Способ неинвазивного определения концентраций компонентов крови

Группа изобретений относится к медицине и может быть использована для неинвазивного определения концентраций, содержащихся в крови гемоглобина и кислорода. Облучают биологическую ткань поочередно в любой последовательности оптическим излучением первого диапазона длин волн, включающего значение 700 нм, второго диапазона длин волн, включающего значение 880 нм, и третьего диапазона длин волн, включающего значение 960 нм. Осуществляют прием диффузно отраженного биологической тканью оптического излучения, преобразование принятого оптического излучения в электрический сигнал. Концентрацию гемоглобина в крови определяют на основании значения суммы электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого и второго диапазонов, которая уменьшена на значение, определяемое электрическим сигналом, полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона. Концентрацию кислорода определяют на основании значения разности электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением второго и первого диапазонов, которая уменьшена на значение, определяемое электрическим сигналом, полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона. Группа изобретений обеспечивает снижение погрешности определения концентраций гемоглобина и кислорода, обусловленной наличием в исследуемой биологической ткани воды. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области исследования и анализа химического состава материалов и преимущественно может быть использовано в диагностической медицинской технике для неинвазивного определения концентраций содержащихся в крови гемоглобина и кислорода.

Для неинвазивного определения насыщения крови кислородом и концентрации содержащегося в ней гемоглобина наиболее широко применяются способы и технические средства оптической оксиметрии, которые основаны на использовании различий поглощения оптического излучения гемоглобином, содержащим и не содержащим кислород, поскольку дезоксигемоглобин существенно поглощает красное оптическое излучение, а оксигемоглобин - ближнее инфракрасное.

Так, например, известен способ определения концентрации компонентов крови (RU 2344752 С1, 2009), который для неинвазивного определения концентрации гемоглобина предусматривает поочередное облучение биологической ткани видимым оптическим излучением с длиной волны, например, равной 590 нм и 650 нм, прием прошедших через биологическую ткань оптических излучений с указанными длинами волн, преобразование их в электрический сигнал и определение концентрации гемоглобина в крови на основании амплитудных значений полученных электрических сигналов.

Известны способы неинвазивного определения насыщения крови кислородом и концентрации содержания в ней гемоглобина, которые осуществлены в известных пульсовых оксиметрах (RU 2175523 С1, 2001; RU 2221485 С2, 2004; RU 2233620 С1, 2004; RU 2259161 С1, 2005; RU 2332165 С2, 2008; RU 2496418 С1, 2013) и в общей для них части предусматривают поочередное облучение биологической ткани красным и ближним инфракрасным оптическим излучением с различной длиной волны, прием прошедших через биологическую ткань красного и ближнего инфракрасного оптических излучений, преобразование их в электрический сигнал и определение концентрации гемоглобина в крови и насыщения ее кислородом на основании амплитудных значений полученных электрических сигналов.

Однако все указанные выше известные способы позволяют осуществлять диагностику оксигенации крови только лишь тех участков биологической ткани, сквозь которые способно пройти оптическое излучение указанных диапазонов длин волн, что дает возможность их применения для исследования исключительно только таких сравнительно тонких биологических тканей, как палец и мочка уха.

Известен способ, осуществленный в известном пульсовом оксигемометре одноразового применения (RU 2428112 С2, 2011), который включает поочередное облучение биологической ткани красным и ближним инфракрасным оптическим излучением, прием диффузно отраженных биологической тканью красного и ближнего инфракрасного оптических излучений, преобразование их в электрический сигнал и определение концентрации гемоглобина в крови, а также насыщения ее кислородом на основании амплитудных значений полученных электрических сигналов.

Использование в указанном известном способе приема диффузно отраженного биологической тканью оптического излучения существенно расширяет возможности его применения, поскольку позволяет использовать его для исследования не только пальцев или мочек ушей, но и других биологических тканей организма человека, в частности, мягких тканей лба, лобных костей, лобных долей головного мозга.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу неинвазивного определения концентраций гемоглобина и кислорода в крови является оптический способ определения оксигенации крови (RU 2040912 С1, 1995), который включает поочередное облучение биологической ткани зондирующими оптическими излучениями красного и инфракрасного диапазонов длин волн, прием диффузно рассеянных биологической тканью оптических излучений указанных диапазонов длин волн, преобразование их в электрические сигналы и определение концентраций гемоглобина и кислорода в крови на основании амплитудных значений полученных электрических сигналов.

Недостатком ближайшего аналога, как и всех рассмотренных выше аналогов, является недостаточно высокая точность определения концентраций гемоглобина и кислорода в крови, что связано с погрешностью измерений, обусловленной значительным содержанием в исследуемой биологической ткани воды, имеющей достаточно различимый спектр поглощения инфракрасного оптического излучения в диапазонах длин волн, используемых в рассмотренных аналогах.

Задачей настоящего изобретения явилось создание способа неинвазивного определения концентраций компонентов крови, который обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении точности определения концентраций гемоглобина и кислорода.

