Датчик для оптического церебрального оксиметра, устройство фиксации датчика к голове пациента и способ работы датчика Российский патент 2022 года по МПК A61B5/1455 

Группа изобретений относится к медицине и медицинской технике, а именно к оптической церебральной оксиметрии (средствам оценки насыщения кислородом крови коры головного мозга), и предназначена для регистрации обратного рассеянного излучения при облучении лобной области головы пациента светом ближнего инфракрасного диапазона.

Оптическая церебральная оксиметрия - неинвазивный метод оценки параметров гемодинамики и, в частности, уровня оксигенации крови тканей головного мозга, использующий принципы спектроскопии в ближнем инфракрасном свете (БИКС) - области диагностики, известной в зарубежной литературе как Near-Infrared Spectroscopy (NIRS). Возможности БИКС применительно к оптической церебральной оксиметрии определяются так называемым оптическим окном прозрачности в тканях головы в диапазоне длин волн 700 - 950 нм, в котором общее поглощение света в тканях не велико, за счет чего свет может проникать глубоко в них, а основными хромофорами (поглотителями света) являются оксигенированная и деоксигенированная (восстановленная, редуцированная) фракции гемоглобина крови (HbO₂, HbR).

На Фиг. 1 приведены спектры поглощения HbO₂ и HbR в диапазоне длин волн 700 - 1000 нм. Точка пересечения графиков называется изобестической. Освещая ткани мозга на нескольких длинах волн из указанного спектрального диапазона и регистрируя обратно рассеянный свет, можно получить данные о коэффициентах поглощения света на выбранных длинах волн. Это позволяет оценить степень функциональной сатурации (оксигенации) крови тканей головного мозга SctO₂ (тканевой сатурации) или даже вычислить концентрации отдельных хромофоров, например, упомянутых окси- и дезоксигемоглобинов . По определению функциональная сатурация крови представляет собой:

где и - концентрации окси- и дезоксигемоглобина соответственно.

Если пренебречь поглощением других хромофоров в тканях, то для оценки SctO₂ требуется измерить обратно рассеянный свет минимум на двух длинах волн. При этом длины волны должны быть выбраны либо по разные стороны от изобестической точки, чтобы поглощение HbO₂ и HbR для них было максимально различно, либо одна из длин волн выбирается соответствующей изобестической точке (в районе 805 нм), в которой HbO₂ и HbR обладают одинаковым уровнем поглощения, а вторая с максимальным различием в поглощении. В частности, использование изобестической точки удобно при определении полной концентрации гемоглобина крови отражающей объемное кровенаполнение тканей.

Устройства, реализующие данный способ оценки сатурации крови тканей коры головного мозга, называются оптическими церебральными оксиметрами (ОЦО).

В уровне техники известно два основных режима проведения измерений ОЦО, отличающихся временными характеристиками освещения тканей зондирующим излучением - режим амплитудных и режим фазовых измерений. Первый режим - режим амплитудных измерений - требует непрерывного облучения тканей постоянной мощностью излучения на интервале времени измерений минимум в несколько миллисекунд. Этого времени часто достаточно для проведения измерений в заданный момент времени (для получения одной временной «точки» измерения). Другой режим - режим фазовых измерений - требует высокочастотной модуляции мощности излучения во времени. Так, в одной из известных реализаций режима фазовых измерений, излучение модулируется непрерывно по мощности синусоидой с частотой 0.3 - 1000 МГц [Пика Т.О., Сафонова Л.П. Расчетные параметры тканевой оксиметрии в медицине критических состояний // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2012. - №. 10. - С. 053-062]. Такой режим часто называется частотным. В другой реализации режима фазовых измерений облучение ткани ведется короткими импульсами от нано- до фемтосекундной длительности (иногда его называют «временной») [Пика Т.О., Сафонова Л.П. Расчетные параметры тканевой оксиметрии в медицине критических состояний // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2012. - №. 10. - С. 053-062]. Основное преимущество режима амплитудных измерений - относительная простота технической части устройства, возможность хорошей стабилизации мощности излучения излучателя в период его работы и, соответственно, устранение помех, связанных с нестабильностью его мощности, дешевизна реализации. Это обуславливает его использование во многих современных ОЦО. Несмотря на то, что режимы фазовых измерений часто считаются более удобными с точки зрения борьбы с шумами, основное преимущество режима амплитудных измерений - относительная простота технической части устройства, возможность хорошей стабилизации мощности излучения излучателя в период его работы и, соответственно, устранение помех, связанных с нестабильностью его мощности, дешевизна реализации. Это обуславливает его использование во многих современных ОЦО.

