Персональный монитор здоровья

ПОРТАТИВНЫЙ "ЧЕРНЫЙ ЯЩИК"

 
      Устройство разрабатывается, как портативный черный ящик для контроля физического состояния владельца.

Чем вызвана необходимость создания подобной системы

    Вопросы физиологии волнуют человечество достаточно давно, пожалуй, с того момента, как встал вопрос об оказании первой медицинской помощи. С тех далеких пор многое изменилось в нашем мире, современные знания о функциях и структурах различных систем человека приобрели значительную глубину. Но вместе с глубокими знаниями к нам пришли и новые проблемы. В частности проблема интеграции полученных знаний. К сожалению, на современном этапе развития медицины применяется подход, при котором выявленное заболевание лечит специализированный врач, который, как правило, хорошо ориентируется в области собственной специализации, но при этом имеет посредственные навыки в смежных дисциплинах. В общем, этому явлению не стоит удивляться, так как с учетом объема современных знаний быть специалистом во всех имеющихся отраслях медицины весьма затруднительно. Второй проблемой является ранняя диагностика заболеваний, возникающая в профилактической медицине. Дело в том, что для точного определения причин, которые могут привести к развитию тяжелой патологии, необходимо постоянно отслеживать изменения, происходящие в организме человека, формируя при этом их экспертную оценку. В конечном счете, решение этих проблем сводятся к созданию сложного программно аппаратного комплекса, обеспечивающего сбор и обработку получаемой информации. Это позволит специалисту, изучив сформированную оценку, созданную на основании измерения различных параметров на протяжении значительного времени, поставить верный диагноз и при необходимости назначить адекватное лечение. Кроме того, подобная система позволяет рекомендовать пользователю при первичном проявлении несвойственных данному индивиду изменений обратиться к врачу для получения рекомендаций по профилактике возникших проблем.
В целом направление медицины является, пожалуй, наиболее показательным, использование подобных систем возможно практически во всех направлениях, где важно знать фактическое состояние человека, его готовность к нагрузкам (общий уровень физической подготовки), эмоциональное состояние (стресс, усталость).

Концепция развития системы

   Общей целью текущего проекта является создание масштабной экспертной системы по контролю и управлению здоровьем человека. Реализация столь грандиозного замысла видится мне в несколько этапов.
На первом этапе необходимо реализовать две задачи, первой из которых является создание портативного измерительного комплекса, который со временем станет неотъемлемой частью своего владельца. Для решения второй задачи необходимо реализовать начальный комплекс экспертных систем, таких как: система контроля и оценки химического обмена в организме, система оценки сердечной и дыхательной деятельности с учетом возникающих нагрузок, система моделирования и расчета стратегий движения. Почему я выделил аппаратную часть в качестве первой задачи? Ответом на этот вопрос является тот факт, что при создании экспертных систем необходимо ориентироваться на те немногие конкретные параметры, которые можно измерить фактически, а не на те, которые измерить хотелось бы в принципе, но на данном техническом уровне померить невозможно или очень затруднительно. В связи с этим возникает дополнительная проблема, связанная с косвенным расчетом критических параметров. Решение ее видится в сложном комплексном анализе накопленной статистической базы, которая постоянно пополняется в процессе жизнедеятельности. В результате встает насущная необходимость в постоянном функционировании измерительного комплекса. Общая идея системы проста: с одной стороны мы имеем исследуемый объект (в данном случае человека), с другой исследовательский инструмент (машину созданную для контроля над основными функциями исследуемого объекта).
В данной концепции на плечи исследующей машины ложится не только создание и развитие базы знаний об исследуемом индивиде, но так же анализ и предсказание дальнейших изменений, происходящих с исследуемой системой с возможностью ретроспективной оценки еще не произошедших событий. Комплексный статистический анализ, проводимый по базам данных различных датчиков, позволит получить синергичный прирост информативности, что делает возможным расчетно получить недостающие критические параметры, необходимые для эффективного функционирования экспертной системы, повышая точность ее прогнозов. В сущности, к концу первого этапа необходимо построить комплекс взаимодействия «человек машина», позволяющий в динамике оценить изменение заданных параметров индивида.
На втором этапе нужно будет слить в одно целое данные, построенные измерительной машиной, с комплексом экспертных систем состояний. Это, возможно, потребует значительной переработки существующих экспертных систем до уровня полной взаимоинтеграции. Кроме того, перенос экспертных систем на портативный комплекс потребует существенного увеличения производительности встроенной вычислительной системы, и, как следствие, решения ряда сопутствующих проблем, как энергосбережение и других. Зато в результате осуществленных изменений мы получим полуавтономную систему диагностики патологий с возможностью выработки рекомендаций по образу жизни и тренировок для индивида.

