RU2194445C2 - Pulsating oximeter - Google Patents
Pulsating oximeter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2194445C2 RU2194445C2 RU2000130459/14A RU2000130459A RU2194445C2 RU 2194445 C2 RU2194445 C2 RU 2194445C2 RU 2000130459/14 A RU2000130459/14 A RU 2000130459/14A RU 2000130459 A RU2000130459 A RU 2000130459A RU 2194445 C2 RU2194445 C2 RU 2194445C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- output
- input
- amplifier
- outputs
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 45
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 37
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 claims description 6
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 claims description 4
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 claims description 4
- 108010064719 Oxyhemoglobins Proteins 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 5
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 3
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 3
- 210000000624 ear auricle Anatomy 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для неинвазивного измерения насыщения артериальной крови кислородом в режиме непрерывного мониторинга. The invention relates to medical equipment and can be used for non-invasive measurement of arterial blood oxygen saturation in continuous monitoring mode.
Одним из важных диагностических и прогностических показателей в анестизиологии, реанимации и интенсивной терапии является степень насыщения циркулирующей крови кислородом, которая характеризуется коэффициентом сатурации. One of the important diagnostic and prognostic indicators in anesthesiology, intensive care and intensive care is the degree of saturation of the circulating blood with oxygen, which is characterized by a saturation coefficient.
Для определения коэффициента сатурации неинвазивным методом используют пульсовые оксиметры, принцип действия которых основан на спектрометрии тканей пальца или мочки уха. To determine the saturation coefficient by a non-invasive method, pulse oximeters are used, the principle of which is based on spectrometry of the tissues of the finger or earlobe.
Известные пульсовые оксиметры содержат в своем составе источник излучения в красном диапазоне излучения, подключенный к первому источнику тока, источник излучения в инфракрасном диапазоне излучения, подключенный к второму источнику тока, и фотоприемник, подключенный к усилительному тракту [1]. Задачей усилительного тракта является формирование четырех сигналов: постоянных составляющих красного и инфракрасного каналов и переменных составляющих красного и инфракрасного каналов. При этом усилитель должен удовлетворять очень высоким техническим требованиям, в частности усилитель должен иметь большой динамический диапазон (порядка 600 дБ согласно работе [1]), должен иметь, как правило, систему автоматической регулировки усиления и мощности излучения источников излучения, должен обеспечивать высокую стабильность величин отношений переменных и постоянных составляющих красного и инфракрасного сигналов. Known pulse oximeters comprise a red radiation source connected to the first current source, an infrared radiation source connected to the second current source, and a photodetector connected to the amplification path [1]. The task of the amplification path is the formation of four signals: constant components of the red and infrared channels and variable components of the red and infrared channels. In this case, the amplifier must satisfy very high technical requirements, in particular, the amplifier must have a large dynamic range (about 600 dB according to [1]), should have, as a rule, a system for automatically adjusting the gain and radiation power of radiation sources, and should ensure high stability of values relations of variable and constant components of red and infrared signals.
Выполнение этих требований весьма затруднительно, что приводит к резкому снижению точности определения коэффициента сатурации. Сложность используемого оборудования приводит к усложнению его обслуживания и повышению его цены. The fulfillment of these requirements is very difficult, which leads to a sharp decrease in the accuracy of determining the saturation coefficient. The complexity of the equipment used complicates its maintenance and increases its price.
Известен пульсовой оксиметр, описанный в работе [2, с.16, рис.1]. Этот пульсовой оксиметр содержит источник излучения в красном диапазоне излучения, подключенный к первому источнику тока, источник излучения в инфракрасном диапазоне излучения, подключенный к второму источнику тока, фотоприемник, выполненный в виде фотодиода, подключенного к преобразователю электрического сигнала, выполненного в виде преобразователя ток - напряжение. Для выполнения измерений пульсовым оксиметром-прототипом необходимо иметь усилительный тракт с высокими техническими характеристиками, указанными при описании аналога [1]. The known pulse oximeter described in [2, p.16, Fig. 1]. This pulse oximeter contains a red radiation source connected to the first current source, an infrared radiation source connected to the second current source, a photodetector made in the form of a photodiode connected to an electric signal converter, made in the form of a current-voltage converter . To perform measurements with a pulse prototype oximeter, it is necessary to have an amplification path with high technical characteristics specified in the description of the analogue [1].
