RU2744967C2 - Heart function determination method, system and electronic device for its implementation - Google Patents
Heart function determination method, system and electronic device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2744967C2 RU2744967C2 RU2018137568A RU2018137568A RU2744967C2 RU 2744967 C2 RU2744967 C2 RU 2744967C2 RU 2018137568 A RU2018137568 A RU 2018137568A RU 2018137568 A RU2018137568 A RU 2018137568A RU 2744967 C2 RU2744967 C2 RU 2744967C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heart
- parameters
- electrical signals
- radiation
- information
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
-
- 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
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Physiology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к носимым оптико-электронным устройствам для измерения параметров работы сердца и может быть использовано для получения информации об изменении биопотенциалов сердца человека.The invention relates to measuring equipment, in particular to wearable optoelectronic devices for measuring the parameters of the heart and can be used to obtain information about changes in the biopotentials of the human heart.
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники известно большое количество средств для измерения биопотенциалов работы сердца человека.A large number of means for measuring the biopotentials of the human heart is known from the prior art.
В качестве наиболее близкого аналога выбрано известное устройство для измерения параметров работы сердца, содержащее корпус, установленный внутри упомянутого корпуса источник питания, источник лазерного излучения, снабженный средством преобразования лазерного излучения в электрический сигнал (CN102894965, опубликован 30.01.2013). Данное известное средство обладает недостаточной чувствительностью и точностью определения биопотенциалов сердца человека.As the closest analogue, a well-known device for measuring the parameters of the heart is selected, comprising a housing, a power source installed inside the said housing, a laser radiation source equipped with a means for converting laser radiation into an electrical signal (CN102894965, published on January 30, 2013). This known agent has insufficient sensitivity and accuracy in determining the biopotentials of the human heart.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Задача, решаемая изобретением: обеспечение мониторинга за работой сердца и измерения параметров сердечной деятельности человека.The problem solved by the invention: ensuring monitoring of the work of the heart and measuring the parameters of human cardiac activity.
В ходе решения поставленной задачи обеспечивается достижение следующих технических результатов: повышение точности определения зубцов, сегментов и интервалов кардиограммы человека на протяжении длительного времени в ходе его обычной жизнедеятельности; одновременное фиксирование кардиографического отклика от тканей, обладающих различной чувствительностью к длине и/или поляризации лазерного излучения; обеспечение возможности интегрирования устройства в информационные системы на основе облачного хранения информации.In the course of solving the problem, the following technical results are achieved: increasing the accuracy of determining the teeth, segments and intervals of a person's cardiogram for a long time in the course of his normal life; simultaneous recording of the cardiographic response from tissues with different sensitivity to the length and / or polarization of laser radiation; ensuring the possibility of integrating the device into information systems based on cloud storage of information.
Указанные выше технические результаты достигаются тем, что способ определения параметров работы сердца состоит в том, что формируют, по крайней мере, два потока лазерного излучения, каждый из которых включает излучение, по крайней мере, от двух источников с различной длиной волны, упомянутыми потоками облучают ткани двух различных участков тела человека, преобразуют отраженные от тканей упомянутые потоки излучения в электрические сигналы, несущие информацию о параметрах работы сердца, обеспечивают синхронизацию упомянутых электрических сигналов, и на их основе определяют биопотенциалы сердца.The above technical results are achieved in that the method for determining the parameters of the heart is that at least two streams of laser radiation are formed, each of which includes radiation from at least two sources with different wavelengths, these streams are irradiated the tissues of two different parts of the human body convert the said radiation fluxes reflected from the tissues into electrical signals carrying information about the parameters of the heart, provide synchronization of the said electrical signals, and on their basis, the biopotentials of the heart are determined.
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что упомянутыми потоками облучают ткани тела человека в области правого и левого запястий.The above technical results are also achieved by the fact that the above fluxes irradiate the tissues of the human body in the area of the right and left wrists.
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что упомянутые источники с различной длиной волны обеспечивают излучение различной поляризации.The above technical results are also achieved by the fact that the mentioned sources with different wavelengths provide radiation of different polarizations.
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что полученные электрические сигналы, несущие информацию о параметрах работы сердца, направляют в удаленный сервер, в котором осуществляют их корреляция и суммирование. The above technical results are also achieved by the fact that the received electrical signals, carrying information about the parameters of the heart, are sent to a remote server, where they are correlated and summed.
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что система для определения параметров работы сердца содержит первое и второе устройство для измерения параметров работы сердца, упомянутые устройства предназначены для установки на различных участках тела человека и каждое из них содержит корпус, установленный внутри упомянутого корпуса источник питания, по крайней мере, два источника лазерного излучения, каждый из которых снабжен средством преобразования лазерного излучения в электрические сигналы, несущие информацию о параметрах работы сердца, блок памяти для записи информации о работе сердца, блок передачи информации о параметрах работы сердца, при этом система обеспечивает синхронизацию полученных электрических сигналов.The above technical results are also achieved by the fact that the system for determining the parameters of the work of the heart contains the first and the second device for measuring the parameters of the work of the heart, the said devices are intended to be installed on various parts of the human body and each of them contains a housing, a power source installed inside the said housing at least two sources of laser radiation, each of which is equipped with a means of converting laser radiation into electrical signals carrying information about the parameters of the heart, a memory unit for recording information about the work of the heart, a unit for transmitting information about the parameters of the heart, while the system provides synchronization received electrical signals.
