RU177467U1 - Contactless telemetry medical device - Google Patents

Abstract

Полезная модель бесконтактное телеметрическое медицинское устройство относится к медицинской технике, а именно к приборам для биомедицинских измерений в кардиологии с использованием передачи данных измерений на центральную станцию (пульт), и может быть использована для диагностики жизнеугрожающих ситуаций. Технический результат заключается в повышении функциональной надежности работы медицинской телеметрической аппаратуры при решении задачи снижения риска «внезапной сердечной смерти» подконтрольного пациента при нахождении его в длительном стационарном положении дома (лежа в постели, сидя в кресле и т.п.). Прибор выполнен в виде пластины прямоугольной или овальной формы, подкладываемой под матрац постели пациента, под спинку кресла и т.п. Ожидаемый технический эффект достигается благодаря тому, что в известном телеметрическом медицинском устройстве, содержащем блок измерения биомедицинских параметров и измеритель подвижности на базе 3D-акселерометра, а также связанные с микроконтроллером блок контроля питания от аккумуляторной батареи и радиомодемы гигагерцового и мегагерцового диапазонов, блок измерения биомедицинских параметров выполнен в виде блока баллистокардиографических измерений, содержащего последовательно соединенные сенсор микродвижений, выполненный на металлизированной пьезопленке или на керамических пьезоэлементах, блоки предварительной фильтрации и усиления и аналогово-цифровой преобразователь, а микроконтроллер выполнен с двумя дополнительными входами, которые подключены к выходам, соответственно, блока баллистокардиографических измерений и блока измерения подвижности на базе 3D-акселерометра. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.A useful model of non-contact telemetric medical device relates to medical equipment, namely to devices for biomedical measurements in cardiology using the transmission of measurement data to a central station (remote control), and can be used to diagnose life-threatening situations. The technical result is to increase the functional reliability of medical telemetry equipment when solving the problem of reducing the risk of "sudden cardiac death" of a patient under control when he is in a long stationary position at home (lying in bed, sitting in a chair, etc.). The device is made in the form of a rectangular or oval plate placed under the mattress of the patient’s bed, under the back of the chair, etc. The expected technical effect is achieved due to the fact that in the well-known telemetric medical device containing a unit for measuring biomedical parameters and a mobility meter based on a 3D accelerometer, as well as a unit for monitoring the power supply from the battery and radio modems in the GHz and megahertz ranges, a unit for measuring biomedical parameters made in the form of a block of ballistic cardiographic measurements, containing a series-connected micromotion sensor, made and pezoplenke metallized or ceramic piezoelectric elements, the pre-filtering blocks and amplification and analog-to-digital converter, a microcontroller configured with two additional inputs that are connected to the outputs, respectively, block ballistokardiograficheskih measurement and mobility measurement unit based on the 3D-accelerometer. 2 s.p. f-ly, 2 ill.

Description

Настоящая полезная модель относится к технике биомедицинских измерений для контроля состояния сердечно-сосудистой системы человека и может быть использована для выявления аритмий, блокад, ишемии сердца и других критических (жизнеугрожающих) нарушений в работе сердца с использованием передачи данных измерений на центральную станцию для предупреждения и реагирования на факторы риска.This utility model relates to the technique of biomedical measurements for monitoring the state of the human cardiovascular system and can be used to detect arrhythmias, blockages, cardiac ischemia and other critical (life-threatening) cardiac abnormalities using the transmission of measurement data to a central station for prevention and response on risk factors.

Известно, например, из статьи Н.Н. Ломидзе и др. «Перспективы развития телемониторинга пациентов», «Вестник аритмологии», №83, 2016, с. 44-50 со ссылкой на данные научного центра РАМН им. Бакулева, что в структуре общей смертности населения России болезни системы кровообращения составляют 56,5%. Причиной более 50% смертности от этих болезней и 29,1% общей смертности в России служит ишемическая болезнь сердца. Одной из главных проблем кардиологии и кардиохирургии была и остается внезапная сердечная смерть (ВСС), от которой в России ежегодно умирают более 350 тыс. человек. Причем во многих случаях смерть наступает во время сна. При этом причиной ВСС почти в 80% случаев являются фатальные желудочковые тахиаритмии. Естественно поэтому, что созданию медтехники для борьбы с ВСС уделяется большое внимание как со стороны медицинской науки, так и со стороны технических наук.It is known, for example, from an article by N.N. Lomidze et al. “Prospects for the development of patient telemonitoring”, “Bulletin of Arrhythmology”, No. 83, 2016, p. 44-50 with reference to the data of the scientific center of RAMS them. Bakuleva, that in the structure of the total mortality of the Russian population the diseases of the circulatory system account for 56.5%. The cause of more than 50% of mortality from these diseases and 29.1% of total mortality in Russia is coronary heart disease. One of the main problems of cardiology and cardiac surgery was and remains sudden cardiac death (BCC), from which more than 350 thousand people die every year in Russia. Moreover, in many cases, death occurs during sleep. In this case, fatal ventricular tachyarrhythmias are the cause of SCD in almost 80% of cases. Naturally, therefore, that the creation of medical equipment to combat SCD is given great attention both from the side of medical science, and from the side of technical sciences.

Как отмечается в вышеупомянутой статье, одним из перспективных направлений является дистанционный мониторинг состояния пациентов с имплантированными антиаритмическими устройствами. Для клиник и их пациентов с электрокардиостимуляторами (ЭКС) и имплантируемыми кардиовертерами-дефибрилляторами (ИКД) создается замкнутая информационная сеть пациент - сервисный центр - врач - пациент, которая обеспечивает принципиально новый уровень диагностики и оптимизации электротерапии сердца. В такой сети имплантаты снабжены телеметрической связью с прибором, находящимся у пациента. Этот прибор обеспечивает передачу в сервисный центр данных о функционировании имплантированной системы и обширной информации о состоянии пациента. Благодаря использованию телеметрических функций имплантатов, мобильных передающих устройств и развитию информационных сетей на базе Интернета, мониторинг состояния пациента перестает ограничиваться процедурами амбулаторного осмотра в клинике, охватывая периоды между ними и стремясь в перспективе к непрерывному (on-line) режиму. Это открывает возможности применения новых лечебных подходов, значительно расширяющих круг пациентов, находящихся под амбулаторным наблюдением, и сокращающих число визитов пациентов в клинику.As noted in the above article, one of the promising areas is remote monitoring of the condition of patients with implanted antiarrhythmic devices. For clinics and their patients with pacemakers (EX) and implantable cardioverter-defibrillators (ICDs), a closed patient-service center-doctor-patient information network is created, which provides a completely new level of diagnosis and optimization of heart electrotherapy. In such a network, the implants are equipped with a telemetric connection with the device located in the patient. This device provides transmission to the service center of data on the functioning of the implanted system and extensive information about the patient's condition. Due to the use of the telemetric functions of implants, mobile transmitting devices and the development of Internet-based information networks, monitoring of the patient's condition is no longer limited to outpatient examination procedures in the clinic, covering the periods between them and tending in the long run to a continuous (on-line) mode. This opens up the possibility of applying new therapeutic approaches, significantly expanding the circle of patients under outpatient monitoring and reducing the number of patient visits to the clinic.

