RU2199943C2

RU2199943C2 - Method and device for recording pulse wave and biometric system

Info

Publication number: RU2199943C2
Application number: RU2001105097A
Authority: RU
Inventors: В.А. Минкин; А.И. Штам
Original assignee: Многопрофильное предприятие ООО "Элсис"
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2003-03-10
Also published as: WO2002065902A1

Abstract

FIELD: medicine; medical engineering. SUBSTANCE: device has compact optoelectronic transducer including one or several photosensitive adjacent areas intended for detecting local pulsation zones. Biometric system has means for data transmission into information retrieval system, means for receiving and processing data and biometric device for recording user pulse waves. EFFECT: wide range of functional applications. 10 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к областям медицины, биометрии, электроники и может быть использовано для регистрации пульсовой волны, измерения и исследования физиологических, кардиологических и гемолитических параметров, гемодинамики в сосудах и кровенаполнения тканей при неинвазивном постоянном или периодическом мониторинге пациентов или пользователей электронно-бытовых изделий. The invention relates to the fields of medicine, biometry, electronics and can be used to register a pulse wave, measure and study physiological, cardiological and hemolytic parameters, hemodynamics in blood vessels and blood supply to tissues with non-invasive constant or periodic monitoring of patients or users of electronic household products.

Известен ряд неинвазивных способов, устройств и систем, исследующих деятельность организма человека, основанных на различных физических механизмах, связанных с образованием и распространением пульсовой волны. Основные физические методы исследований связаны с измерением изменения во времени следующих физических величин: электрических, например тока (напряжения) с помощью электрокардиограмм (ЭКГ); механических, например давления с помощью манометра или пьезодатчика; оптических, например освещенности с помощью оптоэлектронных преобразователей. Регистрация пульсовой волны с помощью ЭКГ [1, 2] или датчиков давления [3, 4, 5] обычно требует фиксированного подключения специальных датчиков к нескольким местам на теле пациента, что ограничивает возможные применения данных устройств чисто медицинскими применениями, не допуская встраивания этих устройств в другие электронно-бытовые устройства и системы. A number of non-invasive methods, devices and systems are known that study the activity of the human body, based on various physical mechanisms associated with the formation and propagation of a pulse wave. The main physical research methods are related to measuring the time changes of the following physical quantities: electrical, for example, current (voltage) using electrocardiograms (ECG); mechanical, such as pressure using a manometer or piezoelectric transducer; optical, such as illumination using optoelectronic converters. Registration of a pulse wave using an ECG [1, 2] or pressure sensors [3, 4, 5] usually requires a fixed connection of special sensors to several places on the patient’s body, which limits the possible applications of these devices to purely medical applications, preventing these devices from being integrated into other electronic devices and systems.

Известные одноэлементные устройства и способы оптической регистрации пульсовой волны [6, 7] во многих случаях позволяют регистрировать периферический пульс, например, при легком касании пальцем пользователя оптоэлектронного преобразователя. Однако в некоторых случаях, например, если у пользователя холодные руки или слишком слабый (сильный) прижим пальца к фотоприемнику, то не удается устойчиво регистрировать пульсовую волну у всех 100% пациентов. Known single-element devices and methods for optical registration of a pulse wave [6, 7] in many cases make it possible to register a peripheral pulse, for example, by lightly touching the optoelectronic converter with a finger of a user. However, in some cases, for example, if the user has cold hands or too weak (strong) finger pressure on the photodetector, then it is not possible to stably register the pulse wave in all 100% of patients.

Известны способ и устройство регистрации пульсовой волны, позволяющие устойчиво выявлять пульс с помощью двухканального оптоэлектронного преобразователя. A known method and device for recording a pulse wave, which allows stably detecting a pulse using a two-channel optoelectronic converter.

В известном способе регистрации пульсовой волны импульсные последовательности, пропорциональные оптической плотности рассеивания света в кровонесущей ткани, формируют двухканальным оптоэлектронным преобразователем с длинами волн инфракрасного диапазона, при этом импульсная последовательность центрального пульса обеспечивает жесткую синхронизацию режимов измерения, а результат измерения на индикаторе линейно связан с разностью фаз двух импульсных последовательностей. In the known method for registering a pulse wave, pulse sequences proportional to the optical density of light scattering in a blood-bearing tissue are formed by a two-channel optoelectronic converter with infrared wavelengths, while the pulse sequence of the central pulse provides tight synchronization of the measurement modes, and the measurement result on the indicator is linearly related to the phase difference two pulse sequences.

Устройство содержит первый оптоэлектронный преобразователь, выход которого соединен со входом первого формирователя импульсной последовательности, выход которого соединен с первым входом ключевой логической схемы И-НЕ и первым входом формирователя команд управления. Выход второго оптоэлектронного преобразователя соединен со входом второго формирователя импульсной последовательности, выход которого соединен со вторым входом ключевой логической схемы И-НЕ. Первый выход формирователя команд управления соединен с третьим входом ключевой логической схемы И-НЕ, а второй и третий выходы подключены соответственно ко входам первого и второго оптоэлектронных преобразователей. На четвертый вход ключевой логической схемы И-НЕ подключен генератор измерительной частоты. Кнопка пуска подключена ко второму и третьему входам формирователя команд управления. Выход ключевой логической схемы И-НЕ соединен со входом счетчика частоты, выход которого подключен на вход регистра памяти. Соответственно выход регистра памяти подключен к индикатору. The device comprises a first optoelectronic converter, the output of which is connected to the input of the first pulse sequence driver, the output of which is connected to the first input of the NAND key logic circuit and the first input of the control command generator. The output of the second optoelectronic converter is connected to the input of the second pulse shaper, the output of which is connected to the second input of the AND-NOT key logic circuit. The first output of the control command generator is connected to the third input of the NAND key logic circuit, and the second and third outputs are connected respectively to the inputs of the first and second optoelectronic converters. The fourth input of the key logic circuit is NOT connected to the measuring frequency generator. The start button is connected to the second and third inputs of the control command generator. The output of the key logic circuit is NOT connected to the input of the frequency counter, the output of which is connected to the input of the memory register. Accordingly, the output of the memory register is connected to the indicator.

Данные способ и устройство [8] взяты нами за прототип. Прототип позволяет устойчиво регистрировать пульсовую волну и проводить измерение скорости распространения пульсовой волны, артериального давления, температуры тела и содержания гемоглобина в крови, однако, отличается определенной аппаратной сложностью, также требует фиксированного подключения оптических датчиков по крайней мере к двум различным местам на теле пациента, что также ограничивает возможность применения данных устройств чисто медицинскими применениями, не допуская встраивания этих устройств в другие электронно-бытовые устройства и системы. These method and device [8] we have taken as a prototype. The prototype allows you to stably register a pulse wave and measure the pulse wave velocity, blood pressure, body temperature and hemoglobin in the blood, however, it has a certain hardware complexity, it also requires a fixed connection of optical sensors to at least two different places on the patient’s body, which also limits the possibility of using these devices for purely medical applications, preventing the incorporation of these devices into other electronic household appliances e devices and systems.

Известна биометрическая система передачи, приема и преобразования данных, включающая
a) субсистему хранения, передачи приема и преобразования данных;
b) субсистему распознавания для определения персональной идентичности;
c) вторую систему распознавания, использующую по крайней мере один неспецифический биометрический параметр физиологической характеристики;
d) первую субсистему сравнения для сравнения биометрического параметра персональной идентичности;
e) вторую субсистему сравнения для сравнения неспецифических биометрических параметров с физиологическими нормами;
f) субсистему идентификации, принимающую решение об идентичности пользователя с учетом результатов, полученных от первой и второй субсистем сравнений.Known biometric system for transmitting, receiving and converting data, including
a) a subsystem for storing, transmitting, receiving and converting data;
b) a recognition subsystem for determining personal identity;
c) a second recognition system using at least one non-specific biometric parameter of a physiological characteristic;
d) a first comparison subsystem for comparing the biometric parameter of personal identity;
e) a second comparison subsystem for comparing non-specific biometric parameters with physiological norms;
f) an identification subsystem deciding on the user's identity, taking into account the results obtained from the first and second comparison subsystems.

