бесконтактное наблюдение дыхания у пациента и оптический датчик для измерения методом фотоплетизмографии

Формула изобретения

1. Портативное устройство (9) для бесконтактной выборочной проверки жизненных показателей пациента, которое содержит:

датчик расстояния для последовательного обнаружения изменений расстояния во времени относительно грудной клетки пациента (12);

калькулятор (25) частоты дыхания для определения дыхательной активности на основе обнаруженных изменений расстояния во времени;

две ручки (13), приспособленные для того, чтобы пациент (8) держал устройство обеими руками (10) так, чтобы датчик расстояния был направлен на грудную клетку пациента (12), причем ручки (13) содержат электроды для регистрации ЭКГ;

оптический датчик (18) для измерения методом фотоплетизмографии, расположенный на устройстве (9) так, чтобы когда держат устройство (9), палец пациента (5) автоматически ложился на оптический датчик (18).

2. Устройство по п.1, в котором датчик расстояния основан на излучении и приеме электромагнитных волн и предпочтительно содержит доплеровский радиолокационный датчик, предпочтительно двухканальный доплеровский радиолокационный датчик.

3. Устройство по п.1 или 2, в котором в устройстве предоставлен блок измерения ЭКГ, который соединен с ручками (13).

4. Устройство по п.1 или 2, в котором портативное устройство дополнительно содержит калькулятор (17) частоты сердечных сокращений для вычисления частоты сердечных сокращений у пациента (8) исходя из измеренной ЭКГ.

5. Устройство по п.1 или 2, в котором в устройстве предоставлен блок измерения методом фотоплетизмографии, который соединен с оптическим датчиком (18) и который приспособлен для определения кровяного давления у пациента (8).

6. Устройство по п. 5, в котором блок измерения методом фотоплетизмографии содержит калькулятор (21) времени прихода пульсовой волны для вычисления времени прихода пульсовой волны и приспособлен для определения кровяного давления у пациента (8) исходя из вычисленного значения времени прихода пульсовой волны и измеренной ЭКГ.

7. Устройство по п. 4, в котором устройство дополнительно содержит блок (28) вывода, который приспособлен для выведения индикаторного сигнала о стрессовом состоянии на основе когерентности между определенной частотой сердечных сокращений и определенной дыхательной активностью.

8. Устройство по п.7, в котором в устройстве предоставлен блок измерения методом фотоплетизмографии, который соединен с оптическим датчиком (18) и который приспособлен для определения кровяного давления у пациента (8), где индикаторный сигнал о стрессовом состоянии также основан на величине кровяного давления у пациента (8).

9. Устройство по п. 7, где блок (28) вывода дополнительно предоставляет управляющий сигнал, показывающий, как должен дышать пациент (8), где управляющий сигнал автоматически приспосабливается в соответствии с определенным стрессовым состоянием у пациента (8).

10. Устройство по п. 1, в котором оптический датчик (18) содержит оптический блок (1) с излучателем (2) света для излучения света в ткани пациента (8) и/или фотодатчиком (3) для обнаружения части излученного света после взаимодействия с тканями, причем оптический блок (1) встроен в эластичный материал (4).

11. Устройство по п. 10, в котором эластичный материал (4) приспособлен для контакта с пальцем пациента (5).

12. Устройство по п. 10 или 11, в котором эластичность эластичного материала (4) находится в диапазоне типичных значений эластичности тканей пальца человека.

13. Устройство по п. 10 или 11, где оптический блок (1) содержит светодиод (СИД) и фотодиод.

14. Устройство по п. 10 или 11, где эластичный материал (4) не прозрачен для света, излучаемого излучателем (2) света.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области бесконтактного наблюдения дыхания у пациента и к оптическому датчику для измерения методом фотоплетизмографии, а также, в частности, к портативному устройству для одновременного наблюдения дыхательного акта, кровяного давления и частоты сердечных сокращений, которые предпочтительно можно использовать для выборочной проверки жизненных показателей пациента в госпитале.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Существует возможность обнаружения прихода пульсовой волны в палец пациента с помощью оптического измерения: типично инфракрасный светодиод (СИД) излучает свет внутрь пальца, а свет, в некотором количестве доходящий до фотодиода, вызывает фототок, протекающий в диоде. В присутствии пульсовой волны большая часть света поглощается кровью, т.е. таким образом происходит модулирование тока, текущего в фотодиоде. Этот способ известен как фотоплетизмография (ФПГ).

