[RU]

Изобретение относится к области исследования и анализа химического состава материалов и преимущественно может быть использовано в диагностической медицинской технике для неинвазивного определения концентраций содержащихся в крови гемоглобина и кислорода. Способ включает облучение биологической ткани поочередно в любой последовательности оптическим излучением первого диапазона длин волн, включающего значение 700 нм, второго диапазона длин волн, включающего значение 880 нм, и третьего диапазона длин волн, включающего значение 960 нм, прием диффузно отраженного биологической тканью оптического излучения и преобразование принятого оптического излучения в электрический сигнал. Концентрацию гемоглобина в крови определяют на основании значения суммы электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого и второго диапазонов, которая уменьшена на значение, определяемое электрическим сигналом, полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона. Концентрацию кислорода в крови определяют на основании значения разности электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением второго и первого диапазонов, которая уменьшена на значение, определяемое электрическим сигналом, полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона. Изобретение обеспечивает снижение погрешности определения концентраций гемоглобина и кислорода, обусловленной наличием в исследуемой биологической ткани воды.

(57) Реферат / Формула:

Изобретение относится к области исследования и анализа химического состава материалов и преимущественно может быть использовано в диагностической медицинской технике для неинвазивного определения концентраций содержащихся в крови гемоглобина и кислорода. Способ включает облучение биологической ткани поочередно в любой последовательности оптическим излучением первого диапазона длин волн, включающего значение 700 нм, второго диапазона длин волн, включающего значение 880 нм, и третьего диапазона длин волн, включающего значение 960 нм, прием диффузно отраженного биологической тканью оптического излучения и преобразование принятого оптического излучения в электрический сигнал. Концентрацию гемоглобина в крови определяют на основании значения суммы электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого и второго диапазонов, которая уменьшена на значение, определяемое электрическим сигналом, полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона. Концентрацию кислорода в крови определяют на основании значения разности электрических сигналов, полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением второго и первого диапазонов, которая уменьшена на значение, определяемое электрическим сигналом, полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона. Изобретение обеспечивает снижение погрешности определения концентраций гемоглобина и кислорода, обусловленной наличием в исследуемой биологической ткани воды.

---

(12) МЕЖДУНАРОДНАЯ ЗАЯВКА , ОПУБЛИКОВАННАЯ В СООТВЕТСТВИИ С ДОГОВОРОМ О ПАТЕНТНОЙ КООПЕРАЦИИ (РСТ )
(19) Всемирная Организация Интеллектуальной Собственности
Международное бюро ^53; (ю) Номер международной публикации
(43) Дата международной публикации i-" WO 2018/067034 А 1
12 апреля 2018 (12.04.2018) W 1P O I РСТ
(51) Международная патентная классификация :
А 61В 5/1455 (2006.01)
(21) Номер международной заявки : PCT/RU20 17/00073 1
(22) Дата международной подачи :
02 октября 2017 (02.10.2017)
(25) Язык подачи : Русский
(26) Язык публикации : Русский
(30) Данные о приоритете :
2016139018 04 октября 2016 (04.10.2016) RU
(71) Заявитель : ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕН -
НОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ТЕЛЕБИО -
МЕТ " ("TELEBIOMET" LIMITED) [RU/RU];
у л .Свеаборгская , 12 помещение 18 Н Санкт -Петербург , 196105, St.Petersburg (RU).
(72) Изобретатели : КРЫЖАНОВСКИЙ , Эдвард
Владимирович (KRYZHANOVSKY, Edvard
Vladimir ovich); проспект Космонавтов , 86, корп . 1, к в .122 Санкт -Петербург , 196233, St.Petersburg (RU).
ГРИГОРЯН , Армен Гарегинович (GRIGORYAN,
Armen Gareginovich); у л .Гаккелевская , 20, корп .1. к в .12 Санкт -Петербург , 197372, St.Petersburg (RU).
(74) Агент : ТОЛСТИКОВ , Александр Семенович
(TOLSTIKOV, Alexandr Semenovich); Северо -Западное региональное бюро , ул . Решетникова , 17/4А , Санкт -Петербург , 196105, St.Petersburg (RU).
