SU969249A1 - Фотооксигемометр - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к медицинекой технике, в частности к медицинским фотометрическим устройствам, предназначенным дл  определени  степени насыщени  гемоглобина крови кислородом без нарушени  целостности кожного или слизистого покровов организма.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  уст-j,, ройство дл  измерени  степени насьицени  крови кислородом, содержащее источник света включающий оптическую систему, св занную с сосудом, который открытой частью прижимаетс  к поверх-,j ности тела и заполн етс  кровью при понижении в нем давлени  с помощью отсасывающего устройства. Кроме того, в известное устройство входит генератор тактовых импульсов, два фотопри- 20 емника, формирующие сигналы, пропорциональные интенсивности рассе нного света в двух спектральных диапазонах, усилители, устройство определени 

отношени  интенсивностей рассе нного кровью света и регистратор 1.

Недостаток известного устройства заключаетс  в том, что его оптическа  схема  вл етс  одноканальной дл  каждого Спектрального диапазона излучени , поэтому определ ютс  не количественнь1е оптические характеристики крови, а интенсивности световых потоков в двух спектральных диапазонах . При этом предполагаетс , что спектральный состав мощности излучени , падающего на исследуемый участок ткани, остаетс  всегда посто нным. Кроме того, в устройстве затруднена регистраци  динамики изменени  насыщени  кропи кислородом, так как нарушаетс  естественна  циркул ци  крови в сосудах, расположенных в области укреплени  датчика.

Цель изобретени  - noBHiueHiie точности определени  степени оксигенации крови путем автоматического определени  количественнь.х оптических ха. рактеристик крови в исследуемых ткан х поверхности тела независимо от особенностей кожного покрова. Поставленна  цель достигаетс  тем что в фотооксигемометр 5 содержащий генератор тактовых импульсов, усилитель , регистратор, двухаолновый источник света и два фотоприемникаj введены источник эталонного напр жени , аналоговое запоминающее устройство , сумматор и переключатель, первь|й вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, причем уси литель выполнен в виде дифференциаль ного усилител , выход которого соеди нён с первым входом сумматора, первы выход переключател  подключен к первому входу усилител  и второму входу сумматора, второй и третий выходы пе ключател  соединены с входами источника света} четвертый выход перекльоч тел  соединен с регистратором, п тый и шестой - со вторым входом дифферен циального усилител , седьмой - со входом аналогового запоминающего уст ройства, а второй, третий, четвертый п тый и шестой входы переключател  соединены соответственно с выходами первого и второго фотоприемников, сумматора 5 аналогового запоминающего устройства, источника эталонного напр  ке ,и 5 кроме того, фотоприемники установлены на разном рассто нии от двухволнового источника света. На чертеже изображена структурна  электрическа  схема фотооксигемометра . Устройство содержи генератор 1 тактовых импульсов, усилитель 2 диф ференциальный.) , регистратор 3, деухволновый ИСТО1-1НИК ч с-вета, фотоприемники 5 и 6, источник 7 эталонного напр жени , аналоговое запомина1оа ее устройство 8, сумматор Э) переключатель 10, причем выход переключател  10 соединен с генератором 1 тактовых импульсов, выход дифференциального усилител  2 соединен с первым входом сумматора 9 первый выход переключател  10 подклю чен к первому входу усилител  2 и второму входу сумматора 9. второй и третий выходы переключател  10 соеди нены со входами источ1-5ика k света, четвертый выход переключател  10 соединен с регистратором 3, Г1 тый и шестой - со вторым входом дифференциального усилител  2, седьмой со входом аналогового запоминающего 9 устройства 8, а второй, третий, четвертый , п тый и шестой аходы переключател  10 соединены соответственно с выхода ии первого 5 и второго 6 фотоприемников, сумматора 9 аналогового запоминающего устройства 8. источника 7 эталонного напр жени , двухлучевой источник света и фотоприемники 5 и 6 накладываютс  на исследуемую ткань. Кроме того, фотоприемникй-устанавливаютс  на разном рассто нии от двухлучевого источника света. Устройство работает следуюигим об разом . Генератор 1 тантовых импульсов формирует на выходе первый тактовый импульс, который поступает на первый управл ющий вход переключател  10 и устанавливает е.