Патент на изобретение №2376929

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО НАБЛЮДЕНИЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ БОЛЬНЫХ

(57) Реферат:

Предлагаемое устройство относится к медицине, в частности к диагностическим приборам. Устройство для дистанционного наблюдения за состоянием больных содержит центральный пульт управления, состоящий из ЭВМ с устройствами ввода и отображения информации, приемник электромагнитного сигнала, передатчик электромагнитного сигнала и регистраторы биологических параметров, располагаемых на пациентах. В состав регистраторов, располагаемых на пациентах, входят датчики физиологических параметров пациента, блок преобразования информации, передатчик электромагнитного сигнала, приемник электромагнитного сигнала пациента, блок управления, автономный источник питания всей аппаратуры, например аккумуляторная батарея. Блок преобразования информации состоит из коммутатора, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и кодера. Блок управления состоит из декодера, двух схем сравнения кодов, двух ЗУ хранения кодов управления, блока временной задержки. Каждый передатчик содержит задающий генератор, фазовый манипулятор, первый смеситель, первый гетеродин, усилитель первой промежуточной частоты и усилитель мощности, выход которого подключен к передающей антенне. Каждый приемник содержит приемную антенну, усилитель высокой частоты, второй гетеродин, второй смеситель, усилитель второй промежуточной частоты, перемножитель, полосовой фильтр и фазовый детектор. Приемник центрального пульта управления, кроме того, дополнительно содержит вторую приемную антенну, удвоитель фазы, делитель фазы на два, первый и второй узкополосные фильтры, третий и четвертый смесители, измеритель частоты Доплера, первый и второй корреляторы, второй и третий перемножители, первый и второй фильтры нижних частот, первый и второй экстремальные регуляторы, первый и второй блоки регулируемой задержки, индикатор дальности, индикатор азимута, второй усилитель высокой частоты и второй усилитель второй промежуточной частоты. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства путем определения местоположения мобильных пациентов. 8 ил.

Предлагаемое устройство относится к медицине, в частности к диагностическим приборам.

Известны устройства для дистанционного наблюдения за состоянием больных (авт. свид. СССР 1.811.380, 1.814.538; патенты РФ 2.048.790, 2.089.094, 2.128.004, 2.181.258, 2.195.168, 2.232.545, 2.236.169, 2.242.920, 2.242.921, 2.311.122; патент WO 89/01.312; Тихомиров В.В. Биометрические системы. – М.: Наука, 1974, С.58-78; Фролов М.В. Контроль функционального состояния человека-оператора. – М.: Наука, 1987, С.40-42 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Устройство для дистанционного наблюдения за состоянием больных» (патент РФ 2.311.122, А61В 5/05, 2006), которое и выбрано в качестве прототипа.

Устройство содержит центральный пульт управления, состоящий из ЭВМ с устройствами ввода и отображения информации соответственно, приемник электромагнитного сигнала, датчики физиологических параметров пациента, блок преобразования информации, передатчик электромагнитного сигнала, приемник электромагнитного сигнала, блок управления и автономный источник питания всей аппаратуры, установленной на пациенте (i=1, 2, , k). Устройство обеспечивает повышение помехоустойчивости и достоверности приема дискретной информации за счет использования двух частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Однако возможности устройства используются не в полной мере. Оно может использоваться и для измерения азимута, дальности и радиальной скорости наблюдаемого пациента, что обеспечивает определения местоположения мобильного пациента и параметров его перемещения.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем определения местоположения мобильных пациентов и параметров их перемещения.

