RU2760990C2 - Method for determining heart work parameters and electronic device for its implementation - Google Patents
Method for determining heart work parameters and electronic device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2760990C2 RU2760990C2 RU2018137175A RU2018137175A RU2760990C2 RU 2760990 C2 RU2760990 C2 RU 2760990C2 RU 2018137175 A RU2018137175 A RU 2018137175A RU 2018137175 A RU2018137175 A RU 2018137175A RU 2760990 C2 RU2760990 C2 RU 2760990C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sources
- laser radiation
- heart
- electrical signals
- pair
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 56
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 210000003743 erythrocyte Anatomy 0.000 abstract description 5
- 238000005286 illumination Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 5
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 210000002837 heart atrium Anatomy 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 description 3
- 239000012503 blood component Substances 0.000 description 2
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 2
- 239000000306 component Substances 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 230000028161 membrane depolarization Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000037081 physical activity Effects 0.000 description 2
- 238000000718 qrs complex Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 1
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 1
- 206010061216 Infarction Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 210000000601 blood cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 208000019622 heart disease Diseases 0.000 description 1
- 230000004217 heart function Effects 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000007574 infarction Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 210000000653 nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 238000000554 physical therapy Methods 0.000 description 1
- 230000003304 psychophysiological effect Effects 0.000 description 1
- 230000013577 regulation of ventricular cardiomyocyte membrane repolarization Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002336 repolarization Effects 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
- A61B5/024—Measuring pulse rate or heart rate
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue
- A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Physiology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к носимым оптико-электронным устройствам для измерения параметров работы сердца и может быть использовано для получения информации об изменении биопотенциалов сердца человека.The invention relates to measuring equipment, in particular to wearable optoelectronic devices for measuring the parameters of the heart and can be used to obtain information about changes in the biopotentials of the human heart.
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники известно большое количество средств для измерения биопотенциалов работы сердца человека.A large number of means for measuring the biopotentials of the human heart is known from the prior art.
В качестве наиболее близкого аналога выбрано известный способ для измерения параметров работы сердца, состоящий в облучении тканей тела человека лазерным излучением и преобразованием отраженного потока в электрические сигналы (CN102894965, опубликован 30.01.2013). Данное известное средство обладает недостаточной чувствительностью и точностью определения биопотенциалов сердца человека и не позволяет определить все пять пиков кардиограммы.As the closest analogue, a well-known method for measuring the parameters of the heart was chosen, which consists in irradiating the tissues of the human body with laser radiation and converting the reflected flow into electrical signals (CN102894965, published on January 30, 2013). This known tool has insufficient sensitivity and accuracy in determining the biopotentials of the human heart and does not allow determining all five peaks of the cardiogram.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Задача решаемая изобретением: обеспечение эффективного мониторинга за работой сердца и измерение параметров сердечной деятельности человека без нарушения привычного режима жизнедеятельности.The problem solved by the invention: ensuring effective monitoring of the heart and measuring the parameters of a person's cardiac activity without disrupting the usual mode of life.
В ходе решения поставленной задачи обеспечивается достижение следующих технических результатов: повышение точности определения зубцов, сегментов и интервалов кардиограммы человека на протяжении длительного времени в ходе его обычной жизнедеятельности; одновременное фиксирование кардиографического отклика от тканей, обладающих различной чувствительностью к длине и/или поляризации лазерного излучения; обеспечение возможности интегрирования устройства в информационные системы на основе облачного хранения информации.In the course of solving the problem, the following technical results are achieved: increasing the accuracy of determining the teeth, segments and intervals of a person's cardiogram for a long time in the course of his normal life; simultaneous recording of the cardiographic response from tissues with different sensitivity to the length and / or polarization of laser radiation; ensuring the possibility of integrating the device into information systems based on cloud storage of information.
Указанные выше технические результаты достигаются тем, что формируют поток лазерного излучения, который включает излучение, по крайней мере, от двух источников с различной длиной волны, каждый упомянутый источник обеспечивают средством преобразования лазерного излучения в электрические сигналы, упомянутым потоком облучают ткани участка тела человека, преобразуют отраженное от тканей излучение в электрические сигналы, несущие информацию о параметрах работы сердца, и на их основе определяют биопотенциалы сердца.The above technical results are achieved by the fact that a stream of laser radiation is formed, which includes radiation from at least two sources with different wavelengths, each said source is provided with a means of converting laser radiation into electrical signals, the said flow irradiates tissues of a part of the human body, transforms radiation reflected from tissues into electrical signals carrying information about the parameters of the heart, and on their basis, the biopotentials of the heart are determined.
