ФОТОПЛЕТИЗМОГРАФ Российский патент 2016 года по МПК A61B5/295 

Предлагаемое изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в функциональной диагностике для оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека.

Известен фотоплетизмограф, содержащий источник излучения, два фотоприемника, схему сравнения и регистрирующий прибор. Недостатком этого фотоплетизмографа является низкая точность, вызванная влиянием теплового излучения на кровоток в процессе измерения, влиянием нестабильности источника излучения, различными площадями фотоприемников и различными расстояниями от источника излучения до первого и второго фотоприемников (Авт. свид. СССР №1591948, МПКЗ A61B 5/02, публ. 1990 г. [1])

Также известен фотоплетизмограф, содержащий фотоэлектронный датчик с фотоприемником, усилитель переменного тока, выполненный в виде регулируемого усилителя, демодулятор, фильтр низкой частоты, усилитель постоянного тока и регистрирующий прибор. Недостатками этого устройства являются низкая достоверность выделения фотоплетизмограммы, так как для наиболее точного воспроизведения фотоплетизмограммы 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 (Авторским свидетельством СССР №786983, МПК A61B 5/02, публ. 1979 [2])

Также известен фотоплетизмограф, содержащий 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, при этом блок автоматической регулировки интенсивности излучения включен между выходом фильтра низких частот и управляющим входом амплитудного модулятора, входы дифференциального усилителя, формирователя импульсов, полосового усилителя и блока автоматической регулировки интенсивности излучения подключены к входам регистратора и являются соответственно выходами первой производной сигнала пульсации кровотока, сигнала моментов перехода этой производной через нуль, сигнала пульсации кровотока, сигнала постоянной составляющей фотоплетизмограммы (Патент Российской Федерации №2032376, МПК A61B 5/0295, публ. 1995 г. [3]).

Известен также фотоплетизмограф, содержащий установленный на размещенной на пальце человека клипсе датчик, выполненный в виде источника света - светодиода, луч которого направлен на палец человека, и расположенный с противоположной стороны пальца приемник излучения, причем источник света и приемник излучения подключены к оксиметрической системе (см. патент US 5758644, кл. А61В 5/00, 02.06.1998 [4]).

Данное устройство [4] позволяет достаточно быстро проводить диагностику состояния человека. Однако использование одного источника света сужает возможности данного устройства. Это замечание относится также и к вышеприведенным аналогам [1], [2], [3].

Наиболее близким по конструкции к заявляемому объекту является устройство, содержащее оптоэлектронный детектор пульсовой волны потока крови с двумя светодиодами, работающими, соответственно, в красной и инфракрасной областях спектра, закрепленными в корпусе, соединенными электропроводом с электронным блоком управления работой светодиодов, и фотодиодом, соединенным электропроводом с операционным усилителем, аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и блоком обработки электрического сигнала, снабженным дисплеем, а также пульт управления, оснащенный компьютером, и источник питания (US 2013137938 А1, 30.05.2013 [5]). Устройство [5] было выбрано в качестве прототипа.

Недостатком прототипа [5], как и всех известных аналогов, является наличие в их конструкции токопроводящей связи между оптоэлектронным детектором и электронными блоками формирования и обработки электрического сигнала. При большом количестве детекторов может возникнуть путаница в электрических проводах при размещении детекторов на теле пациента.

Целью настоящего изобретения является создание фотоплетизмографа с радиочастотной связью между оптоэлектронным детектором и электронными блоками формирования и обработки электрических сигналов, которая полностью исключает необходимость в использовании электрических проводов.

Технический результат изобретения выражается в расширении арсенала технических средств для фотоплетизмографических исследований. Он достигается тем, что в фотоплетизмографе, содержащем оптоэлектронный детектор пульсовой волны потока крови с двумя светодиодами, работающими, соответственно, в красной и инфракрасной областях спектра, закрепленными в корпусе, выполненном с возможностью крепления на фаланге пальца пациента, соединенными с электронным блоком управления работой светодиодов, и фотодиодом, соединенным с операционным усилителем, аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и электронным блоком обработки электрического сигнала, а также пульт управления, оснащенный компьютером, и источник питания, пульт управления дополнен радиопередатчиком, работающий на частоте f_p, а в корпусе оптоэлектронного детектора, выполненном из диэлектрика в форме кольца с ячейками для светодиодов и фотодиода, размещен миниатюрный радиоприемник, настроенный на частоту f_p и соединенный с электронным блоком управления работой светодиодов, кроме того, в корпусе оптоэлектронного детектора размещен миниатюрный радиопередатчик, работающий на частоте f_d, сигнал на который поступает с выхода АЦП, а в пульте управления установлен радиоприемник, настроенный на частоту f_d и соединенный с электронным блоком обработки электрического сигнала.