Поставленная задача решается тем, что устройство для дистанционного наблюдения за состоянием больных, состоящее в соответствии с ближайшим аналогом из располагаемого на каждом из группы одновременно наблюдаемых пациентов измерительно-передающего блока, включающего в себя датчики физиологических параметров, блок преобразования информации, блок управления, передатчик и приемник электромагнитного сигнала, а также автономный источник питания, при этом выходы датчиков соединены с входами блока преобразования информации, выход которого соединен с выходом приемника, а выход с входом блока преобразования информации, и центрального пульта управления, располагаемого в зоне уверенного приема электромагнитных сигналов, состоящего из ЭВМ с устройствами ввода и отображения информации, передатчика электромагнитного сигнала, выход которого соединен с входом ЭВМ, при этом в качестве электромагнитных сигналов использованы сложные сигналы с фазовой манипуляцией, каждый передатчик выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты и усилителя мощности, выход которого подключен к передающей антенне, при этом второй вход фазового манипулятора центрального пульта управления соединен с выходом ЭВМ, а второй вход фазового манипулятора пациента соединен с выходом блока преобразования информации, каждый приемник выполнен в виде последовательно подключенных к приемной антенне усилителя высокой частоты, второго смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина, при этом выход фазового детектора центрального пульта управления подключен к входу ЭВМ, а выход фазового детектора пациента подключен к входу блока управления, передатчик центрального пульта управления излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ₁, а приемник принимает на частоте ₂, а передатчик каждого наблюдаемого пациента, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ₂, а приемник принимает на частоте ₁, отличается от ближайшего аналога тем, что приемник центрального пульта управления снабжен удвоителем фазы, делителем фазы на два, двумя узкополосными фильтрами, третьим и четвертым смесителями, измерителем частоты Доплера, вторым и третьим перемножителями, двумя фильтрами нижних частот, двумя экстремальными регуляторами, двумя блоками регулируемой задержки, индикатором дальности, индикатором азимута, второй приемной антенной, вторым усилителем высокой частоты и вторым усилителем второй промежуточной частоты, причем к выходу первого усилителя второй промежуточной частоты последовательно подключены удвоитель фазы, делитель фазы на два, первый узкополосный фильтр, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, второй узкополосный фильтр и измеритель частоты Доплера, к выходу первого усилителя второй промежуточной частоты последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с первым выходом первого блока регулируемой задержки, первый фильтр нижних частот, первый экстремальный регулятор, первый блок регулируемой задержки, второй вход которого соединен с выходом фазового манипулятора, и индикатор дальности к выходу второй приемной антенны последовательно подключены второй усилитель высокой частоты, четвертый смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, второй усилитель второй промежуточной частоты, третий перемножитель, второй вход которого соединен с первым выходом второго блока регулируемой задержки, второй фильтр нижних частот, второй экстремальный регулятор, второй блок регулируемой задержки, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, и индикатор азимута, первая и вторая приемные антенны размещены на расстоянии d, где d – измерительная база.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1, структурная схема блока преобразования информации изображена на фиг.2, структурная схема блока управления приведена на фиг.3. Временные диаграммы, поясняющие работу устройства, представлены на фиг.4 и 5. Структурная схема передатчика и приемника центрального пульта управления изображена на фиг.6, структурная схема передатчика и приемника каждого наблюдаемого пациента изображена на фиг.7. Частотная диаграмма, поясняющая преобразование сигналов по частоте, представлена на фиг.8.

Устройство для наблюдения за состоянием больных содержит центральный пульт 1 управления, состоящий из ЭВМ 1-1 с устройствами 1-2 и 1-3 ввода и отображения информации соответственно, приемник 2 электромагнитного сигнала, передатчик 3 электромагнитного сигнала и регистраторы I, II, i, К биологических параметров, располагаемых на пациентах (i – номер пациента, который может принимать значение от 1 до К, где К – общее число наблюдаемых пациентов).

Выход приемника 2, представляющий собой шину стандартного интерфейса связи, соединен с выходом ЭВМ 1-1 центрального пульта 1 управления. Передатчик 3 также соединен шиной стандартного интерфейса связи с выходом ЭВМ 1-1 центрального пульта 1 управления.

В состав регистраторов I, II, i, К, располагаемых на пациентах, входят датчики (4.i-1)(4.i-n) физиологических параметров i-гo пациента (n – общее число, количество датчиков, устанавливаемых на i-ом пациенте), блок 5.i преобразования информации, передатчик 6.i электромагнитного сигнала, установленный на i-ом пациенте, приемник 7.i электромагнитного сигнала, блок 8.i управления i-го пациента, автономный источник 9.i питания всей аппаратуры, установленной на i-ом пациенте, например аккумуляторная батарея.

