СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ СЕРДЕЧНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ЧАСТОТЫ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ И РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СЕРДЕЧНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ЧАСТОТЫ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ Российский патент 2020 года по МПК A61B5/00 

Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике частоты сердечных сокращений (ЧСС) и частоты дыхательных движений (ЧДД).

Известны способ и устройство кардиографического исследования сердца путем измерения ЧСС и частоты дыхательных движений (ЧДД), позволяющие создание надежного метода для комплексного физиологического обследования людей, работающих в стрессорных условиях, с целью оперативной оценки их функционального состояния, (см. патент РФ №№73772, от 16.08.2007, МПК А61В 5/02)). Путем измерения и анализа указанных параметров создают единый комплекс с взаимно согласованными критериями оценки, которые совместно дают возможность определить адаптационные возможности организма и степень напряжения и функциональные резервы регуляторных систем.

Известно также устройство для диагностики дыхательной и сердечнососудистой деятельности человека, и дистанционной передачи частоты сердечных сокращений, путем зондирования электромагнитным излучением, направленного в область расположения сердца (см патент РФ №128091, от 08.08.2012 МПК А61В 5/0402, А61В 5/08), включающее блок съема и передачи сигнала, представляющее собой регистратор с пятью пьезодатчиками для регистрации ЭКГ и тензодатчиком для регистрации дыхания, усилитель биопотенциалов, аналого-цифровой преобразователь, интерфейс и плату для кодирования и передачи цифрового сигнала в виде радиосигнала для передачи через блок приема и преобразования радиосигнала в ЭКГ и респираторный потенциал, включающий Bluetooth адаптер и Router, блок обработки и хранения параметров дыхания и ЭКГ, расположенный на расстоянии 1000 м от блока съема и передачи сигнала, включающего ноутбук, для отображенияя результатов анализа записи ЭКГ и дыхания, графики с результатами ЭКГ и дыхания.

Недостатком данных способов является отсутствие возможности работы дистанционно, необходим непосредственный контакт с человеком.

Задачей предложенного решения является дистанционный бесконтактный метод диагностики параметров ЧСС и ЧДД, характеризующих жизненно важные показатели работы сердца, и расширение возможностей за счет использования определения параметров в реальном времени, увеличение дальности измерений и увеличение точности измерений.

Для реализации поставленной задачи в способе измерения ЧСС и ЧДД человек облучается дистанционно радиочастотным излучением, находящимся на любом расстоянии от него, не используя датчики (электроды), установленные непосредственно на пациенте или в его окружении. Способ измерения ЧСС и ЧДД заключается в следующем: зондирующим радиолокационным сигналом облучается человек, находящийся в контролируемой зоне. Затем по отраженному сигналу от человека определяется расстояние R между человеком и приемной антенной. Из-за дыхания и сокращения сердца происходит изменение дистанции R. Типичные параметры амплитуды смещения поверхности тела из-за дыхания составляет от 1 мм до 12 мм, из-за сердцебиения, что определят параметр ЧДД, который лежит в пределах от 0.1 мм до 0.5 мм. Для измерения этих мелкомасштабных изменений R, используется изменение фазы радиолокационного сигнала во времени. Как известно, изменение расстояния связанно с изменением фазы сигнала (Ширман Я.Д. (ред.). Теоретические основы радиолокации. - М.: Советское радио, 1970) по формуле Δϕ=4πλ*ΔR (1), где λ - длина волны радиолокационного сигнала, ΔR - изменение расстояния.

Измеряя изменения фазы Δϕ во времени, согласно формуле (1), определяются изменения расстояния. Как видно из формулы (1), чем меньше длина волны радиолокационного сигнала, тем выше чувствительность к изменению смещения до поверхности тела человека, соответственно, и чувствительность к смещению до поверхности тела человека, соответственно, и чувствительность к смещению дистанции связанной с ЧСС и ЧДД. Измеряя изменения Δϕ во времени формируется полоса частот, в которой располагается информация о ЧСС и ЧДД. Затем с помощью полосовой фильтрации, выделяется полоса частот соответствующая ЧСС, а затем выделяется полоса частота соответствующая ЧДД. Экспериментально обнаружено, что большая полоса частот соответствует ЧСС (полоса частот сердечных сокращений лежит в диапазоне от 0.8 Гц до 2 Гц), а меньшая - соответствует ЧДД (полоса частот дыхательных движений лежит в диапазоне от 0.1 Гц до 0.5 Гц).

Для реализации указанного способа предложен радиолокационный измеритель ЧСС и ЧДД, содержащий передающий тракт, включающий облучатель в виде генератора управляемого напряжения, усилителя мощности, передающей антенны, соединенных последовательно, и приемного тракта, состоящего из последовательно соединенных, приемной антенны, малошумящего усилителя, смесителя, усилителя промежуточной частоты, выход которого подключен блоку цифровой обработки информации, при этом второй вход смесителя подключен к второму выходу генератора управляемого напряжения передающего тракта. Далее блок цифровой обработки информации выведен к потребителю.

