RU2386388C1 - Pulse oximeter tester - Google Patents
Pulse oximeter tester Download PDFInfo
- Publication number
- RU2386388C1 RU2386388C1 RU2008128571/14A RU2008128571A RU2386388C1 RU 2386388 C1 RU2386388 C1 RU 2386388C1 RU 2008128571/14 A RU2008128571/14 A RU 2008128571/14A RU 2008128571 A RU2008128571 A RU 2008128571A RU 2386388 C1 RU2386388 C1 RU 2386388C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photodiode
- pulse oximeter
- microcontroller
- light
- pulse
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к медицинской технике в части создания устройств для поверки пульсовых оксиметров - приборов для косвенного измерения неинвазивным методом степени насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом. Пульсовые оксиметры широко применяются в хирургических и реанимационных отделениях медицинских учреждений, при лечении больных с дыхательной и циркуляторной недостаточностью.The invention relates to medical equipment in terms of creating devices for checking pulse oximeters - devices for indirect measurement by non-invasive method of the degree of saturation of hemoglobin of arterial blood with oxygen. Pulse oximeters are widely used in surgical and intensive care units of medical institutions, in the treatment of patients with respiratory and circulatory failure.
Работа пульсовых оксиметров основана на измерении в двух диапазонах длин волн, обычно в красном и ифракрасном (ИК), коэффициентов модуляции пульсациями крови излучения, проходящего через ткани тела человека или рассеянного ими. Отношение R коэффициентов модуляции красной и ИК компонент излучения для конкретных спектральных характеристик излучателя функционально и однозначно связано со степенью насыщения SpO2 гемоглобина артериальной крови кислородом. Зависимость SpO2 от R, называемая калибровочной кривой, обычно программно закладывается в микроконтроллерном устройстве пульсовых оксиметров.The operation of pulse oximeters is based on the measurement in two ranges of wavelengths, usually in red and infrared (IR), of the modulation coefficients of the pulsations of the blood of the radiation passing through the tissues of the human body or scattered by them. The ratio R of the modulation coefficients of the red and IR radiation components for specific spectral characteristics of the emitter is functionally and unambiguously related to the degree of saturation of SpO 2 hemoglobin in arterial blood with oxygen. The dependence of SpO 2 on R, called the calibration curve, is usually programmed into the microcontroller device of pulse oximeters.
Известно устройство, применяемое в настоящее время для поверки пульсовых оксиметров, представляющее собой исключительно электронный имитатор сигнала датчика пульсового оксиметра, подключаемый к электронному блоку пульсового оксиметра вместо датчика с помощью электрического разъема, аналогичного разъему датчика [1]. В электронном блоке устройства формируется электрический сигнал, подаваемый на вход измерительной системы пульсового оксиметра, имитирующий различные значения коэффициентов модуляции красного и ИК излучений и различные значения частоты пульса.A device is known that is currently used for checking pulse oximeters, which is an exclusively electronic simulator of the pulse oximeter sensor signal, connected to the electronic block of the pulse oximeter instead of the sensor using an electrical connector similar to the sensor connector [1]. An electronic signal is generated in the electronic unit of the device, which is fed to the input of the measuring system of the pulse oximeter, simulating various values of the modulation coefficients of red and infrared radiation and various values of the pulse frequency.
Недостатком известного устройства является то, что оно не является универсальным, так как разработано производителем для конкретного типа пульсовых оксиметров и непригодно для поверки пульсовых оксиметров других производителей. Кроме того, поверке подвергается только электронный блок пульсовых оксиметров, при этом пульсовый датчик пульсовых оксиметров не поверяется и может быть даже неработоспособен или иметь большую погрешность измерений, связанную с разбросом оптических характеристик излучающих диодов.A disadvantage of the known device is that it is not universal, as it was developed by the manufacturer for a specific type of pulse oximeters and is unsuitable for checking pulse oximeters from other manufacturers. In addition, only the electronic unit of pulse oximeters is verified, while the pulse sensor of pulse oximeters is not checked and may even be inoperative or have a large measurement error associated with the spread of the optical characteristics of the emitting diodes.