В качестве датчиков физиологических параметров могут быть использованы любые датчики, например измерители ЭКГ – пациентов (электроды для снятия биопотенциалов с усилителями), измерители температуры и другие. Основной функцией блока 5.i преобразования является преобразование напряжений измеренных аналоговых сигналов, соответствующих значениям измеряемых физиологических параметров, в последовательный двоичный код, который может модулировать излучаемый электромагнитный сигнал.

Блок 5.i преобразования информации состоит из коммутатора 10, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 11 и кодера 12. Входы коммутатора 10 соединены с выходами датчиков (4.i-1)(4.i-n), а выход с выходом АЦП 11. Выход последнего соединен с входом кодера 12, второй вход которого соединен с выходом блока 8.i управления. С помощью коммутатора 10 датчики (4.i-1)(4.i-n) поочередно подключаются к входу АЦП 11, обеспечивающего преобразование аналоговой информации в параллельный двоичный код, который далее с помощью стандартного кодера 12 преобразовывается в последовательный двоичный код, например, в стандарте «Манчестер-2».

Блок 8.i управления состоит из декодера 13, двух схем 14 и 15 сравнения кодов, двух ЗУ 16 и 17 хранения кодов управления, блока 18 временной задержки и схемы ИЛИ 19. Вход декодера 13 соединен с выходом приемника 7.i, а выход с входами двух схем 14 и 15 сравнения кодов, вторые входы которых соединены с выходами ЗУ 16 и 17 кодов управления. Выход первой схемы 14 сравнения кодов соединен через блок 18 временной задержки с первым входом схемы ИЛИ 19, а выход второй схемы 15 сравнения кодов непосредственно с вторым входом схемы ИЛИ 19, выход которой соединен с входом блока 5.i преобразования информации.

Каждый передатчик выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора 20(33), фазового манипулятора 21(34), первого смесителя 23(36), второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 22(35), усилителя 24(37) первой промежуточной частоты и усилителя 25(38) мощности, выход которого подключен к передающей антенне. При этом фазовый манипулятор 21 центрального пульта управления соединен с выходом ЭВМ 1-1, а второй вход фазового манипулятора 34 каждого наблюдаемого пациента соединен с выходом блока 5.i преобразования информации.

Каждый приемник выполнен в виде последовательно подключенных к выходу приемной антенны усилителя 26(39) высокой частоты, второго смесителя 28(41), второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина 27(40) и фазового детектора 32(45), второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина 27(40).

Выход фазового детектора 32 центрального пульта управления подключен к выходу ЭВМ 1-1, а выход фазового детектора 45 наблюдаемого пациента подключен к блоку 8.i управления.

К выходу первого усилителя 29 второй промежуточной частоты приемника центрального пульта управления последовательно подключены удвоитель 46 фазы, делитель 47 фазы на два, первый узкополосный фильтр 48, третий смеситель 49, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 20, второй узкополосный фильтр 50 и измеритель 51 частоты Доплера. К выходу первого усилителя 29 второй промежуточной частоты последовательно подключены второй перемножитель 53, второй вход которого соединен с первым выходом первого блока 56 регулируемой задержки, первый фильтр 54 нижних частот, первый экстремальный регулятор 55, первый блок 56 регулируемой задержки, второй вход которого соединен с выходом фазового манипулятора 21, и индикатор 57 дальности. Второй перемножитель 53, первый фильтр 54 нижних частот, первый экстремальный регулятор 55 и первый блок 56 регулируемой задержки образуют первый коррелятор 52. К выходу второй приемной антенны А₃ последовательно подключены второй усилитель 58 высокой частоты, четвертый смеситель 59, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 27, второй усилитель 60 второй промежуточной частоты, третий перемножитель 62, второй вход которого соединен с первым выходом второго блока 65 регулируемой задержки, второй фильтр 63 нижних частот, второй экстремальный регулятор 64, второй блок 65 регулируемой задержки, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 29 второй промежуточной частоты, и индикатор 66 азимута.

