WO2018093288A1 - Cardioqvark cardiac monitoring system with integral two-channel photoplethysmograph - Google Patents

Cardioqvark cardiac monitoring system with integral two-channel photoplethysmograph Download PDF

Info

Publication number
WO2018093288A1
WO2018093288A1 PCT/RU2016/000824 RU2016000824W WO2018093288A1 WO 2018093288 A1 WO2018093288 A1 WO 2018093288A1 RU 2016000824 W RU2016000824 W RU 2016000824W WO 2018093288 A1 WO2018093288 A1 WO 2018093288A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
complex according
complex
adc
data
ecg
Prior art date
Application number
PCT/RU2016/000824
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Александр Викторович Ежков
Владислав Хэнрыкович БУТКЕВИЧ
Владимир Александрович УСАНОВ
Original Assignee
Александр Викторович Ежков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Викторович Ежков filed Critical Александр Викторович Ежков
Publication of WO2018093288A1 publication Critical patent/WO2018093288A1/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, 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
    • A61B5/0205Simultaneously evaluating both cardiovascular conditions and different types of body conditions, e.g. heart and respiratory condition
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25Bioelectric electrodes therefor

Definitions

  • a complex containing a sensor, configured and configured, together with a user physiological data transmission scheme to obtain, in a location near or directly on the lower part of the body (or lower limb) of the user, time-related data that provide an idea about the speed or transit time of the propagating pressure wave along the wave along the artery and further down to the user's leg; and a circuit configured and tuned to compare information related to or obtained from time-synchronized data with information about the cardiovascular system in the upper and lower parts of the body, information about the cardiovascular system in the upper and lower parts of the body, related or received based on the hemodynamic parameters of the user using another sensor located directly or near the location of the upper limb or lower limb of the user (WO 2016/049202, 03/31/2017).
  • the disadvantage of this circuit design solution is the need to distribute the sensors to the most remote distance within the human body - installation in both its upper and lower parts or, in one implementation, the installation of one of the sensors on the upper limb, and the other on the lower limb.
  • a prerequisite for recording physiological parameters is a preliminary synchronization procedure between themselves before the exchange of data between spatially and physically separated components of the measuring system, which, together with the need to install sensors on body parts that are usually hidden by clothes and shoes, reduces the speed of data acquisition and ease of use in clinical and outpatient practice.
  • the technical problem to which the proposed invention is directed is to create a cardiomonitoring complex, which combined with a two-channel photoplethysmograph and parameters, the characteristics of which provide an improvement in technology due to the on-line recording of dynamics and parameters of cardiac activity and having at least two channels for recording dynamics and parameters of the circulatory system and blood parameters, which would realize the possibility of synchronizing data from various sources on the fly and would eliminate the other disadvantages mentioned above.
  • the technical result achieved by the implementation of this invention is to expand the arsenal of technical means and functionality by providing rapid registration of dynamics and parameters of cardiac activity and having at least two channels for recording dynamics and parameters of the circulatory system and blood parameters, which would realize the possibility of synchronizing data from of various sources on the fly and would eliminate the other disadvantages indicated above, which generally leads to increased operation The characteristics of this series of complexes / systems.
  • the specified technical result in a complex for joint registration of a high resolution electrocardiogram (ECG) and at least two independent photoplethysmogram signals (PPG) from the same parts of the upper extremities using external devices having a digital or analog interface is achieved by the fact that it contains at least at least two PPG sensors connected through a standard digital bus with a controller, at least two ECG sensor electrodes transmitting a signal to the first stage of a differential amplifier with a filter phase interference associated with the second stage of the differential amplifier with a common-mode filter, connected through a driver to an analog-to-digital converter (ADC) with a common-mode filter, a trigger for controlling the reception of data from the ADC to a controller connected to a DC power source with noise-suppressing filters, a crypto processor , a switching unit for external interfaces connected to a DC power source and an interface surge protection unit, and receiving signals from a power monitor, connected of the logical unit switching the data bus and control.
  • ECG electrocardiogram
  • PPG photople
  • the ECG sensor electrode is a plate of conductive material with a pre-treated surface to ensure reliable recording of the bioelectric potentials of the heart from the surface of the body without the use of gels and conductive compounds.
  • the FPG sensor is an integrated module containing two or more emitters of different spectral ranges, and a photodetector, a data preprocessing unit, and an interface for exchange via a standard digital bus that are matched to them by the passband.
  • the differential amplifier is designed according to a multistage circuit, it contains feedback from the equalizing DC bias signal, common-mode interference filters and an ADC driver for matching the signal level.
  • a stereo audio codec-decoder is used, containing a microphone input and digital interface buses.
  • the DC power source is program-controlled, with the function of stabilizing and converting the unipolar supply voltage to a series of voltages to power the functional units, including the formation of bipolar voltage, and with the possibility of partial disconnection of consumers in low power mode.
  • the interface contains a switching unit having a splitter with an automatic switch to one of several external devices and serving to supply an external supply voltage to the complex.
  • Cryptoprocessor ensures the correct operation of the device with products
  • a cardiogram is obtained according to standard cardiological lead I.
  • ECG and independent FPG signals are recorded from the fingers of two hands or from the wrists of two hands, or from other accessible areas of the same name of the upper limbs.
  • the ECG sensor electrode and the FPG sensor are structurally combined and fixed in the complex housing.
  • the ECG sensor electrode and the FPG sensor are structurally combined and have a common individual power source and a data exchange channel that allows using them at a distance from the complex building, while the power source may not be connected to the device.
  • the ECG sensor electrode and the FPG sensor have individual power sources and data exchange channels that allow using them at a distance from the complex building, while the power sources may not be connected with the device and with each other.
  • a digital or analog interface is implemented at the physical level either in the form of a loop or in the form of a wireless channel, including, but not limited to, radio frequency, light, and acoustic.
  • a reference signal for end-to-end synchronization of all sensors is the signal of one of the sensors and, in particular, its sections with controlled amplitude-phase characteristics.
  • the sensors are configured to extract amplitude-phase characteristics from their signals — signatures of biophysical and biochemical parameters.
  • the complex has software control.
  • the driver is configured to transmit parallel signals to the first and second inputs of a two-channel ADC with a common-mode interference filter.
  • the complex realizes the possibility of simultaneous recording together with a high-resolution cardiogram by standard cardiological abduction I of two photoplethysmogram signals from the same parts of two upper limbs and transferring them to an external device via a digital or analog interface, while significantly correlating the data significantly the reliability of the information obtained on cardiac activity, the state of blood vessels, and localization of foci increases erdechno-vascular diseases, and also it is possible to observe the cardiology, pacemaker signal and the pulse wave shape is directly displayed on an external device.
  • the main elements of the complex are assembled into a single module and are limited by a common external shell.
  • the complex has the form, including, but not limited to, a cover for a mobile phone, game pad, remote control, steering wheel (steering wheel) or levers for controlling vehicles and other mechanisms and devices, a handrail, handle, tide of the hull or other structurally distinguishable element of another device, object, with physically distinguishable locations of the sensors, allowing you to touch or hold it simultaneously with two hands.
  • the complex has two versions: one-piece, when the sensors are fixedly mounted in the device and modular, when the sensors are located at some distance from the main unit in order to increase the convenience of fixing on the user's hands, while there is no rigid connection between the sensors and the main unit, and interaction is carried out via a cable or wireless channel, in the latter case, the sensors are self-powered.
  • the invention is illustrated in the drawing, which shows a block diagram of a complex of simultaneous registration of an ECG and two independent signals of FIG.
  • the complex for joint registration of high-resolution ECG and at least two independent FPG signals from the same parts of the upper extremities using external devices having a digital or analog interface contains two or more ECG 1 sensor electrodes, two or more FPG 2 sensors each with a standard digital bus, the first stage 3 of the differential amplifier with the common mode filter, the second stage 4 of the differential amplifier with the common mode filter and the ADC driver, two-channel ADC 5 with the common mode filter, three ger 6 control the reception of data from the ADC to the controller, software-controlled power supply 7 with noise suppressing filters, controller 8 with control and data buses, cryptoprocessor 9, logical unit 10 for switching data and control buses, power monitor 11, block 13 for switching external interfaces, block 12 surge protection switching unit external interfaces 13.
  • the complex for simultaneous registration of ECG and two independent FPG signals is in one implementation a plastic case worn on the back of an external device - a mobile phone or smartphone. Inside the case of the plastic case there is a printed circuit board with electronic components and two structurally isolated sensor blocks, each block consisting of an ECG sensor electrode and an integrated FIG sensor. Access to the sensors for the fingers of two hands is provided by cutouts on the outside of the case. There are power and data connectors on the inside and outside of the case.
  • the external device is a mobile phone with pre-installed software that serves to send commands to the device controller to receive an ECG and two PPG signals, display diagnostic information, measurement results in text and graphic form and exchange with remote databases via wireless communication channels.
  • An external device can also be a tablet, personal computer, another device connected via a digital or analog interface.
  • a device for receiving an ECG and two PPG signals works as follows.
  • the voltage of the external device +5 V from the third output of the unit 13 is supplied to the logical unit 10 and activates its built-in trigger, which, in turn, gives a command to the two-channel analog switch included in it to connect an external device data bus to the internal bus of the device.
  • a +5 V supply voltage from an external device is supplied to the second input of a software-controlled power supply 7, which forms a series of stabilized voltages + 1.8 V on the corresponding output power bus; + 3, ST; + 4.25V supplying the digital part of the device
  • an initialization signal is generated, which is fed to the third signal input of the controller 8 and sets its software and ports to the initial configuration, the same signal is fed to the input of the logical unit 10 and fixes the selected configuration of the external interface switching unit 13.
  • the crypto processor 9 is also activated, from the output of which the data necessary for information exchange via the data bus of the external device with the Apple device is transmitted to the first input of controller 8.
  • the controller 8 following the algorithm embedded in its non-volatile memory and using the data of the cryptoprocessor 9, establishes information exchange with an external device and is waiting for external commands.
  • controller 8 In the absence of external commands, the controller 8 after a specified period of time goes into low power mode and stays in it until the activation signal arrives from an external device, or until the power is turned off through the external interface switching unit from the external device, or until the external device is physically disconnected from the connector unit 13 switching external interfaces of the cardiomonitor. If there is a request from an external device for registration of ECG and FIG, controller 8 activates the corresponding firmware block and starts a sequence of commands that allow you to register a cardiological signal and two independent FPG signals, process, convert, decode them and transmit via external interface switching unit 13 to the external device for storing, displaying, analyzing and further manipulations.
  • the controller 8 Before the registration of the cardiogram, the controller 8 gives the command to turn on the analog part of the device, which is designed so that it requires a bipolar power supply of +3.3 V / -3.3 V.
  • a stabilized voltage of -3.3 V appears on the corresponding output bus of power supply 7 and the analog part of the device is turned on, namely: differential amplifier and ADC 5.
  • the biological potentials of the selected cardiological lead are recorded by ECG electrodes 1, after which the signals are transmitted respectively to the first and second inputs of the first stage 3 of the differential amplifier with an in-phase noise filter, and the same inputs from the midpoint of the second stage 4 of the differential amplifier are fed DC equalizing bias signal.
  • the signal from the first output of the first stage 3 of the differential amplifier is fed to the first input, and the signal from the second output of the first stage 3 of the differential amplifier is synchronously fed to the second input of the second stage 4 of a two-channel precision differential amplifier with an in-phase noise filter and an ADC driver, where the signals are normalized by level, and then simultaneously fed to the first and second inputs of the two-channel ADC 5 with a common mode filter, respectively.
  • a stereo audio codec with standard digital buses for data exchange with controller 8 is used as an ADC 5, while the outputs of one of the available microphone inputs are used as the first and second inputs.
  • the digitized and pre-processed data are transmitted from the ADC 5 via the command and data bus, connecting the first output of the ADC 5 and the second input of the controller 8, while the data transfer permission signal is generated by the data reception control trigger 6 connected between the first signal output of the controller 8 and the third ADC input 5.
  • the logic of the trigger 6 involves the prohibition of data transmission from the ADC 5 when lack of a command to turn on the analog part of the complex.
  • the FPG 2 sensors switch from the energy saving mode to the operating mode when the supply voltage is + 4.25V and the command 8 receives commands from the controller via the standard digital bus of commands and data, after which their emitters, receivers, data preprocessing units, and interfaces for standard digital communication the bus starts working according to previously saved settings or according to newly transmitted commands and uploads data on the bus to controller 8.
  • the command to turn on and off the converter which forms the supply voltage + 4.25V output It is programmed in accordance with the algorithm, regardless of other supply voltage levels.
  • the data received by the controller 8 from the ADC 5 and from the FIG 2 sensors are processed in accordance with the embedded algorithm and transmitted from the second output of the controller 8 via an internal digital bus to the first input of block 13, and from the output of block 13 are redirected to the input of the connected external device. Control signals are transmitted on the same channel.
  • the controller 8 can transmit both processed data and raw data, accompanied by time stamps.
  • controller 8 The length of time for recording a cardiogram and two FPG signals is set programmatically and controlled by controller 8. Upon receipt of a sufficient amount of data for analysis or after an expired time period, controller 8 stops receiving data from ADC 5 and FIG 2 sensors, removes synchronization signals from the corresponding bus , and if there is a command from the external device to end the session, the controller 8 programmatically disconnects the supply voltage + 4.25V and the analog part, removing the corresponding enable signal from the power source 7, after which it goes into standby mode of external commands as after the initial initialization.
  • the input circuits of block 13 are installed distributed components of the protection unit 12, which are combinations of semiconductor surge arresters.
  • the claimed invention implements a programmable control circuit and design of a compact ergonomic personal device designed primarily to hold both hands of a user simultaneously with two hands or otherwise in contact with open skin, including, but not limited to, fingers and wrists, with the purpose of recording together with a high-resolution cardiogram of two PPG signals and transmitting data to an external device through any of the available analogues or digital interfaces.
  • the circuitry solution provides the selection of specific amplitude-phase characteristics from the sensor signals — signatures of biophysical and biochemical parameters, a comprehensive program analysis of which can significantly increase the reliability of the information received on cardiac activity, the state of blood vessels, biochemical and physical blood parameters, and improve the quality of localization of cardiac and vascular pathologies , and also makes it possible to observe the cardiac signal, the signal of the pacemaker and pulse wave directly on the screen of an external device.
  • PPG is recorded using multispectral light sources, which increases noise immunity and increases the reliability of the data.
  • circuitry and associated design solution provide convenient non-invasive registration of these signals from open areas of the upper limbs on demand - without preliminary preparation and setup.

