УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО НАБЛЮДЕНИЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ БОЛЬНЫХ Российский патент 2009 года по МПК A61B5/205 

Предлагаемое устройство относится к области медицины, в частности к диагностическим приборам, и может быть использовано для дистанционного наблюдения одновременно за несколькими пациентами и немедленной выдачи сигнала тревоги в случае ухудшения состояния наблюдаемых больных.

Известны устройства для дистанционного наблюдения за состоянием больных (авт. свид. СССР №№1.811.380, 1.814.538; патенты РФ №№2.048.790, 2.089.094, 2.128.004, 2.181.258, 2.195.168, 2.232.545, 2.236.169, 2.242.920, 2.242.921, 2.311.122; патент WO №89/01.312; Тихомиров В.В. Биотелеметрические системы. М.: Наука, 1974, с.58-78; Фролов М.В. Контроль функционального состояния человека-оператора. М.: Наука, 1987, с.40-42 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Устройство для дистанционного наблюдения за состоянием больных» (патент РФ №2.311.122, А61В 5/05, 2006), которое и выбрано в качестве прототипа.

Устройство содержит передатчик и приемник электромагнитных сигналов, пульт управления, датчик физиологических параметров, блок преобразования информации. На пациенте располагают приемник электромагнитного сигнала с блоком управления. Обработку информации о физиологических параметрах всех наблюдаемых больных производит ЭВМ центрального пульта управления. Устройство использует дуплексную радиосвязь, которая обеспечивает повышение помехоустойчивости и достоверности принимаемой информации за счет использования двух частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Однако в приемниках, собранных по супергетеродинной схеме и установленных на центральном пульте управления и у каждого наблюдаемого пациента, одно и то же значение второй промежуточной частоты ω_пр2 может быть получено в результате приема сигналов на четырех частотах, т.е.

ω_пр2=ω₁-ω_г1, ω_пр2=ω_г2-ω₂,

ω_пр2=ω_г1-ω_з1, ω_пр2=ω_з2-ω_г2.

Следовательно, если частоты настройки ω₁ и ω₂ принять за основные каналы приема, то наряду с ними будут иметь место зеркальные каналы приема, частоты ω_з1 и ω_з2 которых отличаются от частот ω₁ и ω₂ на 2ω_пр2 и расположены симметрично (зеркально) относительно частот ω_г1 и ω_г2 гетеродинов (фиг.8). Преобразование по зеркальным каналам приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основным каналам. Поэтому они наиболее существенно влияют на избирательность и помехоустойчивость приемников.

Кроме зеркальных каналов существуют и другие дополнительные (комбинационные, интермодуляционные, канал прямого прохождения) каналы приема.

В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условия:

ω_пр2=|±mω_ki±nω_г1|,

ω_пр2=|±mω_ki±nω_г2|.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частоты сигнала с гармониками частот гетеродинов малого порядка (второй, третий и т.д.), так как чувствительность приемников по этим каналам близка к чувствительности основных каналов приема.

Так, четырем комбинационным каналам при m=1 и n=1 соответствуют частоты:

ω_к1=2ω_г1-ω_пр2, ω_к2=2ω_г1+ω_пр2,

ω_к3=2ω_г2-ω_пр2, ω_кi=2ω_г2+ω_пр2.

Если несущая частота ω_п помехи равна второй промежуточной частоте, то образуется канал прямого прохождения (ω_п=ω_пр2).

Если два мощных ложных сигнала (помехи) на частотах ω_I и ω_II или несколько мощных ложных сигналов (помех) появляются одновременно в полосе частот Δω_п1 «слева» от полосы пропускания Δω_п приемника (фиг.9) или два мощных ложных сигнала (помехи) на частотах ω_III и ω_IV или несколько мощных сигналов (помех) появляются одновременно в полосе частот Δω_п2 «справа» от полосы пропускания Δω_п приемника (фиг.10) или два мощных ложных сигнала (помехи) на частотах ω_V и ω_VI или несколько мощных ложных сигналов (помех) появляются одновременно в полосе частот Δω_п3 «слева» от полосы пропускания Δω_п приемника (фиг.11) или два мощных ложных сигнала (помехи) на частотах ω_VII и ω_VIII или несколько мощных ложных сигналов (помех) появляются одновременно в полосе частот Δω_п4 «справа» от полосы пропускания Δω_п приемника (фиг.12), то образуются интермодуляционные каналы приема. Это объясняется тем, что указанные ложные сигналы (помехи) при взаимодействии между собой на нелинейных элементах способны образовать комбинационные гармоники, которые попадают в полосу пропускания Δω_п приемников.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по каналу прямого прохождения, зеркальным, комбинационным и интермодуляционным каналам, приводит к снижению избирательности и помехоустойчивости приемников и неоднозначности измерения несущей частоты и других параметров принимаемых сигналов.

Технической задачей изобретения является повышение избирательности и помехоустойчивости приемников путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.