Поставленная задача решена и технический результат достигнут, согласно настоящему изобретению, во-первых, тем, что способ неинвазивного определения концентраций компонентов крови, включающий, в соответствии с ближайшим аналогом, поочередное облучение биологической ткани в любой последовательности оптическим излучением красного и ближнего инфракрасного диапазона длин волн, прием диффузно отраженного биологической тканью оптического излучения, преобразование принятого оптического излучения в электрический сигнал и определение на основании полученного электрического сигнала концентраций компонентов крови, отличается от ближайшего аналога тем, что для определения концентрации гемоглобина облучение биологической ткани осуществляют оптическим излучением первого диапазона длин волн, включающего значение 700 нм, оптическим излучением второго диапазона длин волн, включающего значение 880 нм, и оптическим излучением третьего диапазона длин волн, включающего значение 960 нм, а концентрацию гемоглобина определяют на основании значения суммы электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого и второго диапазонов, которая уменьшена на значение, определяемое электрическим сигналом, полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона.

При этом определение концентрации гемоглобина в крови осуществляют с использованием экспериментально полученной тарировочной зависимости между концентрацией гемоглобина и полученным суммарным электрическим сигналом, имеющим значение UСУМ=U1+U2-U31323), где U1, U2, U3 - значения электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого, второго и третьего диапазонов длин волн, соответственно, к13, к23 - коэффициенты, предварительно полученные на основании совместной обработки известных характеристики относительной спектральной чувствительности используемого приемника оптического излучения и спектра поглощения воды в первом, втором и третьем диапазонах длин волн, соответственно.

Здесь выше упомянутые коэффициенты при совместной обработке известных характеристики относительной спектральной чувствительности используемого приемника оптического излучения и спектра поглощения воды в первом, втором и третьем длин волн определяют предварительно в соответствии с выражениями к133S31/S1 и к233S32/S2, где К1, К2, К3 - средние значения коэффициентов поглощения воды в первом, втором и третьем диапазонах длин волн, соответственно, S1, S2, S3 - средние значения относительной спектральной чувствительности приемника оптического излучения в первом, втором и третьем диапазонах длин волн, соответственно.

Поставленная задача решена и технический результат достигнут, согласно настоящему изобретению, во-вторых, тем, что способ неинвазивного определения концентраций компонентов крови, включающий, в соответствии с ближайшим аналогом, поочередное облучение биологической ткани в любой последовательности оптическим излучением красного и ближнего инфракрасного диапазона длин волн, прием диффузно отраженного биологической тканью оптического излучения, преобразование принятого оптического излучения в электрический сигнал и определение на основании полученного электрического сигнала концентраций компонентов крови, отличается от ближайшего аналога тем, что для определения концентрации кислорода облучение биологической ткани осуществляют оптическим излучением первого диапазона длин волн, включающего значение 700 нм, оптическим излучением второго диапазона длин волн, включающего значение 880 нм, и оптическим излучением третьего диапазона длин волн, включающего значение 960 нм, а концентрацию кислорода определяют на основании значения разности электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением второго и первого диапазонов, которая уменьшена на значение, определяемое электрическим сигналом, полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона.

При этом определение концентрации кислорода в крови осуществляют с использованием экспериментально полученной тарировочной зависимости между концентрацией кислорода в крови и полученным разностным электрическим сигналом, имеющим значение UРАЗН=U2-U1-U31323), где U1, U2, U3 - значения электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого, второго и третьего диапазонов длин волн, соответственно, к13, к23 - коэффициенты, предварительно полученные на основании совместной обработки известных характеристики относительной спектральной чувствительности используемого приемника оптического излучения и спектра поглощения воды в первом, втором и третьем диапазонах длин волн, соответственно.

Здесь выше упомянутые коэффициенты при совместной обработке известных характеристики относительной спектральной чувствительности используемого приемника оптического излучения и спектра поглощения воды в первом, втором и третьем длин волн определяют предварительно в соответствии с выражениями к133S31/S1 и к233S32/S2, где К1, К2, К3 - средние значения коэффициентов поглощения воды в первом, втором и третьем диапазонах длин волн, соответственно, S1, S2, S3 - средние значения относительной спектральной чувствительности приемника оптического излучения в первом, втором и третьем диапазонах длин волн, соответственно.

С одной стороны, оптическое излучение первого диапазона длин волн, включающего значение 700 нм, в значительно большей степени поглощается дезоксигемоглобином, чем оксигемоглобином. С другой стороны, оптическое излучение второго диапазона длин волн, включающего значение 880 нм, в большей степени поглощается оксигемоглобином, чем дезоксигемоглобином. Поэтому использование в заявляемом способе облучения биологической ткани оптическим излучением первого диапазона длин волн, включающего значение 700 нм, и оптическим излучением второго диапазона длин волн, включающего значение 880 нм, позволяет определить концентрацию гемоглобина в крови на основании значения суммы электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого и второго диапазонов, а также определить концентрацию кислорода в крови на основании значения разности электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением второго и первого диапазонов.

Вместе с тем, биологические ткани содержат значительное количество воды.

Вода имеет наиболее выраженный спектр поглощения в диапазоне длин волн от 650 нм до 1100 нм с максимумом вблизи длины волны 960 нм. Поэтому наличие в биологической ткани воды приводит к искажению полезного сигнала, проявляющемуся в увеличении электрического сигнала из-за поглощения водой оптического излучения как первого диапазона длин волн, так и в существенно большей степени второго диапазона длин волн, что вносит существенную погрешность определения как концентрации гемоглобина, так и концентрации кислорода.