ФПГ называется «ФПГ в проходящем свете», если СИД и фотодиод установлены с противоположных сторон пальца с тем, чтобы СИД излучал свет фактически через палец. Такая установка обычно реализована в виде клипсы для пальца. Другой вариант заключается в том, чтобы установить как СИД, так и фотодиод, с одной стороны пальца. Такая ФПГ называется «ФПГ в отраженном свете», и ее можно использовать, если клипса для пальца неприемлема. В режиме ФПГ в отраженном свете СИД и фотодиод расположены рядом друг с другом с тем, чтобы пациент просто должен был положить палец на эти два компонента для того, чтобы происходило обнаружение его пульсовой волны, например, для регистрации частоты сердечных сокращений или регистрации времени прихода пульсовой волны (ВПриПП).

Установку для ФПГ в отраженном свете можно использовать во многих случаях. При этом от пациента только требуется, чтобы он без усилий приложил свой палец к комбинации СИД/фотодиод для того, чтобы происходило обнаружение его пульсовой волны. Это можно использовать, например, для измерения частоты сердечных сокращений. Другим применением ФПГ является измерение времени прохождения пульсовой волны (ВПроПП) или времени прихода пульсовой волны (ВПриПП). Принцип регистрации ВПроПП состоит в том, что регистрируют момент времени, когда пульсовая волна приходит в одну точку организма, и измеряют время прихода в другую точку организма. ВПроПП вычисляют как разность двух моментов времени и оно обратно пропорционально скорости пульсовой волны. ВПриПП определяют как временной интервал между зубцом R на ЭКГ и приходом пульсовой волны на ФПГ в некоторый периферический участок. Обычно измерение ФПГ осуществляют на ушной мочке или на пальце пациента.

ВПроПП и ВПриПП представляют собой исследуемые измерения, поскольку среди прочих параметров, таких как расстояние между двумя точками измерений на теле и эластичностью кровеносных сосудов, они предоставляют информацию о кровяном давлении пациента. Поэтому, если другие параметры известны или могут быть установлены, кровяное давление можно получить из измеренных ВПроПП или ВПриПП.

Фактически, пик R в ЭКГ-сигнале не совпадает с началом распространения пульсового давления по аорте. Это связно с тем, что пик R на ЭКГ соответствует электрическому возбуждению сердечной мышцы. Требуется некоторое время для того, чтобы мышца среагировала на это возбуждение, после чего требуется еще больше времени, прежде чем мышца разовьет достаточное давление в сердце с тем, чтобы открылся аортальный клапан, а пульсовая волна фактически начала распространяться по артериям. Однако временной интервал между пиком R и открытием аортального клапана также несет важную информацию об артериальном кровяном давлении. Таким образом, во многих применениях приемлемо принимать пик R в качестве начальной точки, относительно которой определяют время прихода пульсовой волны на периферию.

В последнее время было предпринято множество попыток использовать этот принцип для того, чтобы обеспечить регистрацию кровяного давления, для которой не требуется манжета. Типично установки для регистрации ВПриПП включают регистрацию ЭКГ и регистрацию ФПГ. В качестве характеристической точки пульсовой волны на ФПГ принят момент времени, в который пульсовая волна приходит в палец или ухо. Вычисляют разность между временем возникновения пика R на ЭКГ и характеристической точки на ФПГ, которую переводят в величину кровяного давления.

В частности, в связи с установками для ФПГ в отраженном свете возникает проблема, состоящая в том, что давление, с которым кожу прижимают к комбинации СИД/фотодиод, может быть столь высоким, что кровеносные сосуды фактически пережимаются, так что пульсовая волна не достигает места измерений и, следовательно, не может быть обнаружена.

