RU2536282C2 - Arterial blood pulsation recorder - Google Patents
Arterial blood pulsation recorder Download PDFInfo
- Publication number
- RU2536282C2 RU2536282C2 RU2013110981/14A RU2013110981A RU2536282C2 RU 2536282 C2 RU2536282 C2 RU 2536282C2 RU 2013110981/14 A RU2013110981/14 A RU 2013110981/14A RU 2013110981 A RU2013110981 A RU 2013110981A RU 2536282 C2 RU2536282 C2 RU 2536282C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- microcontroller
- adaptive filter
- digital converter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам неинвазивной регистрации биосигналов на основе применения методов фотоплетизмографии. Данное устройство может найти применение в кардиологических системах диагностики пациентов для мониторинга частоты сердечных сокращений, оценки состояния периферических артериальных сосудов.The invention relates to medical equipment, namely to devices for non-invasive registration of biosignals based on the use of photoplethysmography methods. This device can be used in cardiological diagnostic systems for patients to monitor heart rate, assess the status of peripheral arterial vessels.
Известно устройство для фотоплетизмографии (фотоплетизмограф), включающее последовательно соединенные генератор импульсов, амплитудный модулятор и источник света, последовательно соединенные фотоприемник, избирательный усилитель, выпрямитель, фильтр низких частот и полосовой усилитель, а также блок автоматической регулировки интенсивности излучения, последовательно соединенные дифференцирующий усилитель, компаратор и формирователь импульсов (Патент RU 2032376, МПК А61В 5/0295, опубликовано 10.04.1995).A device for photoplethysmography (photoplethysmograph) is known, including a series-connected pulse generator, an amplitude modulator and a light source, a series-connected photodetector, a selective amplifier, a rectifier, a low-pass filter and a band amplifier, as well as an automatic intensity control unit, a series-connected differentiating amplifier, a comparator and a pulse shaper (Patent RU 2032376, IPC АВВ 5/0295, published April 10, 1995).
Известно устройство для фотоплетизмографии (фотоплетизмограф), включающее источник света, фотоприемник, последовательно соединенные регулируемый усилитель переменного тока, демодулятор, фильтр низких частот и усилитель постоянного тока, выход которого подключен к входу управления регулируемого усилителя переменного тока, а также блок регистрации (Патент RU 2054884, МПК А61В 5/0295, опубликовано 27.02.1996).A device for photoplethysmography (photoplethysmograph) is known, including a light source, a photodetector, a series-connected adjustable AC amplifier, a demodulator, a low-pass filter and a DC amplifier, the output of which is connected to the control input of the adjustable AC amplifier, as well as a registration unit (Patent RU 2054884 , IPC А61В 5/0295, published on 02.27.1996).
Недостатком известных устройств является их низкая помехоустойчивость в условиях присутствия двигательных артефактов, обусловленных случайными движениями обследуемого человека во время регистрации биосигналов артериальной пульсации крови.A disadvantage of the known devices is their low noise immunity in the presence of motor artifacts caused by random movements of the person being examined during the registration of biosignals of arterial pulsation of blood.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для фотоплетизмографии (фотоплетизмограф) (Патент RU 2354290, А61В 5/0295, опубликовано 10.05.2009), включающее генератор импульсов, источник света, синхронный селективный усилитель, фильтр нижних частот, фотоприемник, дополнительно фотоплетизмограф содержит синхронный демодулятор, полосовой фильтр, управляемый преобразователь напряжение/ток и распределитель импульсов.Closest to the proposed device is a device for photoplethysmography (photoplethysmograph) (Patent RU 2354290, АВВ 5/0295, published May 10, 2009), including a pulse generator, a light source, a synchronous selective amplifier, a low-pass filter, a photodetector, and in addition the photoplethysmograph contains a synchronous demodulator , bandpass filter, controlled voltage / current converter and pulse distributor.