Также известно из уровня техники, что для более точного определения функциональной сатурации тканей коры головного мозга измерения необходимо проводить на каждой стороне головы (левая и правая) на двух разных расстояниях между источником излучения и фотоприемником с тем, чтобы учесть поглощение света вышележащими слоями тканей головы, например, кожи лба. Измерения на более близком расстоянии между источником излучения и фотоприемником дают информацию о поглощении света в поверхностных тканях головы, а измерения на более далеком расстоянии - о поглощении света и поверхностными тканями, и тканями коры головного мозга одновременно. Соответственно, при правильно выбранных расстояниях разница в результатах таких двух измерений будет соответствовать только поглощению света в тканях коры головного мозга.

Известны способы и устройства оптической церебральной оксиметрии, а также конструкции оптических датчиков для ОЦО (церебральные датчики), например, описанные в патентах US 5217013, US 5465714, US 5482034, US 5584296, US 5902235 (см., например, Фиг. 2)

Все датчики перечисленных аналогов объединены общей идеологией, которая предполагает установленные на гибкой основе (в гибком корпусе) источники света, освещающие ткани головы, а также два или более фотодетектора, представляющие собой фотодиоды, регистрирующие выходящее из обследуемых тканей обратно рассеянное и ослабленное за счет поглощения в тканях излучение источников света. Источники света обычно представляют собой маломощные светоизлучающие диоды (светодиоды) или любые другие узкополосные источники света, работающие в разных спектральных диапазонах ближнего инфракрасного диапазона спектра. В том числе, в ряде конструкций используются лазеры, а иногда и свет от широкополосного источника, спектрально ограниченный узкополосными оптическими фильтрами и доставляемый к тканям с помощью оптического волокна. Фотодетекторы в описываемых датчиках церебральных оксиметров расположены на одной оси с источниками света и лежат по одну сторону от источника на различных от него расстояниях, причем, чтобы примерно выровнять сигналы обоих фотоприемников по уровню, более дальний от источника фотоприемник может иметь в 1.5 - 2 раза большую площадь светочувствительной площадки, т.к. свет, доходящий до него, ослаблен в большее число раз. Такая схема обеспечивает возможность раздельного учета вкладов в сигнал от более глубоких областей головы (ткани коры головного мозга), которые и являются целевыми в исследовании, и более поверхностных (периферические ткани, такие как кожа и черепная кость). Источник света может состоять из двух или более светодиодов, попеременно и непрерывно на интервале времени в несколько миллисекунд излучающих свет с максимумом интенсивности на разных длинах волн внутри указанного диапазона 700 - 950 нм. Конкретно в патенте US 5482034 указано, что ближний и дальний фотодетекторы находятся на расстоянии, соответственно, 30 мм и 40 мм от источника света и содержат фотодиоды с разной площадью рабочей области, в частности, ближний фотодетектор с площадью 7.5 мм², а дальний с площадью 15 мм². Источник света в этой конструкции состоит из двух светодиодов с длинами волн в максимуме полосы излучения 760 нм и 803 нм.

Сигнал с каждого фотоприемника датчика ОЦО далее фильтруется и усиливается специальным мощным выносным усилителем сигнала - необходимым элементом конструкции, т.к. сам сигнал с фотоприемника при используемых маломощных излучателях-светодиодах очень слабый, особенно выходящий из коры головного мозга, лишь ненамного превышающий уровень шумов. Эти электрические шумы и технологический разброс параметров фотоприемников и усилителей являются одними из важных источников погрешностей и ошибок измерений в оптической церебральной оксиметрии, т.е. являются важными недостатками конструкции.