Известен также пульсовой оксиметр [3]. Этот пульсовой оксиметр во втором варианте содержит источник излучения в красном диапазоне излучения, подключенный к первому источнику тока, источник излучения в инфракрасном диапазоне излучения, подключенный к второму источнику тока, фотоприемник, выполненный в виде фотодиода, и преобразователь электрического сигнала, подключенный к фотоприемнику, усилитель напряжения с логарифмической характеристикой преобразования, вход которого соединен с выходом преобразователя ток - напряжение, последовательно соединенные первый синхронный детектор, первый вход которого подключен к выходу усилителя напряжения с логарифмической характеристикой преобразования, первый фильтр верхних частот и первый усилитель напряжения переменного тока, последовательно соединенные второй синхронный детектор, первый вход которого подключен к выходу усилителя напряжения с логарифмической характеристикой преобразования, второй фильтр верхних частот и второй усилитель напряжения переменного тока, а также формирователь противофазных импульсов частотой 200 - 2000 Гц, первый выход которого подключен к управляющему входу первого синхронного детектора, а второй выход - к управляющему входу второго синхронного детектора, и подключенный своим выходом к индикатору и своими первым и вторым входами - к выходам соответственно первого и второго усилителей напряжения переменного тока блок вычисления функции
где S - коэффициент сатурации;
where S is the saturation coefficient;
Недостатком всех рассмотренных пульсовых оксиметров, в том числе оксиметра по патенту [3] , является невозможность их поверки в процессе изготовления и эксплуатации, что приводит к снижению точности измерения коэффициента сатурации. Снижение точности измерения обусловлено как изменением параметров входящих в пульсовой оксиметр элементов и блоков, так и отклонением от номинальных значений длин волн источников излучения в красном и инфракрасном диапазонах излучения. The disadvantage of all considered pulse oximeters, including the oximeter according to the patent [3], is the impossibility of their verification during manufacturing and operation, which leads to a decrease in the accuracy of measurement of the saturation coefficient. The decrease in measurement accuracy is due to both a change in the parameters of the elements and blocks included in the pulse oximeter, and a deviation from the nominal wavelengths of the radiation sources in the red and infrared radiation ranges.
Задачей, решаемой изобретением, является обеспечение возможности поверки пульсового оксиметра в процессе изготовления и эксплуатации. The problem solved by the invention is the ability to verify the pulse oximeter in the manufacturing process and operation.
Указанная задача решается тем, что в пульсовой оксиметр, содержащий источник излучения в красном диапазоне излучения, подключенный к первому источнику тока, источник излучения в инфракрасном диапазоне излучения, подключенный к второму источнику тока, фотоприемник, выполненный в виде фотодиода, и преобразователь ток - напряжение, подключенный к фотоприемнику, усилитель напряжения с логарифмической характеристикой преобразования, вход которого соединен с выходом преобразователя ток - напряжение, последовательно соединенные первый синхронный детектор, первый вход которого подключен к выходу усилителя напряжения с логарифмической характеристикой преобразования, первый фильтр верхних частот и первый усилитель напряжения переменного тока, последовательно соединенные второй синхронный детектор, первый вход которого подключен к выходу усилителя напряжения с логарифмической характеристикой преобразования, второй фильтр верхних частот и второй усилитель напряжения переменного тока, а также формирователь противофазных импульсов частотой 200 - 2000 Гц, первый выход которого подключен к управляющему входу первого синхронного детектора, а второй выход - к управляющему входу второго синхронного детектора, и подключенный своим выходом к индикатору и своими первым и вторым входами - к выходам соответственно первого и второго усилителей напряжения переменного тока блок вычисления функции
где S - коэффициент сатурации;
дополнительно введены формирователь опорных напряжений с регуляторами "Амплитуда токов", "Баланс токов" и "α", а также регулируемый источник переменного напряжения частотой 1 - 2 Гц и коммутатор, при этом первый и второй выходы формирователя опорного напряжения подключены соответственно к первому и второму входам коммутатора, первый и второй управляющие входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя противофазных импульсов частотой 200 - 2000 Гц, первый и второй выходы коммутатора подключены к управляющим входам соответственно первого источника тока и второго источника тока, выход регулируемого источника переменного напряжения частотой 1 - 2 Гц подключен к входу "α" формирователя опорных напряжений, упомянутый блок вычисления функции выполнен в виде последовательно соединенных мультиплексора, аналого-цифрового преобразователя и микропроцессора, при этом первый и второй входы мультиплексора являются соответственно первым и вторым входами упомянутого блока вычисления функции, третий и четвертый входы мультиплексора соединены с выходами первого и второго синхронных детекторов соответственно управляющие входы аналого-цифрового преобразователя и мультиплексора соединены с первым и вторым управляющими выходами микропроцессора.This problem is solved by the fact that in a pulse oximeter containing a radiation source in the red range of radiation connected to the first current source, a radiation source in the infrared range of radiation connected to the second current source, a photodetector made in the form of a photodiode, and a current-voltage converter, connected to the photodetector, a voltage amplifier with a logarithmic conversion characteristic, the input of which is connected to the output of the current-voltage converter, the first sync connected in series a crown detector, the first input of which is connected to the output of a voltage amplifier with a logarithmic conversion characteristic, a first high-pass filter and a first AC voltage amplifier connected in series to a second synchronous detector, the first input of which is connected to the output of a voltage amplifier with a logarithmic conversion characteristic, a second high-pass filter and a second AC voltage amplifier, as well as an antiphase pulse generator with a frequency of 200 - 2000 Hz, the first output of which о connected to the control input of the first synchronous detector, and the second output to the control input of the second synchronous detector, and connected to the outputs of the first and second AC amplifiers, respectively, connected to its output to the indicator and its first and second inputs
where S is the saturation coefficient;
additionally, a voltage shaper with regulators "Amplitude of currents", "Balance of currents" and "α", as well as an adjustable source of alternating voltage with a frequency of 1 - 2 Hz and a switch are introduced, while the first and second outputs of the voltage shaper are connected respectively to the first and second the inputs of the switch, the first and second control inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the antiphase pulse generator with a frequency of 200 - 2000 Hz, the first and second outputs of the switch are connected to the control inputs odes, respectively, of the first current source and the second current source, the output of an adjustable AC voltage source with a frequency of 1 - 2 Hz is connected to the input "α" of the reference voltage driver, said function calculation unit is made in the form of series-connected multiplexer, analog-to-digital converter and microprocessor, while the first and second inputs of the multiplexer are, respectively, the first and second inputs of the said function calculation unit, the third and fourth inputs of the multiplexer are connected to the outputs the first and second synchronous detectors, respectively, the control inputs of the analog-to-digital converter and multiplexer are connected to the first and second control outputs of the microprocessor.