Более совершенно устройство, представляющее собой имитатор живой ткани, содержащее фотодиоды, светодиод, усилители, модуляторы, позволяющее преобразовывать излучение пульсового оксиметра в электрический сигнал и после его электронной обработки с помощью выходного светодиода имитировать модуляцию излучения поверяемого пульсового оксиметра пульсациями крови в сосудах тела [2]. Это устройство позволяет проводить проверку работоспособности пульсовых оксиметров, включающую проверку работоспособности датчика. Однако погрешность, обусловленная разбросом оптических характеристик излучающих диодов, как и в предыдущем устройстве, не устраняется.More completely, a device that is a simulator of living tissue, containing photodiodes, LEDs, amplifiers, modulators, which allows you to convert the radiation of the pulse oximeter into an electrical signal and after its electronic processing using the output LED to simulate the modulation of the radiation of the pulse pulse oximeter being verified by pulsations of blood in the vessels of the body [2] . This device allows you to check the health of pulse oximeters, including a health check of the sensor. However, the error due to the spread of the optical characteristics of the emitting diodes, as in the previous device, is not eliminated.
Также известно устройство для поверки пульсовых оксиметров, изготовленное в виде эластичной оболочки в форме пальца, заполненной жидкостью (гелем), спектральные характеристики которой позволяют имитировать при ее периодическом деформировании модуляцию излучения пульсовых оксиметров с параметрами, близкими к тем, которые производятся пульсациями крови в человеческом пальце [3]. Данное устройство позволяет проводить комплексную проверку работоспособности пульсовых оксиметров, включающую проверку датчика и электронного блока пульсовых оксиметров. Однако существуют большие сложности с обеспечением малой погрешности поверки, связанные с необходимостью подбора компонентов жидкости (геля), имитирующей оптические свойства тканей человеческого пальца в довольно широком спектральном диапазоне. Существенным недостатком устройства является также необходимость использования целого набора подобных устройств для перекрытия всего поверяемого диапазона сатураций, так как каждое отдельное устройство предназначено для проверки только одного значения сатурации.It is also known a device for checking pulse oximeters, made in the form of a finger-shaped elastic shell filled with a liquid (gel), the spectral characteristics of which make it possible to simulate during its periodic deformation modulation of the radiation of pulse oximeters with parameters close to those produced by pulsations of blood in a human finger [3]. This device allows you to conduct a comprehensive test of the health of pulse oximeters, including a check of the sensor and the electronic unit of pulse oximeters. However, there are great difficulties in ensuring a small error of verification associated with the need to select the components of a liquid (gel) that mimics the optical properties of human finger tissues in a fairly wide spectral range. A significant disadvantage of the device is the need to use a whole set of similar devices to cover the entire verified range of saturations, since each individual device is designed to check only one value of saturation.
Целью изобретения является создание универсального устройства, пригодного для поверки пульсовых оксиметров различных типов и производителей, обеспечивающего снижение погрешности поверки за счет комплексной поверки электронного блока и датчика пульсовых оксиметров.The aim of the invention is the creation of a universal device suitable for checking pulse oximeters of various types and manufacturers, providing a reduction in calibration error due to the integrated verification of the electronic unit and the pulse oximeter sensor.
Поставленная цель достигается тем, что датчик устройства, выполненный в виде конструкции, функционально имитирующей палец, вставляемый в датчик пульсового оксиметра, содержит со стороны излучателя пульсового оксиметра элемент, рассеивающий это излучение, например белую керамическую пластину, после которого оно поступает в два светоизолированных друг от друга оптических канала, на входе которых имеются полосовые светофильтры, пропускающие в один канал красную, а в другой - ИК компоненту излучения; после полосовых светофильтров по ходу излучения расположены фотодиоды с предусилителями, далее устройство содержит два модулятора электрического сигнала (по одному на канал) с независимой регулировкой коэффициента модуляции, сумматор и на его выходе - светодиод с линейной характеристикой преобразования по току, излучение которого направлено на фотодиод пульсового оксиметра и спектр излучения которого находится в области его чувствительности; кроме того, устройство содержит микроконтроллер, с помощью которого задаются частота модуляции и отношение коэффициентов модуляции, а также осуществляется вывод значений задаваемых параметров на экран устройства.This goal is achieved by the fact that the device’s sensor, made in the form of a functionally simulating finger inserted into the pulse oximeter sensor, contains an element scattering this radiation from the side of the pulse oximeter emitter, for example, a white ceramic plate, after which it enters into two light-insulated from other optical channels, at the input of which there are band-pass filters that transmit red in one channel and the IR component of radiation in another; After the band-pass filters along the radiation there are photodiodes with preamplifiers, then the device contains two electric signal modulators (one per channel) with independent adjustment of the modulation coefficient, the adder and its output - an LED with a linear current conversion characteristic, the radiation of which is directed to the pulse photodiode an oximeter and whose emission spectrum is in the region of its sensitivity; in addition, the device contains a microcontroller, with the help of which the modulation frequency and the ratio of modulation coefficients are set, and the values of the specified parameters are displayed on the screen of the device.