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что каждое из упомянутых устройств содержит, по крайней мере, два источника лазерного излучения, выполненные диодными, при этом один их них имеет длину волна от 540нм до 550нм, а второй - от 560нм до 570нм.The above technical results are also achieved by the fact that each of the above devices contains at least two laser radiation sources made of diodes, one of them having a wavelength from 540nm to 550nm, and the second from 560nm to 570nm.
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что каждое из упомянутых устройств дополнительно содержит вторую пару диодных источников лазерного излучения с длинами волн от 520нм до 528нм и от 532нм до 540нм соответственно.The above technical results are also achieved in that each of the above devices additionally contains a second pair of diode laser sources with wavelengths from 520nm to 528nm and from 532nm to 540nm, respectively.
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что один из источников лазерного излучения, образующих пару, обеспечивает продольную поляризацию, а второй – поперечную.The above technical results are also achieved by the fact that one of the laser radiation sources forming a pair provides longitudinal polarization, and the second - transverse.
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что упомянутый блок передачи информации выполнен в виде модуля беспроводной персональной сети (WPAN).The above technical results are also achieved by the fact that the said information transmission unit is made in the form of a wireless personal area network (WPAN) module.
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что каждое устройство содержит модуль генерации импульсов, обеспечивающий импульсное лазерное излучение с максимальной частотой 300 импульсов в секунду, при этом упомянутый модуль генерации импульсов выполнен адаптивным с возможностью изменения частоты импульсов от 20 до 300 импульсов в секунду.The above technical results are also achieved in that each device contains a pulse generation module that provides pulsed laser radiation with a maximum frequency of 300 pulses per second, while the said pulse generation module is made adaptive with the ability to change the pulse frequency from 20 to 300 pulses per second.
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что упомянутый блок памяти снабжен средством сжатия измерительной информации, каждое из упомянутых устройств содержит средство крепления, которое обеспечивает установку устройства на запястье человека в виде браслета, при этом система снабжена средством измерения кровяного давления и средством измерения температуры тела.The above technical results are also achieved in that the said memory unit is equipped with a means for compressing measurement information, each of the said devices contains a fastening means that allows the device to be mounted on a person's wrist in the form of a bracelet, while the system is equipped with a means for measuring blood pressure and means for measuring body temperature ...
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что электронное устройство содержит средства обработки электрических сигналов, несущих информацию о параметрах работы сердца, для осуществления способа определения параметров работы сердца в соответствии с настоящим изобретением.The above technical results are also achieved in that the electronic device contains means for processing electrical signals carrying information about the parameters of the heart, to implement the method for determining the parameters of the heart in accordance with the present invention.
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что электронное устройство выполнено в виде интегральной микросхемы.The above technical results are also achieved by the fact that the electronic device is made in the form of an integrated microcircuit.
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что упомянутые средства обработки выполнены в виде программного обеспечения.The above technical results are also achieved by the fact that the said processing means are implemented in the form of software.
Отличительной особенностью настоящего изобретения является использование, по крайней мере, двух устройств, снабженных, по крайней мере, двумя источниками лазерного излучения с различной длиной волны, при этом каждый источник снабжен своим собственным средством регистрации отраженного излучения.A distinctive feature of the present invention is the use of at least two devices equipped with at least two sources of laser radiation with different wavelengths, and each source is equipped with its own means of recording reflected radiation.
Краткий перечень чертежейShort list of drawings
На Фиг.1 показан общий внешний вид устройства.Figure 1 shows a general appearance of the device.
На Фиг.2 и 3 показана структура устройства при различном количестве излучателей.Figures 2 and 3 show the structure of the device with a different number of emitters.
На Фиг.4 показан схема взаимодействия излучателя и регистратора отраженного сигнала.Figure 4 shows a diagram of the interaction of the emitter and the recorder of the reflected signal.
На Фиг.5 показана связь отраженных импульсов с элементами кардиограммы.Figure 5 shows the relationship of the reflected pulses with the elements of the cardiogram.
На Фиг.6 показана схема взаимодействия устройств с удаленным серверомFigure 6 shows a diagram of the interaction of devices with a remote server
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Заболевания сердца в последние десятилетия вышли на первый план причин смертности и инвалидности. В связи с этим задача разработки новых методов диагностики и мониторинга сердечной деятельности становится все более актуальной. Информация о параметрах сердечной деятельности является основой для оценки состояния как отдельных органов, так и целых систем жизнедеятельности человека: нервной системы, адаптивных возможностей, систем регуляции и пр. Существуют многочисленные диагностические методики психофизиологического состояния, основанные на анализе вариабельности сердечного ритма. В то же время любая методика, построенная на анализе сердечного ритма, нуждается в эффективных средствах получения точной первичной измерительной информации о параметрах сердечной деятельности. Heart disease has come to the fore in recent decades as a cause of death and disability. In this regard, the task of developing new methods of diagnostics and monitoring of cardiac activity is becoming more and more urgent. Information about the parameters of cardiac activity is the basis for assessing the state of both individual organs and entire systems of human vital activity: the nervous system, adaptive capabilities, regulation systems, etc. There are numerous diagnostic methods of the psychophysiological state based on the analysis of heart rate variability. At the same time, any technique based on the analysis of heart rate requires effective means of obtaining accurate primary measurement information about the parameters of cardiac activity.
