СИСТЕМА И СПОСОБ ОПТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА Российский патент 2019 года по МПК A61B5/26 A61B5/24 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к оптическому анализу образцов, например, части тела. Примеры оптического анализа включают получение частоты сердечных сокращений на основе фотоплетизмограммы или определение насыщения артериальной крови кислородом с помощью пульсовой оксиметрии (SpO2).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Фотоплетизмографические (ФПГ, PPG) датчики, такие как приборы для мониторинга частоты сердечных сокращений или пульсовые оксиметры, широко используются в медицине, спорте и для поддержания здоровья. В целом, в них используется источник искусственного света, такой как светоизлучающий диод (СИД), который излучает свет в кожу пользователя. Излученный свет рассеивается в коже, где он частично поглощается кровью. Отраженный или пропущенный свет покидает кожу, и его захватывает фотодетектор. В результате, сигнал фотодетектора является показателным в отношении объема крови. При пульсации тока крови происходит изменение объема крови в коже. Таким образом, изменение сигнала на фотодетекторе происходит непосредственно в ответ на пульсацию. Следовательно, датчик непосредственно измеряет пульс пользователя в коже и может, таким образом, определить фактическую частоту сердечных сокращений пользователя в конкретный момент.

Оксиметры крови, в частности пульсовые оксиметры, широко используются для измерения насыщения крови пациента кислородом. Они обеспечивают простой неинвазивный способ мониторинга процентного содержания гемоглобина, насыщенного кислородом. Непрерывный мониторинг насыщения кислородом посредством пульсовой оксиметрии представляет собой стандартную процедуру наблюдения, используемую в операционных, палатах посленаркозного наблюдения, палатах интенсивной терапии и отделениям неотложной помощи.

Как правило, пульсовый оксиметр содержит два светоизлучающих диода или набор светоизлучающих диодов, которые излучают свет с различными длинами волн, как правило, в красной и инфракрасной части спектра, соответственно. Часть излученного света, прошедшую через ткань части тела пациента, как правило, фаланги пальца или мочки уха, или отраженную от нее, собирают посредством фотодетектора, как правило, фотодиода.

Поглощение этих волн различной длины отличается для оксигемоглобина и его деоксигенированной формы, так что процентное содержание гемоглобина, насыщенного кислородом, может быть определено из соотношения собранного красного света и инфракрасного излучения.

В этих известных системах для оптического измерения частоты сердечных сокращений и измерения насыщения кислородом, в качестве источника света, как правило, используют СИД. Соотношение сигнал-шум собранного сигнала света (после отражения или пропускания образцом) ограничено соотношением сигнал-шум СИД источника. По этой причине, необходим драйвер СИД относительно высокого качества. Как правило, для схем такого драйвера СИД необходимо соотношение сигнал-шум более 80 дБ.

Поскольку системы для оптического измерения частоты сердечных сокращений и насыщения кислородом становятся более распространенными, проблема затрат становится более актуальной. Например, предложено использовать системы для мониторинга пульса в часах. Таким образом, проблема потребления мощности также становится более актуальной.

Следовательно, более актуальными становятся проблемы уменьшения затрат и получения драйвера СИД низкой мощности. Таким образом, существует необходимость в обеспечении комбинации СИД и его драйвера низкой мощности и с меньшими затратами, которая обеспечивала бы возможность получения сигналов с достаточно высоким соотношением сигнал-шум. Драйвер СИД отвечает за значительную часть затрат и мощности системы, так что особенно желаемым является упрощение драйвера СИД. Подобным образом, драйвер с меньшими затратами для лазерного диода будет выдавать более зашумленный выходной сигнал лазерного диода, так что эти же проблемы имеют место для других типов источника света, таких как лазерные диоды.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение определено в пунктах формулы изобретения.

Согласно примерам, в соответствии с аспектом настоящего изобретения предусмотрена система для оптического анализа, содержащая:

источник света для освещения анализируемого образца;

драйвер для управления источником света;

фотодетектор, предназначенный для приема света, отраженного анализируемым образцом или прошедшего через него, и генерирования сигнала датчика;

первую схему обработки сигнала, предназначенную для обработки сигнала датчика и содержащую трансимпедансный усилитель;

вторую схему обработки сигнала, предназначенную для обработки электрического сигнала, выданного драйвером и характеризующего сигнал управления, подаваемый на источник света, причем вторая схема обработки сигнала содержит фильтр с частотной характеристикой фильтра, соответствующей частотной передаточной характеристике трансимпедансного усилителя; и

схему компенсации для последующей обработки сигнала датчика для улучшения соотношения сигнал-шум с использованием обработанного электрического сигнала.

