Устройство и способ определения и мониторинга рисков для здоровья Российский патент 2022 года по МПК A61B5/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к медицинской технике, а именно - к устройствам и способам определения и мониторинга рисков для здоровья субъекта, а также для диагностики состояния организма субъекта. Под термином «субъект» в настоящем изобретении понимается человек - носитель устройства или иной живой организм, в частности, животное (в том числе млекопитающее).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны устройства и способы определения состояния здоровья человека на основе сигналов с различных датчиков.

Известен способ мониторинга нормальных или аномальных физиологических событий у пациентов путем анализа их биомедицинских сигналов по международной заявке WO200357025, опубл. 24.12.2003, МПК A61B 05/00. Анализируемый биомедицинский сигнал исследуют следующим образом. Получают необработанный сигнал, например, ЭКГ пациента с использованием соответствующего электрода. Выполняют адаптивную сегментацию данного сигнала. Далее извлекают признаки из указанного необработанного сигнала. Производят кластеризацию временных признаков и признаков формы сигнала. На основе полученных данных производят выполнение медицинской интерпретации кластеров.

В патенте EP2156788, опубл. 24.02.2010, МПК A61B 05/00 раскрыт способ измерения во временных рядах показателя жизнедеятельности. Показатели жизненно важных функций непрерывно измеряются модулем измерения показателя жизнедеятельности. Модуль определения изменения показателя жизнедеятельности пользователя определяет, может ли человек по состоянию здоровья управлять транспортным средством.

Наиболее близким является способ обнаружения патологических колебаний физиологических сигналов для диагностики заболеваний человека, описанный в заявке US20100234748, опубл. 16.09.2010, МПК A61B 05/04.

Способ включает в себя выполнение анализа скользящего окна, чтобы найти последовательности в данных физиологического сигнала, которые соответствуют версиям шаблонной функции, скорректированным по амплитуде и продолжительности, в пределах указанного допуска.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническим результатом, достигаемым в настоящем изобретении, является повышение точности, достоверности и оперативности определения рисков для здоровья, а также повышение универсальности инструментария их определения путем учета одновременно измеренных разнородных физиологических характеристик организма субъекта.

Для достижения вышеуказанного технического результата предложено устройство определения и мониторинга рисков для здоровья, включающее: датчики, имеющие контакт с телом субъекта и закрепленные на нем; блок измерения, выполненный с возможностью преобразования сигналов с датчиков параметров различной физической природы к виду значений измеряемых ими величин; блок параметрическо-функционального преобразования, обеспечивающий преобразование каждого из принятых сигналов с измеренными физиологическими параметрами из параметрического сигнала в функциональный сигнал единой формы, обеспечивающей их сопоставление без дополнительного преобразования; блок сопоставления сигналов, выполненный с возможностью определения наличия рисков и формирования соответствующих сигналов об их наличии; блок оценки рисков, выполненный с возможностью оценивания рисков и формирования сигналов с общей оценкой (уровнем) рисков; блок отображения, выполненный с возможностью преобразования общей оценки (уровня) рисков в сообщение человеку – носителю устройства и/или специалисту, осуществляющему мониторинг здоровья.

В устройстве согласно настоящему изобретению датчики могут быть закреплены на теле субъекта любым, не наносящим вред его здоровью, способом, например, посредством застегивания браслета, посредством фиксации пластырем или нагрудным ремнем, или посредством имплантирования.

Устройство согласно настоящему изобретению может быть выполнено с возможностью приема сигналов с любых известных типов датчиков, например, пьезоэлектрических, оптико-электрических, электрохимических, аудио-видео датчиков, а также с иных перспективных датчиков, обеспечивающих измерение физиологических характеристик.

Устройство согласно настоящему изобретению может быть выполнено с возможностью приема сигналов с датчиков, установленных непосредственно в корпусе устройства, а также, при необходимости, с датчиков, установленных вне корпуса, по проводам или по стандартным протоколам беспроводной передачи данных.

Устройство согласно настоящему изобретению выполнено с возможностью приема сигналов с датчиков параметров различной физической природы посредством блока измерения, блока параметрическо-функционального преобразования, блока сопоставления сигналов и блока оценки рисков.

Устройство согласно настоящему изобретению может быть выполнено с возможностью непрерывного длительного мониторинга рисков для здоровья субъекта.

В устройстве согласно настоящему изобретению блок отображения может содержать световой и/или звуковой индикатор и/или экран.

Устройство согласно настоящему изобретению может быть связано с мобильным устройством, выполненным в виде мобильного телефона, смартфона, планшетного компьютера, ноутбука, или со стационарным компьютером.

Устройство определения и мониторинга рисков для здоровья предусматривает следующие основные функции:

- осуществление длительного мониторинга путем непрерывного измерения физиологических характеристик (например, частоты сердечных сокращений (ЧСС), температуры, концентрации основных веществ и др.) с помощью датчиков, имеющих контакт с телом субъекта и закрепленных на нем;

- параметрическо-функциональное преобразование каждого из измеренных разнородных сигналов в однородные функциональные сигналы для последующего их сопоставления;

- сопоставление однородных функциональных сигналов;

- оценивание рисков для здоровья в соответствии с набором установленных состояний, связанных с рисками для здоровья и отражающих возможные изменения здоровья;

- информирование человека – носителя устройства и/или специалиста, осуществляющего мониторинг здоровья, об определенных устройством рисках.

Кроме того, изобретение предусматривает наличие в устройстве дополнительных функций, позволяющих увеличить точность анализа состояния здоровья субъекта:

- непрерывный контроль устройством своего состояния (например, контроль наличия питания и соединения датчиков, имеющих контакт с телом субъекта);

- автоматическая корректировка сигналов, содержащих измеренные физиологические характеристики (обеспечение обратной связи в ходе процессов измерений);

- взаимодействие с внешними системами в целях передачи данных с устройства для дополнительной обработки.