Abstract

The invention relates to the field of medicine and is directed toward increasing the existing range of technical means and functional capabilities by enabling on-the-spot recording of cardiac function dynamics and parameters from uncovered regions of the upper limbs using a non-invasive, autonomous, compact and ergonomic device without the need for preliminary preparations and adjustments, said device having at least two channels for recording blood circulatory system dynamics and parameters and blood values and making it possible to synchronize data from different sources on the fly and to overcome other disadvantages of existing technical solutions, thus leading to an overall improvement in the performance of such systems. This technical result is achieved in a system for the combined recording of a high-definition ECG and at least two independent PPG signals from identical regions of the upper limbs using external devices with a digital or analog interface, said system comprising: at least two PPG sensors connected by standard digital buses to a controller; at least two ECG sensing electrodes which transmit a signal from a first stage of a differential amplifier with a common-mode noise filter, which is connected to a second stage of the differential amplifier with a common-mode noise filter, which is connected via a driver to an ADC with a common-mode noise filter; and a trigger for controlling the receipt of data from the ADC to a controller that is connected to a direct current power supply with noise suppression filters, a cryptoprocessor, an external interface switching unit connected to the direct current power supply and to a unit for providing surge protection for the interfaces, said controller receiving signals from a power monitor connected to a logic block for switching data buses and control.