Поставленная задача решается тем, что устройство для дистанционного наблюдения за состоянием больных» состоящее, в соответствии с ближайшим аналогом, из располагаемого на каждом из группы одновременно наблюдаемых пациентов измерительно-передающего блока, включающего в себя датчики физиологических параметров, блок преобразования информации, блок управления, передатчик и приемник электромагнитного сигнала, а также автономный источник питания, при этом выходы датчиков соединены с входами блока преобразования информации, выход которого соединен с входом передатчика электромагнитного сигнала, вход блока управления соединен с выходом приемника, а выход - с входом блока преобразования информации, и центрального пульта управления, располагаемого в зоне уверенного приема электромагнитных сигналов, состоящего из ЭВМ с устройствами ввода и отображения информации, передатчика электромагнитного сигнала, вход которого соединен с выходом ЭВМ, и приемника электромагнитного сигнала, выход которого соединен с входом ЭВМ, при этом в качестве электромагнитных сигналов использованы сложные сигналы с фазовой манипуляцией, каждый передатчик выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты и усилителя мощности, выход которого подключен к передающей антенне, при этом второй вход фазового манипулятора центрального пульта управления соединен с выходом ЭВМ, а второй вход фазового манипулятора пациента соединен с выходом блока преобразования информации. Каждый приемник выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны и усилителя высокой частоты, последовательно включенных второго гетеродина, второго смесителя и первого усилителя второй промежуточной частоты, последовательно подключенных к второму выходу первого гетеродина первого перемножителя, первого полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина, выход фазового детектора центрального пульта управления подключен к входу ЭВМ, а выход фазового детектора пациента подключен к блоку управления, передатчик центрального пульта управления излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω₁, а приемник принимает на частоте ω₂, передатчик каждого наблюдаемого пациента, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω₂, а приемник принимает на частоте ω₁, отличается от ближайшего аналога тем, что каждый приемник снабжен двумя узкополосными фильтрами, тремя фазоинверторами, вторым и третьим полосовыми фильтрами, четырьмя сумматорами, двумя фазовращателями на 90°, третьим смесителем, вторым усилителем второй промежуточной частоты, вторым перемножителем, амплитудным детектором и ключом, причем к выходу усилителя высокой частоты последовательно подключены первый узкополосный фильтр, первый фазоинвертор, первый сумматор, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, второй полосовой фильтр, второй фазоинвертор, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, третий полосовой фильтр, третий фазоинвертор и третий сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход подключен к второму входу второго смесителя, к второму выходу второго гетеродина последовательно подключены первый фазовращатель на 90°, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, второй усилитель второй промежуточной частоты, второй фазовращатель на 90°, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, второй узкополосный фильтр, амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, а выход подключен к второму входу первого перемножителя.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1, структурная схема блока преобразования информации изображена на фиг.2, структурная схема блока управления приведена на фиг.3. Временные диаграммы, поясняющие работу устройства, представлены на фиг.4 и 5. Структурная схема передатчика и приемника центрального пульта управления изображена на фиг.6, структурная схема передатчика и приемника каждого наблюдаемого пациента изображена на фиг.7. Частотные диаграммы, поясняющие преобразование сигналов по частоте, представлены на фиг.8, 9, 10, 11 и 12.

Устройство для наблюдения за состоянием больных содержит центральный пульт 1 управления, состоящий из ЭВМ 1-1 с устройствами 1-2 и 1-3 ввода и отображения информации соответственно, приемник 2 электромагнитного сигнала, передатчик 3 электромагнитного сигнала и регистраторы I, II, i, К биологических параметров, располагаемых на пациентах (i - номер пациента, который может принимать значения от 1 до К, где К - общее число наблюдаемых пациентов).

Выход приемника 2, представляющий собой шину стандартного интерфейса связи, соединен с входом ЭВМ 1-1 центрального пульта 1 управления. Передатчик 3 также соединен шиной стандартного интерфейса связи с выходом ЭВМ 1-1 центрального пульта 1 управления.

В состав регистраторов I, II, i, К, располагаемых на пациентах, входят датчики (4.i-1)÷(4.i-n) физиологических параметров i-го пациента (n - общее число, количество датчиков, устанавливаемых на i-ом пациенте), блок 5.i преобразования информации, передатчик 6.i электромагнитного сигнала, установленный на i-ом пациенте, приемник 7.i электромагнитного сигнала i-го пациента, блок 8.i управления i-го пациента, автономный источник 9.i питания всей аппаратуры, установленной на i-ом пациенте, например аккумуляторная батарея.

Выходы датчиков (4.i-1) - (4.i-n) соединены с соответствующими входами блока 5.1 преобразования информации, выход которого соединен с входом передатчика 6.i. Выход приемника 7.i соединен с входом блока 8.i управления, выход которого соединен с входом блока 5.i преобразования информации.

В качестве датчиков физиологических параметров могут быть использованы любые датчики, например измерители ЭКГ-потенциалов (электроды для снятия биопотенциалов с усилителями), измерители температуры и другие. Основной функцией блока 5.i преобразования является преобразование измеренных аналоговых сигналов, соответствующих значениям измеряемых физиологических параметров, в последовательный двоичный код, который может модулировать излучаемый электромагнитный сигнал.