Более того, выборочная проверка жизненных показателей пациентов на больничных койках является частью ежедневной работы медсестры. Частота сердечных сокращений, частота дыхания, кровяное давление и температура тела являются наиболее важными параметрами, которые следует проверять у каждого пациента. Надлежащее измерение всех этих параметров будет требовать существенных усилий, как с точки зрения аппаратуры для измерения, так и с точки зрения времени. Однако на практике обстоятельства в госпитале заставляют медсестер как можно быстрее проводить выборочное измерение, поскольку у них есть множество других заданий, которые требуют большего внимания, чем рутинная выборочная проверка.

В частности, с помощью обычных установок для выборочной проверки еще нельзя измерять дыхательный акт. Для этого потребуется датчик дыхания. В основном такой датчик дыхания прикрепляется к грудной клетке пациента. Однако прикрепление датчика к грудной клетке пациента является неудобным и занимает много времени.

В US 2008/0077015 A1 раскрыта доплеровская радиолокационная система, которая может представлять собой портативное устройство для определения физиологических движений субъекта, например, частоты сердечных сокращений и/или частоты дыхания у субъекта. Частота сердечных сокращений может сравниваться с эталонным значением, получаемым от проводного датчика пульсовых колебаний в пальце.

В WO 2008/027509 A2 раскрыта система дистанционного обнаружения для наблюдения за изменениями диэлектрической проницаемости, связанными с физиологической активностью субъекта. Ткани субъекта освещают электромагнитным сигнальным лучом, и с помощью системы обнаруживают электромагнитный сигнальный пучок, отраженный от субъекта. Отраженный сигнал содержит изменения амплитуды, которые указывают на движение освещенных тканей, и изменения амплитуды, которые указывают динамические изменения диэлектрической проницаемости освещенных тканей, связанные с электрической активностью сердца субъекта. После определения частоты сердечных сокращений, по отраженному сигналу определяют и регистрируют структуру сигнала с частотой дыхания.

В US 2005/0288601 A1 раскрыто ручное портативное устройство с биологической обратной связью для оценки и лечения стресса посредством обнаружения волн респираторной синусной аритмии (РСА) в процессе дыхания. Устройство содержит фотоплетизмографический датчик и экран дисплея для предоставления субъектам информации об их волнах РСА почти в режиме реального времени. Эти волновые картины используются для того, чтобы предоставить субъекту обратную связь с информацией о дыхании на основе данных о частоте сердечных сокращений почти в режиме реального времени. Средство для уменьшения или соразмерного управления уровнем стресса предоставлено на основе анализа волновых картин и дыхательной обратной связи.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения состоит в том, чтобы предоставить удобную и простую в использовании возможность для выборочной проверки дыхательного акта пациента.

Эта цель достигается с помощью портативного устройства для бесконтактной выборочной проверки жизненных показателей пациента, которое содержит:

датчик расстояния для последовательного обнаружения изменения расстояния во времени относительно грудной клетки пациента;

калькулятор частоты дыхания для определения дыхательной активности на основе обнаруженных изменений расстояния во времени;

две ручки, приспособленные для того, чтобы пациент держал устройство обеими руками так, чтобы датчик расстояния был направлен на грудную клетку пациента, причем ручки содержат электроды для регистрации ЭКГ;

оптический датчик для измерения методом фотоплетизмографии, расположенный на устройстве так, чтобы, когда держат устройство, палец пациента автоматически ложился на оптический датчик.

В соответствии с настоящим изобретением описано решение для измерения дыхательного акта у пациента без контакта с телом. В частности, его можно использовать для интеграции в портативное устройство. Принимая это во внимание, портативное устройство содержит средство для держания, которое приспособлено для держания устройства перед грудной клеткой пациента самим пациентом. Кроме того, предпочтительно, чтобы вычисленная дыхательная активность предпочтительно содержала частоту дыхания пациента.

Изобретение обладает несколькими преимуществами: бесконтактное измерение дыхательного акта может быть встроено в портативное устройство. Кроме того, простое в использовании портативное решение для выполнения выборочной проверки частоты сердечных сокращений, кровяного давления и частоты дыхания может быть предоставлено в виде, который более подробно описан далее. Кроме того, простое в использовании портативное решение для выполнения упражнений на расслабление, например, включая управление дыханием, может быть предоставлено в виде, который дополнительно подробно описан ниже.