Description

КОМПЛЕКС КАРДИОМОНИТОРИНГА, СОВМЕЩЕННЫЙ С ДВУХКАНАЛЬНЫМ ФОТОПЛЕТИЗМОГРАФОМ КАРДИОКВАРК (CARDIOQVARK) Изобретение относится к области медицины, в частности к устройству для одновременного получения электрокардиограммы по стандартному кардиологическому отведению I и многоканальной фотоплетизмограммы, и предназначено для регистрации электрокардиограммы (ЭКГ) и, как минимум, двух независимых сигналов фотоплетизмограммы (ФПГ) с помощью внешних устройств, имеющих цифровой или аналоговый интерфейс.  CARDIOMONITORING COMPLEX COMBINED WITH TWO CHANNEL PHOTOPLETISMOGRAPHY CARDIOQVARK photoplethysmograms (PPG) using external devices having a digital or analog interface.
В качестве наиболее близкого аналога заявленного изобретения можно принять комплекс, содержащий датчик, сконфигурированный и настроенный, совместно со схемой передачи физиологических данных пользователя, на получение в расположении вблизи или непосредственно на нижней части тела (или нижней конечности) пользователя связанных по времени данных, дающих представление о скорости или о времени прохождения распространяющейся волны давления по пути следования волны по артерии и далее вниз к ноге пользователя; и схему, сконфигурированную и настроенную для сопоставления информации, относящейся или получаемой из синхронизированных во времени данных с информацией о сердечно-сосудистой системе в верхней и в нижней частях тела, информации о сердечно-сосудистой системе в верхней и в нижней частях тела, относящейся или получаемой на основе гемодинамических показателей пользователя с помощью другого датчика, находящегося непосредственно или вблизи расположения верхней конечности или нижней конечности пользователя (WO 2016/049202, 31.03.2016).  As the closest analogue of the claimed invention, it is possible to take a complex containing a sensor, configured and configured, together with a user physiological data transmission scheme, to obtain, in a location near or directly on the lower part of the body (or lower limb) of the user, time-related data that provide an idea about the speed or transit time of the propagating pressure wave along the wave along the artery and further down to the user's leg; and a circuit configured and tuned to compare information related to or obtained from time-synchronized data with information about the cardiovascular system in the upper and lower parts of the body, information about the cardiovascular system in the upper and lower parts of the body, related or received based on the hemodynamic parameters of the user using another sensor located directly or near the location of the upper limb or lower limb of the user (WO 2016/049202, 03/31/2016).
Недостатком данного схемотехнического решения является необходимость разнесения датчиков на максимально удаленное расстояние в пределах человеческого тела - установка как в верхней, так и в нижней его частях или, в одной из реализаций, установка одного из датчиков на верхнюю конечность, а другого - на нижнюю конечность. Кроме того, необходимым условием регистрации физиологических параметров является предварительная процедура синхронизации между собой до начала обмена данными пространственно и физически разделенных компонентов измерительной системы, что, совместно с необходимостью установки датчиков на обычно скрытые одеждой и обувью участки тела, снижает оперативность получения данных и удобство применения в клинической и в амбулаторной практике.  The disadvantage of this circuit design solution is the need to distribute the sensors to the most remote distance within the human body - installation in both its upper and lower parts or, in one implementation, the installation of one of the sensors on the upper limb, and the other on the lower limb. In addition, a prerequisite for recording physiological parameters is a preliminary synchronization procedure between themselves before the exchange of data between spatially and physically separated components of the measuring system, which, together with the need to install sensors on body parts that are usually hidden by clothes and shoes, reduces the speed of data acquisition and ease of use in clinical and outpatient practice.
Техническая проблема, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в создании комплекса кардиомониторинга, который совмещен с двухканальным фотоплетизмографом и параметры, характеристики которого обеспечивают улучшение технологии за счет оперативной регистрации динамики и параметров сердечной деятельности и имеющего минимум два канала регистрации динамики и параметров кровеносной системы и показателей крови, которое бы реализовывало возможность синхронизации данных от различных источников «на лету» и устраняло бы другие указанные выше недостатки. The technical problem to which the proposed invention is directed is to create a cardiomonitoring complex, which combined with a two-channel photoplethysmograph and parameters, the characteristics of which provide an improvement in technology due to the on-line recording of dynamics and parameters of cardiac activity and having at least two channels for recording dynamics and parameters of the circulatory system and blood parameters, which would realize the possibility of synchronizing data from various sources on the fly and would eliminate the other disadvantages mentioned above.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в расширении арсенала технических средств и функциональных возможностей за счет обеспечения оперативной регистрации динамики и параметров сердечной деятельности и имеющего минимум два канала регистрации динамики и параметров кровеносной системы и показателей крови, которое бы реализовывало возможность синхронизации данных от различных источников «на лету» и устраняло бы другие указанные выше недостатки, что в целом приводит к повышению эксплуатационных характеристик данного ряда комплексов/систем.  The technical result achieved by the implementation of this invention is to expand the arsenal of technical means and functionality by providing rapid registration of dynamics and parameters of cardiac activity and having at least two channels for recording dynamics and parameters of the circulatory system and blood parameters, which would realize the possibility of synchronizing data from of various sources on the fly and would eliminate the other disadvantages indicated above, which generally leads to increased operation The characteristics of this series of complexes / systems.
Указанный технический результат в комплексе для совместной регистрации электрокардиограммы (ЭКГ) высокого разрешения и, как минимум, двух независимых сигналов фотоплетизмограммы (ФПГ) с одноименных участков верхних конечностей с помощью внешних устройств, имеющих цифровой или аналоговый интерфейс, достигается тем, что содержит, по меньшей мере, два датчика ФПГ, связанных через стандартные цифровые шины с контроллером, по меньшей мере, два датчика-электрода ЭКГ, передающих сигнал на первый каскад дифференциального усилителя с фильтром синфазных помех, связанный со вторым каскадом дифференциального усилителя с фильтром синфазных помех, соединенного через драйвер с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) с фильтром синфазных помех, триггер управления приемом данных с АЦП на контроллер, связанный с источником питания постоянного тока с помехоподавляющими фильтрами, криптопроцессором, блоком коммутации внешних интерфейсов, соединенным с источником питания постоянного тока и блоком защиты от перенапряжений интерфейсов, и получающий сигналы с монитора питания, связанного с логическим блоком коммутации шины данных и управления.  The specified technical result in a complex for joint registration of a high resolution electrocardiogram (ECG) and at least two independent photoplethysmogram signals (PPG) from the same parts of the upper extremities using external devices having a digital or analog interface is achieved by the fact that it contains at least at least two PPG sensors connected through a standard digital bus with a controller, at least two ECG sensor electrodes transmitting a signal to the first stage of a differential amplifier with a filter phase interference associated with the second stage of the differential amplifier with a common-mode filter, connected through a driver to an analog-to-digital converter (ADC) with a common-mode filter, a trigger for controlling the reception of data from the ADC to a controller connected to a DC power source with noise-suppressing filters, a crypto processor , a switching unit for external interfaces connected to a DC power source and an interface surge protection unit, and receiving signals from a power monitor, connected of the logical unit switching the data bus and control.
Датчик-электрод ЭКГ представляет собой пластину из проводящего материала с предварительно обработанной поверхностью для обеспечения надежной регистрации биоэлектрических потенциалов сердца с поверхности тела без применения гелей и проводящих составов. Датчик ФПГ представляет собой интегральный модуль, содержащий два и более излучателей различных спектральных диапазонов, и согласованный с ними по полосе пропускания фотоприемник, блок предварительной обработки данных и интерфейс для обмена по стандартной цифровой шине. The ECG sensor electrode is a plate of conductive material with a pre-treated surface to ensure reliable recording of the bioelectric potentials of the heart from the surface of the body without the use of gels and conductive compounds. The FPG sensor is an integrated module containing two or more emitters of different spectral ranges, and a photodetector, a data preprocessing unit, and an interface for exchange via a standard digital bus that are matched to them by the passband.
Дифференциальный усилитель выполнен по многокаскадной схеме, содержит обратную связь с выравнивающим сигналом смещения по постоянному току, фильтры синфазных помех и драйвер АЦП для согласования уровня сигнала.  The differential amplifier is designed according to a multistage circuit, it contains feedback from the equalizing DC bias signal, common-mode interference filters and an ADC driver for matching the signal level.