Недостатком метода, основанного на применении имплантируемых ЭКС и ИКД, является возможность их применения лишь для особой категории пациентов, находящихся под постоянным индивидуальным контролем врачей больницы. В реальной жизни угрозе ВСС подвержено значительно большее количество людей. При этом перечень сведений, требующихся кардиологу для принятия правильного решения, должен быть существенно обширнее, чем может обеспечить имплантируемый прибор. Причем имплантация ЭКС и ИКД относится к инвазивным методам диагностики, имеющим определенные ограничения по сравнению с неинвазивными методами кардиодиагностики.The disadvantage of the method based on the use of implantable ECS and ICD is the possibility of their use only for a special category of patients under the constant individual supervision of hospital doctors. In real life, a significantly larger number of people are exposed to SCD. In this case, the list of information required by a cardiologist to make the right decision should be significantly more extensive than the implantable device can provide. Moreover, implantation of ECS and ICD refers to invasive diagnostic methods that have certain limitations in comparison with non-invasive methods of cardiac diagnostics.

На устранение указанных недостатков направлена ранее полученная заявителем полезная модель по патенту №164155 «Носимый телеметрический прибор для кардиореспираторного мониторирования», А61В 5/0404, G08B 25/10.The utility model previously obtained by the applicant according to patent No. 164155 “Wearable telemetric device for cardiorespiratory monitoring”, A61B 5/0404, G08B 25/10, was directed to eliminate these drawbacks.

Согласно этому патенту, прибор содержит блок измерения электрокардиограммы (ЭКГ), выполненный с возможностью подключения, как минимум, трех электродов, энергонезависимую память, радиомодем мегагерцового (МГц) диапазона, клавиатуру, дисплей, блок звукового оповещения и первый микроконтроллер, связанный с блоком измерения ЭКГ, а также второй микроконтроллер, измеритель подвижности на базе 3D-акселерометра, блок управления и контроля питания от аккумуляторной батареи, радиомодем гигагерцового (ГГц) диапазона, многоканальный блок сопряжения, выполненный с возможностями измерения биомедицинских параметров от установленных на теле пациента датчиков, в том числе от измерителя частоты дыхания (ЧД), сатурации (пульсоксиметра) и неинвазивного измерителя артериального давления.According to this patent, the device contains an electrocardiogram (ECG) measurement unit configured to connect at least three electrodes, a non-volatile memory, a megahertz (MHz) radio modem, a keyboard, a display, a sound notification unit, and a first microcontroller associated with the ECG measurement unit as well as a second microcontroller, a mobility meter based on a 3D accelerometer, a control and monitoring unit for battery power, a gigahertz (GHz) radio modem, a multi-channel interface unit Configured to measure biomedical parameters from patient mounted sensors on the body, including the rate of respiration meter (BH), saturation (pulse oximetry), and noninvasive blood pressure monitor.

Технический результат, который достигается при использовании указанной полезной модели, заключается в повышении вероятности достоверного и своевременного выявления и предупреждения обострения состояния кардиологического пациента за счет комплексного применения разнообразных кардиореспираторных датчиков и возможности индивидуальной подстройки порогов достижения критических уровней, указывающих на необходимость принятия предупредительных или экстренных мер реагирования.The technical result achieved by using the indicated utility model is to increase the likelihood of reliable and timely detection and prevention of an exacerbation of the condition of a cardiological patient due to the integrated use of various cardiorespiratory sensors and the possibility of individual adjustment of thresholds for reaching critical levels, indicating the need for precautionary or emergency response measures .

На базе описанного носимого телеметрического прибора - телеметрона предприятием-заявителем была предложена система кардиомониторинга, предупреждения и действий в критических ситуациях (заявка на изобретение RU №2016116562, А61В 5/0404, G08B 25/10).On the basis of the described portable telemetry device - telemetron, the applicant company proposed a system for cardiomonitoring, warning and action in critical situations (patent application RU No. 2016116562, АВВ 5/0404, G08B 25/10).

Эта система предназначена для высокопрофессионального кардиологического контроля состояния пациента при нахождении его в стенах стационара и в ближайшей околобольничной или парковой зоне, в реабилитационном центре или санаторно-курортного учреждении. В системе используется комбинированная внутриобъектовая радиосеть, которая включает в себя радиоканал малого радиуса действия ГГц диапазона, например, сеть WiFi - для работы внутри помещений, находящихся в зоне действия этой сети, и радиоканал большего радиуса действия, работающий в одной из разрешенных полос частот МГц диапазона (433 или 868 МГц), выделенных для так называемых «устройств малой дальности действия». При нахождении пациента в зоне действия WiFi " сети «дальний» МГц радиоканал находится в "спящем" режиме и автоматически включается при выходе пациента из зоны действия сети ГГц диапазона. Поскольку мощность излучения в таких МГц радиоканалах на два порядка ниже, чем в стандартных GSM-сетях, то соответственно меньше и энергопотребление, а, следовательно, срок действия (без подзарядки) аккумуляторной батареи, входящей в мобильный комплект пациента. При этом практически полностью устраняется риск потери связи из-за перегрузки трафика, характерный для GSM сетей общего пользования, и отпадает необходимость в оплате услуг оператора сотовой сети. Внедрение указанной системы позволяет перенести принцип работы реанимационного отделения больницы на всю больничную и околобольничную территорию, что дает возможность существенно снизить уровень опасности ВСС кардиобольных после перевода их из реанимационного отделения в обычную больничную палату и разрешения прогулок.This system is designed for highly professional cardiological monitoring of the patient's condition when he is in the walls of the hospital and in the nearest hospital or park area, in a rehabilitation center or sanatorium. The system uses a combined intra-site radio network that includes a short-range radio channel of the GHz range, for example, a WiFi network — for indoor use within the coverage area of this network, and a longer-range radio channel operating in one of the allowed frequency bands of the MHz range (433 or 868 MHz) allocated for the so-called "short-range devices." When the patient is in the WiFi zone of the “distant” MHz network, the radio channel is in sleep mode and automatically turns on when the patient leaves the zone of the GHz network. Since the radiation power in such MHz radio channels is two orders of magnitude lower than in standard GSM networks, then correspondingly less power consumption, and, consequently, the period of validity (without recharging) of the battery included in the patient’s mobile kit, while the risk of loss of communication due to traffic congestion is almost completely eliminated, the nature For GSM public networks, there is no need to pay for the services of a cellular network operator.The introduction of this system allows you to transfer the principle of operation of the resuscitation department of the hospital to the entire hospital and hospital area, which makes it possible to significantly reduce the risk of cardiac patients with SCD after moving them from the resuscitation department to ordinary hospital room and walk permits.

Однако, после выписки больного и возвращения его в домашние условия это достоинство системы теряется, поскольку по экономическим соображениям используемый в системе центр контроля (кардиомониторинга) состояния пациентов не может быть развернут на территории проживания больного - ни в многоквартирном доме, ни даже в масштабах городского микрорайона. Соответственно, в критической ситуации, например, при появлении у находящегося в домашних условиях больного жизнеугрожающей аритмии, приводящей в считанные минуты к ВСС, он может остаться без необходимой ему экстренной медицинской помощи.However, after the patient is discharged and returned to home conditions, this advantage of the system is lost, because for economic reasons the center for monitoring (cardiomonitoring) used in the system cannot be deployed in the patient’s area of residence - not in an apartment building, or even on a city-wide scale . Accordingly, in a critical situation, for example, when a patient who is at home having a life-threatening arrhythmia that leads to SCD in a matter of minutes, he may be left without the emergency medical assistance he needs.

