Фотоплетизмограф Советский патент 1989 года по МПК A61B5/02 

ел

N5

СП

4

Изобретение позволяет повысить точность определения параметров периферического кровообращения при функциональной диагностике в условиях воздействия импульсных помех путем линейной интерполяции кривой пульса во время действия и последствия помехи. Фотоплетизмограф содержит генератор 1, источник 2 света, соединенные последовательно фотоприемник 3, усилитель-преобразователь 4, первый усилитель 5, демодулятор 6 и фильтр 7 низкой частоты, соединенные последовательно аналого-цифровой преобразователь 9, интерполятор 10, цифроаналоговый преобразователь 11, также соединенные последовательно датчик 12 помехи, второй усилитель 13, компаратор 14, первый одновибратор 15. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

дзиг.1

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в физиотерапии и функциональной диагностике для изучения влияния физических факторов импульсного характера на перифери- ческий кровоток при диагностике состояния сердечно-сосудистой системы человека.

Целью изобретения является повышение точности регистрации параметров периферического кровообращения в условиях воздействия импульсных помех.

На фиг. 1 представлена функциональная схема фотоплетизмографа; на фиг. 2 - функциональная схема интерполятора; на фиг. 3 - временные диаграммы работы интерполятора; на фиг. 4 а - харак- терная фотоплетизмограмма в присутствии импульсного электромагнитного поля, б - фотоплетизмограмма, получаемая на выходе предлагаемого устройства. .

Фотоплетизмограф содержит соединенные последовательно генератор 1, источник 2 света; соединенные последовательно фотоприемник 3, усилитель-преобразователь 4, первый усилитель 5, демодулятор 6 и фильтр 7 низкой частоты, регистратор 8; также соединенные последовательно аналого- цифровой преобразователь 9, интерполятор 10, цифроаналоговый преобразователь 11, выход которого подключен к входу регистратора 8. Соединенные последовательно датчик 12 помехи, второй усилитель 13, компаратор 14, первый одновибратор 15, выход которого подключен к второму входу интерполятора 10, второй выход которого соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя 9.

Интерполятор 9 содержит соединенные последовательно триггер 16, первый элемент И 17, кольцевой регистр 18 сдвига, второй элемент И 19, второй одновибратор 20, элемент ИЛИ 21, регистр 22 сдвига, первый сумматор 23, второй сумматор 24, третий сумматор 25, выход ко- торого подключен к второму входу регистра 22 сдвига, а второй вход соединен с вторым входом первого сумматора 23 и второго сумматора 24, выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому входам регистра 22 сдвига, четвертый сумматор 26, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора 23, первый вход - с вторым выходом pef-истра 22 сдвига, а второй вход - с его первым выходом, являющимся в то же время первым входом интерполятора 10, элемент НЕ 27, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И 19, выход которого подключен к пятому входу регистра 22 сдвига, генератор 28 тактовых импульсов, выход которого подключен к второму входу первого элемента И 17, входу элемента НЕ 27, второму входу элемента ИЛИ 21 и является вторым

0

5

Q

5

5

0 5

0

5

5

0

выходом интерполятора 10, первый вход которого подключен к щестому входу регистра 22 сдв г1га, а второй вход - к первому входу триггера 16. Выход кольцевого регистра 18 соединен с вторым входом триггера 16.

Фотоплетизмограф работает следующим образом.

Генератор 1 прямоугольных импульсов вырабатывает периодическую последовательность импульсов, которая поступает на источник 2 света, работающий в импульсном режиме. Световые импульсы, проходя или отражаясь от исследуемой ткани, модулируются по амплитуде, причем модуляция зависит от пульсаций кровотока. Световой поток преобразуется фотоприемником 3 в импульсы тока, которые далее преобразуются в импульсы напряжения в предварительном усилителе преобразователе 4 и усиливаются по амплитуде в усилителе 5. Далее происходит выделение первой гармоники сигнала демодулятором 6. С выхода демодулятора 6 сигнал через фильтр 7 низкой частоты, имеющий полосу пропускания, соответствующую спект ру сигналов пульсограммы, поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 9 (АЦП), на выходе которого формируется параллельный двоичный код с частотой выборки, превосходящей более чем в два раза верхнюю граничную частоту полосы пропускания фильтра 7 низкой частоты. Цифровой код далее поступает на интерполятор 10, работа которого синхронизируется с импульсным внешним воздействием при помощи блоков 12-15. Интерполятор 10 реализует задержку информации на количество тактов, которое соответствует длительности воздействия импульсного поля и реакции системы на воздействие, а также замену искаженных помехой кодов результатом линейной интерполяции по отсчетам, полученным до и после воздействия помехи. Далее цифровой код преобразуется в аналоговый сигнал (ЦАП) цифроаналоговым преобразователем 11 и поступает на регистратор 8. Вид графика, получаемый на регистраторе 8, представлен на фиг. 4 б.

