ФОТОПЛЕТИЗМОГРАФ Российский патент 1996 года по МПК A61B5/295 

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в офтальмологии, кардиологии и при функциональной диагностике.

Известно устройство для измерения пульса, содержащее датчик пульса, усилитель, выделитель пульсовой волны, генератор тактовых импульсов, две электронные ключевые схемы, интегратор, индикатор, регистратор, две схемы совпадения, триггер, мультивибратор и фильтр. Измеритель пульса позволяет выделить пульсовую волну и измерить пульс пациента путем преобразования инфракрасного потока, прошедшего сквозь ткани пациента [1]
Это устройство характеризуется недостаточной достоверностью измерения пульса, так как сильно подвержено влиянию импульсных помех, связанных с резким смещением датчика относительно пациента, например, при дрожании рук, поэтому требует специальных условий для правильной работы.

Ближайшим прототипом является фотоплетизмограф, содержащий фотоэлектронный датчик с фотоприемником, усилитель переменного тока, выполненный в виде регулируемого усилителя, демодулятор, фильтр низкой частоты, усилитель постоянного тока и регистрирующий прибор. Этот фотоплетизмограф также работает по принципу преобразования инфракрасного потока и может быть использован для исследования пульсаций кровотока [2]
Недостатками этого устройства являются недостаточная достоверность выделения плетизмограммы, так как для наиболее точного воспроизведения плетизмограммы необходимо обеспечить неизменные внешние условия работы: специальная подсветка источников инфракрасного света, экранировка внешних источников света и т. д. и кроме того достоверность также зависит от наличия импульсных помех.

Цель изобретения повышение достоверности за счет обеспечения помехозащищенности.

Цель достигается тем, что в известном фотоплетизмографе, содержащем фотоэлектрический датчик с фотоприемником, последовательно соединенные регулируемый усилитель переменного тока, демодулятор, фильтр низких частот и усилитель постоянного тока, выход которого подключен к входу управления регулируемого усилителя переменного тока, а также блок регистрации, согласно изобретению введен усилитель-ограничитель с управляемым порогом, информационный вход которого подключен к выходу фотоприемника с логарифмической световой характеристикой, вход управления усилителя-ограничителя с управляемым порогом соединен с выходом усилителя постоянного тока, а выход с входом регулируемого усилителя переменного тока, при этом выход демодулятора подключен к блоку регистрации.

На фиг. 1 изображена блок-схема фотоплетизмографа; на фиг. 2 эпюры сигналов; на фиг. 3 характеристика фотоприемника.

Фотоплетизмограф содержит фотоприемное устройство 1, усилитель-ограничитель 2 переменного тока с регулируемым порогом ограничения, усилитель 3 переменного тока, выполненный в виде регулируемого усилителя, демодулятор 4, фильтр 5 низкой частоты, усилитель 3 постоянного тока и регистрирующий прибор 7, причем выход фотоприемного устройства 1 соединен с входом усилителя-ограничителя и переменного тока с регулируемым порогом ограничения, выход усилителя-ограничителя 2 переменного тока с регулируемым порогом ограничения соединен с входом усилителя 3 переменного тока, выполненного в виде регулируемого усилителя, выход усилителя 3 переменного тока, выполненного в виде регулируемого усилителя, соединен с входом демодулятора 4, выходы демодулятора 4 соединены с входом регистрирующего прибора 7 и с входом фильтра 5 низкой частоты, выход которого соединен с входом усилителя 6 постоянного тока, а выход усилителя 6 постоянного тока соединен с управляющими входами усилителя 3 переменного тока, выполненного в виде регулируемого усилителя, и усилителя-ограничителя 2 переменного тока с регулируемым порогом ограничения.

Фотоплетизмограф работает следующим образом.