В качестве АЦП применен стереофонический аудио кодер-декодер, содержащий микрофонный вход и цифровые интерфейсные шины.  As an ADC, a stereo audio codec-decoder is used, containing a microphone input and digital interface buses.
Источник питания постоянного тока выполнен программно-управляемым, с функцией стабилизации и преобразования однополярного питающего напряжения в ряд напряжений для питания функциональных узлов, включая формирование двухполярного напряжения, и с возможностью частичного отключения потребителей в режиме пониженного энергопотребления.  The DC power source is program-controlled, with the function of stabilizing and converting the unipolar supply voltage to a series of voltages to power the functional units, including the formation of bipolar voltage, and with the possibility of partial disconnection of consumers in low power mode.
Интерфейс содержит блок коммутации, имеющий разветвитель с автоматическим коммутатором на одно из нескольких внешних устройств и служащий для подачи внешнего напряжения питания на комплекс.  The interface contains a switching unit having a splitter with an automatic switch to one of several external devices and serving to supply an external supply voltage to the complex.
Криптопроцессор обеспечивает корректную работу устройства с изделиями Cryptoprocessor ensures the correct operation of the device with products
Apple. Apple
Получают кардиограмму по стандартному кардиологическому отведению I. A cardiogram is obtained according to standard cardiological lead I.
ЭКГ и независимые сигналы ФПГ регистрируют с пальцев двух рук или с запястий двух рук, или с других доступных одноименных участков верхних конечностей. ECG and independent FPG signals are recorded from the fingers of two hands or from the wrists of two hands, or from other accessible areas of the same name of the upper limbs.
Датчик-электрод ЭКГ и датчик ФПГ конструктивно объединены и зафиксированы в корпусе комплекса.  The ECG sensor electrode and the FPG sensor are structurally combined and fixed in the complex housing.
Датчик-электрод ЭКГ и датчик ФПГ конструктивно объединены и имеют общий индивидуальный источник питания и канал обмена данными, позволяющий использовать их на удалении от корпуса комплекса, при этом источник питания может быть не связан с устройством.  The ECG sensor electrode and the FPG sensor are structurally combined and have a common individual power source and a data exchange channel that allows using them at a distance from the complex building, while the power source may not be connected to the device.
Датчик-электрод ЭКГ и датчик ФПГ имеют индивидуальные источники питания и каналы обмена данными, позволяющие использовать их на удалении от корпуса комплекса, при этом источники питания могут быть не связаны с устройством и друг с другом. Цифровой или аналоговый интерфейс реализован на физическом уровне либо в виде шлейфа, либо в виде беспроводного канала, включая, но не ограничиваясь, радиочастотные, световые, акустические. The ECG sensor electrode and the FPG sensor have individual power sources and data exchange channels that allow using them at a distance from the complex building, while the power sources may not be connected with the device and with each other. A digital or analog interface is implemented at the physical level either in the form of a loop or in the form of a wireless channel, including, but not limited to, radio frequency, light, and acoustic.
В качестве опорного сигнала для сквозной синхронизации всех датчиков служит сигнал одного из датчиков и в частности - его участки с контролируемыми амплитудно- фазовыми характеристиками.  As a reference signal for end-to-end synchronization of all sensors is the signal of one of the sensors and, in particular, its sections with controlled amplitude-phase characteristics.
Датчики выполнены с возможностью выделения из их сигналов амплитудно- фазовых характеристик - сигнатур биофизических и биохимических показателей.  The sensors are configured to extract amplitude-phase characteristics from their signals — signatures of biophysical and biochemical parameters.
Комплекс имеет программное управление.  The complex has software control.
Драйвер выполнен с возможностью передачи на первый и второй входы двухканального АЦП с фильтром синфазных помех параллельных сигналов.  The driver is configured to transmit parallel signals to the first and second inputs of a two-channel ADC with a common-mode interference filter.
Таким образом, в комплексе реализуется возможность одновременной регистрации совместно с кардиограммой высокого разрешения по стандартному кардиологическому отведению I двух сигналов фотоплетизмограммы с одноименных участков двух верхних конечностей и передача их во внешнее устройство посредством соединения по цифровому или аналоговому интерфейсу, при этом за счет взаимной корреляции данных значительно увеличивается достоверность получаемой информации о сердечной деятельности, состоянии кровеносных сосудов, локализации очагов сердечно-сосудистых заболеваний, а также обеспечивается возможность наблюдать кардиосигнал, сигнал электрокардиостимулятора и форму пульсовой волны непосредственно на экране внешнего устройства.  Thus, the complex realizes the possibility of simultaneous recording together with a high-resolution cardiogram by standard cardiological abduction I of two photoplethysmogram signals from the same parts of two upper limbs and transferring them to an external device via a digital or analog interface, while significantly correlating the data significantly the reliability of the information obtained on cardiac activity, the state of blood vessels, and localization of foci increases erdechno-vascular diseases, and also it is possible to observe the cardiology, pacemaker signal and the pulse wave shape is directly displayed on an external device.
Основные элементы комплекса собраны в единый модуль и ограничены общей внешней оболочкой.  The main elements of the complex are assembled into a single module and are limited by a common external shell.
Конструктивно комплекс имеет вид, включая, но не ограничиваясь, чехла для мобильного телефона, игрового манипулятора, пульта дистанционного управления, рулевого колеса (штурвала) или рычагов для управления транспортными средствами и иными механизмами и устройствами, поручня, рукояти, прилива корпуса или иного конструктивно отличимого элемента другого устройства, предмета, с физически различимыми местами расположения датчиков, позволяющего касаться или удерживать его одновременно двум руками.  Structurally, the complex has the form, including, but not limited to, a cover for a mobile phone, game pad, remote control, steering wheel (steering wheel) or levers for controlling vehicles and other mechanisms and devices, a handrail, handle, tide of the hull or other structurally distinguishable element of another device, object, with physically distinguishable locations of the sensors, allowing you to touch or hold it simultaneously with two hands.
Комплекс имеет два исполнения: моноблочное, когда датчики неподвижно закреплены в устройстве и модульное, когда датчики располагаются на некотором удалении от основного блока с целью повышения удобства фиксации на руках пользователя, при этом жесткая связь датчиков с основным блоком отсутствует, а взаимодействие осуществляется по шлейфу или по беспроводному каналу, в последнем случае датчики имеют автономное питание. The complex has two versions: one-piece, when the sensors are fixedly mounted in the device and modular, when the sensors are located at some distance from the main unit in order to increase the convenience of fixing on the user's hands, while there is no rigid connection between the sensors and the main unit, and interaction is carried out via a cable or wireless channel, in the latter case, the sensors are self-powered.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема комплекса одновременной регистрации ЭКГ и двух независимых сигналов ФПГ.  The invention is illustrated in the drawing, which shows a block diagram of a complex of simultaneous registration of an ECG and two independent signals of FIG.
Комплекс для совместной регистрации ЭКГ высокого разрешения и, как минимум, двух независимых сигналов ФПГ с одноименных участков верхних конечностей с помощью внешних устройств, имеющих цифровой или аналоговый интерфейс содержит два и более датчиков-электродов ЭКГ 1, два и более датчиков ФПГ 2 каждый со стандартной цифровой шиной, первый каскад 3 дифференциального усилителя с фильтром синфазных помех, второй каскад 4 дифференциального усилителя с фильтром синфазных помех и драйвером АЦП, двухканальный АЦП 5 с фильтром синфазных помех, триггер 6 управления приемом данных с АЦП на контроллер, программно управляемый источник питания 7 с помехоподавляющими фильтрами, контроллер 8 с шинами управления и данных, криптопроцессор 9, логический блок 10 коммутации шины данных и управления, монитор 11 питания, блок 13 коммутации внешних интерфейсов, блок 12 защиты от перенапряжений блока коммутации внешних интерфейсов 13.  The complex for joint registration of high-resolution ECG and at least two independent FPG signals from the same parts of the upper extremities using external devices having a digital or analog interface contains two or more ECG 1 sensor electrodes, two or more FPG 2 sensors each with a standard digital bus, the first stage 3 of the differential amplifier with the common mode filter, the second stage 4 of the differential amplifier with the common mode filter and the ADC driver, two-channel ADC 5 with the common mode filter, three ger 6 control the reception of data from the ADC to the controller, software-controlled power supply 7 with noise suppressing filters, controller 8 with control and data buses, cryptoprocessor 9, logical unit 10 for switching data and control buses, power monitor 11, block 13 for switching external interfaces, block 12 surge protection switching unit external interfaces 13.
