RU2033750C1 - Устройство для измерения параметров дыхательного газообмена - Google Patents
Устройство для измерения параметров дыхательного газообмена Download PDFInfo
- Publication number
- RU2033750C1 RU2033750C1 SU5047208A RU2033750C1 RU 2033750 C1 RU2033750 C1 RU 2033750C1 SU 5047208 A SU5047208 A SU 5047208A RU 2033750 C1 RU2033750 C1 RU 2033750C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen concentration
- oxygen
- sensor
- respiratory
- gasses
- Prior art date
Links
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 37
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 10
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 4
- YNPNZTXNASCQKK-UHFFFAOYSA-N Phenanthrene Natural products C1=CC=C2C3=CC=CC=C3C=CC2=C1 YNPNZTXNASCQKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- DGEZNRSVGBDHLK-UHFFFAOYSA-N [1,10]phenanthroline Chemical compound C1=CN=C2C3=NC=CC=C3C=CC2=C1 DGEZNRSVGBDHLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 abstract description 5
- -1 platinum group metals Chemical class 0.000 abstract description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 5
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в системах функциональной диагностики внешнего дыхания и кровообращения. Сущность: устройство для измерения параметров дыхательного газообмена содержит датчик концентрации кислорода, нагревательный элемент 4, электронно-оптическую систему возбуждения и регистрирующую систему. Чувствительный элемент датчика концентрации кислорода выполнен в виде тонкой пластины из алюминия, на которую нанесен люминесцентный слой толщиной 10 - 20 мкм из оксидной пленки с введенными органическими комплексами металлов группы пластины. Регистрирующая система содержит фотоприемник 8 и датчик 12 скорости воздушного потока, которые соединены с процессором через блоки 9 и 10 усиления и преобразования соответственно. Устройство позволяет измерять мгновенные значения концентрации кислорода во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе и определять коэффициент использования кислорода организмом как минимум за один дыхательный цикл. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение может быть использовано в системах функциональной диагностики внешнего дыхания и кровообращения и позволяет измерять мгновенные значения концентрации кислорода во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе и определять коэффициент использования кислорода организмом как минимум за один дыхательный цикл.
Известно устройство для измерения параметров газового обмена (заявка Японии N 63-21495, 1988, кл. А 61 В 5/08), содержащее датчик концентрации кислорода, функцию которого выполняет газоанализатор, и регистрирующую систему.
Однако это устройство не позволяет проследить за изменениями концентрации кислорода в течение одной фазы выдоха. Точность измеpений удовлетворяет предъявляемым требованиям, но время измерения при этом составляет не менее 5 с.
Известно также устройство для измерения интенсивности газообмена у людей и животных, содержащее датчик концентрации кислорода и регистрирующую систему. Концентрация кислорода во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе измеряется с помощью анализатора кислорода на твердом электролите с подогревом до необходимой температуры. Однако газоанализаторы этого типа обладают низким быстродействием, обусловленным механизмом диффузии кислорода в твердом электролите и не могут быть использованы для динамического контроля за концентрацией кислорода.
Цель изобретения создание устройства для измерения параметров дыхательного газообмена, например коэффициента использования кислорода, позволяющего измерять данный параметр в каждом дыхательном цикле, а также исследовать динамику изменения концентрации кислорода в фазе выдоха. При этом обеспечивается требуемая точность измерения, быстродействие, устраняется пневматическое сопротивление потоку воздуха при дыхании.
В основу работы устройства заложен принцип измерения концентрации газа по тушению люминесценции.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Устройство для измерения параметров дыхательного газообмена содержит датчик концентрации кислорода. Чувствительный элемент датчика выполнен в виде тонкой пластины из алюминия, на которую нанесен люминесцентный слой толщиной 10-20 мкм, что обеспечивает малое время диффузии кислорода в люминесцирующий слой, и, как следствие быстродействие датчика лучше, чем 0,2 с.
Люминесцентный слой состоит из оксидной пленки с введенными органическими комплексами металлов группы платины, что обусловлено значением их спектрально-люминесцентных характеристик. Органические комплексы металлов группы платины представляют собой металлоорганические соединения, молекулы которых включают атомы металла, органические фрагменты (лиганды) и противоионы.
Оптимальные результаты получаются, если в качестве органических комплексов металлов группы платины в оксидную пленку введены Ru(bpy)3Cl2 или Ru(Ph2Phen)3Cl2, поскольку они по совокупности спектрально-люминесцентных и эколого-экономических характеристик удовлетворяют в большей степени, чем другие.
Конкретный органический комплекс выбирается в зависимости от диапазона измерения концентрации кислорода.
Датчик концентрации кислорода может быть расположен в корпусе и обращен люминесцентным слоем к электронно-оптической системе возбуждения и фотоприем- нику.
В непосредственном контакте с чувствительным элементом датчика концентрации кислорода находится нагревательный элемент, который способствует стабилизации характеристик чувствительного элемента и предотвращает его запотевание при контакте с выдыхаемым воздухом.
Электронно-оптическая система возбуждения может быть выполнена, в частности, в виде осветителя, соединенного со стабилизирующим устройством. В качестве осветителя можно использовать любую оптическую систему, способную вызвать люминесценцию. При выборе более совершенного осветителя с точки зрения стабильности излучения необходимость в стабилизирующем устройстве отпадает. Световой поток с длиной волны излучения λ1 направляется на поверхность чувствительного элемента датчика. Возбужденная этим световым потоком люминесценция λ2 воспринимается фотоприемником. Кроме фотоприемника в состав регистрирующей системы входят датчик скорости воздушного потока и процессор. Фотоприемник и датчик скорости воздушного потока соединены с процессором, в котором происходит обработка поступивших от них сигналов, через блоки усиления и преобразования в цифровую форму.
Такая компоновка прибора обеспечивает требуемую точность измерения и быстродействие. Устранению пневматического сопротивления потоку воздуха способствуют вышеописанные специфические особенности датчика.
Изобретение отличается от прототипа чувствительным элементом датчика, наличием электронно-оптической системы возбуждения и схемой построения регистрирующей системы.
На чертеже представлена принципиальная схема устройства для измерения параметров дыхательного газообмена.
В корпусе 1, через который проходят потоки вдыхаемого (направление А) и выдыхаемого воздуха (направление В), расположен датчик 2 концентрации кислорода с чувствительным элементом в виде алюминиевой пластины с люминесцентным слоем 3 толщиной 15 мкм. Люминесцентный слой 3 содержит оксидную пленку, в которую введены органические комплексы металлов группы платины, например Ru(bpy)3Cl2. Известно, что в выдыхаемом воздухе концентрация кислорода составляет 15% а в атмосферном 21% Экспериментально установлено, что для измерения концентрации кислорода в этом диапазоне оптимальными характеристиками обладает комплекс Ru(bpy)3Cl2. При изменении диапазона измерения концентрации кислорода, например, при исследованиях в барокамерах оптимальными характеристиками обладают комплексы металлов платиновой группы другого состава, например, Ru(Ph2Phen)3Cl2.
Люминесцентное покрытие может быть изготовлено, например, в соответствии со способом изготовления индикаторного покрытия (з-ка N 4812470/25, 1990).
Датчик расположен в стенке корпуса таким образом, что он не оказывает сопротивления потоку воздуха.
С чувствительным элементом датчика 2 в непосредственном контакте находится нагревательный элемент, состоящий из нагревателя 4, например нихромовой спирали, и управляющего устройства 5, например регулятора температуры Ш 4524. Благодаря нагревательному элементу чувствительный элемент датчика поддерживается с точностью ±0,5оС в диапазоне температур 35-40оС. На противоположной стороне корпуса расположена электронно-оптическая система возбуждения и регистрирующая система. Электронно-оптическая система возбуждения содержит осветитель 6, например лампу накаливания, и стабилизирующее устройство 7, например, Б5-49.
Регистрирующая система содержит фотоприемник 8, например, ФЭУ-68, блоки 9 и 10 усиления и преобразования информации в цифровую форму соответ- ственно, например, АЦП-14, процессор 11, например, на базе DВК-2, и датчик 12 скорости воздушного потока, например, пневмотаховалюметр ПТ03-01. Он установлен непосредственно за датчиком концентрации кислорода.
Возможно и другое конструктивное выполнение устройства, например, осветительную систему и фотоприемник можно разместить в отдельном корпусе, который соединить световодами с корпусом датчика.
Устройство работает следующим образом.
Световой поток с длиной волны излучения соответствующей полосе поглощения использованного в чувствительном элементе датчика люминесцентного слоя (например, 450 нм для люминесцентного слоя Ru(bpy)3Cl2) направляется от осветителя 6 на чувствительный элемент датчика 2 с люминесцентным слоем 3. Интенсивность этого потока стабилизирована с помощью устройства 5. Возбужденная световым потоком люминесценция с длиной волны излучения 650 нм и интенсивностью I(t), зависящей от концентрации кислорода над слоем 3, воспринимается фотоприемником 8, электрический сигнал от которого через блок 9 направляется в процессор 11. Сигнал от датчика скорости воздушного потока 12 через блок 10, также поступает в процессор.
Обработка поступивших в процессор сигналов происходит в несколько этапов. На первом по измеренным значениям I(t) и величине константы тушения К, определенной предварительно при калибровке чувствительного элемента датчика с покрытием, в соответствии с уравнением Штерна-Фольмера находятся мгновенные значения концентрации кислорода в потоке выдыхаемого воздуха
P(t)
1
где t текущее время.
P(t)
Далее вычисляется разность между значением концентрации кислорода в поступающем к пациенту воздухе Р0 и ее значениями в выдыхаемом воздухе P(t)
Δ P P0 P(t). И, наконец, с учетом скорости воздушного потока V, измеренной с помощью датчика 12, определяется величина использованного в процессе дыхания кислорода
Q
P(t)·V(t)·S·dt где t1, t2 моменты времени, соответствующие началу и окончанию выдоха;
S площадь поперечного сечения воздушного потока.
Δ P P0 P(t). И, наконец, с учетом скорости воздушного потока V, измеренной с помощью датчика 12, определяется величина использованного в процессе дыхания кислорода
Q
S площадь поперечного сечения воздушного потока.
Мгновенные значения концентрации кислорода в потоке выдыхаемого пациентом воздуха могут быть представлены графически в виде кислородной барограммы дыхательного цикла на дисплее и одновременным вычислением коэффициента использования кислорода организмом.
Предложенное устройство позволяет проводить измерения параметров дыхательного газообмена, в частности коэффициента использования кислорода в каждом дыхательном цикле, а также исследовать динамику изменения концентрации кислорода в фазе выдоха. Точность измерений не хуже ±2% быстродействие 0,1 с, практически отсутствует пневматическое сопротивление потоку воздуха при дыхании.
Claims (4)
1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДЫХАТЕЛЬНОГО ГАЗООБМЕНА, содержащее датчик концентрации кислорода с чувствительным элементом, находящимся в контакте с нагревательным элементом, и регистрирующую систему, отличающееся тем, что оно снабжено электронно-оптической системой возбуждения, чувствительный элемент датчика концентрации кислорода выполнен в виде тонкой пластины из алюминия, на которую нанесен люминесцентный слой толщиной 10 20 мкм из оксидной пленки с введенными трисхелатными органическими комплексами металлов группы платины, а регистрирующая система содержит фотоприемник и датчик скорости воздушного потока, каждый из которых через блок усиления и преобразования соединен с процессором.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электронно-оптическая система возбуждения выполнена в виде осветителя, соединенного со стабилизирующим устройством.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве трисхелатного органического комплекса металла группы пластины в оксидную пленку введен Ru(bpy)3Ci2.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве трисхелатного органического комплекса металла группы платины введен Ru(Ph2Phen)3Cl2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5047208 RU2033750C1 (ru) | 1992-06-03 | 1992-06-03 | Устройство для измерения параметров дыхательного газообмена |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5047208 RU2033750C1 (ru) | 1992-06-03 | 1992-06-03 | Устройство для измерения параметров дыхательного газообмена |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2033750C1 true RU2033750C1 (ru) | 1995-04-30 |
Family
ID=21606774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5047208 RU2033750C1 (ru) | 1992-06-03 | 1992-06-03 | Устройство для измерения параметров дыхательного газообмена |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2033750C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2174366C2 (ru) * | 1998-08-11 | 2001-10-10 | Городской центр детского и юношеского технического творчества | Способ определения состояния организма и устройство для его осуществления |
| RU2550127C1 (ru) * | 2014-01-24 | 2015-05-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации-Институт медико-биологическх проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ-ИМБП РАН) | Аппаратно-программный комплекс для оценки состояния системы регуляции дыхания и способ его использования |
| CN117092079A (zh) * | 2023-07-17 | 2023-11-21 | 哈尔滨工业大学 | 一种可视化的呼吸机微涡轮氧浓度测量方法 |
-
1992
- 1992-06-03 RU SU5047208 patent/RU2033750C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Заявка Японии N 63-12259, кл. A 61B 5/08, 1988. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2174366C2 (ru) * | 1998-08-11 | 2001-10-10 | Городской центр детского и юношеского технического творчества | Способ определения состояния организма и устройство для его осуществления |
| RU2550127C1 (ru) * | 2014-01-24 | 2015-05-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации-Институт медико-биологическх проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ-ИМБП РАН) | Аппаратно-программный комплекс для оценки состояния системы регуляции дыхания и способ его использования |
| CN117092079A (zh) * | 2023-07-17 | 2023-11-21 | 哈尔滨工业大学 | 一种可视化的呼吸机微涡轮氧浓度测量方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Millikan | The oximeter, an instrument for measuring continuously the oxygen saturation of arterial blood in man | |
| US3725658A (en) | Apparatus and method for continuously detecting oxygen in a gas stream | |
| EP0772416B1 (en) | Device for measuring tissue oxygenation through the skin using oxygen dependent quenching of phosphorescence | |
| US4233842A (en) | Apparatus for measurement of expiration fluids | |
| EP2259723B1 (en) | Metabolic analyzer transducer | |
| US3830630A (en) | Apparatus and method for alcoholic breath and other gas analysis | |
| US20030023181A1 (en) | Gas analyzer of the fluorescent-film type particularly useful for respiratory analysis | |
| US4632807A (en) | Optical sensor for fluorescence measurements | |
| JP5632611B2 (ja) | 信号品質決定及び信号補正システム及び作動方法 | |
| US20020026937A1 (en) | Respiratory gas sensors in folw path | |
| US5063275A (en) | Method and apparatus for gas analysis | |
| CN102890069B (zh) | 用于测量呼吸气体的氧气浓度的气体传感器、分析器和方法 | |
| US20040017570A1 (en) | Device and system for the quantification of breath gases | |
| JP2003511143A (ja) | 呼気中酸化窒素の計量装置 | |
| US4050823A (en) | Apparatus for continuously measuring the CO2 content in breathing gases | |
| US11389081B2 (en) | Non-invasive photonic sensing for monitoring diabetes | |
| GB2204684A (en) | Infrared fluid analyzer | |
| AU2019290617A1 (en) | Inhalation sensor block, exhalation sensor block and system | |
| RU2033750C1 (ru) | Устройство для измерения параметров дыхательного газообмена | |
| Kolle et al. | Fast optochemical sensor for continuous monitoring of oxygen in breath-gas analysis | |
| US20030023180A1 (en) | Respiratory analyzer and method for measuring changes in concentration of a gas component of a breathing gas mixture | |
| CN110741243B (zh) | 用于以温度补偿的方式光学检测流体的氧含量的设备 | |
| JPH05500112A (ja) | シャッタレス式光学的安定化カプノグラフ | |
| JP2019196908A (ja) | アセトン検知素子 | |
| JPS63266342A (ja) | オイル劣化度検出装置 |