[go: up one dir, main page]

RU2279143C1 - Oxygenic blood pulsing flow optical-mechanical simulator - Google Patents

Oxygenic blood pulsing flow optical-mechanical simulator Download PDF

Info

Publication number
RU2279143C1
RU2279143C1 RU2004137784/14A RU2004137784A RU2279143C1 RU 2279143 C1 RU2279143 C1 RU 2279143C1 RU 2004137784/14 A RU2004137784/14 A RU 2004137784/14A RU 2004137784 A RU2004137784 A RU 2004137784A RU 2279143 C1 RU2279143 C1 RU 2279143C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
simulator
blood
filter
filters
Prior art date
Application number
RU2004137784/14A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Георгиевич Соколов (RU)
Владимир Георгиевич Соколов
Александр Васильевич Приезжев (RU)
Александр Васильевич Приезжев
Юрген Ладеман (DE)
Юрген Ладеман
Лариса Валерьевна Корси (RU)
Лариса Валерьевна Корси
Original Assignee
Государственное унитарное предприятие "НПО Астрофизика"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное унитарное предприятие "НПО Астрофизика" filed Critical Государственное унитарное предприятие "НПО Астрофизика"
Priority to RU2004137784/14A priority Critical patent/RU2279143C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2279143C1 publication Critical patent/RU2279143C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: simulator can be used for tuning, checking and periodical inspection of pulse oxymeters. Simulator has flat light filter with optical radiation transmission factor τλ1 in visible area being smaller τλ2 than in IR-spectrum of radiation (τλ1<τλ2). One or several light filters are mounted additionally in the plane of light filter available. Transmission factors of light filters meet the relation of τλ1>= τλ2. Light filters are optically connected with adjustable diaphragms and they are made in form of sectors and fixed onto transparent disc. Disc is connected with mechanism of rotation that rotates at angular speed of rotation being equal to frequency of heart beat rating. Blood is saturated with oxygen and level of oxygen is brought to borders being close to natural one.
EFFECT: widened range of application.
3 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к области медицинского приборостроения и может быть использовано для настройки, проверки и периодического контроля пульсовых оксиметров.The proposed device relates to the field of medical instrumentation and can be used to configure, verify and periodically monitor pulse oximeters.

Известны имитаторы оптических свойств крови, используемые для калибровки лабораторных оксиметров и приборов, включаемых в магистраль аппарата искусственного кровообращения (АИК). Обычно в них применяются оптические стекла, позволяющие достаточно точно воспроизвести спектральную характеристику поглощения оптического излучения кровью, насыщенной кислородом (Saunders N.A., Powles A.C., Rebuck A.S. Ear oximetry: accuracy and practicability in the assessment of arterial oxygenation // Am Rev Respir Dis l976; 114; 745-748).Known imitators of the optical properties of blood used to calibrate laboratory oximeters and devices included in the backbone of the heart-lung machine (AIK). Typically, they use optical glasses that can accurately reproduce the spectral characteristic of the absorption of optical radiation by oxygen-rich blood (Saunders NA, Powles AC, Rebuck AS Ear oximetry: accuracy and practicability in the assessment of arterial oxygenation // Am Rev Respir Dis l976; 114 ; 745-748).

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому устройству является имитатор, выпускаемый фирмой Bentley ("OxySat Meter Kit Operation and Maintenance Instruments. Detailed description" Bentley Laboratories, INC), выбранный авторами в качестве прототипа. Датчик оксиметра Bentley установлен на прозрачной трубке, включаемой в контур АИК, и содержит красный и инфракрасный светодиоды и фотодиод, расположенные в одной плоскости и имеющие оптический контакт со стенкой прозрачной трубки. Имитатор допускает подключение к датчику оксиметра без прозрачной трубки. Он изготовлен из оптического цветного стекла. В зависимости от толщины и марки стекла имитируется то или иное значение оксигенации крови. Обычно используется ряд стекол со спектральными характеристиками, аналогичными отечественным стеклам КС10-КС19 (табл.1). Имитатор находится в оптическом контакте со светодиодами и фотодиодом. Для того чтобы перейти от одной оксигенации к другой, требуется вставлять в имитатор новое оптическое стекло. В результате с помощью такого оксиметра можно проверять лишь ряд значений оксигенации крови по числу светофильтров.The closest in technical solution to the proposed device is a simulator manufactured by Bentley ("OxySat Meter Kit Operation and Maintenance Instruments. Detailed description" Bentley Laboratories, INC), selected by the authors as a prototype. The Bentley oximeter sensor is mounted on a transparent tube that is included in the AIC circuit and contains red and infrared LEDs and a photodiode located in the same plane and having optical contact with the wall of the transparent tube. The simulator allows connection to an oximeter sensor without a transparent tube. It is made of optical colored glass. Depending on the thickness and brand of glass, one or another value of blood oxygenation is imitated. Usually, a number of glasses with spectral characteristics similar to domestic glasses KS10-KS19 are used (Table 1). The simulator is in optical contact with the LEDs and the photodiode. In order to switch from one oxygenation to another, it is necessary to insert a new optical glass into the simulator. As a result, using such an oximeter, you can check only a number of blood oxygenation values by the number of light filters.

Такой имитатор не пригоден для проверки пульсовых оксиметров. Так как действие этих приборов основано на измерении амплитуды пульсации поглощения оптического излучения, поэтому оптические характеристики имитатора должны пульсировать во времени. Измерение переменной составляющей сигнала позволяет селектировать артериальную кровь от других тканей как неподвижных, так и пульсирующих по другим законам (венозная и капиллярная кровь). Даже если модулировать оптические свойства имитатора фирмы Bentley, то и в этом случае невозможно воспроизвести весь диапазон насыщения крови кислородом от 0 до 100%.Such a simulator is not suitable for checking pulse oximeters. Since the action of these devices is based on measuring the amplitude of the pulsation of the absorption of optical radiation, therefore, the optical characteristics of the simulator should pulsate in time. Measurement of the variable component of the signal allows you to select arterial blood from other tissues, both stationary and pulsating, according to other laws (venous and capillary blood). Even if the optical properties of the Bentley simulator are modulated, even in this case it is impossible to reproduce the entire range of blood oxygen saturation from 0 to 100%.

В основе пульсовой оксиметрии лежит селекция пульсовых волн в сигнале, получаемом в результате рассеяния двухчастотного оптического излучения артериальной кровью.Pulse oximetry is based on the selection of pulse waves in a signal obtained by scattering of two-frequency optical radiation by arterial blood.

Пульсовые оксиметры работают следующим образом: сначала измеряется частота сердечных сокращений ЧСС, затем определяются амплитуды пульсовых колебаний, по которым вычисляется насыщение крови кислородом. Оптимальным в среднеквадратичном смысле является определение амплитуд сигналов методом Фурье. Вычисляются нулевые гармоники Фурье и гармоники, частота которых совпадает с ЧСС, измеренной ранее. Эти величины определяются при зондировании ткани красным и инфракрасным излучениями. Обозначим:Pulse oximeters work as follows: first, the heart rate of the heart rate is measured, then the amplitudes of the pulse oscillations are determined, by which the oxygen saturation of the blood is calculated. Optimal in the rms sense is the determination of signal amplitudes by the Fourier method. The zero Fourier harmonics and harmonics are calculated, the frequency of which coincides with the heart rate measured previously. These values are determined by probing tissue with red and infrared radiation. Denote:

R0 - нулевая гармоника фототока при зондировании ткани излучением с длиной волны 680 нм;R 0 - zero harmonic of the photocurrent when probing tissue with radiation with a wavelength of 680 nm;

R1 - первая гармоника фототока при зондировании ткани излучением с длиной волны 680 нм;R 1 - the first harmonic of the photocurrent when probing tissue with radiation with a wavelength of 680 nm;

I0 - нулевая гармоника фототока при зондировании ткани излучением с длиной волны 940 нм;I 0 - zero harmonic of the photocurrent when probing tissue with radiation with a wavelength of 940 nm;

I1 - первая гармоника фототока при зондировании ткани излучением с длиной волны 940 нм.I 1 - the first harmonic of the photocurrent when probing tissue with radiation with a wavelength of 940 nm.

По этим величинам вычисляется насыщение артериальной крови кислородом:Based on these values, the saturation of arterial blood with oxygen is calculated:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Где J(t) и G(t) фототок при зондировании ткани красным и инфракрасным излучением, Т период кардиоритма, или, что то же, время одного оборота обтюратора.Where J (t) and G (t) is the photocurrent when probing tissue with red and infrared radiation, T is the period of the cardiac rhythm, or, what is the same, the time of one turn of the shutter.

Оксигенация крови определяется табличным методом. Алгоритм работы пульсового оксиметра следующий. Объект облучают красным (λ=680 нм) и инфракрасным (λ=940 нм) оптическими излучениями. Сигналы, рассеянные пульсирующей артериальной кровью (R(t), I(t)), регистрируются фотоприемником. Определяются средние значения этих сигналов R=, I= и амплитуды Фурье гармоник пульсовой волны R~, I~. По этим величинам вычисляем адрес элемента таблицы х:Blood oxygenation is determined by the tabular method. The algorithm of the pulse oximeter is as follows. The object is irradiated with red (λ = 680 nm) and infrared (λ = 940 nm) optical radiation. Signals scattered by pulsating arterial blood (R (t), I (t)) are recorded by a photodetector. The average values of these signals R = , I = and the Fourier amplitudes of the harmonics of the pulse wave R ~ , I ~ are determined. Using these values, we calculate the address of the table element x:

Figure 00000007
Figure 00000007

Оксигенация крови определяется по градуировочной кривой f (x), записанной в виде таблицы:Blood oxygenation is determined by the calibration curve f (x), written in table form:

Figure 00000008
Figure 00000008

Функция f(х) нелинейная, но в первом приближении ее можно представить в виде:The function f (x) is nonlinear, but in a first approximation it can be represented as:

Figure 00000009
Figure 00000009

В пульсоксиметре используются датчики, работающие на проход и на отражение лазерного излучения. Последние часто приспособлены для измерения оксигенации крови в пальцевой артерии (пальцевый датчик). Конструктивно он напоминает зажим для белья, в одной половинке которого установлены два светодиода, генерирующие импульсы в красном и инфракрасном диапазонах. В другой половине - светодиод. В рабочем состоянии датчик прикрепляется к пальцу, и прибор регистрирует модуляцию фототока, пропорциональную перфузии крови в пальцевой артерии.The pulse oximeter uses sensors that work on the passage and reflection of laser radiation. The latter are often adapted to measure blood oxygenation in the digital artery (finger sensor). Structurally, it resembles a laundry clip, in one half of which two LEDs are installed, generating pulses in the red and infrared ranges. In the other half is an LED. In working condition, the sensor is attached to the finger, and the device registers the modulation of the photocurrent proportional to the perfusion of blood in the digital artery.

Имитация пульсовой волны для пальцевого датчика может быть выполнена с помощью оптического модулятора. Частота модуляции должна быть в диапазоне частоты сердечных сокращений. Причем необходимо, чтобы модуляция оптического пропускания была разной для красного и инфракрасного излучения. На первый взгляд кажется, что достаточно поставить светофильтр и периодически перекрывать световой поток обтюратором. Однако, как показывают расчеты, такое устройство позволяет имитировать лишь одно значение SO2=85%, независимо от характеристик светофильтра и размеров обтюратора. Если в плоскости светофильтра сделать отверстие (окно), то в зависимости от соотношения размеров светофильтра и обтюратора удается имитировать некоторый диапазон оксигенации крови. В частности, если используется тот же светофильтр, что и в прототипе (КС19), то выбор соотношения размеров светофильтра и обтюратора позволяет перекрыть диапазон SO2 от 0% до 85%. Такой же результат можно получить с любым светофильтром с пропусканием в инфракрасной области большим, чем в видимой (τλ1λ2). Имитация больших значений SO2 возможна лишь при использовании светофильтров со спектральной характеристикой, обратной предыдущей (τλ1λ2). Таким образом, полноценный имитатор должен содержать не менее двух светофильтров, окно и диафрагмы для регулирования размеров светофильтров и окна.A pulse wave simulation for a finger sensor can be performed using an optical modulator. The modulation frequency should be in the range of heart rate. Moreover, it is necessary that the optical transmission modulation be different for red and infrared radiation. At first glance, it seems that it is enough to put a light filter and periodically block the light flux with a shutter. However, calculations show that such a device allows you to simulate only one value of SO 2 = 85%, regardless of the characteristics of the filter and the size of the shutter. If a hole (window) is made in the plane of the filter, then depending on the ratio of the dimensions of the filter and the shutter, it is possible to simulate a certain range of blood oxygenation. In particular, if the same filter is used as in the prototype (KS19), then the choice of the ratio of the sizes of the filter and the shutter allows you to cover the SO 2 range from 0% to 85%. The same result can be obtained with any filter with a transmission in the infrared region greater than in the visible region (τ λ1λ2 ). Simulation of large values of SO 2 is possible only when using filters with a spectral characteristic opposite to the previous one (τ λ1 > τ λ2 ). Thus, a full-fledged simulator must contain at least two filters, a window and apertures for regulating the size of filters and a window.

Конструктивно оказалось удобно использовать обтюратор, вращающийся со скоростью 60-120 об/мин. Скорость определяется диапазоном частоты сердечных сокращений (ЧСС), доступным для измерения с помощью проверяемого пульсоксиметра. Обтюратор выполнен в виде двух дисков. Первый диск обтюратора содержит секторы, один из них образует прозрачное окно, а в остальные вставлены светофильтры. На втором диске обтюратора установлены регулируемые непрозрачные секторные диафрагмы. Второй диск установлен над первым и прикрепляется к нему в центре. Крепление позволяет фиксировать любой угол поворота одного диска относительно другого.Structurally, it was convenient to use a shutter rotating at a speed of 60-120 rpm. The speed is determined by the range of heart rate (HR) available for measurement with the tested pulse oximeter. The shutter is made in the form of two discs. The first disk of the shutter contains sectors, one of them forms a transparent window, and filters are inserted into the rest. On the second disk of the shutter, adjustable opaque sector diaphragms are installed. The second disk is mounted above the first and attached to it in the center. The mount allows you to fix any angle of rotation of one disk relative to another.

На чертеже представлена схема заявляемого устройства:The drawing shows a diagram of the inventive device:

1 - светофильтр τλ1λ2;1 - filter τ λ1 > τ λ2 ;

2 - светофильтр τλ1λ2;2 - light filter τ λ1λ2 ;

3 - секторная диафрагма;3 - sector aperture;

4 - прозрачное окно диска;4 - a transparent disk window;

5 - циферблат со шкалой SO2;5 - dial with SO 2 scale;

6 - фиксатор угла поворота диафрагмы;6 - aperture angle lock;

7 - датчик проверяемого прибора;7 - sensor of the device under test;

8 - световоды;8 - optical fibers;

9 - механизм вращения.9 - rotation mechanism.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Для имитации того или иного значения SO2 до начала проверки прибора устанавливается и фиксируется угол поворота одного диска обтюратора относительно другого. После этого обтюратор раскручивается до необходимой скорости. Пальцевый датчик устанавливается так, чтобы обтюратор периодически перекрывал поток оптического излучения на пути от светодиодов до фотодиода.The proposed device operates as follows. To simulate one or another SO 2 value, before turning on the device, the angle of rotation of one disk of the shutter relative to another is set and fixed. After this, the obturator is untwisted to the required speed. The finger sensor is installed so that the obturator periodically shuts off the flow of optical radiation in the path from the LEDs to the photodiode.

Рассмотрим конструкцию обтюратора с сектором 90°, застекленным светофильтром из стекла СЗС20, с сектором 90°, застекленным светофильтром из стекла СЗС25 и окном, занимающим сектор 180°.Consider the design of the obturator with a 90 ° sector, a glazed SZS20 glass filter, with a 90 ° sector, a glazed SZS25 glass filter and a window occupying a 180 ° sector.

Коэффициенты пропускания τλ1, τλ2 светофильтров толщиной 2 мм приведены в таблице 1.The transmission coefficients τ λ1 , τ λ2 of optical filters with a thickness of 2 mm are shown in table 1.

Таблица 1.Table 1. Марка оптическогоBrand of optical Диапазон длин волн (нм)Wavelength range (nm) стеклаglass 680±10680 ± 10 940±10940 ± 10 КС19KS19 4.2 10-6 4.2 10 -6 0.980.98 СЗС20SZS20 3.2 10-4 3.2 10 -4 0.970.97 СЗС25SZS25 0.550.55 0.0060.006

Данные взяты из официального издания "Стекло оптическое цветное. Технические условия ГОСТ 9411-81" Государственный комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам, Москва.Data taken from the official publication "Optical color glass. Specifications GOST 9411-81" USSR State Committee for Product Quality and Standards Management, Moscow.

Диафрагма содержит затемненный сектор 140°. Поворот диафрагмы не только изменяет площадь используемого светофильтра для имитации требуемой величины SO2, но и осуществляет функцию переключателя светофильтров. Один из них удовлетворяет условию τλ1λ2, а другой - противоположному τλ1≥τλ2. Это позволяет имитировать весь диапазон оксигенации от 0 до 100%. Результаты расчетов приведены на фиг.2 сплошной линией.The diaphragm contains a darkened sector of 140 °. The rotation of the diaphragm not only changes the area of the used filter to simulate the required value of SO 2 , but also performs the function of a switch for filters. One of them satisfies the condition τ λ1λ2 , and the other satisfies the opposite τ λ1 ≥τ λ2 . This allows you to simulate the entire range of oxygenation from 0 to 100%. The calculation results are shown in figure 2 by a solid line.

Новыми техническими результатами являются:New technical results are:

- расширение области значений оксигенации крови, имитируемых предлагаемым устройством;- expanding the range of values of blood oxygenation simulated by the proposed device;

- расширение области применения имитатора для калибровки и проверки пульсовых оксиметров.- expanding the scope of the simulator for calibration and verification of pulse oximeters.

Новые технические результаты достигаются тем, что в плоскости имеющегося светофильтра дополнительно установлены один или несколько светофильтров с коэффициентами пропускания оптического излучения, удовлетворяющими соотношению τλ1≥τλ2; светофильтры оптически соединены с регулируемыми диафрагмами.New technical results are achieved by the fact that in the plane of the existing filter, one or more filters with optical transmittance coefficients satisfying the relation τ λ1 ≥τ λ2 are additionally installed; optical filters are optically connected to adjustable diaphragms.

Фотография действующего макета предлагаемого устройства приведена на фиг.3. Макет содержит коллекторный электродвигатель с редуктором (1). Двигатель питается от адаптера, преобразующего напряжение сети (220 В, 50 Гц) в постоянное напряжение, регулируемое в диапазоне 7-27 В. При этом угловая скорость вращения редуктора изменяется в пределах 36-140 об/мин.A photograph of the current layout of the proposed device is shown in figure 3. The breadboard contains a collector motor with gear (1). The engine is powered by an adapter that converts the mains voltage (220 V, 50 Hz) into a constant voltage, adjustable in the range of 7-27 V. The angular speed of the gearbox varies from 36-140 rpm.

На оси редуктора установлен обтюратор (2). Он заключен в светонепроницаемый корпус. Обтюратор состоит из подвижной диафрагмы и прозрачного диска, на который наклеены сектора из цветного стекла СЗС-20 и СЗС-25. Диафрагма выполнена в виде зачерненного сектора с центральным углом 140°. Она устанавливается и жестко фиксируется под любым углом в пределах от 0° до 360°. На ободе диска нанесена шкала.A shutter (2) is installed on the gearbox axis. It is enclosed in a lightproof enclosure. The obturator consists of a movable diaphragm and a transparent disk onto which the SZS-20 and SZS-25 colored glass sectors are pasted. The diaphragm is made in the form of a blackened sector with a central angle of 140 °. It is installed and rigidly fixed at any angle in the range from 0 ° to 360 °. A scale is marked on the rim of the disc.

На кожухе обтюратора установлены два оптических коннектора (3) друг против друга так, чтобы оптический путь между ними перекрывался обтюратором. Коннекторы через многожильные световоды (4) соединены с пробником (5), размер которого соответствует пальцевым датчикам пульсовых оксиметров. Пробник имеет два окна для оптического контакта со светодиодами и фотодиодом пульсоксиметра. Световоды через оптические призмы и светорассеиватели находятся в оптическом контакте с окнами пробника.Two optical connectors (3) are mounted on the casing of the shutter against each other so that the optical path between them is blocked by the shutter. Connectors are connected via a multicore optical waveguide (4) to a probe (5), the size of which corresponds to the finger sensors of pulse oximeters. The probe has two windows for optical contact with LEDs and a pulse oximeter photodiode. Optical fibers through optical prisms and diffusers are in optical contact with the probe windows.

Были проведены испытания действующего макета заявляемого устройства совместно с двумя приборами: пульсоксиметром фирмы Philips Medizin System GmbH, Handheld Digital Pulse Oximeter M45529A (прибор №1) и Оксигемапулсометром ОГП-1, производства ГУП "НПО Астрофизика" (прибор аттестован и получил разрешение Минздрава РФ на медицинское применение), снабженным пальцевым датчиком (прибор №2).Tests of the current prototype of the claimed device were conducted in conjunction with two devices: a Philips Medizin System GmbH pulse oximeter, Handheld Digital Pulse Oximeter M45529A (device No. 1) and an OGP-1 oxygemapulsometer manufactured by NPO Astrofizika (the device is certified and received permission from the Russian Ministry of Health for medical use) equipped with a finger sensor (device No. 2).

Напряжение питания электродвигателя установлено 13.6 В. При этом угловая скорость вращения 70 об/мин, что было проверено с помощью стробоскопа.The voltage of the electric motor was set to 13.6 V. In this case, the angular speed of rotation was 70 rpm, which was checked using a stroboscope.

Устанавливались углы поворота диафрагмы в диапазоне от 0° до 100° с шагом 10°. Для каждого угла проводилось 3 измерения. Перед каждым измерением обтюратор останавливался и вновь раскручивался до скорости 70 об/мин. Результаты замеров SO2 считывались с дисплея ОГП-1.The diaphragm rotation angles were set in the range from 0 ° to 100 ° in increments of 10 °. For each angle, 3 measurements were performed. Before each measurement, the obturator stopped and again spun up to a speed of 70 rpm. The measurements of SO 2 were read from the OGP-1 display.

Результаты измерений приведены графически на фиг.2 и в таблице 2.The measurement results are shown graphically in figure 2 and in table 2.

Таблица 2.Table 2. № п/пNo. p / p Задаваемое значение Set value Угол поворота Angle of rotation Показания прибора №1Indications instrument number 1 Показания прибора №2Indications of the device No. 2 SO2 %SO 2 % диафрагмы (градусы)aperture (degrees) Частота пульса (мин-1)Heart Rate (min -1 ) SO2 %SO 2 % Частота пульса (мин-1)Heart Rate (min -1 ) SO2 %SO 2 % 1one 00 2727 137137 -- 6565 1010 22 30thirty 4040 7272 4040 6868 3737 33 50fifty 4848 6969 4545 7070 4545 4four 6060 231231 7070 5959 6767 6464 55 7070 247247 7272 6868 7272 7575 66 8080 265265 7474 7676 7373 8383 77 9090 282282 6868 8787 7070 9191 88 9595 291291 6969 9696 7171 9696 99 9898 297297 7171 9999 6969 100one hundred 1010 100one hundred 302302 7575 9999 7272 100one hundred

По оси абсцисс отложены углы поворота диафрагмы относительно пластины со светофильтрами, по оси ординат отложены результаты измерения с помощью прибора ОГП-1 значения оксигенации крови в процентах. Среднее значение по трем измерениям отмечено (*) на фиг.2.On the abscissa axis, the angles of rotation of the diaphragm relative to the plate with light filters are plotted, along the ordinate axis, the measurement results of the oxygenation of the blood in percent with the OGP-1 device are plotted. The average value for three measurements is marked (*) in figure 2.

В результате испытаний было выяснено, что среднеквадратичная погрешность измерения частоты пульса для обоих приборов не более 2 об/мин, что соответствует техническим требованиям. Прибор №1 при заданном значении SO2=0% замерил частоту второй гармоники. Это объясняется тем, что на краю исследуемого диапазона оксигенации амплитуды 1-й и 2-й гармоник сравнимы. Кроме этой точки во всем диапазоне происходило уверенное детектирование 1-й гармоники, что свидетельствует о качественной имитации пульсового сигнала.As a result of the tests, it was found out that the standard error of the pulse rate measurement for both devices is not more than 2 rpm, which corresponds to the technical requirements. The device No. 1 at a given value of SO 2 = 0% measured the frequency of the second harmonic. This is explained by the fact that at the edge of the studied oxygenation range, the amplitudes of the 1st and 2nd harmonics are comparable. In addition to this point, the 1st harmonic was confidently detected in the entire range, which indicates a high-quality imitation of the pulse signal.

Погрешность измерения SO2 в диапазоне 80-100% не более 2%. Меньшие значения SO2 измеряются с погрешностью 4%. Это соответствует техническим требованиям.The measurement error of SO 2 in the range of 80-100% is not more than 2%. Smaller SO 2 values are measured with an error of 4%. It complies with the technical requirements.

Наиболее важный диапазон измеряемой оксигенации 85-100%. В этом диапазоне отличие показаний прибора и результатов моделирования менее 2%. В диапазоне 40-85% различие менее 5%, и при SO2<40% различие менее 10%. Последние два диапазона мало существенны для практической медицины и погрешности в 5-10% допустимы.The most important range of measured oxygenation is 85-100%. In this range, the difference between the instrument readings and the simulation results is less than 2%. In the range of 40-85%, the difference is less than 5%, and for SO 2 <40% the difference is less than 10%. The last two ranges are of little significance for practical medicine and errors of 5-10% are acceptable.

В настоящее время проблемы калибровки и проверки пульсовых оксиметров не решены. При создании новых приборов используют добровольцев, которым с помощью введения специальных лекарств искусственно снижают насыщение кислородом артериальной крови. При этом удается проверить прибор в диапазоне 85-98%. Остальные значения не проверяются. Настройка приборов производится путем подбора переходной характеристики изготовляемого прибора по эталонным, проверенным на волонтерах. Многие фирмы вместо калибровки приборов ужесточают требования к спектральным характеристикам светодиодов и фотодиодов. Проводят входной контроль со значительной отбраковкой этих элементов, что позволяет без корректировки вычислительного алгоритма гарантировать приемлемую точность. Однако это на порядок повышает себестоимость прибора. Кроме того, при таком подходе невозможно учесть старение светодиодов. Очень затруднен ремонт прибора, сопряженный с заменой светоизлучающих элементов. Учитывая, что объем мирового рынка пульсоксиметров в настоящее время превышает 500 млн. долларов США, предлагаемое устройство позволяет получить значительную экономию при их проверке и калибровке.Currently, the problems of calibration and verification of pulse oximeters have not been resolved. When creating new devices, volunteers are used, who, through the introduction of special drugs, artificially reduce the oxygen saturation of arterial blood. At the same time, it is possible to check the device in the range of 85-98%. Other values are not checked. Instruments are tuned by selecting the transient response of the manufactured instrument according to the reference ones tested by volunteers. Instead of calibrating instruments, many firms tighten the spectral characteristics of LEDs and photodiodes. An input control is carried out with a significant rejection of these elements, which makes it possible to guarantee acceptable accuracy without adjusting the computational algorithm. However, this increases the cost of the device by an order of magnitude. In addition, with this approach, it is impossible to take into account the aging of the LEDs. It is very difficult to repair the device, associated with the replacement of light-emitting elements. Considering that the global market for pulse oximeters currently exceeds 500 million US dollars, the proposed device allows you to get significant savings when checking and calibrating them.

Claims (3)

1. Оптико-механический имитатор пульсирующего потока оксигенированной крови, содержащий плоский светофильтр с коэффициентом пропускания оптического излучения в видимой области τλ1, меньшим, чем в инфракрасной τλ2λ1λ2), отличающийся тем, что в плоскости светофильтра дополнительно установлены один или несколько светофильтров, коэффициенты пропускания которых в видимой области равны или больше, чем в инфракрасной (τλ1≥τλ2), при этом светофильтры оптически соединены с регулируемыми диафрагмами, выполнены в виде секторов и укреплены на прозрачном диске, который соединен с механизмом вращения с угловой скоростью, равной частоте сердечных сокращений.1. An optical-mechanical simulator of a pulsating flow of oxygenated blood, containing a flat filter with an optical radiation transmittance in the visible region τ λ1 less than that in the infrared τλ 2λ1λ2 ), characterized in that one additional filter is installed in the plane of the filter or several filters, the transmittance of which in the visible region is equal to or greater than in the infrared (τ λ1 ≥ τ λ2 ), while the filters are optically connected with adjustable diaphragms, made in the form of sectors and strengthened s on a transparent disk, which is connected to the rotation mechanism with an angular velocity equal to the heart rate. 2. Оптико-механический имитатор по п.1, отличающийся тем, что диафрагмы выполнены в виде секторов, соединенных с центром диска, и имеют свойство фиксации угла поворота.2. The optical-mechanical simulator according to claim 1, characterized in that the diaphragms are made in the form of sectors connected to the center of the disk and have the property of fixing the rotation angle. 3. Оптико-механический имитатор по п.1, отличающийся тем, что диск оптически соединен с датчиком проверяемого прибора.3. The optical-mechanical simulator according to claim 1, characterized in that the disk is optically connected to the sensor of the device under test.
RU2004137784/14A 2004-12-23 2004-12-23 Oxygenic blood pulsing flow optical-mechanical simulator RU2279143C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004137784/14A RU2279143C1 (en) 2004-12-23 2004-12-23 Oxygenic blood pulsing flow optical-mechanical simulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004137784/14A RU2279143C1 (en) 2004-12-23 2004-12-23 Oxygenic blood pulsing flow optical-mechanical simulator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2279143C1 true RU2279143C1 (en) 2006-06-27

Family

ID=36714767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004137784/14A RU2279143C1 (en) 2004-12-23 2004-12-23 Oxygenic blood pulsing flow optical-mechanical simulator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2279143C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2386388C1 (en) * 2008-07-15 2010-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") Pulse oximeter tester
CN108523871A (en) * 2018-04-20 2018-09-14 莱茵技术监护(深圳)有限公司 Test method, device and the computer readable storage medium of pulse frequency accuracy
RU2816309C1 (en) * 2023-03-13 2024-03-28 Акционерное общество "Северо-Западный региональный центр Концерна ВКО "Алмаз-Антей" - Обуховский завод" (АО "Обуховский завод") Device for laser irradiation of blood

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996034375A1 (en) * 1995-04-24 1996-10-31 Peter Einstein Method and model of corrected transposition of the great arteries
RU2069017C1 (en) * 1993-01-28 1996-11-10 Центральный институт усовершенствования врачей Device for modeling the process of filling tissues with blood
US6205871B1 (en) * 1998-12-22 2001-03-27 The Regents Of The University Of California Vascular phantoms

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2069017C1 (en) * 1993-01-28 1996-11-10 Центральный институт усовершенствования врачей Device for modeling the process of filling tissues with blood
WO1996034375A1 (en) * 1995-04-24 1996-10-31 Peter Einstein Method and model of corrected transposition of the great arteries
US6205871B1 (en) * 1998-12-22 2001-03-27 The Regents Of The University Of California Vascular phantoms

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Оху Sat Meter kit Operation and Maintenance Instruments Detailed description? Bentley Laboratories, INC., 2002. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2386388C1 (en) * 2008-07-15 2010-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") Pulse oximeter tester
CN108523871A (en) * 2018-04-20 2018-09-14 莱茵技术监护(深圳)有限公司 Test method, device and the computer readable storage medium of pulse frequency accuracy
CN108523871B (en) * 2018-04-20 2021-01-26 莱茵技术监护(深圳)有限公司 Pulse rate accuracy testing method and device and computer readable storage medium
RU2816309C1 (en) * 2023-03-13 2024-03-28 Акционерное общество "Северо-Западный региональный центр Концерна ВКО "Алмаз-Антей" - Обуховский завод" (АО "Обуховский завод") Device for laser irradiation of blood

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Essex et al. A laser Doppler scanner for imaging blood flow in skin
CA2080691C (en) Method and apparatus for measuring the concentration of absorbing substances
US4914719A (en) Multiple component gas analyzer
US5743262A (en) Blood glucose monitoring system
JP3526652B2 (en) Optical measuring method and optical measuring device
US3830569A (en) Process and apparatus for counting biological particles
CN101557752B (en) Glucose concentration measurement method in pulsatile blood
JP2015519556A5 (en)
CN106596499B (en) A kind of Raman spectrum real-time calibration method
CN104755924B (en) monosaccharide concentration sensor and method
RU2279143C1 (en) Oxygenic blood pulsing flow optical-mechanical simulator
JP2003294609A (en) Apparatus and method for multipoint measurement
US3013466A (en) Turbidity measuring instrument
JP5548989B2 (en) Fourier coefficient measurement using an integrating photodetector
TWI551269B (en) Portable analytical device and system
US2178211A (en) Optical apparatus
Nadeau et al. Component and system evaluation for the development of a handheld point-of-care spatial frequency domain imaging (SFDI) device
JP2020010880A (en) Non-invasive blood glucose meter
RU2777514C1 (en) Device for metrological monitoring of the state of optical flowmetry devices
EP1893737A2 (en) Electronically modulated dynamic optical phantoms for biomedical imaging
RU2814064C1 (en) Transparent sea water gauge
CN223553466U (en) Simulation devices and testing systems
JPS63309845A (en) Calibrator for sheet paper formation rate measuring apparatus
CN220289401U (en) Simulator for calibrating oxygen saturation of tissue
JP2020533584A (en) A device that optically measures the dose of radiation absorbed by a gel dosimeter using polarized light.

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091224