Население Чеченской Республики героически пережило военные годы. Но, к сожалению, последствия дают о себе знать. Стресс и проблемы с экологией поспособствовало стремительному развитию различных онкологических заболеваний, развития у людей старшего возраста синдрома Паркинсона, послевоенные инфекционные заболевания, болезни системы кровообращения, болезни органов дыхания и т. д. Естественно, с увеличением количества больных, увеличивается объем потребляемых лекарственных средств, что в свою очередь ведет к проблеме усложнения контроля и регулирования своевременного принятия препаратов больными. В данной статье представлено устройство оповещения о необходимости приема лекарственных средств, решающее вышеуказанную проблему. Устройство запатентовано как полезная модель (Патент на полезную модель № 137732 от 27.02.2014 г.)
Ключевые слова: оповещение о времени приема лекарств, регулирование времени приема лекарств, медицинское оборудование, умная аптечка, автоматическая аптечка, медицинское устройство оповещения.
Актуальность.
Каждый человек в современном мире подвержен риску заболевания. Заболевания могут быть разными, но есть убедительные доказательства [5], что лишь 50 % пациентов принимают лекарства так, как предписано лечащим врачом. Отсутствие приверженности к лечению считается глобальной проблемой, которая приводит к прогрессированию заболеваний, развитию осложнений, низкому качеству жизни и даже смерти многих людей. По определению некоторых исследователей приверженность к лечению — это степень соответствия поведения больного рекомендациям врача. На степень приверженности к лечению могут влиять возраст, уровень образования и личностные особенности пациента.
Анализ рынка потенциальных потребителей показал, что устройство оповещения о необходимости приема лекарств является высоко ожидаемым и востребованным устройством. Социологический опрос среди 50 человек разных возрастов продемонстрировал потенциальный высокий спрос на данное устройство среди больных, пожилых, а также молодых людей, которые по той или иной причине забывают вовремя принимать лекарственные средства. В итоге, 90 % респондентов проявили интерес к данному устройству и подтвердили готовность приобрести после выхода на рынок. Осознание того, что результат лечения какой-либо болезни зависит от своевременности принятия лекарственных средств обуславливает востребованность данного устройства.
Описание устройства
Преимущество данного устройства в том, что оно до минимума снижает вероятность пропуска своевременного принятия лекарственных средств путем оповещения звуковыми и световыми сигналами на двух взаимосвязанных устройствах, которые могут находиться на некотором расстоянии друг от друга. Устройство не прекращает подачу сигналов до тех пор, пока лекарство из емкости устройства не будет принято. Устройство совмещает в себе несколько важных качеств: точность, стабильность, своевременность. Именно благодаря этим качествам устройство обеспечивает доброкачественное лечение, которое зачастую зависит от своевременного принятия лекарств. Эффективность изобретения заключается в том, что используется управляющее мобильное устройство, которое всегда находится с пользователем.
Исследование аналогов
В связи с развитием информационных технологий и повышением грамотности населения, все больше людей начинают понимать, что соблюдение предписаний врача и приверженность к лечению, в том числе, своевременный прием лекарств — это залог успешного выздоровления. В связи с этим все больше и больше популяризируются разного рода аптечки, приложения для мобильных устройств, напоминающие о времени приема лекарств и т. д. Проанализировав рынок продуктов данного рода были выявлены сильные и слабые стороны аналогов:
Аптечки:
- Достоинство — возможность хранения всех нужных лекарственных средств в едином месте, т. к. это значительно упрощает процесс приема.
- Недостаток — невозможность руководить приемом процесса.
Мобильные приложения для напоминания:
- Достоинства — устанавливаются в мобильный телефон — концепция обычного будильника.
- Недостатки — возможность отключить будильник, т. е. отложить прием препарата.
В итоге, были отобраны достоинства всех аналогов и объединены в одном устройстве — в устройстве оповещения о необходимости приема лекарств. Таким образом был определен основной функционал устройства:
- Емкость для хранения лекарств.
- Наличие 4 видов будильника.
- Наличие носимого устройства оповещения.
- Наличие автономного питания.
- Невозможность отключить будильник, пока не откроется соответствующий приему отсек.