Для оценивания и учета погрешности измерения, обусловленной наличием воды в исследуемой биологической ткани, согласно настоящему изобретению, предложено перед, после или между облучением оптическим излучением первого диапазона длин волн, включающего значение 700 нм, и оптическим излучением второго диапазона длин волн, включающего значение 880 нм, обеспечивающим получение полезного сигнала для определения концентраций гемоглобина и кислорода, осуществлять облучение биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона длин волн, включающего значение 960 нм, в котором расположен максимум спектра поглощения воды, и в результате приема диффузно отраженного биологической тканью оптического излучения третьего диапазона длин волн получать электрический сигнал, который определяется преимущественно текущим значением концентрации воды в исследуемой биологической ткани.

Поэтому определение концентрации гемоглобина в крови на основании значения суммы электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого и второго диапазонов длин волн, которая уменьшена на значение, определяемое электрическим сигналом, полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона длин волн, позволяет учесть погрешность, обусловленную наличием в исследуемой биологической ткани воды, и тем самым повысить точность определения концентрации гемоглобина.

Кроме того, определение концентрации кислорода на основании значения разности электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением второго и первого диапазонов длин волн, которая уменьшена на значение, определяемое электрическим сигналом, полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона длин волн, также позволяет учесть погрешность, обусловленную наличием в исследуемой биологической ткани воды, и тем самым повысить точность определения концентрации кислорода.

Отмеченное свидетельствует о решении декларированной выше задачи и достижение сформулированного выше технического результата настоящего изобретения благодаря наличию у заявляемого способа неинвазивного определения концентраций компонентов крови перечисленных выше отличительных признаков.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства, которое позволяет наилучшим образом осуществить заявляемый способ неинвазивного определения концентраций компонентов крови, где 1 - блок светодиодов, 2 - приемник оптического излучения, 3 - усилитель, 4 - аналого-цифровой преобразователь, 5 - контроллер, 6 - блок индикации и 7 - биологическая ткань.

На фиг. 2 показаны спектры поглощения оптического излучения оксигемоглобина, дезоксигемоглобина и воды в диапазоне длин волн от 600 нм до 1100 нм.

Устройство, которое позволяет наилучшим образом осуществить заявляемый способ неинвазивного определения концентраций компонентов крови, содержит последовательно соединенные приемник 2 оптического излучения, усилитель 3, аналого-цифровой преобразователь 4, контроллер 5 и блок 6 индикации, а также блок 1 светодиодов, подключенный к выходу контроллера 5.

Блок 1 светодиодов содержит, по меньшей мере, один светодиод, выполненный с возможностью испускания оптического излучения в первом диапазоне длин волн 680-720 нм, включающем значение 700 нм, например светодиод типа L-132ХНТ фирмы Kingbright, по меньшей мере, один светодиод, выполненный с возможностью испускания оптического излучения во втором диапазоне длин волн 860-900 нм, включающем значение 880 нм, например светодиод типа BL-314IR фирмы BetLux, и, по меньшей мере, один светодиод, выполненный с возможностью испускания оптического излучения в третьем диапазоне длин волн 940-980 нм, включающем значение 960 нм, например светодиод типа TSUS4400 фирмы Vishay.

В качестве приемника 2 оптического излучения использован фотодиод, чувствительный к оптическому излучению в диапазоне длин волн от 570 нм до 1100 нм, например, фотодиод типа BPW34 фирмы Vishay.

Приемник 2 оптического излучения и светодиоды блока 1 светодиодов установлены на общем основании (на фиг. 1 не показано), которое выполнено с возможностью прижатия к исследуемой биологической ткани 7, причем светодиоды размещены вокруг приемника 2 оптического излучения.

В качестве усилителя 3 может быть использован прецизионный операционный усилитель, например, типа AD8604 фирмы Analog Devices.

В качестве аналого-цифрового преобразователя 4 может быть использован, высокоскоростной аналого-цифровой преобразователь большой разрядности (от 12 бит), например, аналого-цифровой преобразователь типа AD7655 фирмы Analog Devices.

В качестве контроллера 5 может быть использован любой микроконтроллер, обладающий необходимыми ресурсами для управления внешним аналого-цифровым преобразователем и достаточным быстродействием, например, типа ATXmega128A4U фирмы Atmel, снабженный постоянным и оперативным запоминающими устройствами.

Устройство, которое позволяет осуществить заявляемый способ неинвазивного определения концентраций компонентов крови, работает следующим образом.

Для определения концентраций гемоглобина и кислорода в крови основание с приемником 2 оптического излучения и светодиодами блока 1 светодиодов прижимают к исследуемой биологической ткани 7.

При включении устройства светодиоды блока 1 светодиодов оптического излучения не испускают. Электрический сигнал с приемника 2 оптического излучения, определяемый его темновым током, усиливается усилителем 3 и преобразуется аналого-цифровым преобразователем 4 в цифровой код, который поступает в контроллер 5 и запоминается в его оперативном запоминающем устройстве.

Затем по сигналам с контроллера 5 поочередно подается напряжение на светодиоды блока 1 светодиодов. Для осуществления заявляемого способа последовательность включения светодиодов не принципиальна.