Одним из наиболее распространенных способов получения первичной измерительной информации является электрокардиограмма (ЭКГ). Как известно, электрокардиограмма (ЭКГ) - периодически повторяющаяся кривая биопотенциалов сердца, отражающая протекание процесса возбуждения сердца, возникшего в синусном (синусно-предсердный) узле и распространяющегося по всему сердцу, регистрируемая с помощью электрокардиографа. Отдельные ее элементы - зубцы, сегменты и интервалы - имеют специальные наименования: One of the most common methods of obtaining primary measurement information is an electrocardiogram (ECG). As you know, an electrocardiogram (ECG) is a periodically repeating curve of the biopotentials of the heart, reflecting the course of the process of excitation of the heart, which arose in the sinus (sinus-atrial) node and spreads throughout the heart, recorded using an electrocardiograph. Its individual elements - teeth, segments and intervals - have special names:
- зубцы Р, Q, R, S, Т- teeth P, Q, R, S, T
- интервалы PQ, QRS, QT, RR; - intervals PQ, QRS, QT, RR;
- сегменты PQ, ST, TP.- segments PQ, ST, TP.
Они характеризуют возникновение и распространение возбуждения по предсердиям (Р), межжелудочковой перегородке (Q), постепенное возбуждение желудочков (R), максимальное возбуждения желудочков (S), реполяризацию желудочков (S) сердца. Зубец P отражает процесс деполяризации обоих предсердий, комплекс QRS - деполяризацию обоих желудочков, а его длительность - суммарную продолжительность этого процесса. Сегмент ST и зубец Г соответствуют фазе реполяризации желудочков. Продолжительность интервала PQ определяется временем, за которое возбуждение проходит предсердия. Продолжительность интервала QR-ST- длительность «электрической систолы» сердца; она может не соответствовать длительности механической систолы.They characterize the emergence and spread of excitation through the atria (P), interventricular septum (Q), gradual excitation of the ventricles (R), maximum excitation of the ventricles (S), repolarization of the ventricles (S) of the heart. The P wave reflects the process of depolarization of both atria, the QRS complex reflects the depolarization of both ventricles, and its duration is the total duration of this process. The ST segment and the G wave correspond to the phase of ventricular repolarization. The duration of the PQ interval is determined by the time it takes for excitation to pass through the atria. The duration of the QR-ST interval is the duration of the "electrical systole" of the heart; it may not correspond to the duration of the mechanical systole.
ЭКГ получают с помощью электрокардиографа - аппарата, предназначенного для отображения работы отделов сердца, путем регистрации кривой. Электрокардиограф позволяет оперативно снимать ЭКГ, регистрирует и измеряет разности потенциалов сердца с поверхности тела человека, при помощи наложения электродов. Может работать как в ручном, так и в автоматическом режиме. Как правило, функционал аппарата зависит от области применения, однако абсолютно все устройства должны отвечать требованию высокого качества регистрируемой электрокардиограммы. Качественную ЭКГ в любых условиях позволяют получить специальные фильтры.An ECG is obtained using an electrocardiograph, an apparatus designed to display the work of the heart, by recording a curve. The electrocardiograph allows you to quickly record an ECG, registers and measures the potential difference of the heart from the surface of the human body, using the application of electrodes. It can work both in manual and automatic modes. As a rule, the functionality of the device depends on the field of application, however, absolutely all devices must meet the requirement of high quality of the recorded electrocardiogram. High-quality ECG in any conditions can be obtained with special filters.
Широкое распространение в медицине электрокардиограф получил благодаря своему относительно простому устройству и несложным методам работы. Он абсолютно безопасен и не создает никакого дискомфорта или неудобства для больного. The electrocardiograph has become widespread in medicine due to its relatively simple device and uncomplicated methods of operation. It is absolutely safe and does not create any discomfort or inconvenience for the patient.
Cуществующие технологии получения ЭКГ с помощью электрокардиографа мало пригодны для систем длительного мониторинга и наблюдения за состоянием пациента. Оборудование для ЭКГ энергозатратно, массивно и сложно обеспечить его надежную фиксацию на теле пациента в условиях сохранения обычной подвижности. Существующее портативное оборудование не обеспечивает чувствительности и точности измерений, достаточных для фиксирования предвестников хронических изменений и внезапных осложнений в деятельности сердца. The existing technologies for obtaining an ECG using an electrocardiograph are not very suitable for systems of long-term monitoring and observation of the patient's condition. ECG equipment is energy-consuming, massive, and it is difficult to ensure its reliable fixation on the patient's body while maintaining normal mobility. The existing portable equipment does not provide the sensitivity and accuracy of measurements sufficient to record the precursors of chronic changes and sudden complications in the activity of the heart.
