СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК A61B5/18 G08B21/06 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может использоваться для контроля состояния человека преимущественно в критических ситуациях (при засыпании водителя движущегося транспортного средства, резком ухудшении состояния больного, нападении правонарушителя и др.).

Известен способ контроля состояния человека, включающий излучение в непрерывном или прерывистом режиме тест-сигнала радиодиапазона волн, например, оптического, а в частности инфракрасного, диапазона волн вдоль наружной поверхности глаза контролируемого человека, модуляцию его интенсивности путем воздействия на излучаемый тест-сигнал глазным веком при его моргании за счет прерывания тест-сигнала при закрытии глазного века, прием тест-сигнала, его анализ и формирование сигнала тревоги, например сигнала сирены (US 5402109 А, 1995).

Этот способ реализуется известным из того же патента устройством, содержащим соединенные с источником электропитания излучатель непрерывного или прерывистого тест-сигнала радиодиапазона волн и последовательно соединенные приемник тест-сигнала, блок обработки информации и блок формирования сигнала тревоги, размещенные вне глаза контролируемого человека, причем излучатель и приемник тест-сигнала взаимно расположены так, чтобы по крайней мере одно глазное веко контролируемого человека при своем движении во время моргания частично или полностью перекрывало путь тест-сигнала, при этом указанные элементы могут быть размещены, например, на оправе очков, надетых на контролируемого человека.

Эти способ и устройство малоэффективны. Это связано с тем, что не устраняется возможность появления ложных сигналов тревоги, например при резких движениях контролируемого человека. Предусматривается только обнаружение сна при закрытых глазных веках контролируемого человека, что не позволяет, например, обнаружить состояние потери сознания, при котором глазные веки могут оставаться открытыми. Внешнее по отношению к глазу контролируемого человека размещение элементов устройства требует их точной юстировки как при калибровке устройства, так и при его эксплуатации.

Из известных способов наиболее близким к предложенному является способ контроля состояния человека, включающий периодическое излучение тест-сигнала на частоте радиодиапазона вдоль или в направлении глазного века контролируемого человека, модуляцию его интенсивности путем воздействия на излучаемый тест-сигнал глазным веком, прием тест-сигнала и его обработку путем преобразования его в электрический сигнал, анализа этого сигнала и формирования сигнала тревоги (US 6087941 А, 2000). Излучение, модуляция, прием и обработка тест-сигнала в этом способе осуществляется с наружной стороны глазного века контролируемого человека.

Такой способ позволяет определить, заснул или засыпает ли контролируемый человек. Когда глазные веки контролируемого человека тяжелеют или закрываются, что прерывает на предварительно заданный промежуток времени тест-сигнал, направленный извне, например, на детектируемую отличительную особенность на глазном веке, генерируется сигнал тревоги, пробуждающий контролируемого человека.

В том же патенте в одном из вариантов выполнения описано устройство для контроля состояния человека, наиболее близкое к предложенному. Оно содержит офтальмическую контактную линзу, размещенную на глазе контролируемого человека, снабженный автономным источником электропитания по меньшей мере один излучатель тест-сигнала, частота которого выбрана в диапазоне радиочастот, размещенный в периферической части офтальмической контактной линзы, и последовательно соединенные основной приемник тест-сигнала, расположенный по отношению к излучателям тест-сигнала с обеспечением возможности изменения интенсивности излучаемого тест-сигнала при моргании глазного века, блок обработки информации и блок формирования сигнала тревоги. Основной приемник тест-сигнала и блоки обработки информации к формирования сигнала тревоги размещены вне глаза контролируемого человека, например на кузове напротив головы водителя транспортного средства.

Указанные способ и устройство также недостаточно эффективны. Тест-сигнал при этом открыт для внешних воздействий, что снижает помехоустойчивость. Размещение большинства элементов вне глаза контролируемого человека не обеспечивает скрытности, которая особенно важна, например, при нападении на контролируемого человека злоумышленника. Возможно обнаружение только состояния сна или засыпания котролируемого человека, уменьшение же частоты моргания (что предшествует, например, потере сознания) и отсутствие моргания при постоянно открытых глазных веках не анализируется. Не всегда тест-сигнал попадает на основной приемник тест-сигнала, например, из-за неожиданных резких движений головой или особенностей моргания конкретного контролируемого человека, поскольку такой приемник тест-сигнала только один. Наконец, устройство не содержит элементов, позволяющих передать сигнал тревоги на расстояние, что не позволяет оперативно контролировать состояние человека и ограничивает возможность поступления помощи извне.

