Способ определения кровенаполнения сосудов и устройство для его реализации

С 0103 СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР1 ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН отои и(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРОВЕНАПОЛНЕНИЯ СОСУДОВ И УСТРОЙСТВОДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ л Б.О оп ППО 77 А 1(57) Использование: медицина, фотоплетизмография. Цель - повышение точности определения в условиях сильных злектромагнитных помех. Сущность изобретения: регистрируют два сигнала засветки и один общий сигнал. Результаты регистрации усредняются и вычитаются. Для реализации способа предложен фотоплетизмограф, содержащий модулятор 1, источник света 2, фотоприемник 3, генератор импульсов 4, предварительный усилитель 5, устройства выборки - хранения 6, 7, 8, 12, блока управления 9, блок вычитания 10, интегратор 11, фильтр 13, блок 14 обработки и регистратор 15 5 ил10 15 го 30 40 50 55 Изобретение относится к медицине, вчастности к фотоплетизмографии, и можетбыть использовано при диагностике состояния сердечно-сосудистой системы человека при проведении физиотерапевтическихпроцедур.Известен способ определения кровенаполнения, заключающийся в регистрацииинтенсивности импульсного светового потока, взаимодействующего с биообъектом,Известен способ определения кровенаполнения, заключающийся в регистрацииинтенсивности импульсного светового потока, взаимодействующего с биообъектом, атакже регистрации интенсивности светового потока засветки после регистрации импульсного светового потока засветки послерегистрации импульсного светового потокаи определении кровенаполнения по разности между зарегистрированными импульсным световым потоком и световым потокомзасветки,Недостатком указанных способовявляется низкая точность определениякрове наполнения в условиях сильных электромагнитных помех.Известен фотоплетизмограф, содержащий фотоприемник, генератор импульсов,блок управления, первое устройство выборки и хранения (УВХ), блок вычитания, второеУВХ, фильтр, излучатель, предварительныйусилитель и регистратор.Недостатком известного устройстваявляется низкая точность определениякровенаполнения в условиях сильных электромагнитных помех,Цель изобретения - повышение точности определения кровенаполнения при работе при сильных электромагнитныхпомехах.Цель достигаетея тем, что согласно способу определения кровенаполнения, заключающемуся в регистрации интенсивностиимпульсного светового потока, взаимодействующего с биообъектом, а также регистрации интенсивности светового потоказасветки после регистрации интенсивностиимпульсного светового потока, дополнительно регистрируют интенсивность светового потока засветки до регистрацииинтенсивности импульсного светового потока и определяют кровенаполнение по разности между интенсивностью импульсногосветового потока и средним арифметическим интенсивностей световых потоков засветки, зарегистрированных до и послеизмерения интенсивности импульсного светового потока.Общеизвестный способ определениякрооенаполнениа основан на регистрации импульсного светового потока. взаимодействующего с биообъектом. Сущность этого способа заключается в том, что источник света формирует импульсы светового потока, которые взаимодействуют с биологической тканью и достигают фотоприемник,наводя в нем электрический сигнал, пропорциональный интенсивности светового потока. В результате взаимодействия с биологической тканью световой поток значительно поглощается и модулируется по амплитуде. Относительный уровень модуляции обычно составляет 0 - 1 - 500 амплитуды несущей. Поэтому даже незначительные флуктуации амплитуды несущей, обусловленные различными помехами, искажают полезный сигнал о кровенаполнении тканей.На практике основной вклад в искажение полезного сигнала вносят три источника помех:паразитные световые излучения, попадающие на фотоприемник от внешних источников света (лампы освещения, лампц 25 ИК-нагревателей фиэиотерапевтических ус. тройств). Частота таких помех соответствует частоте пульсаций ламп, как правило 100 Гц. Кроме того в физиотерапевтических комплексах часто используются тиристорные регуляторы мощности излучателей, дающихсложный частотный спектр помехи; промышленные помехи с промышленной частотой 50 Гц, наводимые за счет паразитной емкости между фотоприемником и биообъе кто м;различные электрические помехи, обусловленные работой расположенных рядом электрических приборов, например ЗВМ,На практике уровень помех бывает сравним с полезным сигналом, поэтому для определения кровенаполнения используют специальные методы. Метод частотной селекции заключается в применении полосового фильтра, настроенного .