Данная система [9] взята нами за прототип. Указанная система позволяет использовать основной процессор для обработки, передачи приема и преобразования как основной, так и биометрической информации, в том числе и о пульсе пользователя. This system [9] was taken by us as a prototype. This system allows you to use the main processor for processing, transmitting reception and conversion of both basic and biometric information, including the user's pulse.

Причем информация о пульсе пользователя используется для принятия решения о его идентификации. Однако использование информации о пульсовой волне в медицинских целях не предполагалась, т.к. получаемая информация недостаточно надежна и стабильна. Moreover, the information about the user's pulse is used to make a decision on his identification. However, the use of information about the pulse wave for medical purposes was not intended, because The information received is not reliable and stable.

Заявляемые способ, устройство и система решают задачу как просто и с повышенной надежностью регистрировать пульсовую волну, располагая датчик в контакте с одной областью тела пользователя, что позволяет одновременно совмещать решение медицинских, биометрических и бытовых задач. The inventive method, device and system solve the problem of how simple and with increased reliability to register a pulse wave, placing the sensor in contact with one area of the user's body, which allows you to simultaneously combine the solution of medical, biometric and domestic problems.

Достигается это тем, что в известном способе регистрации пульсовой волны, включающем освещение кровонесущей ткани, преобразование светового потока, обусловленного рассеянием на кровонесущей ткани, в электрический сигнал с помощью оптоэлектронного преобразователя и обработку полученной пульсовой волны, позволяющую выявлять и анализировать физиологические параметры, фоточувствительную или фоточувствительные области оптоэлектронного преобразователя располагают на находящихся рядом местах кровонесущей ткани и ориентируют их таким образом, чтобы выявить локальные зоны пульсации. This is achieved by the fact that in the known method of registering a pulse wave, including illumination of a blood-bearing tissue, converting the light flux caused by scattering on a blood-bearing tissue, into an electrical signal using an optoelectronic converter and processing the resulting pulse wave, which allows to detect and analyze physiological parameters, photosensitive or photosensitive areas of the optoelectronic transducer are located on adjacent places of blood-bearing tissue and orient them in such way to identify local areas of ripple.

В другом варианте способа оптоэлектронный преобразователь включает одну или несколько одинаковых фоточувствительных областей с линейными размерами по горизонтали, превосходящими размеры по вертикали, например в форме прямоугольника, причем ориентируют их таким образом, чтобы большие стороны фоточувствительных областей располагались перпендикулярно основному направлению тока в кровонесущей ткани. In another embodiment of the method, the optoelectronic converter includes one or more identical photosensitive regions with horizontal linear dimensions exceeding the vertical dimensions, for example in the form of a rectangle, and they are oriented so that the large sides of the photosensitive regions are perpendicular to the main direction of the current in the blood-bearing tissue.

В следующем варианте способа в качестве оптоэлектронного преобразователя используют матричный многоэлементный фоточувствительный прибор. In a further embodiment of the method, an array multi-element photosensitive device is used as an optoelectronic converter.

В другом варианте способа световой поток получают, освещая кровонесущую ткань импульсным светом, причем выбирают длительность световых импульсов не более 20 м/c, световые импульсы осуществляют синхронно с режимом накопления матричного фоточувствительного прибора, а электрический сигнал получают, складывая и/или усредняя сигналы с отдельных элементов матричного фоточувствительного приемника в выбранных областях, располагая указанные области перпендикулярно основному направлению тока крови в кровонесущей ткани. In another embodiment of the method, the light flux is obtained by illuminating the blood-bearing tissue with pulsed light, moreover, the duration of the light pulses is selected no more than 20 m / s, the light pulses are carried out synchronously with the accumulation mode of the matrix photosensitive device, and the electrical signal is obtained by adding and / or averaging signals from individual elements of the matrix photosensitive receiver in selected areas, placing these areas perpendicular to the main direction of blood flow in the blood-bearing tissue.

Известно, что пульсовая волна, образованная при деятельности сердца, связанная с периодическим выбросом ударного объема крови в аорту, перемещается по артериям, венам и капиллярам весьма специфически. Однако до настоящего времени предполагалось, что форма пульсовой волны, определяемая целым рядом физиологических параметров, может изменяться значительно только при значительном изменении места регистрации пульсовой волны при регистрации ее одним методом. Например, в прототипе проводилась регистрация пульсовой волны в одной области тела у устья аорты и в другой области тела у артерии в верхней трети бедра или верхней и нижней голени. Аналогично, в значительно удаленных друг от друга точках человеческого тела происходит стандартная регистрация ЭКГ [1] . Однако, как это не удивительно, но авторы экспериментально установили, что даже небольшое изменение точки регистрации пульса оптическим методом может вызвать значительное изменение формы пульсовой волны, и кроме того, форма пульсовой волны зависит от формы и расположения фоточувствительного элемента. Вероятно, это вызвано тем, что на регистрируемую форму пульсовой кривой оказывают существенное влияние отражения и интерференция волн, а также процессы обмена веществ, происходящие на капиллярном и клеточном уровне при их рассмотрении с дискретностью фоточувствительных элементов сравнимой с размерами капилляров и клеток. It is known that the pulse wave formed during the activity of the heart, associated with the periodic ejection of the stroke volume of blood into the aorta, moves through the arteries, veins and capillaries very specifically. However, to date, it was assumed that the shape of the pulse wave, determined by a number of physiological parameters, can change significantly only with a significant change in the place of registration of the pulse wave when registering it by one method. For example, in the prototype, a pulse wave was recorded in one area of the body at the mouth of the aorta and in another area of the body at the artery in the upper third of the thigh or upper and lower tibia. Similarly, at significantly remote from each other points of the human body, standard ECG recording occurs [1]. However, it is not surprising, but the authors experimentally found that even a small change in the pulse registration point by the optical method can cause a significant change in the shape of the pulse wave, and in addition, the shape of the pulse wave depends on the shape and location of the photosensitive element. This is probably due to the fact that the recorded shape of the pulse curve is significantly affected by wave reflection and interference, as well as metabolic processes occurring at the capillary and cellular levels when they are examined with the discreteness of photosensitive elements comparable to the sizes of capillaries and cells.

До настоящего времени предполагалось, что для получения лучшего качества при регистрации пульсовой волны следует применять стандартные (квадратные или круглые) фотодиоды, причем увеличение площади фотодиодов такой формы приводит к повышению чувствительности оптоэлектронного преобразователя. Исследования пульсовой волны, проведенные авторами с помощью матричных фотоприемников и различных вариантов освещения, показали, что при регистрации пульсовой волны по отдельно взятым областям матричного фоточувствительного прибора можно добиться значительно большего увеличения чувствительности, чем при интегральной регистрации пульса со всей площади фотоприемника. С физической точки зрения это может быть вызвано тем, что процессы, происходящие в кровонесущей ткани, прижатой к различным элементам фотоприемника, могут, условно говоря, находиться в противофазе, т.е., если пульсовая волна относительно медленно по отношению к временным интервалам регистрации проходит над прижатой к фотоприемнику кровонесущей тканью, то фотоприемник одновременно принимает свет от условно "темной" и "светлой" области ткани, интегрируя его в "серый". При минимизации размеров элементов фотоприемника до размеров клеток ткани с разной оптической плотностью и той же скоростью прохождения пульсовой волны в ее регистрации произойдет увеличение чувствительности (контрастности, амплитуды) пульсовой волны, т.е. светлый элемент будет восприниматься как светлый, а темный - как темный без интеграции. В следующий момент времени пульсовая волна сдвинется и "темный" элемент превратится в "светлый" или, наоборот, причем относительная контрастность пульсовой волны без интеграции маленьких элементов будет выше, чем с интеграцией элементов, если эти элементы расположены случайно относительно движения пульсовой волны. Если же пульсовая волна движется вдоль определенного направления, то во всех точках ткани, расположенных в поперечном сечении, наблюдается, примерно, одна оптическая плотность и расположение фоточувствительных элементов поперек направления тока крови, хотя и не приведет к увеличению чувствительности, но за счет интеграции сигнала с элементов приведет к уменьшению шумов и повысит качество и надежность при регистрации пульсовой волны. Until now, it was assumed that to obtain better quality when recording a pulse wave, standard (square or round) photodiodes should be used, and an increase in the area of photodiodes of this form leads to an increase in the sensitivity of the optoelectronic converter. Investigations of the pulse wave by the authors using matrix photodetectors and various lighting options showed that when registering the pulse wave in individual areas of the matrix photosensitive device, it is possible to achieve a significantly greater increase in sensitivity than with integral pulse recording from the entire area of the photodetector. From a physical point of view, this can be caused by the fact that the processes occurring in the blood-bearing tissue pressed against various elements of the photodetector can, relatively speaking, be in antiphase, i.e., if the pulse wave is relatively slow with respect to the time intervals of recording above the blood-bearing tissue pressed to the photodetector, the photodetector simultaneously receives light from the conditionally "dark" and "light" region of the fabric, integrating it into the "gray". When minimizing the sizes of the elements of the photodetector to the sizes of tissue cells with different optical density and the same speed of the pulse wave in its registration, there will be an increase in the sensitivity (contrast, amplitude) of the pulse wave, i.e. the light element will be perceived as light, and the dark - as dark without integration. At the next moment of time, the pulse wave will shift and the “dark” element will turn into “light” or, conversely, the relative contrast of the pulse wave without integration of small elements will be higher than with integration of elements if these elements are located randomly relative to the movement of the pulse wave. If the pulse wave moves along a certain direction, then at all points of the tissue located in the cross section, approximately one optical density and arrangement of photosensitive elements across the direction of blood flow is observed, although it will not lead to an increase in sensitivity, but due to the integration of the signal with elements will reduce noise and improve the quality and reliability of pulse wave recording.