Задача, решаемая изобретением, состоит в создании способа контроля состояния человека и устройства для контроля состояния человека, лишенных недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый этими способом и устройством, заключается в повышении их эффективности. Повышение эффективности способа, в частности, достигается за счет повышения помехоустойчивости и скрытности контроля. Повышение эффективности устройства для контроля состояния человека, в частности, достигается за счет повышения объективности, помехоустойчивости, скрытности и оперативности контроля таким устройством, а также повышения его эксплуатационной надежности.

Это достигается тем, что в способе контроля состояния человека, включающем периодическое излучение тест-сигнала на частоте радиодиапазона вдоль или в направлении глазного века контролируемого человека, модуляцию его интенсивности путем воздействия на излучаемый тест-сигнал глазным веком, прием тест-сигнала и его обработку путем преобразования его в электрический сигнал, анализа этого сигнала и формирования сигнала тревоги, излучение, модуляцию, прием и обработку тест-сигнала осуществляют в пространстве между глазным яблоком и глазным веком. Модуляцию интенсивности тест-сигнала, излучаемого вдоль внутренней поверхности глазного века, могут осуществлять путем изменения коэффициента преломления среды, в которой распространяется тест-сигнал. Модуляцию интенсивности тест-сигнала, излучаемого в направлении глазного века, могут осуществлять путем изменения коэффициента отражения от его внутренней поверхности.

Отличительные признаки предложенного способа заключаются в проведении операций с тест-сигналом в пространстве между глазным яблоком и глазным веком контролируемого человека.

Достижение указанного выше технического результата обеспечивается устройством для контроля состояния человека, которое, как и наиболее близкое к нему устройство по патенту США N 6087941, содержит офтальмическую контактную линзу, размещенную на глазе контролируемого человека, снабженный автономным источником электропитания по меньшей мере один излучатель тест-сигнала, частота которого выбрана в диапазоне радиочастот, размещенный в периферической части офтальмической контактной линзы, и последовательно соединенные основной приемник тест-сигнала, расположенный по отношению к излучателям тест-сигнала с обеспечением возможности изменения интенсивности излучаемого тест-сигнала при моргании глазного века, блок обработки информации и блок формирования сигнала тревоги.

В отличие от известного предложенное устройство содержит дополнительные приемники тест-сигнала, причем количество излучателей и приемников тест-сигнала выбрано одинаковым, приемники тест-сигнала и блок обработки информации размещены в периферической части офтальмической контактной линзы, а излучатели и приемники тест-сигнала образуют пары, в каждой из которых излучатель и приемник тест-сигнала расположены с обеспечением возможности изменения интенсивности излучаемого тест-сигнала при моргании глазного века его внутренней поверхностью, при этом блок формирования сигнала тревоги выполнен в виде передатчика сигнала тревоги, размещенного в периферической части офтальмической контактной линзы, и приемопередатчика сигнала тревоги, размещенного вне глаза человека на расстоянии от него, выбранным из условия устойчивой радиосвязи между передатчиком и приемопередатчиком сигнала тревоги.

Излучатели и приемники тест-сигнала, блок обработки информации и передатчик сигнала тревоги могут быть размещены на поверхности офтальмической контактной линзы. Излучатели и приемники тест-сигнала, блок обработки информации и передатчик сигнала тревоги могут быть размещены внутри офтальмической контактной линзы. Приемопередатчик сигнала тревоги может быть выполнен в виде сотового телефона. Автономный источник питания может быть выполнен в виде солнечной батареи. В каждой паре между излучателем и приемником тест-сигнала может быть размещен волновод. Излучатель и приемник тест-сигнала в каждой из пар могут быть выполнены совмещенными. Блок обработки информации и передатчик сигнала тревоги также могут быть выполнены совмещенными.

Предложенное изобретение иллюстрируются чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - структурная блок-схема устройства для контроля состояния человека;
на фиг. 2 - пример размещения и взаимодействия элементов при распространении тест-сигнала, излучаемого вдоль внутренней поверхности глазного века (условно показана одна пара излучатель-приемник тест-сигнала);
на фиг. 3 - пример размещения и взаимодействия элементов при распространении тест-сигнала, излучаемого в направлении глазного века (условно показана одна пара излучатель-приемник тест-сигнала).