Датчики, блок измерения, блок параметрическо-функционального преобразования, блок сопоставления сигналов, блок оценки рисков и блок отображения конструктивно могут быть объединены и выполнены в виде носимого персонального устройства, например, в форме браслета.

При необходимости датчики могут размещаться вне корпуса браслета и соединяться с браслетом проводами или по стандартным протоколам беспроводной передачи данных.

Вся совокупность существенных признаков заявленных устройства и способа определения и мониторинга рисков для здоровья напрямую влияет на достижение заявленного технического результата. Признак наличия в заявленном устройстве датчиков, имеющих контакт с телом субъекта, и закрепленных на нем, и признак приема сигналов с датчиков, содержащих измеренные физиологические характеристики, являются ключевыми для настоящего изобретения и обеспечивают возможность функционирования устройства и осуществления способа и достижения заявленного технического результата. Точность, достоверность и оперативность определения рисков для здоровья невозможно повысить без наличия в заявленном устройстве датчиков, без приема сигналов с этих датчиков и без их дальнейшего преобразования таким образом, как это описано в настоящем изобретении. Повышение универсальности инструментария определения рисков для здоровья также обеспечивается в первую очередь за счет наличия в заявленном устройстве датчиков, приема сигналов с этих датчиков и их дальнейшего преобразования.

Также для достижения вышеуказанного технического результата предложен способ определения и мониторинга рисков для здоровья, характеризующийся тем, что предварительно создают наборы функциональных параметров, каждый из которых включает совокупность взаимосвязанных пороговых значений критических физиологических параметров и их временных характеристик по длительности и периодичности, принимают сигналы, содержащие измеренные физиологические характеристики, по меньшей мере, с одного датчика, преобразуют каждый из принятых сигналов в сигнал единой формы, обеспечивающей их сопоставление без дополнительного преобразования на заданном временном отрезке, при этом определяют сигналу значение, обозначающее наличие фактора риска для здоровья при достижении данным сигналом порога критического значения параметра, хранящегося в одном из множества предварительно сформированных наборов функциональных параметров, или значение, обозначающее отсутствие фактора риска для здоровья, если порог не достигнут, затем сопоставляют между собой сигналы единой формы в рамках каждого набора функциональных параметров и при совпадении значений сигналов набора, обозначающих наличие фактора риска для здоровья, выносят решение о наличии определенных рисков для здоровья субъекта, на основании множества которых формируют общую оценку состояния здоровья, о чем информируют человека – носителя устройства и/или специалиста, осуществляющего непрерывный длительный мониторинг здоровья, отличающийся тем, что используют вышеуказанное устройство, при этом закрепляют его на теле субъекта любым, не наносящим вред его здоровью, способом.

Способ определения и мониторинга рисков для здоровья посредством вышеуказанного устройства определения и мониторинга рисков для здоровья, заключающийся в выполнении следующих операций, можно описать более подробно следующим образом.

Предварительно создают наборы функциональных параметров, каждый из которых включает совокупность взаимосвязанных пороговых значений критических физиологических параметров и их временных характеристик по длительности и периодичности, характеризующую определенный фактор риска для здоровья. При этом выбор значений критических физиологических параметров и их временных характеристик по длительности и периодичности опирается на проверенные медицинские данные.

Каждый набор функциональных параметров формируется на основе по меньшей мере двух параметров (время и соответствующий ему хотя бы один физиологический параметр), получаемых с датчиков.

Далее в целях обеспечения постоянного определения и мониторинга рисков для здоровья, которые заключаются в непрерывном последовательном выполнении всех операций способа, за исключением операции предварительного создания набора функциональных параметров, принимают сигналы, содержащие измеренные физиологические характеристики, по меньшей мере, с одного датчика. От датчиков получают сигналы, содержащие, в частности, следующие параметры: ЧСС, состояние сна или бодрствования; вид физической активности субъекта, расход и приход энергии, состояние гидратации организма, фазы сна, уровень стресса, содержание глюкозы в межклеточной жидкости, но не ограничиваясь данным перечнем.

Затем преобразуют каждый из принятых сигналов в функциональный сигнал единой формы, обеспечивающей их сопоставление без дополнительного преобразования на заданном временном отрезке, при этом определяют сигналу значение, обозначающее наличие фактора риска для здоровья при достижении данным сигналом порога критического значения параметра, хранящегося в одном из множества предварительно сформированных наборов функциональных параметров, или значение, обозначающее отсутствие фактора риска для здоровья, если порог не достигнут. Другими словами, это позволяет разнородные сигналы с датчиков преобразовать в единую форму для их последующего сопоставления. Следует отметить, что из одного сигнала от датчика в процессе его преобразования в сигнал единой формы, получают столько однородных сигналов, сколько имеется разных пороговых значений критических физиологических параметров, соответствующих сигналу, в наборах функциональных параметров.

Кроме того, перед преобразованием сигналов от датчиков в сигналы единой формы определяют некоторое значение (например, среднее арифметическое) сигнала от датчика на заданном временном отрезке.

Далее при достижении сигналом от датчика порогового значения критического физиологического параметра запоминают значение величины отклонения сигнала от порогового значения, длительность и периодичность такого отклонения. Учет величины отклонения, длительность и периодичность такого отклонения позволяет при вынесении решения о наличии фактора риска более точно определить состояние здоровья.

Затем сопоставляют между собой сигналы единой формы в рамках каждого набора функциональных параметров и при совпадении значений сигналов набора, обозначающих наличие фактора риска для здоровья, выносят решение о том, что риски для здоровья определены, при этом формируют соответствующие сигналы об их наличии.