Кроме этого в предлагаемом пульсовом оксиметре формирователь опорных напряжений может содержать два операционных усилителя, резистивный делитель напряжения, три резистивных регулируемых делителя напряжений и два резистора обратной связи, при этом первый вывод первого резистивного регулируемого делителя напряжения соединен с шиной постоянного напряжения, а его второй вывод - с шиной нулевого потенциала, выход первого резистивного регулируемого делителя напряжения соединен со средней точкой резистивного делителя напряжения, резистивный делитель напряжения, второй и третий резистивные регулируемые делители напряжения включены между инвертирующими входами первого и второго операционных усилителей, средняя точка второго резистивного регулируемого делителя соединена с шиной постоянного напряжения, средняя точка третьего резистивного регулируемого делителя напряжения является входом "α" формирователя опорных напряжений, первый резистор обратной связи включен между выходом первого операционного усилителя и его инвертирующим входом, второй резистор обратной связи включен между выходом второго операционного усилителя и его инвертирующим входом, первый, второй и третий резистивные регулируемые делители напряжения являются соответственно регуляторами "Амплитуда токов", "Баланс токов" и "α", выходы первого и второго операционных усилителей являются соответственно первым и вторым выходами формирователя опорных напряжений. In addition, in the proposed pulse oximeter, the reference voltage driver can contain two operational amplifiers, a resistive voltage divider, three resistive adjustable voltage dividers and two feedback resistors, while the first output of the first resistive adjustable voltage divider is connected to the DC bus, and its second output is with a zero potential bus, the output of the first resistive adjustable voltage divider is connected to the midpoint of the resistive voltage divider an explicit voltage divider, the second and third resistive adjustable voltage dividers are connected between the inverting inputs of the first and second operational amplifiers, the midpoint of the second resistive adjustable divider is connected to the DC bus, the middle point of the third resistive adjustable voltage divider is the input "α" of the reference voltage shaper, the first a feedback resistor is connected between the output of the first operational amplifier and its inverting input, the second feedback resistor is connected and is connected between the output of the second operational amplifier and its inverting input, the first, second, and third resistive adjustable voltage dividers are, respectively, the regulators "Amplitude of currents", "Balance of currents" and "α", the outputs of the first and second operational amplifiers are respectively the first and second outputs voltage shaper.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - функциональная схема пульсового оксиметра;
на фиг.2 - функциональная схема блока вычисления функции (1);
на фиг.3 - пример принципиальной схемы ФОН;
на фиг.4 - временные диаграммы сигналов на управляющих входах и выходах коммутатора;
на фиг. 5 - схема, поясняющая формирование токовых сигналов на выходах первого и второго источников тока;
на фиг.6 - временные диаграммы сигналов на выходах формирователя противофазных импульсов, синхронных детекторов и усилителей напряжения переменного тока.The essence of the invention is illustrated by drawings, which depict:
figure 1 is a functional diagram of a pulse oximeter;
figure 2 - functional block diagram of the calculation function (1);
figure 3 is an example of a schematic diagram of the background;
figure 4 - timing diagrams of the signals at the control inputs and outputs of the switch;
in FIG. 5 is a diagram explaining the formation of current signals at the outputs of the first and second current sources;
6 is a timing diagram of the signals at the outputs of the antiphase pulse generator, synchronous detectors and AC voltage amplifiers.