Конструктивно комплекс для одновременной регистрации ЭКГ и двух независимых сигналов ФПГ представляет собой в одной из реализаций пластиковый чехол, надеваемый на тыльную сторону внешнего устройства - мобильного телефона или смартфона. Внутри корпуса пластикового чехла находится печатная плата с электронными компонентами и двумя конструктивно обособленными блоками датчиков, причем каждый блок состоит из датчика-электрода ЭКГ и встроенного в его центральную часть датчика ФПГ. Доступ к датчикам для пальцев двух рук обеспечивается вырезами на внешней стороне корпуса. На внутренней и внешней сторонах чехла расположены разъемы питания и передачи данных.  Structurally, the complex for simultaneous registration of ECG and two independent FPG signals is in one implementation a plastic case worn on the back of an external device - a mobile phone or smartphone. Inside the case of the plastic case there is a printed circuit board with electronic components and two structurally isolated sensor blocks, each block consisting of an ECG sensor electrode and an integrated FIG sensor. Access to the sensors for the fingers of two hands is provided by cutouts on the outside of the case. There are power and data connectors on the inside and outside of the case.
Внешнее устройство представляет собой мобильный телефон с предварительно установленным программным обеспечением, который служит для передачи команд на контроллер устройства для получения ЭКГ и двух сигналов ФПГ, отображения диагностической информации, результатов измерений в текстовом и графическом виде и обмена с удаленными базами данных по беспроводным каналам связи. В качестве внешнего устройства также может выступать планшетный, персональный компьютер, другое устройство, подключаемое через цифровой или аналоговый интерфейс. Устройство для получения ЭКГ и двух сигналов ФПГ работает следующим образом. The external device is a mobile phone with pre-installed software that serves to send commands to the device controller to receive an ECG and two PPG signals, display diagnostic information, measurement results in text and graphic form and exchange with remote databases via wireless communication channels. An external device can also be a tablet, personal computer, another device connected via a digital or analog interface. A device for receiving an ECG and two PPG signals works as follows.
Начальная активация комплекса происходит последовательно в несколько этапов.  Initial activation of the complex occurs sequentially in several stages.
При подключении внешнего устройства к одному из входов блока 13 коммутации внешних интерфейсов напряжение внешнего устройства +5 В с третьего выхода блока 13 подаётся на логический блок 10 и активирует его встроенный триггер, который, в свою очередь, даёт команду входящему в его состав двухканальному аналоговому коммутатору на подключение к внутренней шине устройства шины данных внешнего устройства. Одновременно с третьего выхода блока 13 напряжение питания +5 В с внешнего устройства подаётся на второй вход программно управляемого источника питания 7, который на соответствующей выходной шине питания формирует ряд стабилизированных напряжений +1,8В; +3,ЗВ; +4,25В питающих цифровую часть устройства  When connecting an external device to one of the inputs of the external interface switching unit 13, the voltage of the external device +5 V from the third output of the unit 13 is supplied to the logical unit 10 and activates its built-in trigger, which, in turn, gives a command to the two-channel analog switch included in it to connect an external device data bus to the internal bus of the device. At the same time, from the third output of block 13, a +5 V supply voltage from an external device is supplied to the second input of a software-controlled power supply 7, which forms a series of stabilized voltages + 1.8 V on the corresponding output power bus; + 3, ST; + 4.25V supplying the digital part of the device
После этого на выходе монитора питания 11 формируется сигнал инициализации, который подаётся на третий сигнальный вход контроллера 8 и устанавливает его программное обеспечение и порты в начальную конфигурацию, этот же сигнал подаётся на вход логического блока 10 и фиксирует выбранную конфигурацию блока 13 коммутации внешних интерфейсов.  After that, at the output of the power monitor 11, an initialization signal is generated, which is fed to the third signal input of the controller 8 and sets its software and ports to the initial configuration, the same signal is fed to the input of the logical unit 10 and fixes the selected configuration of the external interface switching unit 13.
Вслед за подачей питания +1,8В; +3,ЗВ; +4,25В также активируется криптопроцессор 9, с выхода которого по шине передаётся на первый вход контроллера 8 состав данных, необходимых для информационного обмена по шине данных внешнего устройства с устройством Apple.  Following the power supply + 1.8V; + 3, ST; + 4.25V, the crypto processor 9 is also activated, from the output of which the data necessary for information exchange via the data bus of the external device with the Apple device is transmitted to the first input of controller 8.
По окончании процедуры начальной активации, контроллер 8, следуя заложенному в его энергонезависимую память алгоритму и пользуясь данными криптопроцессора 9, устанавливает информационный обмен с внешним устройством и находится в ожидании внешних команд.  At the end of the initial activation procedure, the controller 8, following the algorithm embedded in its non-volatile memory and using the data of the cryptoprocessor 9, establishes information exchange with an external device and is waiting for external commands.
При отсутствии внешних команд, контроллер 8 через заданный промежуток времени переходит в режим пониженного энергопотребления и пребывает в нем до поступления сигнала активации от внешнего устройства, либо до отключения питания через блок коммутации внешних интерфейсов со стороны внешнего устройства, либо до физического отсоединения внешнего устройства от разъема блока 13 коммутации внешних интерфейсов кардиомонитора. При наличии запроса внешнего устройства на регистрацию ЭКГ и ФПГ, контроллер 8 активирует соответствующий блок встроенного программного обеспечения и запускает последовательность команд, позволяющих регистрировать кардиологический сигнал и два независимых сигнала ФПГ, обрабатывать, преобразовывать, декодировать их и передавать через блок 13 коммутации внешних интерфейсов на внешнее устройство для хранения, отображения, анализа и дальнейших манипуляций. In the absence of external commands, the controller 8 after a specified period of time goes into low power mode and stays in it until the activation signal arrives from an external device, or until the power is turned off through the external interface switching unit from the external device, or until the external device is physically disconnected from the connector unit 13 switching external interfaces of the cardiomonitor. If there is a request from an external device for registration of ECG and FIG, controller 8 activates the corresponding firmware block and starts a sequence of commands that allow you to register a cardiological signal and two independent FPG signals, process, convert, decode them and transmit via external interface switching unit 13 to the external device for storing, displaying, analyzing and further manipulations.
Перед началом регистрации кардиограммы контроллер 8 подаёт команду включения аналоговой части устройства, которое спроектировано так, что требует двухполярного питания +3,3 В / -3,3 В. Блок программно управляемого источника питания 7, формирующий напряжение отрицательной полярности в дополнение к включенной в ходе начальной активации блоком формирования напряжения линейки +1,8В; +3,ЗВ; +4,25В, запускается по сигналу, поступающему на первый вход источника питания 7 с четвертого сигнального выхода контроллера 8. В результате на соответствующей выходной шине источника питания 7 появляется стабилизированное напряжение -3,3 В и происходит включение аналоговой части устройства, а именно: дифференциального усилителя и АЦП 5.  Before the registration of the cardiogram, the controller 8 gives the command to turn on the analog part of the device, which is designed so that it requires a bipolar power supply of +3.3 V / -3.3 V. A program-controlled power supply unit 7, which generates a voltage of negative polarity in addition to being turned on during initial activation by the line voltage forming unit + 1.8V; + 3, ST; + 4.25V, is triggered by a signal supplied to the first input of power supply 7 from the fourth signal output of controller 8. As a result, a stabilized voltage of -3.3 V appears on the corresponding output bus of power supply 7 and the analog part of the device is turned on, namely: differential amplifier and ADC 5.
