RU2743905C1 - Устройство интерактивной оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе дистантной фотоплетизмографии - Google Patents

Устройство интерактивной оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе дистантной фотоплетизмографии Download PDF

Info

Publication number
RU2743905C1
RU2743905C1 RU2020120354A RU2020120354A RU2743905C1 RU 2743905 C1 RU2743905 C1 RU 2743905C1 RU 2020120354 A RU2020120354 A RU 2020120354A RU 2020120354 A RU2020120354 A RU 2020120354A RU 2743905 C1 RU2743905 C1 RU 2743905C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
output
low
control panel
amplifier
Prior art date
Application number
RU2020120354A
Other languages
English (en)
Inventor
Виктор Иванович Дикарев
Николай Петрович Казаков
Валерий Владимирович Лесничий
Юрий Андреевич Безлепкин
Original Assignee
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"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 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" filed Critical 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"
Priority to RU2020120354A priority Critical patent/RU2743905C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2743905C1 publication Critical patent/RU2743905C1/ru

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/026—Measuring blood flow
    • A61B5/0295—Measuring blood flow using plethysmography, i.e. measuring the variations in the volume of a body part as modified by the circulation of blood therethrough, e.g. impedance plethysmography
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/18—Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H04L27/20—Modulator circuits; Transmitter circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/18—Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H04L27/22—Demodulator circuits; Receiver circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/28—Systems using multi-frequency codes with simultaneous transmission of different frequencies each representing one code element
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/14—Two-way operation using the same type of signal, i.e. duplex
    • H04L5/143—Two-way operation using the same type of signal, i.e. duplex for modulated signals

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Abstract

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство интерактивной оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе дистантной фотоплетизмографии (ФПГ) содержит оптоэлектронный детектор пульсовой волны потока крови в пальце пациента с двумя светодиодами и фотодиодом, соединенным с операционным усилителем, аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и электронным блоком обработки электрического сигнала, а также оснащенный компьютером пульт управления. Корпус детектора выполнен с возможностью крепления на фаланге пальца пациента. Пульт управления дополнен радиопередатчиком, работающим на частоте ω1, и радиоприемником, настроенным на частоту ω2. В корпусе оптоэлектронного детектора размещены миниатюрный радиоприемник, настроенный на частоту ω1, и миниатюрный радиопередатчик, работающий на частоте ω2. Радиопередатчик на пульте управления выполнен в виде последовательно подключенных к выходу персонального компьютера фазового манипулятора, генератора несущей частоты, усилителя мощности и передающей антенны. Миниатюрный радиоприемник в корпусе оптоэлектронного детектора выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, первого перемножителя, фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, второго перемножителя, усилителя высокой частоты, фильтра нижних частот и усилителя низкой частоты. Миниатюрный радиопередатчик в корпусе оптоэлектронного детектора выполнен в виде последовательно подключенных к выходу АЦП фазового манипулятора, генератора несущей частоты, усилителя мощности и передающей антенны. Радиоприемник на пульте управления выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, первого перемножителя, фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, второго перемножителя, усилителя высокой частоты, фильтра нижних частот и усилителя низкой частоты, выход которого соединен с входом блока обработки электрического сигнала, входящего в состав персонального компьютера пульта управления. Достигается повышение надежности и достоверности ФПГ исследований путем применения дуплексной радиосвязи между пультом управления и оптоэлектронным детектором с использованием двух частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией. 4 ил., 1 табл.

Description

Предлагаемое устройство относится к медицинской технике и может быть использовано в функциональной диагностике для оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе дистантной фотоплетизмографии.
Известны аналоги заявляемого устройства [1-4]: авт. свид. СССР №№786.983, 1.591.948; патенты на полезную модель №№69.393, 86.861; патенты РФ №№2.040.912, 2.354.290, 2.567.834, 2.572.547; патенты США №№5.758.644, 7.430.444, 7.447.533 и другие). Однако указанные аналоги не позволяют оперативно и что, важно, достоверно диагностировать пациентов.
Из известных устройств наиболее близким к заявляемому устройству является «Фотоплетизмограф» [5] (патент РФ №2.572.547, А61В 5/0295, 2014), который и выбран в качестве прототипа. Известное устройство обеспечивает расширение арсенала технических средств для фотоплетизмографических исследований за счет радиочастотной связи между пультом управления и оптоэлектронным детектором, что исключает необходимость использования соединительных электрических проводов, облегчает работу обслуживающего персонала и повышает оперативность и достоверность обследования.
Надежность и достоверность фотоплетизмографических исследований во многом определяются качеством радиочастотной связи между пультом управления и оптоэлектронным детектором.
Технической задачей изобретения является повышение надежности и достоверности фотоплетизмографических исследований путем применения дуплексной радиосвязи между пультом управления и оптоэлектронным детектором с использованием двух частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.
Поставленная задача решается тем, что устройство, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, оптоэлектронный детектор пульсовой волны потока крови в пальце пациента с двумя светодиодами, работающими соответственно в красной и инфракрасной областях спектра, закрепленными в корпусе, выполненном с возможностью крепления на фаланге пальца пациента, подключенными к электронному блоку управления работой светодиодов, и фотодиодом, соединенным с операционным усилителем, аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и электронным блоком обработки электрического сигнала, а также пульт управления, оснащенный компьютером, и источник питания, при этом пульт управления дополнен радиопередатчиком, работающим на частоте
Figure 00000001
радиоприемником, настроенным на частоту
Figure 00000002
и соединенный с электронным блоком обработки электрического сигнала, а в корпусе оптоэлектронного детектора, выполненном из диэлектрика в форме кольца с ячейками для светодиодов и фотодиода, размещены миниатюрный радиоприемник, настроенный на частоту
Figure 00000003
и соединенный с электронным блоком управления работой светодиодов, и миниатюрный радиопередатчик, работающий на частоте
Figure 00000002
, сигнал на который поступает с выхода АЦП, отличается от прототипа тем, что радиопередатчик, установленный на пульте управления, выполнен в виде последовательно подключенных к выходу персонального компьютера фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора несущей частоты, усилителя мощности и передающей антенны, миниатюрный радиоприемник, установленный в корпусе оптоэлектронного детектора, выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, фильтра нижних частот и усилителя низкой частоты, выход которого соединен с электронным блоком управления работой светодиодов, миниатюрный радиопередатчик, установленный в корпусе оптоэлектронного детектора, выполнен в виде последовательного подключенных к выходу аналого-цифрового преобразователя фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора несущей частоты, усилителя мощности и передающей антенны, радиоприемник, установленный на пульте управления выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, фильтра нижних частот и усилителя низкой частоты, выход которого соединены с входом блока обработки электрического сигнала, входящего в состав персонального компьютера пульта управления.
Сущность заявленного изобретения поясняется Фиг. 1 - Фиг-4.
На Фиг. 1 показана структурная схема устройства, реализующего дуплексный метод радиосвязи между оптикоэлектронным детектором и пультом управления.
На Фиг. 2 представлена схема расположения оптикоэлектронного детектора на фаланге пальца пациента.
На Фиг. 3 и на Фиг. 4 показаны оптикоэлектронные датчики работающие на просвет и отражение соответственно.
Устройство интерактивной оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека с помощью дистантной фотоплетизмографии имеет пульт управления 1, созданный на базе персонального компьютера PC, оснащенный клавиатурой 2 и подключенный к источнику электропитания (на Фиг. 1 не показан). Связь между пультом управления 1 и оптоэлектронным детектором 3, закрепленным на пальце пациента, осуществляется по дуплексному радиоканалу с использованием двух частот
Figure 00000003
,
Figure 00000002
и сложных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМН). Для этого пульт управления 1 снабжен радиопередатчиком 4, состоящим из последовательно подключенных к выходу персонального компьютера PC фазового манипулятора 6, второй вход которого соединен с выходом генератора 5 несущей частоты, усилителя 7 мощности и передающей антенны 8, работающий на частоте
Figure 00000004
Оптоэлектронный детектор 3 имеет корпус 11, выполненный из диэлектрика, например, гетинакса, в форме кольца, и предназначен для фиксации на основной фаланге пальца пациента (Фиг. 2).
В корпусе 11 выполнены ячейки 12 и 13 для двух светодиодов, один из которых 14 излучает в красной области спектра, а второй 15 - в инфракрасном диапазоне.
В ячейке 16, расположенной на поверхности внутреннего кольца 17 корпуса 11, закреплен фотодиод 18 (используется модель DS - 100А ОРТ-МСД). Этот тип фотодиода чувствителен к световому сигналу, как в красном, так и в инфракрасном диапазонах излучения.
Используются два типа оптоэлектронных детекторов 3, один из которых работает на просвет (Фиг. 3), а другой - на отражение (Фиг. 4). В детекторе, работающем на просвет, светодиоды 14 и 15 находятся в ячейках 12 и 13, удаленных от центра фотодиода 18 на угловое расстояние ≈±130°, как показано на Фиг. 3. В детекторе, работающем на отражение, светодиоды 14 и 15 находятся в ячейках 12 и 13, удаленных от центра фотодиода 18 на угловое расстояние ≈±40°, как показано на Фиг. 4.
Устройство снабжено комплектом оптоэлектронных детекторов 3 с внутренним диаметром корпусов от 16 до 22 мм, что позволяет легко подобрать детектор индивидуально для каждого пациента.
Режим работы светодиодов 14 и 15 (постоянный, переменный, поочередный, продолжительность включения) задается электронным блоком 19 управления работы светодиодов по команде с пульта управления 1, посылаемый через радиопередатчик 4. Для приема этого сигнала в корпусе 11 оптоэлектронного детектора 3 установлен миниатюрный радиоприемник 20, содержащий последовательно включенные приемную антенну 21, усилитель 22 высокой частоты, первый перемножитель 27, второй вход которого соединен с выходом фильтра 31 нижних частот, узкополосный фильтр 30, второй перемножитель 28, второй вход которого соединен с выходом усилителя 22 высокой частоты, фильтр 31 нижних частот и усилитель 24 низкой частоты, выход которого соединен с электронным блоком 19 управления работой светодиодов.
Перемножитель 27 и 28, узкополосный фильтр 30 и фильтр 31 нижних частот образуют демодулятор 23 сложных ФМН сигналов.
Миниатюрный радиоприемник 20 снабжен источником электропитания (на Фиг. 1 не показан).
Электрический сигнал с выхода фотодиода 18 поступает на операционный усилитель 25 и далее в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 26, который подключен к фазовому манипулятору 33, ко второму входу которого подключен генератор 32 несущей частоты, а выход через усилитель 35 мощности подключен к передающей антенне 36. Генератор 32 несущей частоты, фазовый манипулятор 33, усилитель 35 мощности и передающая антенна 36 образуют миниатюрный радиопередатчик 29, установленный в корпусе 11 оптоэлектронного детектора 3 и работающий на частоте
Figure 00000005
Миниатюрный радиопередатчик 29 содержит источник электропитания (на Фиг. 1 не показан).
На пульте управления 1 (Фиг. 1) размещен радиоприемник 34, содержащий последовательно включенные приемную антенну 37, усилитель 38 высокой частоты, первый перемножитель 41, второй вход которого соединен с выходом фильтра 44 нижних частот, узкополосный фильтр 43, второй вход которого соединен с выходом усилителя 38 высокой частоты, фильтр 44 нижних частот и усилитель 45 низкой частоты, выход которого соединен с входом блока 39 обработки электрического сигнала, входящего в состав персонального компьютера PC пульта управления 1.
Перемножители 41 и 42, узкополосный фильтр 43 и фильтр 44 нижних частот образуют демодулятор 40 сложных ФМН сигналов.
Заявляемое изобретение работает следующим образом.
Вначале обследования, производится подбор соответствующего (по размеру) детектора 3 для пальца пациента, например указательного. Детектор 3 надевается на основную фалангу В пальца (Фиг. 2). Детектор 3 должен легко надеваться, но в то же время плотно облегать основную фалангу В. После включения устройства с помощью клавиатуры 2 вводятся в персональный компьютер PC данные о пациенте, дату обследования и другие данные, связанные с методикой обследования. Далее, с помощью пульта управления 1 и радиопередатчика 4, посылается команда на электронный блок 19 управления работой светодиодов, расположенный в детекторе 3, для включения соответствующего режима работы светодиодов, например, поочередный режим работы красного и инфракрасного светодиодов длительностью 0,5 с. С этой целью формируется модулирующий код M1(t), который подается на первый вход фазового манипулятора 6, на второй вход которого поступает гармоническое напряжение с выхода генератора 5 несущей частоты
Figure 00000006
где
Figure 00000007
- амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность гармонического напряжения.
На выходе фазового манипулятора 6 формируется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН).
Figure 00000008
где
Figure 00000009
- манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M1(t), причем
Figure 00000010
при
Figure 00000011
и может изменяться скачком при t=кτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (к=1,2, …, N);
τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т1 (Т1=N × τэ),
который после усиления в усилителе 7 мощности поступает в передающую антенну 8, излучается ею в эфир на частоте W1=2,4 ГГц, улавливается приемной антенной 21 и через усилитель 22 высокой частоты поступает на первый вход перемножителей 27 и 28. На второй вход перемножителя 28 с выхода узкополосного фильтра 30 подается гармоническое напряжение
Figure 00000012
На выходе перемножителя 28 (Фиг. 1) образуется низкочастотное напряжение
Figure 00000013
где
Figure 00000014
пропорциональное модулирующему коду M1(t), которое выделяется фильтром 31 нижних частот и через усилитель 24 низкой частоты поступает на электронный блок 19 управления работой светодиодов, который исполняет команду, переданную по радиоканалу с пульта управления 1.
Одновременно низкочастотное напряжение Uн1(t) с выхода фильтра 31 нижних частот поступает на второй вход перемножителя 27. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение
Figure 00000015
где
Figure 00000016
, которое выделяется узкополосным фильтром 30
и подается на второй вход перемножителя 28.
В ячейке 16 (Фиг. 3), расположенной на поверхности внутреннего кольца 17 корпуса 11, закреплен фотодиод 18 (используется модель DS - 100А OPTO - МЕД). Этот тип фотодиода чувствителен к световому сигналу, как в красном, так и инфракрасном диапазонах излучения.
Электрический сигнал с выхода фотодиода 18 (Фиг3, 4) поступает на операционный усилитель 25 и далее в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 26, который формирует модулирующий код М2(t), поступающий на первый вход фазового манипулятора 33. На второй вход последнего с выхода генератора 32 несущей частоты поступает гармоническое напряжение
Figure 00000017
где
Figure 00000018
- амплитуда, несущая частота, начальная фаза длительность гармонического напряжения.
На выходе фазового манипулятора 33 формируется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН)
Figure 00000019
где
Figure 00000020
- манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом М2(1), который после усиления в усилителе 35 мощности поступает в передающую антенну 36, излучается ею в эфир на частоте
Figure 00000021
улавливается приемной антенной 37 и через усилитель 38 высокой частоты поступает на первый вход перемножителей 41 и 42. На второй вход перемножителя 42 с выхода узкополосного фильтра 43 подается гармоническое напряжение
Figure 00000022
На выходе перемножителя 42 образуется низкочастотное напряжение
Figure 00000023
где
Figure 00000024
пропорциональное модулирующему коду М2(1), которое выделяется фильтром 44 нижних частот и через усилитель 45 низкой частоты поступает в блок 39 обработки электрического сигнала, входящего в состав персонального компьютера PC пульта управления 1, где проходит обработку по соответствующей программе, в результате чего на экран персонального компьютера PC выводятся данные о состоянии сердечно-сосудистой системы пациента.
Одновременно низкочастотное напряжение Uн2(t) с выхода фильтра 44 нижних частот поступает на второй вход перемножителя 41. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение
Figure 00000025
где
Figure 00000026
которое выделяется узкополосным фильтром 43 и подается на второй вход перемножителя 42.
Следует отметить, что сложные ФМН сигналы, которые используются в дуплексном методе радиосвязи, обладают высокой помехоустойчивостью, энергетической и структурной скрытностью.
Энергетическая скрытность сложных ФМН сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени или по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого, сложный ФМН сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМН сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно - временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.
Структурная скрытность сложных ФМН сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений значений параметров, что затрудняет оптимальную или квазиоптимальную обработку сложных ФМН сигналов, априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приема.
Также необходимо отметить, что демодуляторы сложных ФМН сигналов построены по оригинальной схеме, обеспечивают выделение опорного напряжения непосредственно из принимаемых сложных ФМН сигналов и свободны от явления «обратной работы», присущей известным демодуляторам сложных ФМН сигналов.
Проверка на работоспособность заявленного изобретения была апробирована в клинических условиях Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова (г. Санкт-Петербург).
С целью адекватного использования врачом предлагаемого устройства была разработана Инструкция по его применению.
Согласно этой Инструкции:
1. Вначале врач, проводящий обследование, производит подбор соответствующего (по размеру) детектора для пальца пациента, например указательного. При этом детектор надевается на основную фалангу пальца. Детектор должен легко надеваться, но в то же время плотно облегать основную фалангу.
2. После включения устройства врач вводит в персональный компьютер данные о пациенте (время обследования, предварительный диагноз, жалобы или их отсутствие, параметры артериального давления и др.).
3. Далее врач с помощью пульта управления посылает команду на электронный блок управления работой светодиодов, расположенный в детекторе, для включения соответствующего режима работы светодиодов, а также всех последующих операций модуля, которые выполняются автоматически.
В качестве примера алгоритмов работы, можно привести Первый режим работы: «Поочередный режим работы красного и инфракрасного светодиодов длительностью 0,5 сек.».
Результирующие сигналы проходят обработку в компьютере по соответствующим программам, в результате чего на экран выдаются данные в виде графика фотоплетизмограммы и аналитических таблиц о состоянии сердечно-сосудистой системы пациента.
В Приложении 1 более подробно описан метод фотоплетизмографических исследований, положенный в основу работы предлагаемого устройства и показаны возможности его диагностического использования.
Примеры апробации устройства приведены ниже:
Исследование проводилось на трех группах людей в количестве 15 человек в каждой.
В первую группу входили здоровые люди разного возраста без сосудистых нарушений.
Во вторую группу - пациенты с сахарным диабетом (СД) без клинических проявлений диабетической ангиопатии нижних конечностей.
В третью группу вошли пациенты с длительным течением СД и клиническими проявлениями диабетической ангиопатии нижних конечностей.
Традиционный метод диагностики диабетической ангиопатии с проведением функциональных проб для выявления доли функционального компонента в общей картине диабетической ангиопатии основан на фотоплетизмографии ногтевого ложа пальцев рук и ног, и выполняется на аппарате «Ангиоскан», [6-10]. Задачей оптимизации общепринятого алгоритма измерений являлось применение предлагаемого устройства в цикле диагностической процедуры.
Используя алгоритм вышеприведенной инструкции, были получены данные о состоянии сосудов в каждой из трех групп обследуемых.
Результаты анализа показали, что состояние микроциркуляции в кистях и стопах у здоровых лиц без сосудистой патологии соответствует общепринятым характеристикам и значениям:
- симметричность характеристик пульсовых волн с верхних и нижних конечностей в виде однотипности пульсовых волн (нормальная волна С 100%) и нормальной жесткости сосудов (в диапазоне от -15,7 и до -20,4%);
- при системной сосудистой патологии функционального характера имеются изменения в микроциркуляторном русле, но сохраняется одинаковость изменений микроциркуляции в различных участках тела человека.
Результаты фотоплетизмографии (ФПГ) при нарушении микроциркуляции, не связанной со структурной локальной патологией артериальной системы, отличаются от ФПГ здоровых лиц появлением патологических форм пульсовой волны А, однако при этом сохраняется симметричность состояния микроциркуляции разных участков организма по типу пульсовых волн и результату жесткости сосудов в руках и ногах.
При этом выявлено нарушение состояния микроциркуляции в кистях и стопах у пациента с системной сосудистой патологией функционального характера, где имеются патологические волны типа А 43 и 49%, индекс АIх -2,3 и -0,6%, находящийся в пределах нормы для человека.
Различия клинической картины в верхних и нижних конечностях при диабетической ангиопатии объясняются не разным воздействием нарушения углеводного обмена на артерии рук и ног, а двумя физиологическими отличиями кровообращения в них, а именно - длиной артериального русла и ортостатической разницей давления крови на уровне кистей и стоп, играющими важную роль при патологии сосудистой системы.
В ходе выполнения исследовательской работы, проведенной с макетным аппаратом предлагаемой полезной модели, выявлена достоверная разница в состоянии микроциркуляции верхних и нижних конечностей у больных сахарным диабетом, увеличивающаяся по мере длительности заболевания и декомпенсации углеводного обмена, что позволяет использовать появление или ее наличие в диагностике ранних этапов формирования диабетической ангиопатии нижних конечностей.
При этом необходимо подчеркнуть, что приведенные данные получены с помощью предлагаемого устройства дистанционно, что очевидным образом свидетельствует, как о оперативности диагностических исследований, так и о повышении надежности и достоверности получаемых данных.
Обобщенные диагностические критерии фотоплетизмографии для дифференциальной диагностики нарушений микроциркуляции в кистях и стопах отображены в таблице 1.
Figure 00000027
Выводы
1. Появление асимметрии в состоянии микроциркуляции верхних и нижних конечностей, выявляемое фотоплетизмографией ногтевого ложа пальцев кисти и стоп, позволяет диагностировать ранние признаки появления диабетической ангиопатии нижних конечностей.
2. Обследование больных сахарным диабетом методом фотоплетизмографии с момента постановки на учет позволяет выявлять появление признаков (рисков) диабетической ангиопатии нижних конечностей в динамике наблюдения и проводить активные профилактические мероприятия по предупреждению развития синдрома диабетической стопы.
3. Устройство интерактивной оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе дистантной фотоптлетизмографии является эффективным диагностическим инструментом для школ самоконтроля больных СД, кабинетов диабетической стопы, внося свой вклад в выполнение программы лечения СД и профилактики диабетических осложнений.
Результаты апробации свидетельствуют, что заявленное изобретение с большой надежностью и достоверностью может быть использовано в оперативной функциональной диагностике оценки состояния сердечно сосудистой системы.
Таким образом, предлагаемое устройство, по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения, обеспечивает повышение надежности и достоверности фотоплетизмографических исследований.
Это достигается путем применения дуплексной радиосвязи между пунктом управления и оптоэлектронным детектором с использованием двух частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.
Список использованной литературы
1. Авт. свид. СССР №№786.983, 1.591.948.
2. Патенты на полезную модель №№69.393, 86.861
3. Патенты РФ №№2.040.912, 2.354.290, 2.567.834, 2.572.547
4. Патенты США №№5.758.644, 7.430.444, 7.447.533
5. Патент РФ №2.572.547, А61 В5/0295, 2014, (прототип).
6 Алексеев, В.А. Проектирование устройств регистрации гемодинамических показателей животных на основе метода фотоплетизмографии: монография / В.А. Алексеев, С.И. Юран. - Ижевск: ИжГТУ, ИжГСХА, 2006. - 248 с.
7. Алексеев, В.А. Программа для просмотра и редактирования фотоплетизмограмм / В.А. Алексеев [и др.] // Лазеры. Измерения. Информация: сборник докладов 21-й Международной конф. - СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2011. - Т. 3. - С. 118-125.
8. Алексеев, В.А. Выбор параметров для базы данных фотоплетизмограмм / В.А. Алексеев, А.А. Дюпин, С.И. Юран // Вестник ИжГТУ. - 2008. - №4. - С. 135-137.
9. Ларюшин, А.И. Двухканальный лазерный фотоплетизмограф / А.И. Ларюшин [и др.] // Мир измерений. - 2010. - №7. - С. 22-28.
10. Комплекс спектрофотометрический неинвазивный для контроля объемного кровенаполнения мягких биологических тканей «Спек-тротест» // Руководство по эксплуатации. - Фрязино: ФГУП «НЛП «Циклон-Тест», 2006. - 23 с.
Приложение 1
Диагностические возможности метода фотоплетизмографии
Как известно, на фотоплетизмограммах выделяют "волны" 1-го, 2-го и 3-го порядка.
Обработка пульсовых волн в микрокомпьютере, который входит в состав фотоплетизмографа, позволяет подсчитывать и выводить на дисплей частоту сердечных сокращений (в ударах за минуту), обнаруживать нарушения сердечного ритма, сигнализировать об опасных нарушениях и "выпадениях пульса", вычислять среднюю амплитуду пульсаций и сигнализировать, когда она выходит за критические пределы. Кроме того, анализ кривой и ее амплитуды позволяет судить об упругости аорты и магистральных артерий. Согласно имеющимся графическим (номограммы) нормативным точкам, предназначенным для количественного оценивания характеристик пульсовой волны, по координатам этих точек (t - время, x - вертикальное отклонение) микрокомпьютер может рассчитывать целый ряд таких важных количественных показателей, как
- период сокращения сердца;
- амплитуды и продолжительность анакротической и дикротической составляющих;
- и, выделяя и оценивая дыхательные волны, микрокомпьютер может также контролировать наличие, глубину и "стиль" дыхания человека и подавать сигналы опасности в случаях продолжительной остановки или опасных нарушений дыхания.
Последние возможности интеллектуальных фотоплетизмографов сделали их желательным инструментом анестезиологов во время сложных операций, а также дежурного медицинского персонала в реанимационных отделениях. В обоих случаях фотоплетизмограф оказался наиболее старательной "сиделкой" и бдительным "сторожем".
Показания к применению фотоплетизмографии:
• постоянный стеноз сосудов в различных частях тела;
• синдром Рейно;
• варикоз любой степени (импендасная плетизмография);
• тромбоз глубоких вен нижних конечностей;
• различные формы нарушения мозгового кровообращения;
• бронхолегочные заболевания различной этиологии.

Claims (1)

  1. Устройство интерактивной оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе дистантной фотоплетизмографии, содержащее оптоэлектронный детектор пульсовой волны потока крови в пальце пациента с двумя светодиодами, работающими соответственно в красной и инфракрасной областях спектра, закрепленными в корпусе, выполненном с возможностью крепления на фаланге пальца пациента, подключенными к электронному блоку управления работой светодиодов, и фотодиодом, соединенным с операционным усилителем, аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и электронным блоком обработки электрического сигнала, а также пульт управления, оснащенный компьютером, и источник питания, при этом пульт управления дополнен радиопередатчиком, работающим на частоте ω1, радиоприемником настроенным на частоту ω2 и соединенным с электронным блоком обработки электрического сигнала, а в корпусе оптоэлектронного детектора, выполненном из диэлектрика в форме кольца с ячейками для светодиодов и фотодиода, размещены миниатюрный радиоприемник, настроенный на частоту ω1 и соединенный с электронным блоком управления работой светодиодов, и миниатюрный радиопередатчик, работающий на частоте ω2, сигнал на который поступает с выхода АЦП, отличающееся тем, что радиопередатчик, установленный на пульте управления, выполнен в виде последовательно подключенных к выходу персонального компьютера фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора несущей частоты, усилителя мощности и передающей антенны, миниатюрный радиоприемник, установленный в корпусе оптоэлектронного детектора, выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, фильтра нижних частот и усилителя низкой частоты, выход которого соединен с электронным блоком управления работой светодиодов, миниатюрный радиопередатчик, установленный в корпусе оптоэлектронного детектора, выполнен в виде последовательно подключенных к выходу аналого-цифрового преобразователя фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора несущей частоты, усилителя мощности и передающей антенны, радиоприемник, установленный на пульте управления, выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, фильтра нижних частот и усилителя низкой частоты, выход которого соединен с входом блока обработки электрического сигнала, входящего в состав персонального компьютера пульта управления.
RU2020120354A 2020-06-15 2020-06-15 Устройство интерактивной оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе дистантной фотоплетизмографии RU2743905C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120354A RU2743905C1 (ru) 2020-06-15 2020-06-15 Устройство интерактивной оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе дистантной фотоплетизмографии

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120354A RU2743905C1 (ru) 2020-06-15 2020-06-15 Устройство интерактивной оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе дистантной фотоплетизмографии

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2743905C1 true RU2743905C1 (ru) 2021-03-01

Family

ID=74857424

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020120354A RU2743905C1 (ru) 2020-06-15 2020-06-15 Устройство интерактивной оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе дистантной фотоплетизмографии

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2743905C1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4681111A (en) * 1985-04-05 1987-07-21 Siemens-Pacesetter, Inc. Analog and digital telemetry system for an implantable device
RU2354290C1 (ru) * 2007-07-11 2009-05-10 Закрытое акционерное общество "ОКБ "РИТМ" Фотоплетизмограф
CN101484065B (zh) * 2006-04-11 2011-11-09 诺丁汉大学 光电体积描记术
RU2567834C1 (ru) * 2014-12-10 2015-11-10 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) Фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей
RU2572547C2 (ru) * 2014-02-12 2016-01-20 Николай Алексеевич Цветков Фотоплетизмограф
US10097390B1 (en) * 2018-02-08 2018-10-09 National Chiao Tung University Implantable wireless device for transmitting data
KR20200028644A (ko) * 2018-09-07 2020-03-17 조선대학교산학협력단 저전력 바이오메디컬 임플란트 디바이스를 위한 qpsk 데이터 송수신 시스템 및 그 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4681111A (en) * 1985-04-05 1987-07-21 Siemens-Pacesetter, Inc. Analog and digital telemetry system for an implantable device
CN101484065B (zh) * 2006-04-11 2011-11-09 诺丁汉大学 光电体积描记术
RU2354290C1 (ru) * 2007-07-11 2009-05-10 Закрытое акционерное общество "ОКБ "РИТМ" Фотоплетизмограф
RU2572547C2 (ru) * 2014-02-12 2016-01-20 Николай Алексеевич Цветков Фотоплетизмограф
RU2567834C1 (ru) * 2014-12-10 2015-11-10 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) Фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей
US10097390B1 (en) * 2018-02-08 2018-10-09 National Chiao Tung University Implantable wireless device for transmitting data
KR20200028644A (ko) * 2018-09-07 2020-03-17 조선대학교산학협력단 저전력 바이오메디컬 임플란트 디바이스를 위한 qpsk 데이터 송수신 시스템 및 그 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11839470B2 (en) Active-pulse blood analysis system
US9560995B2 (en) Methods and systems for determining a probe-off condition in a medical device
CA3097663A1 (en) Methods to estimate the blood pressure and the arterial stiffness based on photoplethysmographic (ppg) signals
Scalise Non contact heart monitoring
US9144385B1 (en) Mobile plethysmographic device
US20060224073A1 (en) Integrated physiological signal assessing device
CN105997026B (zh) 一种智能健康便携式检测设备
US20150018647A1 (en) Method and apparatus for monitoring a subject for blood oxygen saturation
WO2016002759A1 (ja) 生体情報検出装置、背もたれ付シート及び心肺機能監視装置
US9629562B1 (en) Mobile plethysmographic device
US20200352487A1 (en) Trans-abdominal fetal pulse oximetry and/or uterine tone determination devices and systems with adjustable components and methods of use thereof
Khanoka et al. Sympathetically induced spontaneous fluctuations of the photoplethysmographic signal
Fontaine et al. Reflectance-based pulse oximeter for the chest and wrist
Nitzan et al. Influence of thoracic sympathectomy on cardiac induced oscillations in tissue blood volume
Mahgoub et al. Health monitoring system using Pulse Oximeter with remote alert
CN210408412U (zh) 便携式动态心血管参数采集设备
Allen Photoplethysmography for the assessment of peripheral vascular disease
US9649039B1 (en) Mobile plethysmographic device
RU2601697C2 (ru) Устройство и способ измерения величины артериального давления человека
RU2743905C1 (ru) Устройство интерактивной оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе дистантной фотоплетизмографии
Shalom et al. Systolic blood pressure measurement by detecting the photoplethysmographic pulses and electronic Korotkoff-sounds during cuff deflation
CN108836264A (zh) 生命指数计算方法及体征指数仪
Melnyk et al. Investigation of Wireless pulse oximeters for smartphone-based remote monitoring of lung health
Prakash et al. Heart rate monitoring system
Mukherjee et al. Reflective PPG-based noninvasive continuous pulse rate measurement and remote monitoring system