На чертежах обозначены:
1 - источник излучения в красном диапазоне излучения,
2 - первый источник тока,
3 - источник излучения в инфракрасном диапазоне излучения,
4 - второй источник тока,
5 - фотоприемник,
6 - преобразователь ток - напряжение,
7 - усилитель напряжения постоянного тока с логарифмической характеристикой преобразования,
8 - первый синхронный детектор,
9 - первый фильтр верхних частот,
10 - первый усилитель напряжения переменного тока,
11 - второй синхронный детектор,
12 - второй фильтр верхних частот,
13 - второй усилитель напряжения переменного тока,
14 - формирователь противофазных импульсов,
15 - индикатор,
16 - блок вычисления функции,
17, 18 - разделительные конденсаторы,
19, 20 - резисторы CR-цепочек,
21 - формирователь опорных напряжений,
22 - регулируемый источник переменного напряжения,
23 - коммутатор,
24 - мультиплексор,
25 - аналого-цифровой преобразователь,
26 - микропроцессор,
27 - первый операционный усилитель,
28 - второй операционный усилитель,
29, 30 - последовательно соединенные первый и второй резисторы, образующие резистивный делитель напряжения,
31 - третий резистор, образующий первый резистивный регулируемый делитель напряжения,
32, 33, 34 - последовательно соединенные четвертый, пятый, шестой резисторы, образующие второй резистивный регулируемый делитель напряжения,
35 - седьмой резистор, образующий третий резистивный регулируемый делитель напряжения,
36 - первый резистор обратной связи,
37 - второй резистор обратной связи,
38 - форма сигнала на первом выходе формирователя 14,
39 - форма сигнала на втором выходе формирователя 14,
40 - форма сигнала на выходе синхронного детектора 8,
41 - форма сигнала на выходе синхронного детектора 11,
42 - форма сигнала на выходе усилителя 10,
43 - форма сигнала на выходе усилителя 13,
t - ось времени,
U - ось напряжений.In the drawings are indicated:
1 - radiation source in the red radiation range,
2 - the first current source,
3 - radiation source in the infrared range of radiation,
4 - a second current source,
5 - photodetector,
6 - current-voltage converter,
7 - DC voltage amplifier with a logarithmic conversion characteristic,
8 - the first synchronous detector,
9 - the first high-pass filter,
10 is a first AC voltage amplifier,
11 is a second synchronous detector,
12 is a second high-pass filter,
13 is a second AC voltage amplifier,
14 - shaper antiphase pulses,
15 - indicator
16 is a function calculation unit,
17, 18 - isolation capacitors,
19, 20 - resistors of CR-chains,
21 - shaper of the reference voltage,
22 is an adjustable source of alternating voltage,
23 - switch
24 - multiplexer,
25 - analog-to-digital Converter,
26 - microprocessor,
27 - the first operational amplifier,
28 is a second operational amplifier,
29, 30 - series-connected first and second resistors forming a resistive voltage divider,
31 - a third resistor forming a first resistive adjustable voltage divider,
32, 33, 34 - series-connected fourth, fifth, sixth resistors forming a second resistive adjustable voltage divider,
35 is a seventh resistor forming a third resistive adjustable voltage divider,
36 is a first feedback resistor,
37 - second feedback resistor,
38 - waveform at the first output of the driver 14,
39 - waveform at the second output of the driver 14,
40 - waveform at the output of the synchronous detector 8,
41 - waveform at the output of the synchronous detector 11,
42 - waveform at the output of amplifier 10,
43 - waveform at the output of amplifier 13,
t is the time axis
U is the axis of stresses.
Пульсовой оксиметр (см. фиг.1) содержит источник 1 излучения, подключенный к первому источнику 2 тока, источник 3 излучения, подключенный к второму источнику 4 тока, фотоприемник 5, подключенный к преобразователю 6 ток - напряжение. The pulse oximeter (see Fig. 1) contains a
Источники 1 и 3 излучения выполнены в виде светодиодов. Длина волны излучения источника 1 лежит в красном диапазоне излучения и составляет, например, (650±10) нм. Длина волны излучения источника 3 лежит в инфракрасном диапазоне излучения и составляет, например, (940±15) нм.
Фотоприемник 5 выполнен в виде фотодиода. Диапазон длин волн воспринимаемых фотоприемником 5 световых сигналов должен перекрывать диапазон длин волн, в котором лежат длины волн излучаемых источниками 1 и 3 сигналов. The photodetector 5 is made in the form of a photodiode. The wavelength range of the light signals received by the photodetector 5 should overlap the wavelength range in which the wavelengths emitted by the
Преобразователь 6 может быть выполнен по любым известным схемам преобразователя ток - напряжение. Converter 6 can be made according to any known current-voltage converter circuits.
Пульсовой оксиметр содержит также усилитель 7 напряжения с логарифмической характеристикой преобразования, вход которого соединен с выходом преобразователя 6 ток - напряжение, последовательно соединенные первый синхронный детектор 8, первый вход которого подключен к выходу усилителя 7, первый фильтр 9 верхних частот и первый усилитель 10 напряжения переменного тока, последовательно соединенные второй синхронный детектор 11, первый вход которого подключен к выходу усилителя 7, второй фильтр 12 верхних частот и второй усилитель 13 напряжения переменного тока. The pulse oximeter also contains a voltage amplifier 7 with a logarithmic conversion characteristic, the input of which is connected to the output of the current-voltage converter 6, the first synchronous detector 8 connected in series, the first input of which is connected to the output of the amplifier 7, the first high-pass filter 9 and the first AC voltage amplifier 10 current connected in series to a second synchronous detector 11, the first input of which is connected to the output of an amplifier 7, a second high-pass filter 12 and a second voltage amplifier 13 AC line current.
Идентичные фильтры 9 и 12 верхних частот могут быть выполнены по различным известным схемам, в том числе в виде простейших разделительных CR-цепочек на пассивных элементах 17, 19 и 18, 20 (см. фиг.1). Нижнюю границу полосы пропускания фильтров 9 и 12 выбирают исходя из минимально возможной частоты сердцебиения пациента. Обычно нижняя граница полосы пропускания фильтров 9 и 12 составляет десятые доли герца. Identical high-pass filters 9 and 12 can be made according to various known schemes, including in the form of simple dividing CR-chains on passive elements 17, 19 and 18, 20 (see figure 1). The lower limit of the passband of the filters 9 and 12 is selected based on the lowest possible heart rate of the patient. Typically, the lower limit of the passband of filters 9 and 12 is tenths of a hertz.
Усилители 10 и 13 напряжения переменного тока должны обеспечить усиление переменных составляющих сигналов на выходах синхронных детекторов 8 и 11 в диапазоне частот сердцебиения пациента, то есть достаточен диапазон частот от долей герца до единиц герц. Amplifiers 10 and 13 of AC voltage should provide amplification of the variable component signals at the outputs of synchronous detectors 8 and 11 in the frequency range of the patient’s heartbeat, that is, a sufficient frequency range from fractions of a hertz to units of hertz is sufficient.
