Устройства биотелеметрической термометрии

Американским инженером Miguel E. Dogre Cuevas разработано биотелеметрическое устройство контроля температуры тела ребенка [13]. Обобщенная структурная схема устройства представлена на рисунке 5.

1 – датчик температуры; 2 – блок приема информации; 3 – передающее устройство; 4 – радиоприемник; 5 – блок обработки и анализа информации; 6 – блок индикации; 7 – блок тревожной сигнализации

Рисунок 5 – Обобщенная структурная схема биотелеметрической системы контроля внешней температуры младенца

Устройство пациента состоит из датчика температуры, микропроцессора и передатчика. Датчик температуры 1 снимает показания и передает их в блок приема информации (микропроцессорное устройство) 2, где информация преобразуется в цифровой код и поступает на передатчик 3. Устройство оператора состоит из радиоприемника, блока обработки информации, блока индикации и блока тревожной сигнализации. Информация о температуре тела ребенка поступает на блок радиоприемника 4, откуда передается на блок обработки 5. Если температурный показатель находится в пределах установленной нормы, то на блоке индикации 6 загорается зеленый светодиод, при достижении показателей температуры тела критических значений (или выходе за установленные пределы) на блоке индикации загорается красный светодиод и с блока тревожной сигнализации 7 подается звуковой сигнал оповещения.

Данное устройство является одним из наиболее известных в классе приборов для температурной биотелеметрии, так как оно всецело отражает концепцию метода. Однако существенным недостатком устройства является его конструкция, которая создает определенные неудобства для ребенка в процессе эксплуатации.

Существует биотелеметрическое устройство [14] (автор изобретения Jan H. Cocatre-Zilgien, США), структурная схема которого представлена на рисунке 6.

Центральным узлом в системе является микроконтроллер 7. Он функционально связан с остальными блоками, имеет некоторый встроенный объем памяти, и может осуществлять процессы обработки информации.

Преобразователь AC/DC 8 обеспечивает питание устройства от сети переменного тока. Резервный аккумулятор 11 – обеспечивает питание устройства оператора как минимум в течении одного цикла работы в случае отключения преобразователя AC/DC.

Таймер реального времени 6 (содержит генератор или резонатор) сообщается с микроконтроллером, синхронизируя его работу с внешними устройствами и отсчитывая циклы времени измерения температуры. Некоторые микроконтроллеры имеют встроенный таймер, который может выполнять те же функции.

Группа входных устройств управления 4 включает в себя кнопки, переключатели датчиков, сенсорные управляющие устройства (тачпад, джойстик и др.). Данные устройства позволяют пользователю установить время и дату, температурные пороги сигнализации, статус устройства, аварийные сигналы.

1 – датчик температуры; 2 – первичный блок приема информации; 3 – передающее устройство; 4 – устройства управления; 5 – радиоприемник; 6 – таймер; 7 – микропроцессорное устройство; 8 – преобразователь AC/DC; 9 – блок сигнализации; 10 – средство отображения информации; 11 – резервный аккумулятор

Рисунок 6 – Структурная схема системы радиотелеметрии для мониторинга поверхностной температуры тела

Приемник 5 получает радиосигнал с модуля датчика температуры через антенну и отправляет его на микроконтроллер 7, который декодирует сигнал в фактическое значение температуры для цифрового отображения на устройстве 10 (LCD, цифровой или буквенно-цифровой дисплей). Устройство отображения информации 10 также индицирует настройки таймера 6, текущее состояние микроконтроллера 7. Устройство сигнализации 9 (динамик, зуммер, вибратор) также активируется микроконтроллером 7 при достижении измеряемой температуры тела пороговых значений, установленных пользователем.

Существует биотелеметрическое устройство для измерения и контроля температуры тела ребенка, конструктивно выполненное в виде соски [15]. Структурная схема устройства представлена на рисунке 7.

1 – термодатчик; 2 – генератор, управляемый напряжением; 3 – частотный дискриминатор (f<f₁); 4 – частотный дискриминатор (f>f₂); 5, 6 – мультивибраторы; 7 – логический элемент ИЛИ; 8 – переключатель; 9 – FM-передатчик; 10 – FM-приемник; 11 – демодулятор; 12 – блок звуковой сигнализации; 13 – контроллер; 14 – таймер; 15 – блок тревожной индикации; 16 – дисплей

Рисунок 7 – Устройство измерения температуры тела грудного ребенка, конструктивно выполненное в виде соски, имеющее передатчик и приемник радиосигналов

Чувствительный элемент, встроенный в соску, обнаруживает изменения температуры, различает нормальные значения и аномалии температуры и автоматически передает значения только аномально высокой/низкой температуры в удаленное радиоприемное устройство, где такие сигналы визуализируются, а также обеспечивается звуковая тревожная сигнализация.