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что упомянутым потоком облучают ткани тела человека в области правого или левого запястий.The above technical results are also achieved by irradiating the tissues of the human body in the region of the right or left wrists with the said stream.
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что упомянутые источники лазерного излучения выполняют диодными, при этом одним их них обеспечивают длину волны от 540нм до 550нм, а вторым - от 560нм до 570нм, при этом одним из упомянутых источников обеспечивают продольную поляризацию, а вторым – поперечную.The above technical results are also achieved by the fact that the mentioned sources of laser radiation are diode, with one of them providing a wavelength from 540nm to 550nm, and the second from 560nm to 570nm, while one of the mentioned sources provides longitudinal polarization, and the second - transverse.
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что полученные электрические сигналы, несущие информацию о параметрах работы сердца, направляют в удаленный сервер, в котором осуществляют их корреляция и суммирование. The above technical results are also achieved by the fact that the received electrical signals carrying information about the parameters of the heart are sent to a remote server, where they are correlated and summed.
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что формируют дополнительный поток лазерного излучения от второй пары диодных источников лазерного излучения с длинами волн от 520нм до 528нм и от 532нм до 540нм соответственно, каждый источник второй пары обеспечивают средством преобразования лазерного излучения в электрические сигналы, упомянутыми потоками облучают ткани участка тела человека, преобразуют отраженное от тканей излучение в электрические сигналы, несущие информацию о параметрах работы сердца, и на их основе определяют биопотенциалы сердца..The above technical results are also achieved by the fact that an additional laser radiation stream is generated from the second pair of diode laser sources with wavelengths from 520nm to 528nm and from 532nm to 540nm, respectively, each source of the second pair is provided with a means of converting laser radiation into electrical signals by said flows irradiate the tissues of a part of the human body, convert the radiation reflected from the tissues into electrical signals that carry information about the parameters of the heart, and on their basis, the biopotentials of the heart are determined.
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что электронное устройство содержит средства обработки электрических сигналов, несущих информацию о параметрах работы сердца, для осуществления способа определения параметров работы сердца в соответствии с настоящим изобретением.The above technical results are also achieved in that the electronic device contains means for processing electrical signals carrying information about the parameters of the heart, to implement the method for determining the parameters of the heart in accordance with the present invention.
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что электронное устройство выполнено в виде интегральной микросхемы.The above technical results are also achieved by the fact that the electronic device is made in the form of an integrated microcircuit.
Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что упомянутые средства обработки выполнены в виде программного обеспечения.The above technical results are also achieved by the fact that the said processing means are implemented in the form of software.
Отличительной особенностью настоящего изобретения является наличие, по крайней мере, двух источников лазерного излучения с различной длиной волны, при этом каждый источник снабжен своим собственным средством регистрации отраженного излучения.A distinctive feature of the present invention is the presence of at least two sources of laser radiation with different wavelengths, and each source is equipped with its own means of recording reflected radiation.
Краткий перечень фигур чертежейShort list of drawing figures
На Фиг.1 показан общий внешний вид устройства.Figure 1 shows a general appearance of the device.
На Фиг.2 и 3 показана структура устройства при различном количестве излучателей.Figures 2 and 3 show the structure of the device with a different number of emitters.
На Фиг.4 показана схема взаимодействия излучателя и регистратора отраженного сигнала.Figure 4 shows a diagram of the interaction of the emitter and the reflected signal recorder.
На Фиг.5 показана связь отраженных испульсов с элементами кардиограммы.Figure 5 shows the relationship of the reflected pulses with the elements of the cardiogram.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Заболевания сердца в последние десятилетия вышли на первый план причин смертности и инвалидности. В связи с этим задача разработки новых методов диагностики и мониторинга сердечной деятельности становится все более актуальной. Информация о параметрах сердечной деятельности является основой для оценки состояния как отдельных органов, так и целых систем жизнедеятельности человека: нервной системы, адаптивных возможностей, систем регуляции и пр. Существуют многочисленные диагностические методики психофизиологического состояния, основанные на анализе вариабельности сердечного ритма. В то же время любая методика, построенная на анализе сердечного ритма, нуждается в эффективных средствах получения точной первичной измерительной информации о параметрах сердечной деятельности. Heart disease has come to the fore in recent decades as a cause of death and disability. In this regard, the task of developing new methods of diagnostics and monitoring of cardiac activity is becoming more and more urgent. Information about the parameters of cardiac activity is the basis for assessing the state of both individual organs and entire systems of human vital activity: the nervous system, adaptive capabilities, regulatory systems, etc. There are numerous diagnostic methods of the psychophysiological state based on the analysis of heart rate variability. At the same time, any technique based on the analysis of heart rate requires effective means of obtaining accurate primary measurement information about the parameters of cardiac activity.