Недостатком известного устройства является недостаточная помехоустойчивость регистрируемого сигнала артериальной пульсации к проявлению случайных двигательных артефактов, обусловленных движениями обследуемого человека.A disadvantage of the known device is the lack of noise immunity of the recorded signal of arterial pulsation to the manifestation of random motor artifacts caused by the movements of the person being examined.
В основу изобретения поставлена задача - увеличить помехоустойчивость регистрации сигнала артериальной пульсации крови человека в условиях присутствия двигательных артефактов, обусловленных случайными движениями обследуемого.The basis of the invention the task is to increase the noise immunity of the registration of the signal of arterial pulsation of human blood in the presence of motor artifacts due to random movements of the subject.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройство для регистрации артериальной пульсации крови, содержащее генератор импульсов, источник света, фотоприемник, преобразователь ток/напряжение, усилитель переменного напряжения, синхронный демодулятор, полосовой фильтр, согласно изобретению в устройство дополнительно введены акселерометр, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, адаптивный фильтр, блок вычитания, причем выход полосового фильтра подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, выход акселерометра подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу микроконтроллера, первый выход микроконтроллера подключен к первому входу блока вычитания, второй выход микроконтроллера подключен к первому входу адаптивного фильтра, выход блока вычитания подключен ко второму входу адаптивного фильтра, выход адаптивного фильтра подключен ко второму входу блока вычитания.The problem is solved due to the fact that in the device for registering arterial pulsation of blood, containing a pulse generator, a light source, a photodetector, a current / voltage converter, an alternating voltage amplifier, a synchronous demodulator, a band-pass filter, according to the invention, an accelerometer, analog a digital converter, a microcontroller, an adaptive filter, a subtraction unit, the output of a band-pass filter being connected to the first input of an analog-to-digital converter, the accelerator output the meter is connected to the second input of the analog-to-digital converter, the output of the analog-to-digital converter is connected to the input of the microcontroller, the first output of the microcontroller is connected to the first input of the subtraction unit, the second output of the microcontroller is connected to the first input of the adaptive filter, the output of the subtraction unit is connected to the second input of the adaptive filter, the adaptive filter output is connected to the second input of the subtraction block.
Заявленное техническое решение соответствует критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость», так как отсутствует источник информации, в котором было бы описано техническое решение, содержащее отличительные признаки заявляемого технического решения, и заявляемое устройство для регистрации артериальной пульсации крови реализуется с использованием известных в технике элементов.The claimed technical solution meets the criteria of patentability "novelty", "inventive step" and "industrial applicability", since there is no source of information that would describe the technical solution containing the distinctive features of the claimed technical solution, and the claimed device for recording arterial blood pulsation is implemented using elements known in the art.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства для регистрации артериальной пульсации крови.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 presents a diagram of the proposed device for recording arterial pulsation of blood.
Устройство для регистрации артериальной пульсации крови содержит следующие блоки: генератор импульсов 1, источник света 2, фотоприемник 3, преобразователь ток/напряжение 4, усилитель переменного напряжения 5, синхронный демодулятор 6, полосовой фильтр 7, аналого-цифровой преобразователь 8, микроконтроллер 9, адаптивный фильтр 10, блок вычитания 11, акселерометр 12. Источник света 2, фотоприемник 3 и акселерометр 12 конструктивно выполнены в виде единого фотоплетизмографического датчика зажимного типа 13, располагающегося на ногтевой фаланге пальца руки обследуемого.A device for registering arterial pulsation of blood contains the following blocks:
В схеме источник света 2 управляется импульсами тока, формируемыми в генераторе импульсов 1, излучение с источника света 2 попадает на участок биологической ткани, содержащей артериальный сосуд. Излучение, прошедшее сквозь биологические ткани, поступает на фотоприемник 3, выход фотоприемника 3 подключен к входу преобразователя ток/напряжение 4, выход преобразователя ток/напряжение 4 подключен к входу усилителя переменного напряжения 5, выход усилителя переменного напряжения 5 подключен к входу синхронного демодулятора 6, выход синхронного демодулятора 6 подключен ко входу полосового фильтра 7, выход полосового фильтра 7 подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя 8, выход акселерометра 12 подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя 8, выход аналого-цифрового преобразователя 8 подключен к входу микроконтроллера 9, первый выход микроконтроллера 9 подключен к первому входу блока вычитания 11, второй выход микроконтроллера 9 подключен к первому входу адаптивного фильтра 10, выход блока вычитания 11 подключен ко второму входу адаптивного фильтра 10, выход адаптивного фильтра 10 подключен ко второму входу блока вычитания 11.In the scheme, the
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Источник света 2 управляется импульсами тока, формируемыми в генераторе импульсов 1, излучение с источника света 2 попадает на участок биологической ткани, содержащей артериальный сосуд. Прошедшее сквозь биологические ткани излучение поступает на фотоприемник 3. Фотоприемник 3 преобразует ослабленное биологическими тканями излучение в фототок, который далее преобразуется в напряжение с помощью преобразователя ток/напряжение 4, полученное напряжение поступает на усилитель переменного напряжения 5, с выхода которого усиленный сигнал поступает на вход синхронного демодулятора 6, где происходит выделение огибающей сигнала артериальной пульсации крови, с выхода синхронного демодулятора 6 сигнал поступает на полосовой фильтр 7 для выделения переменной составляющей артериальной пульсации крови. Затем переменный сигнал артериальной пульсации поступает на первый вход аналого-цифрового преобразователя 8, где происходит квантование и дискретизация регистрируемого биосигнала. Акселерометр 12 представляет собой датчик ускорения, выходной сигнал с которого поступает на второй вход аналого-цифрового преобразователя 8, где происходит квантование и дискретизация сигнала, описывающего движения пальца обследуемого. Данные с выхода аналого-цифрового преобразователя 8 поступают на микроконтроллер 9, где происходит формирование двух числовых массивов: отсчетов регистрируемого биосигнала артериальной пульсации крови и отсчетов регистрируемого сигнала движения, а также выполнение необходимых логических и арифметических операций. Отсчеты регистрируемого биосигнала артериальной пульсации крови с первого выхода микроконтроллера 9 поступают на первый вход блока вычитания 11, отсчеты регистрируемого сигнала движения поступают со второго выхода микроконтроллера 9 на первый вход адаптивного фильтра 10, где в соответствии с адаптивно изменяющейся импульсной характеристикой фильтра происходит преобразование отсчетов сигнала движения. Преобразованные адаптивным фильтром 10 отсчеты сигнала движения поступают с выхода адаптивного фильтра 10 на второй вход блока вычитания 11, где выполняется операция вычитания из значений отсчетов биосигнала артериальной пульсации крови значений отсчетов выходного сигнала адаптивного фильтра 10. Выходной сигнал блока вычитания 11 используется как обратная связь для управления адаптивным изменением значений весовых коэффициентов адаптивного фильтра 10 и поступает на второй вход адаптивного фильтра 10.The