Далее описание сопровождается чертежами и пояснениями их. На фиг. 1 показан оптоэлектронный детектор, закрепленный на фаланге пальца пациента; фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1 (оптоэлектронный детектор, работающий на просвет); фиг. 3 - сечение А-А фиг. 1 (оптоэлектронный детектор, работающий на отражение). На фиг. 4 показана блок-схема фотоплетизмографа.

Фотоплетизмограф имеет пульт управления 1, созданный на базе персонального компьютера PC, оснащенного клавиатурой 2 и подключенный к источнику электропитания (на фиг. не показан). Связь между пультом управления 1 и оптоэлектронным детектором 3, закрепленным на пальце пациента, осуществляется по радио каналу. Для этого пульт управления 1 дополнен радиопередатчиком 4, содержащим высокочастотный генератор 5 несущей частоты, модулятор 6, снабженный усилителем низкой частоты 7, усилитель высокой частоты 8 и излучатель, включающий колебательный контур 9 и антенну 10, работающий на частоте f_p=2,4 ГГц. Управляющий сигнал поступает от пульта управления 1 через персональный компьютер PC на модулятор 6. Сам оптоэлектронный детектор 3 имеет корпус 11, выполненный из диэлектрика, например гетинакса, в форме кольца, и предназначен для фиксации на основной фаланге В пальца пациента (фиг. 1). В корпусе 11 выполнены ячейки 12 и 13 для двух светодиодов, один из которых 14 излучает в красной области спектра, а второй 15 - в инфракрасном диапазоне. В ячейке 16, расположенный на поверхности внутреннего кольца 17 корпуса И, закреплен фотодиод 18 (используется модель DS-100А OPTO-MED. Этот тип фотодиода чувствителен к световому сигналу как в красном, так и инфракрасном диапазонах излучения).

Используются два типа оптоэлектронных детекторов 3, один из которых работает на просвет (фиг.2), а другой - на отражение (фиг.3). В детекторе, работающем на просвет, светодиоды 14 и 15 находятся в ячейках 12 и 13, удаленных от центра фотодиода 18 на угловое расстояние ≈±130°, как показано на фиг.2. В детекторе, работающем на отражение, светодиоды 14 и 15 находятся в ячейках 12 и 13, удаленных от центра фотодиода 18 на угловое расстояние ≈±40°, как показано на фиг.3.

Фотоплетизмограф снабжен комплектом оптоэлектронных детекторов 3 с внутренним диаметром корпусов от 16 до 22 мм, что позволяет легко подобрать детектор индивидуально для каждого пациента.

Режим работы светодиодов 14 и 15 (постоянный, переменный, поочередный, продолжительность включения) задается электронным блоком 19 управления работы светодиодов по команде с пульта управления 1, посылаемой через радиопередатчик 4. Для приема этого сигнала в корпусе 11 оптоэлектронного детектора 3 установлен миниатюрный радиоприемник 20, содержащий антенну 21, соединенную с колебательным контуром 22, настроенным в резонанс с частотой f_p=2,4 ГГц радиопередатчика 4, подключенным к демодулятору 23, выход которого соединен через усилитель низкой частоты 24 с электронным блоком 19 управления работой светодиодов. Миниатюрный радиоприемник 20 снабжен источником электропитания (на фиг. не показан).

Электрический сигнал с выхода фотодиода 18 поступает на операционный усилитель 25 и далее в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 26, который подключен к модулятору 27, снабженному усилителем низкой частоты 28, которые входят в состав миниатюрного радиопередатчика 29, установленного в корпусе 11 оптоэлектронного детектора 3. Миниатюрный радиопередатчик 29 содержит источник электропитания (на фиг. не показан), высокочастотный генератор 30 несущей частоты, модулятор 27 с усилителем низкой частоты 28, усилитель высокой частоты 31 и излучатель, включающий колебательный контур 32 и антенну 33, работающий на частоте f_d=2,7 ГГц.

