ТЕРРИТОРИАЛЬНАЯ АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО

МОНИТОРИНГА ФИЗИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА

Система «СТРАЖ»

Современные предпосылки создания системы «СТРАЖ»

Общемировой демографической тенденцией современности является старение населения. Кроме того, имеет место фактор ухудшения здоровья молодой части населения России. Эти обстоятельства приводят к постоянному снижению численности работоспособного населения и повышению социальной напряженности общества.

В этих условиях повышение пенсионного возраста и привлечение людей с проблемным здоровьем для хозяйственных и иных нужд страны становится неизбежным. Эти мероприятия, без принятия действенных мер по повышению здоровья и работоспособности населения, в том числе людей преклонного возраста, могут дать только временный эффект и не обеспечат решение проблемы.

Примечательно, что главной задачей российской медицины на современном этапе считается своевременное распознавание угроз здоровью и жизни людей, предупреждение общества и государственной власти о грозящей демографической опасности.
Одним из основных направлений решения проблемы повышения здоровья населения является оперативное выявление заболеваний на ранних стадиях, а также угроз обострения и рецидивов хронических заболеваний. Решение этих проблем связано с эффективностью мониторинга физического состояния человека. В настоящее время эффективность мониторинга в целом крайне низкая, а в ряде случаев фактически отсутствует. Повышение эффективности мониторинга традиционными методами крайне проблематично. Это связано практически с непреодолимыми ограничениями организационного, технического и материального характера.

Новым направлением в мониторинге является использование наносекундной радиоэлектроники, позволяющей кардинально решить задачу контроля физического состояния населения. Таким представителем наносекундной радиоэлектроники является система «Страж»

Назначение и принцип получения данных о дыхании и работе сердца

Система «СТРАЖ» предназначена для постоянного дистанционного наблюдения и фиксации физического состояния человека путем автоматического контроля ритмов сердцебиения (радиокардиограмма) и дыхания (радиопульмонограмма) в реальном времени. Контроль производится без подключения к телу человека каких-либо датчиков. Наличие одежды не имеет значения. Единственным условием проведения контроля является неподвижное положение человека (желательно лежачее положение) под небольшим прибором (мини радаром), который может крепиться к стене, ширме, стойке и т.д. Поза лежачего человека не имеет значения. Радар излучает импульсы наносекундной длительности, энергия которых в полной мере соответствует международным нормам. Основным качеством такого радара является возможность высокоточного выявления небольших характерных колебаний грудной клетки в процессе дыхания и работы сердца.

Принципиальным отличием данных, полученных при снятии электрокардиограммы и радиокардиограммы является то, что в первом случае фиксируются электрические сигналы, управляющие работой сердца, а во втором – как на эти сигналы реагируют элементы сердечной мышцы, и как ведет себя сердце при отсутствии электрических сигналов.

С полным основанием можно считать, что объединение данных электрокардиограммы и радиокардиограммы обеспечит получение более полных и достоверных данных о состоянии сердца.

Радиокардиограмма, полученная на экспериментальной установке и синхронная ей электрокардиограмма приведены на рис 1.

Кардиограмма
На рис 1 представлены: красным цветом реальная электрокардиограмма, синим – синхронная радиокардиограмма больного с патологией левого предсердия сердца.
От точки 1 до точки 2 сердечная мышца предсердия не возбуждается, но сердце продолжает увеличиваться в размере за счет наполнения его кровью. На электрокардиограмме это не видно, а на радиокардиограмме это можно наблюдать. После точки 2 наблюдается кратковременное сокращение сердечной мышцы и наполнение сердца кровью практически прекращается.
В следующем цикле (точки 3 – 4) заполнение сердца кровью происходит более интенсивно, а кратковременное сокращение сердца практически отсутствует.


Радиокардиография является новым направлением в проведении кардиологических анализов.

