Фотооксигемометр

оо делен нэабретеннй н открытнй;:Рт5") ФОТООКСИГЕМОМ Изобретение кой технике, в ким фотометрич назначенным дл насыщения гемо относится к медицинс- цастности к медицинсским устройствам, предопределения степени лобинэ крови кислороия целостности кожного5 покровов организма,тноше ровью нтенсивностеи р а и регистратор.сеянного1. 1.тройства Недостаток известногозаключается в том, цто е птицесьной для кая схема является однокана каждого спектрального диапа луцения, позтому определяют чественные оптические харак ки крови, а интенсивности с потоков в двух спектральных нах, При зтом предполагае спектральный состав мощност ния, падающего на исследуем ткани, остается всегда пост Кроме того, в устройстве за регистрация динамики измене щения кропи кислородом, так рушается естественная цирку ви в сосудах, расположенных сти укрепления датцика,дом без нарушенили слизистого зо ся не колтеристихническойявляетсяпени насы Наиболее сущности к ройство для ния крови к близким по етовыхдиапазодлагаемомумерения сородом, соключающий устщер т ржащее истическуюом, которыйя к поверх све точни систеоткры связанную с сосудй частью прижимаетс и аполняется кров ности тела понижении нем давлениго устройств щь роме того,ит генерафотопри- р, пропорссеянногоиапазонах,отсасывающ в известно хо строиство импульсов тор тактов емника, фо циональные Цель изобретения - повышение тоцости определения степени оксигенаирующие сигнал нтенсивности р ции крови путем автоматического определения колицественных оптических ха. света в двух спектральных д усилители, устройство опред лени(23)ПриоритетОпубликовано 30.10,82, Бюллетень %ОДата опубликования описания 30 . 1 0 . 82 инградский ордена Ленина злектротехни им, В.И.Ульянова (Ленина)и излучеый участокоянным.трдненания насыкак наляи д крог обла з 1 У 2 л рактеристик крови в исследуемых тка- нях поверхности тела независимо от особенностей кожного покрова.Поставленная цель достигается тем, что в фотооксигемометр, содержащий генератор тактовых импульсов. усилитель, регистратор, двухволновый источник света и два фогоприемника,. введены источник этагонного напряже- НИЯ, анаЛОГОВОЕ ЗаПОМИЧаЮЩЕЕ УстРОй ство, сумматор и переключатель, первый вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, причем усилитель выполнен в виде дифференциал 1;- ного усилителя, Выход которого соединен с первым входом сумма гора, первый выход переключателя подключен к первому входу усилителя и второму входу сумматора, ворой и третий выходь переключателя соединены с входами источ: ника света, четвертый вьход переключателя соединен с регистратором, пятый И ШЕСТО 1 СО ВТОРЫМ ВХОДОМ ДиффеРЕН циального усилигеля, седьмой - со входом аналогового запоминающего уст- -,-, ройства, а Второй третий, четвеоый, пятый и 1 цестой Входы переключе.галя соединены сОГтветстванно с Выходами ПЕРВОГО .": ВТОРОГО фатОПгИ МНиКОВ, сумматора, аналогового запоминающего устройства, источ,ика эталоннаГо наиЯжания, кроме того, фотог 1 риемники установлены на разном расстоянии от двухволнового источника света.На чертеже изображена структурная;с электрическая схема фотооксигел 1 сл 1 атра.Устройство содержит генераторе тактовьх и лпуль сов, усилиель 2,Д 111- фЕРОНЦИВЛЬНЫЙ 1, РЕГИСтРагОР 3. ДВУХ:в Волновыи источник я света, фогопри" емники 5 и 6, источник 7 эталонного напряжения, аналоговое запо 1 линающее устройство 1, сумматор 9, переключатель 10,. Причем выход переключателя 10 соединен,. с генератором 1 тактовых имг 1 ульсов, выход дифференциального усили геля 2 соединен с г 1 ервым Входом сумматора пеОВый выход г 1 е-;еключа 1 еля 10 п,опк;.1 В г чен к первому входу усилителя 2 и второму входу сумматора , Второй третий вь 1 хсдь 1 пареклпчателя О соединены со Входа 1 ли источникасвета, четвертый вьход переключателя 1 Г соединен с реГистратором 3, п 1 ть 11 и шестой - со вторым входом диффарен: циальнгго усилителя 2, седьл 1 ойл - со входом аналоГОВОГО запоминающаГО устройства Я, а второй третий, четВертый, пятый и шестой входы переключателя 10 соединены соответственно с выходами первого 5 и второго6 фотоприемников, сумматора , аналогового запоминающ=го устройства Я,источника / эталонноГО напряж 8 ниядвухлучевой источниксвета и фотоприемники э инакладываются на исследуемую ткань, Кроме того, фотоприемникй устанавливаю 1 ся на разномрасстоянии от двухлучевого источника света,Устройство рабстает следую 111 им образом.