Первый выход формирователя 14 противофазных импульсов подключен к первому управляющему входу коммутатора 23 и управляющему входу первого синхронного детектора 8. Второй выход формирователя 14 подключен к второму управляющему входу коммутатора 23 и управляющему входу второго синхронного детектора 11. Формирователь 14 может быть выполнен, например, в виде простейшего мультивибратора. Кроме этого, формирователь 14 может быть выполнен в виде делителя частоты тактовых импульсов микропроцессора 26, входящего в состав блока 16. Частота следования импульсов на выходе формирователя 14 составляет 200 - 2000 Гц. При более низкой частоте следования импульсов на выходе формирователя 14 снижается точность определения коэффициента сатурации из-за погрешностей временного квантования. При повышении частоты импульсов увеличиваются требования к техническим характеристикам источников 1, 3 излучения и синхронных детекторов 8 и 11. The first output of the antiphase pulse shaper 14 is connected to the first control input of the
Выходы усилителей 10 и 13 подключены соответственно к первому и второму входам блока 16 вычисления функции (1), выход которого подключен к индикатору 15. The outputs of the amplifiers 10 and 13 are connected respectively to the first and second inputs of the
Блок 16 выполнен в виде последовательно соединенных мультиплексора 24, аналого-цифрового преобразователя 25 и микропроцессора 26. При этом первый и второй входы мультиплексора 24 являются соответственно первым и вторым входами блока 26 вычисления функции, третий и четвертый входы мультиплексора 26 соединены с выходами первого и второго синхронных детекторов 8 и 11 соответственно (фиг.2).
Индикатор 15 может представлять собой стрелочный индикатор, цифровое табло, монитор персонального компьютера и тому подобное устройство. The indicator 15 may be a dial indicator, a digital display, a personal computer monitor, and the like.
Пульсовой оксиметр содержит также формирователь 21 опорных напряжений с регуляторами "Амплитуда токов", "Баланс токов" и "α", a также регулируемый источник 22 переменного напряжения частотой (1 - 2) Гц. При этом первый и второй выходы формирователя 21 опорного напряжения подключены соответственно к первому и второму входам коммутатора 23, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого источника 2 тока и второго источника 4 тока. Выход регулируемого источника 22 переменного напряжения частотой 1 - 2 Гц подключен к входу "α" формирователя 21 опорных напряжений (фиг.1, 5). The pulse oximeter also contains a driver of 21 reference voltages with regulators "Amplitude of currents", "Balance of currents" and "α", as well as an adjustable source 22 of alternating voltage with a frequency of (1 - 2) Hz. In this case, the first and second outputs of the
Формирователь 21 опорных напряжений (см. фиг.3) содержит, в частности, первый и второй операционные усилители 27 и 28, резистивный делитель напряжения, три резистивных регулируемых делителя напряжений и два резистора 36 и 37 обратной связи. Резистивный делитель напряжения выполнен на последовательно соединенных прецизионных первом и втором резисторах 29 и 30. Первый резистивный регулируемый делитель напряжения выполнен на третьем резисторе 31. Второй резистивный регулируемый делитель напряжения выполнен на последовательно соединенных четвертом, пятом и шестом резисторах 32, 33 и 34. Третий резистивный регулируемый делитель напряжения выполнен на седьмом резисторе 35. Резисторы 31, 33 и 35 представляют собой потенциометры. The reference voltage driver 21 (see FIG. 3) includes, in particular, the first and second
Первый вывод первого резистивного регулируемого делителя напряжения соединен с шиной постоянного напряжения, а его второй вывод - с шиной нулевого потенциала. Выход первого резистивного регулируемого делителя напряжения соединен со средней точкой резистивного делителя напряжения. Резистивный делитель напряжения, второй и третий резистивные регулируемые делители напряжения включены между инвертирующими входами первого и второго операционных усилителей 27 и 28. Средняя точка второго резистивного регулируемого делителя соединена с шиной постоянного напряжения. Средняя точка третьего резистивного регулируемого делителя напряжения является входом "α" формирователя 21 опорных напряжений. Первый резистор 36 обратной связи включен между выходом первого операционного усилителя 27 и его инвертирующим входом, второй резистор 37 обратной связи включен между выходом второго операционного усилителя 28 и его инвертирующим входом. Первый, второй и третий регулируемые резистивные делители напряжения являются соответственно регуляторами "Амплитуда токов", "Баланс токов" и "α". Выходы первого и второго операционных усилителей 27 и 28 являются соответственно первым и вторым выходами формирователя 21 опорных напряжений. The first terminal of the first resistive adjustable voltage divider is connected to the DC bus, and its second terminal is connected to the zero potential bus. The output of the first resistive adjustable voltage divider is connected to the midpoint of the resistive voltage divider. A resistive voltage divider, second and third resistive adjustable voltage dividers are connected between the inverting inputs of the first and second
Регулируемый источник 22 переменного напряжения может представлять собой аналоговый генератор инфранизкой частоты 1 - 2 Гц с регулируемой от нуля до заданного значения амплитудой напряжения. The adjustable source of alternating voltage 22 may be an analog generator of infra-low frequency of 1 - 2 Hz with a voltage amplitude adjustable from zero to a predetermined value.