Например, при подаче напряжения на светодиод блока 1 светодиодов, выполненный с возможностью испускания оптического излучения в первом диапазоне длин волн 680-720 нм, последний испускает оптическое излучение указанного диапазона длин волн в направлении исследуемой биологической ткани 7. Часть падающего оптического излучения поглощается, преимущественно, дезоксигемоглобином, а часть диффузно отражается и падает на приемник 2 оптического излучения, который преобразует эту часть оптического излучения в электрический сигнал, определяемый в большей степени концентрацией дезоксигемоглобина в исследуемой биологической ткани 7 и в меньшей степени - оксигемоглобином и водой (см. фиг. 2). Этот электрический сигнал усиливается усилителем 3 и после преобразования аналого-цифровым преобразователем 4 в цифровой код поступает в контроллер 5, который с целью учета погрешности измерения, обусловленной темновым током приемника 2 оптического излучения, вычитает из этого цифрового кода хранящийся в оперативном запоминающем устройстве цифровой код, соответствующий электрическому сигналу, обусловленному темновым током приемника 2 оптического излучения, и заносит в оперативное запоминающее устройство полученную разность, которая соответствует электрическому сигналу u1, значение которого определяется преимущественно концентрацией дезоксигемоглобина в исследуемой биологической ткани 7.

Затем ранее включенный светодиод выключается, но в результате подачи напряжения, например, на светодиод блока 1 светодиодов, выполненный с возможностью испускания оптического излучения во втором диапазоне с длинами волн 860-900 нм, последний испускает оптическое излучение указанного диапазона длин волн в направлении исследуемой биологической ткани 7. Аналогичным образом приемник 2 оптического излучения преобразует диффузно отраженное оптическое излучение в электрический сигнал, который определяется преимущественно концентрацией оксигемоглобина в исследуемой биологической ткани 7 и в меньшей степени - дезоксигемоглобином и водой (см. фиг. 2). Этот электрический сигнал усиливается усилителем 3 и после преобразования аналого-цифровым преобразователем 4 в цифровой код поступает в контроллер 5, который с целью учета погрешности измерения, обусловленной темновым током приемника 2 оптического излучения, вычитает из этого цифрового кода хранящийся в оперативном запоминающем устройстве цифровой код, соответствующий электрическому сигналу, обусловленному темновым током приемника 2 оптического излучения, и заносит в оперативное запоминающее устройство полученную разность, которая соответствует электрическому сигналу u2, значение которого определяется преимущественно концентрацией оксигемоглобина в исследуемой биологической ткани 7.

Далее ранее включенный светодиод выключается, но в результате подачи напряжения на светодиод блока 1 светодиодов, выполненный с возможностью испускания оптического излучения в третьем диапазоне длин волн 940-980 нм, последний испускает оптическое излучение указанного диапазона длин волн в направлении исследуемой биологической ткани 7. Аналогичным образом приемник 2 оптического излучения преобразует диффузно отраженное оптическое излучение в электрический сигнал, который в большей степени определяется концентрацией воды в исследуемой биологической ткани 7 и в меньшей степени - оксигемоглобином и дезоксигемоглобином (см. фиг. 2). Этот электрический сигнал усиливается усилителем 3 и после преобразования аналого-цифровым преобразователем 4 в цифровой код поступает в контроллер 5, который с целью учета погрешности измерения, обусловленной темновым током приемника 2 оптического излучения, вычитает из этого цифрового кода хранящийся в оперативном запоминающем устройстве цифровой код, соответствующий электрическому сигналу, обусловленному темновым током приемника 2 оптического излучения, и заносит в оперативное запоминающее устройство полученную разность, которая соответствует электрическому сигналу u3, значение которого определяется преимущественно концентрацией воды в исследуемой биологической ткани 7.

Затем рассмотренные процессы поочередного включения по сигналам с контроллера 5 светодиодов блока 1 светодиодов, преобразования отраженного оптического излучения в электрический сигнал приемником 2 оптического излучения и обработки контроллером 5 полученных цифровых кодов неоднократно повторяются. В результате этого в оперативном запоминающем устройстве контроллера 5 накапливаются выборки цифровых значений электрических сигналов u1, u2 и u3, которые для фильтрации случайных погрешностей измерений статистически обрабатываются контроллером 5, в результате чего формируются усредненные цифровые значения электрических сигналов U1, U2 и U3, соответственно, и запоминаются в оперативном запоминающем устройстве контроллера 5.

На основании полученных усредненных значений U1, U2 и U3 электрических сигналов контроллер 5 вычисляет значение суммарного электрического сигнала в соответствии со следующим выражением:

UСУМ=U1+U2-U31323),

где U1, U2, U3 - усредненные значения электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани 7 оптическим излучением первого, второго и третьего диапазонов длин волн, соответственно;

к13, к23 - коэффициенты, предварительно полученные на основании совместной обработки известных характеристики относительной спектральной чувствительности используемого приемника 2 оптического излучения и спектра поглощения воды в первом, втором и третьем диапазонах длин волн, соответственно, и хранящиеся в постоянном запоминающем устройстве контроллера 5.

На основании полученных усредненных значений U1, U2 и U3 электрических сигналов контроллер 5 вычисляет значение разностного электрического сигнала в соответствии со следующим выражением:

UРАЗН=U2-U1-U31323),

где U1, U2, U3 - усредненные значения электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани 7 оптическим излучением первого, второго и третьего диапазонов длин волн, соответственно;

к13, к23 - коэффициенты, предварительно полученные на основании совместной обработки известных характеристики относительной спектральной чувствительности используемого приемника 2 оптического излучения и спектра поглощения воды в первом, втором и третьем диапазонах длин волн, соответственно, и хранящиеся в постоянном запоминающем устройстве контроллера 5.