(81) Указанные государства (если не указано иначе, для каждого вида национальной охраны) : А Е, AG, AL, AM,
А О, AT, AU, AZ, В A, BB, BG, BH, BN, BR, BW, BY,BZ,
(54) Title: METHOD FORNON-INVASTVELYDETERMINING HAEMOGLOBIN AND OXYGEN CONCENTRATIONS IN THE (tm)(tm) BLOOD
^= (54) Название изобретения : СПОСОБ НЕИНВАЗИВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ ГЕМОГЛОБИНА И
КИСЛОРОДА В КРОВИ ~~ к
? Фиг .2
СС Oxyhaemodobiri DD rim
ff") (57) Abstract: The invention relates to the field of analysis of the chemical composition of materials and can be used in diagnostic О medical equipment for non-invasively determining haemoglobin and oxygen concentrations in the blood. The method comprises exposing a biological tissue to an optical radiation in first, second and third wavelength ranges successively, which comprise the values of о 700 nm, 880 nm and 960 nm respectively; receiving the reflected optical radiation; converting the latter into an electric signal; deter-0 0 mining the haemoglobin concentration on the basis ofthe sum ofthe electrical signals obtained during exposure to the optical radiation in the first and second wavelength ranges, which sum is reduced by a value determined by means ofthe electric signal obtained during о, exposure to the optical radiation in the third range; and determining the oxygen concentration on the basis of the difference between the electrical signals obtained during exposure to the optical radiation in the first and second wavelength ranges, which difference is reduced by a value determined by means of the electric signal obtained during exposure to the optical radiation in the third range. The
/продолжение наследующей странице ]
W O 2018/067034 Al I |nn|||II III1 1ш| И I Ill II n||i|| |п|| UU ||||| Hill| |п| Щ|п|
CA, CH, CL, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DJ, DK, DM, DO, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, GT, HN, HR, HU, ID, IL, IN, IR, IS, JO, JP, KE, KG, KH, KN, KP, KR, KW, KZ, LA, LC, LK, LR, LS, LU, LY, MA, MD, ME, MG, MK, MN, MW, MX, MY, MZ, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PA, PE, PG, PH, PL, PT, QA, RO, RS, RU, RW, SA, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, ST, SV, SY, TH, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, ZA, ZM, ZW.
(84) Указанные государства (если не указано иначе, для каждого вида региональной охраны): ARIPO (BW, GH, GM, KE, LR, LS, MW, MZ, NA, RW, SD, SL, ST, SZ, TZ, UG, ZM, ZW), евразийский (AM, AZ, BY, KG, KZ, RU, TJ, TM), европейский патент (AL, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, LV, MC, MK, MT, NL, NO, PL, PT, RO, RS, SE, SI, SK, SM, TR), OAPI (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, KM, ML, MR, NE, SN, TD, TG).
Декларации в соответствии с правилом 4.17:
- касающаяся права испрашивать приоритет предшествующей заявки (правило 4.17 (in))
- об авторстве изобретения (правило 4.17 (iv))
Опубликована :
- с отчётом о международном поиске (статья 21.3)
invention makes it possible, when determining haemoglobin and oxygen concentrations, to reduce inaccuracies caused by the presence o f water in the biological tissue undergoing examination.
(57) Реферат : Изобретение относится к области анализа химического состава материалов и может быть использовано в диа -
гностической медицинской технике для неинвазивного определения концентраций гемоглобина и кислорода , содержащихся
в крови . Способ включает поочередное облучение биологической ткани оптическим излучением первого , второго и третьего диапазонов длин волн , включающих значения 700 нм, 880 нм и 960 нм, соответственно , прием отраженного оптического излучения , преобразование его в электрический сигнал , определение концентрации гемоглобина на основании суммы электри -ческих сигналов , полученных при облучении оптическим излучением первого и второго диапазонов , которая уменьшена на значение , определяемое электрическим сигналом , полученным при облучении оптическим излучением третьего диапазона , и определение концентрации кислорода на основании разности электрических сигналов , полученных при облучении опти -ческим излучением второго и первого диапазонов , которая уменьшена на значение , определяемое электрическим сигналом , полученным при облучении оптическим излучением третьего диапазона . Изобретение обеспечивает снижение погрешности
определения концентраций гемоглобина и кислорода , обусловленной наличием в исследуемой биологической ткани воды .
WO 2018/067034 PCT/RU2017/000731
СПОСОБ НЕИНВАЗИВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ ГЕМОГЛОБИНА И КИСЛОРОДА В КРОВИ Область техники
Изобретение относится к области исследования и анализа химического 5 состава материалов и преимущественно может быть использовано в диагностической медицинской технике для неинвазивного определения концентраций гемоглобина и кислорода , содержащихся в крови .
Предшествующий уровень техники
Для неинвазивного определения насыщения крови кислородом и концентрации содержащегося в ней гемоглобина наиболее широко применяются способы и технические средства оптической оксиметрии , которые основаны на использовании различий поглощения оптического излучения гемоглобином , содержащим и не содержащим кислород , поскольку дезоксигемоглобин существенно поглощает красное оптическое излучение , а оксигемоглобин -15 ближнее инфракрасное .