При включенной аналоговой части, биологические потенциалы выбранного кардиологического отведения регистрируются датчиками-электродами ЭКГ 1, после чего сигналы поступают соответственно на первый и второй входы первого каскада 3 дифференциального усилителя с фильтром синфазных помех, на эти же входы со средней точки второго каскада 4 дифференциального усилителя подается выравнивающий сигнал смещения по постоянному току. Сигнал с первого выхода первого каскада 3 дифференциального усилителя поступает на первый вход, а сигнал со второго выхода первого каскада 3 дифференциального усилителя синхронно поступает на второй вход второго каскада 4 двухканального прецизионного дифференциального усилителя с фильтром синфазных помех и драйвером АЦП, где сигналы нормируются по уровню, а затем параллельно подаются соответственно на первый и второй входы двухканального АЦП 5 с фильтром синфазных помех. Вследствие сходности параметров речевых и кардиологических сигналов в качестве АЦП 5 применен стереоаудиокодек, имеющий стандартные цифровые шины для обмена данными с контроллером 8, при этом в качестве первого и второго входов задействованы выводы одного из имеющихся микрофонных входов. Оцифрованные и предварительно обработанные данные передаются с АЦП 5 по шине команд и данных, соединяющей первый выход АЦП 5 и второй вход контроллера 8, при этом сигнал разрешения на передачу данных формируется триггером 6 управления приемом данных, включенным между первым сигнальным выходом контроллера 8 и третьим входом АЦП 5. Логика работы триггера 6 предполагает запрет передачи данных с АЦП 5 при отсутствии команды включения аналоговой части комплекса. When the analog part is turned on, the biological potentials of the selected cardiological lead are recorded by ECG electrodes 1, after which the signals are transmitted respectively to the first and second inputs of the first stage 3 of the differential amplifier with an in-phase noise filter, and the same inputs from the midpoint of the second stage 4 of the differential amplifier are fed DC equalizing bias signal. The signal from the first output of the first stage 3 of the differential amplifier is fed to the first input, and the signal from the second output of the first stage 3 of the differential amplifier is synchronously fed to the second input of the second stage 4 of a two-channel precision differential amplifier with an in-phase noise filter and an ADC driver, where the signals are normalized by level, and then simultaneously fed to the first and second inputs of the two-channel ADC 5 with a common mode filter, respectively. Due to the similarity of the parameters of speech and cardiac signals, a stereo audio codec with standard digital buses for data exchange with controller 8 is used as an ADC 5, while the outputs of one of the available microphone inputs are used as the first and second inputs. The digitized and pre-processed data are transmitted from the ADC 5 via the command and data bus, connecting the first output of the ADC 5 and the second input of the controller 8, while the data transfer permission signal is generated by the data reception control trigger 6 connected between the first signal output of the controller 8 and the third ADC input 5. The logic of the trigger 6 involves the prohibition of data transmission from the ADC 5 when lack of a command to turn on the analog part of the complex.
Датчики ФПГ 2 переходят из режима энергосбережения в рабочий режим при подаче напряжения питания +4,25В и получении от контроллера 8 команды по стандартной цифровой шине команд и данных, после чего их излучатели, приемники, блоки предварительной обработки данных и интерфейсы для обмена по стандартной цифровой шине начинают работать по предварительно сохранёнными настройкам или по вновь передаваемым командам и вьщавать данные по шине в контроллер 8. Команда на включение и выключение преобразователя, формирующего напряжение питания +4,25В выдается программно в соответствии с алгоритмом, независимо от других уровней питающего напряжения.  The FPG 2 sensors switch from the energy saving mode to the operating mode when the supply voltage is + 4.25V and the command 8 receives commands from the controller via the standard digital bus of commands and data, after which their emitters, receivers, data preprocessing units, and interfaces for standard digital communication the bus starts working according to previously saved settings or according to newly transmitted commands and uploads data on the bus to controller 8. The command to turn on and off the converter, which forms the supply voltage + 4.25V output It is programmed in accordance with the algorithm, regardless of other supply voltage levels.
Полученные контроллером 8 от АЦП 5 и от датчиков ФПГ 2 данные обрабатываются в соответствии с заложенным алгоритмом и передаются со второго выхода контроллера 8 по внутренней цифровой шине на первый вход блока 13, а с выхода блока 13 перенаправляются на вход подключенного внешнего устройства. По этому же каналу передаются управляющие сигналы.  The data received by the controller 8 from the ADC 5 and from the FIG 2 sensors are processed in accordance with the embedded algorithm and transmitted from the second output of the controller 8 via an internal digital bus to the first input of block 13, and from the output of block 13 are redirected to the input of the connected external device. Control signals are transmitted on the same channel.
В зависимости от программных настроек, контроллер 8 может передавать как обработанные данные, так и необработанные, сопровождаемые метками времени.  Depending on the software settings, the controller 8 can transmit both processed data and raw data, accompanied by time stamps.
Длительность промежутка времени для регистрации кардиограммы и двух сигналов ФПГ задаётся программно и управляется контроллером 8. По получении достаточного для анализа объема данных или по истечении вьщеленного промежутка времени, контроллер 8 прекращает прием данных от АЦП 5 и датчиков ФПГ 2, снимает сигналы синхронизации с соответствующей шины, а при наличии команды от внешнего устройства об окончании сеанса работы, контроллер 8 программно отключает напряжение питания +4,25В и аналоговую часть, снимая соответствующий сигнал разрешения с источника питания 7, после чего переходит в режим ожидания внешних команд как после начальной инициализации.  The length of time for recording a cardiogram and two FPG signals is set programmatically and controlled by controller 8. Upon receipt of a sufficient amount of data for analysis or after an expired time period, controller 8 stops receiving data from ADC 5 and FIG 2 sensors, removes synchronization signals from the corresponding bus , and if there is a command from the external device to end the session, the controller 8 programmatically disconnects the supply voltage + 4.25V and the analog part, removing the corresponding enable signal from the power source 7, after which it goes into standby mode of external commands as after the initial initialization.
Для предохранения элементов схемы устройства регистрации ЭКГ и двух сигналов ФПГ от разрядов статического электричества и других видов импульсных помех различной мощности и длительности на входных цепях блока 13 установлены распределенные компоненты блока защиты 12, представляющие собой комбинации полупроводниковых ограничителей перенапряжений. To protect the circuit elements of the ECG recording device and two PPG signals from discharges of static electricity and other types of impulse noise of various power and duration, the input circuits of block 13 are installed distributed components of the protection unit 12, which are combinations of semiconductor surge arresters.
Таким образом в заявленном изобретении реализована схема с программным управлением и конструкция компактного эргономичного персонального устройства, предназначенного преимущественно для удерживания одновременно двумя руками или иным способом контактирующего одновременно с открытыми кожными покровами двух рук пользователя, включая, но не ограничиваясь, пальцы рук, и запястья, с целью регистрации совместно с кардиограммой высокого разрешения двух сигналов ФПГ и передачи данных во внешнее устройство через любой из доступных аналоговых или цифровых интерфейсов.  Thus, the claimed invention implements a programmable control circuit and design of a compact ergonomic personal device designed primarily to hold both hands of a user simultaneously with two hands or otherwise in contact with open skin, including, but not limited to, fingers and wrists, with the purpose of recording together with a high-resolution cardiogram of two PPG signals and transmitting data to an external device through any of the available analogues or digital interfaces.
Кардиограмма высокого разрешения и, в частности, её характеристические участки, служат в качестве опорного сигнала для сквозной синхронизации всех датчиков в устройстве, а также - для пересинхронизации, если в этом возникнет необходимость, в процессе регистрации без прерывания записи. Схемотехническое решение обеспечивает выделение из сигналов датчиков специфических амплитудно- фазовых характеристик - сигнатур биофизических и биохимических показателей, комплексный программный анализ которых позволяет значительно увеличить достоверность полученной информации о сердечной деятельности, состоянии кровеносных сосудов, биохимических и физических показателях крови, улучшить качество локализации сердечных и сосудистых патологий, а также дает возможность наблюдать кардиосигнал, сигнал электрокардиостимулятора и форму пульсовой волны непосредственно на экране внешнего устройства.  A high-resolution cardiogram and, in particular, its characteristic sections, serve as a reference signal for end-to-end synchronization of all sensors in the device, as well as for resynchronization, if necessary, in the registration process without interrupting the recording. The circuitry solution provides the selection of specific amplitude-phase characteristics from the sensor signals — signatures of biophysical and biochemical parameters, a comprehensive program analysis of which can significantly increase the reliability of the information received on cardiac activity, the state of blood vessels, biochemical and physical blood parameters, and improve the quality of localization of cardiac and vascular pathologies , and also makes it possible to observe the cardiac signal, the signal of the pacemaker and pulse wave directly on the screen of an external device.
ФПГ регистрируется с применением многоспектральных источников света, что увеличивает помехозащищенность и повышает достоверность данных.  PPG is recorded using multispectral light sources, which increases noise immunity and increases the reliability of the data.