На современном этапе, не дожидаясь научных изысканий, радиокардиография позволяет объективно оценивать важнейшие параметры работы сердца, а в сочетании с данными о процессе дыхания, которые в настоящее время не учитываются по причине несовершенства их получения, позволяет оперативно решать задачи анализа состояния здоровья человека без организационных хлопот, в доступной форме и с минимальными материальными затратами.

Состав, принцип работы и построения системы «Страж»

В состав системы «Страж» входят абонентские терминалы «Сиделка», сеть Интернет или корпоративная локальная вычислительная сеть (ЛВС), компьютер персонального или коллективного пользования.

Терминал «Сиделка» обеспечивает получение и отображение на мониторе компьютера всей совокупной информации о работе сердца и легких, а также передачу полученных данных в Интернет или ЛВС. Компьютер персонального или коллективного пользования позволяет по Интернету или ЛВС получать данные в территориально удаленных от терминала «Сиделка» точках.

В зависимости от способа и места использования, терминал «Сиделка» может иметь 3 типа конфигурации. На рис.2 представлены структурные схемы системы «Страж» применительно к трем конфигурациям терминала «Сиделка».

Для контроля физического состояния человека в домашних условиях, терминал «Сиделка» включает: мини радар РЭС 1, стандартный канал беспроводной связи ограниченной дальности типа Bluetooth (Блютуз), Wi-Fi (Вай-Фай), Transfer Jet, персональный компьютер для вторичной обработки данных, отображения информации и передачи данных в сеть Интернет;

Для контроля физического состояния пациентов компактных лечебных и других заведений, терминал «Сиделка» может включать: несколько радаров РЭС1, стандартные многоканальные средства связи типа Bluetooth (Блютуз), Wi-Fi (Вай-Фай), Transfer Jet, вычислительный комплекс коллективного пользования (рабочее место дежурного).

Для отдельных территориально распределенных заведений часть РЭС1 могут быть объединены в группы по территориальному признаку. Такие группы сопрягаются с вычислительными средствами, расположенными в зоне действия беспроводной связи и входящими в состав ЛВС. Вычислительные средства могут быть специального назначения, а также общего назначения с программным обеспечением «Сиделка». Вычислительный комплекс в этом случае будет являться элементом ЛВС.

По предварительным оценкам общее количество РЭС1 для России составит до 10 млн. ед.

Индивидуальный терминал сиделка

Структурная схема и информационный обмен системы «Страж» приведены на рис.3.

Каких-либо принципиальных ограничений на количество терминалов «Сиделка», входящих в состав системы «Страж» не существует

Контроль физического состояния человека может производиться круглосуточно. При этом на компьютеры персонального и коллективного пользования в реальном времени поступают радиограммы биения сердца и дыхания (первичная информация), которые, как текущие данные, могут отображаться на мониторах компьютеров, а также заноситься в базы данных. Обработка, поступающих радиограмм, производится с темпом в 1 минуту. Вторичная информация (частота пульса, дыхания и т.д.) также отображается на экранах мониторов. Если компьютеры терминалов «Сиделка» подключены к сети Интернет, то как первичная, так и вторичная информация могут быть доступны абонентам, имеющим соответствующие коды доступа.

Данные индивидуального терминала «Сиделка» могут передаваться только отдельному абоненту, только на рабочие места каких-либо лечебных учреждений, центров здоровья и т.д., либо параллельно конкретному абоненту и на соответствующие рабочие места учреждений по сети Интернет.

Структурная схема системы страж

Мини радар РЭС1 и программное обеспечение терминала «Сиделка».

В системе «Страж» радар РЭС1 обеспечивает получение данных о работе сердца и дыхания. Создание малогабаритных радаров, способных улавливать движения мышц сердца и грудной клетки во время дыхания стало возможным благодаря научно-техническим достижениям российских специалистов в области наносекундной радиоэлектроники и специальных методов обработки радиолокационных сигналов.

Экспериментальный образец радара РЭС1 представлен на рис.4.


