Портативный измеритель уровня оксигенации и частоты пульса

Полезная модель относится к электронным приборам медицинского назначения, в частности к пульсоксиметрам, предназначенным для диагностики состояния сердечно-сосудистой системы путем оперативной оценки степени насыщения крови кислородом (оксигенации) и частоты пульса.
Предложенная в 70-х годах методика пульсоксиметрии основана на использовании принципов фотоплетизмографии, позволяющей выделить артериальную составляющую абсорбции света для определения уровня оксигенации артериальной крови. Измерение этой составляющей дает возможность использовать спектрофотометрию для неинвазивного чрескожного мониторинга уровня сатурации артериальной крови кислородом (далее, кислородной сатурации). Согласно закону Beer-Lambert, величина абсорбции света пропорциональна толщине слоя поглощающего вещества, то есть при исследовании кровотока определяется размером сосуда или объемом крови, проходящим через исследуемый участок тканей (www.eliman.ru). Сужение и расширение сосуда под действием артериальной пульсации кровотока вызывают соответствующее изменение амплитуды сигнала фотоприемника.
2
Фотоплетизмограмма (ФПГ), получаемая после усиления и обработки сигнала фотоприемника, характеризует состояние кровотока в месте расположения пульсоксиметрического датчика. Изменения в форме ФПГ могут указывать на развитие гемодинамических нарушений на исследуемом участке сосудистого русла, поэтому ФПГ отображается на графическом дисплее монитора для использования в клинической диагностике. Для неинвазивного определения уровня оксигенации крови в "поле зрения" пульсоксиметрического датчика помещается участок тканей, содержащий артериальные сосуды. Путем анализа формы ФПГ можно выделить фрагменты, соответствующие моментам систолического выброса. Именно в эти короткие промежутки времени на вершине систолы удается наиболее точно определить величину кислородной сатурации SpO.
Для этого используется методика двухлучевой спектрофотометрии. Измерение абсорбции света производится в моменты систолического выброса, то есть в моменты максимума амплитуды сигнала пульсоксиметрического датчика для двух длин волн излучения. Для этой цели в пульсоксиметрическом датчике используются два источника излучения с различными спектральными характеристиками. Для получения наибольшей чувствительности определения кислородной сатурации длины волн излучения источников выбирают в участках спектра с наибольшей разницей в поглощении света оксигемоглобином и гемоглобином. Этому условию удовлетворяют красная и ближняя инфракрасная (ИК) области спектра излучения.
При длине волны излучения 660 нм (красная область) гемоглобин поглощает примерно в 10 раз больше света, чем оксигемоглобин, а на волне 940 нм (ИК область) - поглощение оксигемоглобина больше, чем гемоглобина.
В качестве источников света в пульсоксиметрических датчиках используются бескорпусные светодиоды красного и ИК диапазонов излучения (далее, красный и ИК светодиоды, соответственно), размещенные на одной подложке для совмещения оптических осей излучения.
В качестве фотоприемников применяются кремниевые фотодиоды, обладающие высокой чувствительностью в области красного и ИК диапазонов излучения, высоким быстродействием и низким уровнем шума.
2
Фотоприемник преобразует интенсивность ослабленного тканями красного и ИК излучения в электрический сигнал, поступающий в тракт усиления. Излучатели пульсоксиметрического датчика включают поочередно, то есть коммутируют с определенной частотой, что позволяет использовать для регистрации излучения один фотоприемник. Далее в усилительном тракте сигналы красного и ИК излучения разделяются на два канала с помощью импульсов управления коммутатора, переключающего светодиоды. В каждом канале производится измерение двух составляющих ФПГ, обусловленных постоянной и переменной составляющими абсорбции, необходимых для вычисления отношения нормированных величин поглощения света для двух выбранных длин волн R и определения величины (уровня) кислородной сатурации SpO.
