RU2049988C1 - Oximeter - Google Patents
Oximeter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2049988C1 RU2049988C1 SU5038298A RU2049988C1 RU 2049988 C1 RU2049988 C1 RU 2049988C1 SU 5038298 A SU5038298 A SU 5038298A RU 2049988 C1 RU2049988 C1 RU 2049988C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cuvette
- axis
- bundle
- fiber
- optic bundle
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к приборам для определения степени насыщения крови кислородом (StO2).The invention relates to medical equipment, namely to devices for determining the degree of saturation of blood with oxygen (StO 2 ).
Известны устройства для измерения StO2 оксигемометры, основанные на регистрации излучения двух спектральных диапазонов длин волн по обе стороны от изобестической длины волны 0,8 мкм, рассеянного в крови, в которых в качестве источников излучения использованы полупроводниковые инжекционные лазеры, расположенные на одной прямой по обе стороны цилиндрической кюветы, в качестве которой может служить светопрозрачный участок магистрали аппарата искусственного кровообращения (АИК) [1] Лазеры излучают навстречу друг другу. Фотодетектор расположен под углом 90±0,2о по отношению к оси световых пучков и связан с блоком коммутации, выход которого, в свою очередь, соединен с входом блока регистрации и отображения.Known devices for measuring StO 2 oximeter, based on the registration of radiation of two spectral ranges of wavelengths on both sides of the isobestic wavelength of 0.8 microns scattered in the blood, in which semiconductor injection lasers are used as radiation sources, located on one straight line on both side of a cylindrical cuvette, which can be a translucent section of the main line of the heart-lung machine (AIK) [1] Lasers radiate towards each other. The photodetector is located at an angle of 90 ± 0,2 with respect to the axis of the light beams and is connected to the switching unit, whose output is, in turn, connected to the input register and the display unit.
Устройство обладает недостатками, затрудняющими, а порой и исключающими их применение в хирургической практике. В частности, недостатком является удаление фотодетектора и связанного с ним предусилителя от модуля регистрации, поскольку возможно возникновение мощной электромагнитной помехи, например, как в случае использования дефибриллятора, которая может привести к выходу из строя АЦП или микросхемы, на которой выполнен предусилитель. Наряду с этим, наличие электрической связи модуля регистрации с оптическим модулем, располагаемым непосредственно на магистралях АИК, не может полностью исключить вероятность электрического пробоя на элементы аппарата, непосредственно контактирующие с пациентом. The device has disadvantages that complicate, and sometimes exclude their use in surgical practice. In particular, the disadvantage is the removal of the photodetector and the preamplifier associated with it from the registration module, since powerful electromagnetic interference can occur, for example, as in the case of a defibrillator, which can lead to failure of the ADC or microcircuit on which the preamplifier is mounted. Along with this, the presence of electrical connection between the registration module and the optical module located directly on the AIC highways cannot completely exclude the possibility of electrical breakdown on the elements of the device that are in direct contact with the patient.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство, предназначенное для контроля StO2 внутри кровеносных сосудов [2] Устройство состоит из катетера, с включенным в него оптоволоконным жгутом, один из концов которого снабжен оптическим узлом ввода излучения. Ответная часть узла содержит два излучателя-светодиода с длинами волн λ1= 0,67 мкм и λ2 0,93 мкм соответственно и фотодетектор. Фотодетектор связан с предусилителем, расположенным в едином блоке с оптическим узлом ввода, который, в свою очередь, соединен с блоком регистрации. Устройство не может быть применено для измерения бесконтактным способом в системе АИК, поскольку в этом случае погрешность измерений выходит за допустимые рамки.The closest technical solution to the proposed one is a device designed to control StO 2 inside blood vessels [2]. The device consists of a catheter with an optical fiber bundle included in it, one of the ends of which is equipped with an optical radiation input unit. The counterpart of the assembly contains two emitter-LEDs with wavelengths λ 1 = 0.67 μm and λ 2 0.93 μm, respectively, and a photo detector. The photodetector is connected to a preamplifier located in a single unit with an optical input unit, which, in turn, is connected to the registration unit. The device cannot be used for measuring in a non-contact way in the AIK system, since in this case the measurement error is beyond the permissible limits.
Недостатком данного устройства является неудовлетворительные весогабаритные характеристики, что требует дополнительной фиксации модуля на стойках АИК. В противном случае возможен разрыв соединений магистрали под весом устройства. Кроме того, фотодетектор вместе с предусилителем также отнесены на некоторое расстояние от модуля регистрации, что снижает помехоустойчивость устройства. The disadvantage of this device is the unsatisfactory weight and size characteristics, which requires additional fixation of the module on the AIC racks. Otherwise, the line connections may break under the weight of the device. In addition, the photodetector together with the preamplifier are also placed at a certain distance from the registration module, which reduces the noise immunity of the device.
Цель изобретения малый вес, повышение помехоустойчивости и надежности. The purpose of the invention is low weight, improving noise immunity and reliability.
На фиг. 1 приведена общая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 вариант фиксации оптоволоконного жгута на кювете; на фиг. 3 калибровочная зависимость StO2 f(P).In FIG. 1 shows a General diagram of the proposed device; in FIG. 2 option of fixing a fiber optic bundle on a cuvette; in FIG. 3 calibration dependence of StO 2 f (P).
Оксигемометр содержит размещенные в едином корпусе два излучателя 1 с длинами волн, лежащими по обе стороны от изобестической длины волны, оптоволоконный жгут 2, цилиндрическую кювету 3, фотодетектор 4, предусилитель 5 и генератор 6, связанные с блоком 7 коммутации, который, в свою очередь, соединен с системой 8 регистрации. Излучатель 1 расположен в одной части оптического разъема, в непосредственной близости друг от друга, там же находится и фотодетектор 4. В ответной части этого разъема содержится разветвляющийся на три отдельных ветви конец оптоволоконного жгута 2 таким образом, что две ветви расположены напротив излучателей 1, а одна напротив фотодетектора 4. Второй конец оптоволоконного жгута, объединенный в общий пучок, закреплен в держателе, располагаемом непосредственно на цилиндрической кювете 3, в качестве которой может служить эластичная светопрозрачная трубка АИК. Объединенный конец жгута 2 расположен по отношению к кювете 3 таким образом, что его продольная ось симметрии лежит в одной плоскости с осью кюветы 3, причем эта ось составляет с перпендикуляром к оси кюветы угол не менее 30-50о. Фотодетектор 4 связан с предусилителем 5, выход которого соединен с входом блока 7 коммутации, с другим его входом соединен генератор 6, формирующий импульсы питания для излучателей 1.The oximeter contains two emitters 1 with wavelengths lying on either side of the isobestic wavelength, a fiber
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Излучение от поочередно включаемых с помощью генератора 6 светодиодов 1 вводится в волокно и освещает кровь, находящуюся в цилиндрической кювете 3. Единый конец оптоволоконного жгута 2 фиксируется на кювете, в качестве которой может служить эластичная магистраль АИК, с помощью миниатюрного держателя, позволяющего его размещение на эластичной магистрали без размонтирования последней. Держатель представляет собой цилиндр с выфрезерованной цилиндрической поверхностью таким образом, что обеспечивается охват магистрали АИК на угол примерно 200о (фиг. 2). Подобная конструкция позволяет, слегка сплющив пальцами эластичную трубку АИК, ввести ее через выфрезерованную щель в держатель, где после отпускания она восстанавливает свою форму и плотно охватывается держателем, тем самым обеспечивается его надежное закрепление на магистрали. В цилиндрической поверхности держателя предусмотрено отверстие и крепление для ввода и фиксации в нем единого конца оптоволоконного жгута 2, причем угол между продольной осью симметрии этого конца и перпендикуляром к оси кюветы должен составлять 30-50о. Выбор этого угла обусловлен необходимостью исключения попадания излучения, отраженного от стенок магистрали, в принимающие волокна жгута, поскольку отраженное излучение дает постоянный аддитивный вклад в регистрируемые сигналы, который не удается исключить в результате последующей обработки, что приводит к существенной погрешности измерений. По оценкам геометрической оптики и учета приемной апертуры моноволокон, указанный угол не должен быть менее 19о, однако непосредственные измерения на реальных полимерных трубках привели к увеличению данного угла до 30о, что связано с невозможностью учета в оценках мутности стенок трубок и соответственно обусловленного этим неучета рассеяния на них. Вместе с тем необходимо учитывать, что увеличение этого угла вплоть до 90о приводит к снижению регистрируемых сигналов, что также ухудшает точность измерений. Таким образом, сделав угол между осью оптоволоконного жгута 2 и перпендикуляром к оси цилиндрической кюветы 3 не менее 30, но не более 50о обеспечивается прием излучения, рассеянного только кровью, и позволяет реализовать погрешность измерений, не превышающую ±2% в диапазоне насыщения крови кислородом от 40 до 100% Также на погрешность измерений влияет соотношение диаметров оптоволоконного жгута и цилиндрической кюветы: диаметр оптоволоконного жгута должен быть много меньше диаметра кюветы (d/D<<1). В противном случае начинает давать вклад цилиндричность кюветы, что влечет увеличение погрешности измерений свыше ±2% В принципе возможно использование оптоволоконного жгута любого диаметра, но этот диаметр будет определять и минимальный диаметр кюветы.The radiation from the LEDs 1, alternately switched on by means of a
Далее это излучение принимается фотодетектором 4. Фототок с фотодетектора 4 усиливается предусилителем 5 и поступает на вход блока 7 коммутации, с которым также связан генератор 6. Здесь происходит выделение импульсов фототока, соответствующих излучению каждого из источников 1, после чего выделенные и усиленные импульсы фототока поступают на вход блока 8 регистрации, где осуществляется их анализ и обработка. Further, this radiation is received by the
Определение StO2 основано на нахождении отношения Р величин фототоков, соответствующих интенсивностям рассеянного в крови излучения с λ2 0,96 мкм и λ10,65 мкм соответственно (Р Iик/Iк). Значение StO2 вычисляется как функция этого параметра: StO2 f(P) (фиг. 3).The determination of StO 2 is based on finding the ratio P of the photocurrent values corresponding to the intensities of the radiation scattered in the blood with λ 2 0.96 μm and λ 1 0.65 μm, respectively (P I ik / I k ). The value of StO 2 is calculated as a function of this parameter: StO 2 f (P) (Fig. 3).
В качестве источников излучения I использованы светодиоды с длинами волн λ1 0,65 мкм и λ2 0,96 мкм соответственно, включающиеся попеременно с частотой f 0,5 кГц и длительностью 0,25 мкс. Оптоволоконный жгут 2 представляет собой нерегулярный пучок моноволокон с диаметром 50 мкм каждое. На одном конце жгут разделен на три ветви, содержащие равное количество волокон, диаметр каждой такой ветви равен 1 мм. Такой диаметр ветви позволяет избежать специальных устройств ввода излучения без существенных потерь мощности излучения. С другой стороны, светочувствительная площадка фотодетектора 4 сравнима по величине с сечением одинарной ветви, поэтому и в этом случае потери излучения ничтожны. На другом конце все моноволокна собраны в единый жгут, в котором моноволокна перемешаны случайным образом. Диаметр этого конца равен 1,8 мм. В качестве фотодетектора использован кремниевый фотодиод. Система регистрации разработана на базе процессора.As radiation sources I, we used LEDs with wavelengths of λ 1 0.65 μm and λ 2 0.96 μm, respectively, which are switched alternately with a frequency f of 0.5 kHz and a duration of 0.25 μs. Fiber
Использование данной конструкции держателя оптоволоконного жгута на кювете позволяет использовать один оптоволоконный жгут, в случае перехода к измерениям на кюветах другого диаметра смене подлежит только держатель. Using this design of the holder of the fiber optic bundle on the cuvette allows the use of one fiber optic bundle, in the case of transition to measurements on cuvettes of a different diameter, only the holder is subject to change.
Данное устройство позволяет проводить измерения на кюветах всех используемых в клинической практике диаметров, начиная с 6 мм. Это ограничение связано с тем, что благодаря нерегулярности оптоволоконного жгута условия измерения приближаются к условиям задачи о рассеянии падающей плоской волны на полубесконечный слой случайных рассеивателей. В связи с этим необходимо соблюсти условие: диаметр оптоволоконного жгута должен быть много меньше диаметра кюветы (d/D<<1). This device allows measurements on cuvettes of all diameters used in clinical practice, starting from 6 mm. This limitation is due to the fact that due to the irregularity of the optical fiber bundle, the measurement conditions approach the conditions of the problem of scattering an incident plane wave by a semi-infinite layer of random scatterers. In this regard, it is necessary to observe the condition: the diameter of the fiber optic bundle should be much smaller than the diameter of the cell (d / D << 1).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5038298 RU2049988C1 (en) | 1992-03-20 | 1992-03-20 | Oximeter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5038298 RU2049988C1 (en) | 1992-03-20 | 1992-03-20 | Oximeter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2049988C1 true RU2049988C1 (en) | 1995-12-10 |
Family
ID=21602334
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5038298 RU2049988C1 (en) | 1992-03-20 | 1992-03-20 | Oximeter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2049988C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003077756A1 (en) * | 2002-03-19 | 2003-09-25 | Federalnoe Gosudarstvennoe Unitarnoe Predpriyatie Nauchno-Issledovatelskiy Institut 'polyus' | Physiological method for defining the state of biological tissue (variants) and diagnostic system for carrying out said method |
-
1992
- 1992-03-20 RU SU5038298 patent/RU2049988C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 1668920, кл. G 01N 21/00, 1988. * |
2. J. Assn. Advan. Med. instrum. US, N 2, 1971, p.77. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003077756A1 (en) * | 2002-03-19 | 2003-09-25 | Federalnoe Gosudarstvennoe Unitarnoe Predpriyatie Nauchno-Issledovatelskiy Institut 'polyus' | Physiological method for defining the state of biological tissue (variants) and diagnostic system for carrying out said method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4449535A (en) | Apparatus for measuring in situ the state of oxidation-reduction of a living organ | |
EP0955865B1 (en) | Apparatus for diode laser pulse oximetry using multifiber optical cables and disposable fiber optic probes | |
US6095974A (en) | Disposable fiber optic probe | |
JP5078099B2 (en) | Optical fiber device for detecting light scattering to differentiate blood cells and the like | |
JP3617576B2 (en) | Optical measuring device for light scatterers | |
ES2633562T3 (en) | Optical probe for optical imaging system | |
EP0577684B1 (en) | Method and apparatus for glucose concentration monitoring | |
US7356365B2 (en) | Method and apparatus for tissue oximetry | |
JPH02206478A (en) | Optical diagnostic apparatus | |
US5353791A (en) | Optical organism measuring apparatus | |
RU2527160C2 (en) | Device for measuring blood flow in body tissue | |
US6487343B1 (en) | Fiber optic light mixer | |
US6795195B1 (en) | System and method for tomographic imaging of dynamic properties of a scattering medium | |
US6892006B2 (en) | Fiber optic light mixer | |
GB1574352A (en) | Fibre optic probes and the calibration thereof | |
JPH11344442A (en) | Method for deciding medium parameter and self-reference type optical sensor | |
ATE468068T1 (en) | BLOODLESS MEASUREMENT OF ANALYTES FROM BLOOD | |
US7307258B2 (en) | Terahertz system for detecting the burn degree of skin | |
US20130158413A1 (en) | Optical measurement of physiological blood parameters | |
GB2228314A (en) | Optical examination apparatus | |
JPH07503799A (en) | Improvement of optical mode mixer using optical fiber bundle | |
US5569911A (en) | Fiber optic system for remote fluorescent sensing using excitation and return fibers | |
RU2049988C1 (en) | Oximeter | |
BR9808788B1 (en) | DEVICE FOR MEASURING FLUORESCENCE EXCITED BY LIGHT | |
US20100219354A1 (en) | Device for measuring fluorescent radiation on biological substances with a semi-conductor sensor arrangement |