Схемотехническое и связанное с ним конструкторское решение обеспечивают удобную неинвазивную регистрацию указанных сигналов с открытых участков верхних конечностей по требованию - без предварительной подготовки и настройки.  The circuitry and associated design solution provide convenient non-invasive registration of these signals from open areas of the upper limbs on demand - without preliminary preparation and setup.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Комплекс для совместной регистрации электрокардиограммы (ЭКГ) высокого разрешения и, как минимум, двух независимых сигналов фотоплетизмограммы (ФПГ) с одноименных участков верхних конечностей с помощью внешних устройств, имеющих цифровой или аналоговый интерфейс, характеризующийся тем, что содержит по меньшей мере два датчика ФПГ, связанных через стандартные цифровые шины с контроллером, по меньшей мере два датчика-электрода ЭКГ, передающих сигнал на первый каскад дифференциального усилителя с фильтром синфазных помех, связанный со вторым каскадом дифференциального усилителя с фильтром синфазных помех, соединенного через драйвер с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) с фильтром синфазных помех, триггер управления приемом данных с АЦП на контроллер, связанный с источником питания постоянного тока с помехоподавляющими фильтрами, криптопроцессором, блоком коммутации внешних интерфейсов, соединенным с источником питания постоянного тока и блоком защиты от перенапряжений интерфейсов, и получающий сигналы с монитора питания, связанного с логическим блоком коммутации шины данных и управления.  1. A complex for joint recording of a high resolution electrocardiogram (ECG) and at least two independent photoplethysmogram (PPG) signals from the same parts of the upper limbs using external devices having a digital or analog interface, characterized in that it contains at least two sensors PPG connected through a standard digital bus with a controller, at least two ECG sensor electrodes transmitting a signal to the first stage of a differential amplifier with a common mode filter associated with a cascade of a differential amplifier with an in-phase noise filter connected via a driver to an analog-to-digital converter (ADC) with an in-phase noise filter, a trigger for controlling the reception of data from the ADC to a controller connected to a DC power supply with noise-suppressing filters, a cryptoprocessor, a switching unit for external interfaces connected to a DC power supply and an interface surge protector, and receiving signals from a power monitor connected to a switch logical unit tion and management of the data bus.
2. Комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что датчик-электрод ЭКГ представляет собой пластину из проводящего материала с предварительно обработанной поверхностью для обеспечения надежной регистрации биоэлектрических потенциалов сердца с поверхности тела без применения гелей и проводящих составов.  2. The complex according to claim 1, characterized in that the ECG sensor electrode is a plate of conductive material with a pre-treated surface to ensure reliable recording of the bioelectric potentials of the heart from the body surface without the use of gels and conductive compositions.
3. Комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что датчик ФПГ представляет собой интегральный модуль, содержащий два и более излучателей различных спектральных диапазонов, и согласованный с ними по полосе пропускания фотоприемник, блок предварительной обработки данных и интерфейс для обмена по стандартной цифровой шине.  3. The complex according to claim 1, characterized in that the PPG sensor is an integrated module containing two or more emitters of different spectral ranges, and a photodetector, a data preprocessing unit and an interface for exchange via a standard digital bus, matched to them by the passband.
4. Комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что дифференциальный усилитель выполнен по многокаскадной схеме, содержит обратную связь с выравнивающим сигналом смещения по постоянному току, фильтры синфазных помех и драйвер АЦП для согласования уровня сигнала.  4. The complex according to claim 1, characterized in that the differential amplifier is made according to a multistage circuit, contains feedback from the equalizing DC bias signal, common-mode noise filters, and an ADC driver for matching the signal level.
5. Комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве АЦП применен стереофонический аудио кодер-декодер, содержащий микрофонный вход и цифровые интерфейсные шины.  5. The complex according to claim 1, characterized in that a stereo audio codec-decoder is used as the ADC, comprising a microphone input and digital interface buses.
6. Комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что источник питания постоянного тока выполнен программно-управляемым, с функцией стабилизации и преобразования однополярного питающего напряжения в ряд напряжений для питания функциональных узлов, включая формирование двухполярного напряжения, и с возможностью частичного отключения потребителей в режиме пониженного энергопотребления. 6. The complex according to claim 1, characterized in that the DC power source is software-controlled, with the stabilization and conversion function unipolar supply voltage in a series of voltages to power functional units, including the formation of bipolar voltage, and with the possibility of partial disconnection of consumers in low power mode.
7. Комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что интерфейс содержит блок коммутации, имеющий разветвитель с автоматическим коммутатором на одно из нескольких внешних устройств и служащий для подачи внешнего напряжения питания на комплекс.  7. The complex according to claim 1, characterized in that the interface comprises a switching unit having a splitter with an automatic switch to one of several external devices and serving to supply an external supply voltage to the complex.
8. Комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что криптопроцессор обеспечивает корректную работу устройства с изделиями Apple.  8. The complex according to claim 1, characterized in that the cryptoprocessor ensures the correct operation of the device with Apple products.
9. Комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что получают кардиограмму по стандартному кардиологическому отведению I.  9. The complex according to claim 1, characterized in that a cardiogram is obtained according to a standard cardiological lead I.
10. Комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что ЭКГ и независимые сигналы ФПГ регистрируют с пальцев двух рук или с запястий двух рук, или с других доступных одноименных участков верхних конечностей.  10. The complex according to claim 1, characterized in that the ECG and independent FPG signals are recorded from the fingers of two hands or from the wrists of two hands, or from other accessible parts of the same named upper limbs.
1 1. Комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что датчик-электрод ЭКГ и датчик ФПГ конструктивно объединены и зафиксированы в корпусе комплекса.  1 1. The complex according to claim 1, characterized in that the ECG sensor electrode and the PPG sensor are structurally combined and fixed in the complex body.
12. Комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что датчик-электрод ЭКГ и датчик ФПГ конструктивно объединены и имеют общий индивидуальный источник питания и канал обмена данными, позволяющий использовать их на удалении от корпуса комплекса.  12. The complex according to claim 1, characterized in that the ECG sensor electrode and the PPG sensor are structurally combined and have a common individual power source and a data exchange channel that allows using them at a distance from the complex building.
13. Комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что датчик-электрод ЭКГ и датчик ФПГ имеют индивидуальные источники питания и каналы обмена данными, позволяющие использовать их на удалении от корпуса комплекса.  13. The complex according to claim 1, characterized in that the ECG sensor electrode and the PPG sensor have individual power sources and data exchange channels that allow using them at a distance from the complex building.
14. Комплекс по п. 1 , характеризующийся тем, что цифровой или аналоговый интерфейс реализован на физическом уровне либо в виде шлейфа, либо в виде беспроводного канала, включая радиочастотные, световые, акустические.  14. The complex according to claim 1, characterized in that the digital or analog interface is implemented at the physical level either in the form of a loop or in the form of a wireless channel, including radio-frequency, light, and acoustic ones.
15. Комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве опорного сигнала для сквозной синхронизации всех датчиков служит сигнал одного из датчиков и в частности - его участки с контролируемыми амплитудно-фазовыми характеристиками.  15. The complex according to claim 1, characterized in that the signal of one of the sensors and, in particular, its sections with controlled amplitude-phase characteristics serves as a reference signal for end-to-end synchronization of all sensors.
16. Комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что датчики выполнены с возможностью выделения из их сигналов амплитудно-фазовых характеристик - сигнатур биофизических и биохимических показателей. 16. The complex according to claim 1, characterized in that the sensors are configured to isolate amplitude-phase characteristics from their signals — signatures of biophysical and biochemical parameters.
17. Комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что имеет программное управление. 17. The complex according to claim 1, characterized in that it has software control.
18. Комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что драйвер выполнен с возможностью передачи на первый и второй входы двухканального АЦП с фильтром синфазных помех параллельных сигналов.  18. The complex according to claim 1, characterized in that the driver is configured to transmit parallel signals to the first and second inputs of a two-channel ADC with a common-mode interference filter.
19. Комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что имеет автономный источник электропитания.  19. The complex according to claim 1, characterized in that it has an autonomous power source.
PCT/RU2016/000824 2016-11-15 2016-11-28 Cardioqvark cardiac monitoring system with integral two-channel photoplethysmograph WO2018093288A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016144656 2016-11-15
RU2016144656A RU2016144656A (en) 2016-11-15 2016-11-15 Cardiomonitoring complex combined with a two-channel photoplethysmograph CardioQVARK