Изобретение поясняется чертежом, где показан радиолокационный измеритель частоты сердечных сокращений и частоты дыхательных движений. Радиолокационный измеритель содержит передающий тракт 1, включающий облучатель в виде генератора 2 управляемого напряжением, усилитель 3 мощности, передающую антенну 4, соединенных последовательно. Прием радиочастотного излучения осуществляется приемной антенной 5, соединенной через малошумящий усилитель 6 с первым входом смесителя 7, выход которого подключен к усилителю 8 промежуточной частоты (ПЧ), выход усилителя 8 ПЧ подключен к блоку 9 цифровой обработки информации, при этом второй выход генератора 2 управляемого напряжения передающего тракта подключен к второму входу смесителя 7.

Далее блок 9 цифровой обработки информации выведен к потребителю.

Передающая и приемная антенны могут быть выполнены в виде микрополосковой или линзовой антенны.

Функционирование радиолокационного измерителя ЧСС и ЧДД заключается в следующем: В передающем тракте 1 формируется зондирующий радиочастотный сигнал, посредством антенны 4 облучается человек, находящийся в контролируемой зоне.

Принятый антенной 5 сигнал усиливается в малошумящем усилителе 6, на смеситель подается высокочастотный полезный сигнал, который понижается путем вычитания сигнала частоты гетеродина от генератора 2. В результате чего сигнал преобразуется на промежуточную частоту на выходе смесителя 7. Сигнал на промежуточной частоте с выхода смесителя 7 поступает в усилитель промежуточной частоты 8, где усиливается. Усиленный сигнал промежуточной частоты поступает в блок цифровой обработки сигналов 9. В блоке цифровой обработки сигналов 9 сигнал оцифровывается и подвергается цифровой обработке на основе математических преобразований, которые позволяют вычислить ЧСС и ЧДД.

Возможно одновременное круглосуточное исследование ЧСС и ЧДД бесконтактным способом и на расстоянии.

На выходе устройства выдается значения ЧСС и ЧДД.

Метод является безопасным для здоровья пациентов, т.к. выходная мощность передатчика соответствует требованиям СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96. Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ).

Таким образом, используя радиолокационный метод дистанционно, не внося контактные датчики на тело человека, так и вокруг него, возможно получить данные, свидетельствующие об измеряемых ЧСС и ЧДД.

Кроме того увеличивается чувствительность и точность измерений, т.к. измерение расстояний перенакладываются на измерение фазы радиолокационного сигнала (чем меньше длина волны радиочастотного сигнала, тем выше чувствительность к изменению смещения до поверхности тела человека), соответственно, и чувствительность к смещению до поверхности тела человека, соответственно, и чувствительность к смещению дистанции связанной с ЧСС и ЧДД.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к диагностике частоты сердечных сокращений (ЧСС) и частоты дыхательных движений (ЧДД). Способ измерения ЧСС и ЧДД заключается в следующем: зондирующим радиолокационным сигналом облучается человек, находящийся в контролируемой зоне. Затем по отраженному сигналу от человека определяется расстояние R между человеком и приемной антенной. Из-за дыхания и сокращения сердца происходит изменение дистанции R. Предложен также радиолокационный измеритель ЧСС и ЧДД, содержащий передающий тракт, включающий облучатель в виде генератора управляемого напряжения, усилителя мощности, передающей антенны, соединенных последовательно, и приемного тракта, состоящего из последовательно соединенных приемной антенны, малошумящего усилителя, смесителя, усилителя промежуточной частоты, выход которого подключен блоку цифровой обработки информации, при этом второй вход смесителя подключен к второму выходу генератора управляемого напряжения передающего тракта. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ бесконтактного измерения частоты сердечных сокращений и частоты дыхательных движений путем облучения пациента зондирующим электромагнитным излучением, регистрации отраженного сигнала, по величине которого судят об измеряемых величинах, отличающийся тем, что пациента облучают дистанционно радиочастотным излучением, по отраженному сигналу от человека определяют расстояние R между человеком и приемной антенной, фиксируют фазу ϕ, соответствующую расстоянию R, при смещении поверхности тела из-за дыхания измеряют изменение фазы Δϕ во времени, и изменения расстояния ΔR по формуле Δϕ=4πλ*ΔR, формируют полосу частот, соответствующую измеряемым параметрам, и выделяют полосы частот, соответствующие частоте сердечных сокращений и частоте дыхательных движений.

2. Радиолокационный измеритель частоты сердечных сокращений и частоты дыхательных движений согласно способу по п. 1, содержащий передающий тракт, включающий облучатель электромагнитного излучения, цифровой блок обработки, отличающийся тем, что облучатель выполнен радиочастотным, в виде генератора управляемого напряжения, усилителя мощности, передающей антенны, соединенных последовательно, в радиолокационный измеритель введены также последовательно соединенные приемная антенна, малошумящий усилитель, соединенный с первым входом смесителя, усилитель промежуточной частоты, при этом второй вход смесителя подключен к второму выходу генератора управляемого напряжения передающего тракта, а выход усилителя промежуточной частоты подключен к блоку цифровой обработки информации.