Автоматизована система кардіомоніторингу людини

Автоматизована система кардіомоніторингу людини, що включає в себе блок датчиків, мультиплексор, компенсатор перешкод, аналогоцифровий пристрій, цифро-аналоговий пристрій, цифровий канал та ЕОМ, крім того в неї введені послідовно з'єднаний блок індивідуальних карт пам'яті й мікропроцесорний контролер, вхід якого з'єднаний з виходом АЦП, вихід з'єднаний з входом ЦАП, управляючий вихід з'єднаний з відповідними входами мультиплексора й компенсатора перешкод, а вихід-вхід з'єднані з відповідними входом-виходом цифрового каналу, причому компенсатор перешкод виконано з можливістю компенсації додаткової мережевої перешкоди, а блок датчиків виконано в вигляді сукупності датчиків, кожен з яких складається з електрода для зняття біопотенціалу, сумісного з підсилювачем, та з можливістю установки у відповідних місцях стандартних кардіографічних відведень, яка відрізняється тим, що блок датчиків виконаний у вигляді сукупності з'єднаних через розгалужувач датчиків U 2 58509 1 3 нальному взаємозв'язку з серцевою діяльністю і не дає можливість аналізувати сигнал у широкому частотному діапазоні і досліджувати низькоамплітудний біо-сигнал. Відомо пристрій за способом отримання електрофізіологічних характеристик серця [JP 58-25451 F 61 D 5/00], що містить електроди для зняття біопотенціалів, інтерполятор моментних розподілів потенціалу, обчислювач електрофізіологічних характеристик серця і картографічний реєстратор. Недоліком пристрою є обмежена точність реєстрації, що пов'язана з похибками представлення рівнів біопотенціалів і неможливістю комплексно проаналізувати стан людини в режимі реального часу, він не враховує такі процеси, як гемодинаміка, газообмін, температура, хімічні реакції шкіри та акустичні властивості серця, а також можливість проводити аналіз у широкому частотному діапазоні і досліджувати низькоамплітудний біо-сигнал. Відомо пристрій для безперервного спостереження за діяльністю серця (патент СРСР 1814538, А61В 5/04). Пристрій включає закріплюючі на поверхні тіла людини електроди, кардіосигнали з яких, пройшовши через попередній підсилювач, надходять в мікропроцесор, у якому постійно відбувається порівняння зареєстрованого сигналу до встановлених для конкретного хворого його верхній і нижній гранично допустимі рівні, які враховують особливості стану серцево-судинної системи даного хворого. При відхиленні значення зареєстрованого сигналу за встановленою гранично допустимою величиною спрацьовує регульований пороговий блок, який включає блок звукової сигналізації, а також блок магнітної реєстрації, який здійснює запис патологічного процесу. Описаний пристрій забезпечує отримання об'єктивної інформації про стан серця конкретного пацієнта, оперативно сповіщає про появу ознак гострих серцевих порушень, що забезпечує своєчасність та ефективність терапевтичних і реабілітаційних заходів. Недоліком такого типу пристроїв є те, що вони можуть бути використані тільки для оцінки стану серцевої діяльності без урахування індивідуального ретроспективного анамнезу обстежуваного. Найбільш близьким технічним рішенням до того, що заявляється, є система моніторингу людини-оператора (патент РФ 2283025, А61В 5/0402), що містить послідовно з'єднані блок датчиків, комутатор, компенсатор перешкод, аналогоцифровий перетворювач, мікропроцесорний контролер, цифровий канал і ЕОМ; один вихід мікропроцесорного контролера з'єднаний з входом цифро-аналогових перетворювача, вихід якого з'єднаний з входом компенсатора перешкод; вхідвихід мікропроцесорного контролера з'єднаний з блоком індивідуальної карти пам'яті, а керуючий вихід з'єднаний з відповідними входами комутатора і компенсатора перешкод. При цьому компенсатор перешкод виконаний з можливістю компенсації додатково мережевої перешкоди, а блок датчиків виконаний у вигляді сукупності датчиків, кожен з яких складається з електрода для зняття біопотенціала, сполученого з підсилювачем, і виконаний з 58509 4 можливістю встановлення в відповідних місцях стандартних електрокардіографічних відведень. Система моніторингу людини-оператора працює таким чином. З виходу блоку датчиків біопотенціалів, отримані на електродах і посилені, надходять через комутатор і компенсатор перешкод, синхронно керовані контролером, і АЦП на контролер, який, відповідно до введеної програми, виробляє цифровий сигнал, що поступає через ЦАП на компенсатор перешкод для компенсації постійної складової і мережевих перешкод біосигналів. Індивідуальна карта пам'яті, що містить у файлі типу "тільки зчитування" еталонні дані процесів, верхні та нижні межі процесів і значень характеристик, допустимих для конкретної