Блок 5.i преобразования информации состоит из коммутатора 10, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 11 и кодера 12. Входы коммутатора 10 соединены с выходами датчиков (4.i-1) - (4.i-n), а выход с входом АЦП 11. Выход последнего соединен с входом кодера 12, второй вход которого соединен с выходом блока 8.i управления. С помощью коммутатора 10 датчики (4.i-1) - (4.i-n) поочередно подключаются к входу АЦП 11, обеспечивающего преобразование аналоговой информации в параллельный двоичный код, который далее с помощью стандартного кодера 12 преобразовывается в последовательный двоичный код, например, в стандарте «Манчестер-2».

Блок 8.i управления состоит из декодера 13, двух схем 14 и 15 сравнения кодов, двух ЗУ 16 и 17 хранения кодов управления, блока 18 временной задержки и схемы ИЛИ 19. Вход декодера 13 соединен с выходом приемника 7.i, а выход с входами двух схем 14 и 15 сравнения кодов, вторые входы которых соединены с выходами ЗУ 16 и 17 кодов управления. Выход первой схемы 14 сравнения кодов соединен через блок 18 временной задержки с первым входом схемы ИЛИ 19, а выход второй схемы 15 сравнения кодов непосредственно с вторым входом схемы ИЛИ 19, выход которой соединен с входом блока 5.i преобразования информации.

Каждый передатчик выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора 20 (33), фазового манипулятора 21 (34), первого смесителя 23 (36), второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 22 (35), усилителя 24 (37) первой промежуточной частоты и усилителя 25 (38) мощности, выход которого подключен к передающей антенне. При этом фазовый манипулятор 21 центрального пульта управления соединен с выходом ЭВМ 1-1, а второй вход фазового манипулятора 34 каждого наблюдаемого пациента соединен с выходом блока 5.i преобразования информации.

Каждый приемник выполнен в виде последовательно подключенных к выходу приемной антенны усилителя 26 (39) высокой частоты, первого узкополосного фильтра 46.1 (46.2), первого фазоинвертора 47.1 (47.2), первого сумматора 48.1 (48.2), второй вход которого соединен с выходом усилителя 26 (39) высокой частоты, второго полосового фильтра 49.1 (49.2), второго фазоинвертора 50.1 (50.2), второго сумматора 51.1 (51.2), второй вход которого соединен с выходом первого сумматора 48.1 (48.2), третьего полосового фильтра 52.1 (52.2), третьего фазоинвертора 53.1 (53.2), третьего сумматора 54.1 (54.2), второй вход которого соединен с выходом второго сумматора 51.1 (51.2), второго смесителя 28 (41), второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина 27 (40), первого усилителя 29 (42) второй промежуточной частоты, четвертого сумматора 59.1 (59.2), второго перемножителя 60.1 (60.2), второй вход которого соединен с выходом сумматора 54.1 (54.2), второго узкополосного фильтра 61.1 (61.2), амплитудного детектора 62.1 (62.2), ключа 63.1 (63.2), второй вход которого соединен с выходом сумматора 59.1 (59.2), первого перемножителя 30 (43), второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина 22 (35), первого полосового фильтра 31 (44) и фазового детектора 32 (45), второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина 27 (40). Выход фазового детектора 32 центрального пульта управления подключен к входу ЭВМ 1-1, а выход фазового детектора 45 наблюдаемого пациента подключен к блоку 8.i управления.

Основным условием неискаженной передачи информации в соответствии с теоремой Котельникова является:

F_оп≥(3-4)·F_max,

где F_оп - частота опроса (частота проведения измерений) каждого физиологического сигнала;

F_max - максимальное значение частоты физиологического сигнала.

Известно, что диапазон частот подавляющего числа физиологических сигналов лежит в пределах от 0 до 100 Гц. Следовательно, частота опроса (частота квантования) должна составлять ≈400-500 Гц.

В настоящее время реально достижимые значения времени преобразования АЦП у подобного рода устройств могут быть обеспечены в пределах 20 мкс, а скорость передачи информации по радиолинии связи до 1 Мбит/с. В этом случае за 20 мкс можно передать одно 20-разрядное слово.

Отсюда видно, что при выбранной скорости преобразования и передачи информации и частоте опроса 500 Гц можно одновременно передавать до 100 физиологических параметров. Если у каждого больного измерять и передавать 10 физиологических параметров, то в этом случае можно наблюдать одновременно за 10 больными. Если же число параметров, измеряемых у каждого больного, уменьшить до 5, то число наблюдаемых больных можно увеличить до 20.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Рассмотрим в качестве примера два режима работы предлагаемого устройства:

а) режим работы по запросу;

б) режим работы с общей синхронизацией.

На фиг.4 приведены диаграммы, иллюстрирующие первый режим работы, на фиг.5 - второй режим. По оси абсцисс на всех диаграммах отложено время. На диаграммах А условно показаны командные кодовые посылки, передаваемые по командной линии связи от центрального пульта управления в аппаратуру каждого пациента.