Введение новых элементов и их взаимосвязь позволяет увеличить помехозащищенность сигнала артериальной пульсации крови при регистрации в условиях присутствия двигательных артефактов, вызванных движениями обследуемого человека. Сигнал, регистрируемый с помощью акселерометра 12, коррелирован с сигналом двигательных артефактов, возникающих во время движения обследуемого при регистрации артериальной пульсации крови, но при этом некоррелирован с самим биосигналом артериальной пульсации крови. Наличие акселерометра 12, адаптивного фильтра 10 и блока вычитания 11 позволяет реализовать алгоритм адаптивного подавления шумов (учебное пособие: P.M. Рангайян. Анализ биомедицинских сигналов. Практический подход. М.: Физматлит, 2007. 139 - 142 с), позволяющий адаптироваться к изменяющимся характеристикам полезного сигнала артериальной пульсации крови и присутствующих при регистрации нестационарных помех, обусловленных движениями обследуемого человека. Контур отрицательный обратной связи, замыкающийся через блок вычитания 11 и адаптивный фильтр 10, позволяет минимизировать влияние двигательных артефактов, возникающих при движении обследуемого человека во время регистрации сигнала артериальной пульсации крови. Наличие аналого-цифрового преобразователя 8 и микроконтроллера 9 позволяет использовать методы программной обработки сигнала артериальной пульсации крови, позволяющие с высокой степенью надежности и эффективности минимизировать влияние двигательных артефактов на форму сигнала артериальной пульсации крови.The introduction of new elements and their relationship allows to increase the noise immunity of the signal of arterial pulsation of blood during registration in the presence of motor artifacts caused by the movements of the person being examined. The signal recorded using the
Таким образом, повышение помехоустойчивости регистрации артериальной пульсации крови достигается за счет того, что в процессе регистрации из регистрируемого сигнала артериальной пульсации крови вычитается сигнал, максимально коррелированный с сигналом двигательных артефактов, за счет преобразования адаптивным фильтром выходного сигнала акселерометра, размещенного на пальце руки обследуемого, с которого происходит регистрация биосигнала артериальной пульсации крови.Thus, the increase in noise immunity of registration of arterial pulsation of blood is achieved due to the fact that during registration from the recorded signal of arterial pulsation of blood, the signal that is maximally correlated with the signal of motor artifacts is subtracted due to conversion of the accelerometer output signal placed on the patient’s finger by an adaptive filter, s whose registration of the biosignal of arterial pulsation of blood occurs.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013110981/14A RU2536282C2 (en) | 2013-03-12 | 2013-03-12 | Arterial blood pulsation recorder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013110981/14A RU2536282C2 (en) | 2013-03-12 | 2013-03-12 | Arterial blood pulsation recorder |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013110981A RU2013110981A (en) | 2014-09-20 |
RU2536282C2 true RU2536282C2 (en) | 2014-12-20 |
Family
ID=51583419
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013110981/14A RU2536282C2 (en) | 2013-03-12 | 2013-03-12 | Arterial blood pulsation recorder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2536282C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU168518U1 (en) * | 2016-04-13 | 2017-02-07 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Acceleration photoplethysmography device |
RU182802U1 (en) * | 2018-02-26 | 2018-09-03 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | PULSE WAVE CONTOUR ANALYSIS DEVICE |
RU195935U1 (en) * | 2019-10-28 | 2020-02-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | DEVICE FOR EVALUATING ARTERIAL VASCILITY |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2252692C2 (en) * | 2003-07-25 | 2005-05-27 | ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННО-КОНСТРУКТОРСКАЯ ФИРМА "Медиком МТД" | Method and device for studying functional state of brain and method for measuring subelectrode resistance |
US6912209B1 (en) * | 1999-04-13 | 2005-06-28 | Broadcom Corporation | Voice gateway with echo cancellation |
RU75293U1 (en) * | 2008-03-25 | 2008-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) (СПбГЭТУ) | TELEMETRIC SYSTEM FOR MONITORING PHYSIOLOGICAL PARAMETERS |
RU2354290C1 (en) * | 2007-07-11 | 2009-05-10 | Закрытое акционерное общество "ОКБ "РИТМ" | Photoplethysmograph |
US7788091B2 (en) * | 2004-09-22 | 2010-08-31 | Texas Instruments Incorporated | Methods, devices and systems for improved pitch enhancement and autocorrelation in voice codecs |
RU101601U1 (en) * | 2010-05-11 | 2011-01-20 | Юрий Александрович Нифонтов | ADAPTIVE MODELING OF FILTRATION OF RANDOM PROCESSES |
RU109942U1 (en) * | 2011-04-06 | 2011-10-27 | Антон Евгеньевич Манохин | ADAPTIVE INTERFERENCE COMPENSATOR |
