RU2000080C1

RU2000080C1 - Method of recording arterial pulse and respiration rate and doppler location device

Info

Publication number: RU2000080C1
Authority: RU
Inventors: Виктор Александрович Федоров; Лев Александрович Крохин
Original assignee: Fedorov Viktor A; Krokhin Lev A
Priority date: 1992-01-09
Filing date: 1992-01-09
Publication date: 1993-09-07

Description

обеспечивает надежное исследование кро- вомаполмени . но не позвол ет регистрировать кривые, характеризующие кровоток различных участков тела с одновременной регистрацией кривой дыхательной экскурсии . Кроме того, известные способы не обеспечивают рроведение дистанционной, бесконтактной диагностики и не исключают вли ни случайн «перемещений исследуемого тела или его части на полученный результат .provides reliable blood-pollen research. but it does not allow the recording of curves characterizing the blood flow of various parts of the body while recording the curve of the respiratory excursion. In addition, the known methods do not provide remote, non-contact diagnostics and do not exclude the influence of accidentally "movements of the test body or its part on the result obtained."

Наиболее близким из известных устройств , пригодных дл реализации за вленного способа, по технической сущности и совокупности признаков, характеризующих структурную блок-схему, вл етс допле- ровский локатор, содержащий передающий генератор, направленный ответвитель, балансный смеситель, усилитель сигналов до- плеровской частоты, блок индикации и датчик.The closest known device suitable for implementing the inventive method, in terms of its technical nature and a set of features characterizing the structural block diagram, is a Doppler locator containing a transmitting generator, a directional coupler, a balanced mixer, a Doppler frequency signal amplifier, display unit and sensor.

Это устройство позвол ет измерить диагностические параметры сердечно-сосудистой системы, но не позвол ет выделить из сигнала доплеровской частоты сигналы с боковыми частотами модулирующих процессов , например кровотока и дыхани , что необходимо дл получени информации о частоте пульса, интервалах дыхани с учетом случайных перемещений исследуемого объекта.This device allows you to measure the diagnostic parameters of the cardiovascular system, but does not allow you to extract signals from the Doppler frequency signal with lateral frequencies of modulating processes, such as blood flow and respiration, which is necessary to obtain information about the pulse rate, respiration intervals taking into account random movements of the studied object .

Цель изобретени - обеспечение надежной дистанционной диагностики сердечно-сосудистой системы и процесса дыхани с одновременной регистрацией пульсаций кровотока и интервалов дыхани при возможных перемещени х непосредственно самого тела или его участка в радио- биологически безопасном диапазоне частот излучени , что позвол ет исследовать психофизиологическое состо ние и вы вл ть, например, аритмию сердцебиений, расширение кровеносных сосудов и т.п. влени , которые накладывают отпечаток и про вл ютс в пульсе.The purpose of the invention is the provision of reliable remote diagnostics of the cardiovascular system and respiration process with simultaneous recording of pulsations of blood flow and respiration intervals during possible movements of the body itself or its part in a radiobiologically safe range of radiation frequencies, which allows us to study the psychophysiological state and you for example, cardiac arrhythmias, dilation of blood vessels, and the like. events that overlap and appear in the pulse.

Цель достигаетс тем. что регистрируют перемещени тканей участка тела, обусловленных комбинированным воздействием пульсаций кровотока и дыхани , с последующей фильтрацией полученного сигнала. Дл этого кожу облучают с использованием доплеровского локатора электромагнитной волной сверхвысокой частоты в диапазоне 10-100 гГц и посредством трехканальной фильтрации спектра отраженного сигнала доплеровской частоты выдел ют частоты, соответствующие биени м пульса, интервалам дыхани и перемещени м тела или его исследуемой части.The goal is achieved. that the movements of tissues of the body part due to the combined effect of pulsations of blood flow and respiration are recorded, followed by filtering of the received signal. To do this, the skin is irradiated using a Doppler radar with an ultra-high frequency electromagnetic wave in the range of 10-100 GHz, and through three-channel filtering of the spectrum of the reflected Doppler frequency signal, frequencies corresponding to the heartbeat, respiration intervals and movements of the body or its part under study are extracted.