Особенно остро этот недостаток проявляется при больших удалениях места проживания пациента от больницы. В городах-миллионниках (Москва, С.-Петербург и др.) и без того непростая ситуация с оказанием своевременной кардиологической помощи пациенту, находящемуся в критическом состоянии под угрозой ВСС, усугубляется сложностью передвижения машин скорой помощи из-за уличных пробок. Соответственно, даже имея исчерпывающую биомедицинскую информацию о критическом состоянии больного, врач, в таких ситуациях практически лишен возможности спасти ему жизнь.This drawback is especially acute with large distances to the patient’s place of residence from the hospital. In million-plus cities (Moscow, St. Petersburg, etc.), the already difficult situation with the provision of timely cardiological care to a patient who is in critical condition under threat of BCC is compounded by the complexity of ambulance movements due to street traffic jams. Accordingly, even having comprehensive biomedical information about the critical condition of the patient, the doctor, in such situations, is practically deprived of the opportunity to save his life.

Решение этой проблемы предложено авторами настоящей заявки в ранее поданной ими заявке на изобретение, «Радиоканальная система обеспечения безопасности жителей микрорайона», RU №2016139648 Ю, G08B 25/10, А61В 5/0404.The solution to this problem is proposed by the authors of this application in their previously filed application for an invention, “Radio-channel system for ensuring the safety of residents of the microdistrict,” RU No. 2016139648 Yu, G08B 25/10, A61B 5/0404.

Суть этого предложения заключается в том, что на территории микрорайона, в котором проживает кардиобольной, например, в одном из многоквартирных домов или в отдельно стоящем строении размещается центральная (базовая) станция, условно называемая далее колл-центр, в состав оборудования которого входят приемный модуль сети МГц диапазона, выполненный с возможностью приема по этой сети от находящегося у больного телеметрона тревожных извещений об угрозе ВСС, и пульт дежурного, содержащий блок цифровой обработки, связанный с комплектом периферийных устройств. На постоянном дежурстве в указанном колл-центре находится дежурный персонал, в любое время суток готовый принять от больного тревожное сообщение об угрозе ВСС и оказать ему первую медицинскую помощь, одновременно оповестив об этом врача-кардиолога, находящегося в больнице, к которой прикреплен данный больной, либо на ближайшей подстанции скорой помощи. Поскольку указанный колл-центр расположен внутри микрорайона, т.е. на расстоянии шаговой доступности от пациента, дежурный имеет возможность оперативно (в течение 4-5 минут) прибыть к больному и своевременно оказать ему первую медицинскую помощь.The essence of this proposal is that in the microdistrict in which the cardiac patient lives, for example, in one of the apartment buildings or in a separate building, there is a central (base) station, hereinafter referred to as a call center, the equipment of which includes a receiving module MHz band network, configured to receive alarm signals of a BCC threat from a telemetron patient located on the patient’s network, and an attendant console containing a digital processing unit associated with a set of peripherals Riina devices. On-call staff is constantly on duty at the indicated call center, ready at any time to receive an alarm message from the patient about the threat of BCC and provide him with first aid, at the same time notifying the cardiologist who is in the hospital to which the patient is attached, or at the nearest ambulance substation. Since the said call center is located inside the microdistrict, i.e. at a distance of walking distance from the patient, the attendant has the opportunity to quickly (within 4-5 minutes) arrive at the patient and provide him with first aid.

Однако, при таком варианте применения телеметрон по патенту №164155 является слишком сложным, дорогостоящим и по своим функциональным возможностям избыточным устройством. Кроме того, конструктивное выполнение прибора в виде блока, носимого в элементах одежды, с проводами, «опутывающими» тело пациента, также нельзя признать рациональным решением для повседневной жизни человека. К тому же в условиях крайнего дефицита времени, характерного для жизнеугрожающих ситуаций, прибор должен принимать решение в триггерном режиме, т.е. автоматически без вмешательства человека - путем сравнения показаний датчиков с порогами критического состояния больного. Применение же множества датчиков биомедицинских параметров, не позволяет реализовать автоматический режим и неизбежно приводит к возрастанию ложных тревог, а следовательно - к снижению функциональной надежности прибора. Неэффективными в указанной ситуации становятся блоки измерения ЭКГ, параметров дыхания, сатурации, артериального давления. В тоже время крайне востребованным остается датчик подвижности пациента на базе 3D-акселерометра. То есть, очевидной становится необходимость упрощения прибора с сохранением наиболее важных для описанного выше применения функций.However, with this application, the telemetron according to patent No. 164155 is too complex, expensive and in its functionality a redundant device. In addition, the constructive implementation of the device in the form of a unit worn in clothing elements, with wires "entangling" the patient’s body, also cannot be recognized as a rational solution for everyday life. In addition, in conditions of extreme time deficit characteristic of life-threatening situations, the device must make a decision in the trigger mode, i.e. automatically without human intervention - by comparing the readings of the sensors with thresholds of the critical condition of the patient. The use of many sensors of biomedical parameters does not allow to realize the automatic mode and inevitably leads to an increase in false alarms, and therefore to a decrease in the functional reliability of the device. The blocks of ECG measurement, respiration parameters, saturation, blood pressure become ineffective in this situation. At the same time, the patient mobility sensor based on the 3D accelerometer remains extremely popular. That is, it becomes obvious the need to simplify the device while maintaining the most important functions for the application described above.

Одно из возможных технических решений, направленных на решение указанной задачи, было предложено авторами в заявке на полезную модель «Носимый медицинский телеметрический прибор» №2017111768, А61В 5/11, G08B 25/10. Это решение основано на измерении параметров периферического капиллярного кровотока, измеряемых с методом фотоплетизмографии, при котором в качестве источника биомедицинской информации используется пальцевой фотоплетизморецептор. В качестве основных индикативных параметров используются ЧСС и параметры пульсовых волн. Измеряемые фотоплетизмометром параметры достаточно стабильны и позволяют с большой вероятностью в полностью автоматическом режиме распознать жизнеугрожающую ситуацию. Фотоплетизмограф относится, однако, к контактным датчикам, удобным для применения в периоды бодрствования человека, например, при занятиях лечебной физкультурой, использовании тренажеров и других физических нагрузках. Во время сна и в других статичных положениях, в которых люди, особенно пожилого возраста, находятся значительную часть времени, более удобны для практического применения бесконтактные методы измерений параметров сердечно-сосудистой системы.One of the possible technical solutions aimed at solving this problem was proposed by the authors in the application for the utility model “Wearable medical telemetry device” No. 2017111768, A61B 5/11, G08B 25/10. This decision is based on measuring the parameters of peripheral capillary blood flow, measured using the photoplethysmography method, in which finger photoplethysmoreceptor is used as a source of biomedical information. As the main indicative parameters, heart rate and pulse wave parameters are used. The parameters measured by the photoplethysmometer are quite stable and make it possible with a high probability to recognize a life-threatening situation in a fully automatic mode. Photoplethysmograph refers, however, to contact sensors convenient for use during periods of human wakefulness, for example, during physical therapy exercises, the use of simulators and other physical activities. During sleep and in other static situations in which people, especially the elderly, spend a significant part of the time, non-contact methods of measuring the parameters of the cardiovascular system are more convenient for practical use.

Среди этих методов наибольший интерес для рассматриваемой сферы применения (см. выше) представляет метод баллистокардиографии, заключающийся в регистрация микродвижений тела человека, связанных с сердечными сокращениями и перемещением крови в крупных сосудах.Among these methods, the most interesting for the scope of application (see above) is the ballistocardiography method, which consists in recording micromotion of the human body associated with cardiac contractions and the movement of blood in large vessels.

