DD208297A1 - photoplethysmograph - Google Patents
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Abstract
Der Photoplethysmograph gehoert zu den medizinischen photometrischen Geraeten. Die Vorrichtung besteht aus einer Lichtquelle und zwei Photoempfaengern, die in einer Linie hintereinander auf einem gemeinsamen Grundelement angeordnet sind, sowie einem Impulsgenerator, der verbunden ist mit der Lichtquelle und dem ersten Eingang der Vergleichsschaltung,deren Ausgang mit der Registriereinrichtung verbunden ist, wobei die Vergleichsschaltung als Messapparat desVerhaeltnisses oder des Logarithmus des Verhaeltnissesder Eingangssignale ausgefuehrt ist, zwei sample-and-hold Schaltungen und zwei Differenzverstaerkern, deren erste Eingaenge entsprechend mit zwei Photoempfaengern verbunden sind, die zweitenEingaenge sind mit den Ausgaengen der entsprechenden sample-and-hold Schaltungen und die Ausgaenge mit dem zweiten und dritten Eingang der Vergleichsschaltung undden ersten Eingaengen der entsprechenden sample-and-hold Schaltungenverbunden, deren zweite Eingaenge mit dem Ausgang des Impulsgenerators verbunden sind. Die Vorrichtung kann in Medizin undBiologie sowie in anderen Bereichen von Wissenschaft und Technik verwendet werden.The photoplethysmograph belongs to the medical photometric devices. The device consists of a light source and two photoreceptors arranged in a line one behind the other on a common base element, and a pulse generator connected to the light source and the first input of the comparison circuit whose output is connected to the registration device, the comparison circuit is executed as a measuring device of the ratio or the logarithm of the ratio of the input signals, two sample-and-hold circuits and two differential amplifiers whose first inputs are correspondingly connected to two photoreceivers, the second inputs are with the outputs of the corresponding sample-and-hold circuits and the outputs connected to the second and third inputs of the comparator and the first inputs of the respective sample-and-hold circuits whose second inputs are connected to the output of the pulse generator. The device can be used in medicine and biology as well as in other fields of science and technology.
Description
pilot ©plethysmograph.pilot © plethysmograph.
Der vorgeschlagene Photoplethysmograph gehört zu den medi zinischen photometrischen Geräten,die zur Bestimmung des Blutfüllungsniveaus der Gefäße "biologischer Gewebe bestimmt sind,ohne dabei die Abgeschlossenheit der Gewebedecke zu ZBrstören.The proposed photoplethysmograph belongs to the medical photometric devices which are intended for determining the blood filling level of the vessels of biological tissues, without disturbing the occlusion of the tissue covering.
Die Anwendung des vorgeschlagenen Photoplethysmogra— phen ist sinnvoll in der Medizin und der Biologie,sowie bei wissenschaftlichen Untersuchungen als auch bei der .Durchführung von prophylaktischen Reihenuntersuchungen oder bei der Kontrolle der Effektivität von durchgeführten medikamentösen und physiotherapeutischen Behandlungen,da die Vorrichtung es gestattet,die optischen Eigenschaften der Gewebe zu regi strieren und die Parameter der peripheren Durchblutung ( Volumenpuls,Blutfüllungsniveau und andere ) zu bestimmen. Die Vorrichtung ermöglicht Messungen an beliebigen Stellen der Hautdecke oder der Schleimhaut des menschlichen Körpers oder bei Tieren bei normaler Beleuchtung oder der Einwir kung zusätzlicher äußerer Lichtquellen ,ohne die Abge schlossenheit des Untersuchungsobjekts zu zerstören*The use of the proposed photoplethysmograph is useful in medicine and biology, as well as in scientific investigations as well as in. Prophylactic screening or in the control of the effectiveness of medical and physiotherapeutic treatments performed, since the device allows the optical To register the characteristics of the tissues and to determine the parameters of the peripheral perfusion (volume pulse, blood filling level and others). The device makes it possible to carry out measurements anywhere on the skin surface or mucous membrane of the human body or in animals under normal illumination or the effect of additional external light sources, without destroying the integrity of the object to be examined *
Die Vorrichtung kann ebenfalls in der Erdöl- und chemischen Industrie sowie in anderen Bereichen angewendet wer-den?wo photometrische Methoden zur Bestimmung der Konzen tration,der Struktur und des Zustandes von Stoffen,die sichThe device can also be used in the petroleum and chemical industry as well as in other areas ? photometric methods for the determination of the concentration, structure and state of substances that are
unter normalen Bedingungen befinden,gebraucht werden.be used under normal conditions.