Особенностью усилительного тракта является необходимость усиления сигналов фотоприемника в достаточно большом динамическом диапазоне входных сигналов (более 60 дБ). Это требование обусловлено значительным разбросом у различных пациентов оптических характеристик кожи, подлежащих тканей и выраженности пульсаций кровотока в месте расположения пульсоксиметрического датчика.
Реализация требуемого динамического диапазона достигается использованием автоматической регулировки усиления (АРУ), охватывающей каскады усиления сигнала и источника тока, питающего светодиоды. Система АРУ поддерживает выходные сигналы усилительного тракта на уровне максимально допустимого для АЦП входного напряжения с целью уменьшения шумов квантования.
2
Вычислитель пульсоксиметра содержит программное обеспечение, реализующее первичную обработку цифровой ФПГ, алгоритмы выделения артериальных пульсаций по красному и инфракрасному каналам, вычисления отношения R и определения с помощью калибровочной характеристики величины SpO.
Как правило, пульсоксиметры состоят из пульсоксиметрического датчика, надеваемого на палец пациента, и индикатора. Индикатор подключается к пульсоксиметрическому датчику с помощью кабеля. Эти варианты подключения описаны, например, в рекламных материалах компании Nonin Medical, Inc. (США). Выпускаемые этой компанией цифровые пульсоксимет-ры Nonin 2120 Avant, 2500 PalmSAT, 9600 Avant и другие представлены на сайте www.nonin.com.
Пульсоксиметр этого класса описан, например, в патенте: US №5645059, А61В 5/00. Он включает в себя красный и инфракрасный светодиоды, а также фотоприемник (фотодиод), выход которого подключен ко входу измерительной цепи, состоящей из последовательно соединенных усилительного тракта с АРУ, быстродействующего АЦП и процессора, включающего в себя вычислитель и управляющий контроллер, выход которого подключен ко входу устройства, предназначенного для управления интенсивностью свечения светодиодов.
2
Палец пациента просвечивается поочередно излучениями красного и ИК светодиодов. Излучение, прошедшее через ткань пальца, попадает на поверхность фотодиода, который преобразует его в электрический сигнал. Далее, этот сигнал усиливается, оцифровывается в АЦП и обрабатывается в процессоре. Результатом указанной обработки являются значения кислородной сатурации SpO и частоты пульса пациента, которые отображаются на экране, например прикроватного монитора.
На практике технологический разброс длины волны излучения при производстве светодиодов может достигать значения ±15 нм. Поэтому возникает необходимость отбраковки светодиодов по длине волны излучения, что удорожает пульсоксиметрический датчик. Это является существенным недостатком указанного класса пульсоксиметров.
Указанный недостаток устраняется в пульсоксиметре, представленном в заявке на патент US №2003/0195402, А61В 5/00. Так же, как и описанные выше аналоги, указанный пульсоксиметр содержит надеваемый на палец пациента пульсоксиметрический датчик с фотодиодом и двумя светодиодами, включенными встречно-параллельно в цепь питания, и устройство обработки информации. Отличительной особенностью указанного пульсоксиметра является наличие в пульсоксиметрическом датчике калибровочного элемента, а в устройстве обработки - двух калибровочных цепей, выходы которых подключены к калибровочным входам контроллера.
Наличие в указанном пульсоксиметре средств калибровки позволяет упростить технологическую процедуру испытаний и отбора светодиодов на предприятии-изготовителе пульсоксиметрических датчиков, поскольку влияние разброса параметров светодиодов пульсоксиметрического датчика на точность измерений может быть в значительной степени скомпенсировано на стадии обработки результатов измерений. С одной стороны, это является достоинством указанного устройства по сравнению с вышеупомянутыми аналогами, поскольку позволяет уменьшить процент отбраковки светодиодов на предприятии-изготовителе, а с другой стороны, его недостатком, поскольку требует достаточно сложной микропроцессорной обработки с использованием просмотровых таблиц, что, как правило, требует использования в процедуре измерений персонального компьютера (ПК).