Проектирование и разработка
Устройство состоит из нескольких отдельных узлов, представленных на Рисунке 1. Микроконтроллер является связующим звеном между всеми остальными узлами схемы. К нему подключен также модуль связи, через который происходит обмен данными с управляющим мобильным устройством. Кнопки подключены к микроконтроллеру для открытия крышек соответствующих основных отсеков емкости для лекарств, а также для передачи сигнала об открытии крышки на микроконтроллер.
Рис. 1. Блок-схема устройства оповещения о необходимости приема лекарств
Блок питания устройства состоит из трансформатора переменного тока, преобразующего 220В в 12В, выпрямителя переменного тока и стабилизатора напряжения. RGB (Red Green Blue) индикаторы служат для индикации состояния отсека: Красный — необходимо принять лекарство, Желтый — время принятия лекарства наступит скоро, Зеленый — лекарство принято успешно. Модуль связи обеспечивает обмен данных с управляющим носимым устройством через радиосигнал. Он принимает сигнал о наступлении времени принятия лекарства, после чего срабатывает звуковой сигнал и зажигается соответствующий светодиодный индикатор. После того, как нажатием кнопки крышка отсека открыта, и лекарство принято — микроконтроллер устройства через модуль связи передает управляющему устройству сигнал о приеме лекарства, и управляющее устройство переходит в режим обратного отсчета до следующего приема лекарств.
Работа системы
Вся система работает следующим образом. В соответствующие емкости устройства, в зависимости от времени их применения (утро, день, вечер, ночь), помещаются лекарства и закрываются крышки основных отсеков. Для запуска системы и подачи электропитания на электронную схему с микроконтроллером переключается выключатель, который находится сзади корпуса. Если устройство используется стационарно, с подключением к сети переменного тока с напряжением 220В, то подключается сетевой шнур с вилкой. Если устройство используется автономно, и встроенный аккумулятор заряжен, то в подключении сетевого шнура нет необходимости.
После включения устройства, нужно включить и ввести все необходимые настройки на управляющем устройстве. Делается это путем ввода даты, времени, дня недели и времени приема лекарств из соответствующих отсеков с помощью кнопок, расположенных на передней части управляющего устройства. При наступлении времени приема лекарств на управляющем устройстве и на самом устройстве подаются звуковые и световые сигналы. Светодиодные RGB индикаторы, находящиеся на устройстве, горят со следующими цветами:
1. Красный цвет — необходимо выпить лекарство из отсека;
2. Желтый цвет — время принятия лекарства скоро наступит;
3. Зеленый цвет — лекарство успешно выпито.
После нажатия кнопки рядом с нужным отсеком звуковые и световые сигналы отключаются, и на управляющем устройстве отображается обратный отсчет времени до принятия следующего лекарства.
Разработка прототипа устройства
На данный момент разработан прототип устройства оповещения о необходимости приема лекарств. Прототип построен на базе контроллера Arduino Nano. Корпус прототипа изготовлен из PLA пластика на 3D принтере.
Рис. 2. Прототип устройства оповещения о необходимости приема лекарств
Вывод информации осуществляется через LCD дисплей, подключенный к основному контроллеру Arduino через интерфейс I2C. Протокол I2C позволяет оперативно передавать информацию с контроллера на дисплей с оптимальной частотой [1]. На данный дисплей выводится вся основная информация. Например, сообщение о необходимости приема лекарств, текущая дата, время и приветственное сообщение при загрузке. Питание системы состоит из двух элементов:
- Аккумуляторная батарея на 3.7В, обеспечивающая питанием все основные элементы системы, включая контроллер, дисплей LCD, светодиоды и модуль передачи данных.
- Модуль преобразования напряжения, а также зарядки аккумуляторной батареи. Данный модуль позволяет заряжать аккумуляторную батарею через универсальный порт USB, а также с помощью адаптера питания, подключаемого к сети переменного тока 220В. Модуль содержит стабилизатор питания, который обеспечивает стабильное питание всех основных узлов системы, а также индикаторы, оповещающие о ходе, и об окончании подзарядки аккумуляторной батареи.
