СПОСОБ И РАДИОПЕРЕДАЮЩИЙ ДАТЧИК ДЛЯ КОНТРОЛЯ БИОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЧЕЛОВЕКА Российский патент 2010 года по МПК A61B5/04 

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для контроля биофизических параметров живого теплокровного организма (предпочтительно человека) /пациента/ с радиопередачей результатов контроля на вторичную аппаратуру, например на компьютер медицинско-диагностического комплекса «ДИАБАТ-АИСТ».

Известны, например, накладные датчики температуры [1], датчики частоты сердечных сокращений (пульса) [2], датчики потоотделения [3], датчики и приборы систолического и диастолического давления /тонометры/ [4]. Эти и другие аналоги позволяют преобразовывать тот или иной биологический параметр в электрические параметры /сигналы/, визуализировать результаты на экране монитора или передавать эти сигналы по проводам на вторичную аппаратуру для последующей компьютерной обработки. Наиболее близким известным техническим решением является способ косвенного измерения артериального давления и устройство для его осуществления [5]. Прототип содержит два оптоэлектронных датчика пульсовых волн, два канала усилителей, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), микропроцессор, дисплей, блок управления, дифференциаторы, аналоговый мультиплексор, регистр и четыре запоминающих устройства, причем адресные входы мультиплексора присоединены к выходам блока управления, выход мультиплексора - с входом АЦП, выходы АЦП соединены со входами регистра, его выходы подключены ко входам запоминающих устройств, а входы разрешения записи запоминающих устройств подключены к выходам блока управления. Кроме того, блок управления содержит генератор, счетчик и дешифратор, выходы которого подключены ко входам разрешения записи запоминающих устройств, а выходы счетчика соединены со входами дешифратора и адресными входами аналогового мультиплексора. Прототип обеспечивает точное измерение артериального давления путем регистрации амплитуды пульсовой волны оптоэлектронными датчиками, преобразования сигналов с оптоэлектронных датчиков в цифровые коды с последующей цифровой обработкой этих кодов в микропроцессоре.

Прототип способен определять параметры артериального давления и передавать результаты на внешнюю контрольно-диагностическую аппаратуру (КДА) по проводам.

Существенным недостатком прототипа является низкая информативность, поскольку не обеспечен контроль частоты сердечных сокращений, температуры, интенсивности потоотделения, состава крови. Этот недостаток влечет за собой увеличение числа датчиков, присоединяемых к частям тела пациента, как следствие, пациент «привязан» к компьютеру контрольно-диагностической аппаратуры (КДА) многочисленными проводами. При этом затруднен контроль биофизических параметров пациента в движении и при воздействии на него физических нагрузок. Кроме того, сам факт присоединения к различным частям тела пациента накладных датчиков неизбежно влечет за собой изменение психофизического тонуса, влияющего на обмен веществ, состав крови, частоту пульса, в результате чего снижается достоверность результатов контроля. Очевидна необходимость создания многопараметрового датчика и способа контроля биологических параметров с устранением проводной связи датчиков с контрольно-диагностической медицинской аппаратурой и с обеспечением минимального воздействия этого датчика на психофизическое состояние биологического объекта-пациента.

Техническим результатом изобретения является обеспечение комплексного контроля биофизических параметров человека одним многопараметровым датчиком с радиопередачей результатов контроля на вторичную КДА.

Для достижения технического результата на часть тела живого теплокровного организма /пациента/ с близким расположением кровотока (например, мочку уха) накладывают многопараметровый датчик, образованный двумя высокочастотными плоскоспиральными LC контурами, один из которых включен в частотозадающую цепь автогенератора с управляемым электропитанием, а второй включен на вход демодулятора. В способе производят контроль резонансной частоты f_peз и эквивалентной добротности θ_э электромагнитного резонатора, содержащего два LC контура и участок тела с кровотоком, а также контролируют выходное напряжение

U_вых на LC контурах этого резонатора. По совокупности полученных значений, отсчитываемых через определенные интервалы времени, определяют частоту пульса, температуру части тела, артериальное давление, интенсивность потоотделения и состав крови по электромагнитным параметрам кровотока и связанным с ними электромагнитным параметрам высокочастотного резонатора, отсчитанным через определенные интервалы времени.