Одним из наиболее распространенных способов получения первичной измерительной информации является электрокардиограмма (ЭКГ). Как известно, электрокардиограмма (ЭКГ) - периодически повторяющаяся кривая биопотенциалов сердца, отражающая протекание процесса возбуждения сердца, возникшего в синусном (синусно-предсердный) узле и распространяющегося по всему сердцу, регистрируемая с помощью электрокардиографа. Отдельные ее элементы - зубцы, сегменты и интервалы - имеют специальные наименования: One of the most common methods of obtaining primary measurement information is an electrocardiogram (ECG). As you know, an electrocardiogram (ECG) is a periodically repeating curve of the biopotentials of the heart, reflecting the course of the process of excitation of the heart, which arose in the sinus (sinus-atrial) node and spreads throughout the heart, recorded using an electrocardiograph. Its individual elements - teeth, segments and intervals - have special names:
- зубцы Р, Q, R, S, Т- teeth P, Q, R, S, T
- интервалы PQ, QRS, QT, RR; - intervals PQ, QRS, QT, RR;
- сегменты PQ, ST, TP.- segments PQ, ST, TP.
Они характеризуют возникновение и распространение возбуждения по предсердиям (Р), межжелудочковой перегородке (Q), постепенное возбуждение желудочков (R), максимальное возбуждения желудочков (S), реполяризацию желудочков (S) сердца. Зубец P отражает процесс деполяризации обоих предсердий, комплекс QRS - деполяризацию обоих желудочков, а его длительность - суммарную продолжительность этого процесса. Сегмент ST и зубец Г соответствуют фазе реполяризации желудочков. Продолжительность интервала PQ определяется временем, за которое возбуждение проходит предсердия. Продолжительность интервала QR-ST- длительность «электрической систолы» сердца; она может не соответствовать длительности механической систолы.They characterize the emergence and spread of excitation through the atria (P), interventricular septum (Q), gradual excitation of the ventricles (R), maximum excitation of the ventricles (S), repolarization of the ventricles (S) of the heart. The P wave reflects the process of depolarization of both atria, the QRS complex reflects the depolarization of both ventricles, and its duration is the total duration of this process. The ST segment and the G wave correspond to the phase of ventricular repolarization. The duration of the PQ interval is determined by the time it takes for excitation to pass through the atria. The duration of the QR-ST interval is the duration of the "electrical systole" of the heart; it may not correspond to the duration of the mechanical systole.
ЭКГ получают с помощью электрокардиографа - аппарата, предназначенного для отображения работы отделов сердца, путем регистрации кривой. Он позволяет оперативно снимать ЭКГ: регистрирует и измеряет разности потенциалов сердца с поверхности тела человека, при помощи наложения электродов. Может работать как в ручном, так и в автоматическом режиме. Как правило, функционал аппарата зависит от области применения, однако абсолютно все устройства должны отвечать требованию высокого качества регистрируемой электрокардиограммы. Качественную ЭКГ в любых условиях позволяют получить специальные фильтры.An ECG is obtained using an electrocardiograph, an apparatus designed to display the work of the heart, by recording a curve. It allows you to quickly record an ECG: it registers and measures the potential difference of the heart from the surface of the human body, using the application of electrodes. It can work both in manual and automatic modes. As a rule, the functionality of the device depends on the field of application, however, absolutely all devices must meet the requirement of high quality of the recorded electrocardiogram. High-quality ECG in any conditions can be obtained with special filters.
Широкое распространение в медицине электрокардиограф получил благодаря своему относительно простому устройству и несложным методам работы. Он безопасен и не создает дискомфорта для больного. The electrocardiograph has become widespread in medicine due to its relatively simple device and uncomplicated methods of operation. It is safe and does not create discomfort for the patient.