После формируют наборы состояний, связанных с выявленными рисками для здоровья и отражающих возможные изменения здоровья.

Затем оценивают риски в соответствии с полученным набором состояний и определяют общую оценку рисков для здоровья, при этом формируют соответствующие сигналы с этой оценкой.

В завершение информируют человека – носителя устройства и/или специалиста, осуществляющего мониторинг здоровья, посредством отображения сигналов с общей оценкой (уровнем) рисков на блоке отображения устройства.

В способе согласно настоящему изобретению внешнее устройство могут выбирать из группы, включающей мобильный телефон, смартфон, планшетный компьютер, ноутбук или стационарный компьютер.

В способе согласно настоящему изобретению заблаговременно создают наборы функциональных параметров и задают соответствующие им пороговые значения. В способе согласно настоящему изобретению с датчиков могут получать сигналы содержащие, в частности, следующие параметры: частоту сердечных сокращений, состояние сна или бодрствования; вид физической активности человека, расход и приход энергии, состояние гидратации организма, фазы сна, уровень стресса, содержание глюкозы в межклеточной жидкости, но не ограничиваясь данным перечнем.

В способе согласно настоящему изобретению перед преобразованием сигналов от датчиков в сигналы единой формы используют как текущее значение сигнала от датчика, так и накопленные ретроспективные данные.

В способе согласно настоящему изобретению после преобразования каждого из принятых сигналов в сигнал единой формы, из сигналов единой формы формируют единый однородный поток.

В способе согласно настоящему изобретению для каждого набора функциональных параметров могут использовать одно или несколько временных окон, с которыми соотносятся поступающие данные для каждого из сигналов.

В способе согласно настоящему изобретению длина каждого временного окна может определяться конкретным набором функциональных параметров.

В способе согласно настоящему изобретению могут осуществлять непрерывный контроль технического состояния устройства, автоматическую корректировку сигналов, содержащих измеренные физиологические характеристики, а именно, обеспечение обратной связи в ходе процессов измерений, взаимодействия с внешними системами для передачи данных.

В способе согласно настоящему изобретению действия над принимаемыми сигналами с датчиков параметров различной физической природы разделены на самостоятельные технологические переделы (этапы преобразования сигналов), и осуществляются посредством соответствующих блоков заявленного устройства.

Повышение точности, достоверности и оперативности определения рисков для здоровья, а также повышение универсальности инструментария их определения в заявляемом способе и устройстве для его реализации обеспечивается всей совокупностью признаков изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг. 1 приведены варианты реализации изобретения.

На Фиг. 2 приведена общая схема операций способа определения и мониторинга рисков для здоровья.

На Фиг. 3 приведена схема создания наборов функциональных параметров.

На Фиг. 4 представлены графики преобразования сигналов, содержащие измеренные физиологические параметры с датчика, в сигнал единой формы.

На Фиг. 5 представлены графики результатов сопоставления сигналов единой формы в рамках совокупности сигналов каждого из созданных наборов функциональных параметров и графики определенных рисков для здоровья.

На Фиг. 6 показан пример преобразования сигналов, содержащих измеренные физиологические параметры с датчиков, в сигнал единой формы.

На Фиг. 7 приведен другой пример преобразования сигналов, содержащих измеренные физиологические параметры с датчиков, в сигнал единой формы.

На Фиг. 8 приведен пример, отражающий содержание преобразования параметрических сигналов в функциональные с их последующим сопоставлением, лежащее в основе способа определения и мониторинга рисков для здоровья.

На Фиг. 9 приведен пример общей схемы определения рисков.

На Фиг. 10 приведен пример определения рисков в носимом персональном устройстве в форме браслета.

На Фиг. 11 приведен пример реализации изобретения в виде носимого персонального устройства на базе аналоговых и цифровых микросхем.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для устройства и способа определения и мониторинга рисков для здоровья допускается несколько вариантов реализации (Фиг. 1). Так, изобретение может быть реализовано самостоятельно как носимое персональное устройство, например, в форме браслета с датчиками, имеющими контакт с телом субъекта и закрепленными на нем (I), в составе пары браслет-телефон (планшет) (II) или в качестве элемента в составе сложной системы технических устройств (III) на основе цифровой техники общего назначения.

Носимые персональные устройства 1 (Фиг. 1), в том числе устройство для определения и мониторинга рисков для здоровья предназначены, в основном, для измерения физиологических параметров и информирования о полученных значениях этих параметрах носителя устройства. В настоящее время данные устройства не предполагают достаточно развернутое определение рисков для здоровья субъекта. Кроме того, данные устройства, в качестве элементов сложных систем технических устройств, могут быть связаны с другим носимым устройством, например, мобильным телефоном (планшетом) 2, в целях передачи данных с устройства на внешнее устройство 3 для дополнительной обработки (III).

Изобретение, реализованное самостоятельно как носимое персональное устройство (Фиг. 1), например, в форме браслета с датчиками (I) состоит из: датчиков (1), имеющих контакт с телом субъекта и закрепленных на нем; блока измерения (2), преобразующего сигналы с датчиков параметров различной физической природы к виду значений измеряемых ими величин; блока параметрическо-функционального преобразования (3), преобразующего каждый из принятых сигналов с измеренными физиологическими параметрами из параметрического сигнала в функциональный сигнал единой формы, обеспечивающей их сопоставление без дополнительного преобразования; блока сопоставления сигналов (4), определяющего наличие рисков и формирующего соответствующие сигналы об их наличии; блока оценки рисков (5), осуществляющего оценивание рисков и формирование сигналов с общей оценкой (уровнем) рисков; блока отображения (6), осуществляющего преобразование общей оценки (уровня) рисков в сообщение человеку – носителю устройства и/или специалисту, осуществляющему мониторинг здоровья.

