Фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей

Авторы патента:

Федотов Александр Александрович (RU)

A61B5/1455 - Измерение для диагностических целей (радиодиагностика A61B 6/00; диагностика с помощью ультразвуковых, инфразвуковых и звуковых волн A61B 8/00); опознание личности

A61B5/0295 - с использованием плетизмографии, т.е. измерение изменений объема какой-либо части или органа под воздействием циркуляции крови через них, например импедансной плетизмографии

Владельцы патента RU 2567834:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) (RU)

Изобретение относится к медицинской технике. Фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей содержит генератор импульсов, источник света, фотоприемник, преобразователь ток/напряжение, усилитель переменного напряжения и синхронный демодулятор. В устройство дополнительно введены цифро-аналоговый преобразователь, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и микроконтроллер. Выход синхронного демодулятора подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя и ко второму входу аналого-цифрового преобразователя. Выход цифро-аналогового преобразователя подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя. Выход дифференциального усилителя подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя. Выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу микроконтроллера. Выход микроконтроллера подключен к входу цифро-аналогового преобразователя. Применение изобретения позволит увеличить быстродействие коррекции постоянной составляющей в фотоплетизмографе, регистрирующем сигнал артериальной пульсации крови. 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам регистрации сигнала периферической артериальной пульсации крови на основе применения методов фотоплетизмографии. Данное устройство может найти применение в кардиологических системах диагностики пациентов для мониторинга частоты сердечных сокращений, оценки состояния периферических артериальных сосудов.

Известно устройство для фотоплетизмографии, включающее последовательно соединенные генератор импульсов, амплитудный модулятор и источник света, и последовательно соединенные фотоприемник, избирательный усилитель, выпрямитель, фильтр низких частот и полосовой усилитель, а также блок автоматической регулировки интенсивности излучения, последовательно соединенные дифференцирующий усилитель, компаратор и формирователь импульсов (Патент RU 2032376, МПК А61В 5/0295, опубликовано 10.04.1995).

Недостатком известного устройства является его недостаточное быстродействие устранения постоянной составляющей артериальной пульсации крови в силу высокой инерционности используемого для этой цели фильтра верхних частот, являющегося составной частью полосового усилителя. Учитывая низкочастотную природу артериальной пульсации крови для неискаженной регистрации биосигнала частота среза фильтра верхних частот выбирается небольшой, что приводит к значительной длительности переходного процесса, возникающего в фильтре верхних частот при резком изменении биосигнала.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для фотоплетизмографии (Патент RU 2354290, А61В 5/0295, опубликовано 10.05.2009), включающее генератор импульсов, источник света, синхронный селективный усилитель, фильтр нижних частот, фотоприемник, дополнительно фотоплетизмограф содержит синхронный демодулятор, полосовой фильтр, управляемый преобразователь напряжение/ток и распределитель импульсов.

Недостатком известного устройства также является его высокая инерционность коррекции постоянной составляющей артериальном пульсации крови из-за наличия фильтра верхних частот, являющегося составной частью полосового фильтра.

Принципиальное устранение указанных недостатков возможно только за счет полного отказа от использования фильтров верхних частот для устранения постоянной составляющей сигнала артериальной пульсации крови.

В основу изобретения поставлена задача - увеличить быстродействие коррекции постоянной составляющей в фотоплетизмографе, регистрирующем сигнал артериальной пульсации крови.

Поставленная задача решается за счет того, что в фотоплетизмограф, содержащий генератор импульсов, источник света, фотоприемник, преобразователь ток/напряжение, усилитель переменного напряжения, синхронный демодулятор, согласно изобретению, в устройство дополнительно введены цифро-аналоговый преобразователь, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, причем выход синхронного демодулятора подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя и ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход цифро-аналогового преобразователя подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя, выход дифференциального усилителя подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу микроконтроллера, выход микроконтроллера подключен к входу цифро-аналогового преобразователя.

Заявленное техническое решение соответствует критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость», так как отсутствует источник информации, в котором было бы описано техническое решение, содержащее отличительные признаки заявляемого технического решения и заявляемый фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей реализуется с использованием известных в технике элементов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлена схема предлагаемого фотоплетизмографа с адаптивной коррекцией постоянной составляющей.

Фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей содержит следующие блоки: генератор импульсов 1, источник света 2, фотоприемник 3, преобразователь ток/напряжение 4, усилитель переменного напряжения 5, синхронный демодулятор 6, цифро-аналоговый преобразователь 7, дифференциальный усилитель 8, аналого-цифровой преобразователь 9, микроконтроллер 10. Источник света 2 и фотоприемник 3 конструктивно выполнены в виде единого фотоплетизмографического датчика зажимного типа 11, располагающегося на ногтевой фаланге пальца руки обследуемого.

В схеме источник света 2 управляется импульсами тока, формируемыми в генераторе импульсов 1, излучение с источника света 2 попадает на участок биологической ткани, содержащей артериальный сосуд. Излучение, прошедшее сквозь биологические ткани, поступает на фотоприемник 3, выход фотоприемника 3 подключен к входу преобразователя ток-напряжение 4, выход преобразователя ток-напряжение 4 подключен к входу усилителя переменного напряжения 5, выход усилителя переменного напряжения 5 подключен к входу синхронного детектора 6, выход синхронного детектора 6 подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя 8 и ко второму входу аналого-цифрового преобразователя 9, выход цифро-аналогового преобразователя 7 подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя 8, выход дифференциального усилителя 8 подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя 9, выход аналого-цифрового преобразователя 9 подключен к входу микроконтроллера 10, выход микроконтроллера 10 подключен к входу цифро-аналогового преобразователя 7.

Устройство работает следующим образом.

Источник света 2 управляется импульсами тока, формируемыми в генераторе импульсов 1, излучение с источника света 2 попадает на участок биологической ткани, содержащей артериальный сосуд. Прошедшее сквозь биологические ткани излучение поступает на фотоприемник 3. Фотоприемник 3 преобразует ослабленное биологическими тканями излучение в фототок, который далее преобразуется в напряжение с помощью преобразователя ток - напряжение 4, полученное напряжение поступает на усилитель переменного напряжения 5, с выхода которого усиленный сигнал поступает на синхронный демодулятор 6 для выделения огибающей сигнала, содержащую постоянную составляющую и переменную составляющую артериальной пульсации крови.

Сигнал с выхода синхронного демодулятора 6 поступает на неивертирующий вход дифференциального усилителя 8 и на второй вход аналого-цифрового преобразователя 9, где происходит квантование и дискретизация сигнала. Сигнал с выхода цифро-аналогового преобразователя 7 поступает на инвертирующий вход дифференциального усилителя 8. На выходе дифференциального усилителя 8 формируется разностный сигнал между сигналом на неинвертирующем входе - сумма постоянной составляющей и переменной составляющей, и сигналом на инвертирующем входе усилителя - оценка постоянной составляющей, выходной сигнал цифро-аналогового преобразователя 7, получаемый в результате функционирования адаптивного алгоритма в микроконтроллере 10. Выходной сигнал дифференциального усилителя 8 является переменным сигналом артериальной пульсации крови и поступает на первый вход аналого-цифрового преобразователя 8, где происходит квантование и дискретизация биосигнала артериальной пульсации крови.

Данные с выхода аналого-цифрового преобразователя 9 поступают на вход микроконтроллера 10, где формируются два числовых массива: первый массив представляет собой дискретизированные отсчеты сигнала поступившего с выхода синхронного детектора 6, являющегося аддитивной комбинацией постоянной составляющей и переменной составляющей; второй массив представляет дискретизированные отсчеты переменного сигнала артериальной пульсации крови, поступившего с выхода дифференциального усилителя 8. Микроконтроллер 10 по встроенной программе оценивает постоянную составляющую сигнала как среднеарифметическое значение дискретизированных отсчетов первого числового массива, являющихся выходным сигналом синхронного детектора 6 (аддитивная комбинация постоянной составляющей и переменной составляющей сигнала артериальной пульсации крови) в скользящем окне; полученное значение поступает на вход цифро-аналогового преобразователя 7, на выходе которого формируется постоянное напряжение равное величине постоянной составляющей сигнала артериальной пульсации крови, которая в дальнейшем вычитается с помощью дифференциального усилителя 8.

Введение новых элементов и их взаимосвязь позволяет увеличить быстродействие коррекции постоянной составляющей сигнала артериальной пульсации крови за счет адаптивного контроля величины постоянного смещения сигнала и отсутствия необходимости введения в состав устройства инерционных элементов фильтров верхних частот.

Фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей, содержащий генератор импульсов, источник света, фотоприемник, преобразователь ток/напряжение, усилитель переменного напряжения, синхронный демодулятор, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введены цифро-аналоговый преобразователь, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, причем выход синхронного демодулятора подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя и ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход цифро-аналогового преобразователя подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя, выход дифференциального усилителя подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу микроконтроллера, выход микроконтроллера подключен к входу цифро-аналогового преобразователя.

Изобретение относится к офтальмологии и может быть использовано для оценки морфофункционального состояния мейбомиевых желез (МЖ). Определяют в баллах среднее расстояние между устьями протоков соседних МЖ, которые открываются на реберном крае века (d).

Способ измерения углов скрученности длинных трубчатых костей // 2567828

Изобретение относится к медицине, а именно к антропологии, и может быть использовано для измерения углов скрученности длинных трубчатых костей. Кость закрепляют в штативе горизонтально.

Способ диагностики преэклампсии // 2567821

Изобретение относится к области медицины, а именно к акушерству и кардиологии. Проводят суточное мониторирование артериального давления (СМАД) и определяют следующие показатели: дневной индекс времени систолического артериального давления (САД), величину утреннего подъема диастолического артериального давления (ДАД), дневную вариабельность САД, ночной индекс времени ДАД, дневной суточный индекс САД, величину утреннего САД, дневное среднепульсовое артериальное давление (АД).

Способ раннего определения аномального рефрактогенеза у детей // 2567273

Изобретение относится к области медицины, в частности к способу раннего определения аномального рефрактогенеза у детей, и может быть использовано в офтальмологии.

Способ и система для неинвазивного оптического определения глюкозы крови, используя спектральный анализ данных // 2566920

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам определения глюкозы в биологической пробе. Системы для определения глюкозы содержат, по меньшей мере, один источник света, выполненный с возможностью освещения целевой области биологической пробы, по меньшей мере, один датчик света, имеющий ток, зависящий от времени, являющийся индикатором определенной мощности света, процессор, выполненный с возможностью вычислять аттенуацию, свойственную крови в биологической пробе, присутствующей в целевой области, с отношением "сигнал-шум", по меньшей мере, 20:1 и на основе вычисленной аттенуации определять уровень глюкозы крови, связанный с биологической пробой, присутствующей в целевой области.

Способ многофакторного прогнозирования отдаленных неблагоприятных исходов у пациентов, перенесших острый коронарный синдром со стойким подъемом сегмента st // 2566212

Изобретение относится к медицине, а именно кардиологии. Определяют наличие или отсутствие у пациента сахарного диабета (СД), величину фракции выброса левого желудочка (ФВ ЛЖ), концентрацию высокочувствительного С-реактивного протеина в сыворотке крови (вчСРП), генотип по полиморфному варианту rs1376251 гена TAS2R50.

Улучшенный безопасный и удобный одноразовый автоматический ланцет // 2566080

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к одноразовым автоматическим ланцетам. Ланцет содержит корпус, игольный сердечник и пружину.

Способ комплексной оценки прогноза течения и эффективности лечения гипертрофии глоточной миндалины и хронического аденоидита у детей по оксидант/антиоксидантной активности кожи // 2565838

Изобретение относится к медицине, а именно к оториноларингологии, и может быть использовано при выборе тактики лечения гипертрофии глоточной миндалины и хронического аденоидита.

Способ оценки эффективности хирургического лечения птоза верхнего века // 2565746

Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии, пластической хирургии и косметологии, и может быть использовано для оценки эффективности хирургического лечения птоза верхнего века.

Способ прогнозирования развития депрессии у беременных с потерей плода в анамнезе // 2565742

Изобретение относится к медицине, а именно к психиатрии, и предназначено для прогнозирования развития депрессии у беременных с потерей плода в анамнезе. У беременных женщин с потерей плода в анамнезе во время тестирования оценивают следующие факторы риска: высшее и неоконченное высшее образование, полная занятость в течение рабочего дня, поддержка со стороны друзей и родственников, удовлетворенность браком, наличие средних и катастрофических стрессоров, суициды в анамнезе, нарушение менструальной функции, паритет беременности и количество выкидышей.

Способ наложения электродов для регистрации реовазограмм // 2566924

Изобретение относится к области медицины, а именно к кардиологии. Регистрируют биполярную продольную реограмму в положении испытуемого лежа на спине в экранированной комнате при температуре воздуха 22-24°С.