Однако существующие технологии получения ЭКГ с помощью электрокардиографа мало пригодны для систем длительного мониторинга и наблюдения за состоянием пациента при сохранении обычного режима жизнедеятельности (подвижности, мобильности и пр.). Оборудование для ЭКГ энергозатратно, массивно и сложно обеспечить его надежную фиксацию на теле пациента в условиях сохранения обычной активности. Задачей настоящего изобретения является создание надежного и эффективного средства для измерения и мониторинга всех параметров, необходимых для полноценного анализа сердечной деятельности (интенсивность зубцов P, Q, R, S, T). Полученная с помощью данного изобретения информация позволяет автоматизировать расчет и анализ комплекса QRS, частоты сердечных сокращения, интервалов Q-T, T-P, S-T и пр. However, the existing technologies for obtaining an ECG using an electrocardiograph are not very suitable for systems of long-term monitoring and observation of the patient's condition while maintaining the usual mode of life (mobility, mobility, etc.). ECG equipment is energy-consuming, massive, and it is difficult to ensure its reliable fixation on the patient's body while maintaining normal activity. The objective of the present invention is to provide a reliable and effective means for measuring and monitoring all parameters necessary for a complete analysis of cardiac activity (intensity of the P, Q, R, S, T waves). The information obtained with the help of this invention makes it possible to automate the calculation and analysis of the QRS complex, heart rate, Q-T, T-P, S-T intervals, etc.
Изобретение основано на том, что способность красных кровяных телец отражать когерентное излучение зависит от ряда факторов и прежде всего от длины волны излучения и фазы работы сердца. Интенсивность отраженных волн пропорциональная количеству красных кровяных телец, попавших в зону облучения лазерным диодом. Таким образом, в каждый момент времени существует корреляционная связь между значением биопотенциала сердца и интенсивностью волны, отраженной от тела пациента и обусловленной его состоянием.The invention is based on the fact that the ability of red blood cells to reflect coherent radiation depends on a number of factors and primarily on the radiation wavelength and the phase of the heart. The intensity of the reflected waves is proportional to the number of red blood cells caught in the laser diode irradiation area. Thus, at each moment of time there is a correlation between the value of the biopotential of the heart and the intensity of the wave reflected from the patient's body and due to his condition.
В соответствии с изобретением, для определения параметров работы сердца формируют поток лазерного излучения, который включает излучение, по крайней мере, от двух источников 4 и 5 с различной длиной волны. Каждый упомянутый источник 4 или 5 обеспечивают средством 6 и 7 преобразования лазерного излучения в электрические сигналы. Упомянутым потоком облучают ткани 21 участка тела человека, преобразуют отраженное от тканей излучение в электрические сигналы, несущие информацию о параметрах работы сердца, и на их основе определяют биопотенциалы сердца (как показано на Фиг.4).In accordance with the invention, to determine the parameters of the heart, a laser radiation stream is formed, which includes radiation from at least two
Способ осуществляется с помощью устройства, показанного на Фиг.1-3.The method is carried out using the device shown in Figs. 1-3.
Как показано на Фиг.1 устройство для измерения параметров работы сердца содержит корпус 1, например, снабженный для удобства средством 2 крепления на теле пациента. Устройство может быть снабжено дисплеем 12 для отображения информации о параметрах работы сердца, а также и другой информации, например, времени, даты, температуры тела, величины кровяного давления и др. As shown in Fig. 1, a device for measuring the parameters of the heart function comprises a
Наиболее целесообразно устанавливать устройство на запястье пациента в зоне максимального проявления пульса. Однако настоящий способ позволяет проводить измерения в любом месте на теле пациента, в частности, в области плеч, груди, на нижних конечностях. Средство 2 крепления может быть выполнено, например, в виде ремешка, как показано на Фиг.1. В этом случае устройство устанавливается на запястье пациента в виде браслета.It is most advisable to install the device on the patient's wrist in the zone of maximum pulse manifestation. However, the present method allows measurements to be taken anywhere on the patient's body, in particular in the area of the shoulders, chest, and lower extremities. The attachment means 2 can be made, for example, in the form of a strap, as shown in FIG. 1. In this case, the device is installed on the patient's wrist in the form of a bracelet.