Задачей настоящего изобретения является создание надежного и эффективного средства для измерения и мониторинга всех параметров, необходимых для полноценного анализа сердечной деятельности (интенсивность зубцов P, Q, R, S, T). Полученная с помощью данного изобретения информация позволяет автоматизировать расчет и анализ комплекса QRS, частоты сердечных сокращения, интервалов Q-T, T-P, S-T и пр. The objective of the present invention is to provide a reliable and effective means for measuring and monitoring all parameters necessary for a complete analysis of cardiac activity (intensity of the P, Q, R, S, T waves). The information obtained with the help of this invention makes it possible to automate the calculation and analysis of the QRS complex, heart rate, Q-T, T-P, S-T intervals, etc.
Изобретение основано на том, что способность красных кровяных телец отражать когерентное излучение зависит от длины волны излучения и фазы работы сердца. Интенсивность отраженных волн пропорциональная количеству красных кровяных телец, попавших в зону облучения лазерным диодом. Таким образом, в каждый момент времени существует корреляционная связь между значением биопотенциала сердца и интенсивностью волны, отраженной от тела пациента.The invention is based on the fact that the ability of red blood cells to reflect coherent radiation depends on the wavelength of the radiation and the phase of the heart. The intensity of the reflected waves is proportional to the number of red blood cells caught in the laser diode irradiation area. Thus, at each moment of time there is a correlation between the value of the biopotential of the heart and the intensity of the wave reflected from the patient's body.
Способ определения параметров работы сердца состоит в том, что формируют, по крайней мере, два независимых потока лазерного излучения. Каждый из потоков включает излучение, по крайней мере, от двух самостоятельных источников с различной длиной волны. Упомянутыми потоками облучают ткани двух различных участков тела человека. Наиболее целесообразно облучать ткани в местах наилучшего прощупывания пульса, например, на запястьях. Также возможно направить потока на поверхности тела, где минимальна жировая прослойка, ухудшающая точность измерений, например, на голенях.The method for determining the parameters of the heart is that at least two independent streams of laser radiation are formed. Each of the streams includes radiation from at least two independent sources with different wavelengths. The mentioned fluxes irradiate tissues of two different parts of the human body. It is most advisable to irradiate tissues where the pulse is best felt, for example, on the wrists. It is also possible to direct the flow to body surfaces where there is minimal body fat, impairing the measurement accuracy, for example, on the shins.
Далее преобразуют отраженные от тканей упомянутые потоки излучения в электрические сигналы, несущие информацию о параметрах работы сердца, при этом обеспечивают синхронизацию упомянутых электрических сигналов. На основе зафиксированных сигналов определяют биопотенциалы сердца. Further, the said radiation fluxes reflected from the tissues are converted into electrical signals carrying information about the parameters of the heart, while synchronizing the said electrical signals is provided. On the basis of the recorded signals, the biopotentials of the heart are determined.
Целесообразно, чтобы упомянутые источники с различной длиной волны обеспечивали излучение различной поляризации, например, один источник – параллельной, второй – перпендикулярной. It is advisable that the above-mentioned sources with different wavelengths provide radiation of different polarization, for example, one source - parallel, the second - perpendicular.
Полученные электрические сигналы, несущие информацию о параметрах работы сердца, можно направить в удаленный сервер, в котором осуществляется их корреляция и суммирование. The received electrical signals, carrying information about the parameters of the heart, can be sent to a remote server, where they are correlated and summed.
Для осуществления способа настоящее изобретение включает соответствующую систему. To carry out the method, the present invention includes an appropriate system.
Основу способа и соответствующей системы составляет конструкция устройства, предназначенного для установки на теле человека.The basis of the method and the corresponding system is the design of the device intended for installation on the human body.
Как показано на Фиг.1 устройство для измерения параметров работы сердца содержит корпус 1, снабженный средством 2 крепления на теле пациента. Устройство может быть снабжено дисплеем 12 для отображения информации о параметрах работы сердца, а также и другой информации, например, времени, даты и др. As shown in Fig. 1, the device for measuring the parameters of the heart function comprises a
Установка устройств возможна, в принципе, на любых участках тела человека. Наиболее целесообразно устанавливать устройство на запястье пациента в зоне максимального проявления пульса. Однако настоящий способ позволяет проводить измерения в любом месте на теле пациента, в частности, в области плеч, груди, на нижних конечностях. Средство 2 крепления может быть выполнено, например, в виде ремешка, как показано на Фиг.1. В этом случае устройство устанавливается на запястье пациента в виде браслета.Installation of devices is possible, in principle, on any part of the human body. It is most advisable to install the device on the patient's wrist in the zone of maximum pulse manifestation. However, the present method allows measurements to be taken anywhere on the patient's body, in particular in the area of the shoulders, chest, and lower extremities. The attachment means 2 can be made, for example, in the form of a strap, as shown in FIG. 1. In this case, the device is installed on the patient's wrist in the form of a bracelet.