Способ оживления человека // 2559913

Изобретение относится к медицине, реаниматологии и может быть использовано при оживлении пациентов, находящихся в состоянии клинической смерти. Способ реанимации включает компрессию грудной клетки, искусственную вентиляцию легких, введение лекарственных средств и проведение пульсоксиметрического мониторинга.

Способ ранней диагностики сердечно-сосудистых заболеваний на основе многоканального спектрального анализа медленных волн кардиосигналов // 2537771

Изобретение относится к медицине, а именно к неинвазивным способам качественно-количественного анализа функционального состояния сердечно-сосудистой системы. Осуществляют запись пульсового сигнала и электрокардиосигнала в течение 2-3 мин.

Устройство для регистрации артериальной пульсации крови // 2536282

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для регистрации артериальной пульсации крови содержит генератор импульсов, источник света, фотоприемник, преобразователь ток/напряжение, усилитель переменного напряжения, синхронный демодулятор, полосовой фильтр.

Способ прогнозирования развития диастолической дисфункции миокарда правого и левого желудочков у больных бронхиальной астмой // 2532500

Изобретение относится к медицине, а именно пульмонологии, аллергологии, кардиологии, функциональной диагностике. Оценивают эластические и функциональные свойства аорты при анализе характеристик пульсовой волны, регистрируемые неинвазивной артериографией.

Устройство для регистрации сигналов пульсовой волны и дыхательного цикла человека // 2523133

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство (1) для регистрации сигналов пульсовой волны и дыхательного цикла человека содержит два токопроводящих электрода (2, 3) для размещения на теле человека, первый (4) и второй (6) операционные усилители, амплитудный детектор (5), переключаемый частотно-зависимый делитель напряжения (8) и микроконтроллер (7).

Способ определения ударного объема сердца // 2515534

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, кардиохирургии и функциональной диагностике. Осуществляют наложение двух токовых и двух измерительных электродов на определенные участки тела.

Способ дифференциальной диагностики начальных проявлений и первой степени хронической ртутной интоксикации // 2513299

Изобретение относится к области медицины, а именно к неврологии и профессиональной патологии. Проводят реоэнцефалографию (РЭГ) с определением индекса реактивности церебральных сосудов при гиперкапнической пробе, регистрируют слуховые и когнитивные вызванные потенциалы, измеряют амплитуду пика N2 слуховых вызванных потенциалов, длительность латентности Р300, определяют уровень норадреналина в плазме крови.

Способ оценки риска развития послестрессовых сердечно-сосудистых расстройств // 2500346

Изобретение относится к медицине, а именно к физиологии и реабилитологии. Выполняют исследование вариабельности сердечного ритма (ВСР) до и после пробы, моделирующей нагрузку при пожаре, с выявлением дезадаптивных показателей, и определяют скорость распространения пульсовой волны (СРПВ) по сосудам мышечного типа.

Способ регистрации механической работы изолированного сердца лягушки // 2479871

Изобретение относится к области экспериментальной физиологии и фармакологии. .

Фотоплетизмограф // 2572547

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в функциональной диагностике для оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека. Фотоплетизмограф содержит оптоэлектронный детектор пульсовой волны потока крови в пальце пациента с двумя светодиодами и фотодиодом, а также оснащенный компьютером пульт управления и источник питания. Светодиоды работают в красной и инфракрасной областях спектра и подключены к электронному блоку управления работой светодиодов. Фотодиод соединен с операционным усилителем, аналого-цифровым преобразователем АЦП и электронным блоком обработки электрического сигнала. Корпус оптоэлектронного детектора выполнен из диэлектрика в форме кольца с ячейками для светодиодов и фотодиода с возможностью крепления на фаланге пальца пациента. Пульт управления дополнен радиопередатчиком, работающим на частоте fp. В корпусе оптоэлектронного детектора размещен миниатюрный радиоприемник, настроенный на частоту fр и соединенный с электронным блоком управления работой светодиодов. В корпусе оптоэлектронного детектора размещен миниатюрный радиопередатчик, работающий на частоте fd, сигнал на который поступает с выхода АЦП. В пульте управления установлен радиоприемник, настроенный на частоту fd и соединенный с электронным блоком обработки электрического сигнала. Достигается расширение арсенала технических средств для фотоплетизмографических исследований за счет радиочастотной связи между пультом управления и оптоэлектронным детектором, что исключает необходимость использования соединительных электрических проводов, облегчает работу обслуживающего персонала и повышает оперативность обследования. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.