Использование для регистрации пульсовой волны двух и более независимых фоточувствительных областей позволяет существенно повысить стабильность и точность регистрации пульсовой волны, т.к. позволяет отделять физиологические повторяющиеся процессы от случайных, регистрировать объемный пульс, зависящий не только от времени, но и от координат и, естественно, более информативный с точки зрения физиологических параметров и позволяющий получать и использовать ряд новых информативных параметров, например разность оптической плотности, по физическому смыслу аналогичную разности электрических потенциалов. The use of two or more independent photosensitive regions for registering a pulse wave can significantly increase the stability and accuracy of pulse wave registration, since allows you to separate physiological repetitive processes from random, to register a volume pulse that depends not only on time but also on coordinates and, of course, more informative in terms of physiological parameters and allows you to obtain and use a number of new informative parameters, for example, the difference in optical density, in physical meaning similar to the difference in electric potentials.

Существенным для регистрации пульсовой волны является возможность независимого приема оптической информации с различных мест кровонесущей ткани, а не количество каналов считывания, которых может быть несколько в случае расположения рядом нескольких фотодиодов, или один, например, в случае реализации фоточувствительных элементов в виде матричного фоточувствительного прибора с переносом заряда. Essential for registering a pulse wave is the ability to independently receive optical information from various places of the blood-bearing tissue, and not the number of reading channels, which may be several if several photodiodes are located nearby, or one, for example, in the case of the implementation of photosensitive elements in the form of a matrix photosensitive device with charge transfer.

Выбор одной или нескольких фоточувствительных областей с линейными размерами по горизонтали, значительно превосходящими размеры по вертикали, например, в форме прямоугольника и расположение большей стороны фоточувствительных областей перпендикулярно основному току крови в кровонесущей ткани приводит к тому, что части кровонесущей ткани, контактирующие с фоточувствительными областями, представляют собой зоны с одинаковой пульсацией, а значит происходит повышение чувствительности и надежности при регистрации пульсовой волны. The selection of one or more photosensitive areas with linear horizontal dimensions significantly exceeding the vertical dimensions, for example, in the form of a rectangle and the location of the greater side of the photosensitive areas perpendicular to the main blood flow in the blood-bearing tissue, leads to the fact that parts of the blood-bearing tissue in contact with the photosensitive regions they are zones with the same ripple, which means that there is an increase in sensitivity and reliability when registering a pulse wave.

Использование матричного многоэлементного фоточувствительного прибора в качестве фоточувствительной области оптоэлектронного преобразователя позволяет регистрировать пульсовую волну в любой точке матрицы, а значит выявлять зоны максимальной пульсации и формировать оптимальные фоточувствительные области (в пределах матрицы) для надежного и информативного измерения физиологических параметров пользователя. Using a matrix multi-element photosensitive device as the photosensitive region of the optoelectronic converter allows you to register a pulse wave at any point in the matrix, which means identifying zones of maximum ripple and forming optimal photosensitive regions (within the matrix) for reliable and informative measurement of the physiological parameters of the user.

Освещение кровонесущей ткани импульсным светом длительностью не более 20 м/c синхронно с режимом накопления матричного прибора и сложение и/или усреднение сигнала с отдельных элементов матричного фоточувствительного прибора в выбранных областях при их расположении перпендикулярно основному току крови в кровонесущей ткани позволяет обеспечить не менее 50 достоверных отсчетов в секунду, что необходимо для повышения качества регистрации пульсовой волны, и уменьшение влияния случайного шума и помех на результат регистрации. Illumination of the blood-bearing tissue with pulsed light lasting no more than 20 m / s synchronously with the accumulation mode of the matrix device and the addition and / or averaging of the signal from individual elements of the matrix photosensitive device in selected areas when they are located perpendicular to the main blood flow in the blood-bearing fabric can provide at least 50 reliable counts per second, which is necessary to improve the quality of the registration of the pulse wave, and to reduce the influence of random noise and interference on the registration result.

Решение задачи как просто и надежно регистрировать пульсовую волну достигается также тем, что в известном устройстве регистрации пульсовой волны, включающем оптоэлектронный преобразователь, модуль управления, преобразования и обработки сигнала, согласованный с оптоэлектронным преобразователем, оптоэлектронный преобразователь содержит одну или несколько фоточувствительных областей, расположенных в непосредственной близости друг к другу, имеющих форму, позволяющую выявить локальные зоны пульсации. The solution to the problem of how simple and reliable to register a pulse wave is also achieved by the fact that in the known device for recording a pulse wave, including an optoelectronic converter, a control module, conversion and signal processing, matched with an optoelectronic converter, the optoelectronic converter contains one or more photosensitive areas located in the immediate proximity to each other, having a form that allows to identify local zones of pulsation.

Расположение фоточувствительных областей, имеющих форму, совпадающую с зонами локальной пульсации в непосредственной близости между собой, позволяет интегрировать полезную информацию и повысить точность регистрации пульсовой волны. The location of photosensitive regions having a shape that coincides with the zones of local ripple in close proximity to each other allows you to integrate useful information and improve the accuracy of registration of the pulse wave.

В варианте устройства фоточувствительные области имеют линейный размер по горизонтали, значительно превосходящий линейный размер по вертикали, закреплены в одном корпусе параллельно друг другу на расстоянии не более 2 см. Это позволяет просто и устойчиво регистрировать периферический пульс на пальцах пользователя. In a variant of the device, the photosensitive regions have a linear horizontal dimension significantly exceeding the vertical linear dimension, are fixed in one housing parallel to each other at a distance of no more than 2 cm. This allows a simple and stable recording of a peripheral pulse on the user's fingers.

В другом варианте устройства фоточувствительные области состоят из фоточувствительных элементов матричного многоэлементного фотоприемника, а модуль управления синхронизирует накопление элементов фотоприемника с осветителем. In another embodiment of the device, the photosensitive regions consist of the photosensitive elements of the array multi-element photodetector, and the control module synchronizes the accumulation of the elements of the photodetector with the illuminator.

Это позволяет адаптивно формировать фотоприемные области, совпадающие с зонами максимальной локальной пульсации, что повышает надежность регистрации пульсовой волны. This allows one to adaptively form photodetector regions coinciding with the zones of maximum local ripple, which increases the reliability of pulse wave recording.