При этом, в устройстве дл доплеровской локации, предназначенном дл реализации способа, содержащем передающий генератор, направленный ответвитель, балансный смеситель, усилитель сигналов доплеровской частоты, блок индикации, фильтр и датчик, выполненный в виде при- емно-передающей антенны, частота излучени передающего генератора составл етAt the same time, in a device for Doppler location intended for implementing a method comprising a transmitting generator, a directional coupler, a balanced mixer, a Doppler frequency signal amplifier, an indication unit, a filter and a sensor made in the form of a transmitting and receiving antenna, the radiation frequency of the transmitting generator constitutes

10-100 гГц, на выходе усилител включен фильтр, выполненный трехканэльным, с полосой пропускани каналов 0,1-0.7 Гц, 1,0- 3,0 Гц и 4,0-10,0 Гц, а блок индикации снабжен формирователем временного интервала .10-100 GHz, at the amplifier output, a three-channel filter is included with a channel bandwidth of 0.1-0.7 Hz, 1.0-3.0 Hz and 4.0-10.0 Hz, and the display unit is equipped with a time interval shaper .

Регистраци перемещений кожного покрова дает наиболее полную информацию о процессе кровотока и дыхани и не оказывает вредного биологического воздействи на другие ткани тела. Использование дл регистрации перемещений кожного покрова доплеровского локатора в за вленном диапазоне частот обеспечивает возможность дистанционной (на рассто нии до 10 м) диагностики с высокой стабильностью и чувствительностью, необходимой дл выделени сигнала, несущего информацию о частоте пульса и интервалах дыхани ,The registration of movements of the skin provides the most complete information about the process of blood flow and respiration and does not have a harmful biological effect on other tissues of the body. The use of a Doppler locator in the specified frequency range for recording skin movements provides the possibility of remote diagnostics (at a distance of up to 10 m) with the high stability and sensitivity necessary to isolate a signal that carries information about the pulse rate and respiration intervals,

спектральный анализ которых позвол ет судить о психофизиологическом состо нии организма и наличии патологии внутренних органов.spectral analysis of which allows us to judge the psychophysiological state of the body and the presence of pathology of internal organs.

Предложенный выбор диапгзсна частот облучени вл етс существенным как с точки зрени определени микроперемещений (колебаний) кожного покрова, обуслов- ленных эффектом комбинированногоThe proposed choice of radiation frequency ranges is significant both from the point of view of determining micro displacements (vibrations) of the skin due to the effect of combined

воздействи кровотока и дыхани , путем преобразовани отраженной электромагнитной волны с использованием доплеровского локатора, так и с точки зрени минимальной дозы облучени . При этомthe effects of blood flow and respiration, by converting the reflected electromagnetic wave using a Doppler radar, and from the point of view of the minimum radiation dose. Wherein

структурна схема за вленного устройства характеризуетс наличием трехканального фильтра с полосой пропускани по соответствующим каналам (0,1-0,7 Гц. 1,0-3,0 Гц и 4.0-10,0 Гц), что обеспечивает стабильное иThe block diagram of the inventive device is characterized by the presence of a three-channel filter with a passband along the corresponding channels (0.1-0.7 Hz. 1.0-3.0 Hz and 4.0-10.0 Hz), which ensures stable and

надежное выделение из отраженного сигнала , содержащего фоновый сигнал большой амплитуды и частоты, близкой к нулю, и слабый сигнал с боковыми частотами, равными частотам модулирующих процессов, информацию о дыхании, пульсе и перемещени х исследуемого объекта, а наличие формировател временного интервала позвол ет регистрировать в фиксированном интервале времени число импульсов, соответствующих сердечному и дыхательному ритму.reliable extraction from a reflected signal containing a background signal of large amplitude and frequency close to zero, and a weak signal with lateral frequencies equal to the frequencies of the modulating processes, information about the respiration, pulse, and movements of the object under study, and the presence of a shaper of the time interval allows recording for a fixed time interval, the number of pulses corresponding to the heart and respiratory rhythm.