Концепция построения системы «Страж» основана на дистанционном мониторинге физического состояния человека с использованием глобальной (Интернет), а в ряде случаев корпоративной информационных сетей. Реализация такой концепции связана с использованием традиционных вычислительных средств. В этой связи, с технико-экономической точки зрения оптимальным является распределение функций обработки информации между радаром и компьютером терминала «Сиделка», который подключен к информационным сетям. Таким образом, программный комплекс терминала «Сиделка» состоит из двух частей.

На РЭС1 возложены задачи излучения и приема радиолокационных сигналов, их первичная обработка до уровня радиограмм (радиокардиограмма, радиопульмонограмма), готовых для отображения, анализа и вторичной обработки на компьютере, входящим в состав терминала «Сиделка». Это позволяет в программно-аппаратурном отношении максимально упростить РЭС1, обеспечить его высокую надежность, низкую энергоемкость и стоимость.

РЭС1 является медицинским индивидуальным прибором, предназначенным для постоянного оперативного контроля физического состояния человека, находящегося на стационарном лечении в лечебном учреждении, в также в пансионате, профилактории, доме отдыха, своей квартире и других местах постоянного и временного пребывания.

РЭС1 позволяет в реальном времени в автоматическом режиме, дистанционно, на расстоянии до 2-х метров получать данные о дыхании, биении сердца и по радиоканалу передавать на компьютер временные диаграммы ритмов дыхания и сердцебиения.

Основные характеристики экспериментального радара РЭС1:

Максимальное расстояние контроля
2 м.
Интервал определения характеристик
1 мин.
Передача диаграмм данных

online на любом временном интервале.
Режим работы радара автономный, непрерывный круглосуточный.
Режим работы канала Bluetooth периодический с темпом 1 мин.
Средняя мощность излучения радара 10 мВт.
Мощность излучения канала Bluetooth 2,5 ? 100 мВт (зависит от требуемой дальности).
Дальность передачи данных Bluetooth 10 м при Р=2,5 мВт, 100 м при Р=100 мВт.
Энергообеспечение аккумуляторная батарея, сеть 220 в.
Габариты 65х45х15 ? 90х60х20
Вес 150 ?180 г.

 


Кроме средств сигнализации о включении питания и работоспособнсти системы, РЭС1 должен иметь 2 стандартных USB разъема для подключения персонального компьютера по кабелю, коннекта системы связи «Блютуз» и разъем для подключения сети.

Сигнализацией о работоспособности РЭС1 является мигание светового индикатора, которое свидетельствует о наличии на выходе РЭС1 данных о контрольных движениях, происходящих в зоне действия мини радара.

Вторичная обработка данных, поступающих с РЭС1, производится с использованием специального ПО, установленного в компьютере терминала «Сиделка».

Вторичными данными являются количественные оценки ритмов сердцебиения и дыхания на временном интервале 60 с и данные о возникновении критических состояний работы сердца и дыхания. Вторичные данные привязаны к местному времени.

На мониторе компьютера отображаются текущие первичные данные на двух отдельных развертках и вторичные данные, относящиеся к ритмам сердца и дыхания.
Кроме определения количественных и качественных параметров работы сердца и дыхания, ПО обеспечивает архивирование данных и запрет доступа к данным посторонних лиц.

Ограничение доступа достигается путем использованию специального интерфейса первичных данных, адресной передачи данных по радиомосту «Bluetooth» и наличия паролей доступа.

Вторичными данными являются:

Характеристиками ритма сердца

1. N0 пульса - (число сокращений сердца за 60 с).
2. Показатели наибольшей нестабильности пульса ?1, ?2, – значение минимального и максимального интервала сокращения сердца в процентах относительно Тср= 60/ N0 .
3. Показатель аритмии пульса Мi – суммарное число неритмичных сокращений в процентах относительно N0, для которых показатель нестабильности превышает 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90%. i – показатель нестабильности пульса, при превышение которого сокращение считается неритмичным. При нахождении Мi, показатель нестабильности определяется для каждого интервала пульса.
4. Граничное значение брадикордии (N0= 40-35) – мигающая буква В.
5. Граничное значение тахикардии (N0= 100-150) – мигающая буква Т.
6. Критическое состояние (N0< 30; N0 >200) – мигающая буква К.
7. Предагональное состояние (Ti > 6 с) – мигающая буква S.
8. Агональное состояние (Ti > 20 с) – мигающая буква А.