Указанные выше коэффициенты, хранящиеся в постоянном запоминающем устройстве контроллера 5, определяют предварительно при совместной обработке известных характеристики относительной спектральной чувствительности используемого приемника 2 оптического излучения и спектра поглощения воды в первом, втором и третьем длин волн в соответствии с выражениями:

к133S31/S1 и к233S32/S2,

где К1, К2, К3 - средние значения коэффициентов поглощения воды в первом, втором и третьем диапазонах длин волн, соответственно;

S1, S2, S3 - средние значения относительной спектральной чувствительности приемника 2 оптического излучения в первом, втором и третьем диапазонах длин волн, соответственно.

Концентрацию гемоглобина в крови контроллер 5 определяет на основании полученного значения суммарного электрического сигнала UСУМ с использованием тарировочной зависимости между концентрацией гемоглобина и полученным суммарным электрическим сигналом UСУМ, которая была экспериментально получена предварительно и записана в постоянное запоминающее устройство контроллера 5.

Концентрацию кислорода в крови контроллер 5 определяет на основании полученного значения разностного электрического сигнала UРАЗН с использованием тарировочной зависимости между концентрацией кислорода и полученным разностным электрическим сигналом UРАЗН, которая была экспериментально получена предварительно и записана в постоянное запоминающее устройство контроллера 5.

Полученные значения концентраций гемоглобина и кислорода в крови из контроллера 5 поступают в блок 6 индикации, который отображает это значение оператору устройства.

В настоящее время разработан и испытан опытный образец устройства, которое позволяет осуществить заявляемый способ неинвазивного определения концентраций компонентов крови. Испытания опытного образца устройства показали, во-первых, его работоспособность, а, во-вторых, возможность достижения технического результата, заключающегося в повышении точности определения концентраций гемоглобина и кислорода за счет снижения погрешности измерений, обусловленной наличием в исследуемой биологической ткани воды, на 10-12%.

1. Способ неинвазивного определения концентраций компонентов крови, включающий поочередное облучение биологической ткани в любой последовательности оптическим излучением красного и ближнего инфракрасного диапазона длин волн, прием диффузно отраженного биологической тканью оптического излучения, преобразование принятого оптического излучения в электрический сигнал и определение на основании полученного электрического сигнала концентраций компонентов крови, отличающийся тем, что для определения концентрации гемоглобина облучение биологической ткани осуществляют оптическим излучением первого диапазона длин волн, включающего значение 700 нм, оптическим излучением второго диапазона длин волн, включающего значение 880 нм, и оптическим излучением третьего диапазона длин волн, включающего значение 960 нм, а концентрацию гемоглобина определяют на основании значения суммы электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого и второго диапазонов, которая уменьшена на значение, определяемое электрическим сигналом, полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определение концентрации гемоглобина в крови осуществляют с использованием экспериментально полученной тарировочной зависимости между концентрацией гемоглобина и полученным суммарным электрическим сигналом, имеющим значение UСУМ=U1+U2-U31323), где U1, U2, U3 - значения электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого, второго и третьего диапазонов длин волн, соответственно, к13, к23 - коэффициенты, предварительно полученные на основании совместной обработки известных характеристики относительной спектральной чувствительности используемого приемника оптического излучения и спектра поглощения воды в первом, втором и третьем диапазонах длин волн, соответственно.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что упомянутые коэффициенты при совместной обработке известных характеристики относительной спектральной чувствительности используемого приемника оптического излучения и спектра поглощения воды в первом, втором и третьем длин волн определяют предварительно в соответствии с выражениями к133S31/S1 и к233S32/S2, где К1, К2, К3 - средние значения коэффициентов поглощения воды в первом, втором и третьем диапазонах длин волн, соответственно, S1, S2, S3 - средние значения относительной спектральной чувствительности приемника оптического излучения в первом, втором и третьем диапазонах длин волн, соответственно.

4. Способ неинвазивного определения концентраций компонентов крови, включающий поочередное облучение биологической ткани в любой последовательности оптическим излучением красного и ближнего инфракрасного диапазона длин волн, прием диффузно отраженного биологической тканью оптического излучения, преобразование принятого оптического излучения в электрический сигнал и определение на основании полученного электрического сигнала концентраций компонентов крови, отличающийся тем, что для определения концентрации кислорода облучение биологической ткани осуществляют оптическим излучением первого диапазона длин волн, включающего значение 700 нм, оптическим излучением второго диапазона длин волн, включающего значение 880 нм, и оптическим излучением третьего диапазона длин волн, включающего значение 960 нм, а концентрацию кислорода определяют на основании значения разности электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением второго и первого диапазонов, которая уменьшена на значение, определяемое электрическим сигналом, полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что определение концентрации кислорода в крови осуществляют с использованием экспериментально полученной тарировочной зависимости между концентрацией кислорода в крови и полученным разностным электрическим сигналом, имеющим значение UРАЗН=U2-U1-U31323), где U1, U2, U3 - значения электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого, второго и третьего диапазонов длин волн, соответственно, к13, к23 - коэффициенты, предварительно полученные на основании совместной обработки известных характеристики относительной спектральной чувствительности используемого приемника оптического излучения и спектра поглощения воды в первом, втором и третьем диапазонах длин волн, соответственно.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что упомянутые коэффициенты при совместной обработке известных характеристики относительной спектральной чувствительности используемого приемника оптического излучения и спектра поглощения воды в первом, втором и третьем длин волн определяют предварительно в соответствии с выражениями к133S31/S1 и к233S32/S2, где К1, К2, К3 - средние значения коэффициентов поглощения воды в первом, втором и третьем диапазонах длин волн, соответственно, S1, S2, S3 - средние значения относительной спектральной чувствительности приемника оптического излучения в первом, втором и третьем диапазонах длин волн, соответственно.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к медицине, а именно к неврологии, и может быть использовано для диагностики синдрома послеоперационной когнитивной дисфункции (ПОКД) у женщин после экстирпации матки в периоперационном периоде.