Электрический сигнал, выдаваемый драйвером, функционирует в качестве сигнала мониторинга, характеризующего качество светового выходного сигнала, поскольку он основан на сигнале управления источника света. Данный сигнал мониторинга обрабатывают с помощью передаточной функции, которая максимально возможно соответствует передаточной функции обработки сигнала фотодетектора. Таким образом, имеет место обработка сигнала управления источника света полностью в электрической области, а также обработка сигнального пути, которая включает электро-оптическое преобразование, выполняемое источником света, и опто-электрическое преобразование, выполняемое фотодетектором. При последующей обработке сигнала датчика реализована функция подавления, которая может подавить шум, обусловленный драйвером источником света.

Источник света может содержать СИД-сборку, при этом сигнал управления представляет собой ток управления, передаваемый через СИД-сборку. Таким образом, система выполнена с возможностью подавления шума драйвера СИД, так что обеспечен драйвер СИД с меньшими затратами и низкой мощностью.

Первая схема обработки сигнала содержит трансимпедансный усилитель. Он выполняет преобразования тока фотодетектора в напряжение.

Вторая схема обработки сигнала содержит фильтр с частотной характеристикой фильтра, соответствующей частотной передаточной характеристике трансимпедансного усилителя. Например, трансимпедансный усилитель, как правило, имеет характеристику фильтра нижних частот, а фильтр, используемый для обработки электрического сигнала, выбирают для обеспечения соответствующей функции фильтрации.

Первая схема обработки сигнала может содержать первую схему интегратора и первый аналогово-цифровой преобразователь. Интегратор используется для сбора сигнала за заданный временной промежуток. Вторая схема обработки сигнала, предпочтительно, содержит вторую схему интегратора, которая соответствует первой схеме интегратора, и второй аналогово-цифровой преобразователь. Таким образом, обеспечено максимально возможное соответствие между обработкой электрического сигнала и обработкой сигнала фотоприемника, так что любой спектр частоты шумов, присутствующий в сигнале фотодетектора, дублируется в обработанном электрическом сигнале.

Управление первой и второй схемами интегратора, а также первым и вторым аналогово-цифровыми преобразователями, осуществляется, например, с помощью одних и тех же сигналов синхронизации.

Схема компенсации может содержать:

схему нормализации, предназначенную для нормализации обработанного электрического сигнала и выдачи множителя, представляющего собой обратную величину нормализованного обработанного электрического сигнала; и

элемент масштабирования, который выдает коэффициент масштабирования, соответствующий множителю.

Схема нормализации извлекает изменения обработанного электрического сигнала. Путем их инверсии для формирования множитель усиления, любые соответствующие изменения в обработанном сигнале фотодетектора подавляются.

Электрический сигнал содержит, например, напряжение на токочувствительном резисторе, через который проходит ток источника света. Например, он обеспечивает прямое представление тока СИД, в том числе любого шума, обусловленного драйвером СИД.

Могут быть использованы другие электрические сигналы. Например, может быть сгенерирован сигнал тока с использованием токового зеркала. Пути обработки сигнала для тока фотодетектора и отраженного с помощью зеркала тока снова могут быть сопоставлены.

Драйвер может содержать транзистор управления, на который подают управляющее напряжение (затвор транзистора или базу) для генерирования тока, проходящего через источник света. Это обеспечивает базовую архитектуру драйвера. Шум, исходящий от схемы базового транзистора, может быть компенсирован конструкцией схемы.

Система может представлять собой часть оксиметра или оптического прибора для мониторинга частоты сердечных сокращений. Безусловно, оксиметр или оптический прибор для мониторинга частоты сердечных сокращений будут содержать другие функциональные блоки, например, для обработки захваченных сигналов.