гс в первое положение ,. Напр жение с источника / эталонного напр жени  поступает через пере ключатель 10 на первый вход дифференциального усилител  2 и второй вход сумматора Э, с выхода которого сформированный сигнал через переключатель 10 поступает на второй вход источника 4 света, который формирует световой поток в первом спектральном диапазоне (например, область 660 нм), поступающий в исследуемую ткань и взаимодействующий с ней. Часть потока, спредел ема  обрат. ным светорассе нием гкани с содержаш ,ейс  в ней кровью, падает на фотоприемники 5 и 6, Интенсивность света, падающего на фотоприемники 5 и 6 в первом спектральном диапазоне определ етс  степенью насьииени  гемоглобина крови кислородом и рассто нием до фотогриемников , Фотоприемники 5 и 6, имеимеющие линейную энергетическую характеристику фототока (например, фотодиоды ) . преобразуют падающие на них световые потоки э электрические сигналы . Сигналы со второго фотоприемника 6 через переключатель 10 поступают на второй вход дифференциального усилител  25 который формирует на выходе усиленный сигналJ пропорциональный разности напр жений с выхода фотоприемника 6 и источника 7 эталонного напр жени . Этот сигнал поступает на второй вход сумматора Ч, где складываетс  с напр жением источника 7 эталонного напр жени , В результате на выходе сумматора 9 формируетс  скорректированный сигнал, измен ющий величину светового потока источника света (без изменени  спектрального состава излучени ) таким образом, чт исключаетс  разница между напр жением на входах дифференциального усилител  2, При достаточно большом коэффициенте усилени  дифференциального усилител  2 напр жение, формируемое вторым фотоприемником 6, можно считать равным напр жению источника 7 эталонного напр жени . Таким образом , образуетс  контур отрицательной обратной св зи, в который вход т источник 7 эталонного напр жени , дифференциальный усилитель 2, сумматор 9, двухволновый источник k света, исследуема  ткань и фотоприемник 6. Одновременно световой поток источ ника света, отличающийс  в соответ ствии с оптическими свойствами иссле дуемой ткани на участке, равном разности путей прохождени  света, посту пает на первый фотоприемник 5, с выхода которого электрический сигнал через переключатель 10 поступает на вход аналогового запоминающего устройства 8, где запоминаетс . На этом заканчиваетс  первый такт работы устройства. .Во врем  второго такта,задаваемого генератором 1 тактовых импульсов, переключатель 10 устанавливаетс  во второе положение. Как и во врем  пер вого такта световой поток источника k поступает в исследуемую ткань, вза падает на первый и второй фотоприемники . Однако во втором такте источ ник t света формирует световой поток во втором спектральном диапазоне (.на пример, область 805 нм}, который соответствует одной из изобестических точек, а в контур отрицательной обра ной св зи вместо фотоприемника 6 вклю чен первый фотоприемник 5, и вместо источника 7 эталонного напр жени  аналоговое запоминающее устройство 8 Контур отрицательной обратной св зи работает как и в первом такте, т.е. таким образом, чтобы напр жение, фор мируемое фотоприемником 5i было равно напр жению, заполненному в  чейке ана логовой пам ти 8, в результате чего напр жени , формируемые фотоприемником 5 в первом и втором спектральных диапазонах, равны. Но электрический сигнал, формируемый вторым фотоприемником 6 во втором такте, не будет равен сигналу, формируемому в первом такте (напр жению источника 7 эталон 96 ного напр жени ). Поскольку рассто ние дл  прохождени  света в исследуемой ткани от двухволнового источника k света до первого и второго фотоприемников 5 и 6 отличаетс  на одну и ту же посто нную величину дл  обоих спектральных диапазонов, то отличие в уровн х сигналов фотоприемника 6 будет характеризовать оптические