Изобретение относится к психологии, в частности к психодиагностике. Определяют порог тепловой чувствительности и проводят тестирование для выявления физической и вербальной агрессии.

Группа изобретений относится к средствам мониторинга состояния пользователя за счет преобразования движения пользователя в электрическое напряжение. Раскрыты устройство (10) и способ преобразования движения пользователя в электрическое напряжение, устройство (90), система (100) и способ для мониторинга пользователя, датчик падения, содержащий устройство (90) для мониторинга пользователя, и способ обнаружения потенциального падения.

Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии. Пациент и врач при выполнении стоматологического вмешательства заполняют аналого-визуальную процентную шкалу интенсивности боли.

Изобретение относится к области медицины, а именно к кардиологии. Для прогнозирования улучшения физического функционирования у больных ИБС проводят тест шестиминутной ходьбы, оценку депрессии по шкале тревоги и депрессии HADS, выявляют наличие/отсутствие акинеза по эхокардиографическому исследованию.

Изобретение относится к области медицины, а именно к кардиологии. Определяют совокупность факторов, влияющих на развитие повторного острого инфаркта миокарда в течение пяти лет постинфарктного периода.

Предложено зубное устройство (100, 100') обнаружения с потоковым зондом, которое имеет такую конфигурацию, в которой прохождение текучей среды (30) через открытый порт (136, 2604) дистального наконечника (112, 112') зонда обеспечивает обнаружение вещества (116) на дентальной поверхности (31, 33) на основе измерения сигнала, коррелированного с веществом, по меньшей мере, частично затрудняющим прохождение текучей среды (30) через открытый порт (136, 2604).

Предложенное устройство (1000) обнаружения позволяет обнаруживать вещество (116), которое может присутствовать на поверхности (31, 33), на основании измерения сигнала зонда потока, коррелирующего с веществом (116), по меньшей мере частично препятствующим прохождению текучей среды (30, 35) через зонд (500) потока.

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, и может быть использовано для оценки эндокардиальной радиочастотной изоляции легочных вен. Измеряют тканевую деформацию устьев легочных вен до и после радиочастотного воздействия.

Изобретение относится к области медицины, в частности к неврологии. У пациента в острой стадии инсульта при индексе апноэ/гипопноэ ≥ 15 событий/час, на фоне лекарственной терапии, в течение 7 дней, в период ночного сна с 22.00 до 7.00 осуществляют подъем головного конца кровати на 30 градусов и одновременно проводят непрерывную инсуффляцию кислорода через носовую канюлю со скоростью 2-4 л/мин.

Изобретение относится к медицине, а именно к педиатрии, пульмонологии и аллергологии. Определяют частоту острого респираторного заболевания (ЧОРЗ). Определяют клинические характеристики острого респираторного заболевания (КХОРЗ). Определяют наличие атопического дерматита в анамнезе (АД). Выявляют факт использования в лечении топических ингаляционных глюкокортикостероидов (ИГКС). Определяют общую физическую работоспособность по степ-тесту (ОФР) в абсолютных величинах. Оценивают признаки в баллах. Затем вычисляют значение z по заявленной формуле. Если значение z≥1,0 прогнозируют высокий риск формирования бронхиальной астмы у детей с аллергическим ринитом. Способ позволяет просто, точно и доступно провести прогноз риска формирования атопической бронхиальной астмы у детей с аллергическим ринитом за счет оценки комплекса наиболее значимых показателей. 2 пр.
Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии, предназначено для использования при оценке регионарного кровотока в тканях пародонта. Осуществляют исследования с помощью индивидуальной капы и фиксированными в гибком кабеле измерительными электродами и соединенными пайкой и расположенными кзади от них токовыми проводами тетраполярной системы, для чего с исследуемого участка челюсти пациента снимают альгинатный оттиск для изготовления индивидуальной капы. По данному оттиску изготавливают гипсовую модель, на которой базисной пластинкой воска толщиной 2 мм изолируют зубы и альвеолу в зоне проводимого исследования. Затем модель обжимают в вакуумном прессе сначала мягкой полимерной пластинкой толщиной в 2 мм и затем жесткой прозрачной полимерной пластинкой аналогичной толщины. Излишки материала срезают скальпелем. Далее в проекции межзубной костной перегородки исследуемого участка с двух противоположных сторон от челюсти пациента в индивидуальной капе шаровидной твердосплавной фрезой в жесткой части капы делают отверстия диаметром, соответствующим диаметру измерительного электрода, а в мягкой части капы - на 0,5 мм меньше диаметра измерительного электрода для его механической фиксации. Гибкий кабель подключают к аппарату для проведения реопародонтографии, запись реограмм производят в теплом помещении через 1,5-2 ч после приема пищи или натощак, в стоматологическом кресле после 15-20-минутного отдыха. Способ позволяет повысить качество и эффективность функциональной диагностики с возможностью мониторинга и оценкой результативности лечения пародонтита.