Настоящим изобретением также предусмотрен способ оптического анализа, включающий:

освещение анализируемого образца с использованием источника света;

прием света, отраженного от анализируемого образца или прошедшего через него, и генерирование сигнала датчика в ответ на это;

обработку сигнала датчика с использованием первой схемы обработки сигнала, которая содержит трансимпедансный усилитель;

обработку электрического сигнала, характеризующего сигнал управления, подаваемый на источник света, с использованием второй схемы обработки сигнала, причем вторая схема обработки сигнала содержит фильтр с частотной характеристикой фильтра, соответствующей частотной передаточной характеристике трансимпедансного усилителя; и

последующую обработку сигнала датчика для улучшения соотношения сигнал-шум с использованием обработанного электрического сигнала.

Обработанный электрический сигнал от драйвера используют для компенсации шума, который был включен в оптический сигнал (т.е. выходной сигнал СИД) драйвером источника света. Обработка сигнала датчика и обработка электрического сигнала могут быть основаны на соответствующих частотных передаточных функциях.

Последующая обработка включает, например, нормализацию обработанного электрического сигнала, выдачу множителя, представляющего собой обратную величину нормализованного обработанного электрического сигнала, и выдачу усиления, соответствующего множителю.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Примеры настоящего изобретения будут описаны подробно далее со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

на фиг. 1 изображен базовый драйвер СИД, который может быть использован в качестве части системы для оптического анализа;

на фиг. 2 изображена система для оптического анализа;

на фиг. 3 изображены временные диаграммы, поясняющие работу схемы по фиг. 3;

на фиг. 4 изображены временные диаграммы, демонстрирующие преимущество схемы по фиг. 3; и

на фиг. 5 изображен способ оптического анализа.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящим изобретением предусмотрены система и способ оптического анализа, при котором образец анализируют с использованием источника света. Оптический сигнал датчика обрабатывают с использованием первой схемы обработки сигнала, а электрический сигнал, характеризующий сигнал управления (например, ток управления), подаваемый на источник света, обрабатывают с использованием второй схемы обработки сигнала. Сигнал датчика повергают последующей обработке для улучшения соотношения сигнал-шум с использованием обработанного электрического сигнала в качестве опорного значения.

На фиг. 1 изображен пример простой реализации драйвера 10 СИД для генерирования тока управления, который проходит через источник света, в виде СИД-сборки 12. Драйвер 10 содержит транзистор 16 управления, к которому подают управляемое базовое напряжение для генерирования тока, проходящего через СИД-сборку. Напряжение VREG регулирования подают к неинвертирующему входу рабочего усилителя 14, а эмиттерное напряжение подают обратно на инвертирующий вход усилителя 14.

Ток ILED управления проходит через чувствительный резистор 18 (с сопротивлением R), а напряжение на чувствительный резистор 18 функционирует в качестве сигнала VMON мониторинга.

Рабочий усилитель регулирует напряжение на резистор 18, так что оно равняется напряжению VREG регулирования.

Как правило, желательно, чтобы соотношение сигнал-шум в токе управления было больше 80 дБ. С этой целью, соотношение сигнал-шум в VREG должно быть по меньшей мере высоким. Кроме того, напряжение VANODE питания должно поступать из регулируемого источника, так что оно не падает слишком низко, то есть VANODE > ILED * R + VCE + VLED.

VLED представляет собой перепад напряжения в СИД, а VCE представляет собой напряжение «коллектор-эмиттер» транзистора.

В целом, для генерирования VANODE необходим повышающий преобразователь. Повышающий преобразователь должен быть выполнен так, чтобы при любых обстоятельствах, в том числе при пиковых значениях тока, генерировалось достаточное напряжение.

Сигнал VMON мониторинга пропорционален току ILED СИД. В данном сигнале мониторинга представлено любое понижение соотношения сигнал-шум тока СИД. Если в VREG присутствует шум, то шум будет в токе СИД и, следовательно, также в сигнале мониторинга. Если VANODE на время падает слишком низко, то это приведет к шуму в токе СИД и, следовательно, в сигнале мониторинга.

Если необходим чувствительный резистор 18 малого тока, для увеличения амплитуды VMON может быть использован усилитель.

Настоящим изобретением предусмотрена система, которая уменьшает требования к напряжениям питания и управления, используемым в схеме драйвера по фиг. 1, за счет обеспечения активного подавления шума сигнала.

На фиг. 2 схематически показана предлагаемая система.

СИД-сборка 12 излучает импульсный свет, а фотодетектор (например, фотодиод) 22 собирает свет после отражения или прохождения через анализируемый образец 23, который, как правило, представляет собой палец, мочку уха, запястье или другую часть тела.