людиниоператора, використовується контролером для поточного моніторингу. При порушенні зазначених меж контролер направляє сигнал "тривоги" через цифровий канал і ЕОМ на центральний пост. Реакція керівника центрального посту передається людині-оператору по зворотному каналу і фіксується на індивідуальній картці пам'яті у файлі типу "тільки запис"; в цей же файл ведеться запис результатів поточного моніторингу. Зміна типу файлів індивідуальної карти, безпосередньо в блоці індивідуальної карти пам'яті, не може бути використана, а виконується поза часом оперативного управління при аналізі результатів моніторингу після введення особистого пароля людини-оператора. Переваги описаної системи моніторингу людини-оператора полягає у спрощенні конструкції, підвищенні індивідуальної захищеності моніторингу, зниженні можливості несанкціонованого доступу до системи і забезпечення тривожної сигналізації. Недоліком прототипу є недостатня ефективність діагностики, тому що система-аналог контролює лише діяльність серця людини-оператора і не враховує стан інших життєвих процесів і систем організму (кровообіг, газообмін, дихання, акустичні властивості), що знаходяться в тісному функціональному взаємозв'язку з серцевою діяльністю. Це не дозволяє комплексно проаналізувати стан організму та знижує ступінь достовірності оцінки. Система-аналог також не оперативна щодо, виконання аналізу результатів контрольних вимірів, тому що в умовах роботи системи-аналога аналіз може бути зроблений тільки поза часом оперативного управління, при введенні особистого пароля людини-оператора. Метою пропонованого винаходу є забезпечення автоматизованого кардіомоніторингу, який дозволяє комплексно проаналізувати стан людини в реальному режимі часу, враховуючи такі процеси, як гемодинаміка, газообмін, температура, хімічні реакції шкіри та акустичні властивості серця, а також можливості проводити аналіз у широкому частотному діапазоні і досліджувати низькоамплітудний біо-сигнал. з властивостями нестаціонарності на фоні стохастичного шуму та дозволятиме використовувати змінні індивідуальні картки пам'яті, що надають, при необхідності, високу конфіденційність для обстежуваного. В основу корисної моделі поставлена задача забезпечити можливості автоматичного контролю 5 стану серця у тісному зв'язку з іншими біологічними процесами, які впливають на нього з можливістю виділення низькоамплітудного сигналу, який потребує використання спеціальних цифрових фільтрів, які можуть бути задіяні програмно при написанні їх коду на ЕОМ. Також задачею корисної моделі є забезпечення конфіденційності обстеження, шляхом введення спеціальних змінних індивідуальних карток пам'яті, які унеможливлюють витік інформації, так як після обстеження картка з інформацією залишається у обстежуваного та не зберігається на ЕОМ. Поставлена задача вирішується тим, що блок первинної обробки інформації, побудований таким чином, що враховує низькоамплітудні та високочастотні складові біоелектричних сигналів, які при вторинній обробці покращують комплексний результат дослідження фізіологічних показників людини. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на фіг. 1 зображено: 1 - датчики контролю ЕКГ, 2 - датчик контролю гемодинаміки, 3 - термометричний датчик, 4 – датчик контролю дихальної активності, 5 – датчик контролю газового складу повітря, 6 - акустичний, датчик, 7 - розгалужувач датчиків, 8 - операційний підсилювач, 9 - диференціальний підсилювач, 10 - буферний каскад, 11 компенсатор перешкод, 12 – АЦП мультиплексор, 13 - програмуючий пристрій вибірки/збереження, 14 - дванадцятирозрядний АЦП, 15 - ядро мікроконтролера, 16 - лічильник часового інтервалу, 17 шістнядцятирозрядні сигма-дельта ЦАП, 18 - шістнядцятирозрядні широтно-імпульсні модулятори, 19 - дванадцятирозрядні ЦАП, 20 - ЦАПмультиплексор, 21 - таймер-лічильник 16-біт, 22 джерело опорної напруги, 23 - буферний підсилювач, 24 - синхронний порт передачі даних, 25 асинхронний порт передачі даних; 26 - вартовий таймер, 27 - кварцовий генератор, 28 - флешпам'ять, 29 - ОЗП пам'ять, 30 - цифрові порти вводу/виводу, 31 - блок змінних індивідуальних карт пам'яті, 32 - блок світової індикації, 33 - блок звукової індикації. 