В соответствии с предложенным способом все операции с тест-сигналом (тест-сигналами) проводят между глазным яблоком (включающим зрачок 1 и радужную оболочку 2) и глазным веком 3 (на фиг.3 показано верхнее глазное веко 3) контролируемого человека. При этом в одном из вариантов реализации способа излучаемый тест-сигнал, направление которого (путь прохождения) условно обозначено стрелкой 4, направляют вдоль внутренней поверхности глазного века 3 (фиг. 2). В момент, когда глазное веко 3 не закрывает поверхность, по которой распространяется тест-сигнал, он проходит по этой поверхности свободно. Когда же глазное веко 3 закрыто и касается поверхности, по которой распространяется тест-сигнал, изменяется коэффициент преломления внешнего слоя этой поверхности и тест-сигнал ослабляется или затухает. В другом варианте реализации способа излучаемый тест-сигнал направляют в направлении глазного века 3 (фиг.3). В момент, когда глазное веко 3 закрыто, тест-сигнал отражается от его внутренней поверхности, когда же оно открыто, тест-сигнал проходит наружу и рассеивается в окружающем пространстве.

Предложенное устройство для контроля состояния человека содержит излучатели тест-сигнала 5, основной 6 и дополнительные 7 приемники тест-сигнала, блок обработки информации 8, передатчик сигнала тревоги 9, выполненные, например, в виде микрочипов, и автономный источник питания 10, соединенный с перечисленными элементами, который может быть выполнен, например, в виде солнечной батареи. Длину волны и энергию тест-сигнала выбирают таким образом, чтобы не создавать помех глазу контролируемого человека и не производить вредное воздействие на его органы. Перечисленные элементы размещены на поверхности или внутри офтальмической контактной линзы 11, установленной на глазе контролируемого человека, в ее периферической части, так, чтобы не создавать помех глазу и не раздражать внутренние поверхности глазных век 3. Набор элементов 5, 6, 7, 8, 9, 10 или 6, 7, 8, 9, 10 или в ином варианте сочетаний может быть выполнен в виде единого микрочипа. Количество излучателей тест-сигнала 5 и количество всех приемников тест-сигнала 6, 7 выбрано одинаковым. Они образуют пары, количество которых определяется условием полного или, по крайней мере, значительного перекрывания внутренней поверхностью глазного века 3 соответствующей части офтальмической контактной линзы 11. Преимущественно их количество составляет две или три пары (в предельном случае их количество равняется единице, как в одном из вариантов устройства-прототипа). Излучатели 5 и приемники 6, 7 тест-сигнала в каждой паре расположены на офтальмической контактной линзе 11 (снаружи или внутри нее) так, чтобы имелась возможность воздействия внутренней поверхности глазного века 3 на путь прохождения 4 тест-сигнала. Устройство содержит также приемопередатчик сигнала тревоги 12, например, в виде сотового телефона, размещенного, например, в кармане одежды контролируемого человека.

В зависимости от выбора варианта направления 4 тест-сигнала - в сторону внутренней поверхности глазного века 3 или вдоль нее, функционирование предложенного устройства имеет свои особенности.

В одном из вариантов реализации предложенных способа и устройства, более простом (фиг.3), излучатели тест-сигнала 5, например, в количестве трех (на фиг. 3 второй и третий излучатели тест-сигнала 5 для простоты не показаны) формируют на своем выходе тест-сигналы, представляющие собой преимущественно последовательность импульсов, излучаемых в направлении 4 к внутренней поверхности глазного века 3. Когда глазное веко 3 открыто, тест-сигналы, или по крайней мере большинство из них, уходят в окружающее пространство и там рассеиваются. Когда глазное веко 3 закрыто, тест-сигналы отражаются от его внутренней поверхности и поступают в соответствующие основной 6 и дополнительные 7 приемники тест-сигнала (на фиг.3 приемники тест-сигнала 6, 7, как и блок обработки информации 8 и автономный источник питания, для простоты не показаны). В процессе "нормального" моргания внутренняя поверхность глазного века 3 периодически с частотой нормального моргания отражает тест-сигнал.

Продетектированные в основном 6 и дополнительных 7 приемниках тест-сигналы поступают в блок обработки информации 8, в котором в соответствии с заданным алгоритмом производится анализ частоты модуляции и сравнение ее с "нормальной" частотой. При этом алгоритм его работы учитывает вероятность того, что, например, один из тест-сигналов не отразился от прикрытого глазного века 3, например, из-за особенностей мигания человека. В случае "нормального" процесса мигания на выходе этого блока отсутствует соответствующий сигнал и передатчик сигнала тревоги 9 не формирует и не передает сигнал тревоги. В случае, когда контролируемый человек находится, например, в состоянии сонливости, частота моргания становится аномально высокой и блок обработки информации 8 выдает соответствующий сигнал, поступающий на передатчик сигнала тревоги 9, на выходе которого возникает сигнал тревоги, например радиосигнал, который передается в приемопередатчик сигнала тревоги 12.