Основной функцией изобретения является определение рисков для здоровья путем последовательной обработки параметрических сигналов, измеренных одним или несколькими датчиками параметров различной физической природы (1) на основе их целенаправленного параметрическо-функционального преобразования в блоках измерения (2), параметрическо-функционального преобразования (3), сопоставления сигналов (4) и оценки рисков (5).

Блок отображения (5) предназначен для преобразования сигналов с общей оценкой (уровнем) рисков в сообщение человеку – носителю устройства и/или специалисту, осуществляющему мониторинг здоровья, посредством светового, звукового индикатора и/или экрана.

Последовательная обработка параметрических сигналов в процессе определения рисков для здоровья заключается в поэтапном преобразовании сигналов, полученных от датчиков, в сообщение человеку – носителю устройства и/или специалисту, осуществляющему мониторинг здоровья, о выявленных рисках. Используются пять этапов преобразования: измерение, параметрическо-функциональное преобразование, сопоставление, оценка рисков, отображение. Каждое преобразование осуществляется в соответствующем блоке устройства. Графическое изображение этапов преобразования сигналов, получаемых от датчиков, в процессе определения рисков для здоровья, виды таких сигналов, а также состав соответствующих этим преобразованиям блоков приведены на Фиг. 2.

Перед началом измерительных процедур заблаговременно (Фиг. 3) создаются наборы функциональных параметров 4 (на фигурах - наборы), каждый из которых включает совокупность взаимосвязанных пороговых значений критических физиологических параметров и их временных характеристик по длительности и периодичности, характеризующую определенный критический фактор риска для здоровья. К таким параметрам могут относиться: ЧСС, состояние сна или бодрствования; вид физической активности субъекта, расход и приход энергии, состояние гидратации организма, фазы сна, уровень стресса, содержание глюкозы в межклеточной жидкости, но не ограничиваясь данным перечнем.

На схеме (Фиг. 3) представлена процедура создания набора функциональных параметров 4.

Под наборами функциональных параметров 4, которые отражают конкретные состояния здоровья, понимаются взаимосвязанные гипотезы о возможном риске для здоровья 5, задаваемых для каждого из факторов риска (FR) для здоровья, которые могут быть выявлены на основе сигналов S(P), содержащих измеренные физиологические характеристики, получаемые с помощью датчиков, в виде параметров P. По сути каждый из наборов функциональных параметров 4 отражает гипотезу о возможном риске для здоровья при сочетании нескольких параметров P. Время также является одним из параметров, так как при определении рисков для здоровья должны учитываться временные характеристики по длительности и периодичности параметров P.

При формировании гипотез о возможном риске для здоровья при сочетании нескольких параметров P используются объективные данные накопленные медициной и отражающие причинно-следственные связи между заболеванием и предшествующей ему последовательностью изменений физиологических характеристик субъекта. На основе этих данных формируются пороговые критические значения CP тех параметров P, которые могут быть измерены с помощью носимого персонального устройства 1 (I, Фиг. 1).

Пример одного из таких возможных наборов функциональных параметров 4 приведен на Фиг. 6. В качестве параметров P сигналов S (P) используются следующие параметры: ЧСС; признак (вид) активности, в которой находится субъект (в частности для человека, «спокойное состояние», «ходьба», «бег»); параметр «Время наблюдения».

Для каждого параметра в наборе устанавливается его пороговое значение, соответственно, каждый параметр набора определяется как критический физиологический параметр.

В реализации, представленной на Фиг.6, установлены следующие пороговые значения параметров:

- для критического физиологического параметра ЧСС заранее установлено пороговое значение ЧСС_норм. Текущее значение критического физиологического параметра CP для сигнала параметра S (ЧСС) определяется как «S(ЧСС) >70%*S(ЧСС_норм)». То есть если в результате мониторинга сигнала ЧСС фиксируется отклонение от установленной границы физиологического параметра ЧСС больше чем на 70%, то тогда фиксируется и наличие определенного фактора риска для здоровья, который характеризуется этим параметром. То есть, для данного критического физиологического параметра может быть назначен порог в виде относительной величины как доли от номинального значения этого параметра;

- значение порогового критического физиологического параметра CP для сигнала параметра S (вид активности), которое свидетельствует о появлении фактора риска, установлено как любое состояние, кроме состояния «Бег». То есть, для критического физиологического параметра, характеризующего вид активности субъекта, наличие определенного фактора риска устанавливается только при принадлежности определенным текущим состоянием;

- значение порогового критического физиологического параметра CP для параметра S (Время наблюдения), которое свидетельствует о появлении фактора риска – «2 мин». То есть фактор риска устанавливается при достижении конкретного абсолютного значения.

На Фиг. 7 приведен другой пример, в котором сформулированы два набора функциональных параметров 4 на основании тех же параметров P. Набор функциональных параметров N является набором из примера на Фиг. 6. Набор функциональных параметров N+1 на основе тех же параметров P связан с другой гипотезой о возможном риске для здоровья субъекта. В реализации, представленной на фигуре, установлены для этой гипотезы следующие пороговые значения параметров:

- для критического физиологического параметра ЧСС заранее установлено пороговое значение ЧСС_норм. Текущее значение критического физиологического параметра CP для сигнала параметра S (ЧСС) определяется как «S(ЧСС) >90%*S(ЧСС_норм)». То есть если в результате мониторинга сигнала ЧСС фиксируется отклонение от порога физиологического параметра ЧСС больше чем на 90%, то тогда фиксируется и наличие определенного фактора риска для здоровья, который характеризуется этим параметром. То есть, для данного критического физиологического параметра может быть назначен порог в виде относительной величины как доли от номинального значения этого параметра;

- пороговое значение критического физиологического параметра CP для сигнала параметра S (вид активности), которое свидетельствует о появлении фактора риска, установлено как состояние «Бег». То есть для критического физиологического параметра, характеризующего вид активности субъекта, наличие определенного фактора риска устанавливается только при принадлежности к определенному текущему состоянию;

- значение порогового критического физиологического параметра CP для параметра S (Время наблюдения), которое свидетельствует о появлении фактора риска – «0,1 мин». То есть фактор риска устанавливается при достижении конкретного абсолютного значения.