На фиг. 1 изображена гомодинна схема устройства дл доплеровской локации; на фиг. 2 - супергетеродинный вариант.In FIG. 1 shows a homodyne diagram of a device for Doppler location; in FIG. 2 - superheterodyne variant.

Диагностика сердечно-сосудистой системы и процесса дыхани согласно изобретению осуществл етс следующим образом.Diagnostics of the cardiovascular system and respiration process according to the invention is carried out as follows.

Сердечна де тельность и дыхание оказывают комбинированное воздействие на кожный покров, про вл ющеес в виде колебательных микроперемещений кожи. Дл получени информации о пульсации кровотока и интервалах дыхани определ ют микроперемещени кожнбго покрова путем его облучени с использованием доплеров- ского локатора электромагнитной волной сверхвысокой частоты в диапазоне 10-100 гГц. При этом из отраженного сигнала доплеровской частоты выдел ют посредством трехканзльной фильтрации частоты модулирующих процессов: частоту биени пульса по каналу с полосой пропускани 1,0-3,0 Гц, частоту, соответствующую интервалам дыхани , по каналу с полосой пропускани 0,1-0.7 Гц. а частоту, соответствующую случайным перемещени м исследуемого участка тела (или самого тела), - по каналу с полосой пропускани 4,0-10,0 Гц. Фильтраци по каналу с полосой пропускани 4,0- 10,0 Гц исключает вли ние случайных перемещений облучаемой поверхности, которые могут возникнуть при диагностирова- нии, на регистрируемые параметры, отражающие кровоток и дыхание.Cardiac activity and respiration have a combined effect on the skin, manifested in the form of vibrational micro-movements of the skin. In order to obtain information on blood flow pulsation and respiration intervals, microtransportations of the skin are determined by irradiation using a Doppler locator with an ultra-high frequency electromagnetic wave in the range of 10-100 GHz. In this case, the frequency of the modulating processes is isolated from the reflected Doppler frequency signal by three-channel filtering: the pulse beat rate on the channel with a passband of 1.0-3.0 Hz, the frequency corresponding to breathing intervals, on the channel with a passband of 0.1-0.7 Hz . and the frequency corresponding to random displacements of the investigated part of the body (or the body itself) is transmitted along a channel with a passband of 4.0-10.0 Hz. Filtering through a channel with a bandwidth of 4.0-10.0 Hz eliminates the influence of random movements of the irradiated surface that may occur during diagnosis on the recorded parameters reflecting blood flow and respiration.

Регистраци микроперемещений кожного покрова осуществл етс с помощью устройства дл доплеровской локации, которое может быть выполнено по гомодин- ной или супергетеродинной схеме.The registration of skin micro-movements is carried out using a device for Doppler location, which can be performed according to a homodyne or superheterodyne scheme.

Блок-схема гомодинного варианта, Изображенна на фиг. 1, содержит передающий генератор 1, направленный ответвитель 2, переменный аттенюатор 3. циркул тор 4, балансный смеситель 5, усилитель б сигналов доплеровской частоты, трехканальный фильтр 7, блок 8 индикации с формирователем 9 временного интервала. Локатор снабжен приемно-передающей антенной 10.A block diagram of a homodyne embodiment, depicted in FIG. 1, comprises a transmitting generator 1, a directional coupler 2, a variable attenuator 3. a circulator 4, a balanced mixer 5, an amplifier D of Doppler frequency signals, a three-channel filter 7, an indication unit 8 with a time shaper 9. The locator is equipped with a transmit-receive antenna 10.