Основным условием неискаженной передачи информации в соответствии с теоремой Котельникова является:

F_oп(3-4)F_max,

где F_oп – частота опроса (частота проведения измерений) каждого физиологического сигнала;

F_max – максимальное значение частоты физиологического сигнала.

Известно, что диапазон частот подавляющего числа физиологических сигналов лежит в пределах от 0 до 100 Гц. Следовательно, частота опроса (частота квантования) должна составлять 400500 Гц.

В настоящее время реально достижимые значения времени преобразования АЦП у подобного рода устройств могут быть обеспечены в пределах 20 мкс, а скорость передачи информации по радиолинии связи до 1 Мбит/с. В этом случае за 20 мкс можно передать одно 20-разрядное слово.

Отсюда видно, что при выбранной скорости преобразования и передачи информации и частоте опроса 500 Гц можно одновременно передавать до 100 физиологических параметров. Если у каждого больного измерять и передавать 10 физиологических параметров, то в этом случае можно наблюдать одновременно за 10 больными. Если же число параметров, измеряемых у каждого больного, уменьшить до 5, то число наблюдаемых больных можно увеличить до 20.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Рассмотрим в качестве примера два режима работы предлагаемого устройства: а) режим работы по запросу; б) режим работы с общей синхронизацией.

На фиг.4 приведены диаграммы, иллюстрирующие первый режим работы, на фиг.5 – второй режим. По оси абсцисс на всех диаграммах отложено время. На диаграммах А условно показаны командные кодовые посылки, передаваемые по командной линии связи от центрального пульта управления в аппаратуру каждого пациента. Для этого задающий генератор 20 формирует гармоническое колебание:

u_c1(t)=U_c1cos(_c1t+_c1), 0tT_c1,

где U_c1, _c1, _c1, T_c1 – амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность колебания,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 21, на второй вход которого подается модулирующий код M₁(t) с выхода ЭВМ 1-1. В качестве модулирующего кода M₁(t) может использоваться общий для всех пациентов код или код i-гo наблюдаемого пациента. На выходе фазового манипулятора 21 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)

u₁(t)=U_c1cos[_c1t+_k1(t)+_c1], 0tT_c1,

где _k1(t)={0, } – манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом, причем _k1(t)=const при и может изменяться скачком при t=К_э, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, , N);

_э, N – длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_c1(Т_c1=N_э),

который поступает на первый вход первого смесителя 23.

На второй вход последнего подается напряжение первого гетеродина 22:

u_г1(t)=U_г1cos[_г1t+_г1).

На выходе смесителя 23 образуются комбинационные частоты. Усилителем 24 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты:

u_пр1(t)=U_пр1cos[_пр1t+_k1(t)+_пр1], 0tT_с1,

где U_пр1(t)=K₁U_с1U_г1;

K₁ – коэффициент передачи смесителя;

_пр1=_c+_г1 – первая промежуточная (суммарная) частота (фиг.8);

_пр1=_с+_г1.

Это напряжение после усиления в усилителе 25 мощности излучается передающей антенной в эфир на частоте ₁=_пр1, усиливается приемной антенной i-го наблюдаемого пациента и через усилитель 39 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 41, на второй вход которого подается напряжение U_г1(t) гетеродина 40. На выходе смесителя 41 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 42 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты:

u_пр2(t)=U_пр2cos[_пр2t+_k1(t)+_пр2], 0tT_с1,

где

_пр2=₁–_г1 – вторая промежуточная (разностная) частота;

_пр2=_пр1–_r1,

которое поступает на первый вход перемножителя 43. На второй вход перемножителя 43 поступает напряжение гетеродина 35:

u_г2(t)=U_г2cos(_г2t+_г2).

При этом частоты _г1 и _г2 гетеродинов разнесены на значения второй промежуточной частоты (фиг.8):

_г2–_г1=_пр2.