Es sind Photoplethysmographen bekannt,die nach dem Eemis sionsprinzip arbeiten und zur Einschätzung des Blutfül lungsniveaus der Gefäße in dem zu untersuchenden Gebiet des Gewebes bestimmt sind ( Moschkevitsch V. 8. ; Fotopletismografija / apparatura i metodui issledovanija ; M, , Medizina , 1970 ) .Dieses Gerät gestattet es nicht,die optischen Eigenschaften des zu untersuchenden Gewebes quantitativ zu bestimmen.Es wurde eine Vorrichtung beschrieben ( Sajavka Ur.. 2643172/13 j Fotopletismograf , M.kl.^ , A 61 B 5/02 .Eeschenie WIIGPE ot 26.09,1980 ο vuidatsche avtorskovo svidetelstva ) ,die nach dem Eemissionsprinzip arbeitet und zur quantitativen Einschätzung des Blutfül lungsniveaus der Gefäße in dem zu untersuchenden Gebiet des Gewebes bestimmt ist.Es wurde ein selbstabilisierendes System erarbeitet ( Benoit H.J.. , Borth E, , Woolever Cl. ; Selfstabilising system for measuring infrared light backscattered from vaginal tissue ; Med.& Biol.Eng.Sc Gomput. , 198ο , 18, .265 - 270 ),welches es gestatten würde,die Umgebungsbeleuchtung zu kompensieren.Jedoch arbeitet dieses System nur solange .wie das Niveau der Umgebungsbeleuchtung nicht die Sättigung der Verstärker der Eingangskaskade hervorruft.Dies ist der Mangel der bekannten Vorrichtungen,da die MeBinformation bei der Sättigung der Verstärker der Eingangskaskade verloren geht.Photoplethysmographs are known which operate according to the principle of elemination and are intended for assessing the blood supply level of the vessels in the area of the tissue to be examined (Moschkevitsch V. 8; Fotopletismografija / apparatura i metodui issledovanija; M, Medizina, 1970). This device does not allow to quantify the optical properties of the tissue to be examined. A device has been described (Sajavka Ur .. 2643172/13 j Photographic Letters, M.K. ^, A 61 B 5/02 .Eeschenie WIIGPE ot 26.09 , 1980 ο vuidatsche avtorskovo svidetelstva), which operates on the principle of emission and is intended for the quantitative assessment of the blood supply level of the vessels in the area of the tissue to be examined. A self-stabilizing system was developed (Benoit HJ., Borth E,, Woolever Cl. Self-stabilizing system for measuring infrared light backscattered from vaginal tissue; Med. & Biol.Eng.Sc Gomput., 198o, 18, .265 However, this system works only as long as the level of ambient lighting does not cause the saturation of the input cascade amplifiers. This is the deficiency of the known devices because the measurement information at the saturation of the Amplifier of the input cascade is lost.
Die naheliegendste technische Lösung zur vorgeschlagenen Vorrichtung ist ein Photoplethysmograph ( Sa.javka Nr, 2643172/The most obvious technical solution to the proposed device is a photoplethysmograph (Sa.javka Nr, 2643172 /
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13 , Fotopletismograf ,.M.kl.p , A 61 B 5/02 .Eeschenie VNIIGPE ot 26.09.1980 ο vuidatsche avtorskovo svidetelstva), welcher einen Impulsgenerator enthält,der mit der Lichtquelle und dem ersten Eingang der Vergleichsschaltung verbunden ist, deren zwei andere Eingänge mit zwei Photoempfängern und deren Ausgang mit einer Segistriereinrichtung verbunden sind,wobei die Vergleichsschaltung als Meßapparat des Verhältnisses oder des Logarithmus des Verhältnisses der Signale der Photoem -13, photo-digitismograph, .M.kl. p , A 61 B 5/02 .Eeschenie VNIIGPE ot 26.09.1980 ο vuidatsche avtorskovo svidetelstva), which contains a pulse generator which is connected to the light source and the first input of the comparison circuit, whose two other inputs with two photoreceivers and their output with are connected to a Segistriereinrichtung, the comparison circuit as a measuring apparatus of the ratio or the logarithm of the ratio of the signals of the Photoem -
W Η W WW Η W W
pf anger ausgeführt ist. Die zwei Piiot ο empfänger "und die Lichtquelle sind in einer Linie hintereinander auf einem gemeinsamen Grundelement angeordnet.pf is executed. The two Piiot ο receiver "and the light source are arranged in a line one behind the other on a common base element.