енератортактовых импульсовформирует на выходе первый тактовыйИМПУЛЬС, КОТОРЫЙ ГОСтУПаСт На ПЕРВЫЙуправляю 1 И 1 Й вход гереключатегя 10 иустанавливает егс В первое положение,. Напряжсние с источникаэгалонного напряжения пс:ступае 1 через переклвчатель 10 на первый вход дифференциального усилителя 2 и второйьход сумматора 9, с Выхода которогосфОрмированный сиГнал через пер 8 ключатель 10 поступает на второй входисточника л света который формируетсветовой поток в первом сгектральномДиапазоне 1,нап, И 1 леэ, Область 600 нм,поступающий в исследуемую ткань и взаимодей 1 ствующий с най,Часть потока. спредапяемая обрат-,НЫМ СВЕтОРВССЕЯНИЕМ гКВЛИ С СОДЕРжащейся В ней кровью, падает на фотоприемники 5 и 6. нтенсивность све га,ПадаЮщЕГО На фатОПриЕЛ 1 НИКИ 5 И 6 Впервол 1 спектоальнсм диапазонс. Опр 8 де.яатся степенью насыщения гемоглобинаКРОВЛ КИСЛОпОДОМ И РВССТОЯНИЕМ ДО фото риемнкое, фотоприемники 5 и 6, имеимеющие линейнуо энергетическую характеристику фототока 1,наприлар, фотодиоды) преобразуют падающие на нихСВ 8 ТОВЫ 8 ПОТОКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИ 8 СИГналы. 0 игна.пы со второго фотоприемника 6 через переключатель 10 поступают на второй вход дифференциальногоугилителя 2 который формирует на выходе усиленный сигнал пропорциональный разности напряжений с Выхода Фотоприемника 1 и источника г эталонного напряжения Этот сигнал поступаетна второй вход сумматора 9, где складывается с напряжением источника 7этапонного напряжения, Ц результатена выходе сумматора 9 формируетсяскорректированный сигнал, изменяющийвеличину светового потока источника5 9692света (без изменения спектральногосостава излучения) таким образом, что исключается разница между напряжением на входах дифференциального усилителя 2. При достаточно большом коэффициенте усиления дифференциального усилителя 2 напряжение, формируемое вторым фотоприемником 6, можносчитать равным напряжению источника7 эталонного напряжения. Таким обра- озом, образуется контур отрицательнойобратной связи, в который входят источник 7 эталонного напряжения, дифференциальный усилитель 2, сумматор9двухволновый источник 4 света, 15исследуемая ткань и Фотоприемник 6.Одновременно световой поток источника 4 света, отличающийся в соответствии с оптическими свойствами исследуемой ткани на участке, равном разности путей прохождения света, поступает на первый фотоприемник 5, с выхода которого электрический сигналчерез переключатель 10 поступает навход аналогового запоминающего устройства 8, где запоминаетсяНа этомзаканчивается первый такт работы УстройстваВо время второго такта, задаваемого генератором 1 тактовых импульсов,переключатель 10 устанавливается вовторое положениеКак и во время первого такта световой поток источникапоступает в исследуемую ткань, взаимодействует с ней, и часть потокаЭ 5падает на первый и второй Фотоприемники. Однако во втором такте источник 4 света Формирует световой потокво втором спектральном диапазоне (на. пример, область 805 нм ), который соответствует одной из изобестических точек, а в контур отрицательной обратной связи вместо фотоприемника 6 включен первый Фотоприемник 5, и вместо источника 7 эталонного напряжения45 аналоговое запоминающее устройство 8. Контур отрицательной обратной связи работает как и в первом такте, т.