Устройство для выделения сигналов пульса

Устройство для выделения сигналов пульса относится к медицинской технике и предназначено для регистрации частоты пульса фотометрическим методом. Устройство содержит светоизлучающий элемент, свет от которого проходит через биоткань на фотоприемный элемент, подключенный одним электродом к источнику питания. Кроме того, в устройство введены индуктивность, одним выводом подсоединенная к другому электроду фотоприемного элемента и к входу порогового устройства, а другим выводом - к общей шине. В устройство введены также конденсатор и резистор, подключенные параллельно индуктивности, причем индуктивность, конденсатор и резистор образуют полосовой фильтр. Изобретение позволяет уменьшить зависимость сигнала пульса от индивидуальных особенностей пациентов путем стабилизации рабочей точки покоя фотоприемного элемента, повысить помехоустойчивость устройства. 1 ил.

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в физиотерапии, функциональной диагностике, при самоконтроле и предназначено для оперативного измерения частоты сердечных сокращений.

Известны устройства для регистрации пульса методом отражательной плетизмографии [1, 2]. Принцип работы таких пульсометров основан на модуляции света, прошедшего через ткани пациента, вызванной изменением кровенаполнения сосудов. Причем глубина модуляции света небольшая, т.к. уровень постоянной засветки значительно больше переменной, вызванной кровенаполнением сосудов. Известным устройствам присущ недостаток, связанный с тем, что оптическая плотность тканей различных пациентов может отличаться в десятки раз, в связи с чем фотоприемнику приходится работать в очень широком динамическом диапазоне освещенности. При очень сильной или слабой засветке фотоприемник может выйти из линейной области работы, что приводит к значительному снижению уровня сигнала с фотодатчика или к его полному исчезновению. Устранить этот недостаток можно, подстраивая работу датчика под каждого пациента, что очень неудобно при эксплуатации.

Наиболее близким к заявляемому устройству является датчик пульсовой волны кровотока [3], где положительный результат достигается за счет отрицательной обратной связи, которая, изменяя свечение светоизлучающего элемента, стабилизирует рабочую точку фотоприемного элемента. Для этого в датчик пульсовой волны кровотока введен усилитель постоянного тока, вход которого подключен к выходу измерительного моста, в одно плечо которого включен фотоприемный элемент, а выход усилителя подключен к светоизлучающему элементу. Существенным недостатком устройства [3] является достаточно большое время переходного процесса, необходимое для настройки системы после подключения датчика к пациенту и после артефактов (например, от движений пациента). Из-за этого возможны пропуски или ложные срабатывания в пульсограмме.

Техническим результатом изобретения является уменьшение зависимости сигнала от индивидуальных особенностей пациентов путем стабилизации рабочей точки покоя фотоприемного элемента, уменьшение времени переходного процесса, а также повышение помехоустойчивости устройства.

Технический результат достигается тем, что в устройство введены индуктивность, одним выводом подсоединенная к другому электроду фотоприемного элемента и к входу порогового устройства, а другим выводом - к общей шине, конденсатор и резистор, подключенные параллельно индуктивности, причем индуктивность, конденсатор и резистор образуют полосовой фильтр.

На чертеже представлена схема устройства для выделения сигналов пульса. Устройство содержит: 1 - светоизлучающий элемент; 2 - биоткань; 3 - фотоприемный элемент; 4 - источник питания; 5 - индуктивность; 6 - конденсатор; 7 - резистор; 8 - полосовой фильтр; 9 - общую шину; 10 - пороговое устройство.

Светоизлучающий элемент 1 излучает свет, который проходит через биоткань пациента 2 на фотоприемный элемент 3. Последний подключен одним электродом к источнику питания 4. Индуктивность 5 одним выводом подсоединена к другому электроду фотоприемного элемента 3 и к входу порогового устройства 10, а другим выводом - к общей шине 9. Конденсатор 6 и резистор 7 подключены параллельно индуктивности 5, причем индуктивность, конденсатор и резистор образуют полосовой фильтр 8.

Устройство работает следующим образом. Излучение от светоизлучающего элемента 1, проходя биоткань 2 пациента, попадает на фотоприемный элемент 3, запитанный от источника питания 4. Индуктивность 5, ввиду своего низкого сопротивления постоянному току, обеспечивает среднее напряжение питания фотоприемника, равное U_п. Благодаря этому фотоприемный элемент 3 работает в линейной области при любом уровне постоянной засветки. Индуктивность 5 совместно с параллельно включенными конденсатором 6 и резистором 7 образуют полосовой фильтр 8, который повышает помехоустойчивость устройства за счет сужения частотной полосы анализируемого сигнала. При этом одни выводы индуктивности, конденсатора и резистора подключены к общей шине 9, а другие их выводы, соединенные вместе, являются выходом полосового фильтра.

Полоса пропускания полосового фильтра должна соответствовать диапазону частот измеряемого пульса. Например, диапазону частот пульса от 30 до 300 уд./мин соответствует диапазон полосового фильтра от 0,5 до 5 Гц. Сигнал с выхода полосового фильтра преобразуется пороговым устройством 10 в импульсные сигналы, следующие с частотой пульса.

Для лучшей избирательности полосового фильтра желательно, чтобы он имел высокую добротность. В то же время в переходной характеристике полосового фильтра не должно быть переколебаний, иначе при воздействии на такой фильтр импульсного сигнала возможны ложные срабатывания порогового устройства 10. Компромисс достигается при добротности, равной 1/2, т.е. когда характеристическое уравнение полосового фильтра имеет кратные корни. Это максимальная добротность, при которой переходная характеристика не имеет переколебаний.

Для повышения чувствительности устройства необходимо, чтобы модуль комплексного сопротивления параллельно соединенных индуктивности, конденсатора и резистора был как можно большим. С другой стороны, при этом устройство будет также чувствительно к различным помехам: электромагнитным наводкам и помехам от пациента (микродвижения, тремор и т.п.).

При указанном частотном диапазоне, при пороговом уровне порогового устройства, равном нескольким десяткам милливольт, и при минимальной амплитуде полезного сигнала с фотоприемника в доли микроампера, значение индуктивности получится равным нескольким тысячам генри. Изготовить такую индуктивность моточным путем практически невозможно. Поэтому целесообразно вместо индуктивности использовать ее электронный аналог - гиратор, выполненный, например, по одной из схем на операционном усилителе.

Заявляемое устройство может быть реализовано на доступной элементной базе, отличается простотой и надежной работой на пациентах с различной прозрачностью кожи и с различным тонусом периферийных сосудов.

Литература

1. Патент РФ № 2118119, кл. А61В 5/02, 1998.

2. Патент РФ № 2249430, кл. А61В 5/0295, 2005.

3. Патент РФ № 2013076, кл. А61В 5/026, А61В 5/02, 1994.

Устройство для выделения сигналов пульса, содержащее светоизлучающий элемент, выполненный с возможностью прохождения излучаемого света через биоткань пациента на фотоприемный элемент, один вывод которого подключен к источнику питания, и резистор, один вывод которого подключен к общей шине, отличающееся тем, что в него введены пороговое устройство, а также индуктивность и конденсатор, каждый из которых подключен параллельно резистору, с образованием полосового фильтра, полоса пропускания которого соответствует диапазону частот пульса, при этом второй вывод резистора подключен ко второму выводу фотоприемного элемента и к входу порогового устройства.