В следующем варианте устройства матричный многоэлементный фотоприемник дополнительно является формирователем дактилоскопического изображения, что позволяет совмещать медицинские, биометрические и бытовые функции в одном устройстве и расширить область применения заявляемого устройства. In the next version of the device, the multi-element matrix photodetector is additionally a fingerprint imager, which allows combining medical, biometric and domestic functions in one device and expanding the scope of the claimed device.

В предлагаемой биометрической системе приема, передачи и преобразования данных, состоящей из средств для передачи основных данных в информационную подсистему по заданному каналу связи, средств приема и преобразования основных данных, связанных со средством передачи основной информации, биометрическое устройство представляет собой средство регистрации пульсовой волны пользователя, выполненное в соответствии с предлагаемой заявкой на изобретение. In the proposed biometric system for receiving, transmitting and converting data, consisting of means for transmitting basic data to the information subsystem via a given communication channel, means for receiving and converting basic data associated with the means for transmitting basic information, the biometric device is a means of registering a user's pulse wave, made in accordance with the proposed application for the invention.

Дополнительное включение указанного устройства регистрации пульсовой волны в биометрическую систему позволяет расширить биометрическую систему за счет дополнительных медицинских и диагностических функций. The additional inclusion of the indicated pulse wave registration device in the biometric system allows you to expand the biometric system due to additional medical and diagnostic functions.

В другом варианте биометрической системы средство приема передачи и преобразования основных данных представляет собой телефон, дополнительно содержащий средства для коррекции физиологического и/или психологического состояния пользователя. Это позволяет расширить функциональные возможности системы за счет осуществления регулируемых лечебных воздействий на организм человека. In another embodiment of the biometric system, the means for transmitting and converting the basic data is a telephone, further comprising means for correcting the physiological and / or psychological state of the user. This allows you to expand the functionality of the system due to the implementation of regulated therapeutic effects on the human body.

Применение и использование предлагаемого способа и устройства позволяет разработать новый класс электронных систем, сочетающих в себе медицинские, биометрические и бытовые функции. Возможность надежной регистрации пульсовой волны при легком касании одного оптоэлектронного датчика значительно расширит области применения устройств, механический контакт которых с пользователем является необходимым свойством их функционирования, например компьютерная мышь, телефон, руль автомобиля. В этом случае одновременно с выполнением устройством основной функции (например, для компьютерной мыши - это интерактивный обмен информацией пользователя с компьютером, для телефона - это прием, передача и преобразование звуковой информации по каналу связи) может происходить регистрация пульсовой волны с помощью предлагаемого устройства или способа, расчет физиологических параметров пользователя на основании данных пульсовой волны, передача этих данных о физиологических параметрах непосредственно пользователю или другому оператору. Application and use of the proposed method and device allows you to develop a new class of electronic systems that combine medical, biometric and domestic functions. The ability to reliably register a pulse wave with a light touch of one optoelectronic sensor will significantly expand the field of application of devices whose mechanical contact with the user is a necessary property of their functioning, for example, a computer mouse, telephone, car steering wheel. In this case, simultaneously with the device performing its main function (for example, for a computer mouse, this is an interactive exchange of user information with a computer, for a phone, it is the reception, transmission and conversion of audio information via a communication channel), a pulse wave can be recorded using the proposed device or method , the calculation of the physiological parameters of the user based on the data of the pulse wave, the transmission of these data on physiological parameters directly to the user or other operator.

Для многих людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями, получение такой предупредительной информации вовремя, до наступления кризиса, может сохранить здоровье или даже жизнь. Если, например, при разговоре по телефону пользователь получает неприятное известие, начинает волноваться, нервничать, то, естественно, изменяются параметры пульсовой волны, увеличивается частота пульса, появляется аритмия и т.п. Предлагаемая биометрическая система может проанализировать произошедшие физиологические изменения, например, с помощью основного процессора, установленного в телефонную трубку мобильного телефона, или в другом случае, передав пульсограмму пользователя через интернет на специальный сервер, который проведет ее обработку и также через интернет мгновенно направит информацию - предупреждение пользователю, который, не зная об этом, продолжает разговор по основному каналу связи. Полученная предупредительная информация может иметь любой известный вид, например текстовый или звуковой. Возможно, что вовремя полученное сообщение: "не волнуйтесь, дышите глубже" или "дышите чаще" в зависимости от физиологических параметров сможет нормализовать параметры пользователя. For many people suffering from cardiovascular diseases, receiving such warning information on time, before the onset of the crisis, can save health or even life. If, for example, when talking on the phone, the user receives unpleasant news, starts to get worried, nervous, then, of course, the parameters of the pulse wave change, the pulse frequency increases, arrhythmia appears, etc. The proposed biometric system can analyze the physiological changes that have occurred, for example, using the main processor installed in the handset of a mobile phone, or in another case, transmitting the user’s pulsogram via the Internet to a special server that will process it and also send information instantly via the Internet - a warning a user who, unaware of this, continues to talk through the main communication channel. The warning information received may be of any known form, for example, text or sound. It is possible that the message received in time: “don’t worry, breathe deeper” or “breathe more often” depending on physiological parameters will be able to normalize the user’s parameters.

Известна возможность нормализации физиологических параметров при подаче на пациента электромагнитных импульсов [9]. Дополнительно оснащенное таким приспособлением устройство, например телефон, согласно предлагаемой биометрической системе, из обычного телефона, приносящего определенный вред из-за генерируемого высокочастотного электромагнитного излучения, превратится в биотелефон, приносящий пользу, который может использоваться не только для диагностики, но и для лечения заболеваний и коррекции физиологических параметров пользователя. Known is the possibility of normalizing physiological parameters when applying electromagnetic pulses to a patient [9]. Additionally equipped with such a device, a device, for example a telephone, according to the proposed biometric system, from a conventional telephone, which causes certain harm due to the generated high-frequency electromagnetic radiation, will turn into a biotelephone, which can be useful, which can be used not only for diagnosis, but also for the treatment of diseases and correction of physiological parameters of the user.

На фиг. 1а и 1в приведены реальные графики пульсовой волны, полученные при регистрации пульсовой волны в одинаковых условиях для соответственно квадратной области (фиг. 1г) и прямоугольной области (фиг.1б) на матричном фоточувствительном приемнике. В указанных областях (здесь и далее) выходной сигнал определяется путем сложения сигналов всех элементов в области и делением полученного значения на число элементов в области. In FIG. Figures 1a and 1c show real graphs of a pulse wave obtained by registering a pulse wave under the same conditions for a square region (Fig. 1d) and a rectangular region (Fig. 1b), respectively, on a matrix photosensitive receiver. In these areas (hereinafter), the output signal is determined by adding the signals of all elements in the region and dividing the obtained value by the number of elements in the region.

На фиг.2а приведены реальные графики пульсовой волны, полученные при одновременной регистрации с двух одинаковых прямоугольных областей, соответственное расположение которых на пальце пользователя приведено на фиг.2б. On figa shows real graphs of the pulse wave obtained by simultaneously registering from two identical rectangular areas, the corresponding location of which on the user's finger is shown in figb.

На фиг. 3а приведены реальные графики пульсовой волны, полученные при одновременной регистрации с трех одинаковых прямоугольных областей, соответственное расположение которых на пальце пользователя приведено на фиг.3б. In FIG. Fig. 3a shows real graphs of the pulse wave obtained during simultaneous registration from three identical rectangular regions, the corresponding arrangement of which on the user's finger is shown in Fig. 3b.

На фиг. 4а приведены реальные графики пульсовой волны, полученные при одновременной регистрации двух различных по площади прямоугольных фрагментов, ориентированных перпендикулярно друг другу, расположение которых на пальце пользователя приведено на фиг.4б. In FIG. 4a shows real graphs of the pulse wave obtained by simultaneously registering two different in size rectangular fragments oriented perpendicular to each other, the location of which on the user's finger is shown in fig.4b.

На фиг.5а и 5б приведены структурные схемы вариантов устройств. On figa and 5b shows the structural diagrams of variants of devices.

На фиг.6 приведен вариант конструкции устройства. Figure 6 shows a design variant of the device.