Блок-схема доплеровского локатора по супергетеродинному варианту содержит передающий генератор 11, гетеродинный генератор 12, направленный ответвитель 13, разв зывающие вентили 14, балансные смесители 15. усилители 16 промежуточной частоты, передающую антенну 17 и приемную антенну 18. Устройство снабжено трех- канальным фильтром 7, блоком 8 индикации с формирователем 9 временного интервала, которые аналогичны элементам блок-схемы годинного варианта.The block diagram of the superheterodyne Doppler locator includes a transmitting oscillator 11, a local oscillator 12, a directional coupler 13, isolation valves 14, balanced mixers 15. intermediate frequency amplifiers 16, a transmitting antenna 17 and a receiving antenna 18. The device is equipped with a three-channel filter 7 , block 8 indications with a shaper 9 time interval, which are similar to the elements of the block diagram of a valid option.

Устройство дл доплеровской локации при реализации за вленного споспбз дилг- ностики сердечно-сосудистой системы и процесса дыхани , основанного на регигт- 5 рации микроперемещений кожного покрова , работает по гомодинной схеме следующим образом.A device for Doppler location during the implementation of the claimed method of dilation of the cardiovascular system and the breathing process based on the regression of 5 micro-movements of the skin, operates according to a homodyne scheme as follows.

Передающий генератор 1 выдает сигнал сверхвысокой частоты в диапазоне 10 100The transmitting generator 1 generates a microwave signal in the range of 10 100

0 гГц. который подаетс через направленный ответпитель 2, переменный аттенюатор 3 и циркул тор 4 на приемно-передэющую антенну 10 дл облучени кожного покрова. Отраженный сигнал, который вл етс сиг5 налом с измен ющейс во времени доплеровской частотой, модулированной по амплитуде процессами биени пульса, дыхани и перемещени самого исследуемого объекта, воспринимаетс антенной 10 и,0 GHz which is fed through a directional coupler 2, a variable attenuator 3, and a circulator 4 to a transmitter / receiver antenna 10 to irradiate the skin. The reflected signal, which is a signal with a time-varying Doppler frequency, modulated in amplitude by the processes of heartbeat, respiration and movement of the object under study, is perceived by antenna 10 and

0 пройд циркул тор 4, замешиваетс на балансном смесителе 5 с сигналом, ответвленным направленным ответвигелем 2 от излучаемого сигнала с передающего генератора 1, Переменный аттенюатор 3 управ5 л ет уровнем мощности передающего генератора 1. На выходе балансного смесител 5 получаетс низкочастотный сигнал, который усиливаетс усилителем б и поступает на вход 1 рехкзналыюго фильтра 7, клж0 дыи из каналов которого пропускает на выход часть спектра частот. При этом канал с полосой пропускани 1.0-3,0 Гц обеспечи- eaei регистрацию интервалов дыхани , а канал с полосой пропускани 4,0-10,0 Гц 5 регистрацию перемещений исследуемого объекта Б.юк В индикации выдает информацию раздельно по каналам пульса, дыхани и перемещени , а формирователь 9 времен ного интервала обеспечивает отображение0, circulator 4 passes through, mixes on a balanced mixer 5 with a signal branched by a directional coupler 2 from the emitted signal from the transmitting oscillator 1, Variable attenuator 3 controls the power level of the transmitting oscillator 1. At the output of the balanced mixer 5, a low-frequency signal is obtained, which is amplified by the amplifier b and arrives at input 1 of the reckless filter 7, all the channels from the channels of which pass part of the frequency spectrum to the output. In this case, a channel with a bandwidth of 1.0-3.0 Hz provides eaei registration of respiration intervals, and a channel with a bandwidth of 4.0-10.0 Hz 5 records the movements of the studied object B.yuk In the display it provides information separately on the channels of pulse, respiration and movement, and the shaper 9 time interval provides a display