Несмотря на простоту баллистокардиографических приборов, и методов анализа и интерпретации полученных данных, у нас в стране этот метод не получил широкого распространения в практической медицине, хотя он является незаменимым методом при скрининге больных с патологией сердца для выявления жизнеугрожающих ситуаций (как дополнение к ЭКГ). К примеру, в Германии страховые агенты в обязательном порядке требуют от своих пациентов баллистокардиограмму (БКГ), так как это позволяет страховой компании не тратиться на пациентов, которые с большой вероятностью могут в ближайшем времени умереть от нарушения работы сердца (https://cribs.me).Despite the simplicity of ballistic cardiographic instruments, and the methods of analysis and interpretation of the data obtained, in our country this method is not widely used in practical medicine, although it is an indispensable method for screening patients with heart pathology to identify life-threatening situations (as an addition to ECG). For example, in Germany, insurance agents without fail require a ballistic cardiogram (BCG) from their patients, as this allows the insurance company not to splurge on patients who are likely to die from heart failure in the near future (https: // cribs. me).

Один из первых патентов на баллистокардиограф у нас в стране был зарегистрирован в конце 50-х годов (см., например, авторское свидетельство СССР №127359). Описанное в нем устройство представляет собой приставку к электрокардиографу, содержащую индукционную катушку с магнитным сердечником, перемещения которого в зависимости от микродвижений испытуемого, связанных с сердечными сокращениями, вызывают в катушке сигналы индуктивного напряжения, подаваемые на кардиограф. При этом в нем с целью устранения вносимых при измерении искажений в качестве подставки под ноги применены ролики, планка с магнитом крепится непосредственно к ногам, а индукционная катушка укрепляется на штативе стационарно (http://www.findpatent.ru/patent/12/1273 59.html). Этот прибор не нашел, однако, широкого применения в медицинской практике из-за своей громоздкости и значительно меньшей информативности по сравнению с современными моделями электрокардиографов.One of the first patents for a ballistic cardiograph in our country was registered at the end of the 50s (see, for example, USSR copyright certificate No. 127359). The device described therein is an attachment to an electrocardiograph containing an induction coil with a magnetic core, the movements of which, depending on the micromotions of the test subject associated with heart contractions, cause inductive voltage signals supplied to the cardiograph in the coil. At the same time, in order to eliminate distortions introduced during the measurement, rollers are used as a stand for the legs, the bar with the magnet is attached directly to the legs, and the induction coil is mounted on a tripod permanently (http://www.findpatent.ru/patent/12/1273 59.html). This device, however, did not find wide application in medical practice because of its cumbersomeness and significantly lower information content compared to modern models of electrocardiographs.

Другим недостатком большинства существующих способов расчета ЧСС по баллистокардиографическим сигналам является то, что они могут дать оценку ЧСС лишь в интервале времени в несколько секунд. В то же время приложения в области регистрации стрессового состояния во время сна или апноэ сна, сердечной недостаточности и т.д. требуют информации об изменении ЧСС между последовательными сокращениями сердца, т.е. усредненной оценки в течение некоторого периода времени недостаточно. Кроме того, для проведения точного анализа указанные способы требуют регулярности сердечных сокращений в данном интервале времени. В этой связи наличие определенной аритмии, такой как эктопические сокращения или перебои в работе сердца, либо искажают оценку ЧСС, либо просто остаются незамеченными. Таким образом, может быть обнаружена лишь низкочастотная составляющая изменения частоты пульса.Another drawback of most existing methods for calculating heart rate from ballistic cardiographic signals is that they can give an estimate of heart rate only in a time interval of several seconds. At the same time, applications in the field of recording stress during sleep or sleep apnea, heart failure, etc. require information on the change in heart rate between consecutive heart contractions, i.e. averaging over a period of time is not enough. In addition, to conduct an accurate analysis of these methods require regular heart rate in this time interval. In this regard, the presence of a certain arrhythmia, such as ectopic contractions or interruptions in the work of the heart, either distort the assessment of heart rate, or simply go unnoticed. Thus, only the low-frequency component of the change in heart rate can be detected.

Попытка устранить указанные ограничения в развитии баллистокардиографических методов клинической диагностики у нас в стране была предпринята специалистами компании Конинклейке Филипс Электронике Н.В. (Голл.). В мае 2014 г. был опубликован зарегистрированный ими в Российской Федерации патент на изобретение «Способ и устройство анализа баллистокардиографических сигналов», RU №2517583, А61В 5/11, в котором содержатся:An attempt to eliminate these limitations in the development of ballistic cardiographic methods of clinical diagnosis in our country was undertaken by specialists of Koninkleike Philips Electronics N.V. (Gaul.). In May 2014, the patent for the invention “Method and device for the analysis of ballistic cardiographic signals”, registered by them in the Russian Federation, RU No. 2517583, А61В 5/11 was published, which contains:

способ анализа баллистокардиографического сигнала для определения ЧСС, включающий в себя определение оценочного начального временного значения для первого сокращения сердца в баллистокардиографическом сигнале и итерационное вычисление оценочных значений для последующих сокращений сердца в баллистокардиографическом сигнале,a method for analyzing a ballistic cardiographic signal for determining heart rate, including determining an estimated initial time value for a first heart beat in a ballistic cardiographic signal and iteratively calculating estimated values for subsequent heart contractions in a ballistic cardiographic signal,

компьютерный программный продукт, содержащий управляющую программу, выполненную на компьютере или процессоре с возможностью реализации этапов вышеуказанного способа,a computer program product containing a control program executed on a computer or processor with the possibility of implementing the steps of the above method,

устройство для использования совместно с блоком измерения баллистокардиографического сигнала у пациента, содержащее средство получения баллистокардиографического сигнала от указанного блока; и средство обработки информации для реализации вышеописанного способа применительно к полученному баллистокардиографическому сигналу.a device for use in conjunction with a unit for measuring a ballistic cardiographic signal in a patient, comprising means for receiving a ballistic cardiographic signal from said unit; and information processing means for implementing the above method as applied to the received ballistic cardiographic signal.

Как следует из описания к этому патенту, указанное техническое решение направлено на достижение с помощью анализа БКГ столь же высокой информативности, что и при анализе ЭКГ. Однако, такая постановка задачи относится к области чисто медицинского применения, выходящей за рамки настоящей заявки.As follows from the description of this patent, the specified technical solution is aimed at achieving, with the help of the analysis of BCG, the same high information content as in the analysis of the ECG. However, such a statement of the problem belongs to the field of purely medical use, which is beyond the scope of this application.

Заявитель описанного выше комплексного технического решения, по-видимому, полагал, что это изобретение позволит удовлетворить требованиям, выдвигаемым в вышеупомянутой области медицинской диагностики без использования электрокардиографов или других контактных медицинских приборов. Действительно, для получения требуемых сигналов необходим только один датчик. Способ достаточно устойчиво работает в ситуациях, при которых сигнал искажается незначительными артефактами движений и обладают достаточно высокой чувствительностью для идентификации паттернов проявления нерегулярностей сердечного цикла и дыхания, подобных аритмиям.The applicant of the complex technical solution described above, apparently, believed that this invention would satisfy the requirements of the aforementioned field of medical diagnostics without the use of electrocardiographs or other contact medical devices. Indeed, to obtain the required signals, only one sensor is needed. The method works stably enough in situations in which the signal is distorted by insignificant artifacts of movements and have a sufficiently high sensitivity to identify patterns of manifestation of irregularities in the heart cycle and respiration, similar to arrhythmias.