Внутри корпуса 1 установлен источник 3 питания, один или несколько источников лазерного излучения 4 и 5. Как показано на Фиг.2, в случае нескольких источников, каждый из них снабжен средством преобразования лазерного излучения в электрический сигнал, несущий информацию о параметрах работы сердца пациента (позиции 6 и 7).A
В корпусе 1 установлены также блок 8 памяти для записи информации о работе сердца и блок 9 передачи информации о параметрах работы сердца во внешние системы обработки и хранения информации, например в облачное хранилище.In the
Предпочтительно устройство может содержать пару диодных источников 4 и 5 лазерного излучения с длинами волн от 540нм до 550нм и от 560нм до 570нм. Preferably, the device may contain a pair of
Устройство содержит средства синхронизации полученных электрических сигналов с сигналами, полученными аналогичным устройством, установленном в другом месте на теле. синхронизация может быть выполнена любым известным способом, например, путем отправки синхронизирующих импульсов на сопряженные устройства и ожидания отклика от него. На основании алгоритма Марзулло вычисляется время задержки сигналов и выставляется внутренний счетчик таймера на сопряженных устройствах. The device contains means for synchronizing the received electrical signals with the signals received by a similar device installed elsewhere on the body. synchronization can be performed in any known manner, for example by sending clock pulses to paired devices and waiting for a response from them. Based on the Marzullo algorithm, the signal delay time is calculated and an internal timer counter is set on the paired devices.
Молекулярные соединения компонентов крови (например, гидроксильных групп в составе гемоглобина и пр.) обладают различными значениями собственных частот и различной способностью отражать оптическое излучение. Кроме этого, компоненты крови и элементы тканей в теле человека могут занимать различное пространственное положение в разные моменты времени. Суть изобретения состоит в одновременном облучении тканей тела пациента когерентным излучением с двумя различными значениями длины волны. В этом случае, излучение с одной длиной волны получит максимальный отклик (в виде отраженной волны) от одной части молекулярных соединений и элементов тканей, а излучение с другой длиной волны обеспечит максимальный отклик от другой части молекулярных соединений и элементов. Сложив полученные значения отраженных сигналов, можно получить наиболее точное соответствие с фактическим значением биопотенциала сердца в каждый момент времени. Molecular compounds of blood components (for example, hydroxyl groups in hemoglobin, etc.) have different values of natural frequencies and different ability to reflect optical radiation. In addition, blood components and tissue elements in the human body can occupy different spatial positions at different points in time. The essence of the invention consists in the simultaneous irradiation of the patient's body tissues with coherent radiation with two different wavelengths. In this case, radiation with one wavelength will receive the maximum response (in the form of a reflected wave) from one part of the molecular compounds and tissue elements, and radiation with a different wavelength will provide the maximum response from another part of the molecular compounds and elements. By adding the obtained values of the reflected signals, it is possible to obtain the most accurate correspondence with the actual value of the biopotential of the heart at each moment of time.
Устройство дополнительно может содержать вторую пару диодных источников 10 и 11 (Фиг.3) лазерного излучения с длинами волн от 520нм до 528нм и от 532нм до 540нм. Соответственно, каждый дополнительный источник 10 и 11 лазерного излучения снабжен собственным средством преобразования лазерного излучения в электрический сигнал, несущий информацию о параметрах работы сердца пациента (позиции 18 и 19).The device may additionally contain a second pair of
Дополнительная пара излучатель-приемник увеличивает точность измерения отраженного сигнала за счет еще большего охвата отклика молекулярных соединений, увеличения динамического диапазона и увеличение ширины спектрального анализа.An additional emitter-receiver pair increases the measurement accuracy of the reflected signal by providing even greater coverage of the response of molecular compounds, increasing the dynamic range and increasing the width of the spectral analysis.
Целесообразно, чтобы один источник лазерного излучения в паре обеспечивал продольную поляризацию, а второй – поперечную. Это объясняется тем, что красные кровяные тельца в теле имеют различное расположение в пространстве. Наибольшая точность метода достигается в том случае, когда поляризация излучения совпадает с длиной кровяных телец. Это позволяет исключить влияние внешней засветки и получить, после математической обработки, более качественный общих сигнал путем сложения двух независимых кривых интенсивности отраженного сигнала, полученного от телец, имеющих различную пространственную ориентацию.It is advisable that one source of laser radiation in a pair provides longitudinal polarization, and the second - transverse. This is because the red blood cells in the body have different locations in space. The highest accuracy of the method is achieved when the polarization of the radiation coincides with the length of the blood cells. This makes it possible to exclude the influence of external illumination and obtain, after mathematical processing, a higher-quality general signal by adding two independent curves of the intensity of the reflected signal received from bodies with different spatial orientation.
Блок 9 передачи информации о параметрах работы сердца выполнен в виде модуля беспроводной персональной сети (WPAN), например, стандарта Bluetooth. В качестве блока 9 может использоваться модуль беспроводной локальной сети (например Wi-Fi).