В свою очередь, в пульте управления 1 размещен радиоприемник 34, содержащий антенну 35, соединенную с колебательным контуром 36, настроенным в резонанс с частотой f_d=2,7 ГГц радиопередатчика 29, подключенным к демодулятору 37, выход которого соединен через усилитель низкой частоты 38 с блоком 39 обработки электронного сигнала, входящего в состав ЭВМ персонального компьютера PC пульта управления 1.

Предлагаемый фотоплетизмограф используется следующим образом.

Вначале врач, проводящий обследование, производит подбор соответствующего (по размеру) детектора 3 для пальца пациента, например указательного. Детектор 3 надевается на основную фалангу В пальца (фиг.1). Детектор 3 должен легко надеваться, но в тоже время плотно облегать основную фалангу В. После включения фотоплетизмографа врач с помощью клавиатуры 2 вводит в персональный компьютер PC данные о пациенте, дату обследования и другие данные, связанные с методикой обследования. Далее врач с помощью пульта управления 1 и радиопередатчика 4 посылает команду на электронный блок 19 управления работой светодиодов, расположенный в детекторе 3, для включения соответствующего режима работы светодиодов, например поочередный режим работы красного и инфракрасного светодиодов длительностью 0,5 с. Результирующий сигнал с выхода светодиода 18 через радиопередатчик 29 и радиоприемник 34 поступает в блок 39 обработки электронного сигнала, входящего в состав ЭВМ персонального компьютера PC пульта управления 1, где проходит обработку по соответствующей программе, в результате чего на экран персонального компьютера PC выводятся данные о состоянии сердечнососудистой системы пациента.

Отсутствие соединительных проводов между пультом управления и детекторами фотоплетизмографа облегчает работу обслуживающего персонала и повышает оперативность обследования.

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 f_p. В корпусе оптоэлектронного детектора размещен миниатюрный радиоприемник, настроенный на частоту f_р и соединенный с электронным блоком управления работой светодиодов. В корпусе оптоэлектронного детектора размещен миниатюрный радиопередатчик, работающий на частоте f_d, сигнал на который поступает с выхода АЦП. В пульте управления установлен радиоприемник, настроенный на частоту f_d 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.

1. Фотоплетизмограф, содержащий оптоэлектронный детектор пульсовой волны потока крови в пальце пациента с двумя светодиодами, работающими соответственно в красной и инфракрасной областях спектра, закрепленными в корпусе, выполненном с возможностью крепления на фаланге пальца пациента, подключенными к электронному блоку управления работой светодиодов, и фотодиодом, соединенным с операционным усилителем, аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и электронным блоком обработки электрического сигнала, а также пульт управления, оснащенный компьютером, и источник питания, отличающийся тем, что пульт управления дополнен радиопередатчиком, работающий на частоте ƒ_р, а в корпусе оптоэлектронного детектора, выполненном из диэлектрика в форме кольца с ячейками для светодиодов и фотодиода, размещен миниатюрный радиоприемник, настроенный на частоту ƒ_р и соединенный с электронным блоком управления работой светодиодов, кроме того, в корпусе оптоэлектронного детектора размещен миниатюрный радиопередатчик, работающий на частоте ƒ_d, сигнал на который поступает с выхода АЦП, а в пульте управления установлен радиоприемник, настроенный на частоту ƒ_d и соединенный с электронным блоком обработки электрического сигнала.

2. Фотоплетизмограф по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен комплектом оптоэлектронных детекторов с внутренним диаметром корпусов от 16 до 22 мм.

3. Фотоплетизмограф по пп. 1, 2, отличающийся тем, что фотодиод закреплен в ячейке, расположенной на поверхности внутреннего кольца корпуса, а светодиоды находятся в ячейках, удаленных от центра фотодиода на угловое расстояние приблизительно ±130°.

4. Фотоплетизмограф по пп. 1, 2, отличающийся тем, что фотодиод закреплен в ячейке, расположенной на поверхности внутреннего кольца корпуса, а светодиоды находятся в ячейках, удаленных от центра фотодиода на угловое расстояние приблизительно ±40°.