Известно устройство датчика, описываемое в патенте US 8725226 В2, организованное по вышеописанному принципу, предполагающему установку оптических компонентов на одной линии с несколькими фото детекторами, расположенными на различных расстояниях от источника света. Отличие конструкции данного устройства от вышеуказанных аналогов в использовании двух источников света, расположенных по разные стороны от двух установленных рядом на расстоянии 20 мм (в случае датчика для взрослого пациента) фотодетекторов. Расстояние между каждым источником света до соответствующего ближайшего фотодетектора - 20 мм (в случае датчика для взрослого пациента) - см. Фиг. 3. Таким образом, расстояния до ближнего и дальнего фотодетектора от каждого источника света в случае датчика для взрослого пациента составляет 20 и 40 мм. Соответствующие расстояния в датчике для ребенка составляют 12.5 и 25 мм. Источники света содержат несколько светодиодов или по одному светодиоду (или оптоволоконному кабелю), каждый из которых генерирует (доставляет) свет различных спектральных диапазонов. Таких датчиков в конструкции два. Они используются парно для левой и правой стороны тела и крепятся к голове за счет липкого слоя, нанесенного на поверхность гибкого основания датчика по типу лейкопластыря.

Также в уровне техники известен используемый в качестве датчика гибкий ободок с 4 электродами ЭЭГ и двумя встроенными церебральными датчиками, расположенными около двух средних электродов соответственно, который одевается на лоб (US 2018146918 А1). Церебральные датчики, как и в других упомянутых аналогах, состоят каждый из 2-х фотодетекторов и одного излучателя и предназначены для отдельного исследования правого и левого полушария (Фиг. 4) - т.е. используется такая же конструкция, как, например, в уже описанных патентах US 5217013, US 5465714, US 5482034, US 5584296, US 5902235.

Основным недостатком всех устройств, описанных в указанных выше патентах, является использование минимум двух фотодетекторов в каждом датчике (левом и правом), что ведет к необходимости иметь на каждый датчик два мощных усилителя сигнала, которые в общем случае, особенно при большом коэффициенте усиления, обладают каждый своими собственными большими электрическими шумами, что ведет к увеличению общего уровня шума в приборе, и, соответственно, к потере точности измерений. Кроме того, в указанных выше патентах использованы маломощные источники излучения - светодиоды. Поэтому используются мощные усилители сигналов с фотодетекторов. Они имеют большие габариты, поэтому они вынесены в описываемых ОЦО за датчики, являются отдельными конструктивными единицами и соединены с датчиками соединительным кабелем, на который идут электрические наводки, что создает дополнительные шумы на входе усилителей.

Наиболее близким аналогом для предлагаемой группы изобретений является группа изобретений, предназначенных для церебральной оксиметрии, описанная в патенте US 2008228053 А1, 18.09.2008 г. В общем случае, датчик (Фиг. 5) выполняется согласно вышеупомянутой идеологии двух пар расстояний между источником(ами) света и фотодетектором(ами) и структурно может быть похож на церебральный датчик, описанный в патенте US 5902235 и упомянутый выше. Отличием одного из вариантов датчика, предлагаемого в патенте-прототипе US 2008228053 А1 является наличие одного фотодетектора и двух маломощных источников света, излучающих свет в двух разных спектральных диапазонах. Источники света генерируют электромагнитное излучение в спектральном диапазоне длин волн 600 - 900 нм. В частности, наравне с источниками, описанными в патенте US 5902235, допускается вариант использования источников света, приведенных в патенте US 2006015021 А1, которыми могут выступать лазерные источники, генерирующие свет на длинах волн, например, 690 нм, 780 нм, 830 нм и т.д., свет от которых доставляется к каждому из источников света в датчике с помощью оптического волокна. В устройстве используется режим излучения с высокочастотной модуляцией мощности, а именно частотный режим. Интенсивность света обоих источников света модулируется с частотой от 50 МГц до 1 ГГц для осуществления фазовых измерений. В качестве фотодетектора могут использоваться фотодиоды, либо фотоэлектронные умножители, излучение к которым доставляется с помощью оптоволоконных кабелей.