Внутри корпуса 1 установлен источник 3 питания, по крайней мере, два источника лазерного излучения 4 и 5. Как показано на Фиг.2 каждый источник лазерного излучения снабжен средством преобразования лазерного излучения в электрический сигнал, несущий информацию о параметрах работы сердца пациента (позиции 6 и 7).A
В корпусе 1 установлены также блок 8 памяти для записи информации о работе сердца и блок 9 передачи информации о параметрах работы сердца во внешние системы обработки и хранения информации, например в облачное хранилище.In the
Предпочтительно устройство может содержать пару диодных источников 4 и 5 лазерного излучения с длинами волн от 540нм до 550нм и от 560нм до 570нм. Preferably, the device may contain a pair of
Молекулярные соединения компонентов крови (например, гидроксильных групп в составе гемоглобина и пр.) обладают различными значениями собственных частот и различной способностью отражать оптическое излучение. Кроме этого, компоненты крови и элементы тканей в теле человека могут занимать различное пространственное положение в разлные моменты времени. Основа изобретения заключается в одновременном облучении тканей тела пациента когерентным излучением с двумя различными значениями длины волны. В этом случае, излучение с одной длиной волны получит максимальный отклик (в виде отраженной волны) от одной части молекулярных соединений и элементов тканей, а излучение с друой длиной волны обеспечит максимальный отклик от другой части молекулярных соединений и элементов. Сложив полученные значения отраженных сигналов, можно получить наиболее точное соответствие с фактическим значением биопотенциала сердца в каждый момент времени. Molecular compounds of blood components (for example, hydroxyl groups in hemoglobin, etc.) have different values of natural frequencies and different ability to reflect optical radiation. In addition, blood components and tissue elements in the human body can occupy different spatial positions at different times. The basis of the invention lies in the simultaneous irradiation of the patient's body tissues with coherent radiation with two different wavelengths. In this case, radiation with one wavelength will receive the maximum response (in the form of a reflected wave) from one part of the molecular compounds and tissue elements, and radiation with a different wavelength will provide the maximum response from another part of the molecular compounds and elements. By adding the obtained values of the reflected signals, it is possible to obtain the most accurate correspondence with the actual value of the biopotential of the heart at each moment of time.
Устройство дополнительно может содержать вторую пару диодных источников 10 и 11 (Фиг.3) лазерного излучения с длинами волн от 520нм до 528нм и от 532нм до 540нм. Соответственно, каждый дополнительный источник 10 и 11 лазерного излучения снабжен собственным средством преобразования лазерного излучения в электрический сигнал, несущий информацию о параметрах работы сердца пациента (позиции 18 и 19).The device may additionally contain a second pair of
Дополнительная пара излучателей увеличивает точность измерения отраженного сигнала за счет еще большего охвата отклика молекулярных соединений, увеличения динамического диапазона и увеличение ширины спектрального анализа.An additional pair of emitters increases the measurement accuracy of the reflected signal by providing even greater coverage of the response of molecular compounds, increasing the dynamic range and increasing the width of the spectral analysis.
Целесообразно, чтобы один источник лазерного излучения в паре обеспечивал продольную поляризацию, а второй – поперечную. Это объясняется тем, что красные кровяные тельца в теле имеют различное расположение в пространстве. Наибольшая точность метода достигается в том случае, когда поляризация излучения совпадает с длиной кровяных телец. Это позволяет исключить влияние внешней засветки и получить, после математической обработки, более качественный общих сигнал путем сложения двух независимых кривых интенсивности отраженного сигнала, полученного от телец, имеющих различную пространственную ориентацию.It is advisable that one source of laser radiation in a pair provides longitudinal polarization, and the second - transverse. This is because the red blood cells in the body are located differently in space. The greatest accuracy of the method is achieved when the polarization of the radiation coincides with the length of the blood cells. This makes it possible to exclude the influence of external illumination and obtain, after mathematical processing, a higher quality general signal by adding two independent curves of the intensity of the reflected signal received from bodies with different spatial orientation.
Блок 9 передачи информации о параметрах работы сердца выполнен в виде модуля беспроводной персональной сети (WPAN), например, стандарта Bluetooth. В качестве блока 9 может использоваться модуль беспроводной локальной сети (например Wi-Fi).