Так , например , известен способ определения концентрации компонентов крови (RU 2344752 С1, 2009), который для неинвазивного определения концентрации гемоглобина предусматривает поочередное облучение биологической ткани видимым оптическим излучением с длиной волны , например , 20 равной 590 нм и 650 нм, прием прошедших через биологическую ткань оптических излучений с указанными длинами волн , преобразование их в электрический сигнал и определение концентрации гемоглобина в крови на основании амплитудных значений полученных электрических сигналов .
Известны способы неинвазивного определения насыщения крови кислородом и концентрации содержания в ней гемоглобина , которые осуществлены в известных пульсовых оксиметрах (RU 2175523 С1, 2001; RU 2221485 С2, 2004; RU 2233620 С 1, 2004; RU 2259161 С 1, 2005; RU 2332165 С2, 2008; RU 2496418 С1, 2013) и в общей для них части предусматривают
поочередное облучение биологической ткани красным и ближним инфракрасным
оптическим излучением с различной длиной волны , прием прошедших через
биологическую ткань красного и ближнего инфракрасного оптических излучений , преобразование их в электрический сигнал и определение концентрации
гемоглобина в крови и насыщения ее кислородом на основании амплитудных значений полученных электрических сигналов .
Однако все указанные выше известные способы позволяют осуществлять диагностику оксигенации крови только лишь тех участков биологической ткани , сквозь которые способно пройти оптическое излучение указанных диапазонов
длин волн , что дает возможность их применения для исследования исключительно только таких сравнительно тонких биологических тканей , как палец и мочка уха.
Известен способ , осуществленный в известном пульсовом оксигемометре 5 одноразового применения (RU 24281 12 С2,201 1), который включает поочередное облучение биологической ткани красным и ближним инфракрасным оптическим излучением , прием диффузно отраженных биологической тканью красного и
ближнего инфракрасного оптических излучений , преобразование их в
электрический сигнал и определение концентрации гемоглобина в крови , а также насыщения ее кислородом на основании амплитудных значений полученных электрических сигналов .
Использование в указанном известном способе приема диффузно
отраженного биологической тканью оптического излучения существенно расширяет возможности его применения , поскольку позволяет использовать его 15 для исследования не только пальцев или мочек ушей , но и других биологических
тканей организма человека , в частности , мягких тканей лба , лобных костей , лобных долей головного мозга .
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу неинвазивного определения концентраций гемоглобина и кислорода в крови является оптический способ определения оксигенации крови (RU 2040912 С 1,
1995), который включает поочередное облучение биологической ткани
зондирующими оптическими излучениями красного и инфракрасного диапазонов длин волн , прием диффузно рассеянных биологической тканью оптических излучений указанных диапазонов длин волн , преобразование их в электрические сигналы и определение концентраций гемоглобина и кислорода в крови на основании амплитудных значений полученных электрических сигналов .
Недостатком ближайшего аналога , как и всех рассмотренных выше аналогов , является недостаточно высокая точность определения концентраций гемоглобина и кислорода в крови , что связано с погрешностью измерений ,
обусловленной значительным содержанием в исследуемой биологической ткани воды , имеющей достаточно различимый спектр поглощения инфракрасного
оптического излучения в диапазонах длин волн , используемых в рассмотренных аналогах .
Сущность изобретения
35 Задачей настоящего изобретения явилось создание способа
неинвазивного определения концентраций гемоглобина и кислорода в крови , который обеспечивает достижение технического результата , заключающегося в
повышении точности определения концентраций гемоглобина и кислорода .
Поставленная задача решена и технический результат достигнут , согласно настоящему изобретению , тем , что способ неинвазивного определения
концентраций гемоглобина и кислорода в крови , включающий , в соответствии с ближайшим аналогом , поочередное облучение биологической ткани в любой
последовательности оптическим излучением красного и ближнего инфракрасного диапазона длин волн , прием диффузно отраженного биологической тканью оптического излучения , преобразование принятого оптического излучения в электрический сигнал и определение на основании полученного электрического
сигнала концентраций гемоглобина и кислорода , отличается от ближайшего
аналога тем , что облучение биологической ткани осуществляют оптическим излучением первого диапазона длин волн , включающего значение 700 нм, оптическим излучением второго диапазона длин волн , включающего значение 880 нм, и оптическим излучением третьего диапазона длин волн , включающего значение 960 нм, определение концентрации гемоглобина осуществляют на основании значения суммы электрических сигналов , полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого и второго диапазонов , которая уменьшена на значение , определяемое электрическим сигналом , полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона , а определение концентрации кислорода осуществляют на основании значения разности электрических сигналов , полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением второго и первого диапазонов , которая уменьшена на значение , определяемое электрическим сигналом , полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона .
При этом определение концентрации гемоглобина в крови осуществляют с использованием экспериментально полученной тарировочной зависимости между концентрацией гемоглобина и полученным суммарным электрическим сигналом , имеющим значение UcyM=Ui+U2-из(к-1з+К2з), где Ui, U2, U3 - значения электрических сигналов , полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого , второго и третьего диапазонов длин волн , соответственно , к 3, к23 - коэффициенты , предварительно полученные на
основании совместной обработки известных характеристики относительной
спектральной чувствительности используемого приемника оптического излучения
и спектра поглощения воды в первом , втором и третьем диапазонах длин волн ,
соответственно .
Определение концентрации кислорода осуществляют с использованием
экспериментально полученной тарировочной зависимости между концентрацией кислорода и полученным разностным электрическим сигналом , имеющим значение UPA3H=U2-Ui-из(К1з+К2з), где Ui, U2, из - значения электрических сигналов , полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого , второго и третьего диапазонов длин волн , соответственно , к-13, К2з - коэффициенты , предварительно полученные на основании совместной
обработки известных характеристики относительной спектральной
чувствительности используемого приемника оптического излучения и спектра поглощения воды в первом , втором и третьем диапазонах длин волн , соответственно .
При этом упомянутые коэффициенты при совместной обработке известных характеристики относительной спектральной чувствительности используемого приемника оптического излучения и спектра поглощения воды в первом , втором и третьем диапазонах длин волн определяют предварительно в
15 соответствии с выражениями Ki3=r\3S3/K-i/Si И Кгз^зЭз/Кг/Зг, где к, Кг, Кз - средние значения коэффициентов поглощения воды в первом , втором и третьем диапазонах длин волн , соответственно , Si, S2, S3 - средние значения относительной спектральной чувствительности приемника оптического излучения в первом , втором и третьем диапазонах длин волн , соответственно .
20 С одной стороны , оптическое излучение первого диапазона длин волн ,
включающего значение 700 нм, в значительно большей степени поглощается
дезоксигемоглобином , чем оксигемоглобином . С другой стороны , оптическое
излучение второго диапазона длин волн , включающего значение 880 нм, в
большей степени поглощается оксигемоглобином , чем дезоксигемоглобином . Поэтому использование в заявляемом способе облучения биологической ткани
оптическим излучением первого диапазона длин волн , включающего значение 700 нм, и оптическим излучением второго диапазона длин волн , включающего значение 880 нм, позволяет определить концентрацию гемоглобина в крови на основании значения суммы электрических сигналов , полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого и второго диапазонов , а также определить концентрацию кислорода в крови на основании значения разности электрических сигналов , полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением второго и первого диапазонов .
Вместе с тем , биологические ткани содержат значительное количество
воды .
Вода имеет наиболее выраженный спектр поглощения оптического
излучения в диапазоне длин волн от 650 нм до 1100 нм с максимумом вблизи
WO 2018/067034 PCT/RU2017/000731
длины волны 960 нм. Поэтому наличие в биологической ткани воды приводит к искажению полезного сигнала , проявляющемуся в увеличении электрического сигнала из-за поглощения водой оптического излучения как первого диапазона длин волн , так и в существенно большей степени второго диапазона длин волн ,
5 что вносит существенную погрешность определения как концентрации гемоглобина , так и концентрации кислорода .
Для оценивания и учета погрешности измерения , обусловленной наличием воды в исследуемой биологической ткани , согласно настоящему изобретению , предложено перед , после или между облучением оптическим
10 излучением первого диапазона длин волн , включающего значение 700 нм, и оптическим излучением второго диапазона длин волн , включающего значение 880 нм, обеспечивающими получение полезного сигнала для определения
концентраций гемоглобина и кислорода , осуществлять облучение биологической
ткани оптическим излучением третьего диапазона длин волн , включающего значение 960 нм, в котором расположен максимум спектра поглощения воды , и в результате приема диффузно отраженного биологической тканью оптического излучения третьего диапазона длин волн получать электрический сигнал , который определяется преимущественно текущим значением концентрации воды в
исследуемой биологической ткани .
Поэтому определение концентрации гемоглобина в крови на основании значения суммы электрических сигналов , полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого и второго диапазонов длин волн , которая уменьшена на значение , определяемое электрическим сигналом , полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона длин волн , позволяет учесть погрешность , обусловленную наличием в исследуемой биологической ткани воды , и, тем самым , повысить точность определения концентрации гемоглобина .