Датчики предлагается выполнять в варианте для одноразового применения в санитарно-гигиенических целях с использованием одноразового липкого клея на поверхности датчика. Неподвижность датчика может быть обеспечена дополнительно, например, с помощью специально сконструированного шлема, надевающегося на голову пациента, описанного в патенте US 6397099 В1. Недостатками таких разновидностей устройства для фиксации датчика, включающего несколько датчиков для оптического церебрального оксиметра и гибкое основание с возможностью размещения по обхвату головы пациента, является крепление датчика липким клеем, который приходит быстро в негодность, изнашивается после 5-6 приклеиваний, или требует постоянного обновления (является расходным материалом), шлем для церебральной оксиметрии является громоздким и неудобным для пациента, далеко не всегда возможно сопоставить его размер с размером головы пациента.

Особенностями режима работы излучателей такого датчика является то, что при непрерывно работающих излучателях их мощность, как правило, должна быть ограничена значением 50 мВт, которое является предельным чтобы не нагревать ткани головы, в частности, кожи, под датчиком до температур больше 43°С - значения, определенного как максимально допустимое значение температуры для рабочих частей медицинских приборов, находящихся в контакте с кожей длительностью более 1 минуты, в п. 11.1.2.2 ГОСТ Р МЭК 60601-1-2010 «Изделия медицинские электрические. Часть 1. Общие требования безопасности с учетом основных функциональных характеристик». По вышеуказанным причинам сложно реализовать наиболее простую и точную методику амплитудных измерений, поэтому используется в прототипе достаточно сложная методика фазовых измерений. Необходимость использования более сложной и дорогостоящей методики фазовых измерений, сложность контроля постоянства фазы модулированного света источников света - все это является недостатками конструкции и способа работы этого датчика.

Таким образом, существует потребность в датчике для ОЦО, устройстве фиксации датчика к голове пациента и способе работы датчика, лишенных вышеуказанных недостатков.

Техническим результатом предлагаемой группы изобретений является повышение точности и достоверности измерений уровня оксигенации крови головного мозга, снижение уровня шумов получаемого сигнала за счет улучшенной конструкции датчика, позволяющего реализовать методику амплитудных измерений, а также упрощение и существенное удешевление конструкции с возможностью многоразового использования.

Для достижения этого технического результата в датчике для ОЦО, включающем гибкий корпус, фотодетектор, усилитель сигнала с фотодетектора и несколько источников света, излучающих свет в двух разных спектральных диапазонах, предлагается использовать источники света, представленные 2 парами, расположенными с усилителем сигнала и фотодетектором последовательно вдоль оси корпуса таким образом, что соотношение расстояний между первой парой источников света, расположенной дальше от фотодетектора, и фотодетектором, и второй парой источников света, расположенной ближе к фотодетектору, и фотодетектором, лежит в диапазоне от 1,2:1 до 4:1 при максимальном расстоянии между первой парой источников света и фотодетектором 6 см, при этом источники света как в первой, так и во второй парах размещены вплотную друг к другу; источники света выполнены с возможностью соединения с микропроцессором, каждый источник света содержит один светодиод мощностью не менее 100 мВт, каждая пара источников света содержит один источник света с длиной волны в диапазоне 800 - 810 нм и второй источник света с длиной волны вне указанного диапазона; усилитель сигнала с фотодетектора представлен микросхемой, встроенной непосредственно в корпус датчика.

Длина волны второго источника света может лежать в диапазоне 700-760 нм, также может лежать в диапазоне 900 - 950 нм.

Корпус датчика может быть снабжен боковыми прорезями для устройства фиксации датчика или иными элементами соединения с данным устройством.

При этом предлагается использовать устройство фиксации указанного датчика к голове пациента, включающее в себя гибкий ремень, выполненный с возможностью размещения по обхвату головы пациента, при этом ремень состоит из эластичной части, включающей в себя лобную часть, выполненную с возможностью соединения с не менее чем двумя датчиками, и крепления, состоящего из ленты Velcro, представленной расположенными по разным концам эластичной части фрагментами с микрокрючками и микропетлями; при этом эластичная часть имеет регулятор длины; при этом длина эластичной части выполнена с возможностью регулировки таким образом, что соотношение длины этой части к длине фрагмента с микропетлями может изменяться в диапазоне от 1:1 до 2:1; при этом соотношение длин фрагментов с микропетлями и микрокрючками соответственно лежит в диапазоне от 4:1 до 10:1. Это позволяет применять устройство для пациентов с любым обхватом головы.