В основном, можно использовать различные типы датчиков расстояния, такие как ультразвуковые датчики и/или лазерные датчики. Расстояние можно изменять с помощью ультразвука. Короткий всплеск ультразвуковых волн посылается в направлении цели и отражается от цели, при этом измеряют время до возвращения отраженного всплеска. Время полета прямо пропорционально расстоянию, поскольку скорость распространения постоянна в течение короткого интервала измерения. Кроме того, с помощью лазерной интерферометрии можно измерять относительное перемещение с высокой точностью. Разность фаз между излученным лазерным лучом и отраженным лазерным лучом зависит от расстояния до отражающей цели, так что если наблюдать интерференцию отраженного луча и луча, совпадающего по фазе с излученным лучом, то интенсивность результата интерференции будет меняться периодически.

Однако согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, датчик расстояния основан на испускании и приеме электромагнитных волн. Кроме того, предпочтительно, чтобы датчик расстояния содержал доплеровский радиолокационный датчик, предпочтительно двухканальный доплеровский радиолокационный датчик. Радиочастоты 2,4 ГГц или 24 ГГц показали хорошие результаты.

Использование электромагнитных волн обладает преимуществом, которое заключается в том, что они отражаются не от одежды, а от поверхности кожи. В основном отражение электромагнитных волн происходит на пограничных слоях между областями с различной электропроводностью. Поскольку воздух является электрическим изолятором, а одежда обычно также является изолятором, то отражение будет происходить фактически от поверхности кожи. В этом состоит значительное преимущество от использования электромагнитных волн.

Если отражающая цель, которой в данном случае будет являться грудная клетка пациента, движется в процессе дыхательного акта, то будет происходить сдвиг частоты отраженных электромагнитных волн относительно излученных волн (эффект Доплера). Эту разность частот можно обнаруживать и использовать в качестве меры движения грудной клетки пациента. Этот принцип измерения известен, например, из контроля скорости движения. Антенну радиолокационного приемопередатчика можно легко интегрировать в портативное устройство таким образом, чтобы электромагнитные волны были направлены на грудную клетку пациента, который держит устройство в своих руках.

Средство для держания приспособлено для того, чтобы автоматически направлять датчик расстояния в сторону грудной клетки пациента, когда пациент держит его обеими руками. Таким образом, портативное устройство автоматически располагается в правильной позиции и дополнительной регулировки не требуется.

Кроме того, средство для держания содержит две ручки для того, чтобы пациент мог держать устройство обеими руками. В основном, эти ручки могут быть приспособлены только для держания устройства. Ручки содержат электроды для измерения ЭКГ. Принимая это во внимание, ручки предпочтительно изготовлены из металла. Кроме того, предпочтительно, чтобы блок измерения ЭКГ был предоставлен в настоящем устройстве.

Согласно изобретению, на устройстве предоставлен оптический датчик для измерения методом фотоплетизмографии, предпочтительно оптический датчик, который описан ниже. Принимая это во внимание, в частности, предпочтительно предоставлен датчик для измерения в режиме отраженного света. Кроме того, согласно изобретению, оптический датчик расположен на устройстве таким образом, чтобы когда держат устройство, палец пациента, предпочтительно большой палец пациента, автоматически ложился на датчик. Это делает устройство более надежным также в отношении измерения фотоплетизмографии. Кроме того, также предпочтительно, чтобы в устройстве был предоставлен блок измерения фотоплетизмографии, который приспособлен для определения кровяного давления у пациента.

Вариант осуществления изобретения относится к возможности для надежного и безотказного измерения фотоплетизмографии. В этом варианте осуществления оптический датчик для измерения фотоплетизмографии содержит оптический блок с излучателем света для излучения света в ткани пациента и/или фотодатчиком для обнаружения части излученного света после взаимодействия с тканями, где оптический блок встроен в эластичный материал.