Кроме того , определение концентрации кислорода на основании значения разности электрических сигналов , полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением второго и первого диапазонов длин волн , которая уменьшена на значение , определяемое электрическим сигналом , полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона длин волн , также позволяет учесть погрешность , обусловленную наличием в исследуемой биологической ткани воды , и, тем самым , повысить точность определения концентрации кислорода .
Отмеченное свидетельствует о решении декларированной выше задачи и достижение сформулированного выше технического результата настоящего
изобретения благодаря наличию у способа неинвазивного определения концентраций гемоглобина и кислорода в крови перечисленных выше отличительных признаков .
Краткое описание чертежей
5 На фиг. 1 показана структурная схема устройства , которое позволяет
наилучшим образом осуществить заявляемый способ неинвазивного определения концентраций гемоглобина и кислорода в крови , где 1 - блок светодиодов , 2 -приемник оптического излучения , 3 - усилитель , 4 - аналого -цифровой преобразователь , 5 - контроллер , 6 - блок индикации и 7 - биологическая ткань .
На фиг . 2 показаны спектры поглощения оптического излучения
оксигемоглобина , дезоксигемоглобина и воды в диапазоне длин волн от 600 нм до
1100 нм.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения Устройство , которое позволяет наилучшим образом осуществить
заявляемый способ неинвазивного определения концентраций гемоглобина и
кислорода в крови , содержит последовательно соединенные приемник 2 оптического излучения , усилитель 3 , аналого -цифровой преобразователь 4 , контроллер 5 и блок 6 индикации , а также блок 1 светодиодов , подключенный к выходу контроллера 5.
20 Блок 1 светодиодов содержит , по меньшей мере , один светодиод ,
выполненный с возможностью испускания оптического излучения в первом диапазоне длин волн 680-720 нм, включающем значение 700 нм, например светодиод типа L-132XHT фирмы Kingbright, по меньшей мере , один светодиод , выполненный с возможностью испускания оптического излучения во втором диапазоне длин волн 860-900 нм, включающем значение 880 нм, например светодиод типа BL-314IR фирмы BetLux, и, по меньшей мере , один светодиод , выполненный с возможностью испускания оптического излучения в третьем диапазоне длин волн 940-980 нм, включающем значение 960 нм, например светодиод типа TSUS4400 фирмы Vishay.
30 В качестве приемника 2 оптического излучения использован фотодиод ,
чувствительный к оптическому излучению в диапазоне длин волн от 570 нм до 1100 нм, например , фотодиод типа BPW34 фирмы Vishay.
Приемник 2 оптического излучения и светодиоды блока 1 светодиодов установлены на общем основании (на фиг . 1 не показано ), которое выполнено с
возможностью прижатия к исследуемой биологической ткани 7 , причем
светодиоды размещены вокруг приемника 2 оптического излучения .
В качестве усилителя 3 может быть использован прецизионный
операционный усилитель , например , типа AD8604 фирмы Analog Devices.
В качестве аналого -цифрового преобразователя 4 может быть использован , высокоскоростной аналого -цифровой преобразователь большой
разрядности (от 12 бит), например , аналого -цифровой преобразователь типа AD7655 фирмы Analog Devices.
В качестве контроллера 5 может быть использован любой микроконтроллер , обладающий необходимыми ресурсами для управления
внешним аналого -цифровым преобразователем и достаточным быстродействием , например , типа ATXmega128A4U фирмы Atmel, снабженный постоянным и оперативным запоминающими устройствами .
Устройство , которое позволяет осуществить заявляемый способ
неинвазивного определения концентраций гемоглобина и кислорода в крови ,
работает следующим образом .
Для определения концентраций гемоглобина и кислорода в крови основание с приемником 2 оптического излучения и светодиодами блока 1
светодиодов прижимают к исследуемой биологической ткани 7 .
При включении устройства светодиоды блока 1 светодиодов оптического излучения не испускают . Электрический сигнал с приемника 2 оптического излучения , определяемый его темновым током , усиливается усилителем 3 и
преобразуется аналого -цифровым преобразователем 4 в цифровой код, который
поступает в контроллер 5 и запоминается в его оперативном запоминающем
устройстве .
Затем по сигналам с контроллера 5 поочередно подается напряжение на светодиоды блока 1 светодиодов . Для осуществления заявляемого способа последовательность включения светодиодов не принципиальна .