Фотодетектор 22 генерирует первый сигнал s1 электрического тока, который усиливается трансимпедансным усилителем (ТИУ) 24. Он выполняет преобразования тока в напряжение и усиление для генерирования сигнала s2 напряжения.

Усилитель 24 представляет собой усилитель низких частот.

Импульс сигнала s2 интегрируют с использованием основного интегратора 26 для генерирования сигнала s3. Интегрирование выполняют синхронно с генерированием импульса света. Эта синхронизация изображена позицией 27.

После интегрирования выполняют преобразование основного сигнала s3 в цифровую форму посредством аналогово-цифрового (А-Ц) преобразователя 30 с выдачей в результате цифрового сигнала d1.

В дополнение к основному интегратору 26, для интегрировании сигнала, обнаруженного фотодетектором в те моменты времени, когда импульс СИД отсутствует, используют интегратор 28 сигнала окружающей среды. Данный сигнал естественного освещения вычитают из основного сигнала в блоке А-Ц преобразователя 30 перед А-Ц преобразованием. Данный аспект не является релевантным для способа подавления шума, описанного ниже, который касается только периодов времени работы драйвера СИД.

Усилитель 24, интеграторы 26, 28 и аналогово-цифровой преобразователь 30 могут быть учтены совместно для определения первой схемы обработки сигнала, предназначенной для обработки сигнала датчика (т.е. фотодетектора).

Шум от драйвера СИД будет присутствовать в сигнале d1. Частота дискретизации сигнала d1 равняется частоте дискретизации тактового генератора, которая может составлять, например, 128 Гц. Как правило, шум в драйвере СИД может иметь частоты, которые превышают частоту дискретизации. Однако данный шум свертывается обратно в сигнал d1 ввиду алиасинга. Это означает, что широкополосный шум в драйвере СИД может привести к тому, что в сигнале d1 будет присутствовать шум.

Сигнал VMON мониторинга от драйвера 10 СИД подается в отдельный канал мониторинга. Этот сигнал обозначен как s4.

Канал мониторинга содержит фильтр 34 нижних частот, интегратор 36 сигнала мониторинга и А/Ц преобразователь 38.

Фильтр 34 нижних частот обладает такой же низкочастотной характеристикой, что и транскондуктивный усилитель 24. В более общем смысле, частотная характеристика фильтра 34 соответствует частотной передаточной характеристике трансимпедансного усилителя.

Разумеется, сигналы s1 и s4 будут отличаться. Сигнал s1 будет содержать дополнительный шум, являющийся следствием электронно-оптического преобразования, оптоэлектронного преобразования и оптического сигнального пути. Эти источники дополнительного шума не будут подавлены. Примеры источников такого шума включают естественное освещение, изменения оптического контакта, артефакты движения и т.д. Однако анализируемая ткань остается линейной средой и, следовательно, изменения тока СИД непосредственно переходят в изменения s1. Таким образом, частотная передаточная функция, обусловленная взаимодействием света с образцом, является незначительной.

Интегратор 36 мониторинга обладает такой же характеристикой, что и основной интегратор 26, и запускается синхронно с ним с использованием одного и того же сигнала 27 синхронизации. В результате, шум в обработанном и оцифрованном сигнале d2 мониторинга пропорционален шуму в обработанном и оцифрованном сигнале d1 датчика, в том числе любому шуму, являющемуся следствием алиасинга. Это действительно так, поскольку шум в сигнале s4 мониторинга пропорционален шуму в сигнале s1 света, а характеристики функции переноса частоты у канала мониторинга и у основного канала датчика выполнены одинаковыми. Канал мониторинга и основной канал датчика работают синхронно.

Сигнал d2 нормализуют так, что он обладает единым уровнем постоянного тока с сигналом шума, наложенным сверху. После этого берут обратное значение. Данные этапы выполняют в блоке 40 обработки. Сигнал нормализуют путем фильтрации нижних частот для извлечения составляющей постоянного тока, а масштабирование выполняют в качестве функции уровня постоянного тока. После этого берут обратное значение. Таким образом, блок 40 обработки может быть рассмотрен в качестве схемы нормализации. На практике, данная нормализация включает цифровую обработку сигналов, при этом блок обработки представляет собой, например, процессор цифровой обработки сигналов.