Дополнительно в каждом канале устройства после полосового светофильтра установлена светоделительная пластина, которая ответвляет часть излучения на фотодиод с предусилителем, перед которым расположен светофильтр со спектральной характеристикой пропускания, характеризующейся монотонной зависимостью коэффициента пропускания от длины волны в области пропускания полосового светофильтра, ограниченной диапазоном значений длин волн излучения пульсовых оксиметров (в диапазоне длин волн 600-700 нм для канала красного излучения и в диапазоне 800-1000 нм для канала ИК излучения). Фотодиоды соединены с микроконтроллером, в котором осуществляется обработка сигналов от фотодиодов, позволяющая по отношению двух сигналов оценивать спектральные характеристики излучателя пульсовых оксиметров: положение спектральных пиков излучения, т.е. длин волн максимумов излучения красного и ИК излучения, или их отклонение от типовых значений. Физической основой данного метода оценки спектра излучателей является зависимость интенсивности излучения, проходящего через светофильтр от длины волны. Эта зависимость для светодиодов с квазимонохроматическим излучением является практически функциональной.In addition, a beam splitting plate is installed in each channel of the device after the band-pass filter, which branches part of the radiation into a photodiode with a preamplifier, in front of which there is a filter with a spectral transmittance characteristic, characterized by a monotonic dependence of the transmittance on the wavelength in the transmission band of the band-pass filter, limited by the range of radiation wavelengths pulse oximeters (in the wavelength range of 600-700 nm for the red radiation channel and in the range e 800-1000 nm for the IR channel). The photodiodes are connected to a microcontroller, in which the processing of signals from photodiodes is performed, which allows the spectral characteristics of the pulse oximeter emitter to be evaluated with respect to two signals: the position of the spectral radiation peaks, i.e. wavelengths of maxima of red and infrared radiation, or their deviation from typical values. The physical basis of this method for estimating the spectrum of emitters is the dependence of the intensity of the radiation passing through the filter on the wavelength. This dependence for LEDs with quasi-monochromatic radiation is practically functional.
На чертеже представлена принципиальная схема устройства. Устройство содержит светорассеивающий элемент 1 для равномерного распределения потоков излучения поверяемого пульсового оксиметра по двум каналам, полосовой светофильтр 2 для «красного» канала, ИК полосовой светофильтр 3; светоделительные пластины 4, 5; светофильтры 6, 7 со специальными характеристиками пропускания; фотодиоды 8-11 с предусилителем; усилители 12, 13; модуляторы 14, 15; микроконтроллер 16; сумматор 17; светодиод 18; дисплей 19.The drawing shows a schematic diagram of a device. The device comprises a light-scattering element 1 for uniform distribution of the radiation fluxes of the pulse pulse oximeter being verified over two channels, a band-pass filter 2 for the "red" channel, an IR-band-pass filter 3; beam splitting plates 4, 5;
На чертеже используются следующие условные обозначения:The drawing uses the following conventions:
УППО - устройство для поверки пульсовых оксиметров;UPPO - device for checking pulse oximeters;
ПО - поверяемый пульсовый оксиметр;ON - verified pulse oximeter;
СД_ИК - инфракрасный светодиод ПО;SD_IK - infrared LED software;
СД-К - красный светодиод ПО;SD-K - red software LED;
ФД - фотодиод ПО.PD - software photodiode.