Также для достижения технического результата в способе работы указанного датчика, включающем задание параметров работы источников света микропроцессором, предлагается осуществлять настройки микропроцессора таким образом, что микропроцессор обеспечивает работу источников света в импульсно-периодическом попеременном режиме с постоянной мощностью излучения в импульсе без модуляции интенсивности, а параметры мощности излучения в импульсе, длительности импульсов не более 250 мс и частоты повторения импульсов в диапазоне от 1 до 1000 Гц выбирают для микропроцессора таким образом, чтобы средняя мощность излучаемого света источником света за 1 секунду не превышала 50 мВт.

На фиг. 1 показаны спектры поглощения HbO₂ и HbR в диапазоне длин волн 700-1000 нм.

На фиг. 2 показаны аналоги устройств оптической церебральной оксиметрии.

На фиг. 3 показаны аналоги устройств оптической церебральной оксиметрии.

На фиг. 4 показан аналог устройства оптической церебральной оксиметрии.

На фиг. 5 показана группа изобретений ближайшего аналога.

На фиг. 6 представлена блок-схема предлагаемого датчика.

На фиг. 7 показана блок-схема электрического соединения элементов датчиков с микропроцессором.

На фиг. 8 показано устройство для фиксации предлагаемого датчика.

Датчик (1) для ОЦО (Фиг. 6) включает гибкий корпус (не показан), один фото детектор (2), усилитель сигнала с фотодетектора (3) и несколько источников света (4), (4'), (5), (5'), излучающих свет в двух разных спектральных диапазонах, по одному в диапазоне 800 - 810 нм и по одному с длинами волн в диапазоне 700 - 760 нм или в диапазоне 900 - 950 нм, выполненные с возможностью соединения с микропроцессором (6) (Фиг. 7). Первый диапазон соответствует изобестической точке на кривой поглощения гемоглобина. Второй диапазон выбран таким, чтобы поглощение этих хромофоров значительно различалось. Источники света представлены 2 парами (4-5), (4'-5'), расположенными с усилителем сигнала (3) и фотодетектором (2) последовательно вдоль оси корпуса таким образом, как показано на Фиг. 6. Соотношение расстояний между первой парой источников света (4-5) и фотодетектором (2) и второй парой источников света (4'-5') и фотодетектором (2) лежит в диапазоне от 1.2:1 до 4:1 при максимальном расстоянии между первой парой источников света (4-5) и фотодетектором (2) 6 см, при этом расстояние между источниками света как в первой (4-5), так и во второй (4'-5') парах, минимально, предпочтительно располагать источники света в парах (4-5), (4'-5') вплотную друг к другу по разные стороны от оси корпуса. Указанный диапазон соотношения расстояний между первой парой источников света (4-5) и фото детектором (2) и второй парой источников света (4'-5') и фотодетектором (2) позволяет реализовать схему измерений с двумя разноудаленными от фотодетектора парами источников света, дающую возможность оценить уровень кислородного насыщения крови головного мозга как детей, так и взрослых пациентов. Расстояние между первой парой источников света (4-5) и фотодетектором (2) для случая взрослого пациента целесообразно выбирать в диапазоне 4-6 см, что определяется общей толщиной чешуи лобной кости и префронтальных мягких тканей, составляющей около 12 мм [Тарасов А.П. и др., Технология мультиспиральной компьютерной томографии для оптической церебральной оксиметрии, Альманах клинической медицины. - 2015, №. 43, с. 52-57] и влиянием спинномозговой жидкости, искажающей профиль рассеянного в голове под датчиком света [Тарасов А.П. и др., Оптическая тканевая оксиметрия: проблемы применения в функциональной диагностике, Медицинский алфавит, 2017, Т. 2, №. 22, с. 48-52]. В случае использования датчика ОЦО у детей максимальное расстояние может быть уменьшено до 4 см в виду меньшей толщины чешуи лобной кости.