На фиг.7 изображена плотность распределения объемной пульсограммы, полученной при прижатии пальца к матричному фотоприемнику. Figure 7 shows the distribution density of the volumetric pulsogram obtained by pressing the finger to the matrix photodetector.

На фиг.8 изображена структурная схема биометрической системы. On Fig shows a structural diagram of a biometric system.

На фиг.9 изображена схема биометрической системы с обратной связью. Figure 9 shows a diagram of a biometric feedback system.

Предлагаемое устройство состоит из следующих основных составляющих:
оптоэлектронного преобразователя с фоточувствительными областями в виде фоточувствительных элементов 1, 2, закрепленных вместе с осветителем 3 в едином корпусе 4, на которые подаются управляющие напряжения с блока управления 5 модуля управления и обработки сигнала, который передает выходной сигнал на блок обработки 6 модуля управления и обработки сигнала.The proposed device consists of the following main components:
an optoelectronic converter with photosensitive regions in the form of photosensitive elements 1, 2, mounted together with the illuminator 3 in a single housing 4, to which control voltages are supplied from the control unit 5 of the control and signal processing module, which transmits the output signal to the processing unit 6 of the control and processing module signal.

В другом варианте устройство состоит из матричного многоэлементного фотоприемника 7 и осветителя 3, установленных в единый корпус 4, блока управления 5 и блока обработки 6, образующих модуль управления и обработки сигнала, причем модуль управления содержит устройство, синхронизирующее накопление элементов фотоприемника с осветителем. In another embodiment, the device consists of an array multi-element photodetector 7 and a illuminator 3 installed in a single housing 4, a control unit 5 and a processing unit 6, forming a control and signal processing module, the control module comprising a device that synchronizes the accumulation of photodetector elements with a illuminator.

В следующем варианте устройства матричный многоэлементный фотоприемник дополнительно является формирователем дактилоскопического изображения. In a further embodiment of the device, the multi-element array photodetector is additionally a fingerprint imager.

Работа устройства осуществляется следующим образом. The operation of the device is as follows.

Корпус оптоэлектронного преобразователя 4, в котором установлены фоточувствительные элементы 1, 2 или матричный многоэлементный фотоприемник 7 и фотоизлучающие элементы 3, приводится в контакт с частью тела пользователя, например, с кончиком пальца 10 (фиг.6). Осветитель (фотоизлучающий элемент 3) освещает кровонесущую ткань пальца, причем проходящий через палец свет, который воспринимает фоточувствительный прибор 1, 2 или 7, пропорционален наполненности кровью областей на пальце, прижатых к фоточувствительному прибору. Конструкция оптоэлектронного преобразователя (в виде 1, 2 или 7) может предполагать освещение кровонесущей ткани (пальца пользователя 10) сверху или снизу [6] , а также использование естественного света [13] для освещения. Фоточувствительный прибор, например матричный фоточувствительный прибор 7, регистрирует принимаемый свет и его изменение во времени каждым своим элементом 7-1, 7-2, 7-3, причем электрический сигнал, получаемый с матричного фоточувствительного прибора, представляющий собой один кадр, является одной точкой временного среза пространственного распределения пульсограммы, а пульсовая волна передается последовательностью кадров, например телевизионным сигналом. Устройство обработки, например стандартный PC, регистрирует эту последовательность кадров, представляя ее в виде, изображенном на фиг. 1 - 4, и определяет физиологические параметры пользователя, выводя их, например, на цифровой или аналоговый монитор. The housing of the optoelectronic converter 4, in which the photosensitive elements 1, 2 or the matrix multi-element photodetector 7 and the photo-emitting elements 3 are installed, is brought into contact with a part of the user's body, for example, with the tip of a finger 10 (Fig. 6). The illuminator (photo-emitting element 3) illuminates the blood-bearing tissue of the finger, and the light passing through the finger, which the photosensitive device 1, 2 or 7 perceives, is proportional to the blood filling of the areas on the finger pressed to the photosensitive device. The design of the optoelectronic converter (in the form of 1, 2, or 7) may involve illumination of a blood-bearing tissue (user's finger 10) from above or below [6], as well as the use of natural light [13] for lighting. A photosensitive device, for example a matrix photosensitive device 7, registers the received light and its time variation with each of its elements 7-1, 7-2, 7-3, and the electrical signal received from the matrix photosensitive device, which is one frame, is one point temporal slice of the spatial distribution of the pulsogram, and the pulse wave is transmitted by a sequence of frames, for example, a television signal. A processing device, such as a standard PC, registers this sequence of frames, presenting it in the form depicted in FIG. 1 - 4, and determines the physiological parameters of the user, displaying them, for example, on a digital or analog monitor.

Синхронизация работы осветителя и элементов фотоприемника с помощью модуля управления позволяет значительно повысить динамический диапазон сигнала пульсовой волны (отношение сигнал/шум), что особенно важно для матричных фотоприемников (CMOS и ПЗС), когда размер одного элемента составляет единицы (десятки) микрон, а общее количество элементов составляет сотни тысяч. Synchronizing the operation of the illuminator and the photodetector elements using the control module can significantly increase the dynamic range of the pulse wave signal (signal-to-noise ratio), which is especially important for matrix photodetectors (CMOS and CCD), when the size of one element is units (tens) microns, and the total the number of elements is hundreds of thousands.

Приведем пример конкретного выполнения способа при использовании в качестве оптоэлектронного преобразователя матричного фоточувствительного прибора (DactoChip), применяемого для получения дактилоскопического изображения. Here is an example of a specific implementation of the method when used as an optoelectronic transducer matrix photosensitive device (DactoChip), used to obtain a fingerprint image.

Матричный фоточувствительный прибор с волоконно-оптическим входом DactoChip 7, изготовленный предприятием "Элсис", установлен в дактилоскопический сканер DC21 8 [14]. Размер фоточувствительного элемента DactoChip 7 составляет 18•24 мкм, число элементов 512•576, так что полная площадь фоточувствительной поверхности DactoChip составляет, примерно, 10•15 мм. Сканер DC21 предназначен для формирования выходного цифрового дактилоскопического сигнала с частотой 5 кадров в секунду, однако DactoChip генерирует и стандартный аналоговый и цифровой телевизионный сигнал с частотой 50 полукадров в секунду, который и подается на стандартные видеобластер SE100 фирмы Creative Labs, установленный в стандартный PC РП-600 (или на LPT порт PC). Фоточувствительные элементы (области) 7-1, 7-2, 7-3 расположены перпендикулярно основному направлению тока крови в пальце - вверху, середине и внизу DactoChip 7, что существенно повышает вероятность выявления локальных зон пульсации при фиксированном (постоянном) расположении считывающих зон. Адаптивное расположение считывающих зон позволяет вначале получить картину распределения зон пульсации на пальце пользователя 10 (см. фиг.7), а затем расположить эти зоны в местах максимальной пульсации, соответствующих более светлым областям на фиг.7, что позволяет выявить локальные зоны пульсации. The matrix photosensitive device with fiber-optic input DactoChip 7, manufactured by Elsis, is installed in the fingerprint scanner DC21 8 [14]. The size of the DactoChip 7 photosensitive element is 18 • 24 microns, the number of elements is 512 • 576, so that the total area of the DactoChip photosensitive surface is approximately 10 • 15 mm. The DC21 scanner is designed to generate an output digital fingerprint signal with a frequency of 5 frames per second, but DactoChip also generates a standard analog and digital television signal with a frequency of 50 half frames per second, which is fed to the standard Creative Labs SE100 video blaster installed in a standard RP-PC 600 (or on the LPT port of the PC). Photosensitive elements (areas) 7-1, 7-2, 7-3 are located perpendicular to the main direction of blood flow in the finger - at the top, middle and bottom of DactoChip 7, which significantly increases the likelihood of detecting local pulsation zones with a fixed (constant) location of the reading zones. The adaptive arrangement of the reading zones allows you to first get a picture of the distribution of the ripple zones on the finger of the user 10 (see Fig.7), and then arrange these zones in the places of maximum ripple corresponding to the lighter areas in Fig.7, which allows to identify the local ripple zones.

