Поручения электронному блоку пульсоксиметра.
В компактном пульсоксиметре найти электронный блок как автономный элемент конструкции вы не сумеете: он "где-то внутри". Но задачи, стоящие перед ним, достаточно серьезные: он должен преобразовать сигналы двух датчиков в показатели уровня сатурации и частоты сердечных сокращений (ЧСС). И делать это он должен, непрерывно обновляя свои показания.
Рассмотрим логически обоснованные поручения для электронного блока пульсоксиметра.
Основное поручение
Исходное положение: пульсоксиметр включен; два датчика, "красный" и "инфракрасный", регистрируют интенсивность излучений, создаваемых двумя светодиодами, расположенными напротив них. При отсутствии пальца в пульсоксиметре, сигналы датчиков соответствуют двум значениям интенсивности I 0 излучений, даваемых светодиодами при отсутствии поглощающей преграды. Блок их запомнил.
Следующая экспозиция: в пульсоксиметр помещен палец. Сигналы датчиков уменьшились, стали соответствовать двум значениям интенсивности I. Блок запомнил и это.
Вычислив отношение I / I 0 по каждому из двух световых потоков, блок получит ответ на вопрос, каковы коэффициенты ослабления по красному и по инфракрасному излучению в пальце пациента.
По этим данным вычисляется безразмерная величина r, показывающая, во сколько раз поглощение инфракрасного излучения превосходит поглощение красного .
|
|
|
Обозначим уровень сатурации артериальной крови через S. Учитывая сложный характер кривых - спектров поглощения рис 1, и то, что светодиоды светят в достаточно широких диапазонах длин волн, можно предполагать сложный вид зависимости S(r). Она устанавливается с требуемой точностью в специальных калибровочных экспериментах и занесена в память электронного блока. Ему же остается для любого текущего значения r находить в своей памяти соответствующее значение сатурации S, и выводить этот результат на монитор пульсоксиметра в режиме онлайн.
Предварительное поручение.
Все, что мы только что обсудили, электронный блок будет выполнять, но предварительно он должен выполнять некоторые преобразования сигналов, получаемых от датчиков. Цель этих преобразований – выделить в электрическом сигнале каждого датчика переменную составляющую и избавиться от постоянной.
Электрический сигнал на выходе каждого из датчиков можно представить в виде следующей функции:
U(t) = Uпост + Uпульс(t) (1)
Здесь Uпост - постоянная составляющая сигнала, соответствующая поглощению излучения в постоянной крови, всегда имеющейся в пальце: в уходящей венозной крови, в костных и мышечных тканях пальца;
|
|
|
Uпульс(t) – переменная во времени реакция датчика на пульсации свежей артериальной крови в капиллярах пальца. Эти пульсации мы назвали в предисловиях «отголосками пульсовых волн».
Принято считать, что артериальная пульсовая волна, ослабевая по мере распространения, на входе в капиллярную систему уже не ощутима. Это верно в том смысле, что пульсации давления, создаваемые пульсовой волной на подступах к капиллярам, так слабы, что деформаций стенок сосудов уже не вызывают. Но молекулярный механизм передачи пульсаций давления в жидкостях продолжает действовать. Пульсовая волна в крупных сосудах создает низкочастотную звуковую волну и в капиллярах. Амплитуда пульсаций в этой звуковой волне весьма мала, но велика чувствительность оптических датчиков.
Чтобы избавиться от Uпост в функции (1), достаточно взять от нее производную:
U´(t) = U´пост + U´пульс(t) = U´пульс(t) (2)
(здесь учтено, что производная от постоянной величины равна нулю).
Чтобы произвести преобразования (2) с «живым» электрическим сигналом, получаемым на выходе датчика, его следует пропустить через давно известную в электронике дифференцирующую цепочку –
|
|
|
RC-цепочку, состоящую из резистора R и конденсатора C (рис. 2) .
Рис. 2. Дифференцирующая цепочка.
На правой половине этого рисунка демонстрируются возможности RC-цепочки: показано, как она преобразует входной сигнал, имеющий вид прямоугольного импульса. На выходе цепочки получены: положительный всплеск потенциала, соответствующий стремительному нарастанию прямоугольного импульса, и отрицательный всплеск – по поводу резкого убывания потенциала в импульсе, на стадии, когда импульс заканчивает свое существование. На участках постоянства входного сигнала, выходной сигнал практически равен нулю.
Таким образом, электронный блок должен сначала выполнить дополнительное поручение: преобразовать электрические сигналы датчиков, и только потом выполнять основное поручение.
Дифференцирующие цепочки не меняют частоты дифференцируемых сигналов. Ну, а подсчет импульсов и определение частоты следования сигналов – дело для электроники привычное. Так что электронный блок показывает на мониторе пульсоксиметра не только уровень сатурации артериальной крови, но и ЧСС.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 391; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!