Известно устройство для измерения уровня оксигенации и частоты пульса по патенту предприятия-заявителя RU №2294141, А61В 5/145, А61В 5/02, содержащее надеваемый на палец пациента пульсоксиметрический датчик, выполненный со встроенным обрезиненным ложе для пальца пациента, с фотодиодом и двумя встречно-параллельно включенными светодиодами, один из которых работает в красной, а другой - в ИК частях диапазона излучения, источник опорного напряжения и измерительную цепь с усилительным трактом и двумя фильтрами высоких частот, микропроцессорный блок с вычислителем, выполненным с возможностью расчета показаний частоты пульса и уровня оксигенации крови для индикации показаний, например, на экране ПК, а также с двумя АЦП и с управляющим микроконтроллером, при этом первый и второй фильтры высоких частот выполнены с коммутационными входами, обеспечивающими возможность их включения в измерительную цепь и отключения от измерительной цепи, усилительный тракт содержит также два интегратора со сбросом и дифференциальный усилитель.
Указанное устройство, выбранное в качестве ближайшего аналога, обеспечивает высокую линейность амплитудной характеристики, низкий уровень собственных шумов и, соответственно, широкий динамический диапазон усиления выходного сигнала пульсоксиметрического датчика, что обуславливает высокую точность и эксплуатационную надежность всего устройства.. При этом оно может работать с пульсоксиметрическими датчиками различных фирм-производителей и не требует при этом сложных калибровочных процедур. Это позволяет существенно повысить степень эксплуатационной пригодности данного класса медицинских приборов по сравнению с вышеупомянутыми зарубежными аналогами.
Недостатком ближайшего аналога является невозможность его автономного использования в качестве телемедицинского модуля. Как известно, это перспективное направление цифровой медицины приобрело особую актуальность, в связи с вступлением в силу с января 2018 года Федерального закона от 29 июля 2017 г. N 242-ФЗ "О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации по вопросам применения информационных технологий в сфере охраны здоровья" (далее - закона о телемедицине). Согласно этому документу, в правовое поле было введено понятие телемедицинских технологий и разрешены удаленные консультации пациента с врачом /фельдшером, требования к которым были регламентированы в выпущенном чуть раньше национальном стандарте ГОСТ Р 57757-2017 "Дистанционная оценка параметров функций, жизненно важным для жизнедеятельности человека", по существу, первым нормативным актом в области телемедицины. В указанном стандарте сформулированы общие требования к технологиям дистанционного получения и обработки информации, ее передачи и оценки врачом/фельдшером с целью повышения доступности и качества медицинской помощи, в первую очередь, для людей, проживающих на больших, слабонаселенных территориях, для маломобильных групп населения, пожилых, лиц с инвалидностью, вследствие патологии внутренних органов и людей с нарушением зрения.
В соответствии с п. 5.2.1 указанного стандарта, на этапе фиксации жизненно важных параметров человека, к которым относятся и характеристики, измеряемые с помощью пульсоксиметра, в состав измерительных приборов телемедицинской системы должны входить устройства-приложения к смартфонам, обеспечивающие регистрацию и последующую дистанционную оценку этих параметров врачом, а согласно п. 5.3.2.1 этого документа указанный этап может выполняться вне стен медицинского учреждения. В частности, пациент может находиться дома, а его лечащий врач/фельдшер - в кабинете больницы или поликлиники, оснащенном компьютером с программным обеспечением и аппаратурой беспроводной связи с пациентом.
Ближайший аналог такую возможность не обеспечивает, вследствие того, что находящееся у пациента измерительное средство и компьютер медицинского работника, проводящего обследование, связаны обычным USB кабелем, т.е. должны находиться внутри одного помещения.
Предметом настоящей полезной модели является создание такого технического средства, которое позволяло бы реализовать телемедицинскую технологию пульсоксиметрии с такой же точностью и достоверностью результатов, что и ближайший аналог.
Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является отсутствие в существующем арсенале технических средств пульсоксиметрии портативного телемедицинского измерителя, позволяющего обеспечить возможность квалифицированных пульсоксиметрических измерений при нахождении пациента во внебольничных условиях, например, дома. По сути такое устройство должно выполнять роль одного из устройств-приложений к смартфонам, требования к которым определены в вышеупомянутом стандарте ГОСТ Р 57757-2017.
Решение указанной проблемы и является технической задачей предлагаемой полезной модели, заключающейся, соответственно, в расширении арсенала технических средств пульсоксиметрии на область телемедицины.
Ожидаемым техническим результатом полезной модели является реализация этого назначения.
Указанный технический результат достигается, благодаря тому, что в известное устройство для измерения уровня оксигенации и частоты пульса, содержащее корпус портативного измерителя со встроенным обрезиненным ложе для пальца пациента, в котором размещены пульсоксиметрический датчик, выполненный с возможностью излучения и приема в красной, и в ИК частях оптического диапазона, первый и второй выходы которого подключены, соответственно, к первому и второму выводам измерительной цепи, а первый и второй выводы соединены, соответственно, с первым и вторым выводами микропроцессорного блока, выполненного с возможностью расчета показаний частоты пульса и уровня оксигенации крови, индикаторный выход которого выполнен с возможностью подключения ко входу блока индикации, с жидкокристаллическим (ЖК) экраном, а также источник опорного напряжения, выход которого соединен с опорным входом измерительной цепи, при этом третий, четвертый, пятый и шестой выходы микропроцессорного блока подключены, соответственно, к третьему, четвертому, пятому и шестому входам измерительной цепи, третий и четвертый выходы которой подключены, соответственно, к третьему и четвертому входам микропроцессорного блока, введены коммуникационный микроконтроллер и радиомодем с антенной, при этом микропроцессорный блок выполнен с дополнительным портом, посредством которого микропроцессорный блок связан с коммуникационным микроконтроллером, сигнальный и управляющий выходы которого подключены, соответственно, к сигнальному и управляющему входам радиомодема.
В предпочтительном варианте построения портативного измерителя уровня оксигенации и частоты пульса его измерительная цепь содержит первый и второй интеграторы со сбросом, первый и второй фильтры высоких частот и дифференциальный усилитель, опорный вход которого соединен с опорным входом второго интегратора со сбросом, неинвертирующий вход подключен к выходам первого и второго фильтров высоких частот, а инвертирующий вход соединен с сигнальными входами первого и второго фильтров высоких частот, при этом первый и второй сигнальные входы первого интегратора со сбросом являются, соответственно, первым и вторым входами измерительной цепи, входы управления первого и второго интеграторов со сбросом служат, соответственно, третьим и четвертым входами измерительной цепи, пятый и шестой входы которой являются коммутационными входами, соответственно, первого и второго фильтров высоких частот, выход дифференциального усилителя подключен к сигнальному входу второго интегратора со сбросом, выход которого служит третьим выходом измерительной цепи, опорным входом которой является опорный вход второго интегратора со сбросом, а четвертым входом служит выход первого интегратора со сбросом. При этом радиомодем представляет собой цепь, состоящую из последовательно соединенных генератора случайных чисел, формирователя радиосигнала на прыгающих частотах, блока формирования сообщений и усилителя мощности с антенной, причем вход генератора случайных чисел является управляющим входом радиомодема, а его второй выход подключен ко второму входу блока формирования сообщений, третий вход которого является сигнальным входом радиомодема, а ЖК экран блока индикации встроен в корпус портативного измерителя.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1 - фиг. 5.
Фиг. 1 иллюстрирует роль и место рассматриваемого портативного измерителя уровня оксигенации и частоты пульса в телемедицинской системе.
На фиг. 2 показана структурная схема предлагаемого портативного измерителя.
Фиг. 3 иллюстрирует схему построения пульсоксиметрического датчика.
На фиг. 4 приведена пример схемы построения измерительной цепи.
На фиг. 5 показан пример схемы построения радиомодема, использующего технологию "прыгающих частот".
На приведенных рисунках использованы следующие обозначения: 1 - микропроцессорный блок; 2 - пульсоксиметрический датчик; 3 - красный светодиод; 4 - ИК свтодиод; 5 - фотодиод; 6 - первый интегратор со сбросом; 7 - измерительная цепь; 8 - дифференциальный усилитель; 9 - источник опорного напряжения; 10 - первый фильтр высоких частот; 11 - второй фильтр высоких частот; 12 - второй интегратор со сбросом; 13 - блок индикации; 14 - ЖК экран; 15 - корпус портативного измерителя; 16 - коммуникационный микроконтроллер; 17 - радиомодем; 18 - антенна; 19 - генератор случайных чисел; 20 - формирователь радиосигнала на прыгающих частотах; 21 - блок формирования сообщений; 22 - усилитель мощности.
Рассматриваемый портативный измеритель уровня оксигенации и частоты пульса содержит размещенные в корпусе со встроенным обрезиненным ложе для пальца пациента пульсоксиметрический датчик 2, выполненный с возможностью излучения и приема в красной, и в ИК частях оптического диапазона, первый и второй выходы которого подключены, соответственно, к первому и второму выводам измерительной цепи 7, а первый и второй выводы соединены, соответственно, с первым и вторым выводами микропроцессорного блока 1, выполненного с возможностью расчета показаний частоты пульса и уровня оксигенации крови, индикаторный выход которого выполнен с возможностью подключения ко входу блока 13 индикации, связанного с ЖК экраном, а также источник 9 опорного напряжения, выход которого соединен с опорным входом измерительной цепи 7, при этом третий, четвертый, пятый и шестой выходы микропроцессорного блока 1 подключены, соответственно, к третьему, четвертому, пятому и шестому входам измерительной цепи 7, третий и четвертый выходы которой подключены, соответственно, к третьему и четвертому входам микропроцессорного блока 1, а также коммуникационный микроконтроллер 16 и радиомодем 17 с антенной 18. Микропроцессорный блок 1 сдержит дополнительный порт, посредством которого он связан с коммуникационным микроконтроллером 16, сигнальный и управляющий выходы которого подключены, соответственно, к сигнальному и управляющему входам радиомодема 17.
В предпочтительном варианте построения предлагаемого портативного измерителя уровня оксигенации и частоты пульса егоо измерительная цепь 7 содержит первый 6 и второй 7 интеграторы со сбросом, первый 10 и второй 11 фильтры высоких частот и дифференциальный усилитель 8, опорный вход которого соединен с опорным входом второго интегратора 12 со сбросом, неинвертирующий вход подключен к выходам первого 10 и второго 11 фильтров высоких частот, а инвертирующий вход соединен с сигнальными входами первого 10 и второго 11 фильтров высоких частот, при этом первый и второй сигнальные входы первого интегратора 6 со сбросом являются, соответственно, первым и вторым входами измерительной цепи 7, входы управления первого 6 и второго 12 интеграторов со сбросом служат, соответственно, третьим и четвертым входами измерительной цепи 7, пятый и шестой входы которой являются коммутационными входами, соответственно, первого 10 и второго И фильтров высоких частот, выход дифференциального усилителя 8 подключен к сигнальному входу второго интегратора 12 со сбросом, выход которого служит третьим выходом измерительной цепи 7, опорным входом которой является опорный вход второго интегратора 12 со сбросом, а четвертым входом служит выход первого интегратора 6 со сбросом. При этом радиомодем 17 представляет собой цепь, состоящую из последовательно соединенных генератора 19 случайных чисел, формирователя 20 радиосигнала на прыгающих частотах, блока 21 формирования сообщений и усилителя 22 мощности, к выходу которого подключена антенна. При этом вход генератора 19 случайных чисел является управляющим входом радиомодема 17, а его второй выход подключен ко второму входу блока 21 формирования сообщений, третий вход которого является сигнальным входом радиомодема 17, а ЖК экран 14 блока 13 индикации встроен в корпус 15 портативного измерителя.
