараты, устройства управления цифровых телевизоров, различные биометрические устройства, в том числе дактилоскопического типа, и другие изделия широкого и специального назначения.
Claims (11)
1. Способ регистрации и обработки параметров сердечно-сосудистой системы человека с использованием метода плетизмографии, включающий формирование измеряемого сигнала, его усиление и фильтрацию, а также обработку измеренного сигнала и выдачу результатов измерения, отличающийся тем, что до обработки измеренного сигнала осуществляют формирование биполярных прямоугольных сигнальных и опорных импульсов, корреляцию длительностей измеряемых и опорных импульсов, а при обработке измеренного сигнала осуществляют цифровую фильтрацию пачек сигнальных импульсов, их регистрацию и расчет параметров сердечно-сосудистой системы.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что цифровую фильтрацию пачек сигнальных импульсов осуществляют методом накопления заданного количества точек регистрации, для чего вначале формируют массив из заданного количества точек регистрации, при этом первым значением измеряемой величины является сумма всех элементов массива, а следующее значение измеряемой величины определяют путем добавления к этой сумме следующего значения точки регистрации и одновременного вычитания первого элемента массива, причем новое значение точки регистрации замещает в массиве вычитаемый элемент, замещение элементов массива производят циклически с возвратом к первому элементу массива.
3. Устройство для регистрации и обработки параметров сердечно-сосудистой системы, содержащее периферийную часть, выполненную на формирователе измеряемого сигнала, связанном с блоком усиления и фильтрации, и базовую электронную систему, выполненную на процессоре, связанном с портом ввода-вывода и устройством отображения, отличающееся тем, что оно содержит в периферийной части также блок стабилизации напряжения питания, измеритель-генератор биполярных прямоугольных импульсов и блок электронно-оптического управления, через который блок усиления и фильтрации связан с измерителем-генератором биполярных прямоугольных импульсов, соединенным с портом ввода-вывода, который через блок стабилизации напряжения питания соединен с формирователем измеряемого сигнала, блоком усиления и фильтрации и блоком электронно-оптического управления.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что периферийная часть встроена в корпус компьютерной "мыши" или клавиатуры.
5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что формирователь измеряемого сигнала выполнен на источнике и приемнике инфракрасного излучения.
6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью встраивания в корпус цифровой видеокамеры.
7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью встраивания в корпус цифрового фотоаппарата.
8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью встраивания в корпус и выносные блоки цифрового телевизора.
9. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью встраивания в корпус мобильного телефона.
10. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью встраивания в корпус биометрического устройства.
11. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью встраивания в прибор для определения и обработки дактилоскопических данных человека.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001100643/14A RU2218075C2 (ru) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | Способ регистрации и обработки плетизмограммы для измерения параметров сердечно-сосудистой системы человека и устройство для его осуществления |
| EP01989701A EP1374764A1 (en) | 2001-01-09 | 2001-12-27 | Method and device for a recording and treating plethysmogram |
| PCT/RU2001/000580 WO2002054950A1 (fr) | 2001-01-09 | 2001-12-27 | Procede et dispositif pour enregistrer et traiter un plethysmogramme |
| US10/250,798 US20040225225A1 (en) | 2001-01-09 | 2001-12-27 | Method and device for registering and processing plethysmograms |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001100643/14A RU2218075C2 (ru) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | Способ регистрации и обработки плетизмограммы для измерения параметров сердечно-сосудистой системы человека и устройство для его осуществления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001100643A RU2001100643A (ru) | 2002-11-27 |
| RU2218075C2 true RU2218075C2 (ru) | 2003-12-10 |
Family
ID=20244557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001100643/14A RU2218075C2 (ru) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | Способ регистрации и обработки плетизмограммы для измерения параметров сердечно-сосудистой системы человека и устройство для его осуществления |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20040225225A1 (ru) |
| EP (1) | EP1374764A1 (ru) |
| RU (1) | RU2218075C2 (ru) |
| WO (1) | WO2002054950A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2669616C2 (ru) * | 2013-03-14 | 2018-10-12 | Конинклейке Филипс Н.В. | Устройство и способ определения показателей жизнедеятельности субъекта |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7291123B2 (en) * | 2003-06-04 | 2007-11-06 | Gambro Lundia | Joint for fluid transport lines for medical use |
| DE102006022055A1 (de) * | 2006-02-20 | 2007-08-30 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Adaptive Filterung zur zuverlässigeren Bestimmung von Vitalparametern |