В многопараметровом радиопередающем датчике (РПД) конструктивно размещают имеющийся в известном устройстве микропроцессор с запоминающим устройством, а также вводят приемопередатчик системы «блютуз» для обмена информацией между РПД и вторичной КДА.

Структура варианта РПД приведена на фиг.1, вариант конструктивного исполнения РПД приведен на фиг.2. РПД содержит плоскоспиральные LC контуры 1 и 2, размещенные на диэлектрических пластинах 2 и 4 соответственно, причем LC контур 1 включен в частотозадаюшую цепь автогенератора 5, a LC контур 2 подключен ко входу демодулятора 6. Частотный выход автогенератора 5 подключен к информационному входу 7, а выход демодулятора 6 подключен к информационному входу 8 процессора 9. Выход 10 процессора 9 подключен ко входу 11 управления коммутатором 12 питания автогенератора 5, обеспечиваемого источником 13 питания устройства. Выход 14 процессора 9 подключен ко входу 15 приемопередатчика 16 системы «блютуз», ко входу-выходу 17 которого подключена антенна 18, а выход 19 приемопередатчика 16 подключен ко входу 29 процессора 9.

Конструктивно многопараметровый РПД может быть выполнен в виде наушной клипсы (см. фиг.2). Объект контроля 21 (мочка уха пациента, например) помещен между LC контурами 1 и 2, несущие диэлектрические пластины 2 и 4 которых размещены в левой 22 и правой 23 половинах корпуса РПД. Половины 22 и 23 скреплены осью 24 и поджаты к объекту контроля 21 пружиной 25. Автогенератор 5 и демодулятор 6 размещены на несущих диэлектрических пластинах 2 и 4 соответственно, а остальные элементы РПД размещены внутри половин 22 и 23. Антенна 18 выполнена на поверхности одной из половин 22 и 23, например на правой половине 23.

Электромагнитные параметры объекта контроля 21 (относительная диэлектрическая проницаемость, относительная магнитная проницаемость, комплексная проводимость), а также зазор δ между LC резонаторами 1 и 2 оказывают прямое влияние как на резонансную частоту f_рез и выходное напряжении Uг автогенератора 5, так и на выходное напряжение U_вых демодулятора 6:

U_вых=К·U_г/(1-δ), где К - коэффициент пропорциональности.

Кроме того, электромагнитные параметры объекта 21 контроля оказывают прямое влияние на эквивалентные добротности θ₁ и θ₂ LC резонаторов 1 и 2 соответственно:

;

;

где Хс и X соответственно емкостное и индуктивное сопротивления LC резонаторов на резонансных частотах;

r_п - активная составляющая комплексного сопротивления, в существенной степени зависящая от собственной температуры LC резонаторов, а значит от температуры контролируемого объекта 21.

Эквивалентные индуктивности L₁ и L₂ и емкости C₁ и С₂ LC контуров 1 и 2 в существенной степени зависят от состава крови и биологической ткани контролируемого объекта 21. Так, например, проведенными исследованиями [6…9] выявлена взаимосвязь между концентрацией эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов, моноцитов, гемоглобина и состоянием пациента. В свою очередь от концентрации упомянутых компонентов крови зависит проводимость, диэлектрическая и магнитная проницаемости в зазоре между контурами 1 и 2, а также эквивалентная добротность высокочастотного резонатора, образованного этими взаимосвязанными контурами. Многие взаимосвязи до настоящего времени детально не исследованы и выявляются по мере изучения свойств крови в процессе жизнедеятельности пациента. Методы измерения эквивалентной добротности высокочастотных резонаторов известны [10…12].

