Устройство для регистрации артериальной пульсации крови

Авторы патента:

Федотов Александр Александрович (RU)

A61B5/1455 - Измерение для диагностических целей (радиодиагностика A61B 6/00; диагностика с помощью ультразвуковых, инфразвуковых и звуковых волн A61B 8/00); опознание личности

A61B5/0295 - с использованием плетизмографии, т.е. измерение изменений объема какой-либо части или органа под воздействием циркуляции крови через них, например импедансной плетизмографии

Владельцы патента RU 2536282:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) (RU)

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для регистрации артериальной пульсации крови содержит генератор импульсов, источник света, фотоприемник, преобразователь ток/напряжение, усилитель переменного напряжения, синхронный демодулятор, полосовой фильтр. Дополнительно в устройство введены акселерометр, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, адаптивный фильтр, блок вычитания. Выход полосового фильтра подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, выход акселерометра подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу микроконтроллера, первый выход микроконтроллера подключен к первому входу блока вычитания, второй выход микроконтроллера подключен к первому входу адаптивного фильтра, выход блока вычитания подключен ко второму входу адаптивного фильтра, выход адаптивного фильтра подключен ко второму входу блока вычитания. Применение изобретения позволит увеличить помехоустойчивость регистрации сигнала артериальной пульсации крови человека в условиях присутствия двигательных артефактов, обусловленных случайными движениями обследуемого. 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам неинвазивной регистрации биосигналов на основе применения методов фотоплетизмографии. Данное устройство может найти применение в кардиологических системах диагностики пациентов для мониторинга частоты сердечных сокращений, оценки состояния периферических артериальных сосудов.

Известно устройство для фотоплетизмографии (фотоплетизмограф), включающее последовательно соединенные генератор импульсов, амплитудный модулятор и источник света, последовательно соединенные фотоприемник, избирательный усилитель, выпрямитель, фильтр низких частот и полосовой усилитель, а также блок автоматической регулировки интенсивности излучения, последовательно соединенные дифференцирующий усилитель, компаратор и формирователь импульсов (Патент RU 2032376, МПК А61В 5/0295, опубликовано 10.04.1995).

Известно устройство для фотоплетизмографии (фотоплетизмограф), включающее источник света, фотоприемник, последовательно соединенные регулируемый усилитель переменного тока, демодулятор, фильтр низких частот и усилитель постоянного тока, выход которого подключен к входу управления регулируемого усилителя переменного тока, а также блок регистрации (Патент RU 2054884, МПК А61В 5/0295, опубликовано 27.02.1996).

Недостатком известных устройств является их низкая помехоустойчивость в условиях присутствия двигательных артефактов, обусловленных случайными движениями обследуемого человека во время регистрации биосигналов артериальной пульсации крови.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для фотоплетизмографии (фотоплетизмограф) (Патент RU 2354290, А61В 5/0295, опубликовано 10.05.2009), включающее генератор импульсов, источник света, синхронный селективный усилитель, фильтр нижних частот, фотоприемник, дополнительно фотоплетизмограф содержит синхронный демодулятор, полосовой фильтр, управляемый преобразователь напряжение/ток и распределитель импульсов.

Недостатком известного устройства является недостаточная помехоустойчивость регистрируемого сигнала артериальной пульсации к проявлению случайных двигательных артефактов, обусловленных движениями обследуемого человека.

В основу изобретения поставлена задача - увеличить помехоустойчивость регистрации сигнала артериальной пульсации крови человека в условиях присутствия двигательных артефактов, обусловленных случайными движениями обследуемого.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройство для регистрации артериальной пульсации крови, содержащее генератор импульсов, источник света, фотоприемник, преобразователь ток/напряжение, усилитель переменного напряжения, синхронный демодулятор, полосовой фильтр, согласно изобретению в устройство дополнительно введены акселерометр, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, адаптивный фильтр, блок вычитания, причем выход полосового фильтра подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, выход акселерометра подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу микроконтроллера, первый выход микроконтроллера подключен к первому входу блока вычитания, второй выход микроконтроллера подключен к первому входу адаптивного фильтра, выход блока вычитания подключен ко второму входу адаптивного фильтра, выход адаптивного фильтра подключен ко второму входу блока вычитания.