Для этого задающий генератор 20 формирует гармоническое колебание:

U_c1(t)=V_c1·cos(ω_c·t+φ_c1), 0≤t≤T_c1,

где V_c1, ω_с, φ_с1, T_c1 - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность колебания,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 21, на второй вход которого подается модулирующий код M₁(t) с выхода ЭВМ 1-1. В качестве модулирующего кода M₁(t) может использоваться общий для всех пациентов код или код i-го наблюдаемого пациента. На выходе фазового манипулятора 21 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн):

U₁(t)=V_c1·cos[ω_c·t+φ_к1(t)+φ_c1], 0≤t≤T_c1,

где φ_к1(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом, причем

φ_к1(t)=const при К·τ_э<t<(К+1)·τ_э и может изменяться скачком при t=К·τ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, …, N).

τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_c1·(N_c1=N·τ_э), который поступает на первый вход первого смесителя 23.

На второй вход последнего подается напряжение первого гетеродина 22:

U_г1(t)=V_г1·cos(ω_г1·t+φ_г1).

На выходе смесителя 23 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 24 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты:

U_пр1(t)=V_пр1·cos[ω_пр1·t+φ_к1(t)+φ_пр1], 0≤t≤T_с1,

где V_пр1=К₁·V_с1·V_г1;

К₁ - коэффициент передачи смесителя;

ω_пр1=ω_с+ω_г1 - первая промежуточная (суммарная) частота (фиг.8);

φ_пр1=φ_с+φ_г1.

Это напряжение после усиления в усилителе 25 мощности излучается передающей антенной в эфир на частоте ω₁=ω_пр1, улавливается приемной антенной i-го наблюдаемого пациента и через усилитель 39 высокой частоты и сумматоры 48.2, 51.2 и 54.2, у которых работает только одно плечо, поступает на первые входы смесителей 41 и 56.2, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 40 непосредственно и через фазовращатель 55.2 на 90°:

U_г1(t)=V_г1·cos(ω_г1·t+φ_г1),

U'_г1(t)=V_г1·cos(ω_г1·t+φ_г1+90°).

На выходе смесителей 41 и 56.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 42 и 57.2 выделяются напряжения второй промежуточной частоты:

U_пр2(t)=V_пр2·cos[ω_пр2·t+φ_к1(t)+φ_пр2], 0≤t≤T_с1,

U_пp3(t)=V_пр2·cos[ω_пр2·t+φ_кi(t)+φ_пр2-90°],

где V_пр2=¹/₂K₁·V_пр1·V_г1;

ω_пр2=ω₁-ω_г1 - вторая промежуточная (разностная) частота;

φ_пр2=φ_пр1-φ_г1.

Напряжение U_пр3(t) с выхода усилителя 57.2 поступает на вход фазовращателя 58.2 на 90°, на выходе которого образуется напряжение:

U_пp4(t)=V_пр2·cos[ω_пр2·t+φ_к1(t)+φ_пр2-90°+90°]=

=V_пр2·cos[ω_пр2·t+φ_к1(t)+φ_пр2].

Напряжения U_пр2(t) и U_пр4(t) поступают на два входа сумматора 59.2, на выходе которого образуется следующее напряжение:

U_∑1(t)=V_∑1·cos[ω_пр2·t+φ_к1(t)+φ_пр2],

которое поступает на второй вход перемножителя 60.2, на первый вход которого подается принимаемый ФМн-сигнал U_пр1(t) с выхода сумматора 54.2. Из полученного напряжения узкополосным фильтром 61.2, частота настройки ω_н1 которого выбирается равной ω_г1·(ω_н1=ω_г1), выделяется гармоническое колебание:

U₂(t)=V₂·cos(ω_г1·t+φ_г1), 0≤t≤T_с1,

где V₂=¹/₂К₂·V_∑1·V_пр1;

К₂ - коэффициент передачи перемножителя,

которое после детектирования в амплитудном детекторе 62.2 поступает на управляющий вход ключа 63.2 и открывает его. В исходном состоянии ключ 63.2 всегда закрыт. При этом суммарное напряжение U_∑1(t) с выхода сумматора 59.2 через открытый ключ 63.2 поступает на первый вход перемножителя 43. На второй вход перемножителя 43 поступает напряжение гетеродина 35:

U_г2(t)=V_г2·cos(ω_г2·t+φ_г2).

При этом частоты ω_г1 и ω_г2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты (фиг.8):

ω_г2-ω_г1=ω_пр2.

На выходе перемножителя 43 образуется напряжение:

U₃(t)=V₃·cos[ω_г1·t-φ_к1(t)+φ_г1], 0≤t≤Т_с1,

где V₃=¹/₂К₂·V_∑1·V_г2;

которое выделяется полосовым фильтром 44 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 45. На второй (опорный) вход фазового детектора 45 подается напряжение U_г1(t) гетеродина 40. На выходе фазового детектора 45 образуется низкочастотное напряжение:

U_н1(t)=V_н1·cosφ_к1(t),

где V_н1=¹/₂К₃·V₃·V_г1;

К₃ - коэффициент передачи фазового детектора,

пропорциональное модулирующему коду M₁(t). Это напряжение поступает в блок 8.i управления.

