Оптический оксигемометр Советский патент 1988 года по МПК G01N33/49 

(21)4038901/28-14

(22)24.01.86

(46) 30.08.88. Бюл. № 32

(71)Физический институт им. П. Н. Лебедева

(72)Р. В. Амбарцумян, В. И. Вигдорчик, С. Л. Захаров, А. В. Лежнев, С. Н. Перов, А. А. Приймак и В. Г. Смириов

(53)615.457(088.8)

(56)Патент США № 4444498, кл. G 01 N 21/05, опублик. 1984.

(54)ОПТИЧЕСКИЙ ОКСИГЕМОМЕТР

(57)Изобретение относится к медицинской технике. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений концентрации оксиге.моглобина. Оксигемо- метр содержит установленные соосно источник света I, предварительный светофильтр 2, предназначенный для поглошения

света с длинами волн короче 0,6 мкм, собирающую линзу 3 и щелевую диафрагму 4, которые служат для получения кол- ли.мированного светового пучка. Ось прозрачной кюветы 5 под прямым углом пересекает ось коллимированного пучка света. Два фотодетектора 6 снабжены светофильтрами, которые регистрируют рассеянное в крови излучение. Фотодетекторы связаны с системой регистрации 7, в которой проис- .ходит обработка регистрируемых электрических сигналов с фотодетекторов 6. Использование в качестве проточной кюветы трубки аппарата искусственного кровообращения (АИК) позволяет помещать системы регистрации на магистраль АИК без предварительного размоптирования последней, что устраняет необходимость дополнительной стерилизации и уменьшает риск тромбозов и септических осложнений. I з.п.ф-лы, 3 ил.

(О

ел

4

о сд

со

7

. f

S

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к приборам для измерения концентрации оксигемоглобина в крови и может быть использовано в системе экстракорпорального кровообращения, а также при измерениях на п унтах и протезах сосудов.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений концентрации оксигемоглобина, а также умень- ц|ение тромбообразования. i На фиг. 1 приведена принципиальная с|хема устройства; на фиг. 2 - зависимость интенсивности регистрируемого рас- С1еянного кровью излучения (/) двух спектральных диапазонов от степени насыщения крови кислородом (а); на фиг. 3 приведены зависимости показаний оксигемометра от параметров крови.

Оксигемометр содержит установленные соосно источник 1 света, предварительный

широкополосный светофильтр КС-14, далее использована цилиндрическая собирающая линза с фокусным расстоянием 4 мм. Щелевая диафрагма, расположенная вертикально, имеет размер 5x1 мм. В качестве прозрачной кюветы используется трубка системы аппарата исскуственного кровообращения с внутренним диаметром 5-10 мм и толщиной стенки 1 мм. Фотодетекторы снабжены широкополосными светофильтрами СЗС-23

10 и ИКС-1, выделяющими спектральные диапазоны левее и правее изобестической длины волны 0,8 мкм.

Повышение точности измерений (приблизительно в 2 раза) обусловлено различием

л г В характере отклика сигналов в обоих измерительных каналах при различных степенях оксигенации. Проведенные исследования показали, что интенсивность рассеянного вбок в углах 90±30° света в диапазоне длин волн правее изобестической точки

25

30

светофильтр 2, предназначенный для погло- 20 0,8 мкм (инфракрасное рассеяние) более ш,ения света с длинами волн короче 0,6 мкм, собирающую линзу 3 и щелевую диафрагму 4, которые служат для получения колли- гмированного светового пучка. Далее расположена прозрачная кювета (трубка) 5 для протока анализируемой крови, ось которой пересекает под прямым углом ось коллими- рованного пучка света. Симметрично относительно кюветы (трубки) 5 но обе стороны от нее, расположены два фотодетектора 6, снабженные светофильтрами, которые регистрируют рассеянное в крови излучение в спектральных диапазонах, лежащих по обе стороны от изобестической длины волны 0,8 мкм, причем угол между плоскостью, содержащей оси пучка и кюветы, и направлением из центральной точки оксигемометра на фотодетекторы близок к прямому 90±30°. Фотодетекторы связаны с системой 7 регистрации, в которой происходит обработка регистрируемых электрических сигналов с фотодетекторов 6.

Оксигемометр работает следующим образом.

Свет от широкополосного источника 1 света, проходя предварительный светофильтр 2, отсекающий излучение с длинами волн

35

40

чувствительна к изменению степени насы- крови кислородом при низких значениях степени оксигенации а, тогда как при высоких степенях оксигенации более чувствительной оказывается интенсивность рассеянного вбок света в диапазонах длин волн левее изобестической точки. Такое поведение сигналов позволяет повысить точность измерений даже в области высоких оксигенации и одновременно существенно расширить диапазон точных измерений до а 20-100%.

Зависимость отклика у системы регистрации показана на фиг. 2, где R - отклик для области спектра . - 0,65 мкм, а RI - отклик для области спектра .0,95 мкм.