Изобретение относится к медицинской технике. Радиоканальная система кардиомониторинга и предупреждения критических ситуаций содержит носимые дисплей, блок звукового оповещения, клавиатуру и радиомодем мегагерцового диапазона, а также носимый телеметрический прибор. С микроконтроллером носимого прибора связаны блок измерения электрокардиограммы (ЭКГ), радиомодем гигагерцового диапазона, блок поддержки стандартной гарнитуры, энергонезависимая память и блок управления и контроля питания от аккумуляторной батареи, а также измеритель подвижности на базе 3D-акселерометра, выход которого подключен к соответствующему входу микроконтроллера. Центр контроля за состоянием пациентов на базе компьютерной сети включает в себя сервер и связанные с ним рабочее место администратора, блоки просмотра ЭКГ, пульты лечащих врачей и радиомодем мегагерцового диапазона. Микроконтроллер носимого прибора выполнен с дополнительными входами и выходами, к которым подключены радиомодем мегагерцового диапазона, дисплей, блок звукового оповещения и клавиатура. В состав центра контроля состояния пациентов введен радиомодем гигагерцового диапазона. Сервер выполнен с дополнительным входом/выходом, который связан с выходом/входом радиомодема гигагерцового диапазона. Дисплей, блок звукового оповещения и клавиатура размещены в корпусе носимого телеметрического прибора. Радиомодемы мегагерцового диапазона выполнены в соответствии с технологиями Frequency Hopping ("прыгания по частотам") и LBT ("прослушивания эфира перед передачей"). Достигается повышение вероятности достоверного и своевременного выявления и предупреждения обострения состояния кардиологического пациента и снижение вероятности ложных тревог при одновременном снижении энергопотребления, увеличивающем срок действия аккумуляторной батареи в носимой части системы. 3 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно для измерения частоты пульса пациента. Микроконтроллерный датчик пульса с передачей информации по радиоканалу содержит микроконтроллер, светодиод, фотоприемник, RC-фильтр, первый, второй, третий и четвертый резисторы, причем первый вывод первого резистора подключен к аноду светодиода, первый вывод второго резистора подключен к первому выводу фотоприемника, катод светодиода и второй вывод фотоприемника подключены к минусу источника питания микроконтроллера, второй вывод второго резистора подключен к плюсу источника питания микроконтроллера, выход RC-фильтра подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, ко второму выводу первого резистора подключен выход первого широтно-импульсного модулятора микроконтроллера, первый вывод фотоприемника подключен к входу RC-фильтра, первые выводы третьего и четвертого резисторов подключены ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, второй вывод третьего резистора подключен к плюсу источника питания микроконтроллера, второй вывод четвертого резистора подключен к минусу источника питания микроконтроллера, при этом датчик пульса дополнительно содержит конденсатор, подключенный к светодиоду параллельно, второй широтно-импульсный модулятор микроконтроллера, подключенный выходом к входу радиопередатчика с двухуровневой амплитудной манипуляцией. Использование изобретения позволяет повысить точность измерений частоты пульса. 1 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к педиатрии, эндокринологии и токсикологии, и может быть использовано для диагностики нарушений физического развития детей, проживающих в условиях комплексного низкоуровневого загрязнения среды обитания тяжелыми металлами. При установлении у ребенка нарушения физического развития определяют в крови наличие свинца, марганца, никеля, хрома и кадмия. При их наличии определяют функциональные и лабораторные показатели. В качестве функциональных показателей определяют структуру и объем щитовидной железы методом ультразвукового исследования. В качестве лабораторных показателей устанавливают инсулиновый фактор роста (ИФР-1), уровни кортизола, серотонина, тироксина свободного (Т4 св.), тиреотропного гормона (ТТГ), антитела к тиреоиднойпероксидазе (антитела к ТПО), аспартатаминотрансферазы (АСАТ), глутамата, гамма-аминомасляной кислоты (γ-аминомасляной кислоты), глутатионпероксидазы. При наличии у ребенка изменения объема и структуры щитовидной железы, а также при уровне кортизола 224,4-279,2 нмоль/см3; ИФР 185,2-130 нг/мл; Т4 св. 14,0-16,4 пкмоль/л; γ-аминомасляной кислоты 0,113-0,197 мкмоль/дм3; глутатионпероксидазы 38,5-49,9 нг/мл; серотонина 244,5-314,3 нг/мл; ТТГ 1,5-2,1 нг/см3; антител к ТПО 2,2-3,2 МЕ/см3; АСАТ 35,8-49,4 Е/дм3; глутамата 118,31-129,33 мкмоль/дм3 диагностируют у ребенка нарушение физического развития, ассоциированное с комплексным низкоуровневым загрязнением среды обитания свинцом, марганцем, никелем, хромом и кадмием. Способ позволяет информативно и доказательно провести диагностику нарушения физического развития у детей, вызванного воздействием низкоуровневой комбинированной нагрузки свинца, марганца, никеля, кадмия и хрома за счет оценки комплекса наиболее значимых показателей. 2 з.п. ф-лы, 7 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области психофизиологии и предназначено для определения непроизвольного внимания с помощью дискриминационной чувствительности у детей младшего школьного возраста с нарушениями речи. Определяют непроизвольное внимание у детей с нарушениями психоэмоциональной сферы и речи младшего школьного возраста. При этом в качестве раздражителя органов чувств используется циркуль Вебера, способный наносить одновременно два тактильных раздражения на кожу человека. По величине интервалов в процессе коррекции судят о динамике непроизвольного внимания. Способ позволяет определить динамику непроизвольного внимания в процессе коррекции за счет дискриминационной чувствительности у детей. 2 табл.