На выходе перемножителя 43 образуется напряжение:

u₂(t)=U₂cos[_г1t-_k1(t)+_г1], 0tT_с1,

где

К₂ – коэффициент передачи перемножителя,

которое выделяется полосовым фильтром 44 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 45. На второй (опорный) вход фазового детектора 45 подается напряжение u_г1(t) гетеродина 40. На выходе фазового детектора 45 образуется низкочастотное напряжение:

u_н1(t)=U_н1cos_k1(t),

где

К₃ – коэффициент передачи фазового детектора, пропорциональный модулирующему коду M₁(t). Это напряжение поступает в блок 8.i управления.

На диаграммах показаны условно кодовые посылки, передаваемые по информационной линии связи от аппаратуры, располагаемой на пациенте, в центральный пульт управления. Каждой кодовой посылке, обозначенной на диаграммах арабскими цифрами, соответствует передаваемое значение измеряемого физиологического параметра.

В этом случае задающим генератором 33 также формируется гармоническое колебание:

u_c2(t)=U_c2cos(_сt+_c2), 0tT_c2,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 34, на второй вход которого подается модулирующий код М₂(t) с выхода блока 5.i преобразования информации. В качестве модулирующего кода М₂(t) используется кодовая посылка, соответствующая значению измеряемого физиологического параметра i-го наблюдаемого пациента.

На выходе фазового манипулятора 34 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн):

u₃(t)=U_c2cos[_сt+_k2(t)+_c2], 0tT_c2,

который поступает на первый вход смесителя 36, на второй вход которого подается напряжение u_г2(t) гетеродина 35.

На выходе смесителя 36 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 37 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты:

u_пр(t)=U_прcos[_прt+_k2(t)+_пр], 0tT_c2,

где

_пр=_г2–_с – промежуточная (разностная) частота;

_пр=_с–_г2.

Это напряжение после усиления в усилителе 38 мощности излучается передающей антенной в эфир на частоте ₂=_пр и улавливается приемными антеннами А₂ и А₃ центрального пульта 1 управления и через усилители 26 и 58 высокой частоты поступает на первые входы смесителей 28 и 59, на второй вход которых подается напряжение u_г2(t) гетеродина 27. На выходе смесителей 28 и 59 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 29 и 60 выделяются напряжения второй промежуточной (разностной) частоты:

u_пр3(t)=U_пр3cos[(_пр2±_д)(t-_з1)+_k2(t-_з1)+_пр3],

u_пр4(t)=U_пр3cos[(_пр2±_д)(t-_з2)+_k2(t-_з2)+_пр4],

где

_пр2=_r1–_пр – вторая промежуточная (разностная) частота;

±_д – доплеровское смещение частоты;

– время запаздывания ретранслированного пациентом сигнала с относительно запросного;

_з2=t₂-t₁;

t₁, t₂ – время прохождения ретранслированного сигнала от пациента до первой A₂ и второй А₃ приемных антенн соответственно.

Напряжение u_пр3(t) с выхода усилителя 29 второй промежуточной частоты поступает на вход удвоителя 46 фазы. В качестве последнего может использоваться перемножитель, на два входа которого подается одно и то же напряжение u_пp3(t). На выходе удвоителя 46 фазы образуется гармоническое колебание

u₄(t)=U₄cos[2(_пр2±_д)(t-_з1)+2_пр3], 0tT_c2,

где

К₂ – коэффициент передачи перемножителя,

в котором фазовая манипуляция уже отсутствует, так как

2_k2(t-_з1)={0,2}.