Пример 1. При расстоянии между первой парой источников света (4-5) и фотодетектором (2) 6 см расстояние между второй парой источников света (4'-5') и фотодетектором (2) может составлять 1.5-5 см, согласно приведенному диапазону соотношения расстояний между первой парой источников света (4-5) и фотодетектором (2) и второй парой источников света (4'-5') и фотодетектором (2).

Каждый источник света (4), (4'), (5), (5'), установлен в гнездо основания корпуса и содержит один светодиод мощностью не менее 100 мВт. Усилитель сигнала (3) с фотодетектора (2) представлен микросхемой, встроенной непосредственно в корпус датчика.

Устройство фиксации датчика (1) предлагается изготавливать в варианте для многоразового использования за счет крепления датчиков на голове пациента с помощью гибкого ремня (7), состоящего из эластичной части, включающей в себя лобную часть, выполненную с возможностью соединения с не менее чем двумя датчиками, и крепления, состоящего из ленты Velcro (т.н. «липучки»), представленной расположенными по разным концам эластичной части фрагментами с микрокрючками и микропетлями (Фиг. 8). Лобная часть ремня (7) может быть зафиксирована через прорези в корпусе датчиков с внешней или с внутренней сторон датчиков и соединяет между собой не менее чем два церебральных датчика (1), размещенных на лбу пациента над глазами. Эластичная часть ремня (7) имеет регулятор длины (8), который позволяет регулировать длину эластичной части (в нерастянутом состоянии) таким образом, что соотношение ее к длине фрагмента с микропетлями может изменяться в диапазоне от 1:1 до 2:1. Кроме того, регулировка длины ремня (7) варьируется благодаря различию в длинах частей с микропетлями и микрокрючками, соотношение между которыми лежит в диапазоне от 4:1 до 10:1. Указанные соотношения длин эластичной части и фрагмента с микропетлями, а также длин фрагментов с микропетлями и микрокрючками, позволяет покрыть широкий диапазон обхватов головы, как детей, так и взрослых пациентов. При этом растяжение эластичной части составляет 10 - 30%, что позволяет ремню надежно удерживать датчики на голове и не доставлять дискомфорт пациенту. При этом датчики возможно перемещать вдоль ремня.

Пример 2. При длине фрагмента с микропетлями 20 см длина эластичной части меняется от 20 до 40 см. При длине части с крючками 5 см такой ремень покрывает как детский диапазон обхватов головы 30-45 см, так и взрослый диапазон обхватов головы 45-65 см при растяжении эластичной части на 25%.

Способ работы датчика осуществляют следующим образом.

Датчик (1) подключают через соединительный кабель к ОЦО, фиксируют на голове пациента, включают ОЦО. Микропроцессор (6) запускает источники света (4), (4'), (5), (5') попеременно так, чтобы единовременно работал только один из них. Мощность излучения в импульсе, длительность импульсов не более 250 мс и частота повторения импульсов в диапазоне 1 до 1000 Гц выбраны так, чтобы средняя мощность излучаемого света источником света за 1 секунду не превышала 50 мВт. Полученный отраженный сигнал улавливается фотодетектором (2), преобразуется с помощью усилителя (3) и направляется в микропроцессор (6).

В конструкции датчика и способе его работы предлагается использовать мощные (от 100 мВт и выше) источники света, работающие в импульсно-периодическом режиме без модуляции интенсивности, а также использовать попарно 4 источника света и один фотоприемник, расположенные в определенной последовательности и определенных расстояниях друг от друга. Источники света выполнены с возможностью непрерывного режима работы без модуляции интенсивности в отличие от устройства-прототипа, что позволяет использовать более простые решения в технической части конструкции датчика для ОЦО и упростить обработку сигнала. Источники света выполнены с возможностью попеременного включения таким образом, чтобы единовременно работал только один из них. Мощность излучения в импульсе, длительность импульсов не более 250 мс и частота повторения импульсов в диапазоне от 1 до 1000 Гц выбраны так, чтобы средняя мощность излучаемого света источником света за 1 секунду не превышала 50 мВт.