Der Mangel der Bekannten Vorrichtung besteht darin,daß das Meßresultat vom sich ändernden Niveau der Umgebungsbe leuchtung beeinflußt wird,wobei sich der Meßfehler mit zu — nehmendem Niveau'dieser'Beleuchtung vergrößert.Wird hierbei ein bestimmtes Niveau überschritten,so wird am Ausgang des Photoempfängers ein solches Signal erzeugt,daß zur Sättigung des Verstärkers der Eingangskaskade führt,'Damit geht die Meßinformation vollkommen verloren,Die Anwendung einer Ab schirmung zur Beseitigung der umgebungsbeleuchtung ( gesamt ' oder lokal ) ist gewähnlich nicht sinnvoll,da damit der Be dienungskomfort erheblich herabgesetzt, die Kontrolle der Lage des Wandlers erschwert,die Prozesse der Wärmeableitung und Ventilation der Körperoberfläche behindert werden,Außerdem ist in einer Reihe von Fällen die Anwendung einer Ab schirmung generell nicht möglich ,wie z.B.bei der Kontrolle der Durchblutung unter den Bedingungen einer Operation usw.The lack of the known device is that the measurement result is affected by changing level of Umgebungsbe lighting, wherein the measuring error with too - nehmendem Niveau'dieser'Beleuchtung vergrößert.Wird this exceeded a certain level, then a at the output of the photoreceiver Such a signal is completely lost, the application of a shielding to eliminate the ambient lighting (total 'or local) is usually not useful, since thus the operating convenience significantly reduced, the Control of the position of the transducer difficult, the processes of heat dissipation and ventilation of the body surface are obstructed, In addition, in a number of cases, the application of shielding is generally not possible, such as the control of blood flow under the conditions of surgery, etc.
Ziel der Erfindung . Object of the invention .
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die optischen Eigen schäften eines-Stoffes unabhängig von den an der Meßstelle vorhandenen äußeren Beleuchtungsbedingungen zu bestimmen und damit die Anwendungsmöglichkeiten photometrischeas Me thoden zu erweitern.The object of the invention is to determine the optical properties of a substance Eigen- independent of the present at the measuring point external lighting conditions and thus the application possibilities photometrischeas methods to expand.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin,den Einfluß der sich ändernden äußeren Beleuchtungsstärke auf das Meßresultat der pptischen Eigenschaften eines Stoffes zu verringern.The object of the invention is to reduce the influence of the changing external illuminance on the measurement result of the pptischen properties of a substance.
Erfindungsgemäß wird die. Aufgabe dadurch gelöst, daß in die bekannte Vorrichtung zwei Differenzverstärker und zwei sample-and-hold Schaltungen eingefügt sind,wobei die ersten Eingänge der Differenzverstärker entsprechend mit zwei Photoempfängern,die zweiten Eingänge der Differensver-According to the invention. Problem solved in that in the known device, two differential amplifiers and two sample-and-hold circuits are inserted, wherein the first inputs of the differential amplifier according to two photoreceivers, the second inputs of the differentiation
stärker mit den Ausgängen der entsprechenden sample-and hold Schaltungen und die Ausgänge der Differenzverstärker mit dem zweiten und dritten Eingängen der Vergleichsschaltung und den ersten Eingängen der entsprechenden sample— and-hold Schaltungen verbunden sind,wobei die zweiten Eingänge der sample-and-hold Schaltungen mit dem Ausgang des Impulsgenerators verbunden sind.are more strongly connected to the outputs of the respective sample-and-hold circuits and the outputs of the differential amplifiers to the second and third inputs of the comparator and the first inputs of the respective sample-and-hold circuits, the second inputs of the sample-and-hold circuits are connected to the output of the pulse generator.
Der Vorteil der vorgeschlagenen Vorrichtung im Ver gleich mit bekannten besteht darin,daß in der vorgeschlagenen Vorrichtung der Einfluß der sich ändernden äußeren Beleuchtungsstärke auf die Messung der optischen Eigenschaften der Gewebeoberfläche des Körpers wesentlich verringert ist.The advantage of the proposed device in comparison with known United States is that in the proposed device, the influence of the changing external illuminance on the measurement of the optical properties of the tissue surface of the body is substantially reduced.
Beweisen wir dies.Angenommen in der vorgeschlagenen Vorrichtung strahlt die1. Strahlungsquelle 2 einen Strahlenfluß t*o aus.Nach Absorbtion und Streuung erreicht ein Teil des Plusses F1*i^"fi1 den Photoempfänger 8 und ein anderer Teil \~ Κ,-Τ-ΐ den Photoempfänger 9 .Die Koeffizienten % und Xx charakterisieren die optischen Eigenschaften des Gewebeab schnittes zwischen der Lichtquelle 2 und dem Phot©empfänger 8 bzw. 9 .Die optischen Eigenschaften des Gewebeab^chnittes zwischen den Photoempfängern 8 und 9 kann man als VerhältnisLet us prove this. Assumed in the proposed device, the 1 . After absorption and scattering, part of the plus F 1 * i ^ "f i1 reaches the photoreceiver 8 and another part \ ~ Κ, -Τ-ΐ reaches the photoreceiver 9. The coefficients % and X x characterize the optical properties of the sch Gewebeab ni Gd between the light source 2 and the receiver 8 and 9 Phot © .The optical properties of the Gewebeab ^ chnittes between the photoreceptors 8 and 9 can be defined as the ratio