Палец пользователя (пациента) 10' устанавливается в дактилоскопический сканер 8 и легко прижимается к фоточувствительной матрице 7 (фиг.9). Импульсное освещение пальца осуществляется стандартным светодиодом 3 ИРС1 - 800-45, входящим в конструкцию сканера DC 21 8, синхронно с накоплением сигнала фоточувствительными элементами DactoChip 7 с помощью синхронизирующего устройства в модуле управления и обработки сигнала. Проходящий через палец 10' свет (световой поток, обусловленный рассеянием на кровонесущей ткани пальца) воспринимается матричным многоэлементным фотоприемником 7. Дактилоскопический сканер ДС21 8 преобразует пульсовую волну в каждом элементе DactoChip 7 в цифровой сигнал, передаваемый на персональный компьютер. The finger of the user (patient) 10 'is installed in the fingerprint scanner 8 and is easily pressed against the photosensitive matrix 7 (Fig.9). Impulse lighting of the finger is carried out by a standard LED 3 IRS1 - 800-45, which is included in the design of the DC 21 8 scanner, synchronously with the accumulation of the signal by the photosensitive elements of DactoChip 7 using a synchronizing device in the control and signal processing module. The light passing through the finger 10 '(the light flux due to scattering on the blood-bearing tissue of the finger) is sensed by a multi-element photodetector 7. The fingerprint scanner DS21 8 converts the pulse wave in each element of DactoChip 7 into a digital signal transmitted to a personal computer.

Специальная программа, составленная на предприятии "Элсис", позволяет проводить регистрацию пульсовой волны как по любому отдельно взятому элементу матрицы DactoChip 7, так и по любому одному или нескольким областям на матрице, установленной оператором, а также проводить математическую обработку получаемых пульсограмм, включая, например, фильтрацию пульсограммы, нахождение производной 1-го и 2-го порядка, расчет разностного сигнала между фрагментами и т.д. и вычисление физиологических параметров. Приведенные на фиг. 1- 4 графики пульсовой волны получены при освещении пальцев как видимым светом фиг.1, фиг.4 (λ=632 нм), так и ближним инфракрасным светом (λ=850 нм) фиг.2, фиг.3, так что выбор источника освещения может определяться различными требованиями к устройству. Полученные кривые подтверждают, что пульсовая волна распространяется в пальце весьма специфически, причем прямоугольное расположение областей считывания позволяет наилучшим образом уловить специфику распространения пульсовой волны. При параллельном расположении прямоугольных областей считывания возможна определенная настройка датчика относительно пальца (или наоборот), напоминающая настройку телевизионной антенны для уверенного приема сигнала. Расположение областей взаимно перпендикулярно обеспечивает повышенную чувствительность, практически, при любом направлении распространения пульсовой волны, но требует несколько более сложной организации вычислений. Из реальных графиков, полученных на матричном фотоприемнике DactoChip, приведенных на фиг.1-4, следует, что вид регистрируемой пульсовой волны значительно зависит от формы и размера области, по которой происходит измерении пульса, а также расположения этой области на пальце пользователя. Было установлено, что практически все изменения пульсовой волны можнозарегистрировать на площади 1-2 см² и, следовательно, эта площадь может являться достаточной для стабильной регистрации пульсовой волны. Проведенные авторами исследования показали, что интенсивность пульса в исследуемой области не всегда равномерна (фиг. 5а и фиг.5б), что, вероятно, и является причиной нестабильности при регистрации пульса обычными оптическими методами. Матричный сенсор позволяет выявлять те области на регистрируемой поверхности тела, где пульс является наиболее интенсивным (более светлые области на фиг. 5а и 5б), и проводить регистрацию и измерение параметров пульсовой волны именно по этим областям, что значительно повышает надежность и стабильность получаемых результатов. Возможно, одной из причин этой неравномерности является неравномерное прижатие пальца к сенсору, т.к. известно, что величина усилия прижатия пальца значительно влияет на результат регистрации пульсовой волны. Относительно большая площадь матричного приемника практически гарантирует наличие зон интенсивного пульса даже на сложных пальцах (холодных, с малым током крови и т.д.).A special program compiled by Elsis allows registering a pulse wave both for any single element of the DactoChip 7 matrix and for any one or several areas on the matrix set by the operator, as well as mathematical processing of the obtained pulsograms, including, for example , filtering the pulsogram, finding the derivative of the 1st and 2nd order, calculating the difference signal between the fragments, etc. and calculating physiological parameters. Referring to FIG. 1 to 4 graphs of the pulse wave are obtained by illuminating the fingers with both visible light of FIG. 1, FIG. 4 (λ = 632 nm) and near infrared light (λ = 850 nm) of FIG. 2, FIG. 3, so that the source is selected Lighting can be determined by different device requirements. The obtained curves confirm that the pulse wave propagates in the finger very specifically, and the rectangular arrangement of the reading areas allows you to best capture the specifics of the pulse wave propagation. With a parallel arrangement of rectangular reading areas, a certain adjustment of the sensor relative to the finger (or vice versa) is possible, resembling the setting of a television antenna for reliable signal reception. The arrangement of regions mutually perpendicular provides increased sensitivity, practically, for any direction of pulse wave propagation, but requires a somewhat more complex organization of calculations. From the real graphs obtained on the DactoChip matrix photodetector shown in Figs. 1-4, it follows that the shape of the detected pulse wave significantly depends on the shape and size of the region by which the pulse is measured, as well as the location of this area on the user's finger. It was found that almost all changes in the pulse wave can be detected on an area of 1-2 cm ² and, therefore, this area may be sufficient for stable registration of the pulse wave. The studies conducted by the authors showed that the pulse intensity in the studied area is not always uniform (Fig. 5a and Fig. 5b), which is probably the reason for the instability in the recording of the pulse by conventional optical methods. The matrix sensor allows you to identify those areas on the recorded surface of the body where the pulse is the most intense (lighter areas in Fig. 5a and 5b), and to record and measure the parameters of the pulse wave in these areas, which significantly increases the reliability and stability of the results. Perhaps one of the reasons for this unevenness is the uneven pressure of the finger on the sensor, because it is known that the magnitude of the effort of pressing the finger significantly affects the result of registering a pulse wave. The relatively large area of the matrix receiver practically guarantees the presence of zones of intense pulse even on complex fingers (cold, with a low blood flow, etc.).

Естественно, в некоторых случаях для устойчивого определения изменения кардиологического параметра или его аномалии достаточно (как и при измерении ЭКГ) регистрации пульсовой волны по одной области, в том числе и квадратной формы. Так же естественно, что увеличение числа информативных (не одинаковых) областей считывания увеличивает точность измерения параметров, получаемых из зарегистрированной пульсовой волны [1, 8]. Naturally, in some cases, for a stable determination of a change in a cardiological parameter or its anomaly, it is sufficient (as with ECG measurement) to register a pulse wave in one area, including a square shape. It is also natural that an increase in the number of informative (not identical) reading areas increases the accuracy of measuring parameters obtained from a registered pulse wave [1, 8].

Авторы экспериментально не проверяли возможность установки биометрического устройства регистрации пульсовой волны непосредственно на телефонной трубке, однако известна возможность реализации дактилоскопических идентификационных устройств на телефоне [15, 16], что представляет решение более сложной технической задачи, следовательно, регистрация пульса пользователя с помощью телефонной трубки (или наушника) вполне осуществима технически. The authors did not experimentally test the possibility of installing a biometric pulse wave recording device directly on the telephone handset, however, it is known that fingerprint identification devices can be implemented on the telephone [15, 16], which represents a solution to a more complex technical problem, therefore, recording a user's pulse using a telephone handset (or headphone) is technically feasible.

Изготовление фотоприемников в виде отдельных фотодиодов позволяет упростить схему управления по сравнению с матричным фотоприемником и сделать обработку результатов более простой и дешевой. The manufacture of photodetectors in the form of separate photodiodes makes it possible to simplify the control circuit compared to a matrix photodetector and make the processing of the results simpler and cheaper.