на частоту импульсов запитки излучателя. Этот метод имеет следующие недостатки. Во-первых, паласовые фильтры чувствительны к импульсным помехам, так как последние вызывают переходные процессы колебательного характера. Во-вторых, небольшая девиация частоты следования импульсов, а равно как и длительности импульсов и их фронтов, вызывают парадитную амплитудную модуляцию, усиливающуюся с повышением добротности фильтра.Наиболее близким к предлагаемому является метод вычитания засветки, заключающийся в проведении последовательно одна за другой двух выборок сигнала, одна из которых производится при включенном) 40 где Е 1 с(с)+ п(с) сигнал, включающий полезный сигнал и засветку;Ь(1 + Л 1) - сигнал, включающий только засветку,Так как любой сигнал можно предста вить в виде алгебраической суммы гармонических компонентов, то для упрощения анализа в качестве помехи возьмем одну гармоническую составляющую с единичной амплитудой 50 Ь(т) = соз в ттогда (1) и (2) будут иметь соотвид тственно- Л) =источнике света, а другая - при выключенном. Так как эти выборки идут с большой частотой, то можно считать, что уровеньпомехи у них эквивалентен, поэтому для подавления помехи можно произвести 5 вычитание одной выборки из другой, т.е. в одной выборке фиксируем полезный сигнал с помехой, в другой - одну помеху и затем вычитаем вторую выборку из первой, Однако на практике в условиях большого уровня 10 разнообразных по частотному спектру помех оказывается, .что уровень помехи для . обоих выборок неидентичен. Прямой путь повышения степени подавления помех - повышение частоты выборок, Однако при 15 этом с ростом частоты возникают новые проблемы, например искажение формы импульсов в кабеле датчика.Сущность предлагаемого способа определения кровенаполнения заключается в 20 следующем. Производятся три выборки сигнала с фотоприемника, Одна производится при включенном излучателе, а две другие - при выключенном излучателе до и после первой выборки. Далее вычисляется сред нее арифметическое второй и третьей выборок и результат вычитается из первой выборки. Оценим эффективность предлагаемого способа по сравнению с известным.Предположим, что имеется паразитная 30 засветка, описываемая непрерывной функциейуп = тп(т) Тогда результат регистрации по первому способу имеет вид 35уФ = ЕЧт) + Ь(т) - Ь(т - Лт) (1) а по предлагаемому способу:=Р(Н2 1 с(т) + 2 зп Соя в 1г 0 Л 1(5)Иэ анализа (4) и (5) видно, что результирующие гармонические компоненты помехи имеют прежнюю частоту, а максимальная амплитуда ограниченау 1 азх = 2 зпмЛ2( 72 2т.е, для конкретного примера, когда имеется помеха с частотой р = 100 Гц, а частота выборки Ь = 5000 Гц, ослабление помехи будет следующееш Л 1 7 г 1 ру 1 вах = 2 з и - л - = 2 81 пч(8)гугвах= У =1/125. (9)2Аналогичные выкладки справедливы для сигналов, имеющих сложный спектральный состав.Таким образом приведенный пример показывает, что предлагаемый способ позволяет существенно повысить точность определения параметров кровенаполнения в условиях воздействия электромагнитных помех сложного спектрального состава.На фиг,1 представлена функциональная схема фотоплетизмографа; на фиг.2 - временные диаграммы работы блока управления; на фиг.3 - функциональная схема модулятора; на фиг,4-функциональная схема блока управления; на фиг.5 - функциональная схема блока вычитания,Фотоплетизмограф включает в себя модулятор 1, источник света 2, фотоприемник 3, генератор 4 импульсов, предварительный усилитель 5, четыре устройства выборки- хранения (УВХ) 6, 7, 8, 12, блок управления 9, блок вычитания 10, интегратор 11, фильтр 13, блок 14 обработки и регистратор 15. Вход источника 2 света подключен к выходу модулятора 1, выход фотоприемника 3 подключен ко входу предварительного усилителя 5, выход которого через УВХ 6 и УВХ 7 соединен с первым и вторым входами блока 10 вычитания, третий вход которого подключен через УВХ 8 к выходу УВХ 7, выход блока 10 вычитания подключен через УВХ 12, фильтр 13, блок 14 обработки - к входу регистратора 15. Первый вход модулятора 1 соединен через интегратор 11 с выходом УВХ 12, вход управления синхронизацией которого подключен к выходу 3 блока управления 9, выход 2 которого соединен с входами синхронизации УВХ 8 и УВХ 6, Выходы 1 и 4 блока 9 управления подключены соответ 17770775055 ственно к вторым входам УВХ 7 и модулятора 1, первый вход которого соединен через интегратор 11 с выходом УВХ 12, выход генератора 4 импульсов подключен к входу блока 9 управления,Блок управления 9 (см. фиг.4) включает в себя двоичный счетчик 19, дешифратор 20 и элемент ИЛИ 21, причем счетный вход счетчика 19 является входом блока управления, Выходы счетчика 19 соединены с входами дешифратора 20, первый, второй и четвертый выходы которого являются соответственно третьим, вторым и первым выходом блока управления, Выход элемента ИЛИ 21 является четвертым выходом блока управления, а входы элемента ИЛИ 21 соединены с первым и вторым выходом дешифратора 20, Временная диаграмма работы блока управления 9 приведена на фиг.2.