Спосіб пульсової оксиметрії

МПК6А61В5/00 СПОСІБ ПУЛЬСОВОЇ ОКСИМЕТРІЇ Запропонований спосіб відноситься до галузі медичної діагностичної радіоелектроніки і може використовуватись для оперативного вимірювання сіупіня насиченості крові киснем в системах діагностичної апаратури, якими обладнані медичні заклади, особливо в системах контролю за станом хворих, що знаходяться під анестезією під час оперативного втручання. Відомий спосіб пульсової оксиметрії [1], в якому обробка сигналів зводиться до знаходження співвідношення R=(SdVS r t ):(Sip/Si o), (1) де Srp - змінна складова сигналу пульсової хвилі в червоному діапазоні; Srt - постійна складова сигналу пульсової хвилі в червоному діапазоні; SP - змінна складова сигналу пульсової хвилі в інфрачервоному діапазоні; So - постійна складова сигналу пульсової хвилі в інфрачервоному діапазоні Ступінь насичення гемоглобіну крові киснем SpO2 (сатурація) визначається як нелінійна функція параметруR [1]. Відомі способи для визначення SpOi, в яких співвідношення Sp/So з (1) визначається як відно шення першої гармоніки сигналу до нульової , отрима них з перетворення Фур'є [1]. Але на йбіль ш розпо вс юд жено ю є пря ма реестація постійної та змінної складових сигналу де постійна складова отримується шляхом , інтегрува ння сигналу за певний період часуПрикла дами пр истроїв в . , яких реалізується цей спосіб є пульсові оксиметри які випускаються , , провідними світовими виробниками такими як "Necllor inc.", "Ohmeda", , "Radiometer", "Datex* та ін. р]. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є спосіб пульсової оксиметриї, який груніуєіься на випромінюванні на біооб'єкт оптичних сигналів червоного та інфрачервоного диапазонів довжин хвиль , оітгоелекіронному перетворенні пройшовших крізь об'єкт або відбитих від нього сигналів, нормуванні рівня змінної складової електричного перетвореного сигналу за рівне м його постійної складової на кожній довжині оптичної хвилі з подальшим порівнянням пронормованих рівнів пі. Основним недоліком, який мають всі названі способи є невисока , швидкодія визначення SpO2, що не дозволяє слідкувати за її динамікою під час її різкого коливання Так, наприклад, дослідження, описані в [2] . виявили , що згадані пульсові оксиметри реагують на гіпоксію із затримкою від 20 до ЗО секунд . Цей недолік обумовлений тим , що щ способи передбачають окрему реєстрацію постійної і змінної складової сигналу з подальшим норму ванням їх шлях о м ділення . Прист рої, що реалізують такі способи, містять інтегратори, які інтегрують сигнал для отримання постійної складової на певному проміжку часу . В основу винаходу покладено задачу розробити такий спосіб пульсової оксиметрії, в якому введення нового принципу нормування дозволило б відмовитись від окремого вимірювання постійної і змінної складових сигналу і за рахунок цього підвищити швидкодію вимірювання SpO2 майже до реєстрації змін сатурації у реальному масштабі часу . Це досягається тим , що в запропонованому способі , який грунтується на випромінюванні на біооб'єкт оптичних сигналів червоного та інфрачервоного диапазонів довжин хвиль оптоелектронному , перетворенні пройшовших крізь об'єкт або відбитих від нього сигналів, нормуванні рівня змінної складової електричного перетвореного сигналу за рівнем його постійної складової на кожній довжині оптичної хвилі з подальшим порівнянням пронормованих рівнів, новим є те, що вказане нормування рівнів сигналів здійснюють шляхом їх послідовного логарифмування та диференціювання . Отже, в запропонованому способі для нормування не вимірюється окремо постіна і змінна складові сигналу з подальшим знаходженням їх відношення шляхом ділення, а їх співвідношення знаходяться безпосередньо, що підвищує швидкодію вимірювань. На кресленні надано структурна схема пристрою (пульсового оксиметра) для реалізації запропонованого способа. Пульсовий оксиметр містить два канала - червоний та інфрачервоний, кожен з яких містить оптично зв'язані випромінювач І і оптоелектронний перетворювач (фотодетектор) 2. В оптичний канал зв'язку між ними під час вимірювання вміщується біологічний об'єкт 3. Вихід оптоелектронного перетворювача 2 з'єднаний з входом пристрою нормування 