Например , при подаче напряжения на светодиод блока 1 светодиодов , выполненный с возможностью испускания оптического излучения в первом диапазоне длин волн 680-720 м , последний испускает оптическое излучение указанного диапазона длин волн в направлении исследуемой биологической 30 ткани 7. Часть падающего оптического излучения поглощается , преимущественно ,
дезоксигемоглобином , а часть диффузно отражается и падает на приемник 2
оптического излучения , который преобразует эту часть оптического излучения в электрический сигнал , определяемый в большей степени концентрацией
дезоксигемоглобина в исследуемой биологической ткани 7 и в меньшей степени -
35 оксигемоглобином и водой (см. фиг .2). Этот электрический сигнал усиливается
усилителем 3 и после преобразования аналого -цифровым преобразователем 4 в
цифровой код поступает в контроллер 5 , который с целью учета погрешности
измерения , обусловленной темновым током приемника 2 оптического излучения вычитает из этого цифрового кода хранящийся в оперативном запоминающем устройстве цифровой код, соответствующий электрическому сигналу , обусловленному темновым током приемника 2 оптического излучения , и заносит в 5 оперативное запоминающее устройство полученную разность , которая соответствует электрическому сигналу ui, значение которого определяется
преимущественно концентрацией дезоксигемоглобина в исследуемой
биологической ткани 7.
Затем ранее включенный светодиод выключается , но в результате 10 подачи напряжения , например , на светодиод блока 1 светодиодов , выполненный с возможностью испускания оптического излучения во втором диапазоне с длинами волн 860-900 нм, последний испускает оптическое излучение указанного диапазона длин волн в направлении исследуемой биологической ткани 7 . Аналогичным образом приемник 2 оптического излучения преобразует диффузно отраженное оптическое излучение в электрический сигнал , который определяется
преимущественно концентрацией оксигемоглобина в исследуемой биологической
ткани 7 ив меньшей степени - дезоксигемоглобином и водой (см. фиг . 2). Этот электрический сигнал усиливается усилителем 3 и после преобразования аналого -цифровым преобразователем 4 в цифровой код поступает в контроллер 20 5, который с целью учета погрешности измерения , обусловленной темновым током приемника 2 оптического излучения вычитает из этого цифрового кода
хранящийся в оперативном запоминающем устройстве цифровой код, соответствующий электрическому сигналу , обусловленному темновым током
приемника 2 оптического излучения , и заносит в оперативное запоминающее устройство полученную разность , которая соответствует электрическому сигналу и , значение которого определяется преимущественно концентрацией
оксигемоглобина в исследуемой биологической ткани 7 .
Далее ранее включенный светодиод выключается , но в результате подачи напряжения на светодиод блока 1 светодиодов , выполненный с возможностью испускания оптического излучения в третьем диапазоне длин волн 940-980 н м , последний испускает оптическое излучение указанного диапазона
длин волн в направлении исследуемой биологической ткани 7. Аналогичным образом приемник 2 оптического излучения преобразует диффузно отраженное оптическое излучение в электрический сигнал , который в большей степени определяется концентрацией воды в исследуемой биологической ткани 7 и в
меньшей степени - оксигемоглобином и дезоксигемоглобином (см. фиг .2). Этот
электрический сигнал усиливается усилителем 3 и после преобразования
аналого - цифровым преобразователем 4 в цифровой код поступает в контроллер 5, который с целью учета погрешности измерения , обусловленной темновым током приемника 2 оптического излучения вычитает из этого цифрового кода хранящийся в оперативном запоминающем устройстве цифровой код,
5 соответствующий электрическому сигналу , обусловленному темновым током приемника 2 оптического излучения , и заносит в оперативное запоминающее устройство полученную разность , которая соответствует электрическому сигналу из, значение которого определяется преимущественно концентрацией воды в исследуемой биологической ткани 7.
10 Затем рассмотренные процессы поочередного включения по сигналам с
контроллера 5 светодиодов блока 1 светодиодов , преобразования отраженного оптического излучения в электрический сигнал приемником 2 оптического излучения и обработки контроллером 5 полученных цифровых кодов неоднократно повторяются . В результате этого в оперативном запоминающем
устройстве контроллера 5 накапливаются выборки цифровых значений
электрических сигналов Ui, иг и из, которые для фильтрации случайных
погрешностей измерений статистически обрабатываются контроллером 5, в
результате чего формируются усредненные цифровые значения электрических сигналов Ui, U2 и из, соответственно , и запоминаются в оперативном запоминающем устройстве контроллера 5.
На основании полученных усредненных значений Ui, U2 и из электрических сигналов контроллер 5 вычисляет значение суммарного электрического сигнала в соответствии со следующим выражением :
UcyM=Ul + U2-U3(Kl3+K23),
где U , U2, U 3 - усредненные значения электрических сигналов , полученных при облучении биологической ткани 7 оптическим излучением первого , второго и третьего диапазонов длин волн , соответственно ;
3, к2з - коэффициенты , предварительно полученные на основании
совместной обработки известных характеристики относительной спектральной
чувствительности используемого приемника 2 оптического излучения и спектра поглощения воды в первом , втором и третьем диапазонах длин волн , соответственно , и хранящиеся в постоянном запоминающем устройстве контроллера 5 .
На основании полученных усредненных значений Ui, U2 и U3 электрических сигналов контроллер 5 вычисляет значение разностного электрического сигнала в соответствии со следующим выражением :
UPA3H=U2- U i- U3(K13+K23),
где Ui, U2, U з - усредненные значения электрических сигналов , полученных при облучении биологической ткани 7 оптическим излучением первого , второго и третьего диапазонов длин волн , соответственно ;
к1 з, Кгз - коэффициенты , предварительно полученные на основании
совместной обработки известных характеристики относительной спектральной
чувствительности используемого приемника 2 оптического излучения и спектра поглощения воды в первом , втором и третьем диапазонах длин волн , соответственно , и хранящиеся в постоянном запоминающем устройстве контроллера 5 .
10 Указанные выше коэффициенты , хранящиеся в постоянном
запоминающем устройстве контроллера 5 , определяют предварительно при
совместной обработке известных характеристики относительной спектральной
чувствительности используемого приемника 2 оптического излучения и спектра поглощения воды в первом , втором и третьем диапазонах длин волн в 15 соответствии с выражениями :
Ki3=K3S3/Ki/Si, К2з=Кз8з/Кг/82,
где K, Кг, Кз - средние значения коэффициентов поглощения воды в
первом , втором и третьем диапазонах длин волн , соответственно ;
20 S, S2, S3 - средние значения относительной спектральной
чувствительности приемника 2 оптического излучения в первом , втором и третьем диапазонах длин волн , соответственно .
Концентрацию гемоглобина в крови контроллер 5 определяет на
основании полученного значения суммарного электрического сигнала 1)СУМ с
использованием тарировочной зависимости между концентрацией гемоглобина и
полученным суммарным электрическим сигналом i 1СУМ , которая была экспериментально получена предварительно и записана в постоянное запоминающее устройство контроллера 5 .
Концентрацию кислорода в крови контроллер 5 определяет на основании
30 полученного значения разностного электрического сигнала i) РАЗН С использованием тарировочной зависимости между концентрацией кислорода и полученным разностным электрическим сигналом ирдзн , которая была экспериментально получена предварительно и записана в постоянное запоминающее устройство контроллера 5.
35 Полученные значения концентраций гемоглобина и кислорода в крови из
контроллера 5 поступают в блок 6 индикации , который отображает это значение
оператору устройства .
Промышленная применимость Авторами настоящего изобретения был разработан и испытан опытный образец устройства , которое позволяет осуществить заявляемый способ неинвазивного определения концентраций гемоглобина и кислорода в крови . 5 Испытания опытного образца устройства показали , во-первых , его работоспособность , а, во-вторых , возможность достижения технического результата , заключающегося в повышении точности определения концентраций гемоглобина и кислорода за счет снижения погрешности измерений , обусловленной наличием в исследуемой биологической ткани воды , на 10-12%.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ неинвазивного определения концентраций гемоглобина и кислорода в крови , включающий поочередное облучение биологической ткани в любой последовательности оптическим излучением красного и ближнего
5 инфракрасного диапазона длин волн , прием диффузно отраженного
биологической тканью оптического излучения , преобразование принятого
оптического излучения в электрический сигнал и определение на основании полученного электрического сигнала концентраций гемоглобина и кислорода ,
отличающийся тем , что облучение биологической ткани осуществляют
10 оптическим излучением первого диапазона длин волн , включающего значение 700 нм, оптическим излучением второго диапазона длин волн , включающего значение 880 нм, и оптическим излучением третьего диапазона длин волн , включающего значение 960 нм, определение концентрации гемоглобина осуществляют на основании значения суммы электрических сигналов , полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого и второго диапазонов , которая уменьшена на значение , определяемое электрическим сигналом , полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона , а определение концентрации кислорода осуществляют на основании значения разности электрических сигналов , полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением второго и первого диапазонов , которая уменьшена на значение , определяемое электрическим сигналом , полученным при облучении биологической ткани оптическим излучением третьего диапазона .