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018093288A1 true WO2018093288A1 (en) 2018-05-24

Family

ID=62145642

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000824 WO2018093288A1 (en) 2016-11-15 2016-11-28 Cardioqvark cardiac monitoring system with integral two-channel photoplethysmograph

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2016144656A (en)
WO (1) WO2018093288A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150196256A1 (en) * 2012-06-22 2015-07-16 Fitbit, Inc. Wearable heart rate monitor
US20160106366A1 (en) * 2014-09-11 2016-04-21 Tosense, Inc. Neck-worn physiological monitor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150196256A1 (en) * 2012-06-22 2015-07-16 Fitbit, Inc. Wearable heart rate monitor
US20160106366A1 (en) * 2014-09-11 2016-04-21 Tosense, Inc. Neck-worn physiological monitor

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016144656A3 (en) 2018-05-16
RU2016144656A (en) 2018-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101651537B1 (en) Apparatus and method for measuring electrocardiogram using wireless communication
CN110327038B (en) Electrocardio acquisition circuit, equipment, method and system
US20100004547A1 (en) ECG System for Use in ECG Signal Measurement of Intra-Cardiac ECG Using a Catheter
WO2010103542A2 (en) Ecg device with impulse and channel switching adc noise filter and error corrector for derived leads
US20080154105A1 (en) Electronic Signal Filtering System Suitable for Medical Device and Other Usage
US9571907B2 (en) Nth leadless electrode telemetry device, system and method of use
CN104665825B (en) A kind of portable low power-consumption three leads intelligent ECG monitoring system
US10009691B2 (en) Sound channel configuration method and apparatus and earphone device
WO2006059354B1 (en) System for detection and processing of physical parameters of human body and method thereof
WO2019079378A1 (en) Medical device with circuitry for capturing and processing physiological signals
WO2015149555A1 (en) Sound channel configuration method and apparatus and earphone device
US20090182241A1 (en) Apparatus for sensing and processing electrical cardiac signals and method of remote sensing and processing of electrical cardiac signals
US20190150756A1 (en) Signal synchronization device, as well as stethoscope, auscultation information output system and symptom diagnosis system capable of signal synchronization
Gonzales et al. Textile sensor system for electrocardiogram monitoring
CN101972137A (en) Synchronous monitoring method and device for multiple physiological parameters
US20210321927A1 (en) Method and device for monitoring vital sign of user
WO2018093288A1 (en) Cardioqvark cardiac monitoring system with integral two-channel photoplethysmograph
WO2018144893A3 (en) Wireless digital blood pressure device and system
CN106562783A (en) Electrocardio measurement method and device
WO2016168315A3 (en) Pendant physiological signal monitor and associated system and methods
CA3132984A1 (en) Leadless electrocardiogram monitor
RU178269U1 (en) CARDIOMONITOR COMBINED WITH PHOTOPLETISMOGRAPH
RU178268U1 (en) Device for producing electrocardiograms and photoplethysmograms
RU2631643C2 (en) Cardioqvark cardiac monitor scheme
CN113015479B (en) Mobile monitoring device, monitoring equipment, monitoring system and patient state monitoring method

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16921763

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 10.10.2019)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16921763

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1