Метод, используемый в настоящем изобретении, позволяет получить с необходимой точностью информацию при постоянном излучении источников 4, 5 и 10, 11. Однако, при постоянном режиме быстро расходуется заряд источника питания при том, что для последующей цифровизации полученный отраженный сигнал необходимо дискретизироовать, квантовать и пр. В случае использования постоянного режима работы излучателей, устройство может быть снабжено аналого-цифровым преобразователем (например, обладающим разрядностью 24 бит и рабочим диапазоном от 1В до 3В). Это позволит преобразовывать измерительную информацию в цифровую форму и обрабатывать ее с помощью процессора 17. The method used in the present invention makes it possible to obtain information with the required accuracy with constant radiation of
Наиболее целесообразно сразу обеспечить импульсный режим работы излучателей и преобразователей 6, 7. С этой целью устройство предпочтительно содержит блок 13 генерации импульсов, обеспечивающий импульсное лазерное излучение с максимальной частотой F до 300 импульсов в секунду. Импульсный режим увеличивает срок работы прибора за счет уменьшенного энергопотребления, обеспечивает фильтрацию теневого измерения, сокращает время воздействия на ткани тела пациента.It is most expedient to immediately provide a pulsed mode of operation of the emitters and
Блок 13 генерации импульсов может быть выполнен адаптивным с возможностью изменения частоты импульсов от 30 до 300 импульсов в секунду с длительностью b от 1мкс до 33мс (Фиг.5). Это улучшает точность выставления экспозиции и своевременную реакцию прибора на отклонения от нормы.The
Блок 8 памяти снабжен средством сжатия измерительной информации. Для этого можно использовать фильтр Вейвлет Хаа́ра и алгоритм Хаффмана кодирования, который позволит при малом энергопотреблении записывать большие данных для обработки на удаленных серверах.The
Устройство дополнительно может быть снабжено средством 14 измерения кровяного давления и средством 16 измерения температуры пациента. В качестве средства 14 целесообразно использовать пьезоэлектрические генераторы малой мощности, которые в результате колебаний от соприкосновения, вырабатывают регистрирующее напряжение от пульсовой волны, вторичным является так же регистрация пульсовой волны. The device can additionally be provided with a blood pressure measuring means 14 and a patient temperature measuring means 16. As a means 14, it is advisable to use low-power piezoelectric generators, which, as a result of vibrations from contact, generate a recording voltage from a pulse wave, and the registration of a pulse wave is also secondary.
Средство преобразования лазерного излучения в электрический сигнал целесообразно выполнить в виде ПЗС элемента с оптическим фильтром с рабочим диапазоном частот от 515нм до 570нм. Тем самым убираются ненужные частоты, которые могу возникнуть в результате неправильного прилегания устройства или засветки. Это обеспечит, в свою очередь, более стабильный отклик системы в независимости от внешних помех и теневого тока. The means for converting laser radiation into an electrical signal is expediently made in the form of a CCD element with an optical filter with an operating frequency range from 515 nm to 570 nm. Thus, unnecessary frequencies are removed, which may arise as a result of improper fit of the device or light exposure. This will, in turn, provide a more stable system response regardless of external noise and shadow current.
Устройство может содержать средства 15 трехкаскадного усиления сигнала с фильтрами нижних, высоких и нижних частот, соединенных в прямой последовательности. Оптимальный коэффициент усиления сигнала составляет от 10дБм до 18дБм.The device may contain means 15 for three-stage signal amplification with low, high and low pass filters connected in direct sequence. The optimal signal gain is from 10dBm to 18dBm.
Очевидно, что основу устройства составляют электронные компоненты, содержащие средства обработки электрических сигналов, несущих информацию о параметрах работы сердца. Именно электронная составляющая обеспечивает осуществление способа в соответствии с изобретением.Obviously, the device is based on electronic components containing means for processing electrical signals that carry information about the parameters of the heart. It is the electronic component that provides the implementation of the method in accordance with the invention.
Электронное устройство может быть выполнено в виде интегральной микросхемы (hardware), в виде программного обеспечения (software) или комбинированного программно-аппаратного решения (firmware).An electronic device can be made in the form of an integrated microcircuit (hardware), in the form of software (software) or a combined software and hardware solution (firmware).
Электронное устройство для осуществления способа может встраиваться в любые известные медицинские средства (например, системы для физиотерапии), расширяя тем самым их функционал.An electronic device for implementing the method can be built into any known medical devices (for example, systems for physiotherapy), thereby expanding their functionality.