Заявленное техническое решение соответствует критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость», так как отсутствует источник информации, в котором было бы описано техническое решение, содержащее отличительные признаки заявляемого технического решения, и заявляемое устройство для регистрации артериальной пульсации крови реализуется с использованием известных в технике элементов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства для регистрации артериальной пульсации крови.

Устройство для регистрации артериальной пульсации крови содержит следующие блоки: генератор импульсов 1, источник света 2, фотоприемник 3, преобразователь ток/напряжение 4, усилитель переменного напряжения 5, синхронный демодулятор 6, полосовой фильтр 7, аналого-цифровой преобразователь 8, микроконтроллер 9, адаптивный фильтр 10, блок вычитания 11, акселерометр 12. Источник света 2, фотоприемник 3 и акселерометр 12 конструктивно выполнены в виде единого фотоплетизмографического датчика зажимного типа 13, располагающегося на ногтевой фаланге пальца руки обследуемого.

В схеме источник света 2 управляется импульсами тока, формируемыми в генераторе импульсов 1, излучение с источника света 2 попадает на участок биологической ткани, содержащей артериальный сосуд. Излучение, прошедшее сквозь биологические ткани, поступает на фотоприемник 3, выход фотоприемника 3 подключен к входу преобразователя ток/напряжение 4, выход преобразователя ток/напряжение 4 подключен к входу усилителя переменного напряжения 5, выход усилителя переменного напряжения 5 подключен к входу синхронного демодулятора 6, выход синхронного демодулятора 6 подключен ко входу полосового фильтра 7, выход полосового фильтра 7 подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя 8, выход акселерометра 12 подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя 8, выход аналого-цифрового преобразователя 8 подключен к входу микроконтроллера 9, первый выход микроконтроллера 9 подключен к первому входу блока вычитания 11, второй выход микроконтроллера 9 подключен к первому входу адаптивного фильтра 10, выход блока вычитания 11 подключен ко второму входу адаптивного фильтра 10, выход адаптивного фильтра 10 подключен ко второму входу блока вычитания 11.

Устройство работает следующим образом.

Источник света 2 управляется импульсами тока, формируемыми в генераторе импульсов 1, излучение с источника света 2 попадает на участок биологической ткани, содержащей артериальный сосуд. Прошедшее сквозь биологические ткани излучение поступает на фотоприемник 3. Фотоприемник 3 преобразует ослабленное биологическими тканями излучение в фототок, который далее преобразуется в напряжение с помощью преобразователя ток/напряжение 4, полученное напряжение поступает на усилитель переменного напряжения 5, с выхода которого усиленный сигнал поступает на вход синхронного демодулятора 6, где происходит выделение огибающей сигнала артериальной пульсации крови, с выхода синхронного демодулятора 6 сигнал поступает на полосовой фильтр 7 для выделения переменной составляющей артериальной пульсации крови. Затем переменный сигнал артериальной пульсации поступает на первый вход аналого-цифрового преобразователя 8, где происходит квантование и дискретизация регистрируемого биосигнала. Акселерометр 12 представляет собой датчик ускорения, выходной сигнал с которого поступает на второй вход аналого-цифрового преобразователя 8, где происходит квантование и дискретизация сигнала, описывающего движения пальца обследуемого. Данные с выхода аналого-цифрового преобразователя 8 поступают на микроконтроллер 9, где происходит формирование двух числовых массивов: отсчетов регистрируемого биосигнала артериальной пульсации крови и отсчетов регистрируемого сигнала движения, а также выполнение необходимых логических и арифметических операций. Отсчеты регистрируемого биосигнала артериальной пульсации крови с первого выхода микроконтроллера 9 поступают на первый вход блока вычитания 11, отсчеты регистрируемого сигнала движения поступают со второго выхода микроконтроллера 9 на первый вход адаптивного фильтра 10, где в соответствии с адаптивно изменяющейся импульсной характеристикой фильтра происходит преобразование отсчетов сигнала движения. Преобразованные адаптивным фильтром 10 отсчеты сигнала движения поступают с выхода адаптивного фильтра 10 на второй вход блока вычитания 11, где выполняется операция вычитания из значений отсчетов биосигнала артериальной пульсации крови значений отсчетов выходного сигнала адаптивного фильтра 10. Выходной сигнал блока вычитания 11 используется как обратная связь для управления адаптивным изменением значений весовых коэффициентов адаптивного фильтра 10 и поступает на второй вход адаптивного фильтра 10.