| DE102006022120A1 (de) * | 2006-02-20 | 2007-09-06 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Spreizspektrumverfahren zur Bestimmung von Vitalparametern |
| DE102006022056A1 (de) * | 2006-02-20 | 2007-08-30 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Spektralanalyse zur zuverlässigeren Bestimmung von Vitalparametern |
| US9560994B2 (en) | 2008-03-26 | 2017-02-07 | Covidien Lp | Pulse oximeter with adaptive power conservation |
| US8154892B2 (en) | 2008-04-02 | 2012-04-10 | Arraypower, Inc. | Method for controlling electrical power |
| US7929324B1 (en) | 2008-04-02 | 2011-04-19 | Array Converter Inc. | Blade architecture array converter |
| US7719864B2 (en) * | 2008-04-02 | 2010-05-18 | Array Converter, Inc. | Pulse amplitude modulated current converter |
| US8482156B2 (en) * | 2009-09-09 | 2013-07-09 | Array Power, Inc. | Three phase power generation from a plurality of direct current sources |
| US9112430B2 (en) | 2011-11-03 | 2015-08-18 | Firelake Acquisition Corp. | Direct current to alternating current conversion utilizing intermediate phase modulation |
| US9247896B2 (en) * | 2012-01-04 | 2016-02-02 | Nellcor Puritan Bennett Ireland | Systems and methods for determining respiration information using phase locked loop |
| US9560978B2 (en) | 2013-02-05 | 2017-02-07 | Covidien Lp | Systems and methods for determining respiration information from a physiological signal using amplitude demodulation |
| US9554712B2 (en) | 2013-02-27 | 2017-01-31 | Covidien Lp | Systems and methods for generating an artificial photoplethysmograph signal |
| US10188330B1 (en) | 2014-02-05 | 2019-01-29 | Covidien Lp | Methods and systems for determining a light drive parameter limit in a physiological monitor |
| TWI691929B (zh) * | 2016-02-17 | 2020-04-21 | 原相科技股份有限公司 | 互動式服務平台及其運作方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1521454A1 (ru) * | 1988-01-20 | 1989-11-15 | Институт Технической Кибернетики Ан Бсср | Фотоплетизмограф |
| RU2054884C1 (ru) * | 1990-01-02 | 1996-02-27 | Антропов Геннадий Михайлович | Фотоплетизмограф |
| IL116020A (en) * | 1995-11-16 | 2000-06-01 | Optelmed Ltd | Apparatus and method for measuring the variability of cardiovascular parameters |
| US5876351A (en) * | 1997-04-10 | 1999-03-02 | Mitchell Rohde | Portable modular diagnostic medical device |
| AU2859600A (en) * | 1999-01-25 | 2000-08-07 | Masimo Corporation | Universal/upgrading pulse oximeter |
| US6616613B1 (en) * | 2000-04-27 | 2003-09-09 | Vitalsines International, Inc. | Physiological signal monitoring system |
-
2001
- 2001-01-09 RU RU2001100643/14A patent/RU2218075C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2001-12-27 WO PCT/RU2001/000580 patent/WO2002054950A1/ru not_active Application Discontinuation
- 2001-12-27 EP EP01989701A patent/EP1374764A1/en not_active Withdrawn
- 2001-12-27 US US10/250,798 patent/US20040225225A1/en not_active Abandoned
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2669616C2 (ru) * | 2013-03-14 | 2018-10-12 | Конинклейке Филипс Н.В. | Устройство и способ определения показателей жизнедеятельности субъекта |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2002054950A1 (fr) | 2002-07-18 |
| US20040225225A1 (en) | 2004-11-11 |
| WO2002054950A8 (fr) | 2002-10-17 |
| EP1374764A1 (en) | 2004-01-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2218075C2 (ru) | Способ регистрации и обработки плетизмограммы для измерения параметров сердечно-сосудистой системы человека и устройство для его осуществления | |
| US8700137B2 (en) | Cardiac performance monitoring system for use with mobile communications devices | |
| US5807267A (en) | Heart pulse monitor | |
| US10980483B2 (en) | Remote physiologic parameter determination methods and platform apparatuses | |
| JP5394565B2 (ja) | 非線形心拍変動測度を用いた虚血の検出 | |
| US20090182204A1 (en) | Body composition, circulation, and vital signs monitor and method | |
| CN104027110B (zh) | 心房颤动解析装置、心房颤动解析系统及解析方法 | |
| JP2015512754A (ja) | ｅカードＥＣＧモニタ | |
| WO1999058056A1 (en) | Implantable medical device for tracking patient functional status | |
| US20170147837A1 (en) | Scale-based data access control methods and apparatuses | |
| US20200337578A1 (en) | Wearable ecg and auscultation monitoring system with sos and remote monitoring | |
| TWI270364B (en) | Integrated biosignal measuring apparatus | |
| CN108430310A (zh) | 评估血压测量结果的可靠性的方法和用于实施该方法的装置 | |
| Gospodinov et al. | Three-sensor portable information system for physiological data registration | |
| KR20160008368A (ko) | 재귀 추정을 이용한 생체 신호 처리 방법 및 그 장치 | |
| US8027717B2 (en) | Method and apparatus for monitoring the sedation level of a sedated patient | |
| EP3975202A1 (en) | Device and system for detecting heart rhythm abnormalities | |
| CN108364690A (zh) | 一种多功能生命体征检测系统及其工作方法 | |
| Revathi et al. | IoT Based Pulse Oximeter for Remote Health Assessment: Design, Challenges and Futuristic Scope | |
| JP2004275563A (ja) | 心弾図モニター装置 | |
| CN1935087A (zh) | 利用移动通信终端的心动电流描记仪 | |
| Bleda et al. | A quality and ergonomic heart monitoring device with user-friendly app for telemedicine | |
| Iqbal et al. | A wearable telehealth system for the monitoring of parameters related to heart failure | |
| Manjunatha et al. | ECG and PPG Data Capture using Novel Three Lead Electrode | |
| RU2077864C1 (ru) | Способ экспресс-анализа сердечного ритма и устройство для его осуществления |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20060707 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120110 |