Формирователь 21 опорных напряжений и регулируемый источник 22 переменного напряжения могут быть построены и по другим схемам, обеспечивающим формирование указанных напряжений, в том числе с использованием микропроцессоров и цифроаналоговых преобразователей.
Предлагаемый пульсовой оксиметр работает следующим образом. The proposed pulse oximeter works as follows.
В рабочем режиме напряжение на выходе регулируемого источника 22 устанавливают равным нулю. Регуляторы "Амплитуда токов", "Баланс токов" и "α" находятся в своих рабочих положениях, установленных при градуировке пульсового оксиметра. In operating mode, the voltage at the output of the regulated source 22 is set equal to zero. The regulators "Amplitude of currents", "Balance of currents" and "α" are in their working positions, set when calibrating the pulse oximeter.
Источники 1, 3 излучения и фотоприемник 5 устанавливают на пальце или мочке уха с помощью известных приспособлений. На выходах формирователя 21 опорных напряжений вырабатываются постоянные напряжения U1 и U2, которые поступают на первый и второй входы коммутатора 23. На первый и второй управляющие входы коммутатора 23 поступают сдвинутые одна относительно другой по времени синхронизирующие импульсные последовательности S1 и S2. И в результате на выходах коммутатора 23 формируются сдвинутые одна относительно другой по времени импульсные последовательности N1 и N2 с амплитудами импульсов U1 и U2. Импульсные последовательности N1 и N2 поступают далее на входы первого и второго источников 2 и 4 тока, которые вырабатывают токи I1 и I2, мгновенные значения которых пропорциональны амплитудам импульсов U1 и U2. Источники 1 и 3 поочередно формируют световые потоки в красном и инфракрасном диапазонах, которые, пройдя через исследуемый объект, вызывают ток в цепи фотоприемника 5, пропорциональный в каждый момент времени интенсивности облучения. Сформированный на выходе преобразователя 6 ток - напряжение сигнал усиливается усилителем 7 с логарифмической характеристикой преобразования и поступает затем на входы синхронных детекторов 8 и 11, которые синхронизируются импульсами, поступающими от формирователя 14 импульсов на их управляющие входы и на управляющие входы коммутатора 23. При этом на выходе синхронного детектора 8 формируется сигнал, пропорциональный натуральному логарифму светового потока, прошедшего через исследуемый объект в красном диапазоне излучения, а на выходе синхронного детектора 11 - в инфракрасном диапазоне. Выделенные фильтрами 9 и 12 и усиленные усилителями 10 и 13 переменные составляющие сигналов поступают на первый и второй входы блока 16 вычисления функции (1), на третий и четвертый входы которого поступают сигналы с выходов синхронных детекторов 8 и 11. Сигналы, поступившие на первый и второй входы мультиплексора 24, синхронизируемого сигналом управления со второго управляющего выхода микропроцессора 26, преобразуются аналого-цифровым преобразователем 25, синхронизируемым сигналом управления с первого управляющего выхода микропроцессора 26, в последовательности цифровых отсчетов, которые вводятся в микропроцессор 26 и используются для вычисления значений α и коэффициента сатурации S. На выходе микропроцессора 26 формируется цифровой сигнал, несущий информацию о коэффициенте сатурации, который отображается на индикаторе 15. При этом благодаря логарифмической характеристике преобразования в предлагаемом устройстве амплитуды переменных составляющих сигналов мало зависят от толщины ткани пальца или мочки уха, сохраняя при этом информацию о пульсовом объеме окисленного и восстановленного гемоглобина.
При проведении настройки или поверки метрологических характеристик пульсового оксиметра в пространство между источниками 1, 3 излучения и фотоприемником 5 устанавливают вместо живой ткани светофильтр с заданными характеристиками поглощения в красном и инфракрасном диапазонах длин волн. На выходе регулируемого источника 22 переменного напряжения устанавливают заданную амплитуду ΔU гармонического инфранизкочастотного напряжения частотой 1 - 2 Гц. На первом и втором выходах формирователя 21 опорных напряжений вырабатываются два постоянных напряжения U1 и U2 с пульсирующими составляющими ΔU1 и ΔU2.
Выходные сигналы формирователя 21 опорных напряжений поступают на первый и второй входы коммутатора 23, на выходе которого формируются сдвинутые одна относительно другой по времени импульсные последовательности N1 и N2 с амплитудами импульсов U1 и U2 с пульсирующими составляющими ΔU1 и ΔU2. Импульсные последовательности N1 и N2 поступают далее на входы первого и второго источников 2 и 4 тока, которые вырабатывают токи I1+ΔI1 и I2+ΔI2, мгновенные значения которых пропорциональны амплитудам импульсов U1+ΔU1 и U2+ΔU2 (фиг. 4, 5).When tuning or checking the metrological characteristics of the pulse oximeter into the space between the
The output signals of the
Метрологическая поверка основной погрешности предлагаемого пульсового оксиметра сводится к установке поверяемых значений коэффициентов сатурации с помощью регуляторов "Амплитуда токов", "Баланс токов" и "α" и в сравнении показаний коэффициентов сатурации с их установленными значениями в рабочем диапазоне коэффициентов поглощения света, которые задаются при помощи светофильтров с известными характеристиками. При этом, вращая движок резистора 31 ("Амплитуда токов"), одновременно изменяют величины напряжений U1 и U2 и, следовательно, амплитуды токов I1 и I2, вращая движок резистора 33 ("Баланс токов") изменяют отношение напряжений U1/U2 и отношение амплитуд токов I1/I2, вращая движок резистора 35 ("α") изменяют отношение пульсирующих составляющих напряжений ΔU1/ΔU2 и отношение амплитуд токов ΔI1/ΔI2.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет обеспечивать поверки пульсового оксиметра в процессе изготовления и эксплуатации.Metrological verification of the basic error of the proposed pulse oximeter is reduced to setting verified values of the saturation coefficients using the regulators "Amplitude of currents", "Balance of currents" and "α" and comparing the readings of the coefficients of saturation with their set values in the operating range of light absorption coefficients, which are set when help filters with known characteristics. At the same time, rotating the
Thus, the present invention allows for the verification of the pulse oximeter in the manufacturing process and operation.