0 числа зарегистрированных импульсов в единичном временном интерпале. Результаты могуг быть получены и в виде осциллограмм с регистрацией кривой, характеризующей пул, и кривой дыхательной экскурсии0 the number of recorded pulses in a single time interval. Mogug results can also be obtained in the form of oscillograms with the registration of the curve characterizing the pool and the curve of the respiratory excursion

55

Изображенна на фиг. 2 Омск-схема супергетеродинного доплсропского локатора хораюеризуогс по отношению к гомодин- ному варианту наличием перед.ь.нцеи ,.н0 теины 17 и приемной энгенны 18 гетеродинного генератора 12. котчрыи обеспечивает возможность усилени отраженного сигнала на промежуточной частоте усилител ми 16, что позвол ет увеличитьDepicted in FIG. 2 The Omsk diagram of the superheterodyne Dopplersp locator chorajeruizuogs with respect to the homodyne variant by the presence of the transmitted Nenets, .n0 teins 17 and the receiving engenna 18 of the local oscillator 12. which provides amplification of the reflected signal at the intermediate frequency by amplifiers 16, which allows increase

5 чувствительности локатора но но измен ет функционирование трехканальчого фильтра 7 и блока 8 индикации с формирователем 9 временного интервала, которые о обпил случа х одинаково обеспечивают иыделе ние и регистрацию сигналов.характеризуй5 of the sensitivity of the locator, but it changes the functioning of the three-channel filter 7 and the display unit 8 with the shaper 9 of the time interval, which, on the occasion of the overwhelming cases, equally provide the isolation and registration of signals.

щих пульс, дыхание и перемещени исследуемого ТРЛЗ.pulse, respiration, and movement of the investigated transplant.

Регистраци артериального пульса и дыхательных волн предложенным способом информативна, проста в реализации и мо- жет быть осуществлена на рассто нии до 10 м через одежду, ширмы, легкие перегородки (т.е. через любые радиопрозрачные преграды ), что обеспечивает за вленному решению определенные преимущества по сравнению с известными контактными методами исследовани и возможность использовани дл мониторинга состо ни больных в блоке интенсивной терапии, в педиатрии, при тренировке и контроле пси- хофизиологического состо ни спортсменов , а также при обследовании животных.The registration of arterial pulse and respiratory waves by the proposed method is informative, easy to implement, and can be carried out at a distance of up to 10 m through clothes, screens, light partitions (i.e., through any radiotransparent obstacles), which provides certain advantages to the solution in comparison with the known contact research methods and the possibility of using to monitor the condition of patients in the intensive care unit, in pediatrics, in training and monitoring the physiological state of sports new, as well as when examining animals.

Claims

1. A method for detecting arterial pulse and respiration rate by registering, moving tissues of a body part due to the combined effects of pulse and respiration followed by filtering the received signal, which consists in irradiating the skin using a device for Doppler location with an ultrahigh frequency electromagnetic wave in the range of 10-100 GHz and by three-channel filtering of the spectrum of the reflected Doppler frequency signal, the frequencies corresponding to arterial pulse and respiratory rate are determined waves from signals caused by the movement of the body or its investigated part.

2. A device for Doppler location, connecting the transmitting generator, output connected to the sensor, directional coupler. connected to the first input of the balanced mixer, the second input of which is connected to the output of the sensor, and its output through the filter is connected to the display unit, and an amplifier, characterized in that the sensor is made in the form of a transceiver antenna connected through a circulator, a filter it has a three-channel channel bandwidth of 0.1-0.7, 1-3 and 4-10 Hz, respectively, the display unit is equipped with a time interval shaper, an amplifier is connected between the balanced mixer and the filter, and the generator has a radiation frequency in the range of 10-100 gHz.

zxx

at

7HZZr

tpU6.1

//

/4

XXX

-Ј

d

pU & 2