Описанная выше работа приемника 7.i соответствует случаю приема полезного ФМн-сигнала по основному каналу на частоте ω₁.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по зеркальному каналу на частоте ω_з1 (фиг.8):

U_з1(t)=V_з1·cos(ω_з1·t+φ_з1), 0≤t≤T_з1,

то усилителями 42 и 57.2 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

U_пp5(t)=V_пр5·cos(ω_пр2·t+φ_пр5),

U_пр6(t)=V_пр5·cos(ω_пр2·t+φ_пр5+90°), 0≤t≤Т_з1,

где V_пр5=¹/₂К₁·V_з1·V_г1;

ω_пр2=ω_г1-ω_з1 - вторая промежуточная частота;

φ_пр5=φ_г1-φ_з1.

Напряжение U_пр6(t) с выхода усилителя 57.2 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 58.2 на 90°, на выходе которого образуется напряжение:

U_пр7(t)=V_пр5·cos(ω_пр2·t+φ_пр5+90°+90°)=

=-V_пр5·cos(ω_пр2·t+φ_пр5).

Напряжения U_пр5(t) и U_пр7(t), поступающие на два входа сумматора 59.2, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте ω_з1, подавляется. Для этого используется «внешнее кольцо», состоящее из гетеродина 40, смесителей 41 и 56.2, усилителей 42 и 57.2 второй промежуточной частоты, фазовращателей 55.2 и 58.2 на 90°, сумматора 59.2 и реализующее компенсационный метод.

По аналогичной причине подавляется и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте ω_к1.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму комбинационному каналу на частоте ω_к2:

U_к2(t)=V_к2·cos(ω_к2·t+φ_к2), 0≤t≤Т_к2,

то усилителями 42 и 57.2 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

U_пр8(t)=V_пр8·cos(ω_пр2·t+φ_пр8),

U_пр9(t)=V_пр8·cos(ω_пр2·t+φ_пр8-90°), 0≤t≤Т_к2,

где V_пр8=¹/₂K₁·V_к2·V_г1;

ω_пр2=ω_к2-2ω_г1 - вторая промежуточная частота;

φ_пр8=φ_к2-φ_г1.

Напряжение U_пр9(t) с выхода усилителя 57.2 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 58.2 на 90°, на выходе которого образуется напряжение:

U_пр10(t)=V_пр8·cos(ω_пр2·t+φ_пр8-90°+90°)=

=V_пр8·cos(ω_пр2·t+φ_пр8).

Напряжения U_пр8(t) и U_пр10(t) поступают на два входа сумматора 59.2, на выходе которого образуется суммарное напряжение:

U_∑2(t)=V_∑2·cos(ω_пр2·t+φ_пр8), 0≤t≤Т_к2,

где V_∑2=2V_пр8;

которое поступает на второй вход перемножителя 60.2, на первый вход которого подается принимаемый ложный сигнал (помеха) U_к2 с выхода сумматора 54.2. На выходе перемножителя образуется сигнал:

U₄(t)=V₄·cos(2ω_г1·t+φ_г1), 0≤t≤Т_к2,

где V₄=¹/₂К₂·V_к2·V_∑2;

который не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 61.2.

Ключ 63.2 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте ω_к2, подавляется. Для этого используется «внутреннее кольцо», состоящее из перемножителя 60.2, узкополосного фильтра 61.2, амплитудного детектора 62.2, ключа 63.2 и реализующее метод узкополосной фильтрации.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по каналу прямого прохождения на частоте ω_п, равной второй промежуточной частоте (ω_п=ω_пр2):

U_п(t)=V_п·cos(ω_п·t+φ_п), 0≤t≤Т_п,

то с выхода усилителя 39 высокой частоты он поступает на первый вход сумматора 48.2, выделяется узкополосным фильтром 46.2, настроенным на вторую промежуточную частоту (ω_н2=ω_пр2), и инвертируется по фазе на 180° в фазоинверторе 47.2:

U'_n(t)=-V_п·cos(ω_п·t+φ_п), 0≤t≤Т_п.

Напряжения U_n(t) и U'_n(t), поступающие на два входа сумматора 48.2, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по каналу прямого прохождения на частоте ω_пр2, подавляется фильтром-пробкой, состоящим из узкополосного фильтра 46.2, фазоинвертора 47.2, сумматора 48.2 и реализующим фазокомпенсационный метод.

Частота настройки ω_н3 и полоса пропускания Δω_п1 полосового фильтра 49.2 выбраны следующим образом (фиг.9):

ω_н3=(ω_I+ω_II)/2, Δω_п1=ω_II-ω_I.

Частота настройки ω_н4 и полоса пропускания Δω_п2 полосового фильтра 52.2 выбраны следующим образом (фиг.10):

ω_н4=(ω_III+ω_IV)/2, Δω_п2=ω_IV-ω_III.

Если два мощных ложных сигнала (помехи) на частотах ω_I и ω_II (фиг.9) или несколько мощных сигналов (помех) появляются одновременно в полосе частот Δω_п1 «слева» от полосы пропускания Δω_п приемника, способные образовать интермодуляционные помехи, попадающие в полосу пропускания Δω_п приемника, то они поступают на первый вход сумматора 51.2, выделяются полосовым фильтром 49.2, инвертируются по фазе на 180° фазоинвертором 50.2 и компенсируются в сумматоре 51.2.