е, таким образом чтобы напряжение, Формируемое фотоприемником 5, было равно.50 напряжению, заполненному в ячейке аналоговой памяти 8, в результате чего напряжения, Формируемые фотоприемником 5 в первом и втором спектральных диапазонах, равны. Но электрический сигнал, формируемый вторым фотопри 55 емником 6 во втором такте, не будет равен сигналу, Формируемому в первом такте (напряжению источника 7 эталон 49 6ного напряжения), Поскольку расстояние для прохождения света в исследуемой ткани от двухволнового источникасвета до первого и второго фотоприемников 5 и 6 отличается на одну и ту же постоянную величину для обоихспектральных диапазонов, то отличие в уровнях сигналов Фотоприемника 6 будет характеризовать оптицеские свой. ства крови в выбранных спектральных диапазонах, а именно - степень насыщения 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 светорассеяния исследуемой ткани с содержащейся в ней кровью в двух спектральных диапазонах и не зависит от мощности излуцения двухволнового источника света 4, свойств поверхностной части кожного покрова и других Факторов,Математическое обоснование работы устройства, показывающее, что на регистратор 3 поступает сигнал, пропорциональный отношению коэффициентов обратного светорассеяния в двух спектральных диапазонах, заключается в следующем.Пустьсредняя длина волны излучения источника 4 в первом гспектральном диапазоне;Л - средняя длина волны излучегния источника 4 во второмспектральном диапазоне, котоный соответствует одной изизобестических точек, У (Л )- коэффициент обратного светорассеяния исследуемой ткани11 для излучения с длинойволны А на участке от источника света до первого фотоприемника 5.Р,(Л,)=ф,(Л)ф,(Л), ( ) где Ф ( )- световой поток источника 4Освета с длиной волныпоступающий в исследуемуютканьФ (Ъ )- световой поток, поступаю 1щии после взаимодеиствияс тканью на первый фотопрИемник,Коэффициент рЛ)показывает, какаячасть потока ф (А),после взаимодейст9 9692 одном и том же участке ткани от первого Фотоприемника до второго,В выражении (13) обозначим(1)5 Й) 5 Р )п з 3) примет видуИ) а является посто огда орм е- ет Ч 2(Л ):с 4 Я (Л 1)В (15 ) коэффициентянной величиной, которую регулировкой Ч или Кп легко привести к такому значению, чтоЬы сигнал / (Л) соответствовал степени насыщения гмоглобина крв слрдом в соотв - 1 зствии с врыажением, указанным в (1 ),Сигнал У(Л) поступает на регистратор 3, который может быть отградуирован непосредственно в единицах степени оксигенации крови, 20Отличия в спектральной чувствительности Фотоприемников 5 и 6 невлияют на раЬоту устройства, поскольку они компенсируются при установке значения коэффициента а. Основное р требование к Фотоприемникам - линейность энергетической характеристики Фототока, т,е. независимость их чувствительности от величины светового потока в раЬочем диапазоне.30Таким образом, за счет наличияконтура отрицательной обратной свя" зи в Фотооксигемометре на точность определения степени оксигенации крови не влияют различия в пигментации кожного покрова, толщины рогового слоя кожи, появление на поверхности кожи выделений потовых и сальных желез, мышечные сокращения и другие факторы.40Формула изобретенияФотооксигемометр, содержащий генератор тактовых импульсов, усилитель,49 10регистратор, двухволновый источник света и два Фотоприемника, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения сте" пени оксигенации крови путем автоматического определения количественных оптических характеристик крови в исследуемых тканях независимо от особенностей кожного покрова, в него введены источник эталонного напряжения, аналоговое запоминаоцее устройство, сумматор и переключатель, первый вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, причем уси" литель 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 выходпереключателя соединен с регистра" тором, пятый и шестой - с вторым вхо дом дифференциального усилителя, седьмой - с входом аналогового запоминающего устройства, а второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы переключателя соединены соответствен но с выходами первого и второго Фото приемников, сумматора, аналогового запоминающего устройства, источника эталонного напряжения, кроме того, фотоприемники установлены на разном расстоянии от двухволнового источника света,Источники информации,инятые во внимание при экспертизСоставительактор И.Ковальчук Техред И,ГаГ рин орректор Н.Король итета ССткрытий аказ 72,//ТиРаж 71 йВНИИПИ Государственного копо делам изобретений и113035 а Москва, Н, РаушФилиал ППП "Патент, г. Унгаааа, та.