Звуковой модуль обеспечивает звуковое оповещение при наступлении времени приема лекарств. Данный модуль подключен к цифровому выводу контроллера Arduino, и управляется широтно-импульсной модуляцией. При наступлении времени приема лекарств на данном выводе контроллера появляется импульсное напряжение с частотой, близкой к звуковой с задержкой 500 миллисекунд. Также, во время наступления времени приема лекарств, включается светодиодное оповещение: включается светодиод согласно периоду подачи звукового сигнала. Таким образом, получается, что звуковой и световой сигнал подается одновременно с одинаковой частотой.
Контроллер Arduino управляет всеми узлами системы согласно заложенной программе. Он программируется в среде разработки Arduino на языке Си. Программа обрабатывает все входящие команды от носимого устройства. Приемо-передатчик отвечает за процесс обмена информацией между основным и носимым устройством. Передача данных между самим устройством и носимым мобильным устройством на частоте 433 МГц по протоколу RS232.
Описание носимого устройства
Ключевым звеном носимого мобильного устройства, как и основного устройства, является контроллер Arduino Nano, который работает согласно заложенной программе. Для вывода информации о текущем времени, дате и времени приема лекарств используется светодиодный индикатор, который всю эту информацию отображает. Обмен данными с основным устройством осуществляется через модуль передачи данных, который передает команды по радиоканалу с частотой 433 МГц. Данные на модуль передачи передаются от контроллера по протоколу UART.
Сфера применения
Основной целевой аудиторией устройства оповещения о необходимости приема лекарств является население любого возраста с различными заболеваниями. В частности, глухонемые, больные онкологией, синдромом Паркинсона и многими другими болезнями, требующими тщательный и своевременный прием жизненно-важных препаратов. Устройство может быть внедрено в медицинские учреждения как эффективный инструмент регулирования приема препаратов пациентами.
Заключение
В заключении можно сказать, что разработанное устройство действительно является востребованным и может помочь успешному лечению людей с различными заболеваниями. Устройство способствует повышению приверженности к лечению. Как было сказано выше, именно отсутствие приверженности к лечению считается глобальной проблемой, которая приводит к прогрессированию различных заболеваний, развитию осложнений, низкому качеству жизни и даже смерти многих людей.
Также, стоит упомянуть, что данное устройство разрабатывается при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. Проект получил грант по программе У. М. Н.И.К. в 2013 году. Устройство защищено авторским правом в виде патента на полезную модель — Патент на полезную модель № 137732 от 27.02.2014 г.
Литература:
1. Лебедев М. Б., CodeVisionAVR: пособие для начинающих. — М.: Додэка-ХХI, 2008. — 592 с.
2. Хартов В. Я., Микроконтроллеры AVR. Практикум для начинающих. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. — 240 с.
3. Белов А. В., Самоучитель по микропроцессорной технике. — СПб.: Наука и Техника, 2003. — 224 с.
4. Белов А. В., Самоучитель разработчика устройств на микроконтроллерах AVR. — СПб.: Наука и техника, 2008. — 544 с.
5. Measuring adherence with therapy for chronic diseases: Implications for the treatment of heterozygous familial hypercholesterolemia, Cynthia S. Rand, The American Journal of Cardiology (Impact Factor: 3.28). 10/1993; 72(10):68D-74D. DOI: 10.1016/0002–9149(93)90014–4,
6. П. Хоровиц, У. Хилл, Искусство схемотехники, в трех томах, Т — 1, М, Мир, 1993г.
7. Серия МРБ, Справочная книга радиолюбителя-конструктора, под ред. Н. И. Чистякова, М, Радио и связь, 1990 г.
8. Л. Н. Бочаров, С. К. Жебряков, И. Ф. Колесников, Расчет электронных устройств на транзисторах, М, Энергия, 1978 г.
9. Сорокина Т. С. История медицины: Учебник для студ. высш. мед. учеб. заведений / 3-е изд., переработ, и дополн. — М.: Академия, 2004. — 560 с.
10. Гехт А. Б. Эпилепсия у пожилых // Журнал неврологии и психиатрии. — 2005. — № 11. — С. 66–67.