-
2013
- 2013-03-12 RU RU2013110981/14A patent/RU2536282C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6912209B1 (en) * | 1999-04-13 | 2005-06-28 | Broadcom Corporation | Voice gateway with echo cancellation |
RU2252692C2 (en) * | 2003-07-25 | 2005-05-27 | ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННО-КОНСТРУКТОРСКАЯ ФИРМА "Медиком МТД" | Method and device for studying functional state of brain and method for measuring subelectrode resistance |
US7788091B2 (en) * | 2004-09-22 | 2010-08-31 | Texas Instruments Incorporated | Methods, devices and systems for improved pitch enhancement and autocorrelation in voice codecs |
RU2354290C1 (en) * | 2007-07-11 | 2009-05-10 | Закрытое акционерное общество "ОКБ "РИТМ" | Photoplethysmograph |
RU75293U1 (en) * | 2008-03-25 | 2008-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) (СПбГЭТУ) | TELEMETRIC SYSTEM FOR MONITORING PHYSIOLOGICAL PARAMETERS |
RU101601U1 (en) * | 2010-05-11 | 2011-01-20 | Юрий Александрович Нифонтов | ADAPTIVE MODELING OF FILTRATION OF RANDOM PROCESSES |
RU109942U1 (en) * | 2011-04-06 | 2011-10-27 | Антон Евгеньевич Манохин | ADAPTIVE INTERFERENCE COMPENSATOR |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU168518U1 (en) * | 2016-04-13 | 2017-02-07 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Acceleration photoplethysmography device |
RU182802U1 (en) * | 2018-02-26 | 2018-09-03 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | PULSE WAVE CONTOUR ANALYSIS DEVICE |
RU195935U1 (en) * | 2019-10-28 | 2020-02-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | DEVICE FOR EVALUATING ARTERIAL VASCILITY |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013110981A (en) | 2014-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10945617B2 (en) | Low-complexity sensor displacement tolerant pulse oximetry based heart rate measurement | |
JP7019611B2 (en) | Methods and devices for determining the subject's respiratory information | |
US10478129B2 (en) | Methods for improving response time, robustness and user comfort in continuous estimation of biophysiological rates | |
CN106264475B (en) | Single photoelectric sensor sleep-respiratory multi-physiological-parameter monitoring method and device | |
CA2843656C (en) | Systems and methods for determining respiration information from a photoplethysmograph | |
Ram et al. | ICA-based improved DTCWT technique for MA reduction in PPG signals with restored respiratory information | |
Raghuram et al. | Dual-tree complex wavelet transform for motion artifact reduction of PPG signals | |
CA2826866A1 (en) | Wearable vital signs monitor | |
WO2013081927A1 (en) | Systems and methods for detecting arrhythmia from a physiological signal | |
CA2843616A1 (en) | Systems and methods for determining respiration information from a photoplethysmograph | |
JPH11192217A (en) | Method and device for reducing artifact signal level in physiological signal | |
CN102319075A (en) | Blood oxygen saturation measuring device and measuring method | |
Sun et al. | PPG signal motion artifacts correction algorithm based on feature estimation | |
TWI505816B (en) | Detecting method and apparatus for blood oxygen saturation | |
RU2536282C2 (en) | Arterial blood pulsation recorder | |
CN103040524B (en) | Device and method for reducing interference of physiological activities to medical imaging or measuring results | |
Luke et al. | Motion artifact removal and feature extraction from PPG signals using efficient signal processing algorithms | |
CN109498022A (en) | A kind of respiratory rate extracting method based on photoplethysmographic | |
Campbell et al. | Near-real-time detection of pulse oximeter PPG peaks using wavelet decomposition | |
RU2567834C1 (en) | Photoplethysmograph with adaptive correction of constant component | |
CN113598728B (en) | Noise reduction method, monitoring method and monitoring device for physiological signals and wearable equipment | |
Abdallah et al. | Adaptive filtering by non-invasive vital signals monitoring and diseases diagnosis | |
RU182802U1 (en) | PULSE WAVE CONTOUR ANALYSIS DEVICE | |
Reguig | Photoplethysmogram signal analysis for detecting vital physiological parameters: An evaluating study | |
JP2017213123A (en) | Blood flow rate measurement device and blood flow rate measurement method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150313 |