Пример 3. При мощности в импульсе 250 мВт, длительности импульса 1 мс и частоте повторения импульсов 200 Гц средняя мощность составит 50 мВт.

Пример 4. При мощности в импульсе 200 мВт, длительности импульса 250 мс и частоте повторения импульсов 1 Гц средняя мощность составит 50 мВт.

Пример 5. При мощности в импульсе 250 мВт, длительности импульса 200 мкс и частоте повторения импульсов 1000 Гц средняя мощность составит 50 мВт.

В каждой паре источников света используется по одному источнику света с длинами волн в диапазоне 800 - 810 нм и по одному с длинами волн в диапазоне 700 - 760 нм или в диапазоне 900 - 950 нм. Использование мощных источников света, работающих в импульсно-периодическом режиме, но создающих более сильное освещение фотоприемника (в 5 - 50 раз) позволяет снизить требования к усилителю, уменьшить коэффициент усиления и, соответственно, снизить шумы и габариты усилителя.

Усилитель сигнала с фотодиода в виде микросхемы выполнен встроенным непосредственно в корпус церебрального датчика, как показано на Фиг. 6. Это обеспечивает возможность использования меньшего количества проводов и придает устройству более компактный вид по сравнению с аналогами, где обычно используется внешние усилители сигнала, которые соединены проводами с датчиками и с блоком управления и обработки.

Использование только одного фотодетектора с одним усилителем сигнала, который, к тому же, обладает небольшим коэффициентом усиления, вместо двух пар фотодетектор-усилитель, позволяет получать сигнал с меньшей интенсивностью шумов, которые сложно учесть в обработке. Как следствие, это повышает точность и достоверность измерений по сравнению с устройствами-аналогами.

Кроме того, предложенная конструкция датчика ОЦО позволяет удешевить стоимость разработки и конечную цену прибора, установка мощных светодиодов позволяет использовать более дешевый усилитель сигнала, обладающий небольшим коэффициентом усиления, что также способствует применению небольшого усилителя в виде микросхемы, как описано выше. Использование маломощного и, соответственно, миниатюрного усилителя для фотоприемника, расположенного прямо в датчике в виде микросхемы, даст возможность не использовать входной соединительный кабель до усилителя, чувствительный к наводкам.