Ширина спектра f_c сложного ФМн-сигнала определяется длительностью _Э его элементарных посылок:

Тогда как ширина спектра f₂ его второй гармоники определяется длительностью сигнала Т_c2

Следовательно, при удвоении фазы широкополосного ФМн-сигнала его спектр сворачивается в N раз

Гармоническое колебание u₄(t) с выхода удвоителя 46 фазы поступает на вход делителя 47 фазы на два, на выходе которого образуется гармоническое колебание

u₅(t)=U₅cos[(_пр2±_д)(t-_з1)+_пр3], 0tT_c2,

которое выделяется узкополосным фильтром 48 и поступает на первый вход смесителя 49. На второй вход последнего подается гармоническое колебание u_c1(t) с выхода задающего генератора 20. На выходе смесителя 49 образуются напряжения комбинационных частот. Узкополосным фильтром 50 выделяется напряжение доплеровской частоты

u₆(t)=U₆cos(±_дt+₆), 0tT_c2,

где

₆=_c1–_пр3,

которое поступает на вход измерителя 51 доплеровской частоты, который обеспечивает измерение доплеровской частоты ±_д. Причем величина и знак доплеровской частоты определяют величину и направление радиальной скорости запрашиваемого пациента.

Одновременно напряжение u_пр3(t) с выхода усилителя 29 второй промежуточной частоты поступает на первый вход перемножителя 53, на второй вход которого через блок 56 регулируемой задержки с выхода фазового манипулятора 21 подается сложный ФМн-сигнал u_с(t). Полученное на выходе перемножителя 53 напряжение пропускается через фильтр 54 нижних частот, на выходе которого формируется корреляционная функция R₁(). Экстремальный регулятор 55, предназначенный для поддержания максимального значения корреляционной функции R₁() и подключенный к выходу фильтра 54 нижних частот, воздействует на управляющий вход блока 56 регулируемой задержки и поддерживает вводимую им задержку т равной _з1(=_з1), что соответствует максимальному значению функции R₁(). Индикатор 57 дальности, связанный с блоком 56 регулируемой задержки, позволяет непосредственно считывать измеренное расстояние R между центральным пультом 1 управления и наблюдаемым пациентом

где с – скорость распространения радиоволн.

Напряжение u_пр4(t) с выхода усилителя 60 второй промежуточной частоты поступает на первый вход перемножителя 62, на второй вход которого через блок 65 регулируемой задержки подается напряжение u_пр3(t) с выхода усилителя 29 второй промежуточной частоты. Полученное на выходе перемножителя 62 напряжение пропускается через фильтр 63 нижних частот, на выходе которого формируется корреляционная функция R₂().

Экстремальный регулятор 64, предназначенный для поддержки максимального значения корреляционной функции R₂() и подключенный к выходу фильтра 63 нижних частот, воздействует на управляющий вход блока 65 регулируемой задержки и поддерживает вводимую им задержку равной _з2(=_з2), что соответствует максимальному значению корреляционной функции R₂().

Шкала блока 65 регулируемой задержки (индикатор 66 азимута) проградуирована непосредственно в значении угловой координаты запрашиваемого пациента

где – азимут запрашиваемого пациента;

с – скорость распространения радиоволн;

_з2=t₂-t₁;

t₁, t₂ – время прохождения ретранслированного сигнала от запрашиваемого пациента до первой А₂ и второй А₃ приемных антенн соответственно.

Следовательно, задача измерения угловой координаты (азимута ) запрашиваемого пациента сводится к измерению относительной временной задержки _з2 между ретранслированными сигналами, принимаемыми антеннами А₂ и А₃.

Напряжение u_пр3(t) с выхода усилителя 29 второй промежуточной частоты одновременно поступает на первый вход перемножителя 30, на второй вход которого подается напряжение u_г1(t) гетеродина 22. На выходе перемножителя 30 образуется напряжение

u₇(t)=U₇cos[(_г2±_д)(t-_з1)+_k2(t-_з1)+_г2],

где

_г2=_пр2+_г1;

_г2=_пр2+_г1,

которое выделяется полосовым фильтром 31 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 32. На второй (опорный) вход фазового детектора 32 подается напряжение u_г2(t) гетеродина 27. На выходе фазового детектора 32 образуется низкочастотное напряжение

u_н2(t)=U_н2cos_k2(t)

где ,

пропорциональное модулирующему коду М₂(t). Это напряжение поступает на вход ЭВМ 1-1.