4, Виходи пристроїв нормування 4 кожного з каналів з'єднані з входами пристрою порівняння 7, вихід якого з'єднаний з входом пристрою обчислення та індикації 8. Приспи нормування в кожному каналі містить послідовно знані логарифматор 5 і диференціатор 6. Спосіб здійснюється наступним чином. Випромінювач 1 в одному каналі випромінює світло червоного, ав другому - інфрачервоного диапазонів довжин хвиль. Оптичні сигнали проходять крізь біооб'єкт 3, в якому модулюються за амплітудою внаслідок зміни кровонаповнення судин, і потрапляють на фотодетектори 2, які перетворюють їх в електричні сигнали. Електричні сигнали на виходах фотодетекторів 2 на кожній довжині хвилі можна представити у вигляді: S(t) = So + S p (t), (2) де So - постійна складова, яка не змінюється або повільно змінюється у часі; ~ Sp - змінна складова, що обумовлена пульсацією крові. Сигнали у кожному каналі з виходів фотодетекторів 2 потрапляють на пристрої нормування 4, де підлягають логарифмуванню і диференціюванню (відповідно у логарифматорах 5 і диференціаторах 6). Сигнал на виході кожного з каналів (тобто на виходах пристроїв нормування 4) має витащ: 5 d dt 4 Р П ЇІ ш (3), = J ~A S p\ dt ш де а - основа логарифму . С кл адо ва , U°8 a (\)J дорівнює нул ю, бо S o не є функцією часу . Саме іуг , позбавляючись від цієї складової , відбувається нормування рівня змінної складової за рівнем постійної бо кінцевий вираз (3) вже не , залежить окремо від Sp і So, а тільки від їх співвідношення постійний ; коефіцієнт а залежить тільки від параметрів логарифматора 5. З виходів пристроїв нормування 4 сигнали потрапляють на пристрій порівняння 7, на виході якого отримується відно шення сигналів виду(3) червоного (індекс і) та інфрачервоного (індекс г) діапазонів: d_ dt d_ dt S (4). де Sr~ - сигнал виду (3) з виходу червоного каналу нормування ; Sr~ сигнал виду (3) з виходу інфрачервоного каналу нормування . 0 Величина R~ з виразу (4) відрізняється від величини R з (1). Але вона так само мас взаємо-однозначний функціональний зв'язок із SaCh (який може бути отриманий експериментально), бо так само залежить тільки від співвідношення пронормованих (Sp/So) рівнів сигналів червоного та інфрачервоного диапазонів. Сигнал R~ з виходу пристрою порівняння 7 далі потрапляє до блока 8 обчислення та індикації, який за його величиною обчислюс SaC>2, використовуючи вказаний функціональний зв'язок. Даний оксиметр реалізується з використанням широко розповсюджених електронних блоків та вузлів. Один з основних вузлів пристрою - логарифматор (логарифмічний підсилювач) - вироблясіься у вигляді монолітної ІМС багатьма виробниками (такими як Burr-Brown, Analog Devices та ін.). Датчики для пульсової оксиметрії (багатопроменеві випромінювачі та фотодетектори з попередніми підсилювачами , об'еднані у вигляді єдиних консіукіивних мініатюрних блоків також серійно ) випускаються багатьма фірмами (Flexi-Form Nonin Medical Inc., Nellcor Puritan Bennet Inc. та ін.). Отже, в запропонованому способі новим є те, що до сигналу застосована логарифмічна обробка, яка дозволяє відразу нормувати змінну складову сигналу за постійною і в цьому випадку немає , необхідності інтегрувати сигнал, розділяти його на дві складові і далі ділити одну складову на іншу. Щодо того, що запропонований спосіб обробки дає не безпосередньо відношення (1), а похідну логарифму подібного співвідношення, то необхідно зазначити, що залежність між SpO2 і параметром R з (1 ) є все одно неліній ною фун кцією (закон БераЛамберта-Бугера ) [1J. Та ким ч ино м, в порі вня нні з від о мими с пос оба ми пу льс о вої оксиметрії запропонований спосіб забезпечує підвищення швидкодії вимірюва ння сатурації крові навіть до відслідковування її динаміки в реальному масштабі часу . 1. В о л ко в В. Я . т а і н. П р и н ц ип ы и ал го р ит м ы о пр едел е н ия окс иге на ции кр ови по измере ния м пульсс юкс иметра. Мед ицинс кая техника, №1,1993, стр. 16-21. 2. Шитиков И. И. та ін. Сравнительное исследование пяти пульсовых оксиметров. Мед ицинская техника, Ш, 1993, стр.21-24. Спосіб пульсової оксиметрп Вигтроинювач Фот одегектор Ло гар фсат ор Диференціатор Приори Пристрій обчислення та иди шш Автори: ЗудовО.Н., Шарпан О. Б.