Изобретение относится к медицине, а именно к пульмонологии, аллергологии, функциональной диагностике, и может быть использовано для ранней диагностики бронхиальной астмы у лиц старше 18 лет. Оценивают значение резонансной частоты (Fr) методом импульсной осциллометрии. При значении резонансной частоты 15 Гц и более диагностируют бронхиальную астму. Способ позволяет провести раннюю диагностику бронхиальной астмы у лиц старше 18 лет, своевременно провести соответствующую терапию за счет оценки значения резонансной частоты по данным импульсной осциллометрии. 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится к медицине, а именно к медицинской экологии, гигиенической диагностике. Изобретение может быть использовано для прогнозирования риска развития синдрома вегето-сосудистой дисфункции (СВД) у детей школьного возраста 7-17 лет. Оценивают факторы риска: суммарное загрязнение атмосферного воздуха населенного пункта, где проживает обследуемый; суммарное воздействие формальдегида (ФА); объем учебной нагрузки; класс напряженности учебного труда; процент замеров, соответствующих гигиеническим нормативам показателей освещенности в учебных помещениях; процент замеров, соответствующих гигиеническим нормативам показателей микроклимата в учебных помещениях; возраст; пол; личностная тревожность по тесту Спилбергера-Ханина; экскреция ФА с мочой; экскреция йода с мочой; физическая активность. Затем вычисляют комплексный диагностический коэффициент ДКк как сумму диагностических коэффициентов рассматриваемых факторов. Прогностическую оценку значения ДКк проводят по трем интервалам. В зависимости от полученного значения в интервале делают заключение о низком риске развития СВД, обусловленного влиянием комплекса рассматриваемых факторов, либо риск оценивается как умеренный, либо делают заключение о высоком риске развития у ребенка СВД в результате воздействия комплекса факторов внешней, школьной среды, учебного труда и образа жизни. Способ позволяет осуществить прогнозирование риска развития синдрома вегето-сосудистой дисфункции при воздействии комплекса факторов среды обитания за счет определения наиболее информативных диагностических факторов риска. 1 табл., 3 пр.
Изобретение относится медицине. Проводят исследование микроциркуляторного русла с помощью инфракрасного термометра и спектрокапилляроскопа в режиме объемной визуализации с последующим 3D-моделированием микрососудистого русла. Производят измерение локальной температуры в области исследования. На протяжении всего исследования измеряют общую температуру, концентрацию оксигемоглобина, активность факторов адгезии в периваскулярной зоне. Одновременно проводят оценку состояния вегетативной нервной системы с определением параметров: стандартного отклонения от средней величины кардиоинтервалов, индекса централизации и индекса напряжения вегетативных систем регуляции, квадратного корня из суммы квадратов разности последовательных пар кардиоинтервалов, отклонения длительности кардиоинтервалов. Определяют микроциркуляторные параметры: неравномерность калибра артериальной и венозной части капилляров, неравномерность калибра собственно капилляров, коэффициент извитости артериальной и венозной части капилляров, артериоло-венулярный коэффициент. расстояние между капиллярами, диаметр приводящей и отводящей частей капилляров, диаметр капилляров, расстояние между артериальной и венозной частями капилляров, общий коэффициент поперечной деформации капилляров, скорость кровотока в капиллярном русле, протяженность периваскулярной зоны. Определяют также показатели: степень стаза, лейкоцитарно-тромбоцитарный индекс, наличие и площадь геморрагий, наличие и площадь отека. Способ позволяет объективно и информативно провести комплексную оценку состояния микроциркуляторного русла за счет использования инфракрасного термометра и спектрокапилляроскопа в режиме объемной визуализации с последующим 3D-моделированием микрососудистого русла и оценку наиболее значимых показателей.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к магнитомиографической регистрации сигналов биоэлектрической активности человека. Устройство для измерения магнитного поля скелетных мышц при определении мышечной активности содержит два измерительных канала, каждый из которых включает высокочувствительный магниторезистивный датчик, отличающееся тем, что в каждом из измерительных каналов к высокочувствительному магниторезистивному датчику последовательно подключены фильтр верхних частот с частотой среза 10 Гц, малошумящий прецизионный усилитель и фильтр нижних частот с частотой среза 500 Гц, при этом фильтр нижних частот одного канала подключен к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, а фильтр нижних частот другого канала - к инвертирующему входу дифференциального операционного усилителя. Использование изобретения позволяет расширить арсенал средств для регистрации мышечной активности. 2 ил.

Группа изобретений относится к медицине и может быть использована для неинвазивного определения концентраций, содержащихся в крови гемоглобина и кислорода. Облучают биологическую ткань поочередно в любой последовательности оптическим излучением первого диапазона длин волн, включающего значение 700 нм, второго диапазона длин волн, включающего значение 880 нм, и третьего диапазона длин волн, включающего значение 960 нм. Осуществляют прием диффузно отраженного биологической тканью оптического излучения, преобразование принятого оптического излучения в электрический сигнал. Концентрацию гемоглобина в крови определяют на основании значения суммы электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого и второго диапазонов, которая уменьшена на значение, определяемое электрическим сигналом, полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона. Концентрацию кислорода определяют на основании значения разности электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением второго и первого диапазонов, которая уменьшена на значение, определяемое электрическим сигналом, полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона. Группа изобретений обеспечивает снижение погрешности определения концентраций гемоглобина и кислорода, обусловленной наличием в исследуемой биологической ткани воды. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх