RU2567834C1 - Фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей - Google Patents
Фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2567834C1 RU2567834C1 RU2014150129/14A RU2014150129A RU2567834C1 RU 2567834 C1 RU2567834 C1 RU 2567834C1 RU 2014150129/14 A RU2014150129/14 A RU 2014150129/14A RU 2014150129 A RU2014150129 A RU 2014150129A RU 2567834 C1 RU2567834 C1 RU 2567834C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- converter
- input
- digital
- differential amplifier
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
Изобретение относится к медицинской технике. Фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей содержит генератор импульсов, источник света, фотоприемник, преобразователь ток/напряжение, усилитель переменного напряжения и синхронный демодулятор. В устройство дополнительно введены цифро-аналоговый преобразователь, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и микроконтроллер. Выход синхронного демодулятора подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя и ко второму входу аналого-цифрового преобразователя. Выход цифро-аналогового преобразователя подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя. Выход дифференциального усилителя подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя. Выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу микроконтроллера. Выход микроконтроллера подключен к входу цифро-аналогового преобразователя. Применение изобретения позволит увеличить быстродействие коррекции постоянной составляющей в фотоплетизмографе, регистрирующем сигнал артериальной пульсации крови. 1 ил.
Description
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам регистрации сигнала периферической артериальной пульсации крови 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.
Известно устройство для фотоплетизмографии, включающее последовательно соединенные генератор импульсов, амплитудный модулятор и источник света, и 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).
Недостатком известного устройства является его недостаточное быстродействие устранения постоянной составляющей артериальной пульсации крови в силу высокой инерционности используемого для этой цели фильтра верхних частот, являющегося составной частью полосового усилителя. Учитывая низкочастотную природу артериальной пульсации крови для неискаженной регистрации биосигнала частота среза фильтра верхних частот выбирается небольшой, что приводит к значительной длительности переходного процесса, возникающего в фильтре верхних частот при резком изменении биосигнала.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для фотоплетизмографии (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.
Недостатком известного устройства также является его высокая инерционность коррекции постоянной составляющей артериальном пульсации крови из-за наличия фильтра верхних частот, являющегося составной частью полосового фильтра.
Принципиальное устранение указанных недостатков возможно только за счет полного отказа от использования фильтров верхних частот для устранения постоянной составляющей сигнала артериальной пульсации крови.
В основу изобретения поставлена задача - увеличить быстродействие коррекции постоянной составляющей в фотоплетизмографе, регистрирующем сигнал артериальной пульсации крови.
Поставленная задача решается за счет того, что в фотоплетизмограф, содержащий генератор импульсов, источник света, фотоприемник, преобразователь ток/напряжение, усилитель переменного напряжения, синхронный демодулятор, согласно изобретению, в устройство дополнительно введены цифро-аналоговый преобразователь, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, причем выход синхронного демодулятора подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя и ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход цифро-аналогового преобразователя подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя, выход дифференциального усилителя подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу микроконтроллера, выход микроконтроллера подключен к входу цифро-аналогового преобразователя.
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 заявляемый фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей реализуется с использованием известных в технике элементов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлена схема предлагаемого фотоплетизмографа с адаптивной коррекцией постоянной составляющей.
Фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей содержит следующие блоки: генератор импульсов 1, источник света 2, фотоприемник 3, преобразователь ток/напряжение 4, усилитель переменного напряжения 5, синхронный демодулятор 6, цифро-аналоговый преобразователь 7, дифференциальный усилитель 8, аналого-цифровой преобразователь 9, микроконтроллер 10. Источник света 2 и фотоприемник 3 конструктивно выполнены в виде единого фотоплетизмографического датчика зажимного типа 11, располагающегося на ногтевой фаланге пальца руки обследуемого.
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 детектора 6, выход синхронного детектора 6 подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя 8 и ко второму входу аналого-цифрового преобразователя 9, выход цифро-аналогового преобразователя 7 подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя 8, выход дифференциального усилителя 8 подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя 9, выход аналого-цифрового преобразователя 9 подключен к входу микроконтроллера 10, выход микроконтроллера 10 подключен к входу цифро-аналогового преобразователя 7.
Устройство работает следующим образом.
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 синхронный демодулятор 6 для выделения огибающей сигнала, содержащую постоянную составляющую и переменную составляющую артериальной пульсации крови.