Следовательно, ложные сигналы (помехи), принимаемые в полосе частот Δω_п1 и образующие интермодуляционные помехи, подавляются фильтром-пробкой, состоящим из полосового фильтра 49.2, фазоинвертора 50.2, сумматора 51.2 и реализующим фазокомпенсационный метод.

Если два мощных ложных сигнала (помехи) на частотах ω_III и ω_IV (фиг.10) или несколько мощных сигналов (помех) появляются одновременно в полосе частотой Δω_п2 «справа» от полосы пропускания Δω_п приемника, способные образовать интермодуляционные помехи, попадающие в полосу пропускания Δω_п приемника, то они поступают на первый вход сумматора 54.2, выделяются полосовым фильтром 52.2, инвертируются по фазе на 180° в фазоинверторе 53.2 и компенсируются в сумматоре 54.2.

Следовательно, ложные сигналы (помехи), принимаемые в полосе частот Δω_п2 и образующие интермодуляционные помехи, подавляются фильтром-пробкой, состоящим из полосового фильтра 52.2, фазоинвертора 53.2, сумматора 542 и реализующим фазокомпенсационный метод.

На диаграммах I, II, i, K показаны условно кодовые посылки, передаваемые по информационной линии связи от аппаратуры, располагаемой на пациенте, в центральный пульт управления. Каждой кодовой посылке, обозначенной на диаграммах арабскими цифрами, соответствует передаваемое значение измеряемого физиологического параметра.

В этом случае задающим генератором 33 также формируется гармоническое колебание:

U_с2(t)=V_с2·cos(ω_c·t+φ_с2), 0≤t≤Т_с2,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 34, на второй вход которого подается модулирующий код M₂(t) с выхода блока 5.i преобразования информации. В качестве модулирующего кода M₂(t) используется кодовая посылка, соответствующая значению измеряемого физиологического параметра i-го наблюдаемого пациента.

На выходе фазового манипулятора 34 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн):

U₅(t)=V_c2·cos[ω_c·t+φ_к2(t)+φ_с2], 0≤t≤Т_с2,

который поступает на первый вход смесителя 36, на второй вход которого подается напряжение U_г2(t) гетеродина 35.

На выходе смесителя 36 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 37 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты:

U_пp(t)=V_пр·cos[ω_пр·t-φ_к2(t)+φ_пр], 0≤t≤Т_с2,

где V_пр=¹/₂К₁·V_с2·V_г2;

ω_пр=ω_г2-ω_с - промежуточная (разностная)частота;

φ_пр=φ_с-φ_г2.

Это напряжение после усиления в усилителе 38 мощности излучается передающей антенной в эфир на частоте ω₂=ω_пр, улавливается приемной антенной центрального пульта и через усилитель 26 высокой частоты и сумматоры 48.1, 51.1 и 54.1, у которых работает только одно плечо, поступает на первые входы смесителей 28 и 56.1, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 27 непосредственно и через фазовращатель 55.1 на 90°:

U_г2(t)=V_г2·cos(ω_г2·t+φ_г2),

U'_г2(t)=V_г2·cos(ω_г2·t+φ_г2+90°).

На выходе смесителей 28 и 56.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 29 и 57.1 выделяются напряжения второй промежуточной частоты:

U_пр11(t)=V_пр11·cos[ω_пр2·t-φ_к2(t)+φ_пр11],

U_пр12(t)=V_пр11·cos[ω_пр2·t-φ_к2(t)+φ_пр11+90°],

где V_пр11=1/2К₁·V_пр·V_г2;

ω_пр2=ω_г2-ω₂ - вторая промежуточная частота;

φ_пр11=φ_г2-φ_пр.

Напряжение U_пр12(t) с выхода усилителя 57.1 поступает на вход фазовращателя 58.1 на -90°, на выходе которого образуется напряжение:

U_пр13(t)=V_пр11·cos[ω_пр2·t-φ_к2(t)+φ_пр11+90°-90°]=

=V_пр11·cos[ω_пр2·t-φ_к2(t)+φ_пр11].

Напряжения U_пр11(t) и U_пр13(t) поступают на два входа сумматора 59.1, на выходе которого образуется суммарное напряжение:

U_∑3(t)=V_∑3·cos[ω_пр2·t-φ_к2(t)+φ_пр11],

которое поступает на второй вход перемножителя 60.1, на первый вход которого подается принимаемый ФМн-сигнал U_пр(t) с выхода сумматора 54.1. Из полученного напряжения узкополосным фильтром 61.1, частота настройки ω_н7 которого выбирается равной ω_г2 (ω_н7=ω_г2), выделяется гармоническое колебание:

U₆(t)=V₆·cos(ω_г2·t+φ_г2), 0≤t≤Т_с2,

где V₆=¹/₂K₂·V_∑3·V_пр,

которое после детектирования в амплитудном детекторе 62.1 поступает на управляющий вход ключа 63.1 и открывает его. В исходном состоянии ключ 63.1 всегда закрыт. При этом суммарное напряжение U_∑3(t) с выхода сумматора 59.1 через открытый ключ 63.1 поступает на первый вход перемножителя 30, на второй вход которого подается напряжение U_г1(t) гетеродина 22. На выходе перемножителя 30 образуется напряжение:

U₇(t)=V₇·cos[ω_г2·t+φ_к2(t)+φ_г2], 0≤t≤T_с2,

где V₇=¹/₂К₂·V_∑3·V_г2,

которое выделяется полосовым фильтром 31 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 32, на второй (опорный) вход которого подается напряжение U_г2(t) гетеродина 27. На выходе фазового детектора 32 образуется низкочастотное напряжение:

U_н2(t)=V_н2·cosφ_к2(t),

где V_н2=¹/₂К₃·V₇·V_г2,

пропорциональное модулирующему коду M₂(t). Это напряжение поступает на вход ЭВМ 1-1.