Геометрия схемы обеспечивает регистрацию излучения рассеянного кровью в кювете (трубке) 5 при углах 90±30°, что устраняет зависимость показаний устройства от индивидуальных особенностей крови, таких как гематокрит, концентрация гемоглобина, степень гемолиза. Результаты экспериментов приведены на фиг. 3.

По осям абсцисс отложены параметры крови: Я-гематокрит (%) - прямая 1,

- степень гемолиза (%) - прямая 2;

короче 0,6 мкм, фокусируется собирающей . концентрация гемоглобина (г/%)

линзой 3 на щелевую диафрагму 4. Диафрагма формирует узкий зондирующий пучок, который освещает прозрачную трубку 5. В крови, протекающей через трубку 5, излучение многократно рассеивается и регистрируется фотодетекторами 6, расположенными 50 по обе стороны от прозрачной кюветы. В регистрирующем устройстве 7 сигналы от обоих фотодетекторов делятся друг на друга и частное от деления представляется в процентах оксигемоглобина.

В качестве широкополосного источника 1 излучения может использоваться лампа накаливания мощностью 1,Г т, предварительный светофильтр 2 представляет собой

прямая 3, по оси ординат - степень оксигенации а, %.

Использование в качестве проточной кюветы непосредственно трубки аппарата искусственного кровообращения (АИК) позволяет помещать системы регистрации на магистраль АИК без предварительного размонтирования последней, что устраняет необходимость дополнительной стерилизации, а также уменьшает риск тромбозов и септических осложнений, уменьшает время 55 подготовки устройства к измерениям.

Формула изобретения 1. Оптический Оксигемометр, содержащий проточную кювету из биосовместимого маширокополосный светофильтр КС-14, далее использована цилиндрическая собирающая линза с фокусным расстоянием 4 мм. Щелевая диафрагма, расположенная вертикально, имеет размер 5x1 мм. В качестве прозрачной кюветы используется трубка системы аппарата исскуственного кровообращения с внутренним диаметром 5-10 мм и толщиной стенки 1 мм. Фотодетекторы снабжены широкополосными светофильтрами СЗС-23

0 и ИКС-1, выделяющими спектральные диапазоны левее и правее изобестической длины волны 0,8 мкм.

Повышение точности измерений (приблизительно в 2 раза) обусловлено различием

г В характере отклика сигналов в обоих измерительных каналах при различных степенях оксигенации. Проведенные исследования показали, что интенсивность рассеянного вбок в углах 90±30° света в диапазоне длин волн правее изобестической точки

0,8 мкм (инфракрасное рассеяние) более

чувствительна к изменению степени насы- крови кислородом при низких значениях степени оксигенации а, тогда как при высоких степенях оксигенации более чувствительной оказывается интенсивность рассеянного вбок света в диапазонах длин волн левее изобестической точки. Такое поведение сигналов позволяет повысить точность измерений даже в области высоких оксигенации и одновременно существенно расширить диапазон точных измерений до а 20-100%.

Зависимость отклика у системы регистрации показана на фиг. 2, где R - отклик для области спектра . - 0,65 мкм, а RI - отклик для области спектра .0,95 мкм.

Геометрия схемы обеспечивает регистрацию излучения рассеянного кровью в кювете (трубке) 5 при углах 90±30°, что устраняет зависимость показаний устройства от индивидуальных особенностей крови, таких как гематокрит, концентрация гемоглобина, степень гемолиза. Результаты экспериментов приведены на фиг. 3.

По осям абсцисс отложены параметры крови: Я-гематокрит (%) - прямая 1,

- степень гемолиза (%) - прямая 2;

концентрация гемоглобина (г/%)

концентрация гемоглобина (г/%)

прямая 3, по оси ординат - степень оксигенации а, %.

Использование в качестве проточной кюветы непосредственно трубки аппарата искусственного кровообращения (АИК) позволяет помещать системы регистрации на магистраль АИК без предварительного размонтирования последней, что устраняет необходимость дополнительной стерилизации, а также уменьшает риск тромбозов и септических осложнений, уменьшает время подготовки устройства к измерениям.

Формула изобретения 1. Оптический Оксигемометр, содержащий проточную кювету из биосовместимого материала, источник коллимированного света, ось которого перпендикулярна оси кюветы, два фотодетектора со светофильтрами, связанные с системой регистрации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения концентрации оксигемоглобина, фотодетекторы расположены перпендикулярно к оси кюветы, симметрично относительно плоскос3,0

2,0

10О Ю 20 30

0 50 ВО Фиг.2

ти, проходящей через оси источника .света и кюветы, а в плоскости, перпендикулярной оси кюветы, расположены под углом (90±30) к оси источника света.

7Q

80

90

ЮО «%

/с Г

Ю 11 / /J 5 W (риг.З