Опытный образец рассматриваемого портативного измерителя уровня оксигенации и частоты пульса реализован на предприятии-заявителе с использованием элементов, входящих в состав пульсоксиметра CMS50D компании Contec Medical Systems Co., Ltd (www.contecmed.com).
В качестве радиомодема 17 использован интерфейсный аудиомодуль Bluetooth 4.0 BLE на микросборке CSR8630 (arduino.ua). Данный модуль совместим с большинством современных смартфонов и обеспечивает высокие качество и помехоустойчивость передачи двумерной информации в разрешенном диапазоне 2,402-2480 ГГц. Ширина полосы каждого канала равна 1 МГц, разнос каналов составляет от 140 до 175 кГц. Информация передается в пакетном виде. При этом используется частотная манипуляция. Мощность излучаемого сигнала во всех встроенных микрочипах этого типа не превышает 1-10 мВт, что обеспечивает дальность связи от 10 до 100 м.
Если в этом помещении есть хотя бы одна или несколько точек доступа сети Wi-Fi, то может быть обеспечена передача полученной медицинской информации непосредственно и/или через глобальную сеть Интернет в облачные хранилища данных ("облака") для использования этой информации медицинскими специалистами в центрах контроля за состоянием здоровья пациентов.
Рассматриваемый портативный измеритель уровня оксигенации и частоты пульса работает следующим образом.
Роль и место предлагаемого портативного измерителя в телемедицинской системе поясняется на фиг. 1. Кроме самого портативного измерителя, выступающего в качестве средства измерения, обработки, отображения и передачи измеренных данных по радиоэфиру, указанная система включает в себя информационно-коммуникационные средства - смартфон и сеть Wi-Fi, средство накопления и хранения данных - облачные хранилища результатов измерений, персональных данных о пациентах и справочной медицинской информации (на рисунке "облако"), а также глобальную сеть Интернет, связывающая указанные информационно-коммуникационные средства с центром контроля за состоянием здоровья пациентов, в котором находится врач, обслуживающий зарегистрированных в телемедицинской системе пациентов, находящихся в удаленных точках доступа, например, у себя дома. Требования к указанной телемедицинской системе определены в вышеупомянутом стандарте по телемедицине ГОСТ Р 57757-2017.
Управление работой портативного измерителя (фиг. 2) осуществляется микропрцессорным блоком 1. Этот блок задает режим управления временем свечения установленных в пульсоксиметрическом датчике 2 красного 3 и ИК 4 светодиодов (фиг. 3). Микропроцессорный блок 1 поочередно формирует на своих первом и втором выводах токовые сигналы. Сигнал, формируемый на первом выводе микроапрцессорного блока 1, по цепи "анод красного светодиода 3 - катод красного светодиода 3 - второй вывод микропроцессорного блока 1 формирует излучение красного светодиода 3 в диапазоне красного участка спектра света.
Сигнал управления временем свечения светодиодов, формируемый на втором выводе микропроцессорного блока 1, проходящий по цепи "анод ИК светодиода 4 - катод ИК светодиода 4 - первый вывод микропроцессорного блока 1" формирует свечение инфракрасного светодиода 4 в диапазоне инфракрасного участка спектра света.
В паузах между формированиями этих токовых сигналов излучение красного 3 и инфракрасного 4 светодиодов отсутствует.
В периоды излучения светодиодов (в периоды засветки) свет, прошедший сквозь ткань пальца пациента (фиг. 3), попадает на поверхность фотодиода 5, анод и катод которого подключены к первому и второму сигнальным входам первого интегратора 6 со сбросом, входящего в состав измерительной цепи 7 (фиг. 4).