Описанная выше работа приемника 2 соответствует случаю приема полезного ФМн-сигнала по основному каналу на частоте ω₂.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по зеркальному каналу на частоте ω_з2, то он подавляется «внешним кольцом», состоящим из гетеродина 27, смесителей 28 и 56.1, усилителей 29 и 57.1 второй промежуточной частоты, фазовращателей 55.1 и 58.1 на +90° и -90°, сумматора 59.1 и реализующим фазокомпенсационный метод.

По аналогичной причине подавляется и ложный сигнал (помеху), принимаемый по четвертому комбинационному каналу на частоте ω_к4.

Ложный сигнал (помеха), принимаемый по третьему комбинационному каналу на частоте ω_к3, подавляется «внутренним кольцом», состоящим из перемножителя 60.1, узкополосного фильтра 61.1, амплитудного детектора 62.1, ключа 63.1 и реализующим метод узкополосной фильтрации.

Ложные сигналы (помехи), принимаемые по каналу прямого прохождения и интермодуляционным каналам, подавляются соответствующими фильтрами-пробками.

При режиме работы по запросу (фиг.4) все командные кодовые посылки имеют различные значения: каждому пациенту присваивается свой код. Запуск программы опроса датчиков, измеряющих физиологические параметры в аппаратуре пациента, производится после принятия командного кода и его расшифровки (на диаграммах этот момент времени обозначен заштрихованными прямоугольниками). Частота опроса каждого пациента составляет 400-500 Гц, что соответствует полному циклу опроса всех пациентов 2-2,5 мс. Достоинством данного режима работы является его гибкость: при желании можно опрашивать не всех пациентов, а часть из них или даже одного пациента, но с более высокой частотой.

В случае применения режима работы с общей синхронизацией аппаратура всех пациентов настроена на один общий код, по которому производится одновременный запуск программных устройств аппаратуры всех пациентов (фиг.5). Эти программно-временные устройства настроены таким образом, что подключение каждого абонента к линии связи производится в определенный момент времени после приема синхронизирующего кода, поэтому отрезки времени передачи абонентами информации в центральный пункт разнесены между собой во времени. Достоинством данного режима работы является более короткий цикл передачи информации и более высокая помехоустойчивость. К недостаткам его следует отнести значительно меньшую гибкость: в данном случае невозможно изменять программу подключения абонентов с центрального пульта.

Однако предложенная выше схема блока 8.i управления (фиг.3) позволяет реализовать оба режима работы устройства. Делается это следующим образом. В ЗУ 17 каждому пациенту заносится свой код. В ЗУ 16 заносится один общий код для всех пациентов.

При работе по запросу с центрального пульта управления подается код, соответствующий коду, записанному в ЗУ 17. По этому коду включается аппаратура только одного выбранного пациента, производится измерение всех его физиологических параметров в соответствии с программой и результат измерения в короткий отрезок времени после посылки управляющего кода передается по информационной линии связи в центральный пульт управления.

Затем с центрального пульта управления посылается код другого пациента и вся процедура повторяется. Так поочередно (с частотой 500 Гц) опрашиваются все наблюдаемые пациенты.

Данная система позволяет при необходимости изменять программу опроса, например опрашивать с более высокой частотой ограниченное число пациентов или даже одного пациента. Такая необходимость может возникнуть, например, при передаче миографической информации или при анализе вызванных ЭКГ-потенциалов, где требуется более высокая частота опроса.

В случае применения режима работы с общей синхронизацией с центрального пульта по командной линии связи подается код, соответствующий коду, записанному в ЗУ 16, общий для всех абонентов. По этому коду включение в работу аппаратуры каждого пациента производится в момент времени, определяемый блоком 18 времени задержки, который устанавливается индивидуально для каждого пациента таким образом, чтобы моменты опроса и передачи информации всех пациентов в центральный пульт были бы разнесены во времени.

Сформированными в результате опроса кодовыми посылками 1, 2, n, изображенными на диаграммах (фиг.4), модулируется излучаемый передатчиками 6 электромагнитный сигнал (фиг.1). Информация о физиологических параметрах всех пациентов, принятая приемником 2, вводится в ЭВМ 1-1 центрального пульта 1.

Далее производится математическая экспресс-обработка в реальном времени всех физиологических параметров наблюдаемых пациентов и в случае отклонения их за допустимый предел у какого-либо пациента ЭВМ выдает сигнал тревоги с указанием номера пациента для принятия экстренных мер.