Кроме того, способ может быть использован для оценки ЧСС практически в реальном масштабе времени, лишь с задержкой на интервал времени, необходимый для выполнения долгосрочного прогноза и вычислений.In addition, the method can be used to estimate heart rate in almost real time, only with a delay for the time interval necessary to perform long-term forecast and calculations.

Действительно, из анализа различных информационных источников видно, что в последние годы за рубежом в больницах и хосписах бесконтактный телемониторинг на базе баллистокардиографии получает все большее распространение. В первую очередь он используется с целью своевременного выявления жизнеугрожающих состояний человека. Основным разработчиком и производителем таких систем является американская компания EarlySense Ltd. («EarlySense Strengthens Position as the Leader of Early Detection of Patient Deterioration)), www.earlysense.com.). Компания EarlySense Ltd. является обладателем десятков национальных и международных патентов на изобретения по этой тематике: US №8403865, А61В 5/08 «Prediction and monitoring of clinical episodes», US №8517953, A61B 5/08 «Techniques for prediction and monitoring of coughing-manifested clinical episodes», US №8491492, A61B 5/00, «Monitoring a condition of a subject» и др.Indeed, an analysis of various information sources shows that in recent years, contactless telemonitoring based on ballistic cardiography has become increasingly common in hospitals and hospices. First of all, it is used for the timely detection of life-threatening human conditions. The main developer and manufacturer of such systems is the American company EarlySense Ltd. (“EarlySense Strengthens Position as the Leader of Early Detection of Patient Deterioration)), www.earlysense.com.). EarlySense Ltd. is the owner of dozens of national and international patents for inventions on this subject: US No. 8403865, А61В 5/08 "Prediction and monitoring of clinical episodes", US No. 8517953, A61B 5/08 "Techniques for prediction and monitoring of coughing-manifested clinical episodes ", US No. 84491492, A61B 5/00," Monitoring a condition of a subject ", etc.

В сентябре 2015 года о начале реализации бесконтактной телемедицинской системы на базе технологии EarlySense для мониторинга сердечной деятельности и дыхания у пациентов, находящихся как в амбулаторных, так и в домашних условиях, объявила южнокорейская компания Samsung (www.medgadget.com).In September 2015, the South Korean company Samsung (www.medgadget.com) announced the start of the implementation of a contactless telemedicine system based on EarlySense technology for monitoring cardiac activity and breathing in patients in both outpatient and home settings.

Примерно в то же время выход на открытый рынок продукции медицинского характера анонсировала финская фирма Emfit Ltd - с бесконтактной телемедицинской системой Emfit QS (www.finlandhealth.fi, www.wearabletechnologyshow.net), использующей квазипьезоэлектрический датчик, размещаемый под матрацем и позволяющий передавать на смартфон по сети Wi-Fi, данные, характеризующие вариативность сердечного ритма, а также обнаруживать различные аномалии в дыхании и сердечной деятельности в течение всего периода сна человека (метания, приступы удушья, кашля, храп и т.п.).Around the same time, the Finnish company Emfit Ltd announced the entry into the open market of medical products - with the Emfit QS contactless telemedicine system (www.finlandhealth.fi, www.wearabletechnologyshow.net), which uses a quasi-piezoelectric sensor placed under the mattress and allowing it to be transmitted to a smartphone over Wi-Fi, data characterizing heart rate variability, as well as detecting various abnormalities in breathing and cardiac activity during the entire period of a person’s sleep (throwing, asthma attacks, coughing, snoring, etc.).

Недостатками баллистокардиографических устройств типа Emfit QS является то, что они позволяют индицировать с достаточной точностью лишь микродвижения тела человека при фиксированном положении его тела и не способны реагировать на макродвижения (типа сел, встал, лег, повернулся и т.п.), связанные с изменениями положения центра тяжести человека в системах «пациент-стул», «пациент-кровать». Для этого необходим более «грубый» датчик движений, например, акселерометр. Другим недостатком этого устройства является его неспособность анализировать полученную информацию с целью выявления жизнеугрожающих ситуаций, аналогично тому, как это делается в больницах и хосписах с помощью систем EarlySense.The disadvantages of ballistic cardiographic devices such as Emfit QS are that they allow to indicate with sufficient accuracy only micro-movements of a person’s body at a fixed position of his body and are not able to respond to macro-movements (such as sat down, stood up, lay down, turned, etc.) associated with changes the position of the center of gravity of the person in the "patient-chair", "patient-bed" systems. To do this, you need a “rougher” motion sensor, for example, an accelerometer. Another disadvantage of this device is its inability to analyze the information obtained in order to identify life-threatening situations, similar to how it is done in hospitals and hospices using EarlySense systems.

В результате проведенного патентного поиска, исходя из целевого назначения и наличия наибольшего количества сходных существенных признаков, на роль ближайшего аналога предлагаемой полезной модели был выбран вышеупомянутый носимый телеметрический прибор по патенту на полезную модель RU №164155 (см. выше). При этом область применения предлагаемого технического решения ограничивается описанными выше радиоканальными системами предупреждения и действий в критических ситуациях, связанных с жизнеугрожающими нарушениями дыхания и сердечной деятельности у пациентов, находящихся в домашних условиях.As a result of the patent search, based on the intended purpose and the presence of the greatest number of similar essential features, the aforementioned wearable telemetry device according to the patent for utility model RU No. 164155 (see above) was chosen as the closest analogue of the proposed utility model. Moreover, the scope of the proposed technical solution is limited to the above-described radio-channel warning systems and actions in critical situations associated with life-threatening respiratory and cardiac disturbances in patients at home.

Ожидаемый технический результат - повышение функциональной надежности таких устройств при решении главной задачи - снижения риска внезапной смерти пациента в периоды сна и при длительном нахождении в статических положениях (например, сидя в кресле). При этом надежность понимается как «комплексное свойство технического объекта выполнять заданные функции, сохраняя при определенных условиях эксплуатации в установленных пределах свои основные характеристики» (Большой Энциклопедический словарь, 2000).The expected technical result is an increase in the functional reliability of such devices when solving the main problem - reducing the risk of sudden death of the patient during sleep and for prolonged periods of time in static positions (for example, sitting in a chair). At the same time, reliability is understood as “the complex property of a technical object to perform specified functions, while preserving its basic characteristics within certain limits under certain operating conditions” (Big Encyclopedic Dictionary, 2000).

Данный технически эффект планируется достичь благодаря тому, что в известном телеметрическом медицинском устройстве, содержащем блок измерения биомедицинских параметров и измеритель подвижности на базе 3D-акселерометра, а также микроконтроллер, связанный с блоком контроля питания от аккумуляторной батареи, и с радиомодемами ГГц и МГц диапазонов, блок измерения биомедицинских параметров выполнен в виде блока измерения баллистокардиограммы, который содержит последовательно соединенные сенсор микродвижений, блок предварительного усиления, блок предварительной фильтрации и аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого является выходом блока баллистокардиографических измерений, а микроконтроллер выполнен с двумя дополнительными входами, а также с возможностью пороговой обработки информации и принятия по ее результатам решений, формируемых в виде тревожных извещений, при этом выходы блока баллистокардиографических измерений и блока измерения подвижности на базе ЗВ-акселерометра подключены, соответственно, к первому и второму дополнительным входам микроконтроллера, а все вышеупомянутые конструктивные элементы устройства встроены в плоский корпус, прямоугольной или овальной формы, размещаемый под матрацем в кровати, в которой спит пациент или в спинке кресла, в котором сидит этот пациент.This technical effect is planned to be achieved due to the fact that in the well-known telemetric medical device containing a unit for measuring biomedical parameters and a mobility meter based on a 3D accelerometer, as well as a microcontroller connected to a battery power control unit, and with GHz and MHz radio modems, the unit for measuring biomedical parameters is made in the form of a unit for measuring a ballistic cardiogram, which contains a micromotion sensor connected in series, a preliminary unit a pre-filtering unit and an analog-to-digital converter (ADC), the output of which is the output of a ballistic cardiographic measurement unit, and the microcontroller is made with two additional inputs, as well as with the possibility of threshold information processing and decision-making based on its results, formed in the form of alarm notifications, the outputs of the ballistic cardiographic measurement unit and the mobility measuring unit based on the ZV accelerometer are connected, respectively, to the first and second additional mic controller, and all of the above structural elements of the device are built into a flat case, rectangular or oval, placed under the mattress in the bed in which the patient is sleeping or in the back of the chair in which this patient is sitting.