Способ осуществляется следующим образом:The method is carried out as follows:
Как показано на Фиг.5, блок 13 генерации импульсов формирует прямоугольные импульсы заданной длительностью b от 1мксек до 1мсек с частотой F до 300 Гц и мощностью до 20мВт и направляет их на источники лазерного излучения 4 и 5. Текущее значение частоты и длительности импульсов может выбираться исходя из состояния пациента. Например, в ночное время, когда физическая активность отсутствует в целях сбережения энергии частота и длительность импульсов могут быть минимальными. В периоды высокой физической активности или когда кардиоинформация нужна с особо высокой точностью (например, при прединфарктных состояниях) частота увеличивается. Таким образом реализуется адаптивный механизм выбора параметров излучения в зависимости от условий, в которых находится пациент, и от состояния его здоровья. Возможность регулирования параметров излучения позволяет подобрать оптимальный режим работы устройства для людей с различными заболеваниями.As shown in Fig. 5, the
Лазерный луч падает на ткани 21 тела пациента и, отразившись от них (в том числе от красных кровяных телец) 20, луч улавливается средствами (позиция 6) преобразования лазерного излучения (фотоприемником) в электрический сигнал, как показано на Фиг.4. Таким образом осуществляется регистрация отраженного излучения, несущего информацию о параметрах работы сердца.The laser beam falls on the
От фотоприемника сигнал усиливается на трехкаскадном усилителе с осуществлением последующей фильтрации сигнала.The signal from the photodetector is amplified by a three-stage amplifier with subsequent filtering of the signal.
При постоянном режиме работы излучателей устройство снабжено процессором 17 и сигнал предварительно поступает на аналого-цифровой преобразователь и далее оцифрованный сигнал поступает в процессорный блок.In a constant mode of operation of the emitters, the device is equipped with a
Для получения коэффициентов поглощения и выделения более точного времени поступления отраженного сигнала обеспечивается восстановление прямоугольной формы сигнала.To obtain absorption coefficients and to select a more accurate time of arrival of the reflected signal, the reconstruction of the rectangular waveform is provided.
При использовании адаптивных алгоритмов, частота и длительность последующего измерительного импульса может определяться на основе различных интегральных параметров, например в зависимости от интенсивности предыдущего зарегистрированного импульса. Это позволяет, например увеличить частоту и мощность импульсов в моменты нестабильной работы сердца для получения более точной биоинформации.When using adaptive algorithms, the frequency and duration of the subsequent measurement pulse can be determined based on various integral parameters, for example, depending on the intensity of the previous recorded pulse. This allows, for example, to increase the frequency and power of impulses at moments of unstable work of the heart to obtain more accurate bioinformation.
Сигнал анализируется, сжимается и отправляется в блок памяти 6 и через блок 7 на смартфон пользователя и далее на сервер хранения и обработки информации.The signal is analyzed, compressed and sent to the
Расчет собственно кардиограммы может производиться путем разложения полученной последовательности интенсивности отраженного сигнала в ряд Фурье с фильтрацией низких частот с последующим обратным преобразованием для восстановления искомого значения. The calculation of the cardiogram itself can be performed by decomposing the obtained sequence of the reflected signal intensity into a Fourier series with low-frequency filtering, followed by an inverse transformation to restore the desired value.
Как показано на Фиг.5, отраженные импульсы несут информацию о значениях биопотенциала сердца. Регистрация и обработка отраженных импульсов позволяет с высокой точностью определить все параметры, присущие ЭКГ и передать эти данные для хранения, обработки и анализа в любые компьютеризированные системы, как в пределах одного лечебного учреждения, так и между различными учреждениями, объединенных общей сетью или имеющих доступ к хранилищу данных о пациенте.As shown in Fig. 5, the reflected pulses carry information about the biopotential values of the heart. Registration and processing of reflected impulses allows you to accurately determine all the parameters inherent in the ECG and transfer this data for storage, processing and analysis to any computerized systems, both within one medical institution, and between different institutions united by a common network or having access to patient data warehouse.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018137175A RU2760990C2 (en) | 2018-10-23 | 2018-10-23 | Method for determining heart work parameters and electronic device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018137175A RU2760990C2 (en) | 2018-10-23 | 2018-10-23 | Method for determining heart work parameters and electronic device for its implementation |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018137175A RU2018137175A (en) | 2020-04-23 |