Пример на Фиг. 7 показывает, что даже для одних и тех же сочетаний параметров может быть несколько наборов функциональных параметров. Количество наборов зависит только от того, какое количество рисков возможно определить при использовании доступных данных с датчиков.

Реализация набора функциональных параметров в устройстве предполагается путем заблаговременной установки пороговых значений критических физиологических параметров, например, в простейшем случае в виде амплитуды электрического напряжения, когда нужно будет использовать в пороговом устройстве аналогового входного сигнала (Фиг. 11) - сигнал от датчика, измеряющего ЧСС.

Наборы функциональных параметров могут хранить также временные характеристики критических физиологических параметров. Для этого могут быть использованы цифровые часы. Например, если ЧСС имеет высокую частоту и длится слишком долго, такие значения сигналов могут быть в соответствующем наборе.

В целях непрерывного длительного мониторинга рисков ретроспективные данные наблюдения за здоровьем организма субъекта могут накапливаться как непосредственно на устройстве, так и передаваться во внешние системы (устройства) для хранения и последующей обработки. Для этого предусмотрена возможность взаимодействия с внешними устройствами, выбираемыми из группы, включающей мобильный телефон, смартфон, планшетный компьютер, ноутбук или стационарный компьютер.

Способ определения и мониторинга рисков для здоровья, реализованный в изобретении, выполняется следующим образом (Фиг. 2).

С одного или с двух датчиков 1 (Фиг. 2), например, с Датчика 1 и Датчика 2 принимают сигналы S(P), содержащие измеренные физиологические параметры P.

Далее в блоке измерения 2 сигналы с датчиков параметров различной физической природы преобразуются к виду значений измеряемых ими величин, то есть сигналы принимают параметрический характер.

После этого в блоке параметрическо-функционального преобразования 3 производится преобразование каждого из принятых параметрических сигналов в функциональный сигнал единой (здесь и далее – двоичной) формы на заданном временном отрезке. При этом определяют функциональному сигналу значение «1» при достижении соответствующим параметрическим сигналом порога критического физиологического параметра, хранящегося в одном из множества предварительно сформированных наборов функциональных параметров 4 (Фиг. 3), и значение «0», если порог не достигнут.

На Фиг. 4 приведен пример такого преобразования для условных сигналов S1 и S2. Для сигнала S1 границей критического физиологического параметра является пороговое значение CP1, обозначенного пунктирной линией, а для сигнала S2 пороговое значение CP2. Если данное значение на заданном временном отрезке превышено, то на выходе блока параметрическо-функционального преобразования 3 (Фиг. 2) записывается «1» для сигналов CB₁ или CB₂, если не превышено, то записывается «0».

Способ предусматривает определение некоторого значения (например, среднего арифметического) сигнала от датчика на временных отрезках входных сигналов S, для отстройки от помех. Кроме того, сигналы S, содержащие измеренные физиологические параметры могут отсутствовать, например, по причине неисправности датчика, наличия помех в передаче сигналов и других объективных причин. В этом случае после преобразования не формируется сигналы двоичной формы CB. Следуют пропуски в передаче сигналов, что и иллюстрируется на Фиг. 4.

Следующий этап (Фиг. 2) заключается в сопоставлении сигналов двоичной формы в рамках каждого из наборов функциональных параметров в блоке сопоставления 4. На выходе блока параметрическо-функционального преобразования 3 образуется единый поток сигналов двоичной формы. Таким образом это преобразование позволяет в дальнейшем сопоставлять сигналы, которые было невозможно сопоставлять до преобразования их в двоичную форму.

Речь идет о сопоставлении в простейшей двоичной форме, «1» и «0». Однако может быть предусмотрено запоминание отклонения от порога на предыдущем этапе в форме большего числа значений, то есть запоминание значения величины отклонения от порога критического физиологического параметра. Это позволяет при вынесении решения о наличии рисков для здоровья учитывать величину отклонения от порога критического физиологического параметра, а также длительность и периодичность такого отклонения, что также повышает точность способа.

Для каждого из созданных наборов функциональных параметров 4 (Фиг. 3) сопоставляют между собой все его функциональные сигналы двоичной формы и при совпадении значений «1» для каждого из сигналов набора выносят решение о наличии определенных рисков для здоровья. Данная операция поясняется на Фиг. 5. Функциональные сигналы двоичной формы SB₁, SB₂, SB₃, в данном примере сопоставляются по логике «И» в рамках каждого из наборов функциональных параметров: набора 1, набора 2 и набора 3. Если на временном отрезке сопоставления в рамках набора функциональных параметров у каждого сигнала SB будет значение «1», на выходе «1». Если будет хотя бы один «0», на выходе будет «0». В данном примере при сопоставлении у набора 1 и набора 3 сигнал на выходе содержит «1», что указывает о наличии определенного риска для здоровья. Если одновременно сработало несколько наборов функциональных параметров, то идентифицируется несколько состояний, связанных с рисками для здоровья и отражающих возможные изменения здоровья. Следует также отметить, что одно установленное состояние может свидетельствовать о нескольких рисках для здоровья.

Общий пример, отражающий содержание преобразования параметрических сигналов в функциональные с их последующим сопоставлением, лежащее в основе способа определения и мониторинга рисков для здоровья, приведен на Фиг. 8.

Следующий этап (Фиг. 2) заключается в оценивании рисков для здоровья в соответствии с ранее установленными состояниями, связанными с рисками и отражающими возможные изменения здоровья, и реализуется в блоке оценки рисков 5. Например, для качественной оценки рисков, формируемой устройством, может быть использована алгебра двоичной логики. Пример общей схемы такой оценки рисков приведен на Фиг. 9.

На следующем этапе (Фиг. 2) в блоке отображения 6 устройства для определения и мониторинга рисков для здоровья (например, в носимом персональном устройстве 1 в форме браслета, представленном на Фиг. 1) осуществляется преобразование общей оценки (уровня) рисков в сообщение человеку – носителю устройства и/или специалисту, осуществляющему мониторинг здоровья, например, в форме световой индикации или текстового сообщения на экран устройства (Фиг. 10).

Медицинские примеры.

В качестве практического примера определения рисков для здоровья приведем пример с сигналами от носимого персонального устройства, содержащими измеренные у наблюдаемого мужчины (субъект) 60 летнего возраста физиологические параметры по уровню стресса и уровню гидратации. На первом этапе преобразования в сигналы двоичной формы происходит сравнение с сигналами установленного порогового значения критического физиологического параметра и временем этого превышения как сигнала с параметром стресса, так и сигнала с параметром уровня гидратации (обезвоживание). На следующем этапе уже сопоставляются сигналы двоичной формы, в рамках соответствующих наборов функциональных параметров. При этом могут быть выявлены следующие ситуации:

- повышенный стресс при низкой гидратации;

- длительная низкая гидратация (обезвоживание).

Мониторинг состояния здоровья показал, что у наблюдаемого присутствует выраженное хроническое обезвоживание. Прием у врача подтвердил, что после замены 10 лет назад одного из клапанов сердца на искусственный, в течение более двух последних лет принимались препараты для снижения артериального давления, в состав которых входит мочегонное средство, что привело к «сгущению крови», вызванному состоянием обезвоживания. При этом низкая гидратация сопровождалась повышенным стрессом. Па данному примеру выявленный риск был признан врачом как существенный для жизни и здоровья наблюдаемого и назначено новое лечение.

Все эти ситуации говорят о наличии объективной возможности выявления рисков для здоровья субъекта.

На основании этих данных могут далее рассматриваться более общие оценки риска для здоровья субъекта. Например, эти указанные риски могут говорить о сердечно сосудистом заболевании, или нарушении обмена веществ. Кроме того, данные о рисках, связанных со стрессом и низкой гидратацией могут свидетельствовать о снижении адаптационных возможностей или снижении работоспособности.

Следует также отметить, что, например, общая оценка рисков для здоровья субъекта может быть построена в форме представления рисков в виде последовательного перечисления рисков и их параметров, которые затем будут проанализированы специалистами, выносящими общие решения о здоровье и общих рисках для субъекта. Может быть построена и автоматизированная система, которая на основе полученных данных будет определять более общие риски, по всем полученным данным о рисках или по части их. Реализация такой возможности предусматривается путем взаимодействия изобретения с внешними системами (устройствами) в целях передачи данных с устройства для дополнительной обработки.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Изобретение может быть реализовано как носимое персональное устройство, например, в форме браслета, или может входить в состав сложной системы технических устройств, как ее элемент.

Пример реализации изобретения в виде носимого персонального устройства в форме браслета, закрепленного на запястье, на базе аналоговых и цифровых микросхем представлен на Фиг. 11.

В качестве примера приведен способ выявления превышения критического значения ЧСС, что говорит об риске ССЗ (Риск 1), совместно со способом выявления повышенной ЧСС в ночное время, что говорит об риске снижения адаптационных возможностей организма субъекта (Риск 2).

Так с датчика ЧСС (например, оптического пульсометра), размещенного в корпусе браслета и имеющего контакт с телом субъекта путем закрепления его на запястье посредством застегивания браслета поступает электрический сигнал на пороговое устройство (Компаратор 1), в котором он преобразуется из аналогового сигнала на выходе в цифровую информацию. Если входной аналоговый сигнал по своему значению больше определенного (порогового) напряжения (критическая ЧСС), которое заблаговременно устанавливается заранее как критический функциональный сигнал первого набора функциональных параметров (набора 1) устройства (браслета), то на выходе порогового устройства формируется сигнал логического уровня равный «1». При этом через простейшую схему соединения (например, через правильно подобранный резистор) сигнал с логического элемента «зажигает» светодиод. Это говорит о том, что выявлен фактор риска – повышенная ЧСС, а значит определен, например, риск ССЗ (Риск 1). Как допущение для данного риска, в целях упрощения графической схемы второй критический параметр (Время) не рассматривается.

Для реализации способа выявления повышенной ЧСС в ночное время, потребуются дополнительные элементы устройства, также находящиеся в корпусе браслета, так как необходимо контролировать два фактора риска: повышенная ЧСС и вид активности субъекта «Сон».

Так для определения текущего времени суток и измерения продолжительности временных интервалов в единицах, меньших, чем одни сутки (в нашем случае – ночное время) потребуются цифровые часы, на выходе которых формируется сигнал времени, который распределяется на два цифровых компаратора (Цифр. компаратор 1 и Цифр. компаратор 2). Такие компараторы широко используются в измерительной технике, радио- и проводной связи, бытовых приборах. Например, цифровые часы с будильником содержат цифровой компаратор, в котором при совпадении текущего времени с заданным, подается звуковой сигнал.