t*\/ΤΛ -^x/ΧΛ ausdrücken.Nehmen wir an,daß auf Grund äußerer Lichtquellen auf die Photοempfänger 8- und 9 der Lichtfluß fA fällt.Zur Vereinfachung werden wir davon, ausgehen,daß auf beide Photoempfänger 8 und 9 von den äußeren.Lichtquellen der gleiche Lichtfluß fällt und die Empfindlichkeit S der Photoempfänger 8 und 9 gleich ist.Dann kann man für den ersten Arbeitstakt der vorgeschlagenen Vorrichtung schreibenjt * \ / Τ Λ - ^ x / Χ Λ we ausdrücken.Nehmen to that due to external light sources f to the Photοempfänger 8 and 9 of the light flux A fällt.Zur simplification we thereof, assume that both photoreceptor 8 and 9 from the external sources of light the same flux of light falls and the sensitivity S of the photoreceptors 8 and 9 is the same. Then one can write for the first working cycle of the proposed device
Up1 = Uf1 - 5FA ,wobei U.^ und Uf1 die elektrischen Signale sind,welche an den Ausgängen der Photoempfänger 8 und 9 formiert werden.Diese Signale werden in den sample-and-hold Schaltungen 3 und 4· gespeichert ,wobei U5 = lifi und Us^ Ufi sind.Während des zweiten Arbeitstaktes der Vorrichtung formieren die Photοempfänger 8 und 9.folgende Signale:Up 1 = Uf 1 - 5F A , where U. ^ and Uf 1 are the electrical signals formed at the outputs of the photoreceivers 8 and 9. These signals are stored in the sample-and-hold circuits 3 and 4, where U 5 = li fi and Us ^ U fi. During the second working cycle of the device, the photon receivers 8 and 9 form the following signals:
UjJ1 * 5( Ρ,+.Ρ^ν unci Up1 = 5 ( F5.+ FA) .Diese Signale ge langen an,die ersten Eingänge der entsprechenden Differenzverstärker 6 bzw. 7 «An die zweiten Eingänge dieser Verstärker gelangen die Signale U^ und U51 ,welche in den sampleand-hold Schaltungen 3 und 4 gespeichert sind.An den Aus -UjJ 1 * 5 (Ρ, +. Ρ ^ ν unci Up 1 = 5 (F 5. + F A ) .These signals go on, the first inputs of the corresponding differential amplifiers 6 and 7, respectively, reach the second inputs of these amplifiers the signals U ^ and U 51 , which are stored in the sampleand-hold circuits 3 and 4. To the Aus -
gangen der Differenzverstärker 6 und 7 ,welche den Verstärkungsfaktor k besitzen, formieren sicia die SignaleThe differential amplifiers 6 and 7 , which have the amplification factor k, form the signals
UA/k(Uf'ru;j= k[S(F,tFA}-SFA ] »IcSr, und U^k(Uf1-Up1J · k [S(F^) -Sh ] 'IcSF1 ..Das Verhältnis der Signale, welches in der Vergleichsschaltung 5 bestimmt wird, entspricht f : ^ax/ ^αλ Bk<SFi/k5F1 - f Hieraus folgt, daß in der vorgeschlagenen Vorrichtung der äußere Lichtfluß F^ nicht die Bestimmung der optischen Eigenschaften der Oberflächengewebe des Körpers beeinflußt.U A / k (U f ' r u; j = k [S (F, tF A } -SF A ] »IcSr, and U ^ k (Uf 1 -Up 1 J * k [S (F ^) -Sh ] 'ICSF 1 ..The ratio which is determined in the comparison circuit 5 of the signals corresponding to f: x ^ a / ^ α λ B k <SFi / K5F 1 - f It follows that in the proposed device, the outer flux F ^ does not affect the determination of the optical properties of the surface tissues of the body.
Zeigen wir nun,daß in der bekannten Vorrichtung (Sa.jav-, ka Nr. 2643172/13 , Potopletismograf , M.kl.^ ,A 61 B 5/02 , Reschenie VNIIGPE ot 26.09.1980 ο vuidatsche avtorskovo svidetelstva ) das Verhältnis der Signale,welches in der Ver gleichsschaltung bestimmt wird,beim Vorhandensein von äußerer Beleuchtung nicht V entspricht.Da in der bekannten Vorrichtung die Signale der Photoempfänger direkt an die Eingänge der Vergleichsschaltung gelangen, kann man schreiben :Now show that in the known device (Sa.jav-, no. 2643172/13, Potopletismograf, M.kl. ^, A 61 B 5/02, Reschenie VNIIGPE ot 26.09.1980 ο vuidatsche avtorskovo svidetelstva) the ratio the signals, which is determined in the same circuit Ver not reach entspricht.Da V, in the presence of external light in the known device the signals of the photodetectors directly to the inputs of the comparison circuit, one can write:
"^B s UFi / ^Fi = ^ ( ?j.+ Pa )/S ί^ + pA ) j wobei T^ das Verhältnis der Signale darstellt,welches in der Vergleichsschaltung der bekannten Vorrichtung bestimmt wird, und UFij und Upx die Signale der Photoempfänger sind,die an die Eingänge der Vergleichsschaltung gelangen.Bestimmen wir den relativen Pehler (Ttj$ des Verhältnisses der Signale der Phot ο empfänger in der bekannten Vorrichtung unter der Berücksichtigung,daßX= ^ B s U Fi / Fi Fi = ^ (j j + Pa) / S ί ^ + p A) j where T ^ represents the ratio of the signals determined in the comparison circuit of the known device, and U Fij and up x the signals from the photodetector are applied to the inputs of the comparison circuit we gelangen.Bestimmen the relative Pehler (TTj $ of the ratio of the signals of Phot ο receiver in the known device, taking into account that x =
-Fz '-Fz '
Nach einigen algebraischen Umwandlungen erhalten wirAfter some algebraic transformations we get
ϊΜ- ' wobei *-VFa" ·ϊΜ- ' where * -VFa "·
In der Tabelle sind die relativen Fehler ( in Prozent ) in. Abhängigkeit von der Größe des Koeffizienten CL- F1/ F^ bei unterschiedlichen Werten von X dargestellt.The table shows the relative errors (in percent) as a function of the size of the coefficient CL-F 1 / F ^ at different values of X.