Таким образом, основная концепция этого варианта осуществления заключается в предоставлении эластичного материала, который проявляет эластичные свойства при надавливании кончиком пальца пациента и, таким образом, позволяет избежать сдавливания капилляров в тканях пациента. В этом заключается несколько преимуществ в виде интуитивного использования установок для измерения ФПВ в отраженном свете в пальце, а пациенту не требуется объяснять, как следует прикладывать палец. Кроме того, это позволяет осуществлять достоверное измерение на установке для ФПГ в отраженном свете независимо от давления, прилагаемого к коже, которую прижимают к оптическому блоку. Таким образом, это решение обладает простотой, стабильностью и малой стоимостью.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения эластичный материал приспособлен для контакта с кожей пациента, предпочтительно с кончиком пальца пациента. Кроме того, предпочтительно, чтобы эластичность эластичного материала находилась в диапазоне типичных значений эластичности тканей пальца человека. Предпочтительно, в качестве эластичного материала используется силикон.

В основном, настоящее изобретение можно применять к различным типам измерения методом фотоплетизмографии. Однако согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, оптический блок приспособлен для измерения методом фотоплетизмографии в отраженном свете. Принимая это во внимание, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, оптический блок содержит СИД и фотодиод. Кроме того, предпочтительно, чтобы эластичный материал не был прозрачен для света, излучаемого излучателем света. Это выгодно, поскольку таким образом можно избежать прямого прохождения света от излучателя света к фотодатчику. Предпочтительно, признак эластичного материала, заключающийся в его способности не пропускать свет, излучаемый излучателем света, осуществляется с помощью введения цветных добавок в эластичные материалы.

Описанное выше устройство можно использовать в различных применениях, предпочтительно использовать для выборочной проверки в госпитале. Однако согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, блок вывода предоставлен в устройстве, блок вывода приспособлен для того, чтобы выводить индикаторный сигнал о стрессовом состоянии, на основе когерентности между установленной частотой сердечных сокращений и установленной дыхательной активностью. Более явно эта идея следует из способа, который описан далее.

Предоставлен способ предоставления пациенту индикаторного сигнала о стрессовом состоянии, предпочтительно с помощью устройства, которое описано выше, который содержит следующие этапы:

обнаружение частоты сердечных сокращений у пациента;

одновременное обнаружение дыхательной активности у пациента;

вычисление степени когерентности между частотой сердечных сокращений и дыхательной активностью; и

выведение индикаторного сигнала о стрессовом состоянии на основе вычисленной степени когерентности.

У здоровых пациентов в состоянии покоя частота сердечных сокращений проявляет периодические изменения. Этот циклический феномен, известный как респираторная синусная аритмия (РСА), колеблется в зависимости от фазы дыхательного цикла: частота сердечных сокращений увеличивается во время вдоха и снижается во время выдоха. Таким образом, частота сердечных сокращений стремится к синхронизации с дыхательной активностью пациента при определенных условиях. Частота сердечных сокращений и дыхание синхронизируются, если пациент находится в положительном или расслабленном настроении («высокая когерентность»), по сравнению с десинхронизацией, которую наблюдают, если пациент находится в отрицательном или напряженном настроении («низкая когерентность»). В положительном настроении изменение частоты сердечных сокращений типично происходит по синусоиде. Это позволяет одновременно проводить измерение изменения частоты сердечных сокращений и дыхательной активности, так что степень когерентности между этими двумя показателями можно вычислить и использовать в качестве меры, отражающей степень расслабления пациента.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, выводится управляющий сигнал, показывающий, как должен дышать пациент. Кроме того, предпочтительно, чтобы управляющий сигнал автоматически приспосабливался в соответствии с установленным стрессовым состоянием пациента.