Кроме того, принятая информация может быть занесена в память ЭВМ для последующего более детального анализа.

По сравнению с известными мониторами, в том числе и мониторами, записывающими информацию на магнитную ленту, данное устройство позволяет расширить функциональные возможности:

- наблюдать в реальном времени сразу нескольких пациентов и немедленно выдавать сигнал тревоги в случае ухудшения состояния больных;

- производить последующий более подробный анализ полученной информации;

- существенно упростить, удешевить и облегчить аппаратуру, носимую пациентом, за счет того, что из состава аппаратуры исключается сложная ЭВМ или магнитофон, а вся обработка информации производится в ЭВМ центрального пульта управления.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает повышение избирательности и помехоустойчивости приемников. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным, комбинационным, интермодуляционным каналам и каналу прямого прохождения.

Изобретение относится к области медицины, в частности к диагностическим приборам, и может быть использовано для дистанционного наблюдения одновременно за несколькими пациентами и немедленной выдаче сигнала тревоги в случае ухудшения состояния наблюдаемых больных. Устройство для дистанционного наблюдения за состоянием больных содержит центральный пульт управления, состоящий из ЭВМ с устройствами ввода и отображения информации соответственно, приемник и передатчик электромагнитного сигнала и регистраторы биологических параметров, располагаемые на пациентах. В состав регистраторов входят датчики физиологических параметров пациента, блок преобразования информации, передатчик электромагнитного сигнала, приемник электромагнитного сигнала, блок управления, автономный источник питания. Блок преобразования информации содержит коммутатор аналого-цифровой преобразователь и кодер. Блок управления содержит декодер, схемы сравнения кодов, ЗУ хранения кодов управления, блок временной задержки и схему ИЛИ. Каждый передатчик содержит задающий генератор, фазовый манипулятор, первый смеситель, первый гетеродин, усилитель первой промежуточной частоты, усилитель мощности. Каждый приемник содержит усилитель высокой частоты, первый узкополосный фильтр, первый фазоинвертор, первый сумматор, второй полосовой фильтр, второй фазоинвертор, второй сумматор, третий полосовой фильтр, третий фазоинвертор, третий сумматор, второй гетеродин, второй смеситель, первый усилитель второй промежуточной частоты, первый фазовращатель на 90°, второй усилитель второй промежуточной частоты, второй фазовращатель на 90°, четвертый сумматор, второй перемножитель, второй узкополосный фильтр, амплитудный детектор, ключ, первый перемножитель, первый полосовой фильтр и фазовый детектор. Изобретение обеспечивает повышение избирательности и помехоустойчивости приемников путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам. 12 ил.

Устройство для дистанционного наблюдения за состоянием больных, состоящее из располагаемого на каждом из группы одновременно наблюдаемых пациентов измерительно-передающего блока, включающего в себя датчики физиологических параметров, блок преобразования информации, блок управления, передатчик и приемник электромагнитного сигнала, а также автономный источник питания, при этом выходы датчиков соединены с входами блока преобразования информации, выход которого соединен с входом передатчика электромагнитного сигнала, вход блока управления соединен с выходом приемника, а выход с входом блока преобразования информации, и центрального пульта управления, расположенного в зоне уверенного приема электромагнитных сигналов, состоящего из ЭВМ с устройствами ввода и отображения информации, передатчика электромагнитного сигнала, вход которого соединен с выходом ЭВМ, и приемника электромагнитного сигнала, выход которого соединен с входом ЭВМ, каждый передатчик электромагнитного сигнала выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты и усилителя мощности, выход которого подключен к передающей антенне, при этом второй вход фазового манипулятора центрального пульта управления является входом передатчика центрального пульта, а второй вход фазового манипулятора пациента является входом передатчика пациента, каждый приемник выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны и усилителя высокой частоты, последовательно включенных второго гетеродина, второго смесителя и первого усилителя второй промежуточной частоты, последовательно подключенных к второму выходу первого гетеродина первого перемножителя, первого полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина, выход фазового детектора центрального пульта управления подключен к входу ЭВМ, а выход фазового детектора пациента подключен к блоку управления, передатчик центрального пульта управления излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω₁, а приемник принимает на частоте ω₂, передатчик каждого наблюдаемого пациента, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω₂, а приемник принимает на частоте ω₁, отличающееся тем, что каждый приемник снабжен двумя узкополосными фильтрами, тремя фазоинверторами, вторым и третьи полосовыми фильтрами, четырьмя сумматорами, двумя фазовращателями на 90°, третьим смесителем, вторым усилителем второй промежуточной частоты, вторым перемножителем, амплитудным детектором и ключом, причем к выходу усилителя высокой частоты последовательно подключены первый узкополосный фильтр, первый фазоинвертор, первый сумматор, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, второй полосовой фильтр, второй фазоинвертор, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, третий полосовой фильтр и третий сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход подключен к второму входу второго смесителя, к второму выходу второго гетеродина последовательно подключены первый фазовращатель на 90°, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, второй усилитель второй промежуточной частоты, второй фазовращатель на 90°, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, второй узкополосный фильтр, амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, а выход подключен к второму входу первого перемножителя.