Таким образом, предлагаемая группа изобретений позволяет повысить точность и достоверность измерений уровня оксигенации крови головного мозга, снизить уровень шумов получаемого сигнала за счет улучшенной конструкции датчика, позволяющего реализовать методику амплитудных измерений, а также упростить и существенно удешевить конструкцию устройства для фиксации с возможностью многоразового использования.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к датчику для оптического церебрального оксиметра, способу оптической церебральной оксиметрии и устройству фиксации датчика. Датчик включает гибкий корпус, фотодетектор, усилитель сигнала с фотодетектора и источники света. Источники света излучают свет в двух разных спектральных диапазонах и представлены двумя парами. Источники света расположены с усилителем сигнала и фотодетектором последовательно вдоль оси корпуса. При этом соотношение расстояний между первой парой источников света, расположенной дальше от фотодетектора, и фотодетектором, и второй парой источников света, расположенной ближе к фотодетектору, и фотодетектором, лежит в диапазоне от 1,2:1 до 4:1 при максимальном расстоянии между первой парой источников света и фотодетектором 6 см. При этом источники света в обеих парах размещены вплотную друг к другу. Источники света выполнены с возможностью соединения с микропроцессором. Каждый источник света содержит один светодиод мощностью 100 мВт. Каждая пара источников света содержит один источник света с длиной волны в диапазоне 800-810 нм и второй источник света с длиной волны вне указанного диапазона. Усилитель сигнала с фотодетектора представлен микросхемой, встроенной непосредственно в корпус датчика. Устройство фиксации датчика к голове пациента включает в себя гибкий ремень. Ремень выполнен с возможностью размещения по обхвату головы пациента. Ремень состоит из эластичной части. Эластичная часть включает в себя лобную часть и крепление. Лобная часть выполнена с возможностью соединения с не менее чем двумя датчиками. Крепление состоит из ленты Velcro, представленной расположенными по разным концам эластичной части фрагментами с микрокрючками и микропетлями. Эластичная часть имеет регулятор длины. Длина эластичной части выполнена с возможностью регулировки таким образом, что соотношение длины этой части к длине фрагмента с микропетлями может изменяться в диапазоне от 1:1 до 2:1. При этом соотношение длин фрагментов с микропетлями и микрокрючками соответственно лежит в диапазоне от 4:1 до 10:1. При исполнении способа задают параметры работы источников света микропроцессором. При этом микропроцессор обеспечивает работу источников света в импульсно-периодическом попеременном режиме с постоянной мощностью излучения в импульсе без модуляции интенсивности. Параметры мощности излучения в импульсе, длительности импульсов не более 250 мс и частоты повторения импульсов в диапазоне от 1 до 1000 Гц выбирают для микропроцессора таким образом, чтобы средняя мощность излучаемого света источником света за 1 секунду не превышала 50 мВт. За счет конструктивных особенностей датчика повышается точность и достоверность измерений уровня оксигенации крови головного мозга, снижение уровня шумов получаемого сигнала, обеспечивается возможность многоразового использования датчика. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Датчик для оптического церебрального оксиметра, включающий гибкий корпус, фотодетектор, усилитель сигнала с фотодетектора и источники света, излучающих свет в двух разных спектральных диапазонах, отличающийся тем, что источники света представлены 2 парами, расположенными с усилителем сигнала и фотодетектором последовательно вдоль оси корпуса таким образом, что соотношение расстояний между первой парой источников света, расположенной дальше от фотодетектора, и фотодетектором, и второй парой источников света, расположенной ближе к фотодетектору, и фотодетектором, лежит в диапазоне от 1,2:1 до 4:1 при максимальном расстоянии между первой парой источников света и фотодетектором 6 см, при этом источники света как в первой, так и во второй парах размещены вплотную друг к другу; источники света выполнены с возможностью соединения с микропроцессором, каждый источник света содержит один светодиод мощностью не менее 100 мВт, каждая пара источников света содержит один источник света с длиной волны в диапазоне 800-810 нм и второй источник света с длиной волны вне указанного диапазона; усилитель сигнала с фотодетектора представлен микросхемой, встроенной непосредственно в корпус датчика.

2. Датчик для оптического церебрального оксиметра по п. 1, отличающийся тем, что длина волны второго источника света лежит в диапазоне 700-760 нм.

3. Датчик для оптического церебрального оксиметра по п. 1, отличающийся тем, что длина волны второго источника света лежит в диапазоне 900-950 нм.

4. Датчик для оптического церебрального оксиметра по п. 1, отличающийся тем, что корпус датчика снабжен боковыми прорезями для устройства фиксации датчика.

5. Устройство фиксации датчика по п. 1 к голове пациента, включающее в себя гибкий ремень, выполненный с возможностью размещения по обхвату головы пациента, отличающееся тем, что ремень состоит из эластичной части, включающей в себя лобную часть, выполненную с возможностью соединения с не менее чем двумя датчиками, и крепления, состоящего из ленты Velcro, представленной расположенными по разным концам эластичной части фрагментами с микрокрючками и микропетлями; при этом эластичная часть имеет регулятор длины; при этом длина эластичной части выполнена с возможностью регулировки таким образом, что соотношение длины этой части к длине фрагмента с микропетлями может изменяться в диапазоне от 1:1 до 2:1; при этом соотношение длин фрагментов с микропетлями и микрокрючками соответственно лежит в диапазоне от 4:1 до 10:1.

6. Способ оптической церебральной оксиметрии с помощью датчика по п. 1, включающий задание параметров работы источников света микропроцессором, отличающийся тем, что микропроцессор обеспечивает работу источников света в импульсно-периодическом попеременном режиме с постоянной мощностью излучения в импульсе без модуляции интенсивности, а параметры мощности излучения в импульсе, длительности импульсов не более 250 мс и частоты повторения импульсов в диапазоне от 1 до 1000 Гц выбирают для микропроцессора таким образом, чтобы средняя мощность излучаемого света источником света за 1 секунду не превышала 50 мВт.