Wie aus dieser Tabelle ersichtlich ist, muß man in der be kannten Vorrichtung für die realen Werte τοη T = O1OOS" ? 0,1 den Koeffizienten a bis zum Wert 1000 und mehr erhöhen,um einen annehmbaren Fehler bei der Bestimmung von.As can be seen from this table, in the known device for the real values τοη T = O 1 OOS? 0.1, one must increase the coefficient a to the value 1000 and more in order to obtain an acceptable error in the determination of.
zu gewährleisten.Eine solche Vergrößerung des Koeffizienten a bedeutet jedoch,den Lichtfluß der Lichtquelle so zu vergrößern , daß er im Vergleich zum Lichtfluß .der äußeren Lichtquellen um 4 - 5 Größenordnungen größer ist.Sine solche Vergrößerung der Strahlenleistung der Lichtquelle kann zu unerwünschten Einwirkungen auf das zu untersuchende biologische Gewebe führen.However, such an increase in the coefficient a means to increase the light flux of the light source so that it is 4-5 orders of magnitude larger than the light flux of the external light sources. Such an increase in the beam power of the light source can lead to unwanted effects lead the biological tissue to be examined.
Aus der Gegenüberstellung des bekannten und des vorgeschlagenen Photoplethysmographen ist ersichtlich, daß die vorgeschlagene Vorrichtung es gestattet,die optischen Eigenschaften des Oberflächengewebes des Körpers beim Vorhandensein von sich ändernder äußerer Beleuchtungsstärke und bei geringen Strahlungsleistungen der Lichtquelle 2 zu bestimmen.Die Vor-From the comparison of the known and proposed photoplethysmographs it can be seen that the proposed device makes it possible to determine the optical properties of the surface tissue of the body in the presence of changing external illuminance and low radiation powers of the light source 2.
Biehtung beeinflußt nicht das zu untersuchende Gewebe und gestattet auf Grund des zweistrahligen optischen Systems eine quantitative Bestimmung der optischen Eigenschaften . der Gewebe an. einer beliebigen Stelle der Körperoberfläche,Bearing does not affect the tissue to be examined and allows a quantitative determination of the optical properties due to the two-beam optical system. the tissue. anywhere on the body surface,
Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel näher er läutert :The invention is explained in more detail by an exemplary embodiment, in which:
i"ig.1 - Strukturschaltung des Photoplethysmographen ; Fig.2 - Zeitdiagramme, die die Arbeit der Vorrichtung beschreiben.Figure 1 - Structure diagram of the photoplethysmograph Figure 2 - Timing diagrams describing the work of the device.
Der vorgeschlagene Photoplethysmograph. beinhaltet ( Fig.1 ) einen Impulsgenerator 1 ,der mit der Lichtquelle 2 ,den aweiten Eingängen der sample-and-hold Schaltungen 3 und 4 und dem ersten Eingang der Vergleichsschaltung 5 verbunden ist.Die zwei anderen Eingänge der Vergleichschaltung 5 sind mit den Ausgängen der Differenzverstärker 6 und 7 ^und der Ausgang der Vergleichsschaltung 5 ist mit der Hegistrier einrichtung 10 verbunden.Die Ausgänge der Differenzverstärker 6 und 7 sind mit den ersten Eingängen der sample-andhold Schaltungen 3 und 4 verbunden,Der Ausgang der sample and-hold Schaltung 3 ist mit dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers 6 verbunden,dessen erster Eingang mit dem Photoempfänger 8 verbunden ist.Der Ausgang der 3ample-and-hold' Schaltung 4 ist mit dem zweiten Eingang des Differenzver stärkers 7 verbunden,dessen erster Eingang mit dem Photo empfänger 9 verbunden ist.Die Lichtquelle 2 und die Photo empfänger 8 und 9 sind in einer Linie hintereinander auf einem gemeinsamen Grundelement angeordnet.Als Lichtquelle 2 und Photoempfänger 8 und 9 können z.B. eine Lumineszenz' und zwei Photodioden verwendet werden.Die Vergleichsschaltung 5 ist als MeBapparat des Verhältnisses oder des Logarithmus des Verhältnisses der Signale der Photoempfänger 8 und 9 ausgeführt.The proposed photoplethysmograph. Fig. 1 includes a pulse generator 1 connected to the light source 2, the wide inputs of the sample-and-hold circuits 3 and 4 and the first input of the comparator 5. The two other inputs of the comparator 5 are connected to the outputs the differential amplifier 6 and 7 ^ and the output of the comparison circuit 5 is connected to the Hegistrier device 10. The outputs of the differential amplifiers 6 and 7 are connected to the first inputs of the sample-and-hold circuits 3 and 4, the output of the sample-and-hold circuit 3 is connected to the second input of the differential amplifier 6, whose first input is connected to the photoreceptor 8. The output of the 3 ample-and- hold ' circuit 4 is connected to the second input of the Differenzver amplifier 7, whose first input to the photo receiver 9 is connected. The light source 2 and the photo receivers 8 and 9 are in a line behind one another on a common base element angeo For example, one luminescence and two photodiodes may be used as the light source 2 and the photoreceptors 8 and 9. The comparison circuit 5 is implemented as a measuring device of the ratio or the logarithm of the ratio of the signals of the photoreceptors 8 and 9.