Введение дополнительной функции "регистрации пульсовой волны" в большинство существующих современных устройств, особенно оснащенных биометрическим дактилоскопическим сенсором с волоконно-оптическим входом, не должно потребовать существенных дополнительных затрат, т.к. все элементы предлагаемого устройства входят в состав существующих систем, однако положительный эффект от дополнительного введения функции пульсометрии при стабильной регистрации пульсовой волны должен быть значительным. The introduction of the additional function "pulse wave recording" in most existing modern devices, especially those equipped with a biometric fingerprint sensor with a fiber-optic input, should not require significant additional costs, because all elements of the proposed device are part of existing systems, however, the positive effect of the additional introduction of the function of heart rate monitoring with stable registration of the pulse wave should be significant.

Конструкция осветителя с боковым подсветом позволяет получать пульсовые кривые практически с любой части тела, а незначительное, технически очевидное изменение конструкции осветителя и крепежа позволяет устойчиво закреплять устройство на теле пользователя, например на мочке уха. The design of the illuminator with lateral illumination allows you to get pulse curves from almost any part of the body, and a minor, technically obvious change in the design of the illuminator and fasteners allows you to stably fix the device to the user's body, for example, on the earlobe.

Предлагаемая биометрическая система состоит из следующих основных компонентов: средство приема, передачи и преобразования основных данных 20 (например, телефон, передающий от пользователя 10 звуковую информацию, принимающий и преобразующий информацию от другого абонента) и информационной субсистемы 30. The proposed biometric system consists of the following main components: a means of receiving, transmitting and converting basic data 20 (for example, a telephone that transmits audio information from a user 10, receives and converts information from another subscriber) and an information subsystem 30.

Средство приема, передачи и преобразования основных данных 20 включает средство передачи основных данных 23 пользователю (например, динамик), средство приема информации от пользователя 24 (например, микрофон), средство преобразования биометрических данных пользователя 25 (например, дактилоскопическое устройство), средство регистрации пульсовой волны 26, средство связи с информационной субсистемой 21 (например, приемопередатчик и антенна), средство преобразования данных 22 (процессор в телефоне). The means for receiving, transmitting and converting the main data 20 includes means for transmitting the main data 23 to the user (for example, a speaker), means for receiving information from the user 24 (for example, a microphone), means for converting the biometric data of the user 25 (for example, a fingerprint device), pulse recording means waves 26, means of communication with the information subsystem 21 (for example, a transceiver and antenna), data conversion means 22 (processor in the telephone).

В другом варианте система дополнительно содержит средства коррекции состояния пользователя 27. In another embodiment, the system further comprises means for correcting the state of the user 27.

Рассмотрим работу системы на примере работы мобильного телефона, имеющего дополнительные биометрические функции. Возможность передачи информации о пульсовой волне по телефонному каналу известна давно [2, 4, 10, 11], однако до сих пор не удавалось сделать устойчиво работающую систему с датчиком, расположенным на телефонной трубке. Биометрическое устройство 26 регистрирует пульсовую волну в пальце или ушной раковине пользователя, обрабатывает данные самостоятельно или передает их в информационную субсистему 30 и вычисляет физиологические параметры пользователя 10. При выходе физиологических параметров за установленные пределы биометрическая система дает предупредительные звуковые сигналы или оказывает другое воздействие на пользователя с помощью средства коррекции состояния пользователя 27, например, низкочастотным электромагнитным излучением, нормализующим частоту сердечных сокращений. Consider the operation of the system as an example of the operation of a mobile phone with additional biometric functions. The possibility of transmitting pulse wave information via a telephone channel has long been known [2, 4, 10, 11], but so far it has not been possible to make a stable system with a sensor located on the telephone receiver. The biometric device 26 registers the pulse wave in the user's finger or auricle, processes the data on its own or transfers it to the information subsystem 30 and calculates the physiological parameters of the user 10. When physiological parameters go beyond the set limits, the biometric system gives warning sound signals or has another effect on the user using means for correcting the state of the user 27, for example, low-frequency electromagnetic radiation, normalizing heart rate.

На фиг.9 приведен пример биометрической системы с обратной связью, представляющей собой вариант детектора лжи и/или стресса. Figure 9 shows an example of a biometric feedback system, which is a variant of the lie and / or stress detector.

Обратная связь определяется воздействием на испытуемого 10, например, с помощью монитора 9, на котором появляется текстовая информация или другое изображение, изменяющее эмоциональное, физиологическое и психологическое состояние испытуемого (пользователя), что приводит к изменению объемного пульса, регистрируемого системой с помощью DactoChip 7. Дактилоскопический сканер ДС21 8 преобразует пульсовую волну в каждом элементе DactoChip 7 в цифровой сигнал, передаваемый на персональный компьютер 9. Биометрическая система анализирует одновременное изменение состояния пользователя в зависимости от оказанного на него воздействия и может делать вывод о физиологическом и/или нервно психологическом состоянии пользователя, например, как детектор лжи или стресса. Feedback is determined by the impact on the subject 10, for example, using a monitor 9, on which text information or another image appears that changes the emotional, physiological and psychological state of the subject (user), which leads to a change in the volume pulse recorded by the system using DactoChip 7. Fingerprint scanner DS21 8 converts the pulse wave in each element of DactoChip 7 into a digital signal transmitted to a personal computer 9. The biometric system analyzes the simultaneous enenie member states depending on the impact exerted on him and can make a conclusion about the physiological and / or psychological nervously member state, for example, as a lie detector or stress.

Анализ состояния пользователя может проводиться с учетом всех известных на данный момент технических достижений, причем его основой являются высокочувствительные и информативные пульсовые кривые (объемный пульс) 11, 12, 13, характеризующие состояние пользователя. Analysis of the user’s state can be carried out taking into account all currently known technical achievements, and its basis is highly sensitive and informative pulse curves (volume pulse) 11, 12, 13, characterizing the state of the user.

Естественно, что приведенная в описании конструкция устройства и биометрической системы не ограничивает возможные применения предлагаемого изобретения, которые могут быть значительно шире и определяются уровнем развития техники. Naturally, the design of the device and the biometric system described in the description does not limit the possible applications of the invention, which can be much wider and are determined by the level of technological development.

Список литературы
1. "Физиология сердечно-сосудистой системы", Д. Норман, Л. Хейлер, Изд. Питер, 2000 г., стр. 86.List of references
1. "Physiology of the cardiovascular system", D. Norman, L. Heiler, Ed. Peter, 2000, p. 86.

2. US 3742938, МКИ А 61 В 5/02, oп. 03.07.1973. Cardiac pacer and heart pulse monitor. 2. US 3742938, MKI A 61 V 5/02, op. 07/03/1973. Cardiac pacer and heart pulse monitor.

3. US 5222020, МКИ G 06 F 15/00, oп. 22.06.1993. Acquisition of arterial response process for pulsating blood flow and its blood pressure measuring method. 3. US 5222020, MKI G 06 F 15/00, op. 06/22/1993. Acquisition of arterial response process for pulsating blood flow and its blood pressure measuring method.

4. US 4325383, МКИ А 61 В 5/02, oп. 20.04.1982. System and method for measuring and recording blood pressure. 4. US 4325383, MKI A 61 V 5/02, op. 04/20/1982. System and method for measuring and recording blood pressure.

5. RU 97115376, МКИ А 61 В 5/02, oп. 08.10.1999. Способ и устройство для измерения давления крови. 5. RU 97115376, MKI A 61 V 5/02, op. 10/08/1999. Method and device for measuring blood pressure.

6. WO 98/27509, МКИ G 06 K 9/00, oп. 25.06.1998. Способ и устройство идентификации пользователя. 6. WO 98/27509, MKI G 06 K 9/00, op. 06/25/1998. Method and device for user identification.

7. RU 2118119, МКИ А 61 В 5/02, oп. 1998.08.27. Устройство для измерения частоты пульса. 7. RU 2118119, MKI A 61 V 5/02, op. 1998.08.27. Device for measuring heart rate.

8. RU 02118122, МКИ А 61 В 5/00, oп. 1998.08.27. Способы измерения скорости распространения пульсовой волны, артериального давления, температуры тела, содержания гемоглобина в крови и устройства для их осуществления (прототип). 8. RU 02118122, MKI A 61 V 5/00, op. 1998.08.27. Methods for measuring the propagation velocity of a pulse wave, blood pressure, body temperature, hemoglobin in the blood and devices for their implementation (prototype).

9. US 5719950, МКИ G 06 K 9/00, oп. 1998.02.17. Biometric, personal authentication system (прототип). 9. US 5719950, MKI G 06 K 9/00, op. 1998.02.17. Biometric, personal authentication system (prototype).

10. US 4722349, МКИ А 61 В 5/02, oп. 1988.02.02. Arrangement for and method of tele-examination of patients. 10. US 4722349, MKI A 61 V 5/02, op. 1988.02.02. Arrangement for and method of tele-examination of patients.

11. US 5357427, МКИ G 06 F 15/42, oп. 1994.10.18. Remote monitoring of high-risk patients using artificial intelligence. 11. US 5357427, MKI G 06 F 15/42, op. 1994.10.18. Remote monitoring of high-risk patients using artificial intelligence.

12. RU 92016109, МКИ А 61 Н 39/06, oп. 1995.07.27. Способ коррекции аритмии сердца и устройство для его осуществления. 12. RU 92016109, MKI A 61 H 39/06, op. 1995.07.27. A method for correcting cardiac arrhythmias and a device for its implementation.

13. RU 2031625, МКИ А 61 В 5/117, оп. 27.03.95. Способ получения контактного изображения объекта. 13. RU 2031625, MKI A 61 V 5/117, op. 03/27/95. A method of obtaining a contact image of an object.

14. www.elsvs.ru 02.2001. 14. www.elsvs.ru 02.2001.

15. US 6141436, МКИ G 06 K 9/00, oп. 2000.10.31. Portable communication device having a fingerprint identification system. 15. US 6141436, MKI G 06 K 9/00, op. 2000.10.31. Portable communication device having a fingerprint identification system.

16. US 5872834, МКИ Н 04 М 11/00, oп. 1999.09.16. Telephone with biometric sensing device. 16. US 5872834, MKI N 04 M 11/00, op. 09.09.16. Telephone with biometric sensing device.

Claims

1. Способ регистрации пульсовой волны, включающий освещение кровонесущей ткани, преобразование светового потока, обусловленного рассеянием на кровонесущей ткани, в электрический сигнал с помощью оптоэлектронного преобразователя и обработку полученной пульсовой волны, позволяющую измерять и анализировать физиологические параметры, отличающийся тем, что на кровонесущей ткани располагают несколько фоточувствительных областей оптоэлектронного преобразователя, размещая их на находящихся рядом местах кровонесущей ткани, причем производят ориентацию фоточувствительных областей таким образом, чтобы выявлять локальные зоны пульсации. 1. A method of recording a pulse wave, including illumination of a blood-bearing tissue, converting the light flux due to scattering on a blood-bearing tissue, into an electrical signal using an optoelectronic converter and processing the resulting pulse wave, which allows to measure and analyze physiological parameters, characterized in that the blood-bearing tissue is placed several photosensitive areas of the optoelectronic transducer, placing them on adjacent places of blood-bearing tissue, DYT orientation photosensitive regions so as to detect local ripple zone.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оптоэлектронный преобразователь включает одну или несколько одинаковых фоточувствительных областей, причем указанные фоточувствительные области выбирают с линейными размерами, по горизонтали превосходящими размеры по вертикали, например, в форме прямоугольника и располагают большие стороны фоточувствительных областей перпендикулярно основному направлению тока крови в кровонесущей ткани. 2. The method according to p. 1, characterized in that the optoelectronic Converter includes one or more of the same photosensitive areas, and these photosensitive areas are selected with linear dimensions, horizontally exceeding the vertical dimensions, for example, in the form of a rectangle and have large sides of the photosensitive areas perpendicular the main direction of blood flow in the blood-bearing tissue.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оптоэлектронного преобразователя используют матричный многоэлементный фоточувствительный прибор. 3. The method according to p. 1, characterized in that as the optoelectronic converter using a matrix multi-element photosensitive device.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что освещают кровонесущую ткань импульсным светом, длительностью световых импульсов не более 20 м, причем освещение импульсным светом осуществляют синхронно с режимом накопления матричного фоточувствительного прибора, а электрический сигнал получают, складывая и/или усредняя сигналы с отдельных элементов матричного фоточувствительного прибора в выбранных областях, располагая их перпендикулярно основному току крови в кровонесущей ткани. 4. The method according to p. 3, characterized in that they illuminate the blood-bearing tissue with pulsed light, the duration of light pulses is not more than 20 m, moreover, pulsed illumination is carried out synchronously with the accumulation mode of the matrix photosensitive device, and an electrical signal is obtained by adding and / or averaging signals from individual elements of the matrix photosensitive device in selected areas, placing them perpendicular to the main blood flow in the blood-bearing tissue.

5. Устройство регистрации пульсовой волны, включающее осветитель, оптоэлектронный преобразователь, а также блок управления и блок обработки, выполненные в виде модуля управления и обработки сигнала, согласованного с оптоэлектронным преобразователем, отличающееся тем, что оптоэлектронный преобразователь содержит одну или несколько фоточувствительных областей, расположенных в непосредственной близости между собой, имеющих форму, позволяющую выявить локальные зоны пульсации, например, форму прямоугольника с расположением большей его стороны перпендикулярно основному току крови. 5. The pulse wave registration device, including a illuminator, an optoelectronic converter, and a control unit and a processing unit, made in the form of a control and signal processing module, matched with an optoelectronic converter, characterized in that the optoelectronic converter contains one or more photosensitive regions located in immediate proximity to each other, having a shape that allows you to identify local zones of ripple, for example, the shape of a rectangle with a larger Torons perpendicular to the main flow of blood.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что фоточувствительные области имеют линейный размер, по горизонтали превосходящий линейный размер по вертикали, закреплены в одном корпусе параллельно друг другу на расстоянии не более 2 см. 6. The device according to p. 5, characterized in that the photosensitive areas have a linear size, horizontally superior to the vertical linear size, are fixed in one housing parallel to each other at a distance of not more than 2 cm

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что осветитель, закреплен в единый корпус с фоточувствительными областями, представляющими собой фоточувствительные элементы матричного многоэлементного фотоприемника, а модуль управления и обработки сигнала выполнен с возможностью синхронизации накопления элементов фотоприемника с осветителем. 7. The device according to p. 6, characterized in that the illuminator is mounted in a single housing with photosensitive regions, which are photosensitive elements of the array multi-element photodetector, and the signal control and processing module is configured to synchronize the accumulation of photodetector elements with the illuminator.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что матричный многоэлементный фотоприемник дополнительно является формирователем дактилоскопического изображения. 8. The device according to p. 7, characterized in that the multi-element array photodetector is additionally a fingerprint imager.

9. Биометрическая система приема, передачи и преобразования данных, включающая средства для передачи основных данных в информационную подсистему по заданному каналу связи, средства приема и преобразования основных данных, связанные со средством передачи основных данных, биометрическое устройство или устройство, получающее и/или преобразующее биометрические данные пользователя, связанное со средством передачи и/или со средством приема и преобразования основных данных, отличающаяся тем, что биометрическое устройство представляет собой устройство регистрации пульсовой волны пользователя, выполненное в соответствии с пп. 5-8. 9. A biometric system for receiving, transmitting and converting data, including means for transmitting basic data to the information subsystem via a given communication channel, means for receiving and converting basic data associated with a means for transmitting basic data, a biometric device or a device that receives and / or converts biometric user data associated with the means of transmission and / or with the means for receiving and converting basic data, characterized in that the biometric device is th device registration of the pulse wave of the user, made in accordance with paragraphs. 5-8.

10. Биометрическая система по п. 9, отличающаяся тем, что средство приема, передачи и преобразования основных данных представляет собой устройство, дополнительно содержащее средства для коррекции и анализа физиологического и/или психологического состояния пользователя. 10. The biometric system according to claim 9, characterized in that the means for receiving, transmitting and converting the basic data is a device that further comprises means for correcting and analyzing the physiological and / or psychological state of the user.