Сигнал с выхода синхронного демодулятора 6 поступает на неивертирующий вход дифференциального усилителя 8 и на второй вход аналого-цифрового преобразователя 9, где происходит квантование и дискретизация сигнала. Сигнал с выхода цифро-аналогового преобразователя 7 поступает на инвертирующий вход дифференциального усилителя 8. На выходе дифференциального усилителя 8 формируется разностный сигнал между сигналом на неинвертирующем входе - сумма постоянной составляющей и переменной составляющей, и сигналом на инвертирующем входе усилителя - оценка постоянной составляющей, выходной сигнал цифро-аналогового преобразователя 7, получаемый в результате функционирования адаптивного алгоритма в микроконтроллере 10. Выходной сигнал дифференциального усилителя 8 является переменным сигналом артериальной пульсации крови и поступает на первый вход аналого-цифрового преобразователя 8, где происходит квантование и дискретизация биосигнала артериальной пульсации крови.
Данные с выхода аналого-цифрового преобразователя 9 поступают на вход микроконтроллера 10, где формируются два числовых массива: первый массив представляет собой дискретизированные отсчеты сигнала поступившего с выхода синхронного детектора 6, являющегося аддитивной комбинацией постоянной составляющей и переменной составляющей; второй массив представляет дискретизированные отсчеты переменного сигнала артериальной пульсации крови, поступившего с выхода дифференциального усилителя 8. Микроконтроллер 10 по встроенной программе оценивает постоянную составляющую сигнала как среднеарифметическое значение дискретизированных отсчетов первого числового массива, являющихся выходным сигналом синхронного детектора 6 (аддитивная комбинация постоянной составляющей и переменной составляющей сигнала артериальной пульсации крови) в скользящем окне; полученное значение поступает на вход цифро-аналогового преобразователя 7, на выходе которого формируется постоянное напряжение равное величине постоянной составляющей сигнала артериальной пульсации крови, которая в дальнейшем вычитается с помощью дифференциального усилителя 8.
Введение новых элементов и их взаимосвязь позволяет увеличить быстродействие коррекции постоянной составляющей сигнала артериальной пульсации крови за счет адаптивного контроля величины постоянного смещения сигнала и отсутствия необходимости введения в состав устройства инерционных элементов фильтров верхних частот.
Claims (1)
- Фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей, содержащий генератор импульсов, источник света, фотоприемник, преобразователь ток/напряжение, усилитель переменного напряжения, синхронный демодулятор, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введены цифро-аналоговый преобразователь, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, причем выход синхронного демодулятора подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя и ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход цифро-аналогового преобразователя подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя, выход дифференциального усилителя подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу микроконтроллера, выход микроконтроллера подключен к входу цифро-аналогового преобразователя.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014150129/14A RU2567834C1 (ru) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | Фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014150129/14A RU2567834C1 (ru) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | Фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2567834C1 true RU2567834C1 (ru) | 2015-11-10 |
Family
ID=54537199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014150129/14A RU2567834C1 (ru) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | Фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2567834C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2640777C2 (ru) * | 2016-04-28 | 2018-01-11 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Автономное носимое оптическое устройство и способ для непрерывного неинвазивного измерения физиологических параметров человека |
| RU2743905C1 (ru) * | 2020-06-15 | 2021-03-01 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий" | Устройство интерактивной оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе дистантной фотоплетизмографии |
| US11045103B2 (en) | 2016-04-28 | 2021-06-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Physiological parameter detecting apparatus and method of detecting physiological parameters |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1697729A1 (ru) * | 1988-09-20 | 1991-12-15 | Всесоюзный научно-исследовательский и испытательный институт медицинской техники | Устройство дл регистрации пульса и дыхани |