При этом сенсор микродвижений может быть выполнен на металлизированной пьезопленке (повышенная чувствительность, простой конструктив) или на керамических пьзоэлементах (доступность, но хрупкость и сложный конструктив).In this case, the micromotion sensor can be made on a metallized piezoelectric film (increased sensitivity, simple construct) or on ceramic piezoelectric elements (accessibility, but fragility and complex construct).

Суть предлагаемой полезной модели поясняется на следующих рисунках (фиг. 1 - фиг. 3):The essence of the proposed utility model is illustrated in the following figures (Fig. 1 - Fig. 3):

На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого бесконтактного телеметрического медицинского устройства.In FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed contactless telemetric medical device.

На фиг. 2 приведена структурная схема блока баллистокардиографических измерений.In FIG. 2 shows a block diagram of a block of ballistic cardiographic measurements.

На фиг. 3 показано фото блока баллистокардиографических измерений с сенсорами и печатной платой, на которой расположены электронные компоненты предлагаемого устройства.In FIG. 3 shows a photo of a block of ballistic cardiographic measurements with sensors and a printed circuit board on which the electronic components of the device are located.

На указанных рисунках использованы следующие обозначения:The following notation is used in these figures:

1 - измеритель подвижности на базе 3D-акселерометра; 2 - блок баллистокардиографических измерений; 3 - сенсор микродвижений; 4 - блок предварительной фильтрации; 5 - блок предварительного усиления; 6 - АЦП; 7 - микроконтроллер; 8 - радиомодем ГГц диапазона; 9 - радиомодем МГц диапазона: 10 - блок контроля питания от аккумуляторной батареи.1 - a mobility meter based on a 3D accelerometer; 2 - block ballistic cardiographic measurements; 3 - micromotion sensor; 4 - pre-filtering unit; 5 - block pre-amplification; 6 - ADC; 7 - microcontroller; 8 - GHz radio modem; 9 - MHz radio modem: 10 - power control unit from the battery.

Рассматриваемое бесконтактное телеметрическое медицинское устройство содержит блок 2 баллистокардиографических измерений в виде последовательно соединенных сенсора 3 микродвижений, блока 4 предварительной фильтрации, блока 5 предварительного усиления и АЦП 6, выход которого является выходом блока 2 баллистокардиографических измерений, а также измеритель 1 подвижности на базе 3D-акселерометра, микроконтроллер 7, связанный с блоком 10 контроля питания от аккумуляторной батареи и с радиомодемами 8 ГГц диапазона и 9 МГц диапазона, при этом микроконтроллер 7 выполнен с двумя дополнительными входами, к которым подключены выходы блока 2 баллистокардиографических измерений и измерителя 1 подвижности на базе 3D-акселерометра, а все указанные выше узлы устройства находятся в корпусе, выполненном в виде плоской пластины прямоугольной или овальной формы, размещаемой в постели (под матрацем), в кресле (в спинке или под сидением) либо в других предметах мебели, на которых может лежать или сидеть пациент.The contactless telemetric medical device under consideration contains a block 2 of ballistic cardiographic measurements in the form of a series 3 micromotion sensor 3, a preliminary filtering unit 4, a preliminary amplification unit 5 and an ADC 6, the output of which is the output of a ballistic cardiographic measurement unit 2, as well as a mobility meter 1 based on a 3D accelerometer , the microcontroller 7, connected to the battery power control unit 10 and to the radio modems of the 8 GHz range and 9 MHz range, while the rocker controller 7 is made with two additional inputs, to which the outputs of the block 2 of ballistic cardiographic measurements and the mobility meter 1 based on the 3D accelerometer are connected, and all of the above nodes of the device are in the case, made in the form of a flat plate of rectangular or oval shape, placed in bed ( under the mattress), in an armchair (in the back or under the seat) or in other pieces of furniture on which the patient can lie or sit.

Сенсор 3 микродвижений может быть выполнен на металлизированной пьезопленке или на керамических пьзоэлементах.The micromotion sensor 3 can be made on a metallized piezoelectric film or on ceramic piezoelectric elements.

В качестве измерителя 1 подвижности на базе 3D-акселерометра, как и в ближайшем аналоге, может быть использована модель MMA8652FCR1. Выбор данного акселерометра определяется малым энергопотреблением и наличием встроенной функции определения начала движения. В качестве сенсора 3 микродвижений может быть использован пьезоэлемент KFPO CBC4108BAL-1607. Его собственная емкость 80 нФ, толщина 0,23 мм и диаметр 41 мм. Для обеспечения приемлемой частотной характеристики входное сопротивление сенсора должно быть порядка 50 Мом. На основе указанных элементов был разработан и испытан блок 2 баллистокардиографических измерений SENSEA1 (фиг. 3), обеспечивший приемлемые для работы в составе рассматриваемого устройства технические характеристики.As a mobility meter 1 based on a 3D accelerometer, as in the closest analogue, the model MMA8652FCR1 can be used. The choice of this accelerometer is determined by low power consumption and the presence of a built-in function to determine the beginning of movement. As a sensor 3 micromotion can be used piezoelectric element KFPO CBC4108BAL-1607. Its own capacitance is 80 nF, a thickness of 0.23 mm and a diameter of 41 mm. To ensure an acceptable frequency response, the input resistance of the sensor should be of the order of 50 MΩ. On the basis of these elements, block 2 of ballistic cardiographic measurements SENSEA1 was developed and tested (Fig. 3), which ensured technical characteristics acceptable for operation as part of the device in question.

Радиомодем 9 МГц диапазона может быть реализован на базе трансивера SX1272, отличительными особенностями которого являются:The 9 MHz radio modem can be implemented on the basis of the SX1272 transceiver, the distinguishing features of which are:

высокая чувствительность;high sensitivity;

широкий диапазон измерения и регулирования уровня мощности принимаемого сигнала;wide range of measurement and regulation of the received signal power level;

возможность работы без ухудшения параметров при низком (до 1,8 В) напряжении питания;the ability to work without degradation at low (up to 1.8 V) supply voltage;

применение технологии Frequency Hopping ("прыгания по частотам") и LBT ("прослушивания эфира перед передачей"), позволяющих эффективно использовать ограниченный частотный диапазон, избегать коллизий при множественном доступе и бороться с "замиранием" сигналов из-за интерференции.the use of Frequency Hopping technology (“jumping over frequencies”) and LBT (“listening to the air before transmission”), which allow efficient use of a limited frequency range, avoid collisions with multiple access and fight against “fading” of signals due to interference.

Остальные элементы устройства широко применяются в различных конструкциях малогабаритных мобильных телефонов и аналогичных радиочастотных устройств малой дальности действия.The remaining elements of the device are widely used in various designs of small-sized mobile phones and similar short-range radio frequency devices.