Метод, используемый в настоящем изобретении, позволяет получить с необходимой точностью информацию при постоянном излучении источников 4, 5 и 10, 11. Однако, при постоянном режиме быстро расходуется заряд источника питания при том, что для последующей цифровизации полученный отраженный сигнал необходимо дескретизироовать, квантовать и пр. В случае использования постоянного режима работы излучателей, устройство может быть снабжено аналого-цифровым преобразователем (например, обладающим разрядностью 24 бит и рабочим диапазоном от 1В до 3В). Это позволит преобразовывать измерительную информацию в цифровую форму и обрабатывать ее с помощью процессора 17. The method used in the present invention makes it possible to obtain information with the required accuracy with constant radiation of
Наиболее целесообразно сразу обеспечить импульсный режим работы излучателей и преобразователей 6, 7. С этой целью устройство предпочтительно содержит блок 13 генерации импульсов, обеспечивающий импульсное лазерное излучение с максимальной частотой до 300 импульсов в секунду. Импульсный режим увеличивает срок работы прибора за счет уменьшенного энергопотребления, обеспечивает фильтрацию теневого измерения, сокращает время воздействия на ткани тела пациента.It is most expedient to immediately provide a pulsed mode of operation of the emitters and
Блок 13 генерации импульсов может быть выполнен адаптивным с возможностью изменения частоты импульсов от 30 до 300 импульсов в секунду с длительностью b от 1мкс до 33мс (Фиг.5). Это улучшает точность выставления экспозиции и своевременную реакцию прибора на отклонения от нормы.The
Блок 8 памяти снабжен средством сжатия измерительной информации. Для этого можно использовать фильтр Вейвлет Хаáра и алгоритм Хаффмана кодирования, который позволит при малом энергопотреблении записывать большие данных для обработки на удаленных серверах.The
Устройство дополнительно может быть снабжено средством 14 измерения кровяного давления и средством 16 измерения температуры пациента. В качестве средства 14 целесообразно использовать пьезоэлектрические генераторы малой мощности, которые в результате колебаний от соприкосновения, вырабатывают регистрирующее напряжение от пульсовой волны, вторичным является так же регистрация пульсовой волны. The device can additionally be provided with a blood pressure measuring means 14 and a patient temperature measuring means 16. As means 14, it is advisable to use low-power piezoelectric generators, which, as a result of vibrations from contact, generate a recording voltage from a pulse wave, and the recording of a pulse wave is also secondary.
Средство преобразования лазерного излучения в электрический сигнал целесообразно выполнить в виде ПЗС элемента с оптическим фильтром с рабочим диапазоном частот от 515нм до 570нм. Тем самым убираются ненужные частоты, которые могу возникнуть в результате неправильного прилегания устройства или засветки. Это обеспечит, в свою очередь, более стабильный отклик системы в независимости от внешних помех и теневого тока. The means for converting laser radiation into an electrical signal is expediently made in the form of a CCD element with an optical filter with an operating frequency range from 515 nm to 570 nm. Thus, unnecessary frequencies are removed, which may arise as a result of improper fit of the device or flare. This will, in turn, provide a more stable system response regardless of external noise and shadow current.
Устройство может содержать средства 15 трехкаскадного усиления сигнала с фильтрами нижних, высоких и нижних частот, соединенных в прямой последовательности. Оптимальный коэффициент усиления сигнала составляет от 10дБм до 18дБм. The device may contain means 15 for three-stage signal amplification with low, high and low pass filters connected in direct sequence. The optimal signal gain is from 10dBm to 18dBm.
Способ состоит в том, что в разных местах на теле человека (например, в области правого и левого запястий) устанавливают два устройства, формирующие, по крайней мере, два потока лазерного излучения от, по крайней мере, двух источников лазерного излучения. Облучают упомянутыми потоками ткани тела человека в местах расположения устройств, регистрируют отраженное излучение и преобразуют отраженные от тканей упомянутые потоки излучения в электрические сигналы, несущие информацию о параметрах работы сердца. При этом обеспечивают синхронизацию полученных электрических сигналов, и на их основе определяют биопотенциалы сердца в виде кардиограммы.The method consists in the fact that in different places on the human body (for example, in the area of the right and left wrists), two devices are installed that form at least two streams of laser radiation from at least two sources of laser radiation. The said streams of the human body tissue are irradiated at the locations of the devices, the reflected radiation is recorded and the said radiation streams reflected from the tissues are converted into electrical signals carrying information about the parameters of the heart. At the same time, synchronization of the received electrical signals is provided, and on their basis the biopotentials of the heart are determined in the form of a cardiogram.
Область каждого запястья можно облучать, по крайней мере, двумя потоками лазерного излучения с различной длиной волны в соответствии с функциональными возможностями устройства, описанными выше.The area of each wrist can be irradiated with at least two beams of laser radiation with different wavelengths in accordance with the functionality of the device described above.
Полученные в области каждого запястья электрические сигналы, несущие информацию о параметрах работы сердца, направляют в удаленный сервер, в котором осуществляют их логическое сложение, как показано на Фиг.6The electrical signals received in the area of each wrist, carrying information about the parameters of the heart, are sent to a remote server, where they are logically added, as shown in Fig. 6.
Дискретные сигналы от двух и более источников совмещаются в один сигнал на основе точной синхронизации, таким образом получается увеличенная в двое и более раз, в зависимости от количества измерительных приборов, частота дискретизации, которая дает более точные результат на основе преобразований Фурье.Discrete signals from two or more sources are combined into one signal on the basis of accurate synchronization, thus a sampling frequency increased by two or more times, depending on the number of measuring instruments, is obtained, which gives more accurate results based on Fourier transforms.
Очевидно, что основу устройства составляют электронные компоненты, содержащие средства обработки электрических сигналов, несущих информацию о параметрах работы сердца. Именно электронная составляющая обеспечивает осуществление способа в соответствии с изобретением.Obviously, the device is based on electronic components containing means for processing electrical signals that carry information about the parameters of the heart. It is the electronic component that provides the implementation of the method in accordance with the invention.