Выходным сигналом блока 40 обработки является множитель m1, который используют для управления усилителем 32 с переменным усилением, который умножает сигнал d1 на множитель m1 для «выдачи» выходного сигнала. Этот усилитель 32 с переменным усилением можно рассматривать в качестве масштабирующего элемента ввиду того, что он может применять усиление менее единицы или более единицы. После этого, множитель m1 представляет собой коэффициент масштабирования.

Блок 40 обработки и элемент 32 с переменным усилением вместе могут быть рассмотрены как определяющие схему компенсации, которая выполняет последующую обработку сигнала d1 датчика для улучшения соотношения сигнал-шум с использованием обработанного электрического сигнала d2.

Таким образом, шум драйвера СИД подавлен.

На фиг. 3 изображены формы волн во время импульса СИД.

На верхнем графике изображены сигналы в основном канале, в частности, входной сигнал s1 на трансимпедансный усилитель 24, выходной сигнал s2 трансимпедансного усилителя и выходной сигнал s3 основного интегратора 26.

Можно четко видеть усиление трансимпедансного усилителя, а также функцию интегрирования.

На нижнем графике изображены сигналы в канале мониторинга, в частности, сигнал s4 мониторинга (т.е. VMON на фиг. 1), выходной сигнал s5 фильтра 34 низких частот и выходной сигнал s6 интегратора 36 мониторинга.

Можно видеть функцию фильтрации с колебаниями высоких частот.

Переключатели основного интегратора 26 и интегратора 36 мониторинга замкнуты примерно 5,8x10-4 - 7,5x10-4 секунд. В этом интервале интегрируют отфильтрованный сигнал s5 мониторинга и выходной сигнал s2 трансимпедансного усилителя.

На фиг. 4 изображены сигналы d1, d2 и «выходной сигнал» («out»).

Сигнал d1 представляет собой сигнал измерения, содержащий составляющую шума, являющуюся результатом шума драйвера СИД. Сигнал d2 представляет собой сигнал с соответствующим шумом после обработки в канале мониторинга. «Выходной сигнал» («out») представляет собой сигнал, в котором шум был подавлен.

На фиг. 4 изображено, что сигналы d1 и d2 обладают разными амплитудами, поскольку два каналы не идентичны. Сигнал датчика содержит усиление в трансимпедансном усилителе 24, он также содержит два этапа оптоэлектронного преобразования, а также затухание сигнала в образце. Однако частотные передаточные характеристики у двух каналов относительно составляющей шума выполнены одинаковыми.

За счет нормализации сигнала d2 форма шума сохраняется и данная форма шума после этого используется для подавления соответствующего шума, присутствующего в сигнале d2 датчика. Как изображено, получаемый в результате выходной сигнал по существу не содержит шума.

Таким образом, комбинируют канал электрической обработки и канал оптической обработки для обеспечения возможности подавления шума.

Настоящее изобретение может быть применено к системам для пульсовой оксиметрии, как разъяснено выше, а также в целом к системам для оптического анализа, в которых шум драйвера СИД является проблемой.

Помимо измерения частоты сердечных сокращений и насыщения кислородом (SpO2), могут быть измерены другие составляющие крови, такие как глюкоза или общий гемоглобин, карбоксигемоглобин, метгемоглобин, индекс перфузии или индекс вариабельности плетизмограммы. Также известно, что из ФПГ сигнала может быть получена частота дыхания.

Анализируемый образец не обязательно должен быть частью тела. Системы, которые выполняют оптическое обнаружение наличия или измерение концентрации других целей в среде, например, бактерии в таком образце, как молоко, также могут получить преимущество от улучшенного соотношения сигнал-шум, обеспечиваемого настоящим изобретением.

Использование напряжения на токочувствительном резисторе, в качестве электрического сигнала, выдаваемого драйвером, является только одним примером. Электрический сигнал может представлять собой любой сигнал, содержащий тот же шум, что и будет присутствовать в оптическом выходном сигнале. Например, электрический сигнал может содержать ток от токового зеркала.

Драйвер СИД с одним транзистором является только одним примером простой схемы драйвера тока, которая может быть использована. Могут быть использованы другие драйверы СИД. Например, регулирование с использованием рабочего усилителя не является обязательным, и могут быть использованы другие транзисторные схемы или диодно-транзисторные схемы. Применение настоящего изобретения может происходить в течение времени, пока электрический сигнал может быть извлечен из драйвера, который содержит составляющую шума, соответствующую шуму в оптическом выходном сигнале.