Программное обеспечение (ПО) прибора может быть реализовано на базе составной части ПО устройства, выбранного в качестве ближайшего аналога -телеметрона по патенту №164155.The software (software) of the device can be implemented on the basis of a component of the software of the device selected as the closest analogue to the telemetron according to patent No. 164155.

Таким образом, возможность программно-аппаратной реализации прибора не вызывает сомнений.Thus, the possibility of software and hardware implementation of the device is not in doubt.

Рассматриваемое бесконтактное телеметрическое медицинское устройство работает следующим образом.Consider a non-contact telemetric medical device operates as follows.

Прибор выполняет свои функции, когда пациент сидит (на стуле, в кресле и т.п.) или лежит (на кровати, кушетке и т.п.). Движения пациента изменяют положение центра тяжести в системах «пациент-стул», «пациент-кровать» за счет упругой деформации стула или кровати, соответственно. Эти изменения могут происходить резко с большой амплитудой (макродвижения - сел, встал, лег, повернулся, упал и т.п.) либо относительно плавно с малой амплитудой (микродвижения) - в процессе дыхания пациента и работы его сердечнососудистой системы, вследствие отдачи при выбросе крови из сердца в аорту, легочную артерию и движения крови по сосудистому руслу. Эти микродвижения регистрируются в форме кривой - БКГ, аналогичной ЭКГ, но без контакта с телом пациента. При нарушениях в дыхании и сердечнососудистой деятельности вид этой кривой изменяется.The device performs its functions when the patient is sitting (on a chair, in a chair, etc.) or lying (on a bed, couch, etc.). The movements of the patient change the position of the center of gravity in the patient-chair, patient-bed systems due to the elastic deformation of the chair or bed, respectively. These changes can occur sharply with a large amplitude (macro-movement - sat down, stood up, lay down, turned, fell, etc.) or relatively smoothly with a small amplitude (micro-movement) - during the patient’s breathing and the work of his cardiovascular system, due to recoil during ejection blood from the heart to the aorta, pulmonary artery, and blood movements along the vascular bed. These micro-movements are recorded in the form of a curve - BCG, similar to an ECG, but without contact with the patient's body. With disturbances in breathing and cardiovascular activity, the appearance of this curve changes.

Соответственно, в устройстве используются два вида датчиков движений: макродвижения фиксируются с помощью измерителя 1 подвижности на базе 3D-акселерометра (трехосевого) и блока 2 баллистокардиографических измерений (фиг. 1), включающего в себя сенсор 3 микродвижений, блок 4 предварительной фильтрации, блок 5 предварительного усиления и АЦП 6 (фиг. 2). Все микродвижения находятся за пределами чувствительности акселерометра, но могут быть достаточно точно измерены с помощью пьезоэлектрических элементов с использованием для усиления механического элемента типа мембраны, обладающего более низким по отношению к поверхности стула и кровати коэффициентом упругости. В результате такой сенсор 3 микродвижений подобен барабану, но с очень узкой обечайкой (верхняя мембрана, проставка по периметру, дно). С выхода сенсора 3 микродвижений электрические сигналы с полосой частой от 0,05 Гц - для дыхания до 3-4 Гц - для сердечных сокращений отфильтровываются в блоке 4 предварительной фильтрации, усиливаются по амплитуде в блоке 5 предварительного усиления, дискретизируются и подвергаются многопороговой по амплитуде обработке в АЦП 6, после чего подаются на один из дополнительных входов микроконтроллера 7. На другой дополнительный вход микроконтроллера 7 подается сигнал с измерителя подвижности 1 на базе 3D-акселерометра. ПО микроконтроллера 7 позволяет осуществить дальнейшую цифровую фильтрацию и обработку цифровых данных, в результате которых выделяются компоненты, соответствующие микродвижениям, связанным с работой сердца, микродвижениям, связанным с дыханием, и компонента, соответствующая макродвижениям, связанным с резким изменением положения центра тяжести пациента (сел, лег и т.п.). Алгоритмы дальнейшей цифровой обработки выделенных фильтрами компонент сигнала заключаются в выделении на БКГ характерных зубцов, измерении их амплитудных значений, сравнении с хранящимися в памяти микроконтроллера 7 пороговыми значениями и принятии решений о возможности наступления критической (жизнеугрожающей) ситуации с пациентом.Accordingly, two types of motion sensors are used in the device: macro-movements are recorded using a mobility meter 1 based on a 3D accelerometer (three-axis) and ballistic cardiographic measurement unit 2 (Fig. 1), which includes a micromotion sensor 3, preliminary filtering unit 4, block 5 pre-amplification and ADC 6 (Fig. 2). All micromotion is outside the sensitivity of the accelerometer, but can be measured quite accurately using piezoelectric elements using a membrane type to strengthen the mechanical element, which has a lower coefficient of elasticity with respect to the surface of the chair and bed. As a result, such a micromotion sensor 3 is similar to a drum, but with a very narrow rim (upper membrane, spacer along the perimeter, bottom). From the output of the 3 micromotion sensor, electrical signals with a frequency band from 0.05 Hz - for breathing up to 3-4 Hz - for heartbeats are filtered out in the pre-filtering unit 4, amplified by amplitude in the pre-amplification unit 5, sampled and subjected to multi-threshold amplitude processing in the ADC 6, after which they are fed to one of the additional inputs of the microcontroller 7. The signal from the mobility meter 1 based on a 3D accelerometer is fed to the other additional input of the microcontroller 7. The microcontroller 7 software allows further digital filtering and processing of digital data, as a result of which components corresponding to micromotion associated with the work of the heart, micromotion associated with breathing, and a component corresponding to macro motions associated with a sharp change in the position of the patient’s center of gravity (villages, lay down, etc.). Algorithms for further digital processing of the signal components selected by the filters consist in extracting characteristic teeth on the BCG, measuring their amplitude values, comparing with threshold values stored in the microcontroller 7 and making decisions about the possibility of a critical (life-threatening) situation with the patient.

Как известно («Баллистокардиография», https://cribs.me), на БКГ обычно выделяют зубцы, отражающие систолу предсердия (зубцы F и G), систолу желудочков (зубцы H, I, J, K) и зубцы, отражающие диастолу желудочков (L, M, N). В частности, зубец Н отражает фазу изометрического сокращения, зубец I - фазу быстрого изгнания крови, зубец J - фазу медленного изгнания крови как результат удара крови о бифуркацию аорты, зубец К - окончание фазы медленного изгнания крови, зубец L - фазу изометрического расслабления, зубец М - фазу быстрого наполнения желудочков кровью, зубец N - фазу медленного наполнения кровью. Наибольшая амплитуда характерна для зубцов I, J и К (систолических зубцов). Амплитуда сегмента I-J во многом зависит от величины систолического объема, скорости изгнания крови, силы сердечного сокращения и амплитуды перемещения сердца. Чем ниже сила сердечных сокращений, тем меньше амплитуда зубцов БКГ и, особенно, зубцов I, J и К. При гиперфункции сердечной мышцы, например, при систематической физической нагрузке, амплитуда зубцов БКГ возрастает и это вполне нормальная реакция. Наиболее важным признаком нормального состояния сократительной функции сердца является соотношение амплитуды сегмента I-J на вдохе и на выдохе. При вдохе она в норме намного больше, чем на выдохе (при задержке дыхания). При патологии и снижении сократительной деятельности сердца эти дыхательные колебания исчезают.As is known (Ballistocardiography, https://cribs.me), BCG usually produces teeth that reflect atrial systole (F and G teeth), ventricular systole (H, I, J, K teeth) and teeth that reflect ventricular diastole (L, M, N). In particular, tooth H reflects the phase of isometric contraction, tooth I the phase of rapid expulsion of blood, tooth J the phase of slow expulsion of blood as a result of a blood stroke against aortic bifurcation, tooth K the end of the phase of slow expulsion of blood, tooth L the phase of isometric relaxation, tooth M - phase of rapid filling of the ventricles with blood, N wave - phase of slow filling of blood. The largest amplitude is characteristic for teeth I, J and K (systolic teeth). The amplitude of the I-J segment largely depends on the size of the systolic volume, the rate of blood expulsion, the strength of the heartbeat and the amplitude of the movement of the heart. The lower the heart rate, the lower the amplitude of the BCG teeth and, especially, the I, J and K. teeth. With hyperfunction of the heart muscle, for example, during systematic physical activity, the amplitude of the BCG teeth increases and this is a completely normal reaction. The most important sign of the normal state of the contractile function of the heart is the ratio of the amplitude of the I-J segment on inhalation and exhalation. When inhaling, it is normal much more than when exhaling (when holding the breath). With pathology and a decrease in contractile activity of the heart, these respiratory fluctuations disappear.