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Излучение пульсового оксиметра, содержащее красную и ИК компоненты, поступает на светорассеивающий элемент 1; рассеянное излучение с помощью полосовых светофильтров 2, пропускающего только красную компоненту, и 3, пропускающего только ИК компоненту, разделяется на красный и ИК пучки, которые направляются в два светоизолированных друг от друга канала, после чего излучение в каждом канале попадает на фотодиоды 8 и 9. Электрические сигналы с фотодиодов усиливаются усилителями 12 и 13, которые управляются микроконтроллером для оптимизации уровня сигнала, модулируются по амплитуде модуляторами 14 и 15, управляемыми микроконтроллером 16, и затем поступают на сумматор 17. Светодиод 18, имеющий линейную характеристику преобразования, преобразует электрический сигнал с выхода сумматора в соответствующий ему световой поток, направляемый на фотодиод пульсового оксиметра. С помощью микроконтроллера задается отношение R коэффициентов модуляции красной и ИК компонент излучения. Заданные значение R, а также частота модуляции, имитирующая частоту пульса, отображаются на дисплее 19.Pulse oximeter radiation containing red and IR components is applied to the light scattering element 1; scattered radiation using band-pass filters 2, which transmits only the red component, and 3, which transmits only the IR component, is separated into red and IR beams, which are sent to two channels that are light-insulated from each other, after which the radiation in each channel is incident on photodiodes 8 and 9 The electrical signals from the photodiodes are amplified by
Таким образом, описываемое устройство позволяет проводить проверку соответствия зависимости SpO2 от R, запрограммированной в поверяемом пульсовом оксиметре типовой калибровочной кривой, приводимой в технической документации. Для повышения точности проверки пульсовых оксиметров в данном устройстве предусмотрена проверка спектральных характеристик их излучателей, так как от спектральных характеристик излучателей пульсового оксиметра зависит правомерность использования запрограммированной в пульсовом оксиметре типовой калибровочной кривой. С этой целью в данном устройстве часть излучения в красном и ИК каналах ответвляется с помощью светоделительных пластин 4 и 5, после чего ответвленные потоки излучения пропускаются через светофильтры 6 и 7 с заданными спектральными характеристиками пропускания и далее поступают на фотодиоды соответственно 10 - в «красном» и 11 - в «ИК» каналах излучения. Фотоэлектрические сигналы от фотодиодов 10 и 11, а также от фотодиодов 8 и 9 (до усилителей 12 и 13) поступают в микроконтроллер 16, в котором производится вычисление отношения значений сигналов фотодиодов 10 и 8 в канале красного и, аналогично, отношения сигналов фотодиодов 9 и 11 в канале ИК излучения. Вычисленные значения отношения сигналов для каждого канала выводятся непосредственно на дисплей 19 или после преобразования в значения длин волн максимумов излучения красного и ИК излучателей поверяемого пульсового оксиметра (или в значения отклонений от номинальных значений длин волн согласно технической документации) с помощью запрограммированных в микроконтроллере функциональных зависимостей. Соответствующие зависимости рассчитываются на основе спектральных характеристик светофильтров и фотодиодов и подтверждаются с помощью спектральных измерений.Thus, the described device allows you to check the compliance of the dependence of SpO 2 on R, programmed in the verified pulse oximeter standard calibration curve given in the technical documentation. To increase the accuracy of checking pulse oximeters, this device provides for the verification of the spectral characteristics of their emitters, since the legitimacy of using the standard calibration curve programmed in the pulse oximeter depends on the spectral characteristics of the emitters of the pulse oximeter. To this end, in this device, part of the radiation in the red and IR channels is branched using beam splitter plates 4 and 5, after which the branched radiation flux is passed through
Для подтверждения точности работы предлагаемого устройства были проведены испытания, которые подтвердили его высокие точностные характеристики, обеспечивающие возможность его использования для поверки пульсовых оксиметров разных типов.To confirm the accuracy of the proposed device, tests were carried out that confirmed its high accuracy characteristics, making it possible to use it for checking pulse oximeters of various types.
Таким образом, устройство найдет самое широкое применение при проведении первичной и периодической поверок пульсовых оксиметров при их выпуске из производства, ввозе по импорту и в процессе эксплуатации.Thus, the device will find the widest application in the initial and periodic verification of pulse oximeters during their release from production, import by import and during operation.