Промышленная применимость изобретения определяется тем, что устройство на его основе может быть изготовлено на основании приведенного описания и чертежей и использовано для неинвазивного измерения насыщения артериальной крови кислородом в режиме непрерывного мониторинга. Industrial applicability of the invention is determined by the fact that a device based on it can be made on the basis of the above description and drawings and used for non-invasive measurement of arterial blood oxygen saturation in continuous monitoring mode.
Источники информации
1. Стерлин Ю.Г. Специфические проблемы разработки пульсовых оксиметров. Медицинская техника, 1993, 6, с.26-30.Sources of information
1. Sterlin Yu.G. Specific problems in the development of pulse oximeters. Medical Technology, 1993, 6, p. 26-30.
2. Орлов А.С. Определение степени насыщения циркулирующей крови кислородом по амплитуде пульсовой волны. Медицинская техника, 1992, 5, с.16 и 17. 2. Orlov A.S. Determination of the degree of saturation of circulating blood with oxygen by the amplitude of the pulse wave. Medical Technology, 1992, 5, p. 16 and 17.
3. Патент РФ 2152030, МПК G 01 N 33/49, опубл. 27.06.2000 г. (прототип). 3. RF patent 2152030, IPC G 01
Claims (2)
где S - коэффициент сатурации;
отличающийся тем, что он дополнительно содержит формирователь опорных напряжений с регуляторами "Амплитуда токов", "Баланс токов" и "α", а также регулируемый источник переменного напряжения частотой 1-2 Гц и коммутатор, при этом первый и второй выходы формирователя опорного напряжения подключены соответственно к первому и второму входам коммутатора, первый и второй управляющие входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя противофазных импульсов частотой 200-2000 Гц, первый и второй выходы коммутатора подключены к управляющим входам соответственно первого источника тока и второго источника тока, выход регулируемого источника переменного напряжения частотой 1-2 Гц подключен к входу "α" формирователя опорных напряжений, упомянутый блок вычисления функции выполнен в виде последовательно соединенных мультиплексора, аналого-цифрового преобразователя и микропроцессора, при этом первый и второй входы мультиплексора являются соответственно первым и вторым входами упомянутого блока вычисления функции, третий и четвертый входы мультиплексора соединены с выходами первого и второго синхронных детекторов соответственно, управляющие входы аналого-цифрового преобразователя и мультиплексора соединены соответственно с первым и вторым управляющими выходами микропроцессора.1. A pulse oximeter containing a radiation source in the red radiation range connected to the first current source, an infrared radiation source connected to the second current source, a photodetector made in the form of a photodiode, and a current-voltage converter connected to the photodetector, an amplifier voltage with a logarithmic conversion characteristic, the input of which is connected to the output of the current-voltage converter, the first synchronous detector, the first input of which is connected in series connected to the output of a voltage amplifier with a logarithmic conversion characteristic, a first high-pass filter and a first AC voltage amplifier connected in series to a second synchronous detector, the first input of which is connected to the output of a voltage amplifier with a logarithmic conversion characteristic, a second high-pass filter and a second AC voltage amplifier current, as well as an antiphase pulse shaper with a frequency of 200-2000 Hz, the first output of which is connected to the control input ne Vågå synchronous detector, and the second output - to the control input of the second synchronous detector, and its output connected to the indicator, and its first and second input - to the outputs of the first and second AC voltage amplifiers function calculation unit
where S is the saturation coefficient;
characterized in that it additionally contains a voltage shaper with regulators "Amplitude of currents", "Balance of currents" and "α", as well as an adjustable source of alternating voltage with a frequency of 1-2 Hz and a switch, while the first and second outputs of the voltage shaper are connected respectively, to the first and second inputs of the switch, the first and second control inputs of which are connected respectively with the first and second outputs of the antiphase pulse generator with a frequency of 200-2000 Hz, the first and second outputs of the switch are connected to the control inputs of the first current source and the second current source, the output of the adjustable AC voltage source with a frequency of 1-2 Hz is connected to the input "α" of the reference voltage driver, said function calculation unit is made in the form of a series-connected multiplexer, analog-to-digital converter and microprocessor wherein the first and second inputs of the multiplexer are, respectively, the first and second inputs of the aforementioned function calculation unit, the third and fourth inputs of the multiplexer connected to the outputs of the first and second synchronous detectors, respectively, the control inputs of the analog-to-digital converter and multiplexer are connected respectively to the first and second control outputs of the microprocessor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000130459/14A RU2194445C2 (en) | 2000-12-04 | 2000-12-04 | Pulsating oximeter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000130459/14A RU2194445C2 (en) | 2000-12-04 | 2000-12-04 | Pulsating oximeter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000130459A RU2000130459A (en) | 2002-10-10 |