Электронное устройство может быть выполнено в виде интегральной микросхемы (hardware), в виде программного обеспечения (software) или комбинированного программно-аппаратного решения (firmware).An electronic device can be made in the form of an integrated microcircuit (hardware), in the form of software (software) or a combined software and hardware solution (firmware).
Электронное устройство для осуществления способа может встраиваться в любые известные медицинские средства (например, системы для физиотерапии), расширяя тем самым их функционал. Электронное устройство строится по известным правилам схемотехники с использованием любых пригодных для обеспечения функционирования компонентов.An electronic device for implementing the method can be built into any known medical device (for example, systems for physiotherapy), thereby expanding their functionality. An electronic device is built according to the well-known rules of circuitry using any components suitable for ensuring the functioning.
Изобретение осуществляется следующим образом:The invention is carried out as follows:
Создают и устанавливают в различных местах на теле пациента два идентичных устройства. Например, одно устройство располагают на запястье, второе – на стопе.Two identical devices are created and installed in different places on the patient's body. For example, one device is placed on the wrist, the other on the foot.
Как показано на Фиг.5, блок 13 генерации импульсов формирует прямоугольные импульсы заданной длительностью b от 1мксек до 1мсек с частотой F до 300 Гц и мощностью до 20мВт и направляет их на источники лазерного излучения 4 и 5. Текущее значение частоты и длительности импульсов может выбираться исходя из состояния пациента. Например, в ночное время, когда физическая активность отсутствует в целях сбережения энергии частота и длительность импульсов могут быть минимальными. В периоды высокой физической активности или когда кардиоинформация нужна с особо высокой точностью (например, при прединфарктных состояниях) частота увеличивается. Таким образом реализуется адаптивный механизм выбора параметров излучения в зависимости от условий, в которых находится пациент, и от состояния его здоровья. Возможность регулирования параметров излучения позволяет подобрать оптимальный режим работы устройства для людей с различными заболеваниями.As shown in Fig. 5, the
Лазерный луч падает на ткани 21 тела пациента и, отразившись от них (в том числе от красных кровяных телец) 20, луч улавливается средствами (позиция 6) преобразования лазерного излучения (фотоприемником) в электрический сигнал, как показано на Фиг.4. Таким образом осуществляется регистрация отраженного излучения, несущего информацию о параметрах работы сердца.The laser beam falls on the
От фотоприемника сигнал усиливается на трехкаскадном усилителе с осуществлением последующей фильтрации сигнала.The signal from the photodetector is amplified by a three-stage amplifier with subsequent filtering of the signal.
При постоянном режиме работы излучателей устройство снабжено процессором 17 и сигнал предварительно поступает на аналого-цифровой преобразователь и далее оцифрованный сигнал поступает в процессорный блок.In a constant mode of operation of the emitters, the device is equipped with a
Для получения коэффициентов поглощения и выделения более точного времени поступления отраженного сигнала обеспечивается восстановление прямоугольной формы сигнала.Reconstruction of the rectangular waveform is provided to obtain absorption coefficients and to select a more accurate time of arrival of the reflected signal.
При использовании адаптивных алгоритмов, частота и длительность последующего измерительного импульса может определяться на основе различных интегральных параметров, например в зависимости от интенсивности предыдущего зарегистрированного импульса. Это позволяет, например увеличить частоту и мощность импульсов в моменты нестабильной работы сердца для получения более точной биоинформации.When using adaptive algorithms, the frequency and duration of the subsequent measurement pulse can be determined based on various integral parameters, for example, depending on the intensity of the previous recorded pulse. This allows, for example, to increase the frequency and power of impulses at moments of unstable work of the heart to obtain more accurate bioinformation.
Сигнал анализируется, сжимается и отправляется в блок памяти 6 и через блок 7 на смартфон пользователя и далее на удаленный сервер хранения и обработки информации (Фиг.6).The signal is analyzed, compressed and sent to the
Расчет кардиограммы может производиться путем разложения полученной дискретной последовательности интенсивности отраженного сигнала в ряд Фурье с фильтрацией частот для сглаживания сигнала с последующим обратным преобразованием для восстановления искомой кривой сердечного пульса. The calculation of the cardiogram can be performed by decomposing the obtained discrete sequence of the reflected signal intensity into a Fourier series with frequency filtering to smooth the signal, followed by an inverse transformation to restore the desired heart rate curve.
Как показано на Фиг.5, отраженные импульсы несут информацию о значениях биопотенциала сердца. Регистрация и обработка отраженных импульсов позволяет с высокой точностью определить все параметры, присущие ЭКГ и передать эти данные для хранения, обработки и анализа в любые компьютеризированные системы, как в пределах одного лечебного учреждения, так и между различными учреждениями, объединенных общей сетью или имеющих доступ к хранилищу данных о пациенте.As shown in Fig. 5, the reflected pulses carry information about the biopotential values of the heart. Registration and processing of reflected impulses allows you to determine with high accuracy all parameters inherent in the ECG and transfer this data for storage, processing and analysis to any computerized systems, both within one medical institution, and between different institutions united by a common network or having access to patient data warehouse.