Блок 10 вычитания может быть собран нэ основе операционного усилителя 22 (см, фиг.5) с резистивной обратной связью и реализует функцию02 +УзОвым" 012где 01, 02, ОЗ - напряжение на соответствующих входах.В качестве регистратора 15 можно использовать печатающеее устройство ЗВМ, графопостроитель или стандартный самописец.Фотоплетизмограф работает следующим образом. Источник света 2 излучает импульсный световой поток, который взаимодействует с биологической тканью, частично поглощается и модулируется по амплитуде. Фотоприемник 3 принимает падающие на него модулированные импульсы светового потока и световые засветки от посторонних излучателей, наводя на своемвыходе пропорциональные электрическиесигналы. Предварительный усилитель 5 осуществляет усиление сигнала с фотоприемника 3 до уровня, необходимого для последующей обработки, УВХ 6 осуществляет запоминание сигнала в момент излучениясветового потока источником света 2, В УВХ 7 и 8 запоминаются сигналы после и до импульса светового потока. зафиксированного УВХ 6.Блок управления 9 формирует сигналы (см. фиг,2), которые поступают на управляющие входы УВХ 6, 7, 8, 12 и на модулятор 1. При этом реализуется необходимая временная последовательность управляющих сигналов, обеспечивающая заданный алгоритмфункционирования устройства.В блоке 10 вычитания происходит вычисление полусуммы сигналов, снимаемых с 5 10 1520 25 3035 4045 УВХ 7 и 8 и вычитание результата из сигнала, подаваемого с УВХ 6, Результат вычислений фиксируется УВХ 12, на входе которого формируется сигнал, отображающий изменение степени поглощения светового потока, вызванное пульсациями кровотока в биообьекте,Фильтр 13 может быть выполнен, например в виде фильтра Н 4 второго или четвертого порядка, он выделяет сигнал в интересующей области частотного спектра, который далее поступает в блок 14 обработки, где вычисляются амплитудные и временные параметры фотоплетизмограммы, и далее поступают на регистратор 15.Блок обработки 14 выполняет функцию нахождения характерных точек ФПГ (А, В, С, 1, О) и определения их амплитудных и временных параметров. Алгоритм функционирования блока обработки 14 и структура аналогичен блоку 11 обработки известного устройства,Интегратор 11 стабилизирует несущую составляющую сигнала излучателя 2 на заданном уровне за счет поддержания соответствующего уровня на управляющем входе модулятора 1.При работе устройства с частотой выборки, например 5 кГц коэффициент подавления 100 Гц помехи в 5 - 6 раз выше, чем у известных устройств,Формула изобретения 1. Способ определения кровенаполнения сосудов путем регистрации интенсивности импульсного светового потока, взаимодействующего с обьектом, а также регистрации интенсивности импульсного светового потока, засветки после регистрации импульсного светового потока, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения кровенаполнения при сильных электромагнитных помехах. дополнительно регистрируют интенсивность светового потока засветки до регист- рации интенсивности импульсного светового потока и определяют кровенаполнение по разности между интенсивностью импульсного светового потока и средним арифметическим. интенсивностей световых потоков засветки до и после измерения интенсивности импульсного светового потока.2. Устройство для определения кровенаполнения сосудов, содержащее источник света, последовательно соединенные фото- приемник, предварительный усилитель, первое устройство выборки-хранения, блок вычитания, второе устройство выборки-хранения, выходом соединенное с входом интегратора и фильтром, а также регистратор, третье и четвертое устройство выборки-хра10 1777077 оставитель С,Рябо ехред М. Моргентал Мельникова орректор М.Андрушенко Редакт твенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина иэ нения и генератор импульсов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что в него введены модулятор, включенный между источником света и интегратором, блок обработки, включенный между фильтром и регистратором, и.блок управления, первый выход которого соединен с первым входом третьего устройства выборки-хранения, второй вход которого подключен к выходу предварительного усилителя, а выход - к второму входу блока Заказ 4119 ТиражВНИИПИ Государственного комитета и113035, Москва, Жвычитания и первому входу четвертого устройства выборки-хранения, выход которого соединен с третьим входом блока вычитания, а второй вход - с вторым входом пер вого устройства выборки-хранения и. вторым выходом блока управления, третийвыход которого подключен к второму входу второго устройства выборки-хранения, четвертый выход - к второму входу модулятора, 10 а вход - к выходу генератора импульсов,Подписноеэобретениям и открытиям при ГКНТ СССРРаушская наб 4/5