Структура фиг.1 и конструкция фиг.2 обеспечивают преобразование электромагнитных параметров кровотока и биофизических пациента (контролируемого объекта 21) в изменение электрических параметров f_рез, U_г, U_вых, и θ_н. Эти параметры преобразуются процессором 9 в форму, удобную для радиопередачи, и передаются с помощью приемопередатчика 16 на аналогичный приемопередатчик, подключенный ко входу компьютера КДА. В компьютере КДА производится комплексная совместная обработка информации, принятой с РПД, а также формируются управляющие воздействия U_упр и передаются через приемопередатчик 16 на микропроцессор 5 РПД, который в свою очередь формирует сигнал U_к управления коммутатором 11. Совместная цифровая обработка в КДА результатов контроля электромагнитных параметров с помощью РПД позволит получать информацию о систолическом и диастолическом давлениях, температуре, частоте сердечных сокращений, составе крови и изменении этих параметров в любом заданном временном интервале.

Предложенное техническое решение позволяет контролировать биофизические параметры пациента по изменению электромагнитных параметров РПД. Эти параметры могут считываться через любые предусмотренные программой обработки информации в КДП интервалы времени, что позволяет получать дополнительную информацию о динамике процессов, происходящих в организме пациента. Фактические значения электромагнитных параметров пациента могут запоминаться в запоминающем устройстве РПД как с привязкой к астрономическому времени, так и с привязкой к фазе работы сердечно-сосудистой системы пациента. По этим значениям возможно построение зависимостей биофизических параметров пациента за длительный интервал наблюдения, что существенно повышает потенциальную информационную способность способа и РПД. За счет высокой резонансной частоты РПД время однократного измерения параметров составляет десятки микросекунд, а высокая чувствительность РПД к изменению электромагнитных параметров кровотока обеспечивает возможность достоверного контроля достаточно малых изменений биофизических параметров пациента. Незначительная мощность высокочастотного автогенератора (единицы милливатт) исключает какое-либо негативное влияние на здоровье даже при длительном использовании РПД для контроля биофизических параметров пациента.

По мере исследования и выявления дополнительных взаимосвязей биофизических параметров пациента и электромагнитных параметров РПД в программу обработки информации в КДП будут вноситься соответствующие изменения и дополнения. АЦП для преобразования напряжения U_вых, а также амплитуды высокочастотного напряжения f_p и аналоговый мультиплексор для их подключения к микропроцессору на структуре фиг.1 не показаны, выполняемые ими функции аналогичны с их использованием в прототипе.

Измерение и преобразование частоты f_p в цифровой код возможно в структуре микропроцессора, например путем отсчета интервала времени за тысячу периодов колебаний f_p и деления тысячи на значение полученного интервала t_cч в секундах.

Перечень позиций

Фиг.1:

1, 2 - высокочастотные LC контуры,

3, 4 - диэлектрические пластины,

5 - автогенератор,

6 - демодулятор,

7, 8 - информационные входы микропроцессора,

9 - микропроцессор,

10 - управляющий выход микропроцессора,

11 - вход управления коммутатором,

12 - коммутатор,

13 - источник питания,

14 - информационный выход микропроцессора,

15 - вход приемопередатчика,

16 - приемопередатчик,

17 - антенный вход-выход приемопередатчика,

18-антенна,

19 - выход приемника,

20 - вход управления процессором.

Фиг.2:

21 - объект контроля,

22, 23 - половины корпуса,

24 - ось,

25 - пружина.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1429716, 1984 г., фиг.4.

2. Часы-пульсомер с термометром Suunto x6hrt. Сайт.

3. Патент RU №2007991, 1994 г.

4. Тонометры Nissei (Япония). Сайт http://www:tonometr.ru

5. Патент RU №2133277, 1998 г.

6. Петровский. Б.В. - БМЭ Том 12 - Криохирургия. Москва: «Сов. Энциклопедия», 1980 г.; 536 с.

7. Привес М.Г., Лысенков Н.К. Анатомия человека С-Пб: «Гиппократ», 1999 г.; 704 с.