Der Photoplethysmograph arbeitet auf folgende Art und Weise.Der Impulsgenerator 1 formiert ein rechteckiges Impulssignal ( Fig,2a ),welches an die' Lichtquelle 2 gelangt undThe photoplethysmograph operates in the following manner. The pulse generator 1 forms a rectangular pulse signal (FIG. 2 a) which arrives at the light source 2 and
die Ausstrahlung eines entsprechenden Strahienflusses her vorruft,Betrachten wir zwei Arbeitstakte der Vorrichtung . Während des ersten Taktes formiert der Impulsgenerator 1 kein Signal ( Zeitintervall 0~t1 in Fig.2a ) und die Lichtquelle 2 strahlt keinen Strahlenfluß aus.An die zweiten Eingänge der sample-and-hold Schaltungen 3 und 4 gelangen ebenfalls keine Signale und die Schaltungen arbeiten in einem Regime, in welchem sie fortlaufend das sich ändernde Niveau der äußeren Beleuchtungsstärke registrieren.Dies geschieht folgendermaßen.Der Lichtfluß der äußeren Lichtquellen ( natürliche oder künstliche ) gelangt auf die Photoempfänger 8 und 9 ,welche elektrische Signale formieren,die der Be leuchtungsstärke ihrer photoempfindlichen Elemente proportional sind (für einen der Photoempfänger ist ein solches Signal in Fig.2b abgebildet ; Zeitintervall 0~t1 ).Diese Signale gelangen an die ersten Eingänge der entsprechenden Differenz; verstärker 6 und 7 «Von den Ausgangendder Differenzverstärker 6 und 7 gelangen die Signale an die ersten Eingänge der entsprechenden sample-and-hold Schaltungen 3 und 4 und an den zweiten und dritten Eingang der Vergleichsschaltung 5 · Da während des ersten Arbeitstaktes der Impulsgenerator 1 kein Sigmal formiert,gelangt auch kein Signal an den ersten Eingang der Vergleichsschaltung 5 ,so daß die Vergleichs schaltung 5.nicht arbeitet,An die zweiten Eingänge der sample-and-hold Schaltungen 3 und 4 gelangt während des ersten Arbeitstaktes ebenfalls kein Signal des Impulsgenerators 1 ,und diese Schaltungen arbeiten wie invertierende Verstärker. Sie übertragen in entgegengesetzter Phase die Signale von den Ausgängen der Differenzverstärker 6 und 7 an ihre zweiten nicht invertierenden Eingänge.Da die Differenzver stärker 6 und 7 an ihren Ausgängen Signale formieren,die der Differenz der Spannungen an ihren beiden Eingängen proportional sind,kauTi man davon ausgehen,daß bei hinreichend großem Verstärkungsfaktor.der Verstärker der sample-and-hold Schaltungen 3 und 4 während des ersten Arbeitstaktes an beiden Eingängen jedes DifferenzVerstärkers 6 und 7 die Signale gleich groß sind.Auf diese Weise wird ein beliebiges Signal,welches von den Photoempfängern 8 und 9 infolge der äußeren Beleuch-the radiation of a corresponding Strahienflusses forth ago, Let's look at two strokes of the device. During the first clock pulse generator 1 forms no signal (time interval 0 ~ t 1 in Figure 2a) and the light source 2 emits no Strahlfluß aus.An the second inputs of the sample-and-hold circuits 3 and 4 also get no signals and circuits operate in a regime in which they continuously the changing level of the external illuminance registrieren.Dies happens folgendermaßen.Der light flux of the external light source (natural or artificial) reaches the photodetector 8 and 9, transform electrical signals, the illuminance of be their photosensitive elements are proportional (for one of the photoreceivers, such a signal is shown in Fig. 2b, time interval 0 ~ t 1 ). These signals reach the first inputs of the corresponding difference; amplifiers 6 and 7 "From the outputs of the differential amplifiers 6 and 7, the signals are applied to the first inputs of the respective sample-and-hold circuits 3 and 4 and to the second and third inputs of the comparison circuit 5 Sigmal formed, no signal reaches the first input of the comparator 5, so that the comparison circuit does not work 5. At the second inputs of the sample-and-hold circuits 3 and 4 also passes during the first power stroke, no signal of the pulse generator. 1 , and these circuits work like inverting amplifiers. They transmit in opposite phase the signals from the outputs of the differential amplifiers 6 and 7 to their second non-inverting inputs. Since the Differenzver stronger 6 and 7 form at their outputs signals that are proportional to the difference of the voltages at their two inputs, u u u u assume that with a sufficiently large amplification factor. the amplifier of the sample-and-hold circuits 3 and 4 during the first working cycle at both inputs of each difference amplifier 6 and 7, the signals are the same size. In this way, any signal which is from the Photoreceivers 8 and 9 due to external illumination