1.  Создание карты эндокринной системы.
2.  Создание первичной математической модели перераспределения гормонов и химических веществ в процессе жизнедеятельности.
На первом этапе косвенная привязка расчетной системы к замеряемым параметрам.

Измеряемые параметры

1.   Многоканальный контроль распределения температуры по частям тела и, как следствие, оценка состоянии сосудов и параметров кровообращения, контроль интенсивности и специфики обмена веществ.
2.   Многоканальный контроль акустического поля вокруг тела – мониторинг работы сердца, легких, кишечника, суставов, общего состояния организма, в том числе психологического.
3.   Замеры биопотенциалов – ЭЭГ, ЭКГ, РЭГ, измерение кожной проводимости, ЭГ спинного мозга.
4.   Замеры влажности.
5.   Замеры диэлектрической и магнитной проницаемости тканей, кондуктометрический контроль.
6.   Отслеживание положения тела и конечностей в пространстве, с реконструкцией статических и динамических параметров движения.
7.   Некоторые нетрадиционные подходы к физиологии, требующие экспериментальной проверки.

Применение в медицине

  Разработка комплексной экспертной системы на первых этапах позволит оценивать и прогнозировать изменение множественных параметров с учетом накопленной статистической базы данных. В процессе расчета экспертной оценки используются как внешние параметры окружающей среды, так и внутренние изменения, происходящие в процессе жизнедеятельности, что предоставит врачу не только выборочную информацию о возникавших в пределах исследуемого срока нарушениях, даст экспертную оценку сложившейся ситуации, но и предоставит прогнозы дальнейшего развития имеющихся изменений, свойственных конкретному индивиду. Система может сформировать для врача перечень предполагаемых диагнозов с их процентной вероятностью. Кроме того, она позволит контролировать процесс лечения и рекомендовать время и дозы приема препаратов, что сведет время, необходимое для полного выздоровления, к допустимому минимуму. На основе полученной информации врач сможет дифференцированно выбирать методику лечения в зависимости от прогресса течения заболевания.

Перспективы

   Создание единой медицинской консультационной и страховой сети, даст возможность создать единую и масштабную статистическую базу данных заболеваний и эффективных методов их лечения. Сопоставление полученной информации с генетическим кодом различных особей даст возможность формирования препаратов, рассчитанных на конкретного пациента, направленных как на предупреждение, так и на лечение различных заболеваний. Использование модели предсказаний создаст предпосылки для развертывания профилактической медицины в полном смысле этого слова, что позволит до минимума свести развитие и лечение патологий. Следующем шагом в развитии системы может являться переход к «управляемым лекарствам»

