Исследование принципов построения фотоплетизмографов с целью разработки современных методов оперативной обработки информации при контроле периферического кровообращения

В последнее десятилетие в развитых странах наблюдается повышенный интерес к инструментальным методам бескровного (неинвазивного) измерения параметров систем организма.

На новом направлении прогресс в основном связан с теми методами, которые позволяют неивазивно оценивать степень жизнеспособности тканей, органов и систем организма, К ним относятся методы измерения параметров сердечно-сосудистой системы организма — именно параметров, а не соответствующих сигналов, которые потенциально несут в себе нужную информацию, но не прошли программно-алгоритмической обработки.

В настоящее время в арсенале медицины имеются разнообразные методы и аппаратура с помощью которых проводятся исследования состояния периферического кровообращения в тканях. Фотоплетизмографический метод (ФМ) наиболее полно отвечает указанным выше целям.

Данный метод позволяет разработать и применять бесконтактные датчики, что исключает сдавливание сосудов и таким образом направленно на предотвращение нарушения кровообращения в исследуемом участке тканей. Кроме того, фотоплетизмографический метод позволяет проводить исследования бесконтактным методом как в проходящем, так и в отраженном свете, поэтому применение его в практике весьма перспективно.

Результаты обширных исследований биофизических основ Фотоплетизмографического метода, убедительно показывают возможность проведения оценки ряда основных параметров гемодинамики в биологических тканях с помощью данного метода. Однако широкое использование его сдерживается не оперативностью обработки получаемой информации, а также отсутствием метрологического обеспечения, гарантирующего единство и достоверность фотоплетизмографических измерений.

В связи со сказанным разработка методики комплексного исследования спектральных характеристик биологических тканей и качественно новых методов измерения основных параметров гемодинамики этих тканей, а также создание на их основе измерительных приборов, сочетающих в себе достаточную точность и достоверность проводимых измерений, представляет собой актуальную задачу и имеет практическую ценность.

Решение указанных вопросов составило цель нашего исследования, а именно: исследование и разработка принципов построения оптико-электронной аппаратуры для излучения состояния периферического кровообращения в биологических тканяхисследование и разработка средств сопряжения фотоплетизмографического оборудования с компьютером для последующей математической обработки сигналавнедрение результатов исследований по разработке фотоплетизмографического метода и аппаратуры в медицинскую практику с целью повышения оценки эффективности диагностики и лечения заболеваний сердечно-сосудистой системы.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

— Провести анализ методов и аппаратуры, применяемых для изучения состояния периферического кровообращения в биологических тканях;

— Провести анализ спектральных характеристик биологических тканей и на этой основе сформулировать требования к спектральным характеристикам источника лучистой энергии (ИЛЭ) и к фотоприемнику;

На основе теоретико-экспериментальных исследований разработать рекомендации по созданию фотоплетизмографической установки для изучения периферического кровообращения в тканях БО;

— Разработать устройство сопряжения фотоплетизмографической установки с компьютером и разработать алгоритм первичной обработки оцифрованных данных;

— Исследовать эффективность оптико-электронных устройств, предназначенных для исследования периферического кровообращения (ПКО) в тканях биологического объекта (БО), а также провести их клинические испытания.

При выполнении исследования мы осуществили анализ и обобщение литературных сведений, теоретическое обоснование и разработку принципов построения перспективных оптико-электронных устройств для изучения параметров гемодинамики ПКО. Были выполнены также исследования способов калибровки фотоплетизмограмм и фотоплетизмографического устройства (ФПУ), проведена экспериментальная проверка основных научных положений и сделан анализ результатов исследований с использованием математической обработки данных.

Теоретически и экспериментально доказана принципиальная возможность создания высокоэффективных оптико-электронных устройств, позволяющих исследовать основные параметры кровотока в биологических тканях.

Диссертационная работа выполнялась в Московском Государственном Университете геодезии и картографии. Подобные работы на начальном этапе в 1980;90 годах выполнялись также в НЦХ АМН и ЦНИИС.

Основные положения, которые выносятся на защиту: принципы построения оптико-электронных систем для исследования и анализа основных параметров периферического кровообращения;

— результаты разработки принципов построения и создания фотоплетизмографических датчиков;

— результаты лабораторных исследований и клинической апробации фотоплетизмографического устройства для диагностики состояния периферического кровообращения в биологических тканях ;

— результаты теоретических и экспериментальных исследований по разработке методики первичной микропроцессорной обработки информации;

— результаты экспериментальных исследований по разработке устройств сопряжения фотоплетизмографической установки с персональным компьютеромметодика и результаты математической обработки фотоплетизмограмм.

5.3. Выводы.

1 Получение устойчивых фотоплетизмограмм с симметричных мест тела испытуемого доказывает достоверность результатов измерений. 2. Получение на компьютере четких графических изображений фотоплетизмограмм подтверждает работоспособность разработанной методики сопряжения оптико-электронного прибора для изучения состояния периферического кровообращения в биологических тканях с персональным компьютером.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате выполнения диссертационной работы получены следующие основные результаты.

1. На основе анализа литературных источников, посвященных известным методам исследования периферического кровообращения, изучен фотоплетизмографический метод, установлена перспективность этого оптико-электронного метода и определены задачи его исследования.

2. Аналитические соотношения, приведенные в главе 3 позволяют рассчитать оптимальные конструктивные параметры оптической системы для исследования периферического кровообращения биологических объектов.

3. Исследованы оптические характеристики биологических объектов и выработаны рекомендации по выбору рабочей длины волны оптико-электронной системы для исследования периферического кровообращения.

4. Выработаны рекомендации по выбору источников и приемников оптического излучения для исследования периферического кровообращения фотоплетизмографическим способом.

5. Разработана методика сопряжения оптико-электронной системы для исследования периферического. кровообращения с персональным компьютером, отличающаяся своей экономичностью.

Автор выражает благодарность доценту, к.т.н Савостину П. И. и доценту, к.т.н Герасимову И М. кафедры ЭАиЭ МИИГАиК и Зайцеву В. П за помощь в создании экспериментального стенда.