tungsstärke formiert wird,mit einem entgegengesetzte Polarität habenden Signal kompensiert,welches von den Ausgängen der entsprechenden sample-and-hold Schaltungen 3 und 4 an die zweiten Eingänge der entsprechenden Dijfferenz.verstar.feer 6 und 7 gelangt.Die von den sample-and-hold Schaltungen 3 und 4 formierten Signale werden während des ersten Arbeitstaktes fortlaufend registriert ( für eine der sample-andhold Schaltungen ist ein solches Signal in Fig.2c abgebildet).strength is compensated with an opposite polarity signal which passes from the outputs of the respective sample-and-hold circuits 3 and 4 to the second inputs of the respective Dijfferenz.verstar.feer 6 and 7. The sample-and- hold circuits 3 and 4 formed signals are continuously registered during the first power stroke (for one of the sample-and-hold circuits, such a signal is shown in Fig.2c).
Während des zweiten Arbeitstaktes der Vorrichtung formiert der Impulsgenerator 1 einen Impuls mit der Impulsdauer t^-t-i. ( Fig.1a ).Dieser Impuls gelangt an die Lichtquelle 2, die zweiten Eingänge der sample-and-hold Schaltungen,3 und4 und den ersten Eingang der Vergleichsschaltung 5 .Während, des zweiten Arbeitstaktes gehen die sample-and-hold Schaltungen 3 und 4 in ein Speicherregime über und speichern das durch die äußere Beleuchtungsstärke in den Photoempfängern 8 und hervorgerufene elektrische Signal ( Us Fig.2c ) ,welches dem Niveau dieser äußeren Beleuchtungsstärke entspricht.Die Lichtquelle 2 strahlt einen Strahlenfluß im vorgegebenen Wellenlängenbereich aus ,welcher durch die Spezifik der durchzuführenden medizinisch-biologischen Untersuchungen bestimmt wird.Efachdem der Lichtfluß von dem biologischen Gewebe der zu untersuchenden Körperoberfläche absorbiert und gestreut wurde,fällt dieser auf beide Photoempfänger 8 und 9 «Da die Lichtquelle 2 und die Photoempfänger 8 und 9 in einer Linie hintereinander auf einem gemeinsamen Grundelement 11 ange ordnet, sind,ist der Abstand zwischen Lichtquelle 2 und Photoempfänger 8 geringer ,als der Abstand zwischen Lichtquelle und Photοempfanger 9 .Folglich wird der Lichtfluß,der den Photοempfänger 9 erreicht,geringer sein als der Lichtfluß , der an den Photoempfänger 8 gelangt.Außer dem Lichtfluß der Lichtquelle 2 wirkt auf -die Photoempfänger 3 und 9 weiterhin der Lichtfluß der äußeren'Beleuchtung einweichen man mit -hinreichender Genauigkeit für die Zeitdauer des Lichtimpulses der Lichtquelle 2 als konstant annehmen kann.Da in dem sample-and-hold Schaltungen 3 und 4 das Signal gespeichert ist,welches dem Niveau der äußeren .Beleuchtungsstärke in dem Moment entspricht,in welchem die Lichtquelle 2 einen Licht -During the second working cycle of the device, the pulse generator 1 forms a pulse having the pulse duration t 1 -t i. (Fig.1a). This pulse is applied to the light source 2, the second inputs of the sample-and-hold circuits, 3 and 4 and the first input of the comparator 5. During the second clock cycle go the sample-and-hold circuits 3 and 4 into a storage regime and store the external light intensity in the photoreceptors 8 and caused electrical signal (U s Fig.2c), which corresponds to the level of this external illuminance. The light source 2 emits a beam flux in the predetermined wavelength range, which by the Since the light flux is absorbed and scattered by the biological tissue of the body surface to be examined, it is incident on both photoreceptors 8 and 9, since the light source 2 and the photoreceivers 8 and 9 are in line with each other a common base element 11 is arranged, the distance z Consequently, the light flux which reaches the photoreceiver 9 will be less than the light flux which reaches the photoreceiver 8. Apart from the light flux of the light source 2, the light flux 2 and photoreceiver 8 are less than the distance between light source and photon receiver 9. the photoreceivers 3 and 9 continue to soak the light flux of the external illumination with sufficient accuracy for the duration of the light pulse of the light source 2. As in the sample-and-hold circuits 3 and 4 the signal is stored, which is the Level of the external illuminance corresponds to the moment in which the light source 2 a light -