При режиме работы по запросу (фиг.4) все командные кодовые посылки имеют различные значения: каждому пациенту присваивается свой код. Запуск программы опроса датчиков, измеряющих физиологические параметры в аппаратуре пациента, производится после принятия командного кода и его расшифровки (на диаграммах этот момент времени обозначен заштрихованными прямоугольниками). Частота опроса каждого пациента составляет 400500 Гц, что соответствует полному циклу опроса всех пациентов 22,5 мс. Достоинством данного режима работы является его гибкость: при желании можно опрашивать не всех пациентов, а часть из них или даже одного пациента, но с более высокой частотой.

В случае применения режима работы с общей синхронизацией аппаратура всех пациентов настроена на один общий код, по которому производится одновременный запуск программных устройств аппаратуры всех пациентов (фиг.5). Эти программно-временные устройства настроены таким образом, что подключение каждого абонента к линии связи производится в определенный момент времени после приема синхронизирующего кода, поэтому отрезки времени передачи абонентами информации в центральный пункт разнесены между собой во времени. Достоинством данного режима работы является более короткий цикл передачи информации и более высокая помехоустойчивость. К недостаткам его следует отнести значительно меньшую гибкость: в данном случае невозможно изменять программу подключения абонентов с центрального пульта.

Однако предложенная выше схема блока 8.i управления (фиг.3) позволяет реализовать оба режима работы устройства. Делается это следующим образом. В ЗУ 17 каждому пациенту заносится свой код. В ЗУ 16 заносится один общий код для всех пациентов.

При работе по запросу с центрального пульта управления подается код, соответствующий коду, записанному в ЗУ 17. По этому коду включается аппаратура только одного выбранного пациента, производится измерение всех его физиологических параметров в соответствии с программой, и результат измерения в короткий отрезок времени после посылки управляющего кода передается по информационной линии связи в центральный пульт управления.

Затем с центрального пульта управления посылается код другому пациенту, и вся процедура повторяется. Так поочередно (с частотой 500 Гц) опрашиваются все наблюдаемые пациенты.

Данная система позволяет при необходимости изменять программу опроса, например опрашивать с более высокой частотой ограниченное число пациентов или даже одного пациента. Такая необходимость может возникнуть, например, при передаче миографической информации или при анализе вызванных ЭКГ-потенциалов, где требуется более высокая частота опроса.

В случае применения режима работы с общей синхронизацией с центрального пульта по командной линии связи подается код, соответствующий коду, записанному в ЗУ 16, общий для всех абонентов. По этому коду включение в работу аппаратуры каждого пациента производится в момент времени, определяемый блоком 18 времени задержки, который устанавливается индивидуально для каждого пациента таким образом, чтобы моменты опроса и передачи информации всех пациентов в центральный пульт были бы разнесены во времени.

Сформированными в результате опроса кодовыми посылками 1, 2, n, изображенными на диаграммах (фиг.4), модулируется излучаемый передатчиками 6 электромагнитный сигнал (фиг.1). Информация о физиологических параметрах всех пациентов, принятая приемником 2, вводится в ЭВМ 1-1 центрального пульта 1.

Далее производится математическая экспресс-обработка в реальном времени всех физиологических параметров наблюдаемых пациентов, и в случае отклонения их за допустимый предел у какого-либо пациента ЭВМ выдает сигнал тревоги с указанием номера пациента для принятия экстренных мер.

Кроме того, принятая информация может быть занесена в память ЭВМ для последующего более детального анализа.

По сравнению с известными мониторами, в том числе и мониторами, записывающими информацию на магнитную ленту, данное устройство позволяет расширить функциональные возможности:

– наблюдать в реальном времени сразу нескольких пациентов и немедленно выдавать сигнал тревоги в случае ухудшения состояния больных;

– производить последующий более подробный анализ полученной информации;

– существенно упростить, удешевить и облегчить аппаратуру, носимую пациентом, за счет того, что из состава аппаратуры исключается сложная ЭВМ или магнитофон, а вся обработка информации производится в ЭВМ центрального пульта управления.