| RU2194445C2 true RU2194445C2 (en) | 2002-12-20 |
Family
ID=20242983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000130459/14A RU2194445C2 (en) | 2000-12-04 | 2000-12-04 | Pulsating oximeter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2194445C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2233620C1 (en) * | 2003-06-23 | 2004-08-10 | Закрытое акционерное общество "МИКАРД-ЛАНА" | Pulse oxymeter |
| RU2259161C1 (en) * | 2003-12-26 | 2005-08-27 | Винокуров Дмитрий Сергеевич | Pulsating oxymeter |
| RU2332165C2 (en) * | 2006-09-29 | 2008-08-27 | Ооо "Медплант" | Pulse oxymetre |
| RU2630349C2 (en) * | 2011-06-30 | 2017-09-07 | Леман Микро Девайсиз Са | Collection of personal health data |
| RU2721287C2 (en) * | 2014-08-15 | 2020-05-18 | Ф.Хоффманн-Ля Рош Аг | Meter with an inexpensive user interface having programmable graphic indicators |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5323776A (en) * | 1992-10-15 | 1994-06-28 | Picker International, Inc. | MRI compatible pulse oximetry system |
| RU2057484C1 (en) * | 1990-08-01 | 1996-04-10 | Научно-инженерный центр автоматизированных биотехнических систем "Сонар" Института кибернетики им.В.М.Глушкова АН Украины | Device for transcutaneously measuring partial oxygen pressure in blood |
| RU2152030C1 (en) * | 1999-08-09 | 2000-06-27 | Закрытое акционерное общество "МИКАРД-ЛАНА" | Pulsating oximeter |
-
2000
- 2000-12-04 RU RU2000130459/14A patent/RU2194445C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2057484C1 (en) * | 1990-08-01 | 1996-04-10 | Научно-инженерный центр автоматизированных биотехнических систем "Сонар" Института кибернетики им.В.М.Глушкова АН Украины | Device for transcutaneously measuring partial oxygen pressure in blood |
| US5323776A (en) * | 1992-10-15 | 1994-06-28 | Picker International, Inc. | MRI compatible pulse oximetry system |
| RU2152030C1 (en) * | 1999-08-09 | 2000-06-27 | Закрытое акционерное общество "МИКАРД-ЛАНА" | Pulsating oximeter |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2233620C1 (en) * | 2003-06-23 | 2004-08-10 | Закрытое акционерное общество "МИКАРД-ЛАНА" | Pulse oxymeter |
| RU2259161C1 (en) * | 2003-12-26 | 2005-08-27 | Винокуров Дмитрий Сергеевич | Pulsating oxymeter |
| RU2332165C2 (en) * | 2006-09-29 | 2008-08-27 | Ооо "Медплант" | Pulse oxymetre |
| RU2630349C2 (en) * | 2011-06-30 | 2017-09-07 | Леман Микро Девайсиз Са | Collection of personal health data |
| RU2721287C2 (en) * | 2014-08-15 | 2020-05-18 | Ф.Хоффманн-Ля Рош Аг | Meter with an inexpensive user interface having programmable graphic indicators |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5348005A (en) | Simulation for pulse oximeter | |
| US4863265A (en) | Apparatus and method for measuring blood constituents | |
| AU608529B2 (en) | Multiple-pulse method and apparatus for use in oximetry | |
| EP3473171B1 (en) | Method for calculating physiological parameters and corresponding medical equipment | |
| Budidha et al. | Design and development of a modular, multichannel photoplethysmography system | |
| JPS63500435A (en) | anesthesia monitor | |
| JPH06174A (en) | Pulse oximeter | |
| AU605552B2 (en) | Oximeter apparatus and method for measuring arterial blood constituents | |
| Ateş et al. | Measuring of oxygen saturation using pulse oximeter based on fuzzy logic | |
| RU2194445C2 (en) | Pulsating oximeter | |
| RU2175523C1 (en) | Pulse oximeter | |
| JPH05269116A (en) | Improved artery blood monitor device | |
| Lokharan et al. | Measurement of pulse transit time (PTT) using photoplethysmography | |
| JP4365824B2 (en) | Biological light measurement device | |
| JPH02172443A (en) | Photoelectric pulse wave type oxymeter | |
| JP3858678B2 (en) | Blood component measuring device | |
| RU2201139C1 (en) | Device for controlling pulse oximeter | |
| JPS63275324A (en) | Diagnostic apparatus | |
| RU2233620C1 (en) | Pulse oxymeter | |
| RU2152030C1 (en) | Pulsating oximeter | |
| Ayance et al. | Wireless heart rate and oxygen saturation monitor | |
| RU35569U1 (en) | Device for monitoring a pulse oximeter | |
| Kijonka et al. | Electronic invasive blood pressure simulator device for patient monitor testing | |
| JP2010200911A (en) | Apparatus for measuring blood component | |
| Sekelj et al. | Estimation of cardiac output in man using an ear oximeter and Coomassie blue dye |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20051228 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091205 |