Пороговая обработка данных, характеризующих амплитуду зубцов на БКГ, позволяет достаточно надежно выявлять и различные степени угроз при инфарктах миокарда, миокардитах, ишемической болезни сердца (ИБС), а также прогнозировать состояние сократительной функции сердца пациента. Особенно важны данные БКГ для диагностики признаков ИБС: по данным ЭКГ это удается сделать в 18-20% случаев, в то время как с помощью БКГ - в 80-90% случаев.Threshold processing of data characterizing the amplitude of the teeth on BCG allows one to reliably identify various degrees of threats in myocardial infarction, myocarditis, coronary heart disease (CHD), as well as to predict the state of the contractile function of the patient’s heart. BCG data is especially important for diagnosing signs of coronary heart disease: according to ECG, this can be done in 18-20% of cases, while using BCG in 80-90% of cases.

При выявлении по данным пороговой обработки признаков жизнеугрожающей ситуации микроконтроллер 7 формирует тревожное сообщение и передает его с помощью радиомодема 8 ГГЦ диапазона (например, по сети Wi-Fi) или радиомодема 9 МГц диапазона по локальной радиосети. Сначала включается радиомодем 8 ГГц диапазона малого радиуса действия, питание на который подается по соответствующей цепи микроконтроллера 7 от аккумуляторной батареи (на рисунках не показана) через блок 10 контроля питания аккумуляторной батареи. Радиомодем 9 МГц в это время отключен от питания. Если удалось передать данное тревожное сообщение на какой-либо находящийся поблизости терминал, например, смартфон родственника пациента или его доверенного лица, то задача рассматриваемого устройства считается выполненной. После этого указанные лица могут оказать действенную помощь пациенту аналогично тому, как это описано в вышеупомянутой ранее заявке на изобретение RU №2016116562. Если же контакт устройства с указанными родственником или доверенным лицо по той или иной причине не состоялся, то по соответствующей команде с микроконтроллера 7 блок 10 контроля питания от аккумуляторной батареи отключает питание от радиомодема 8 ГГц диапазона и подключает питание к радиомодему 9 МГц диапазона, имеющему на порядок величины больший радиус действия, чем радиомодем 8 ГГц диапазона. В этом случае тревожное сообщение может быть принято персоналом пульта, находящегося в пределах микрорайона, который, находясь в зоне шаговой доступности от пациента, способен оказать ему экстренную помощь аналогично тому, как это описано, например, в заявке на изобретение RU №2017117457. Такая поочередная работа радиомодемов позволяет существенно увеличить время непрерывной (без подзарядки) службы аккумуляторной батареи, что также способствует повышению функциональной надежности работы всего устройства.If the microcontroller 7 generates an alarm message and transmits it using a 8 GHz radio modem (for example, via a Wi-Fi network) or a 9 MHz radio modem over a local radio network, if the signs of a life-threatening situation are detected according to the threshold processing data. First, the 8 GHz radio modem of the short-range range is turned on, the power of which is supplied through the corresponding circuit of the microcontroller 7 from the battery (not shown in the figures) through the battery power control unit 10. The 9 MHz radio modem is disconnected from the power at this time. If it was possible to transmit this alarm message to any nearby terminal, for example, a smartphone of a patient's relative or his authorized representative, then the task of the device in question is considered completed. After that, these persons can provide effective assistance to the patient in the same way as described in the above-mentioned application for invention RU No. 2016116562. If, for one reason or another, the device’s contact with the specified relative or authorized representative did not take place, then according to the appropriate command from the microcontroller 7, the battery power control unit 10 disconnects the power from the 8 GHz radio modem and connects the power to the 9 MHz radio modem having an order of magnitude greater radius of action than a radio modem of the 8 GHz range. In this case, an alarm message can be received by the personnel of the console located within the microdistrict, which, being in the walking distance from the patient, is able to provide emergency assistance in the same way as described, for example, in patent application RU No. 2017117457. Such alternate operation of radio modems can significantly increase the time of continuous (without recharging) battery service, which also helps to increase the functional reliability of the entire device.

Таким образом, описанная выше совокупность общих с ближайшим аналогом и отличительных существенных признаков позволяет достичь ожидаемого технического эффекта, заключающегося в повышении функциональной надежности работы рассматриваемого бесконтактного телеметрического медицинского устройства, используемого для снижения риска внезапной сердечной смерти пациента во время сна в те периоды времени, когда он уже выписан из больницы и нахождении в домашних условиях.Thus, the above combination of common and the closest analogue and distinctive essential features allows us to achieve the expected technical effect, which consists in increasing the functional reliability of the considered contactless telemetric medical device used to reduce the risk of sudden cardiac death of the patient during sleep during those periods when already discharged from the hospital and being at home.

Claims (3)

1. Бесконтактное телеметрическое медицинское устройство, содержащее корпус, в котором установлены блок баллистокардиографических измерений и измеритель подвижности, включающий акселерометр, подключенные к микроконтроллеру, связанному с блоком контроля питания от аккумуляторной батареи и радиомодемами гигагерцового и мегагерцового диапазонов, при этом блок баллистокардиографических измерений включает сенсор микродвижений, блок предварительной фильтрации, АЦП, отличающееся тем, что акселерометр измерителя подвижности выполнен в виде 3D-акселерометра, а в блоке баллистокардиографических измерений последовательно соединены сенсор микродвижений, блок предварительной фильтрации, блок предварительного усиления и АЦП. 1. A non-contact telemetric medical device containing a housing in which a ballistic cardiographic measurement unit and a mobility meter are installed, including an accelerometer connected to a microcontroller connected to a battery power control unit and radio frequency modems of the gigahertz and megahertz ranges, while the ballistic cardiographic measurements unit includes , pre-filtering unit, ADC, characterized in that the accelerometer of the mobility meter is made in De 3D-accelerometer and ballistokardiograficheskih measuring unit are connected in series micromotion sensor unit prefiltration block preamplifier and ADC. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сенсор микродвижений выполнен на металлизированной пьезопленке.2. The device according to p. 1, characterized in that the micromotion sensor is made on a metallized piezoelectric film. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сенсор микродвижений выполнен на керамических пьезоэлементах.3. The device according to claim 1, characterized in that the micromotion sensor is made on ceramic piezoelectric elements.

Images