Приемопередатчик сигнала тревоги 12 формирует, например, акустический сигнал, обеспечивающий прерывание сонливости. В случае, когда контролируемый человек близок к состоянию потери сознания (обморока), частота моргания становится аномально низкой, также аналогичным образом формируется сигнал тревоги. В случае, когда внезапно наступило состояние сна, потери сознания или совершено преднамеренное закрывание глаза (глаз) контролируемого человека, который оказался в тревожном положении (например, при нападении правонарушителя на него или находящихся вблизи других людей, чтобы скрытно подать сигнал тревоги), при закрытых глазных веках 3 тест-сигналы начинают поступать в основной 6 и дополнительные 7 приемники тест-сигнала в течение продолжительного времени, что также приводит к формированию сигнала тревоги. В случае, когда наступила внезапная потеря сознания при открытых глазных веках 3, тест-сигналы перестают поступать в основной 6 и дополнительные 7 приемники тест-сигнала, что также за счет заданного алгоритма работы блока обработки информации 8 обеспечивает формирование сигнала тревоги.

При этом приемопередатчик сигнала тревоги 12, например, в виде сотового (мобильного) телефона может передать сигнал тревоги на значительное расстояние, например в службу спасения. Одновременно с сигналом тревоги может быть передана служебная информация, позволяющая идентифицировать контролируемого человека, который нуждается в помощи, в том числе о группе крови, непереносимых лекарственных средствах и др. Если сотовый телефон снабжен функцией определения местоположения (например, имеет встроенный приемник GPS), то одновременно может быть передана информация о месте нахождения человека, нуждающегося в помощи. При использовании в качестве средства передачи сигнала тревоги технологии "Bluetooth" возможна обратная передача контролируемому человеку скрытного сигнала о том, что информация от него принята и, например, к месту происшествия направлена соответствующая группа спасателей.

В другом варианте реализации предложенных способа и устройства для контроля состояния человека (фиг.2) излучатели тест-сигнала 5 формируют тест-сигналы аналогичным образом, но в направлении 4 вдоль внутренней поверхности глазного века 3 к соответствующим приемникам тест-сигнала 6, 7, преимущественно по волноводам 13, например, выполненным двухслойными (на фиг.2 для простоты также показан только один излучатель тест-сигнала 5, один волновод 13 и не показаны дополнительные излучатели тест-сигнала 7 и глазное веко 3).

В описываемом примере реализации блок обработки информации 8 и передатчик сигнала тревоги 9 выполнены совмещенными в виде одного блока 14. В процессе "нормального" моргания внутренняя поверхность глазного века 3 периодически контактирует с внешней поверхностью волноводов 13. При таком контакте коэффициент преломления (и, следовательно, коэффициент отражения) внешнего слоя волноводов 13 изменяется таким образом, что нарушаются, например, условия полного внутреннего отражения в них и тест-сигналы частично или полностью выходят за пределы волноводов 13, не попадая в соответствующие приемники тест-сигнала 6, 7. Таким образом осуществляется модуляция интенсивности тест-сигналов с частотой моргания. При этом на выходе устройства, как и в предыдущем примере реализации, сигнал тревоги не формируется.

В случае, когда контролируемый человек находится в состоянии сонливости или близок к состоянию потери сознания, на выходе передатчика сигнала тревоги 9, а в данном случае блока 14, формируется сигнал тревоги. Возможен анализ не только частоты (периода) моргания, но и раздельный анализ периодов времени, когда глазные веки 3 открыты и закрыты, а также анализ скорости закрывания и открывания глазных век 3, например, путем измерения фронтов и спадов соответствующих импульсных последовательностей, что позволяет сделать вывод о необходимости формирования сигнала тревоги более быстро и надежно (это обеспечивается заданием соответствующего алгоритма блока 14). В части передачи сигнала тревоги работа описываемого варианта устройства не отличается от работы первого примера реализации.

Способ контроля состояния человека в соответствии с заявленным изобретением обеспечивает по сравнению с известными аналогичными повышение его эффективности за счет повышения помехоустойчивости и скрытности контроля. Устройство для контроля состояния человека в соответствии с заявленным изобретением обеспечивает по сравнению с известными аналогичными повышение его эффективности за счет повышения объективности, скрытности и оперативности контроля, а также повышения его эксплуатационной надежности.