Применение в спорте

     Использование системы моделирования движений в комплексе с измерениями внутренних показателей спортсмена и параметров окружающей среды дает возможность динамически формировать систему нагрузок в зависимости от состояния организма, оценивать степень тренированности, утомление как мышечное, так и психическое. Предупреждать о перегрузках, возникающих в процессе тренировок. Следить за режимом “сон-пробуждение”, заранее рекомендовать часы засыпания и будить с учетом фаз быстрого, медленного сна. Система моделирования движений даст возможность тренеру изучать ошибки спортсмена, допущенные в процессе тренировки, эффективно подбирать системы упражнений, необходимых для получения максимального результата за минимальное время без нанесения ущерба здоровью спортсмена. Экспертная система, базирующаяся на системе моделировании движений, позволит определить склонности конкретного человека к видам физической нагрузки (в какой области спорта можно ждать от индивида максимальной отдачи за минимальный срок с учетом минимального нанесения вреда здоровью тренирующегося). За счет использования общей статистической базы создается возможность рассчитывать реальные энергетические затраты и формировать оптимальную диету на каждый день и даже час. Использование системы моделирования движений дает возможность применить метод «виртуального тренера» (когда спортсмен начинает выполнять заданные движения с ошибкой, система в ответ на это создает динамический фантом, препятствующий неправильному направлению движения), что позволит кардинально изменить методологию и качество подготовки спортсменов, а также сроки их тренировок.

Прочие применения

   В повседневной жизни система может предупредить критические состояния усталости, нарушения обмена веществ, режима дня. Анализируя индивидуальные биоритмы «сон-пробуждение» можно заранее рекомендовать оптимальные часы засыпания и будить с учетом фаз быстрого, медленного сна. Система может дать рекомендации и оценку риска при выполнении работ требующих предельной концентрации физических или психических возможностей, либо облегчит расследование в случае их происхождения.

  Огромные возможности даст применение данной системы в специальных службах, требующих предельной отдачи от человека, для контроля за физическим и эмоциональным состоянием личного состава армии. Анализ реального маршрута движения, возможности более эффективной координации при групповых действиях. Возможно создание системы с дополнительной электрической стимуляцией мышц для увеличения физической отдачи при повышенных нагрузках.

  Все перечисленные применения отражают лишь малую часть тех потенциальных возможностей, которые может предоставить описанный комплекс. Вполне вероятно, что глубокое понимание механизмов работы организма позволит научиться управлять такими способностями, которые выходят за рамки представлений о среднем человеке, и о которых лишь изредка упоминают, как о феноменах.

Состав устройства

Аппаратная часть:

1.  GSM-модуль для передачи данных через GPRS и рассылки SMS.
2.  Микрополосковая антенна GSM.
3.  Вычислительный модуль состоит из 2xSTM32f207(Cortex M3 150DMIPS) и Altera cyclone EP4CE6E22C8N.
4.  Дисплей цветной, OLED или LCD.
5.  2 управляющие кнопки, 2 дублирующие кнопки.
6.  Разъем для подключения зарядного устройства.
7.  Динамик.
8.  Микрофон.
9.  Вибромотор.
10.  Часы.
11.  Датчик атмосферного давления.
12.  Сменные литий ионные аккумуляторы.
13.  Внешнее зарядное устройство для аккумуляторов.

14.  Два датчика температуры (если располагать на кисти руки, будут давать весьма неточные показания, практическая применимость нуждается в проверке).
То, что есть в целом
15.  Кардиограф одновекторный (с подключением внешних электродов).
16.  MEMS-датчик ускорений для оценки физической активности.
17.  Порт USB для обмена данными с устройством минуя GPRS.
18.  Слот для карты microSD, предназначенной для накопления данных с датчиков.
19.  WiFi модуль для высокоскоростной передачи данных с датчиков (возможна замена на Bluetooth 3.0).
20.  GPS приёмник со встроенной антенной.
21.  Оксиметр (требует исследований на предмет компактности, точности и экономичности).
22.  Реографический датчик для получения комплексного сопротивления (импеданса) биоткани переменному току различных частот.
23.  Датчик магнитных полей.

Существует возможность также использовать

1.  Реограф (анализ импеданса тканей в широком спектре частот).
2.  Систему акустического анализа тканей.

     Если Вас заинтересовали имеющиеся проекты, мы с радостью ответим на возникшие вопросы. Для связи с нами используйте этот почтовый ящик: inbox@zxinfo.ru

     Если Вас заинтересовали вопросы, связанные с разработкой собственного оборудования, пишите нам на адрес: order@zxinfo.ru