| RU2281687C1 (ru) * | 2005-02-14 | 2006-08-20 | Пензенский государственный университет (ПГУ) | Способ мониторинга артериального давления |
| US7430444B2 (en) * | 2006-04-27 | 2008-09-30 | Kestrel Lab, Inc. | Photoplethysmographic device with species-specific calibration |
| RU2354290C1 (ru) * | 2007-07-11 | 2009-05-10 | Закрытое акционерное общество "ОКБ "РИТМ" | Фотоплетизмограф |
| RU86861U1 (ru) * | 2008-04-02 | 2009-09-20 | Игорь Владимирович Максимов | Устройство контроля и оценки физиологических процессов |
| WO2014055994A1 (en) * | 2012-10-07 | 2014-04-10 | Rhythm Diagnostics Systems, Inc. | Wearable cardiac monitor |
-
2014
- 2014-12-10 RU RU2014150129/14A patent/RU2567834C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1697729A1 (ru) * | 1988-09-20 | 1991-12-15 | Всесоюзный научно-исследовательский и испытательный институт медицинской техники | Устройство дл регистрации пульса и дыхани |
| RU2281687C1 (ru) * | 2005-02-14 | 2006-08-20 | Пензенский государственный университет (ПГУ) | Способ мониторинга артериального давления |
| US7430444B2 (en) * | 2006-04-27 | 2008-09-30 | Kestrel Lab, Inc. | Photoplethysmographic device with species-specific calibration |
| RU2354290C1 (ru) * | 2007-07-11 | 2009-05-10 | Закрытое акционерное общество "ОКБ "РИТМ" | Фотоплетизмограф |
| RU86861U1 (ru) * | 2008-04-02 | 2009-09-20 | Игорь Владимирович Максимов | Устройство контроля и оценки физиологических процессов |
| WO2014055994A1 (en) * | 2012-10-07 | 2014-04-10 | Rhythm Diagnostics Systems, Inc. | Wearable cardiac monitor |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2640777C2 (ru) * | 2016-04-28 | 2018-01-11 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Автономное носимое оптическое устройство и способ для непрерывного неинвазивного измерения физиологических параметров человека |
| US11045103B2 (en) | 2016-04-28 | 2021-06-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Physiological parameter detecting apparatus and method of detecting physiological parameters |
| US11969238B2 (en) | 2016-04-28 | 2024-04-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Physiological parameter detecting apparatus and method of detecting physiological parameters |
| RU2743905C1 (ru) * | 2020-06-15 | 2021-03-01 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий" | Устройство интерактивной оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе дистантной фотоплетизмографии |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106456021B (zh) | 用于以增加的准确性对组织变化进行光学感测的方法和装置 | |
| WO2017019184A3 (en) | Method and apparatus for removing motion artifacts from biomedical signals | |
| CN106798552B (zh) | 具有状态序列优化的心率估计设备 | |
| US10123744B2 (en) | Biosensor | |
| Stuban et al. | Optimal filter bandwidth for pulse oximetry | |
| RU2567834C1 (ru) | Фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей | |
| EP2111152A2 (en) | Techniques for accurately deriving physiologic parameters of a subject from photoplethysmographic measurements | |
| EP3001951A1 (en) | Method and system for measuring oxyhemoglobin saturation in blood | |
| WO2014124009A1 (en) | Systems and methods for determining respiration information using frequency demodulation | |
| US10758185B2 (en) | Heart rate estimation apparatus using digital automatic gain control | |
| CN108460350B (zh) | 一种自学习ecg qrs波检测装置及其自学习方法 | |
| US20160228022A1 (en) | Biological information measurement device | |
| JP2017140202A (ja) | 脈波検出装置 | |
| TW201438669A (zh) | 血氧飽和度檢測方法及裝置 | |
| RU2536282C2 (ru) | Устройство для регистрации артериальной пульсации крови | |
| JP2013106837A (ja) | 心拍検知方法、心拍検知装置および精神ストレス計測装置 | |
| Nabavi et al. | Measurement of cardiac parameters by motion artifacts free photoplethysmography signals | |
| Yang et al. | A pulse oximetry system with motion artifact reduction based on Fourier analysis | |
| Deepu et al. | An ECG-on-chip with joint QRS detection & data compression for wearable sensors | |
| JP5527277B2 (ja) | 信号処理装置、信号処理方法および生体情報測定装置 | |
| Verma et al. | Efficient RR-interval time series formulation for heart rate detection | |
| WO2014124025A1 (en) | Systems and methods for determining respiration information from a physiological signal using amplitude demodulation | |
| JP2012019967A (ja) | ノイズ除去方法及びパルスフォトメータ | |
| Shah et al. | Power Spectrum Density based analysis of Photolythsmographic signal for different physiological conditions | |
| JP2012024320A (ja) | 生体信号測定装置および生体信号測定方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161211 |