Характеристики ритма дыхания.

1. Частота дыхания D0 – число циклов дыхания (вдох-выдох) за 60 с, включая интервалы возможных перерывов дыхания. Нормальным циклом дыхания считается наличие кривой, характеризующей движение грудной клетки при вдохе и выдохе. Вдох характеризуется нарастанием амплитуды, выдох - убыванием. Если дыхание прерывается (нет движения грудной клетки), то амплитуда кривой дыхания находится в районе нулевой отметки. На мониторе перерыв дыхания имеет вид прямой с незначительными колебаниями.

2. Показатель изменения ритма дыхания за предшествующие 60-ти секундные интервалы Ri. i – интервал, который предшествовал последнему завершенному интервалу. R1= D0- D-1, R2= D0- D-2, Ri= D0- D-i. На мониторе постоянно отображаются показатели изменения ритма за 5 последних интервалов. Пользователь может изменить время определения показателя изменения ритма.

3. Суммарное время прерывания дыхания ?. Определяется как сумма временных отрезков, соответствующих неподвижному положению грудной клетки.

4. Максимальное время прерывания дыхания на интервале 60 с Umax. Соответствует наибольшей горизонтальной прямой.

5. Граничное значение брадипноэ (D0 >35)* – мигающая буква В.

6. Граничное значение тахипноэ (D0 < 10)* – мигающая буква Т.

7. Остановка дыхания (U = 55-60 с) – мигающее слово SOS.

При обработке процесса дыхания отсчет перерыва дыхания производится либо до появления нормального цикла на текущем измерительном интервале, либо на последующих, либо прекращается через 200 с.
8. Критическое состояние (U ? 120 с) – мигающая буква К.
9. Агональное состояние (U > 200 с) – мигающая буква А.
* - для детей соответственно > 40 и <15, для грудных >50 и < 25, для новорожденных >65 и < 35.

Примечание: Для различных модификаций отдельные параметров могут быть уточнены.

Возможные варианты практического использования элементов системы «Страж»:
1. В стационарных лечебных учреждениях приборы могут устанавливаться по мере необходимости больным, за которыми необходимо постоянное наблюдение. Дежурный врач, либо другой медицинский работник в любой момент времени на мониторе могут контролировать состояние больного (текущее параметры сердцебиения, дыхания), а при необходимости – текущие диаграммы процессов сердцебиения и дыхания в реальном времени. При остановке, либо переходе сердцебиения и дыхания больного выше или ниже критического значения на мониторе высвечиваются соответствующие параметры, номер прибора и выдается звуковая сигнализация.
2. По согласованию с лечебным учреждением родственники больного, находящегося на стационарном лечении, могут по Интернету получать оперативные данные о физическом состоянии родственника.
3. Для пациентов, находящихся в домашних условиях, командировках, проходящих лечение и т.д., нуждающихся в медицинском, либо ином объективном контроле своего физического состояния (престарелые люди, пациенты с хроническими заболеваниями, проходящие реабилитацию после заболевания, инвалиды и т.д.) может использоваться индивидуальный прибор, подключенный через персональный компьютер к Интернету. При этом, информацию о состоянии человека могут контролировать родственники, доверенные лица, а также медицинские сотрудники учреждений, которые располагают соответствующими терминалами.

 

   
Биотехнология электромагнитных излучений   Контрафактное производство товаров народного потребления
     
Эффективные препараты из дальневосточного натурального женьшеня
«Инсам Кэсон-Корё»
 

Профильное лечение в Китае пациентов всех возрастных групп c проблемными и хроническими болезнями