Введение новых элементов и их взаимосвязь позволяет увеличить помехозащищенность сигнала артериальной пульсации крови при регистрации в условиях присутствия двигательных артефактов, вызванных движениями обследуемого человека. Сигнал, регистрируемый с помощью акселерометра 12, коррелирован с сигналом двигательных артефактов, возникающих во время движения обследуемого при регистрации артериальной пульсации крови, но при этом некоррелирован с самим биосигналом артериальной пульсации крови. Наличие акселерометра 12, адаптивного фильтра 10 и блока вычитания 11 позволяет реализовать алгоритм адаптивного подавления шумов (учебное пособие: P.M. Рангайян. Анализ биомедицинских сигналов. Практический подход. М.: Физматлит, 2007. 139 - 142 с), позволяющий адаптироваться к изменяющимся характеристикам полезного сигнала артериальной пульсации крови и присутствующих при регистрации нестационарных помех, обусловленных движениями обследуемого человека. Контур отрицательный обратной связи, замыкающийся через блок вычитания 11 и адаптивный фильтр 10, позволяет минимизировать влияние двигательных артефактов, возникающих при движении обследуемого человека во время регистрации сигнала артериальной пульсации крови. Наличие аналого-цифрового преобразователя 8 и микроконтроллера 9 позволяет использовать методы программной обработки сигнала артериальной пульсации крови, позволяющие с высокой степенью надежности и эффективности минимизировать влияние двигательных артефактов на форму сигнала артериальной пульсации крови.

Таким образом, повышение помехоустойчивости регистрации артериальной пульсации крови достигается за счет того, что в процессе регистрации из регистрируемого сигнала артериальной пульсации крови вычитается сигнал, максимально коррелированный с сигналом двигательных артефактов, за счет преобразования адаптивным фильтром выходного сигнала акселерометра, размещенного на пальце руки обследуемого, с которого происходит регистрация биосигнала артериальной пульсации крови.

Устройство для регистрации артериальной пульсации крови, содержащее генератор импульсов, источник света, фотоприемник, преобразователь ток/напряжение, усилитель переменного напряжения, синхронный демодулятор, полосовой фильтр, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены акселерометр, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, адаптивный фильтр, блок вычитания, причем выход полосового фильтра подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, выход акселерометра подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу микроконтроллера, первый выход микроконтроллера подключен к первому входу блока вычитания, второй выход микроконтроллера подключен к первому входу адаптивного фильтра, выход блока вычитания подключен ко второму входу адаптивного фильтра, выход адаптивного фильтра подключен ко второму входу блока вычитания.

Изобретение относится к области медицины, а именно к сердечно-сосудистой хирургии, анестезиологии и реаниматологии, и может быть использовано для прогнозирования развития осложнений в раннем послеоперационном периоде (в первые 6 суток после операций) у пациентов при выполнении операции шунтирования коронарных артерий (АКШ) в условиях искусственного кровообращения, которые могут быть выражены в виде органных дисфункций.

Способ прогнозирования осложнений в раннем периоде после операций шунтирования коронарных артерий в условиях искусственного кровообращения // 2536278

Изобретение относится к медицине, а именно к сердечно-сосудистой хирургии, анестезиологии и реаниматологии, и может быть использовано при прогнозировании развития осложнений в виде органных дисфункций в раннем послеоперационном периоде (в первые 6 суток после операций) у пациентов при выполнении операции шунтирования коронарных артерий (АКШ) в условиях искусственного кровообращения.