Схема синхронизации с внещней помехой работает следующим образом.

Датчик 12 помехи в момент возникновения помехи формирует импульс тока (напряжения), который усиливается усилителем 13 и подается на компаратор 14, порог срабатывания которого подбирается экспериментально. При превышении заданного уровня помехи на выходе компаратора 14 формируется перепад напряжения, который запускает интерполятор 10.

Поскольку источником импульсной помехи чаще всего бывает узел или устройство, работающее в непосредственной близости от фотоплетизмографа, то, например, этот узел и может служить датчиком помех. Возможно и другое выполнение датчика.

Интерполятор 10 работает следующим образом.

В момент включения триггер 16, регистр 22 сдвига обнуляются. В кольцевой регистр 18 сдвига в первый разряд записывается логическая «1 путем воздействия .на S-вход (цепи начальной установки на фиг. 2 не показаны).

Далее с частотой 125 Гц на вход регистра 22 сдвига поступают отсчеты в цифровой форме, переписываются последовательно из разряда в разряд и поступают на выход интерполятора 10.

По приходу управляющего импульса от источника внещнего воздействия помехи триггер 16 устанавливается в «1. При этом первый элемент И 17 разрешает прохождение тактовых импульсов на вход кольцевого регистра 18 сдвига. Регистр 18 сдвига имеет 5 разрядов и тактируется перепадом из «1 в «О. Временные диаграммы приведены на фиг. 3. По пятому такту на выходе кольцевого регистра 18 сдвига устанавливается «1, при этом на выходе второго элемента И 19 формируется сигнал, который поступает на управляющие входы регистра 22. сдвига и по импульсу, (формируемому на выходе второго одновибратора 20 в регистр 22 сдвига, происходит ввод информации с выходов сумматоров 23-25.

Интерполяция осуществляется следующим образом. После установки в «1 триггера 16 через пять тактов в регистрах 22 сдвига будут находиться пять отсчетов процесса Хо-Х4, причем отсчеты Х|, Xz, X.-j - ошибочные, (включающие импульсную помеху), Хо - находится в первых разрядах регистров 22, Х4 - в пятых разрядах регистров 22. Поскольку выходы первых разрядов регистров 22 подключены к входам. сумматора 26, реализующего функцию вычитания, на а-2 выходных разрядах сумматора 26 в .момент действия импульса с выхода одновибратора 20

Y V

формируется приращение . На

4

выходе сум.матора 23 формируется точка интерполяции Xi Xn+AX, на выходе сумматора 24 - Х2 Хо-|-2ЛХ, на выходе сумматора 25-Хз Хо+ЗАХ, которые записываются во вторые, третьи и четвертые разряды регистров 22 сдвига. Таким образом, на выход интерполятора 10 последовательно поступают сигналы Хп, Хо+ЛХ, Хо-|-2ЛХ, Хо+ЗДХ, тем самым обеспечивается линейная интерполяция процесса во время действия и последействия импульсной помехи. Число узлов интерполяции в нащем

случае выбрано равным 3 из практических соображений. При необходимости число точек интерполяции может быть увеличено до п, для этого необходимо п сум- маторов, а разрядность регистров 22 сдвига увеличивается до п-(-2, разрядность кольцевого регистра 18 сдвига также увеличивается до п+2, (где п ---.целое число точек интерполяции).

На первые входы сумматоров 23-25 подаются а-п старщих разрядов с выхода вычитателя 19.

В исходное состояние интерполятор приводится () тактом, когда «1 из (п + 1)-го разряда кольцевого регистра 18 5 сдвига переписывается в первый разряд, при этом триггер 16 установится в «О и интерполятор вновь готов к работе.

Формула изобретения

0

5 фильтр низкой частоты, регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регистрации параметров перефе- рического кровообращения в условиях воздействия и.мпульсных помех, в него введены соединенные последовательно аналого0 цифровой преобразователь, интерполятор, цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к регистратору, также соединенные последовательно датчик помехи, второй усилитель, компаратор, первый одновибратор, выход которого подключен

5 к второму входу интерполятора, второй выход которого соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя.

5 входу регистра сдвига, а второй вход соединен с вторыми входами первого и второго сумматоров, выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому входам регистра сдвига, четвертый сумматор, выход которого соединен с вторым

0 входом первого сумматора, первый вход - с вторым выходом регистра сдвига, а второй вход - с его первым выходом, являющимся первым выходом интерполятора, элемент НЕ. выход которого соединен с вто рым входом второго элемента И. выход которого подключен к пятому входу регистра сдвига, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к второму входу первого элемента И. входу элемента НЕ.

второму входу элемента ИЛИ и является вторым выходом интерполятора, первый вход которого подключен к шестому входу .2

G1

/ 73 16 V

гистра сдвига, а второй вход - к первому входу триггера, выход кольцевого регистра подключен к второму входу триггера.

фиг.

фигЛ