Система для мониторинга частоты сердечных сокращений, основанная на ФПГ, может использовать только одну длину волны света, такую как длина волны 525 нм зеленого света. Такое устройство может функционировать в качестве отражающего ФПГ датчика, выполненного с возможностью ношения на запястье.

Кроме того, прибор для мониторинга частоты сердечных сокращений может использовать множество длин волн света, а для уменьшения артефактов, обусловленных, например, движением, может быть использована дополнительная информация.

В системах для пульсовой оксиметрии, предназначенных для измерения насыщения кислородом, СИД-сборка, как правило, предназначена для генерирования света и оптического излучения в красном и инфракрасном диапазонах. СИД-сборка может содержать отдельные СИД для различных диапазонов частот или оно может содержать СИД широкого спектра для выдачи освещения в обоих диапазонах. Подобным образом, фотодетектор реагирует на свет в обоих диапазонах, и он может содержать отдельные поверхности обнаружения или одну широкополосную поверхность обнаружения.

В большинстве систем, отправка инфракрасных импульсов происходит последовательно (как правило, также с промежуточным периодом, в котором отсутствует активное освещение, для измерения влияния естественного освещения), однако освещение также может быть одновременным. Таким образом, может быть предусмотрено два фотодетектора, которые обладают различными спектрами чувствительности.

Если множество длин волн представляет собой длины волн с временным мультиплексированием, схема, изображенная на фиг. 2, в целом повторяется, за исключением широкополосного фотодетектора и трансимпедансного усилителя, которые могут быть общими для всех длин волн.

На фиг. 5 изображен способ оптического анализа. Способ начинают с этапа 50.

На этапе 52 анализируемый образец освещают с использованием источника оптического излучения, такого как СИД-сборка, путем подачи сигнала управления, например, путем подачи тока на СИД-сборку.

На этапе 54 свет, отраженный от анализируемого образца или прошедший через него, принимают фотодетектором и в ответ генерируют сигнал датчика.

На этапе 56 сигнал датчика обрабатывают с использованием первой схемы обработки сигнала.

На этапе 58 электрический сигнал (выданный драйвером 10), характеризующий сигнал управления, подаваемый на источник света, такой как ток, подаваемый на СИД-сборку, обрабатывают с использованием второй схемы обработки сигнала.

На этапе 60 сигнал датчика подвергают последующей обработке для улучшения соотношения сигнал-шум с использованием обработанного электрического сигнала. Способ завершают этапом 62.

Как правило, источник света представляет собой СИД-сборку, как описано выше, однако может быть использован лазерный источник света, такой как лазерный диод. Это не изменяет способ функционирования подавления шума. В частности, шум в сигнале управления, подаваемом к лазерному диоду (например, регулируемый ток, регулируемое напряжение или их комбинация), приведет к шуму в оптическом выходном сигнале. Система, в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивает возможность надежного подавления данного шума. Следует отметить, что сигнал управления может представлять собой ток и/или напряжение.

Фотодетектор может представлять собой отдельный фотодиод или матрицу фотодиодов, или другое средство для обнаружения света, такое как прибор с зарядовой связью.

Другие вариации описанных вариантов реализации могут быть поняты и реализованы специалистом в данной области техники при осуществлении заявленного изобретения на практике после ознакомления с чертежами, описанием и приложенной формулой изобретения. В пунктах формулы изобретения слово «содержит» не исключает другие элементы или этапы, а грамматические показатели единственного числа не исключают множественное число. Сам по себе тот факт, что определенные меры перечислены в отдельных друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация таких мер не может быть с успехом использована. Все ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие ее объем.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам оптического анализа. Система оптического анализа для измерения частоты сердечных сокращений и насыщения крови кислородом содержит источник света для освещения анализируемого образца, драйвер для управления источником света, фотодетектор для приема света, отраженного анализируемым образцом или прошедшего через него, и генерирования сигнала датчика, первую схему обработки сигнала для обработки сигнала датчика, содержащую трансимпедансный усилитель, вторую схему обработки сигнала для обработки электрического сигнала, поступающего от драйвера и характеризующего сигнал управления, подаваемый на источник света, причем вторая схема обработки сигнала содержит фильтр с частотной характеристикой фильтра, соответствующей частотной передаточной характеристике трансимпедансного усилителя, и схему компенсации для последующей обработки сигнала датчика для улучшения соотношения сигнал-шум с использованием обработанного электрического сигнала. Способ оптического анализа для измерения частоты сердечных сокращений и насыщения крови кислородом осуществляется посредством системы. Использование изобретений позволяет повысить соотношение сигнал-шум при снижении затрат на драйвер СИД. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система оптического анализа для измерения частоты сердечных сокращений и насыщения крови кислородом, содержащая:

источник (12) света для освещения анализируемого образца;

драйвер (10) для управления источником света;

фотодетектор (22) для приема света, отраженного анализируемым образцом или прошедшего через него, и генерирования сигнала датчика;

первую схему (24, 26, 28, 30) обработки сигнала для обработки сигнала датчика, содержащую трансимпедансный усилитель (24);

вторую схему (34, 36, 38) обработки сигнала для обработки электрического сигнала, поступающого от драйвера (10) и характеризующего сигнал управления, подаваемый на источник света, причем вторая схема обработки сигнала содержит фильтр с частотной характеристикой фильтра, соответствующей частотной передаточной характеристике трансимпедансного усилителя; и

схему (32, 40) компенсации для последующей обработки сигнала датчика для улучшения соотношения сигнал-шум с использованием обработанного электрического сигнала.

2. Система по п. 1, в которой первая схема обработки сигнала содержит первую схему (26) интегратора и первый аналогово-цифровой преобразователь (30).

3. Система по п. 2, в которой вторая схема обработки сигнала содержит вторую схему (36) интегратора, которая соответствует первой схеме (26) интегратора, и второй аналогово-цифровой преобразователь.

4. Система по п. 3, в которой управление первой и второй схемами интегратора, а также первым и вторым аналогово-цифровыми преобразователями реализовано с помощью одних и тех же сигналов синхронизации.

5. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой схема компенсации содержит:

схему (40) нормализации для нормализации обработанного электрического сигнала и выдачи множителя, представляющего собой обратную величину нормализованного обработанного электрического сигнала; и

элемент (32) масштабирования, который выдает коэффициент масштабирования, соответствующий множителю.

6. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой электрический сигнал содержит напряжение на токочувствительном резисторе (18), через который пропущен ток управления источника света.

7. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой драйвер (10) содержит транзистор (16) управления, на который подано управляющее напряжение для генерирования тока, проходящего через источник света.

8. Система по любому из предыдущих пунктов, содержащая:

оксиметр или

оптический прибор для мониторинга частоты сердечных сокращений.

9. Способ оптического анализа для измерения частоты сердечных сокращений и насыщения крови кислородом, включающий:

освещение анализируемого образца с использованием источника света;

прием света, отраженного от анализируемого образца или прошедшего через него, и генерирование сигнала датчика в ответ на это;

обработку сигнала датчика с использованием первой схемы (24, 26, 28, 30) обработки сигнала, которая содержит трансимпедансный усилитель (24);

обработку электрического сигнала, характеризующего сигнал управления, подаваемый на источник света, с использованием второй схемы (34, 36, 38) обработки сигнала, причем вторая схема обработки сигнала содержит фильтр с частотной характеристикой фильтра, соответствующей частотной передаточной характеристике трансимпедансного усилителя; и

последующую обработку сигнала датчика для улучшения соотношения сигнал-шум с использованием обработанного электрического сигнала.

10. Способ по п. 9, в котором обработка сигнала датчика и обработка электрического сигнала основаны на соответствующих частотных передаточных функциях.

11. Способ по п. 9 или 10, в котором обработка сигнала датчика и обработка электрического сигнала включают интегрирование сигнала и аналогово-цифровое преобразование, управляемое одними и теми же сигналами синхронизации.

12. Способ по любому из пп. 9-11, в котором последующая обработка включает:

нормализацию обработанного электрического сигнала,

выдачу множителя, представляющего собой обратную величину нормализованного обработанного электрического сигнала, и

обеспечение усиления, соответствующего множителю.

13. Способ по любому из пп. 9-12 для применения в:

оксиметрии или

оптическом мониторинге частоты сердечных сокращений.