свойства крови в выбранных спектральных диапазонах, а именно - степень насыщени  гемоглобина крови кислородом. Электрический сигнал второго фотоприемника 6 во втором такте работы фотооксигемометра поступает через переключатель 10 на регистратор 3. Этот сигнал пропорционален отношению коэффициентов обратного светорассе ни  исследуемой ткани с содержащейс  8 ней кровью в двух спектральных диапазонах и не зависит от мощности излучени  двухволнового источника света k, свойств поверхностной части кожного покрова и других факторов. Математическое обоснование работы устройства, показывающее, что на регистратор 3 поступает сигнал, пропорциональный отношению коэффициентов обратного светорассе ни  в двух спектральных диапазонах, заключаетс  в следуЮ1чем. Пусть Я - средн   длина волны излучени  источника t в первом г спектральном диапазоне; Л - средн   длина волны излучени  источника k во втором спектральном диапазоне, котоный соответствует одной из изобестических точек; fi. () коэффициент обратного светорассе ни  исследуемой ткани 11 дл  излучени  с длиной волны Л на участке от источника света до первого фотоприемника Jj Р,((Л)/Ф(Л, (Я где Ф (Л )- световой поток источника света с длиной волны Л , поступающий в исследуемую ткань) С) световой поток, поступающий после взаимодействи  с тканью на первый фото- . приемник. Коэффициент р (Л)показывдет, кака  часть потока фц(л),посл-е взлимодейс т-79 ВИЯ с тканью поступает на первый фотоприемник 5) характеризует оптическое свойство участка ткани с содер жащейс  в ней кровью 8 первом спектральном диапазоне. Соответственно дл  второго фотопри емника 6 запишем Fa()) о.) где р„ (.) коэффициент обратного светорассе ни  исследуемой ткани дл  излучени  с дли ной волны Xi , на участке до второго фотоприемника 6; Ф„ (А)- часть светового потока Фд(,Л|з), поступающа  на второй фотоприемник: 6. Поскольку рассе ни  дл  прохождени  света в исследуемой ткани от источника k света до первого и второго фотоприемников 5 и 6 отличаютс  на посто нную величину, то и коэффициенты р (Л ) и р,(Л„)не будут равны Дл  второго спектрального диапазона Введены аналогичные коэффи1:1Иенты Р. --,(1%(г} , U2)(2bH) где Фд (А2) световой поток источника 4 света с длиной волны Л2, поступающий в ткань; ()( У соответственно световые потоки, поступающие после взаимодействи  с тканью 11 на первый и второй фотоприемники 5 и 6. Обозначимчувствительность первого фотоприемника 5 дл  излучени  с длиной волны Д и 2 соответственно и 5(Л2), аналогично дл  второго фотоприемника 6 S(A) и , а электрические сигналы, формируемые о фотоприемниками 5 и 6 в первом такте работы соответственно V(A) и Л Тогда V,(ЛJ S,(A,)Ф,(Л)--5,()p(ЛJФo() () (А,)СА,)%()5((,)ФоС) в первом такте сигнал V2() поступает на второй вход дифференциального усилител  2, на первый вход которого подаетс  сигнал V с выхода источника 7 эталонного напр жени . 98 На выходе дифференциального усилител  2 формируетс  сигнал w.. где К- - коэффициент усилени , дифференциального усилител . Поскольку дифференциальный усилитель 2 включен в контур отрицательной обратной св зи, то при К,5 1 разность напр жений на его выходе стремитс  к нулю, т.е. f9 V() (8). Подставив (6) 8 (8), получаем М,--5()р(,)Фо). откуда j Подставив (3) в (5), получаем ,) () TN)M4) ° Напр жение /(Л) в первом такте Работы запоминаетс  в аналоговом запоминающем устройстве 8, Запоминание может сопровождатьс  преобразованием в Кп раз, тогда запомненный сигнал /п определ етс  выражением з,(л)) (1-1) п -S.iiA2)PiCM э Аналогично можно показать, что во втором такте работы на выходе второго фотоприемника 6 выходное .наприжение определ етс  выражением г,(}р(} , , , .(4)) Подставим значение /п из (11) в(12}3 (Л )5„(,,) Р,(Л)) / (д л-- - i- - L) V а. ) Pi 1 )fl 2 y Обозначим . . , P-i ( )/P2 -Р i Si(4)/Pi() гдер(Л) ирСл) - коэффициенты обратного светорассе ни  участка ткани на участке между первым и вторым фотоприемниками соответственно в первом и втором спектральных диапазонах. Поскольку рассто ние, которое проходит световой поток обоих спектральных диапазонов в исследуемой ткани от второго фотоприемника 6 к первому фотоприемнику 5 посто нно, отношение коэффициентов р (А )/р (Л2)характеризует оптические свойства крови в выраженных спектральных диапазонах на одном и том же участке ткани от пер вого фотоприемника до второго, В выражении (13) обозначим 5,(/V,)-5 (А ) I/ V -i-r- - а ( Тогда формула (13) примет вид ((-,}19( (1) в (15 ) коэффициент а  вл етс  посто нной величиной, которую регулировкой Vj или Кр легко привести к такому значению, чтобы сигнал /(Л) соответствовал степени насыщени  ге моглобина крови кислородом в соответ ствии с врыажением, указанным в Сигнал /,(Д) поступает на регистратор 3, который может быть отградуиро ван непосредственно в единицах степени оксигенации крови. Отличи  в спектральной чувствительности фотоприемников 5 и 6 не вли ют на работу устройства, посколь ку они компенсируютс  при установке значени  коэффициента а. Основное требование к фотоприемникам - линейность энергетической характеристики фототока, т.е. независимость их чувствительности от величины светового потока в рабочем диапазоне. Таким образом, за счет наличи  контура отрицательной обратной св зи в фотооксигемометре на точность определени  степени оксигенации крови не вли ют различи  в пигментации кожного покрова,толщины рогового сло  кожи, по вление на поверхности кожи выделений потовых и сальных желез,мышечные сокращени  и другие факторы, формула изобретени  фотооксигемометр, содержащий генератор тактовых импульсов, усилител регистратор, двухволновыи источник света и два фотоприемника, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности определени  степени оксигенации крови путем автоматического определени  количественных оптических характеристик крови а исследуемых ткан х независимо от особенностей кожного покрова,в него введены источник эталонного напр жени , аналоговое запоминающее устройство , сумматор и переключатель, первый вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, причем усилитель выполнен в виде дифференциального усилител , выход которого соединен с первым входом сумматора, первый выход переключател  подключен к первому входу усилител  и второму входу сумматора, второй и третий выходы переключател  соединены с входами источника света, четвертый выход переключател  соединен с регистратором , п тый и шестой - с вторым входом дифференциального усилител , седьмой - с входом аналогового запоминающего устройства, а второй, третий , четвертый, п тый и шестой входы переключател  соединены соответственно с выходами первого и второго фотоприемников , сумматора, аналогового запоминаю114его устройства, источника эталонного напр жени , кроме того, фотоприемники установлены на разном рассто нии от двухволнового источника света. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент Японии № 52-25670, кл. А 61 В 5/1, .

Claims (1)

1. Формула изобретения фотооксигемометр, содержащий ге- *° нератор тактовых импульсов, усилитель, регистратор, двухволновый источник света и два фотоприемника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения степени оксигенации крови путем автоматического определения количественных оптических характеристик крови в исследуемых тканях независимо от особенностей кожного покрова,в него введены источник эталонного напряжения, аналоговое запоминающее устройство, сумматор и переключатель, первый вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, причем усилитель выполнен в виде дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, первый выход переключателя подключен к первому входу усилителя и второму входу сумматора, второй и третий выходы переключателя соединены с входами источника света, четвертый выход переключателя соединен с регистратором, пятый и шестой - с вторым входом дифференциального усилителя, седьмой - с входом аналогового запоминающего устройства, а второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы переключателя соединены соответственно с выходами первого и второго фотоприемников, сумматора, аналогового запоминающего устройства, источника эталонного напряжения, кроме того, фотоприемники установлены на разном расстоянии от двухволнового источника света.