Использование фотодиода в режиме холостого хода позволяет получить логарифмическое преобразование светового потока в выходное напряжение. Логарифмическую функцию преобразования можно получить также в фотоприемных устройствах с логарифмическим преобразователем, которые в интегральном исполнении обеспечивают высокоточное логарифмическое преобразование и имеют, как правило, большую чувствительность по световому потоку, например, ФОУ-139Б обеспечивает преобразование вида U_вых. К ln Е, где Е освещенность, К константа, равная 10^-4-10⁴ лк. Интегрально выполненное фотоприемное устройство 1, используемое в качестве датчика пульса, имеет большую чувствительность по световому потоку и логарифмическую зависимость фототока от светового потока и размещается на участке тела пациента, с которого предполагается снимать фотоплетизмограмму. Источником инфракрасного света для фотоприемного устройства 1 может являться рассеянный комнатный свет или маломощный инфракрасный излучатель, хотя, благодаря большой чувствительности фотоприемного устройства 1, фотоплетизмограф может работать, практически, в темноте. Световой поток, проходя через ткани объекта, модулируется по интенсивности (амплитудная модуляция, обусловленная кровенаполнением тканей), к полезному световому потоку добавляются паразитные световые помехи (от электрических светильников, нагревательных приборов и т. д.) а также импульсные помехи (помехи, связанные со случайными изменениями положения датчика относительно тела пациента). Этот суммарный световой сигнал поступает на фотоприемное устройство 1, которое преобразует световой поток в электрический сигнал (фиг. 2, диаграмма U_вых.1). Устройство с логарифмической характеристикой обладает свойством преобразовывать мультипликативные сигналы (световой сигнал, поступающий на фотоприемник это сигнал модулированный по амплитуде с коэффициентом модуляции, определяемым кровенаполнением тканей т. е. фактически это произведение двух сигналов) в аддитивные (выходной сигнал фотоприемника состоит из суммы двух сигналов: постоянной составляющей, которая зависит от интенсивности внешнего светового потока и не зависит от информационного сигнала, и переменной составляющей, которая определяется информационным сигналом и не зависит от уровня внешней освещенности т. е. фактически от условий измерения). При логарифмическом преобразовании переменная составляющая может быть представлена в виде
U_вых. U_фп1-U_фп2. К ln Е₀Т₁-к ln Е₀Т₂ К ln (Е₀Т_1/Е₀Т₂) К ln Т₁/Т₂, где Е₀ внешняя освещенность;
Δ Т модуляция коэффициента пропускания ткани Δ Т Т₁-Т₂;
К константа, т. е. независимо от уровня внешней освещенности получаем сигнал только об интересующем нас параметре коэффициенте модуляции пропускания ткани. Так как коэффициент модуляции пропускания ткани (информационный сигнал) составляет всегда не более 1% от исходного светового потока, поэтому логарифмическая характеристика фотоприемника для модулирующей функции в любой ее точке с большой точностью может рассматриваться как линейная (фиг. 3, соответствующая ТУ на приборы этого типа), хотя ко всему входному световому потоку применяется логарифмическое преобразование. Таким образом, при использовании фотоприемника с логарифмической характеристикой точность получения информационного сигнала такая же, как и при использовании обычных приемников с линейной характеристикой. Благодаря тому, что используется фотоприемное устройство 1 с логарифмической характеристикой, имеющее малый порог чувствительности, переменная составляющая выходного сигнала с фотоприемного устройства 1 фактически не зависит от уровня внешней освещенности и определяется лишь сигналом пульса. С выхода фотоприемного устройства 1 сигнал поступает на усилитель-ограничитель 2 переменного тока с регулируемым порогом ограничения. Этот блок 2 введен для уменьшения влияния импульсных помех, возникающих, например, при резком смещении датчика относительно пациента. Усилитель-ограничитель 2 переменного тока с регулируемым порогом ограничения выделяет переменную составляющую сигнала, соответствующую сигналу пульса, и беспрепятственно пропускает этот сигнал на выход, а импульсные помехи "срезает" на уровне, соответствующем максимальному значению сигнала пульса (фиг. 2, диаграмма U_вых2). С выхода усилителя-ограничителя 2 переменного тока с переменным порогом ограничения сигнал поступает на усилитель 3 переменного тока, выполненный в виде регулируемого усилителя, где усиливается по амплитуде до номинального значения, и далее на демодулятор 4. На выходе демодулятора образуются два сигнала: сигнал фотоплетизмограммы, частотно отселектированный в процессе прохождения тракта, усилитель-ограничитель 2, усилитель 3, демодулятор 4, и сигнал, обусловленный оптической плотностью, не связанной с изменениями кровенаполнения и зависящей от состояния внешней поверхности исследуемой ткани, степени прижатия к ней фотоприемного устройства 1 и т. д. Эти факторы определяют большой динамический диапазон сигнала пульса. В фильтре 5 низкой частоты, имеющем постоянную времени несколько периодов пульса, осуществляется выделение постоянной составляющей, соответствующей оптической плотности. Этот сигнал, усиленный усилителем 6 постоянного тока, воздействует на управляющий вход усилителя 3 переменного тока, выполненного в виде регулируемого усилителя, и на управляющий вход усилителя-ограничителя 2 переменного тока с регулируемым порогом ограничения (фиг. 2, диаграммы сигналов U_вых.3,4 и U_вых.5,6). Таким образом, замыкаются две цепи обратной связи, первая из которых позволяет уменьшить динамический диапазон сигнала пульсограммы, а вторая уменьшить влияние импульсных помех путем автоматической регулировки порога ограничения в соответствии с уровнем сигнала пульса. С выхода демодулятора 4 сигнал поступает на регистрирующий прибор 7 для регистрации фотоплетизмограммы.

Фотоплетизмограф используется в МНТК "МГ" для регистрации фотоплетизмограмм с различных участков тела пациентов. Испытания фотоплетизмографа показали высокую достоверность выделения сигнала при сумеречных освещенностях тела пациента при отсутствии дополнительного источника инфракрасного света.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в функциональной диагностике. Цель - повышение достоверности измерений за счет обеспечения помехозащищенности. Сущность изобретения: фотоплетизмограф содержит фотодатчик с фотоприемником (Ф) 1, усилитель переменного тока (У) 3, демодулятор 4, усилитель постоянного тока (УПТ) 6. Новым в изобретении является введение усилителя-ограничителя (УО) 2 с регулируемым порогом ограничения. Выход УПТ 6 соединен с упровляющим входом УО 2. УО 2 включен между Ф 1 и У 3. Ф 1 характеризуется логарифмической световой характеристикой. 3 ил.

ФОТОПЛЕТИЗМОГРАФ, содержащий источник света, фотопроемник, последовательно соединенные регулируемый усилитель переменного тока, демодулятор, фильтр низких частот и усилитель постоянного тока, выход которого подключен к входу управления регулируемого усилителя переменного тока, а также блок регистрации, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности измерний за счет обеспечения помехозащищенности, в него введен усилитель-ограничитель с управляемым порогом, информационный вход которого подключен к выходу фотоприемника, выполненного с логарифмической световой характеристикой, вход управления соединен с выходом усилителя постоянного тока, а выход - с входом регулируемого усилителя переменного тока, при этом выход демодулятора подключен к блоку регистрации.