Предпочтительны следующие применения изобретения: настоящее изобретение делает возможным бесконтактное измерение дыхания на портативном устройстве. Это особенно ценно для портативного устройства для выборочной одновременной проверки частоты сердечных сокращений, кровяного давления и частоты дыхания у пациента. Кроме того, его можно использовать для создания очень привлекательного портативного решения для выполнения управляемых дыхательных упражнений в качестве эффективного способа расслабления при стрессовых ситуациях.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты изобретения будут очевидно следовать и разъясняться со ссылкой на варианты осуществления, описываемые далее в настоящем документе:

На фиг. 1a и 1b схематически показана установка для ФПГ в отраженном свете в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления изобретения;

На фиг. 2a, 2b и 2с показано портативное устройство в соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления изобретения, которое держит пациент;

На фиг. 3 изображена блок-схема системы в соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления изобретения;

На фиг. 4 показано, как выглядит синхронизация частоты сердечных сокращений и дыхания, если пациент находится в положительном или расслабленном настроении в сравнении с десинхронизацией, которую наблюдают, если пациент находится в отрицательном или напряженном настроении;

На фиг. 5 объясняется способ вычисления когерентности в соответствии с третьим предпочтительным вариантом осуществления изобретения; и

На фиг. 6 изображена блок-схема системы в соответствии с четвертым предпочтительным вариантом осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

В соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления изобретения предлагается встраивать оптический блок 1 оптического датчика для измерения методом фотоплетизмографии в отраженном свете с помощью его излучателя 2 света и его фотодатчика 3, т.е. с помощью его комбинации СИД/фотодиод, в эластичный материал 4, например, в силикон, который будет прогибаться при надавливании пальцем. Соответствующую установку для ФПГ в отраженном свете можно видеть на фиг. 1. На ней показан палец пациента 5, прижатый к эластичному материалу 4, в котором предоставлен оптический блок 1 с излучателем света 2 и фотодатчиком 3. Вдоль пограничной зоны эластичный материал 4 окружен жестким носителем 6. Таким образом не происходит сдавливание капилляров 7 пальца в широком диапазоне величин силы нажатия пальцем.

Как можно видеть на фиг. 1, эластичный материал 4 деформируется в зависимости от приложенной силы нажатия пальцем и благодаря этой деформации не происходит сдавливание капилляров 7, что делает возможным правильное измерение ФПГ на этой установке для ФПГ в отраженном свете в широком диапазоне величин силы нажатия пальцем. Для того чтобы добиться широкого диапазона допустимых величин силы нажатия пальцем, предпочтительно выбирать такую эластичность эластичного материала 4, в который встраивают комбинацию СИД/фотодиод, которая равна или близка к эластичности тканей пальца. Эластичный материал 4 предпочтительно не прозрачен для света, излучаемого из СИД, во избежание прямого прохождения света от СИД на фотодиод. При необходимости, предпочтительно это достигается введением цветных добавок в силикон.

На фиг. 2a, 2b и 2c можно видеть портативное устройство 9 в соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления изобретения. Общая идея этого портативного устройства 9 основана на понимании того, что если пациент 8 держит портативное устройство обеими руками 10, то образуется свободная линия прямой видимости 11 между портативным устройством 9 и грудной клеткой пациента 12, как показано на фиг. 2a и более подробно на фиг. 2b и 2c. Кроме того, анатомия руки и запястья человека таковы, что если устройство имеет две ручки 13 с тех сторон, за которые пациент держится своими руками 10, то крышка 14 портативного устройства 9 автоматически поворачивается к точке на грудной клетке пациента 12. Фиг. 2b и 2c иллюстрируют это состояние.

Поскольку стенка грудной клетки пациента 12 движется вперед и назад вследствие дыхательного акта, то в крышку 14 портативного устройства 9 интегрирован датчик расстояния, который измеряет расстояние между крышкой 14 и грудной клеткой 12. Для этой цели допустимы различные способы обнаружения, которые дополнительно описаны выше.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, описанному выше, в качестве датчика расстояния в портативном устройстве 9 предоставлен приемопередатчик электромагнитных волн. Эксперименты показывают, что радиочастоты позволяют получать приемлемые результаты, предпочтительно на частотах 2,4 ГГц или 24 ГГц. Антенну радиолокационного приемопередатчика можно легко интегрировать в портативное устройство 9 таким образом, чтобы электромагнитные волны были направлены в сторону грудной клетки 12 пациента 8, держащего портативное устройство 9 в руках 10.

Блок-схема системы в соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления изобретения показана на фиг. 3. Портативное устройство 9 позволяет регистрировать три различных параметра: частота сердечных сокращений, кровяное давление и дыхательная активность. Для этого портативное устройство в соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления изобретения спроектировано следующим образом:

для регистрации частоты сердечных сокращений портативное устройство 9 содержит два электрода в форме металлических ручек 13, которые также служат для держания портативного устройства. Ручки 13 соединены с блоком измерения ЭКГ, который содержит ЭКГ-усилитель 15 и пиковый детектор 16. Затем частота сердечных сокращений вычисляется на калькуляторе частоты сердечных сокращений 17.

Для измерения кровяного давления портативное устройство 9 дополнительно содержит оптический датчик 18 для измерения методом фотоплетизмографии, который может быть сконструирован, как описано выше. Этот оптический датчик 18 соединен с блоком измерения методом фотоплетизмографии, который содержит фотоумножитель 19 и импульсный детектор 20. Затем сигнал, который определяется с помощью импульсного детектора 20, выводится на калькулятор ВПриПП 21 (время прихода пульсовой волны), который также принимает выходной сигнал от пикового детектора 16 блока регистрации ЭКГ. В калькуляторе ВПриПП 21 вычисляется кровяное давление по значению ВПриПП и ЭКГ-сигналу.

Для измерения дыхательной активности в портативном устройстве 9 предоставлен доплеровский радиолокационный блок, содержащий антенну 22, которая излучает электромагнитные волны в направлении грудной клетки пациента 12 и принимает электромагнитные волны, отраженные от грудной клетки пациента 12. Сигнал, принятый антенной 22, подается на устройство предварительной обработки радиочастотных данных 23, которое соединено с датчиком движения 24. Затем выходной сигнал датчика движения 24 подается в калькулятор частоты дыхания 25 для вычисления частоты дыхания пациента 8.

Таким образом, создано простое в использовании портативное решение для выполнения выборочной проверки частоты сердечных сокращений, кровяного давления и частоты дыхания. Данное решение можно с высокой эффективностью применять в госпитале, в частности, для так называемой «выборочной проверки», когда медсестра ходит от кровати пациента к кровати пациента и хочет как можно скорее определить жизненные показатели, такие как частота сердечных сокращений, кровяное давление и частота дыхания.

В настоящее время, чтобы определить частоту дыхания у пациента, медсестра кладет свою руку на грудную клетку пациента и смотрит на наручные часы для того, чтобы узнать, сколько секунд длится дыхательный цикл. Данный способ является несколько неточным и хлопотным для медсестры, так что иногда она просто записывает предполагаемое значение. Эта проблема решена с помощью этого предпочтительного варианта осуществления изобретения. Медсестра просто дает пациенту портативное устройство. Он держит устройство в течение нескольких секунд, в течение которых происходит измерение его ЭКГ, его время прихода пульсовой волны в палец и движение его грудной клетки с помощью электродов в ручках 13, оптического датчика 18 для большого пальца и доплеровского радиолокатора, соответственно.

По ЭКГ легко определить частоту сердечных сокращений. Время прихода пульсовой волны, полученное с помощью оптического датчика, переводится в показания кровяного давления, а измерения доплеровского радара позволяют определить частоту дыхания. Таким образом, все важные параметры собираются с помощью одного простого в использовании портативного устройства. Данные могут храниться непосредственно в портативном устройстве 9 или передаваться по радиоканалу, который не показан на фиг. 3.

В соответствии с третьим предпочтительным вариантом осуществления изобретения измерение частоты сердечных сокращений, кровяного давления и дыхания используется, чтобы обеспечить обратную связь с пациентом 8 для передачи сообщения о его стрессовом состоянии. Если добавить инструкции по дыханию, то будет создано портативное устройство 9 для выполнения управляемых упражнений на расслабление.

В состоянии покоя частота сердечных сокращений здоровых индивидуумов проявляет периодические изменения. Этот циклический феномен, известный как респираторная синусная аритмия (РСА), колеблется в зависимости от фазы дыхательного цикла: частота сердечных сокращений увеличивается во время вдоха и снижается во время выдоха. Таким образом, частота сердечных сокращений стремится к синхронизации с дыхательной активностью пациента при определенных условиях.

На фиг. 4 показано, как выглядит синхронизация частоты сердечных сокращений и дыхания, если пациент находится в положительном или расслабленном настроении («высокая когерентность»), по сравнению с десинхронизацией, которую наблюдают, если пациент находится в отрицательном или напряженном настроении («низкая когерентность»). В положительном настроении изменение частоты сердечных сокращений происходит по синусоиде. Третий предпочтительный вариант осуществления изобретения позволяет одновременно проводить измерение изменения частоты сердечных сокращений и дыхательной активности, так что степень когерентности между этими двумя показателями можно вычислить и использовать в качестве меры, отражающей степень расслабления пациента.

Это можно осуществить следующим образом. Как показано на фиг. 5, на стадии 1, фрагменты из сигнала с частотой дыхания и из сигнала с частотой сердечных сокращений вырезаются из исходных сигналов, каждый содержит N образцов, соответственно. Затем, на стадии 2, из обоих фрагментов удаляются постоянные составляющие тока, а амплитуды нормализуются. Наконец, на стадии 3, когерентность вычисляется в виде взаимной корреляции между двумя фрагментами:

Если максимумы в сигнале с частотой дыхания совпадают с максимумами в сигнале с частотой сердечных сокращений, как это показано на фиг. 5, вычисленная степень когерентности будет высокой, поскольку положительные значения из фрагмента с частотой дыхания умножаются на положительные значения из фрагмента с частотой сердечных сокращений, а отрицательные значения из фрагмента с частотой дыхания умножаются на отрицательные значения из фрагмента с частотой сердечных сокращений. Так что в этом случае все элементы, вносящие вклад в вычисление суммы, являются положительными. Можно легко представить, что если максимумы одного фрагмента совпадают с минимумами другого фрагмента, то в таком случае сумма будет меньше, поскольку тогда положительные значения из одного фрагмента будут умножаться на отрицательные значения из другого фрагмента, делая отрицательный вклад в вычисляемую сумму. Предпочтительно, управляющий сигнал, показывающий, как должен дышать пациент, добавлен в систему. Управляющий сигнал может адаптироваться в соответствии с расслабленным состоянием пациента.

На фиг. 6 изображена блок-схема, на которой показана система в соответствии с четвертым предпочтительным вариантом осуществления: в дополнение к устройству, изображенному на фиг. 3, в соответствии с этим предпочтительным вариантом осуществления изобретения предоставлен калькулятор когерентности 26, в который подаются выходные данные из калькулятора частоты сердечных сокращений 17 и калькулятора частоты дыхания 25. Затем выходные данные калькулятора когерентности 26 подаются в блок оценки расслабленности 27, который также получает выходной сигнал от калькулятора ВПриПП 21. Наконец, устройство вывода 28, такое как дисплей, громкоговоритель, освещение и т.п., предоставлено для того, чтобы давать инструкции по дыханию пациенту и/или для отображения стрессового состояния.

Область 29 на фиг. 6, ограниченная пунктирной линией, обозначает блоки цифровой обработки сигнала, которые предпочтительно реализованы в микропроцессоре. Как можно видеть на фиг. 6, для того, чтобы оценить степень расслабления пациента, учитывается не только степень когерентности между изменением частоты сердечных сокращений и дыханием, но для этой цели также предлагается использовать величину кровяного давления, которая устанавливается с помощью времени прихода пульсовой волны в палец.

Поскольку изобретение было проиллюстрировано и подробно описано со ссылками на чертежи в вышеупомянутом описании, такие иллюстрации и описание следует считать иллюстративными или образцовыми, а не ограничивающими; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления.

Другие изменения в раскрытых вариантах осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области при осуществлении описываемого в заявке изобретения на практике на основе изученных чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержит» не исключает другие элементы или стадии, а упоминание элементов в единственном числе не исключают их использование во множественном числе. Сам факт, что определенные количественные показатели перечисляются во взаимно зависимых пунктах формулы изобретения не указывает на то, что сочетание этих количественных показателей не может быть использовано с пользой. Все ссылки в формуле изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения объема. Кроме того, под пациентом следует понимать человека или животное, которое не обязательно больно или поражено болезнью.