34 - джерело напруги, 35 - стабілізатор напруги, 36 - інвертор, 37 - ізольований цифровий інтерфейс передачі даних, 38 - ЕОМ, 39 монітор. Автоматизована система кардіомоніторингу людини працює таким чином. З'єднані через розгалужувач 7 блок датчиків у вигляді сукупності датчиків контролю електрофізіологічних сигналів серцевої діяльності 1, блок контролю гемодинаміки та судинної реанімації 2, термометричний датчик З, датчик контролю дихальної активності 4, датчик контролю газового складу повітря 5 і акустичний датчик 6 розташовують у відповідних місцях на тілі досліджуваного, після чого сигнал від датчиків через операційний та диференціальний підсилювачі 8 і 9, де він посилюється, поступає на буферний каскад 10 для того, щоб зменшити втрати своєї потужності, далі через компенсатор перешкод 11 він попередньо фільтрується від мережевих перебоїв, після чого сигнал потрапляє через аналогові входи 8-канального АЦП мультиплексора 12 та буферного підсилювача 23 на обчислювальний блок, який є контролером інтелектуаль 58509 6 них датчиків і складається з дванадцятирозрядного сигма-дельта АЦП 14 з самокалібровкою. На виході мультиплексора знаходиться програмуючий підсилювач вибірки/збереження 13, що фіксує значення аналогового сигналу на обраному вході підчас проведення перетворення АЦП. Крім цього, до обчислювального блоку входять кварцовий генератор 27, який генерує електричні імпульси заданої частоти для синхронізації процесів в пристрої, ЦАП-мультиплексор 20, два дванадцятирозрядних ЦАП 19 з буферним підсилювачем на виході кожного з них, два шістнадцятирозрядних сигмадельта ЦАП 17, -два шістнаддятирозрядних широтно-імпульсних модулятора 18, які необхідні для наближення бажаного сигналу до дійсного бінарного сигналу та дванадцятирозрядний ЦАП 19. Джерело опорної напруги 22, яке знаходиться перед буферним підсилювачем, може використовуватись або внутрішнє, що має напругу 2,5 В, або зовнішнє, напруга якого не перевищує рівень джерела живлення. Інтерфейсом між аналоговою і цифровою частинами мікросхеми є регістри управління та калібрування. Цифрова частина складається з ядра мікроконтролера 15, лічильника часового інтервалу 16, блоку пам'яті і набору додаткових периферійних пристроїв. АЦП може працювати як в режимі одиничних, так і безперервних перетворень з максимальною швидкістю 200 тисяч перетворень в секунду (одне перетворення кожні 5 мкс). Для запам'ятовування результатів перетворення використовується або режим переривань (як правило, його зручно використовувати при невисокій частоті роботи АЦП), або режим прямого доступу, що не впливає на роботу власне контролера і дозволяє зберігати результати перетворення в оперативному запам'ятовуючому пристрої (ОЗП) 29 з адресним простором 16 Мбайт. ДЦП має високу точність (співвідношення сигнал / шум 70 дБ, що відповідає реальній здатності на рівні 11,5 розрядів) і високу лінійність. Цифро-аналоговий пристрій керується одним регістром керування і чотирма регістрами даних. Поновлення інформації на виході ЦАП може відбуватися окремо для кожного з регістрів або одночасно. Крім того, кожен з них може бути налаштований для роботи або в дванадцятирозрядному, або восьмирозрядному режимах. Мікроконтролер є «стандартним» ядром з максимальною робочою частотою 16 Мгц (12 МГц типова), трьома байтовими портами введення/виведення, один з яких має підвищену навантажувальну здатність, трьома шістнадцятирозрядними таймерами/лічильниками 21 і флеш-пам'яті 28. Інформація у флеш-пам'ять може бути записана як з будь-якого зовнішнього програматора в «паралельному» режимі через синхронний порт 24 мікроконтролера, так і безпосередньо в «послідовному» режимі через стандартний асинхронний послідовний порт 25. Корисна модель містить цифрові порти введення/виведення 30 для зв'язку обчислювального блоку з блоком змінних індивідуальних карт пам'яті 31, що дозволяють зберігати конфіденційну інформацію на окремих картках, які можна буде завжди зберігати у безпечному місці 7 58509 чи носити з собою, а також блоку світлової індикації 32, що показує готовність пристрою до роботи, та блоку звукової сигналізації 33, який сигналізує про можливі помилки в роботі системи. Напруга живлення поступає до системи через джерело напруги 34, яким може бути акумуляторна батарея, на стабілізатор напруги 35 та інвертор 36, який у випадку неправильного підключення полюсів автоматично змінює полярність. Зв'язок системи з ЕОМ 38 виконується через ізольований цифровий інтерфейс передачі даних 37. Візуаліза Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 8 ція інформації здійснюється на моніторі 39, на якому відображається інформація про обстеження. Таким чином, розроблена корисна модель надає можливість комплексно, об'єктивно та автоматизовано контролювати стан серцевої системи в режимі реального часу разом з гнучким налаштуванням вхідних даних для вторинної (програмної) обробки сигналу за допомогою цифрової фільтрації сигналу, використовуючи для цього спеціальні математичні моделі та зберігаючи конфіденційність інформації за допомогою спеціальних змінних карт пам'яті. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601