На первом цифровом компараторе заблаговременно устанавливают значение 0 ч 0 мин (Будильник 1), означающее начало ночного времени суток, а на втором – значение 6 ч 0 мин (Будильник 2), означающее окончание ночного времени суток. Данные значения относятся ко второму набору функциональных параметров (набор 2) устройства (браслета). При срабатывании условного будильника каждого из компараторов на их выходе формируется сигнал логического уровня равный «1». Оба сигнала подаются в третий цифровой компаратор (Цифр. компаратор 3), на выходе которого формируется сигнал логического уровня равный «1» при наличии «1» от первого компаратора и сигнал «0» при поступлении «1» со второго соответственно. При этом при каждом таком переключении первый и второй компаратор меняют свой выходной сигнал на противоположный до следующего срабатывания условного будильника. Таким образом в устройстве реализован критический физиологический параметр «ночное время», характеризующий условный вид активности субъекта «Сон», то есть наличие определенного фактора риска устанавливается только при принадлежности этому текущему состоянию. Для повышения достоверности измерений вида активности дополнительно может быть использован, например, такой датчик как акселерометр, измеряющий перемещение устройства в пространстве.

Принимая во внимание, что для второго способа должны учитываться два фактора риска, сигналы с порогового устройства (Компаратор 1), означающие при наличии на его выходе «1» наличие первого фактора, и сигналы с третьего цифрового компаратора (Цифр. компаратор 3), означающие при наличии на его выходе «1» наличие второго фактора, подаются на четвертый цифрой компаратор (Цифр. компаратор 4), в котором осуществляется их сопоставление. При одновременном наличии на входе четвертого компаратора двух сигналов равных «1», на его выходе также формируется сигнал равный «1», что означает наличие риска снижения адаптационных возможностей организма субъекта (Риск 2). При этом аналогично первому способу сигнал с логического элемента четвертого цифрового компаратора «зажигает» светодиод.

Преимуществом изобретения является простота реализации и универсальность, позволяющая производить определение рисков для здоровья с помощью любых сигналов с любыми данными о параметрах и данных о состоянии организма субъекта.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для определения и мониторинга рисков для здоровья. Предложен способ и устройство для реализации способа, причем устройство включает: датчики, имеющие контакт с телом субъекта и закрепленные на нем; блок измерения, выполненный с возможностью преобразования сигналов с датчиков параметров различной физической природы к виду значений, измеряемых ими величин; блок параметрическо-функционального преобразования, обеспечивающий преобразование каждого из принятых сигналов с измеренными физиологическими параметрами из параметрического сигнала в функциональный сигнал единой формы, обеспечивающей их сопоставление без дополнительного преобразования; блок сопоставления сигналов, выполненный с возможностью определения наличия рисков и формирования соответствующих сигналов об их наличии; блок оценки рисков, выполненный с возможностью оценивания рисков и формирования сигналов с общей оценкой (уровнем) рисков; блок отображения, выполненный с возможностью преобразования общей оценки (уровня) рисков в сообщение человеку – носителю устройства и/или специалисту, осуществляющему мониторинг здоровья. Группа изобретений обеспечивает повышение точности, достоверности и оперативности определения рисков для здоровья, а также повышение универсальности инструментария их определения путем учета одновременно измеренных разнородных физиологических характеристик организма субъекта. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство определения и мониторинга рисков для здоровья, включающее: датчики (1), имеющие контакт с телом субъекта и закрепленные на нем; блок (2) измерения, выполненный с возможностью преобразования сигналов с датчиков параметров различной физической природы к виду значений измеряемых ими величин; блок (3) параметрическо-функционального преобразования, выполненный с возможностью преобразования каждого из принятых сигналов с измеренными физиологическими параметрами из параметрического сигнала в функциональный сигнал единой формы, обеспечивающей их сопоставление без дополнительного преобразования; блок (4) сопоставления сигналов, выполненный с возможностью определения наличия рисков; блок (5) оценки рисков, выполненный с возможностью оценивания рисков; отличающееся тем, что оно содержит блок (6) отображения, выполненный с возможностью преобразования общей оценки рисков в сообщение человеку - носителю устройства и/или специалисту, осуществляющему мониторинг здоровья, при этом блок (4) сопоставления сигналов выполнен с возможностью формирования соответствующих сигналов о наличии рисков, определенных блоком (4) сопоставления сигналов, причем блок (5) оценки рисков выполнен с возможностью формирования сигналов с общей оценкой рисков, оцененных в блоке (5) оценки рисков.

2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что датчики (1) закреплены на теле субъекта одним из следующих способов, не наносящих вред его здоровью: посредством застегивания браслета, посредством фиксации пластырем или нагрудным ремнем или посредством имплантирования.

3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что выполнено с возможностью приема сигналов с пьезоэлектрических датчиков, оптико-электрических датчиков, электрохимических датчиков, а также - аудио-видео датчиков, обеспечивающих измерение физиологических характеристик.

4. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что выполнено с возможностью приема сигналов с датчиков (1), установленных непосредственно в корпусе устройства, а также, при необходимости, с датчиков (1), установленных вне корпуса, по проводам или посредством беспроводной передачи данных.

5. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что выполнено с возможностью приема сигналов с датчиков (1) параметров различной физической природы посредством блока (2) измерения, блока (3) параметрическо-функционального преобразования, блока (4) сопоставления сигналов и блока (5) оценки рисков.

6. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что оно выполнено с возможностью непрерывного длительного мониторинга рисков для здоровья субъекта.

7. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что блок (6) отображения содержит световой и/или звуковой индикатор и/или экран.

8. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что оно связано с мобильным устройством, выполненным в виде мобильного телефона, смартфона, планшетного компьютера, ноутбука, или со стационарным компьютером.

9. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что блок (3) параметрическо-функционального преобразования выполнен с возможностью преобразования каждого из принятых сигналов с измеренными физиологическими параметрами из параметрического сигнала в функциональный сигнал двоичной формы.

10. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что блок (5) оценки рисков выполнен с возможностью формирования сигналов с общим уровнем рисков, а блок (6) отображения выполнен с возможностью преобразования общего уровня рисков в сообщение человеку - носителю устройства и/или специалисту, осуществляющему мониторинг здоровья.

11. Способ определения и мониторинга рисков для здоровья, характеризующийся тем, что предварительно создают наборы функциональных параметров, каждый из которых включает совокупность взаимосвязанных пороговых значений критических физиологических параметров и их временных характеристик по длительности и периодичности, принимают как сигналы, содержащие измеренные физиологические характеристики, по меньшей мере, с одного датчика, так и используют накопленные ретроспективные данные, преобразуют каждый из сигналов в сигнал единой формы, обеспечивающей их сопоставление без дополнительного преобразования на заданном временном отрезке, при этом определяют сигналу значение, обозначающее наличие фактора риска для здоровья при достижении данным сигналом порога критического значения параметра, хранящегося в одном из множества предварительно сформированных наборов функциональных параметров, или значение, обозначающее отсутствие фактора риска для здоровья, если порог не достигнут, затем сопоставляют между собой сигналы единой формы в рамках каждого набора функциональных параметров и при совпадении значений сигналов набора, обозначающих наличие фактора риска для здоровья, выносят решение о наличии определенных рисков для здоровья субъекта, на основании множества которых формируют общую оценку состояния здоровья, о чем информируют человека - носителя устройства и/или специалиста, осуществляющего непрерывный длительный мониторинг здоровья, отличающийся тем, что используют устройство по любому из пп. 1-10, при этом закрепляют его на теле субъекта любым, не наносящим вред его здоровью, способом.

12. Способ по п. 11, характеризующийся тем, что внешнее устройство выбирают из группы, включающей мобильный телефон, смартфон, планшетный компьютер, ноутбук или стационарный компьютер.

13. Способ по п. 11, характеризующийся тем, что заблаговременно создают наборы функциональных параметров и задают соответствующие им пороговые значения.

14. Способ по п. 11, характеризующийся тем, что каждый из наборов функциональных параметров включает совокупность по меньшей мере двух параметров: время и соответствующий ему хотя бы один физиологический параметр, получаемый с датчиков.

15. Способ по п. 11, характеризующийся тем, что с датчиков получают сигналы, содержащие следующие параметры: частоту сердечных сокращений, состояние сна или бодрствования; вид физической активности человека, расход и приход энергии, состояние гидратации организма, фазы сна, уровень стресса, содержание глюкозы в межклеточной жидкости.

16. Способ по п. 11, характеризующийся тем, что перед преобразованием сигналов от датчиков в сигналы единой формы определяют значение, например, среднее арифметическое, сигнала с датчика на заданном временном отрезке.

17. Способ по п. 11, характеризующийся тем, после преобразования каждого из принятых сигналов в сигнал единой формы, из сигналов единой формы формируют единый однородный поток.

18. Способ по п. 11, характеризующийся тем, что при достижении сигналом от датчика порогового значения критического физиологического параметра запоминают значение величины отклонения сигнала с датчика от порогового значения.

19. Способ по п. 11, характеризующийся тем, что при вынесении решения о наличии риска для здоровья учитывают величину отклонения сигнала с датчика от порогового значения, а также длительность и периодичность такого отклонения.

20. Способ по п. 11, характеризующийся тем, что из одного сигнала с датчика в процессе его преобразования в сигнал единой формы, получают столько однородных сигналов, сколько имеется разных пороговых значений критических физиологических параметров, соответствующих сигналу, в наборах функциональных параметров.

21. Способ по п. 11, характеризующийся тем, что для каждого набора функциональных параметров используется одно или несколько временных окон, с которыми соотносятся поступающие данные для каждого из сигналов.

22. Способ по п. 21, характеризующийся тем, что длина каждого временного окна определяется набором функциональных параметров.

23. Способ по п. 11, характеризующийся тем, что осуществляют непрерывный контроль технического состояния устройства, автоматическую корректировку сигналов, содержащих измеренные физиологические характеристики, а именно, обеспечение обратной связи в ходе процессов измерений, взаимодействия с внешними системами для передачи данных.

24. Способ по п. 11, характеризующийся тем, что действия над принимаемыми сигналами с датчиков параметров различной физической природы разделены на самостоятельные технологические переделы, и осуществляются посредством соответствующих блоков (2-6) устройства по п. 1.

25. Способ по п. 24, характеризующийся тем, что самостоятельными технологическими переделами являются этапы преобразования сигналов.

26. Способ по п. 11, характеризующийся тем, что если при преобразовании параметрических сигналов в функциональные сигналы выбрана единая двоичная форма, то принимают сигналы, содержащие измеренные физиологические характеристики, по меньшей мере, с одного датчика, преобразуют каждый из принятых сигналов в сигнал двоичной формы на заданном временном отрезке, при этом определяют сигналу значение «1» при достижении данным сигналом порога критического значения параметра, хранящегося в одном из множества предварительно сформированных наборов функциональных параметров, и значение «0» если порог не достигнут, затем сопоставляют между собой сигналы двоичной формы в рамках каждого набора функциональных параметров и при совпадении значений «1» сигналов набора выносят решение о наличии определенных рисков для здоровья субъекта.