Устройство обеспечивает повышение помехоустойчивости и достоверности обмена дискретной информацией между центральным пультом управления и наблюдаемыми пациентами. Это достигается использованием двух частот ₁, ₂ и сложных ФМн-сигналов.

С точки зрения обнаружения данные сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность ФМн-сигналов обусловлена высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто равномерно распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.

Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменения параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемников.

Сложные ФМн-сигналы открывают новые возможности в технике передачи дискретных сообщений и их защиты от несанкционированного доступа. Указанные сигналы позволяют применять новый вид селекции – структурную селекцию. Это значит, что появляется возможность выделять сложные ФМн-сигналы среди других сигналов и помех, действующих в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени. Данная возможность реализуется сверткой спектра сложных ФМн-сигналов.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает измерение дальности (расстояния), радиальной скорости и азимута запрашиваемого пациента, т.е. обеспечивает определение местоположения запрашиваемого пациента и параметры его перемещения. Тем самым функциональные возможности устройства расширены.

Формула изобретения

Устройство для дистанционного наблюдения за состоянием больных, состоящее из располагаемого на каждом из группы одновременно наблюдаемых пациентов измерительно-передающего блока, включающего в себя датчики физиологических параметров, блок преобразования информации, блок управления, передатчик и приемник электромагнитного сигнала, а также автономный источник питания, при этом выходы датчиков соединены с входами блока преобразования информации, выход которого соединен с выходом приемника, а выход – с входом блока преобразования информации и центрального пульта управления, расположенного в зоне уверенного приема электромагнитных сигналов, состоящего из ЭВМ с устройствами ввода и отображения информации, передатчика электромагнитного сигнала, вход которого соединен с выходом ЭВМ, и приемника электромагнитного сигнала, выход которого соединен с входом ЭВМ, при этом каждый передатчик электромагнитного сигнала выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты и усилителя мощности, выход которого подключен к передающей антенне, при этом второй вход фазового манипулятора центрального пульта управления является входом передатчика центрального пульта, а второй вход фазового манипулятора пациента является входом передатчика пациента, каждый приемник электромагнитного сигнала выполнен в виде последовательно подключенных к приемной антенне усилителя высокой частоты, второго смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина, при этом выход фазового детектора центрального пульта управления является выходом приемника центрального пульта, а выход фазового детектора пациента является выходом приемника пациента, передатчик центрального пульта управления выполнен с возможностью излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией на частоте ₁, а приемник – с возможностью приема сигналов на частоте ₂, а передатчик каждого наблюдаемого пациента выполнен с возможностью излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией на частоте ₂, а приемник – с возможностью приема сигналов на частоте ₁, отличающееся тем, что приемник центрального пульта управления снабжен удвоителем фазы, делителем фазы на два, двумя узкополосными фильтрами, третьим и четвертым смесителями, измерителем частоты Доплера, вторым и третьим перемножителями, двумя фильтрами нижних частот, двумя экстремальными регуляторами, двумя блоками регулируемой задержки, индикатором дальности, индикатором азимута, второй приемной антенной, вторым усилителем высокой частоты и вторым усилителем второй промежуточной частоты, причем с выхода первого усилителя второй промежуточной частоты последовательно подключены удвоитель фазы, делитель фазы на два, первый узкополосный фильтр, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, второй узкополосный фильтр и измеритель частоты Доплера, к выходу первого усилителя второй промежуточной частоты последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с первым выходом первого блока регулируемой задержки, первого блока регулируемой задержки, первый фильтр нижних частот, первый экстремальный регулятор, первый блок регулируемой задержки, второй вход которого соединен с выходом фазового манипулятора, и индикатор дальности, к выходу второй приемной антенны последовательно подключены второй усилитель высокой частоты, четвертый смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, второй усилитель второй промежуточной частоты, третий перемножитель, второй вход которого соединен с первым выходом второго блока регулируемой задержки, второй фильтр нижних частот, второй экстремальный регулятор, второй блок регулируемой задержки, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, и индикатор азимута, первая и вторая приемные антенны разнесены на расстояние d, где d -измерительная база.

РИСУНКИ