Изобретение относится к контролю состояния человека. В соответствии с предложенным способом все операции с тест-сигналами производят между глазным яблоком и глазным веком. Излучаемые тест-сигналы направляют, например, вдоль внутренней поверхности глазного века, при этом когда глазное веко закрыто, изменяется коэффициент преломления внешнего слоя распространения тест-сигнала, например волновода, что приводит к затуханию тест-сигнала. Излучаемые тест-сигналы могут направляться в направлении внутренней поверхности глазного века, при этом когда глазное веко закрыто, тест-сигналы отражаются от него, когда же оно открыто, тест-сигналы рассеиваются в окружающем пространстве. Предложенное устройство содержит излучатели тест-сигнала, основной и дополнительные приемники тест-сигнала, блок обработки информации, передатчик сигнала тревоги и автономный источник питания. Эти элементы размещены на поверхности или внутри офтальмической контактной линзы в ее периферической части. Количество излучателей и приемников тест-сигнала выбрано одинаковым. Устройство содержит также приемопередатчик сигнала тревоги, размещенный вне глаза контролируемого человека. Технический результат, обеспечиваемый изобретениями, заключается в повышении эффективности контроля состояния человека. Предложенный способ обеспечивает повышение помехоустойчивости и скрытности контроля. В предложенном устройстве повышение эффективности достигается за счет повышения объективности, помехоустойчивости, скрытности и оперативности - контроля, а также повышения его эксплуатационной надежности. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ контроля состояния человека, включающий периодическое излучение тест-сигнала на частоте радиодиапазона вдоль или в направлении глазного века контролируемого человека, модуляцию его интенсивности путем воздействия на излучаемый тест-сигнал глазным веком, прием тест-сигнала и его обработку путем преобразования его в электрический сигнал, анализа этого сигнала и формирования сигнала тревоги, отличающийся тем, что излучение, модуляцию, прием и обработку тест-сигнала осуществляют в пространстве между глазным яблоком и глазным веком. 2. Способ контроля состояния человека по п.1, отличающийся тем, что модуляцию интенсивности тест-сигнала, излучаемого вдоль внутренней поверхности глазного века, осуществляют путем изменения коэффициента преломления среды, в которой распространяется тест-сигнал. 3. Способ контроля состояния человека по п.1, отличающийся тем, что модуляцию интенсивности тест-сигнала, излучаемого в направлении глазного века, осуществляют путем изменения коэффициента отражения от его внутренней поверхности. 4. Устройство для контроля состояния человека, содержащее офтальмическую контактную линзу, размещенную на глазе контролируемого человека, снабженный автономным источником электропитания по меньшей мере один излучатель тест-сигнала, частота которого выбрана в диапазоне радиочастот, размещенный в периферической части офтальмической контактной линзы, и последовательно соединенные основной приемник тест-сигнала, расположенный по отношению к излучателям тест-сигнала с обеспечением возможности изменения интенсивности излучаемого тест-сигнала при моргании глазного века, блок обработки информации и блок формирования сигнала тревоги, отличающееся тем, что оно содержит дополнительные приемники тест-сигнала, причем количество излучателей и приемников тест-сигнала выбрано одинаковым, приемники тест-сигнала и блок обработки информации размещены в периферической части офтальмической контактной линзы, а излучатели и приемники тест-сигнала образуют пары, в каждой из которых излучатель и приемник тест-сигнала расположены с обеспечением возможности изменения интенсивности излучаемого тест-сигнала при моргании глазного века его внутренней поверхностью, при этом блок формирования сигнала тревоги выполнен в виде передатчика сигнала тревоги, размещенного в периферической части офтальмической контактной линзы, и приемопередатчика сигнала тревоги, размещенного вне глаза человека на расстоянии от него, выбранным из условия устойчивой радиосвязи между передатчиком и приемопередатчиком сигнала тревоги. 5. Устройство для контроля состояния человека по п.4, отличающееся тем, что излучатели и приемники тест-сигнала, блок обработки информации и передатчик сигнала тревоги размещены на поверхности офтальмической контактной линзы. 6. Устройство для контроля состояния человека по п.4, отличающееся тем, что излучатели и приемники тест-сигнала, блок обработки информации и передатчик сигнала тревоги размещены внутри офтальмической контактной линзы. 7. Устройство для контроля состояния человека по п.4, отличающееся тем, что приемопередатчик сигнала тревоги выполнен в виде сотового телефона. 8. Устройство для контроля состояния человека по п.4, отличающееся тем, что автономный источник питания выполнен в виде солнечной батареи. 9. Устройство для контроля состояния человека по п.4, отличающееся тем, что в каждой паре между излучателем и приемником тест-сигнала размещен волновод. 10. Устройство для контроля состояния человека по п.4, отличающееся тем, что излучатель и приемник тест-сигнала в каждой из пар выполнены совмещенными. 11. Устройство для контроля состояния человека по п.4, отличающееся тем, что блок обработки информации и передатчик сигнала тревоги выполнены совмещенными.