2.5.1. Основы построения пульсоксиметров
Датчик пульсоксиметра (рис. 17) содержит два светоизлучающих диода, работающих в красной и инфракрасной области спектра и широкополосный фотоприемник.
Рис. 17. Датчик пульсооксиметрии
Датчик выполнен таким образом, что при его расположении на поверхности тела человека, на фотоприемник поступает свет излучателей, ослабленный участком тканей, содержащим артериальный сосуд.
Используется два типа датчиков. Первый – анализирующий излучение светодиодов, проходящее через ткани, а второй – излучение, отраженное от исследуемых тканей.
Датчики первого типа укрепляются на кончике пальца руки или ноги или на мочке уха, а датчики второго типа размещаются на поверхности тела в районе сонной или височной артерии. Светодиоды красного и инфракрасного диапазонов размещаются на одной подложке для совмещения оптических осей излучения.
В качестве фотоприемников в датчиках используются кремниевые фотодиоды, обладающие высокой чувствительностью в области красного и инфракрасного диапазона излучения.
Структурная схема пульсоксиметра состоит из следующих блоков (рис. 18)
Рис. 18. Структурная схема пульсоксиметра
Фотоприемник преобразует ослабленное тканями излучение в электрический сигнал, который поступает в цепь усиления. Излучатели датчика включаются поочередно, т.е. коммутируются с частотой 1000 Гц. Далее в усилительной цепи сигналы красного и инфракрасного излучения разделяются на 2 канала с помощью импульсов управления коммутатора, переключающих светодиоды. В каждом канале производится измерение двух составляющих фотоплетизмограммы (ФПГ) сигнала, характеризующих постоянную и пульсирующую составляющие поглощения, необходимые для вычисления R и определения сатурации по калибровочной кривой.
Усиление сигналов фотоприемника в большом диапазоне обеспечивается использованием АРУ (автоматического регулирующего устройства). Его применение обусловлено значительным разбросом оптических характеристик кожи, подкожных тканей и особенностями пульсаций кровотока у различных пациентов. Система АРУ охватывает каскады усиления ФПГрафического сигнала и источник тока, питающего светодиоды, и поддерживает выходные сигналы усилителя на уровне номинального напряжения входа АЦП вычислителя.
Вычислитель содержит программу первичной обработки ФПГ сигнала, алгоритмы выделения артериальных пульсаций по красному и инфракрасному каналам, вычисления R и определения величины SpО2 по занесенной в память вычислителя калибровочной зависимости.
Основными эксплуатационными характеристиками пульсоксиметров являются высокая точность измерений и быстродействие. Длительность процесса измерения и оценки сатурации должна составлять не более 6 … 10 с. Основная погрешность измерения сатурации в диапазоне 80 – 99 % должна быть не более 2 %, а в диапазоне 50 – 79 % не более 3 %.
На точность измерений оказывают влияние следующие основные помехи.
Электрические, вызванные влиянием внешних электромагнитных полей (наводки), т.е. переменным током питающей сети, электрохирургическим инструментом, физиотерапевтической аппаратурой. Подавление помех обеспечивается за счет применения фильтров.
Оптические помехи – за счет попадания света от посторонних источников излучения.
Помехи физиологической природы, оказывающие наиболее сильное влияние на точность измерения. Они возможны за счет двигательных факторов, в т.ч. и дыхания. Их влияние снижают путем применения определенных алгоритмов выделения пульсаций и вычисления R и SpO2 .