Способ определения гипо-нормо-гиперволемии сосудистого русла человека в покое // 2535914

Изобретение относится к медицине, в частности к клинической физиологии, физической культуре и спорту, кардиологии. Для оценки гипо-нормо-гиперволемии сосудистого русла вычисляют отклонение объема циркулирующей крови (ОЦК) от должного объема циркулирующей крови (ДОЦК) (Ооцк, в %) по математической формуле.

Способ оценки доли жировой массы тела при гигиенических исследованиях мужчин-механизаторов сельского хозяйства // 2535786

Изобретение относится к области медицинской диагностики, в частности к профилактической медицине, и может быть использовано для оценки жировой массы тела у мужчин-механизаторов сельского хозяйства при гигиенических исследованиях и выработки индивидуальных рекомендаций для профилактики заболеваний.

Способ удаленной диагностики и лечения крупного и мелкого рогатого скота // 2535742

Изобретение относится к животноводству, в частности к способу диагностики и лечения рогатого скота. Способ характеризуется использованием капсулы, вводимой оральным путем в кишечную полость животного.

Игла со встроенными волокнами в режущих гранях скоса // 2535611

Группа изобретений относится к медицинской технике. Система для оптического исследования ткани содержит полую иглу, которая содержит концевую часть, часть держателя, стержень, а также волокна, способные проводить свет, при этом стержень содержит дистальный конец, соединенный с концевой частью, и проксимальный конец, соединенный с частью держателя, причем концевая часть содержит скос, режущие грани, и, по меньшей мере, один канал для размещения волокна, при этом концевая секция волокна расположена в канале, а концевая поверхность волокна расположена на одной из режущих граней.

Повторная калибровка предварительно записанных изображений во время вмешательства с использованием игольчатого устройства // 2535605

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к системам для направлений медицинского устройства в намеченное местоположение. Интервенционная система включает устройство формирования изображения для обеспечения прямого изображения объекта, игольчатое устройство, выполненное с возможностью введения в объект и имеющее положение в объекте, обнаруживаемое на прямом изображении, и обрабатывающее устройство, выполненное с возможностью получения предварительно записанного изображения объекта из баз данных.

Устройство фотоакустической визуализации, способ фотоакустической визуализации и программа для осуществления способа фотоакустической визуализации // 2535602

Изобретение относится к средствам фотоакустической визуализации. Устройство получения информации о субъекте содержит блок акустического преобразования, выполненный с возможностью принимать акустическую волну, генерируемую при облучении субъекта светом, и преобразовывать акустическую волну в электрический сигнал, и блок обработки, выполненный с возможностью получения поверхностного распределения интенсивности света или поверхностного распределения освещенности от света, падающего на поверхность субъекта, на основании информации о форме поверхности субъекта, получения распределения интенсивности света внутри субъекта на основании поверхностного распределения интенсивности света или поверхностного распределения освещенности и получения распределения оптических свойств внутри субъекта на основании электрического сигнала и распределения интенсивности света внутри субъекта.

Способ диагностики эректильной дисфункции у лиц, имеющих профессиональный контакт с вибрацией // 2535520

Изобретение относится к области медицины, а именно к неврологии, андрологии, сексологии и профессиональной патологии. Проводят реофаллографию с определением показателей интенсивности кровенаполнения кавернозных сосудов и венозного оттока; психологическое тестирование с определением показателя нервно-психического напряжения и астенического состояния.

Способ прогнозирования риска развития портальной гипертензионной гастропатии при циррозе печени // 2535407

Изобретение относится к медицине, а именно к гастроэнтерологии, и может быть использовано для прогнозирования риска развития портальной гипертензионной гастропатии при циррозе печени.

Способ прогнозирования развития диастолической дисфункции миокарда правого и левого желудочков у больных бронхиальной астмой // 2532500

Изобретение относится к медицине, а именно пульмонологии, аллергологии, кардиологии, функциональной диагностике. Оценивают эластические и функциональные свойства аорты при анализе характеристик пульсовой волны, регистрируемые неинвазивной артериографией.

