Т, В,
Фотоплетизмографический датчик пульса
Саратов
Современную медицину невозможно представить без точных диагностических приборов и аппаратуры. В мировой практике разработаны и успешно применяются многочисленные диагностические приборы. Наиболее важным и доступным диагностическим параметром является частота сердечных сокращений. Для автоматических измерений наиболее часто применяется фотоплетизмографический метод, основанный на фотоэлектрическом измерении поглощенного кровью светового излучения в красном и инфокрасном диапазоне.
Блок-схема устройства
В данной публикации предпринята попытка совершенствования оптического датчика частоты сердечных сокращений. При этом используется оригинальный метод введения отрицательной обратной связи пропорциональной интегралу от регистрируемой пульсовой волны, что позволяет сделать датчик независимым от характеристик кожного покрова пациента и влияния внешних факторов.
Устройство регистрации пульсовой волны состоит из фотоприемника, фотодатчика, усилителя, интегратора, устройства сравнения, усилителя тока.
В обычных регистраторах пульсовой волны фотодатчик питается неизменным током и отраженный луч пересекает слои кожного покрова, имеющие различные оптические характеристики. Кроме этого, на отраженный сигнал влияют факторы: внешнее освещение, подвижность объекта исследования.
Для компенсации влияния мешающих факторов в предлагаемом устройстве фотодатчик питается током, величина которого обратно пропорциональна интегралу от выходного сигнала. В результате повышения качества выходного сигнала увеличивается отношение сигнал/шум и расширяется динамический диапазон регистрации пульсовой волны.
Регистратор работает следующим образом. Изменение отраженного светового потока от биологического объекта зависит от степени кровенаполнения капилляров эндодермиса. Отраженный сигнал преобразуется фотоприемником и усиливается усилителем. Это сигнал является выходным сигналом регистратора (Uвых).
Цепь обратной связи образуется интегратором, устройством сравнения и усилителем тока. Таким образом, выходной сигнал интегрируется с постоянной времени и поступает на вход усилителя тока, причем его значение определяется задаваемым уровнем опорного сигнала Uоп. В результате действия отрицательной обратной связи величина светового потока фотодатчика обеспечивает компенсацию выходных сигналов фотоприемника. Компенсация будет тем больше, чем больше период сигнала превышает постоянную времени интегратора. Сигналы будут усилены и образуют выходной сигнал Uвых.
Найдем передаточную функцию регистратора. Обозначим:
k1-коэффициент передачи сигнала от фотоприемника до выходного сигнала Uвых;
1/k2-коэффициент передачи сигнала от выхода интегратора до фотодатчика;
t-постоянная времени интегрирования.
Тогда коэффициент передачи k(p)сигнала равен
k(p)=k1/k2*p*t, т. е. на выходе усилителя сигнал пропорционален производной p от сигнала фотоприемника.
При равенстве k1=k2 происходит полная компенсация сигналов, отличных от производной сигнала фотоприемника. Уровень выходного сигнала всегда будет нормированным: его значение задаётся величиной опорного напряжения.
Регистратор способен работать при любом физиологическом значении оптических параметров кожного покрова, обеспечивает стабильность и достоверность, а также компенсации помех, связанных с нестабильностью технических устройств, изменений оптических свойств кожного покрова и уменьшает влияние физического движения объекта исследований и внешних помех.