2. Способ по п. 1, отличающийся тем , что определение концентрации гемоглобина в крови осуществляют с использованием экспериментально
полученной тарировочной зависимости между концентрацией гемоглобина и
полученным суммарным электрическим сигналом , имеющим значение UcyM=Ui+U2-из(К1з+К2з), где U, U2, U3 - значения электрических сигналов , полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого , 30 второго и третьего диапазонов длин волн , соответственно , KI3, кгз -
коэффициенты , предварительно полученные на основании совместной обработки
известных характеристики относительной спектральной чувствительности используемого приемника оптического излучения и спектра поглощения воды в первом , втором и третьем диапазонах длин волн , соответственно .
3. Способ по п. 1, отличающийся тем , что определение концентрации кислорода в крови осуществляют с использованием экспериментально
полученной тарировочной зависимости между концентрацией кислорода в крови и
WO 2018/067034 PCT/RU2017/000731
полученным разностным электрическим сигналом , имеющим значение UPA3H=U2-Ui-U3(Ki3+K23), где Ui, U2, из- значения электрических сигналов , полученных при облучении биологической ткани оптическим излучением первого , второго и третьего диапазонов длин волн , соответственно , к3, к2з - коэффициенты , 5 предварительно полученные на основании совместной обработки известных характеристики относительной спектральной чувствительности используемого приемника оптического излучения и спектра поглощения воды в первом , втором и третьем диапазонах длин волн , соответственно .
4. Способ по п .2 или 3, отличающийся тем , что упомянутые
коэффициенты при совместной обработке известных характеристики
относительной спектральной чувствительности используемого приемника оптического излучения и спектра поглощения воды в первом , втором и третьем диапазонах длин волн определяют предварительно в соответствии с выражениями Ki3=r\3S3/Ki/Si И "гз^звз/Кг/вг, где Ki, Кг, Кз - средние значения коэффициентов поглощения воды в первом , втором и третьем диапазонах длин волн , соответственно , Si,S2, S3 - средние значения относительной спектральной чувствительности приемника оптического излучения в первом , втором и третьем диапазонах длин волн , соответственно .
International application No.
PCT/RU 201 7/000731
A. CLASSIFICATION OF SUBJECT MATTER
A61 В 5/1455 (2006.01)
According to International Patent Classification (IPC) or to both national classification and IPC
B . FIELDS SEARCHED
Minimum documentation searched (classification system followed by classification symbols)
A61 В 5/1455, 5/00
Documentation searched other than minimum documentation to the extent that such documents are included in the fields searched
Electronic data base consulted during the international search (name ofdata base and, where practicable, search terms used)
Espacenet, PatSearch (RUPTO Internal), USPTO, CIPO
C . DOCUMENTS CONSIDERED TO BE RELEVANT
Category*
Citation of document, with indication, where appropriate, of the relevant passages
Relevant to claim No.
D, A
D, A
A A
RU 2040912 C1 (NAUCHNO-INZHENERNYI TSENTR BIOMEDITSINSKOI RADIOELEKTRONIKI INSTITUTA RADIOTEKHNIKI I ELEKTRONIKI RAN) 09.08.1 995
RU 2 1 73082 C 1 (GOSUDARSTVENNOE UNITARNOE PREDPRIIATIE "NPO ASTROFIZIKA") 10.09.2001
RU 2233620 C 1 (ZAKRYTOE AKTSIONERNOE OBSHCHESTVO "MIKARDLANA") 10.08.2004
RU 2574571 C 1 (KRYZHANOVSKII EDVARD VLADIMIROVICH et al.) 10.02.2016
EA 1936 B1 (SAITOMETRIKS, INK.) 22.1 0.2001
US 6 149481 A (NTC TECHNOLOGY, INC.) 2 1.1 1.2000
1-4
1-4
1-4
1-4
1-4 1-4
|~~| Further documents are listed in the continuation of Box C. JJ See patent family annex.
* Special categories of cited documents:
"A" document defining the general state of the art which is not considered to be of particular relevance
"E" earlier application or patent but published on or after the international filing date
"L" document which may throw doubts on priority claim(s) or which is cited to establish the publication date of another citation or other special reason (as specified)
"O" document referring to an oral disclosure, use, exhibition or other means
"T" later document published after the international filing date or priority date and not in conflict with the application but cited to understand the principle or theory underlying the invention
"X" document of particular relevance; the claimed invention cannot be considered novel or cannot be considered to involve an inventive step when the document is taken alone
"Y" document of particular relevance; the claimed invention cannot be considered to involve an inventive step when the document is combined with one or more other such documents, such combination being obvious to a person skilled in the art
" &" document member of the same patent family
WO 2018/067034 PCT/RU2017/000731
WO 2018/067034 PCT7RU2017/000731
WO 2018/067034 PCT/RU2017/000731
WO 2018/067034
PCT/RU2017/000731
INTERNATIONAL SEARCH REPORT