Изобретение может осуществляться посредством электронного устройства, которое интегрируется в любые средства диагностики для расширения их функциональных возможностей.The invention can be implemented by means of an electronic device that integrates into any diagnostic tools to expand their functionality.
Получение данных о биопотенциалах сердца одновременно с различных участков тела пациента позволяет получить более точные данные и уменьшить вероятность ошибки.Obtaining data on the biopotentials of the heart simultaneously from different parts of the patient's body allows obtaining more accurate data and reducing the likelihood of error.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018137568A RU2744967C2 (en) | 2018-10-25 | 2018-10-25 | Heart function determination method, system and electronic device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018137568A RU2744967C2 (en) | 2018-10-25 | 2018-10-25 | Heart function determination method, system and electronic device for its implementation |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018137568A3 RU2018137568A3 (en) | 2020-04-27 |
RU2018137568A RU2018137568A (en) | 2020-04-27 |
RU2744967C2 true RU2744967C2 (en) | 2021-03-17 |
Family
ID=70412563
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018137568A RU2744967C2 (en) | 2018-10-25 | 2018-10-25 | Heart function determination method, system and electronic device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2744967C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2116183A1 (en) * | 2008-05-07 | 2009-11-11 | CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA | Robust opto-electrical ear located cardiovascular monitoring device |
RU2422081C2 (en) * | 2007-01-05 | 2011-06-27 | Майскин, Инк. | System, device and method of skin image |
US20140148658A1 (en) * | 2011-01-28 | 2014-05-29 | Universitat De Valencia | Method and system for non-invasively monitoring biological or biochemical parameters of individual |
US20170209055A1 (en) * | 2016-01-22 | 2017-07-27 | Fitbit, Inc. | Photoplethysmography-based pulse wave analysis using a wearable device |
CN108113649A (en) * | 2016-11-29 | 2018-06-05 | 三星电子株式会社 | Biological signal processor and biometrics information detecting apparatus and method |
-
2018
- 2018-10-25 RU RU2018137568A patent/RU2744967C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2422081C2 (en) * | 2007-01-05 | 2011-06-27 | Майскин, Инк. | System, device and method of skin image |
EP2116183A1 (en) * | 2008-05-07 | 2009-11-11 | CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA | Robust opto-electrical ear located cardiovascular monitoring device |
US20140148658A1 (en) * | 2011-01-28 | 2014-05-29 | Universitat De Valencia | Method and system for non-invasively monitoring biological or biochemical parameters of individual |
US20170209055A1 (en) * | 2016-01-22 | 2017-07-27 | Fitbit, Inc. | Photoplethysmography-based pulse wave analysis using a wearable device |
CN108113649A (en) * | 2016-11-29 | 2018-06-05 | 三星电子株式会社 | Biological signal processor and biometrics information detecting apparatus and method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2018137568A3 (en) | 2020-04-27 |
RU2018137568A (en) | 2020-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108471987B (en) | Improvements in or relating to cardiac monitoring | |
US6261236B1 (en) | Bioresonance feedback method and apparatus | |
Wang et al. | Multichannel reflective PPG earpiece sensor with passive motion cancellation | |
US4289141A (en) | Method and apparatus for extracting systolic valvular events from heart sounds | |
US4094308A (en) | Method and system for rapid non-invasive determination of the systolic time intervals | |
JP3286313B2 (en) | Optical pulse detection method and apparatus | |
US20210106281A1 (en) | Implantable medical system | |
Liu et al. | PCA-based multi-wavelength photoplethysmography algorithm for cuffless blood pressure measurement on elderly subjects | |
Tavakolian | Characterization and analysis of seismocardiogram for estimation of hemodynamic parameters | |
US20140378849A1 (en) | Method and apparatus to monitor physiologic and biometric parameters using a non-invasive set of transducers | |
CN111528813A (en) | Portable wrist type multi-physiological information real-time detection wireless system | |
Ženko et al. | Pulse rate variability and blood oxidation content identification using miniature wearable wrist device | |
Sel et al. | ImpediBands: Body coupled bio-impedance patches for physiological sensing proof of concept | |
US11832949B2 (en) | Monitoring system comprising a master device in wireless communication with at least one slave device having a sensor | |
Wang et al. | Nonlinear dynamic characteristics analysis of synchronous 12-lead ECG signals | |
CN210408412U (en) | Portable dynamic cardiovascular parameter acquisition equipment | |
Şentürk et al. | Towards wearable blood pressure measurement systems from biosignals: a review | |
Cao et al. | Guard your heart silently: Continuous electrocardiogram waveform monitoring with wrist-worn motion sensor | |
RU2744967C2 (en) | Heart function determination method, system and electronic device for its implementation | |
RU2760990C2 (en) | Method for determining heart work parameters and electronic device for its implementation | |
RU2760994C2 (en) | Device for measuring heart work parameters | |
RU182802U1 (en) | PULSE WAVE CONTOUR ANALYSIS DEVICE | |
Ganesan et al. | Evaluating the force of contraction of heart using ballistocardiogram | |
EP1623667B1 (en) | A non contact measurement technique for the monitoring of a physiological condition | |
KH et al. | Wearable ECG electrodes for detection of heart rate and arrhythmia classification |