Устройство для регистрации сигналов пульсовой волны и дыхательного цикла человека // 2523133

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство (1) для регистрации сигналов пульсовой волны и дыхательного цикла человека содержит два токопроводящих электрода (2, 3) для размещения на теле человека, первый (4) и второй (6) операционные усилители, амплитудный детектор (5), переключаемый частотно-зависимый делитель напряжения (8) и микроконтроллер (7).

Способ определения ударного объема сердца // 2515534

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, кардиохирургии и функциональной диагностике. Осуществляют наложение двух токовых и двух измерительных электродов на определенные участки тела.

Способ дифференциальной диагностики начальных проявлений и первой степени хронической ртутной интоксикации // 2513299

Изобретение относится к области медицины, а именно к неврологии и профессиональной патологии. Проводят реоэнцефалографию (РЭГ) с определением индекса реактивности церебральных сосудов при гиперкапнической пробе, регистрируют слуховые и когнитивные вызванные потенциалы, измеряют амплитуду пика N2 слуховых вызванных потенциалов, длительность латентности Р300, определяют уровень норадреналина в плазме крови.

Способ оценки риска развития послестрессовых сердечно-сосудистых расстройств // 2500346

Изобретение относится к медицине, а именно к физиологии и реабилитологии. Выполняют исследование вариабельности сердечного ритма (ВСР) до и после пробы, моделирующей нагрузку при пожаре, с выявлением дезадаптивных показателей, и определяют скорость распространения пульсовой волны (СРПВ) по сосудам мышечного типа.

Способ регистрации механической работы изолированного сердца лягушки // 2479871

Изобретение относится к области экспериментальной физиологии и фармакологии. .

Устройство для определения показателя эластичности артериальных сосудов // 2469641

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для определения показателя эластичности артериальных сосудов. .

Способ оценки фиброза печени // 2453268

Изобретение относится к области медицины, в частности к гепатологии. .

Способ диагностирования сердечно-сосудистой системы // 2442529

Изобретение относится к медицине, экспресс-диагностике состояния сердечно-сосудистой системы пациента на основе анализа вариабельности сердечного ритма. .

Устройство для контроля состояния водителя // 2435681

Изобретение относится к технике обеспечения безопасности оператора транспортных средств и может быть использовано в системах автоматического контроля состояния водителей мобильных средств и управления механизмами двигателя для предотвращения аварийного состояния.

Способ ранней диагностики сердечно-сосудистых заболеваний на основе многоканального спектрального анализа медленных волн кардиосигналов // 2537771

Изобретение относится к медицине, а именно к неинвазивным способам качественно-количественного анализа функционального состояния сердечно-сосудистой системы. Осуществляют запись пульсового сигнала и электрокардиосигнала в течение 2-3 мин. Выделяют медленные волны из двух кардиосигналов, определяют спектры медленных волн в двух каналах. Посредством оконного преобразования Фурье вычисляют мощности спектральных коэффициентов медленных волн кардиосигналов в области медленной составляющей 2-го порядка - от 0,01 до 0,05 Гц, в области медленной составляющей 1-го порядка - от 0,05 до 0,15 Гц, в области дыхательной составляющей - от 0,15 до 0,5 Гц. После чего на основании полученных результатов формируют шесть информативных признаков X1…X6. По записи кардиосигнала в одном из каналов вычисляют частоту сердечных сокращений, которую используют в качестве седьмого информативного признака X7. Затем подают сформированный семиэлементный вектор информативных признаков на вход обучаемой нейронной сети, выходы которой соответствуют разделяемым классам сердечно-сосудистых заболеваний. Способ позволяет провести раннюю профилактику, направленную на предупреждение развития заболевания, тем самым способствуя снижению случаев первичной заболеваемости АГ за счет анализа двух кардиосигналов. 2 з.п. ф-лы, 9 ил., 2 пр.