В силиконовую часть пустышки встроен термистор 1, изменяющий электрическое сопротивление в зависимости от изменения температуры тела ребенка. Сигнал поступает на генератор, управляемый напряжением 2. Там колебания напряжения преобразуются в колебания частоты. Колебания частоты подаются на частотные дискриминаторы 3, 4 и далее на аудио вход FM-передатчика 9 (передатчик расположен на фланце пустышки).

Частотные дискриминаторы предназначены для преобразования входных колебаний в напряжение, зависящее от частоты этих колебаний. Частотный дискриминатор 3 обнаруживает колебания температуры меньшей амплитуды, чем заданное значение частоты колебаний температуры; частотный дискриминатор 4 обнаруживает более высокочастотные колебания температуры. Сигнал с частотного дискриминатора 3 подается на мультивибратор 5 и далее на логический элемент ИЛИ 7, активирует переключатель 8. Переключатель 8 в свою очередь активирует на короткое время FM-передатчик 9.

Далее сигнал транслируется в FM-приемник 10, демодулируется устройством 11 и поступает на микроконтроллер 13, где проходит процедуры обработки и анализа; результаты анализа выдаются на 7-сегментный дисплей 16. В случае отклонений температуры от нормальных значений, активируются блок звуковой сигнализации 12 и блок тревожной индикации 15.

Рассмотренное устройство:

– реализует схему значительного энергосбережения за счет активации FM-передатчика на короткие промежутки времени;

– активирует дисплей приемного блока только при понижении/повышении температуры тела ребенка;

– обеспечивает визуальную и звуковую тревожную сигнализацию.

Известна система измерения температуры [16] (автор Simon Dotan, США). Устройство относится к автоматическим системам измерения температуры тела, основанным на изменении сопротивления поляризации соответствующими датчиками. Сопротивление датчика может изменяться в результате контакта с жидкостями организма (моча, пот и др.).

Обобщенная структурная схема системы представлена на рисунке 8.

1, 3 – датчик сопротивления поляризации, 2 – термодатчик; 4, 5 – блоки усиления сигнала; 6 – средство отображения информации; 7 – микроконтроллер; 8 – запоминающее устройство; 9 – радиопередатчик; 10 – принимающее устройство

Рисунок 8 – Структурная схема системы измерения температуры

Когда микроконтроллер 7 получает сигнал, указывающий на сильное изменение поляризации, сопротивление измеряется датчиками поляризации сопротивления 1 и 3, термодатчик 2 также активируется. Измеренные данные поступают на усилители 4 и 5, далее в микроконтроллер 7 для обработки и анализа, отображаются на ЖК-дисплее 6. Микроконтроллер 7 в свою очередь записывает данные в запоминающее устройство 8. В то же время, результаты измерения транслируются радиопередатчиком 9 до удаленного приемника 10, где такие данные могут быть отображены или записаны.

Устройство может быть снабжено средствами для индикации минимума или максимума температуры, средствами для индикации изменения сопротивления выше некоторого заданного порогового значения.

Отличительными особенностями системы являются: возможность предварительной установки интервалов измерения температуры; устройство может быть приведено в действие автоматически, когда пациент имеет сильное потоотделение (устройство регистрирует температуру тела, а также точное время измерения).

Среди российских изобретений интерес для разработчиков термометрических систем представляет система дистанционного мониторинга температуры тела человека, авторами которой являются Бакуткин В.В, Большаков А.А. и Лобанов В.В [17].

Система дистанционного мониторинга температуры тела человека включает в себя:

– устройство контроля температуры тела;

– блок обработки и отображения информации с модулем беспроводной передачи данных стандарта Wi-Fi.

Устройство контроля температуры тела представляет собой единый измерительно-передающий модуль, содержащий датчик измерения температуры, блок обработки и отображения информации, который соединен с датчиком измерения температуры гибким проводником. При этом блок обработки и отображения информации содержит микропроцессорный модуль управления, модуль беспроводной передачи данных стандарта Wi-Fi, модуль индикации, панель управления. Блок обработки и отображения информации также содержит модуль воспроизведения звукового сигнала, соединенный с микропроцессорным модулем управления.

Отличительной особенностью устройства является наличие Wi-Fi Router и сервера консолидации данных, которые обеспечивают беспроводной обмен данными с блоком обработки и отображения информации.