Одновременно с началом засветки в микропроцессорном блоке 1 формируется команда на начало процесса интегрирования сигнала в первом интеграторе 6 со сбросом. При окончании этого процесса наступает сброс. В результате происходит преобразование тока фотодиода 5 в напряжение. Величина напряжения на выходе первого интегратора 6 со сбросом прямо пропорциональна длительности засветки. Это напряжение поступает на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 8, опорный вход которого подключен к источнику 9 опорного напряжения. Кроме того, напряжение с выхода первого интегратора 6 со сбросом поступает на выводы первого 10 и второго 11 фильтров высоких частот.
Первый 10 и второй 11 фильтры высоких частот имеют одинаковую схему построения. Коммутация каждого из этих фильтров обеспечивается в соответствии с командами, поступающими из микропроцессорного блока 1, по которым. происходит поочередное включение и отключение первого 10 и второго 11 фильтров высоких частот. С сигнального выхода фильтров высоких частот сигнал поступает на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 8. Как было отмечено выше, на опорный вход дифференциального усилителя 8 при этом поступает постоянная составляющая сигнала. Путем вычитания из сигнала его постоянной составляющей формируется переменная составляющая сигнала. Дифференциальный усилитель 8 усиливает эту переменную составляющую и подает ее на сигнальный вход второго интегратора 12 со сбросом.
Второй интегратор 12 со сбросом осуществляет дополнительное усиление переменной составляющей сигнала. При этом коэффициент усиления прямо пропорционален времени интегрирования, которое задается с помощью микропроцессорного блока 1. Усиленная переменная составляющая сигнала с выхода второго интегратора 12 со сбросом поступает на четвертый вход микропроцессорного блока 1, в котором осуществляется его аналого-цифровое преобразование.
2
Постоянная и переменная составляющие сигнала, преобразованные в цифровую форму, поступают на соответствующие входы вычислителя микропроцессорного блока 1, в котором они обрабатываются в соответствии с расчетными операциями, позволяющими определить показатель оксигенации R и с помощью хранящейся в указанном вычислителе калибровочной характеристики определить значение кислородной сатурации SpO. Одновременно в вычислителе микропроцессорного блока 1 фиксируется величина периода переменной составляющей сигнала. Среднее число периодов переменной составляющей за одну минуту принимается в качестве оценки частоты пульса пациента.
Микропроцессорный блок 1 и измерительная цепь 7 конструктивно выполняются на одной плате с блоком 13 индикации с ЖК экраном 14, встроенным в корпус 15 портативного измерителя. Указанная процедура измерения обеспечивает:
- простоту управления автоматической регулировкой усиления в измерительной цепи 7, благодаря тому, что коэффициенты усиления постоянной и переменной составляющих сигнала прямо пропорциональны, соответственно, времени засветки и времени интегрирования сигнала вторым интегратором 12 со сбросом;
- низкий уровень шума благодаря усреднению собственного шума первого 6 и второго 12 интеграторов со сбросом;
- высокая линейность характеристик фотодиода 5 и всего усилительного тракта измерительной цепи 7;
- малое время установления параметров первого 10 и второго 11 фильтров высоких частот.
Благодаря этому обеспечиваются высокая степень линейности амплитудной характеристики, низкий уровень собственных шумов и, соответственно, широкий динамический диапазон усилительного тракта, необходимых для достижения высокой точности и надежности работы всего портативного измерителя уровня оксигенации и частоты пульса. При этом отображение указанных показателей осуществляется пользователю на встроенном экране, обращенном к пользоватею, без использования проводов и какого-либо внешнего монитора.
Такой способ представления измеренных данных играет, однако, вспомогательную роль, в основном предупредительного характера. Основное же назначение указанных данных, заключается, согласно фиг.1, в информировании территориально удаленного цента контроля за состоянием здоровья пациентов, в котором находится лечащий врач. Точность и достоверность указанной медицинской информации должны находиться на уровне, обеспечивающем врачу возможность постановки правильного диагноза и формирования необходимых рекомендаций пациенту. Для реализации этой функции в рассматриваемый портативный измеритель введены коммуникационный микроконтроллер 16 и работающий под его управлением радиомодем 17 с антенной 18. Для возможности взаимодействия с вновь введенными блоками микропрцессорный блок 1 выполнен с дополнительным портом, по которому данные телемедицинских измерений транслируются через коммуникационный микроконтроллер 16 и радиомодем 17 с антенной 18 в эфир и осуществляется управление циклограммой работы радиомодема 17. Сохранение высокого качества и достоверности результатов измерений при их доставке в центр назначения достигается, благодаря уникальной технологии "прыгающих частот", описанной в ранее полученных предприятием-заявителем в патентах патентах на изобретения №№ RU 2351066, RU 2342264, RU 2327224 и др. Аналогичный принцип используется и в сетях связи и передачи данных, построенных на стандартах Bluetooth и Wi-Fi (1234g.ru/blog-of-wireless-technologies).
Согласно указанной технологии, перенос кодового информационного сообщения с результатами измерений, например, в виде цифровой ФПГ на несущие частоты хоппинг-сигнала и излучение его в эфир осуществляются следующим образом.
M
m
Полученная с выхода коммуникационного микроконтроллера 16 команда активации запускает генератор 19 случайных чисел, который формирует двоичный М-разрядный код Z случайного равномерно распределенного числа. Генератор 19 случайных чисел подает код Z в формирователь 20 радиосигнала на прыгающих частотах. То есть, на указанный формирователь поступает код Z в пределах от 0 до (2-1). По этому коду формирователь 20 радиосигнала на прыгающих частотах формирует частоту F, значение которой можно определить по формуле
m
0
F=F+ΔF×Z,
0
где F - минимальная частота (при Z=0);
ΔF - шаг сетки частот.
m
max
m
При этом для максимального значения F частоты F справедлива формула
m max
0
M
F=F+ΔF×(2-1).
m
Сформированная частота F, поступает на первый вход блока 22 формирования сообщений. В этом блоке последовательно формируются разряды:
- МАРКЕРА, состоящего из строго определенного для данной системы числа логических единиц и одного логического нуля. МАРКЕР используется для определения числа Z в хоппинг-сообщении;
- АДРЕСА, определяющего идентификационный код ультразвукового датчика;
- ИНФОРМАЦИИ, определяющей информационную часть хоппинг-сообщения;
- КОНТРОЛЬНОЙ СУММЫ, предназначенной для подтверждения правильности принятого хоппинг-сообщения.
КОНТРОЛЬНАЯ СУММА однозначно подсчитывается в зависимости от сформированных кодов АДРЕСА и ИНФОРМАЦИИ. Информацией являются кодированные сообщения, формируемые из полученных сигналов измерений, например, цифровой ФПГ. Указанные кодированные сообщения поступают на второй вход блока 21 формирования сообщений, на первый вход которого подается сигнал несущей частоты с выхода формирователя 20 радиосигнала на прыгающих частотах. Поступающий с выхода блока 21 формирования сообщений высокочастотный сигнал, несущий хоппинг-сообщение, усиливается в усилителе 22 мощности и через антенну 18 излучается в радиоэфир.
Таким образом, совокупность общих с ближайшим аналогом и отличительных признаков позволяет получить ожидаемый технический результат, заключающийся в расширении арсенала технических средств пульсоксиметрии на область телемедицинских технологий путем реализации портативного телемедицинского измерителя, позволяющего обеспечить возможность квалифицированных пульсоксиметрических измерений при нахождении пациента во внебольничных условиях, например, дома. Согласно вышеупомянутому стандарту ГОСТ Р 57757-2017 по телемедицине, предлагаемый портативный измеритель выполняет роль устройства-приложения к смартфону.