Источники информацииInformation sources
1. Устройство проверки параметров пульсоксиметров (УППП). Сертификат об утверждении типа средств измерений RU.C.39.003.A №9130.1. A device for checking the parameters of pulse oximeters (SCP). Certificate of type approval of measuring instruments RU.C.39.003.A No. 9130.
2. ГОСТ Р ИСО 9919-2007. Оксиметры пульсовые медицинские. Технические требования и методы испытаний. Изделия медицинские электрические. Частные требования безопасности и основные характеристики пульсовых оксиметров.2. GOST R ISO 9919-2007. Medical pulse oximeters. Technical requirements and test methods. Medical electrical products. Particular safety requirements and basic characteristics of pulse oximeters.
3. Simulation for pulse oximeter. Merrick et al. US Patent. Patent Number: 5,348,005, Sep.20, 1994.3. Simulation for pulse oximeter. Merrick et al. US Patent. Patent Number: 5,348,005, Sep.20, 1994.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008128571/14A RU2386388C1 (en) | 2008-07-15 | 2008-07-15 | Pulse oximeter tester |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008128571/14A RU2386388C1 (en) | 2008-07-15 | 2008-07-15 | Pulse oximeter tester |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008128571A RU2008128571A (en) | 2010-01-20 |
RU2386388C1 true RU2386388C1 (en) | 2010-04-20 |
Family
ID=42120335
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008128571/14A RU2386388C1 (en) | 2008-07-15 | 2008-07-15 | Pulse oximeter tester |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2386388C1 (en) |
-
2008
- 2008-07-15 RU RU2008128571/14A patent/RU2386388C1/en active IP Right Revival
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008128571A (en) | 2010-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI637727B (en) | Systems, devices, and methods for performing trans-abdominal fetal oximetry and/or trans-abdominal fetal pulse oximetry | |
USRE39268E1 (en) | Simulation for pulse oximeter | |
JP4465271B2 (en) | Apparatus for noninvasively determining blood oxygen saturation in a target tissue | |
JP2007532188A (en) | Photoplethysmography using spatially uniform multicolor sources | |
US8219170B2 (en) | System and method for practicing spectrophotometry using light emitting nanostructure devices | |
WO2001084107A2 (en) | Method for non-invasive spectrophotometric blood oxygenation monitoring | |
JPH11506834A (en) | Light source with adjustable wavelength for oximeter | |
JP6125821B2 (en) | Oxygen saturation measuring apparatus and oxygen saturation calculating method | |
WO2007072592A1 (en) | Method of measuring blood in pulp cavity, appratus therefor and adaptor for measuring blood in pulp cavity | |
KR20190038510A (en) | Frequency domian based multi-wavelength bio-signal analysing apparatus | |
AU2021336888A1 (en) | Systems and methods for monitoring an analyte or parameter for a patient | |
EP2211692B1 (en) | Method and instrument for the non-invasive measurement of the oxygenation/saturation of biological tissue | |
RU2386388C1 (en) | Pulse oximeter tester | |
JP6741485B2 (en) | Pulse photometer and reliability evaluation method for calculated values of blood light-absorbing substance concentration | |
EP3135198B1 (en) | Pulse photometer and method for evaluating reliability of calculated value of blood light absorber concentration | |
Kakino et al. | Optical measurement of blood oxygen saturation of dental pulp | |
McEwen et al. | Noninvasive monitoring with strongly absorbed light | |
JP3635331B2 (en) | Substance measuring device | |
JP3016160U (en) | Near infrared non-invasive biometric device | |
US8712492B2 (en) | Photon density wave based determination of physiological blood parameters | |
US20140275882A1 (en) | Methods and Systems for Determining a Probe-Off Condition in a Medical Device | |
Cheang | Feasibility of non-contact photoplethysmography | |
US20220346673A1 (en) | Methods and apparatus for near infrared spectroscopy | |
Karthik et al. | A reflectance photoplethysmography based device to detect circulatory disruptions | |
Lin et al. | Noncontact diffuse correlation spectroscopy probe for deep tissue blood flow measurement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100716 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20110520 |