impuls zu formieren beginnt,wird während des zweiten Arbeitstaktes dieses durch die äußere Beleuchtung hervorgerufene Signal der Photoempfänger 8 und 9 kompensiert,indem es an die zweiten Eingänge der entsprechenden Differenzverstärker 6 und 7 gegeben wird.Im Resultat dessen werden während des zweiten Arbeitstaktes an den Ausgängen der Differenzverstärker 6 und 7 Signale formiert,die der durch die Strahlung der Lichtquelle 2 hervorgerufenen Beleuchtungsstärke der Photo empfänger 8 und 9 proportional sind,(3?ig»2d ) Ton den Aus gangen der Differenzverstärker 6 und 7 gelangen die Signale an den zweiten und dritten Eingang der Vergleichsschaltung 5, an deren ersten Eingang während des zweiten Arbeitstaktes das gestattende Signal des Impulsgenerators 1 gelangt ,pulse begins to form during the second working cycle of this caused by the external illumination signal of the photoreceptors 8 and 9 is compensated by being given to the second inputs of the respective differential amplifiers 6 and 7. As a result, during the second power stroke at the outputs the differential amplifier 6 and 7 formed signals which are proportional to the caused by the radiation of the light source 2 illuminance of the photo receivers 8 and 9, (3 ig ig 2d) tone go from the differential amplifiers 6 and 7, the signals to the second and third input of the comparator circuit 5, at the first input of which the permitting signal of the pulse generator 1 arrives during the second operating cycle,
In der Vergleichsschaltung 5 wird das Verhältnis der durch die Differenzverstärker 6 und 7 verstärkten elektronischen Signale der Photoempfänger 8 und 9 bestimmt,wobei dieses Verhältnis' eine quantitative Charakteristik der optischen Ei-.genschaften des zu untersuchenden Gewebes liefert,Wenn z.3, in der Vergleichsschaltung 5 <3.as Verhältnis des Signals des Photoempfängers 9 zum Signal des Photοempfängers 8 bestimmt wird,so wird am Ausgang der Vergleichsschaltung 5 ein Signal formiert,welches dem. Huckstreuungskoeffizienten des Gewebeabschnittes zwischen den Photoempfähgern 8 und 9 proportional ist.Wenn in der Vergleichsschaltung 5 die Größe des Logarithmus des Verhältnisses des Signals, des Photoempfängers 8 zum Signal des Photoempfängers 9 bestimmt wird,so wird am Ausgang der Vergleichsschaltung 5 ein Signal formiert,welches der optischen Dichte desselben Gewebeabschnittes proportional ist, Vom Ausgang der Vergleichsschaltung 5 gelangen die Signale in die Registriereinrichtung 10 · 'In the comparison circuit 5, the ratio of the amplified by the differential amplifiers 6 and 7 electronic signals of the photoreceptor 8 and 9 is determined, which ratio 'provides a quantitative characteristic of the optical Ei. Comforts of the tissue to be examined, If z.3, in the Comparative circuit 5 <3.asas the ratio of the signal of the photoreceptor 9 to the signal of the Photοempfängers 8 is determined, then a signal is formed at the output of the comparison circuit 5, which the. If the magnitude of the logarithm of the ratio of the signal, the photoreceptor 8 to the signal of the photoreceptor 9 is determined in the comparison circuit 5, a signal is formed at the output of the comparison circuit 5, which From the output of the comparison circuit 5, the signals enter the registering device 10 · '
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD24046682A DD208297A1 (en) | 1982-06-04 | 1982-06-04 | photoplethysmograph |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD24046682A DD208297A1 (en) | 1982-06-04 | 1982-06-04 | photoplethysmograph |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DD208297A1 true DD208297A1 (en) | 1984-05-02 |
Family
ID=5539058
Family Applications (1)
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DD24046682A DD208297A1 (en) | 1982-06-04 | 1982-06-04 | photoplethysmograph |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DD (1) | DD208297A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6785568B2 (en) | 1992-05-18 | 2004-08-31 | Non-Invasive Technology Inc. | Transcranial examination of the brain |
-
1982
- 1982-06-04 DD DD24046682A patent/DD208297A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6785568B2 (en) | 1992-05-18 | 2004-08-31 | Non-Invasive Technology Inc. | Transcranial examination of the brain |
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