RU2018137175A3 RU2018137175A3 (en) | 2020-04-23 |
RU2760990C2 true RU2760990C2 (en) | 2021-12-02 |
Family
ID=70412482
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018137175A RU2760990C2 (en) | 2018-10-23 | 2018-10-23 | Method for determining heart work parameters and electronic device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2760990C2 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU77549U1 (en) * | 2007-03-20 | 2008-10-27 | Владимир Иванович Карцев | INSTALLATION OF COMPLEX LASER THERAPY "BIOTOR" |
US20140148658A1 (en) * | 2011-01-28 | 2014-05-29 | Universitat De Valencia | Method and system for non-invasively monitoring biological or biochemical parameters of individual |
EP2918222A1 (en) * | 2013-11-15 | 2015-09-16 | Yibing Wu | Life maintenance mode, brain inhibition method and personal health information platform |
US20160238439A1 (en) * | 2015-02-13 | 2016-08-18 | Taiwan Biophotonic Corporation | Optical sensor |
US20170188858A1 (en) * | 2016-01-05 | 2017-07-06 | Tosense, Inc. | Physiological monitoring system featuring floormat and wired handheld sensor |
US20170224257A1 (en) * | 2014-08-11 | 2017-08-10 | The Board Of Trustees Of The University Of Lllinois | Epidermal Photonic Systems and Methods |
US9814426B2 (en) * | 2012-06-14 | 2017-11-14 | Medibotics Llc | Mobile wearable electromagnetic brain activity monitor |
-
2018
- 2018-10-23 RU RU2018137175A patent/RU2760990C2/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU77549U1 (en) * | 2007-03-20 | 2008-10-27 | Владимир Иванович Карцев | INSTALLATION OF COMPLEX LASER THERAPY "BIOTOR" |
US20140148658A1 (en) * | 2011-01-28 | 2014-05-29 | Universitat De Valencia | Method and system for non-invasively monitoring biological or biochemical parameters of individual |
US9814426B2 (en) * | 2012-06-14 | 2017-11-14 | Medibotics Llc | Mobile wearable electromagnetic brain activity monitor |
EP2918222A1 (en) * | 2013-11-15 | 2015-09-16 | Yibing Wu | Life maintenance mode, brain inhibition method and personal health information platform |
US20170224257A1 (en) * | 2014-08-11 | 2017-08-10 | The Board Of Trustees Of The University Of Lllinois | Epidermal Photonic Systems and Methods |
US20160238439A1 (en) * | 2015-02-13 | 2016-08-18 | Taiwan Biophotonic Corporation | Optical sensor |
US20170188858A1 (en) * | 2016-01-05 | 2017-07-06 | Tosense, Inc. | Physiological monitoring system featuring floormat and wired handheld sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2018137175A (en) | 2020-04-23 |
RU2018137175A3 (en) | 2020-04-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6261236B1 (en) | Bioresonance feedback method and apparatus | |
Berwal et al. | Motion artifact removal in ambulatory ECG signal for heart rate variability analysis | |
US20210106281A1 (en) | Implantable medical system | |
Kranjec et al. | Non-contact heart rate and heart rate variability measurements: A review | |
EP2676604B1 (en) | Real time QRS duration measurement in electrocardiogram | |
JP3286313B2 (en) | Optical pulse detection method and apparatus | |
US7909768B1 (en) | Reducing data acquisition, power and processing for hemodynamic signal sampling | |
JP2003525679A (en) | Magnetic resonance method and apparatus by controlling combination of ECG and PPU | |
Sel et al. | ImpediBands: Body coupled bio-impedance patches for physiological sensing proof of concept | |
Lu et al. | Uncertainties in the analysis of heart rate variability: a systematic review | |
US20180289297A1 (en) | System and method for monitoring glucose level | |
CN210408412U (en) | Portable dynamic cardiovascular parameter acquisition equipment | |
Lin et al. | A novel chest-based ppg measurement system | |
RU2760990C2 (en) | Method for determining heart work parameters and electronic device for its implementation | |
Gospodinov et al. | Three-sensor portable information system for physiological data registration | |
RU2744967C2 (en) | Heart function determination method, system and electronic device for its implementation | |
RU2760994C2 (en) | Device for measuring heart work parameters | |
EP4193926A1 (en) | Quantitative assessment of activity of acupuncture channels | |
CN118319278A (en) | Signal quality evaluation method, electronic equipment and storage medium | |
Jegan et al. | Low cost and improved performance measures on filtering techniques for ECG signal processing and TCP/IP based monitoring using LabVIEW | |
US20190365269A1 (en) | Wearable heart abnormality symptom sensing smart watch and health management system using same | |
Yol et al. | Design of real time cardiac arrhythmia detection device | |
KH et al. | Wearable ECG electrodes for detection of heart rate and arrhythmia classification | |
Manjunatha et al. | ECG and PPG Data Capture using Novel Three Lead Electrode | |
Gascón et al. | Low-power wireless system for continuous measurement of cardiovascular parameters on a single limb |