8. Прохоров А.М. - Б.Э.С. Том 1. Москва: «Сов. Энциклопедия», 1991 г., 863 с.

9. Щербаков Д.И. Дет. Энциклопедия. Том 7. Москва: «Просвещение», 1966 г., 527 с.

10. Авт.св. СССР №1135278, 1982 г.

11. Авт.св. СССР №1206631, 1985 г.

12. Авт.св. СССР №1294077, 1986 г.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для контроля биофизических параметров пациента. Устройство содержит два датчика пульсовых волн кровотока, выполненных в виде высокочастотных LC контуров, один из которых включен в частотозадаюшую цепь автогенератора с управляемым электропитанием, а второй включен на вход демодулятора. Радиопередающий датчик также содержит микропроцессор с запоминающим устройством, коммутатор, включенный в цепь подачи питания на автогенератор, и выход для подключения внешней контрольно-диагностической аппаратуры. Способ контроля параметров состоит в том, что радиопередающий датчик накладывают на часть тела пациента с близким расположением кровотока, например мочку уха, и производят операции контроля параметров пульсовых волн, преобразования этих параметров в цифровые коды и микропроцессорной обработки цифровых кодов. После чего результаты обработки передаются на внешнюю контрольно-диагностическую аппаратуру. Контроль параметров пульсовых волн производят путем контроля электромагнитных параметров высокочастотного резонатора, состоящего из двух LC контуров. Использование изобретения позволяет обеспечить комплексный контроль биофизических параметров человека одним многопараметровым датчиком с радиопередачей результатов контроля на контрольно-диагностическую аппаратуру, повысить чувствительность измерений и достоверность полученных результатов. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ контроля биофизических параметров пациента, содержащий операции контроля параметров пульсовых волн кровотока, преобразования этих параметров в цифровые коды, микропроцессорной обработки цифровых кодов и с возможностью передачи результатов на внешнюю контрольно-диагностическую аппаратуру (КДА), отличающийся тем, что контроль биофизических параметров производят путем контроля электромагнитных параметров высокочастотного резонатора, состоящего из двух взаимосвязанных через часть тела пациента с активной зоной кровотока LC контуров.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что контроль электромагнитных параметров производят через определенные интервалы времени с оперативной совместной компьютерной обработкой информации о фактических значениях резонансной частоты, эквивалентной добротности и амплитуды высокочастотных колебаний электромагнитного резонатора, образованного двумя высокочастотными LC контурами.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что фактические значения электромагнитных параметров и результаты совместной компьютерной обработки информации запоминают с привязкой к астрономическому времени и/или к фазе работы сердечно-сосудистой системы пациента.

4. Радиопередающий датчик для контроля биофизических параметров пациента, содержащий два датчика пульсовых волн кровотока, микропроцессор с запоминающим устройством, коммутатор и выход для подключения внешней контрольно-диагностической аппаратуры (КДА), отличающийся тем, что датчики пульсовых волн выполнены каждый в виде высокочастотного LC контура, причем первый LC контур включен в частотозадающую цепь автогенератора, второй LC контур подключен ко входу введенного в устройство демодулятора, а коммутатор включен в цепь подачи питания на автогенератор.

5. Радиопередающий датчик по п.4, отличающийся тем, что конструктивно выполнен в виде наушной клипсы, а выход на внешнюю КДА выполнен радиопередающим в составе приемопередатчика и антенны.

6. Радиопередающий датчик по п.4, отличающийся тем, что коммутатор включен в цепь подачи питания на автогенератор, вход управления коммутатором подключен к управляющему выходу микропроцессора, а приемный выход приемопередатчика подключен ко входу управления микропроцессором.

7. Радиопередающий датчик по п.4, отличающийся тем, что к информационным входам микропроцессора подключены через АЦП выходы автогенератора и демодулятора, а информационный выход микропроцессора подключен к передающему входу приемопередатчика.