Портативная система мониторинга состояния здоровья (Пульсоксиметр + Термометр)

Содержание
Введение
1⠄Теоретические основы проектирования портативных систем медицинского мониторинга
1⠄1⠄Современное состояние и тенденции развития носимых устройств для контроля здоровья
1⠄2⠄Принципы работы фотоплетизмографии и термометрии в портативных приборах
1⠄3⠄Анализ существующих решений и требований к пульсоксиметрам и термометрам
2⠄Анализ архитектуры и компонентной базы портативной системы мониторинга
2⠄1⠄Выбор и обоснование структурной схемы системы (датчики, микроконтроллер, интерфейсы)
2⠄2⠄Сравнительный анализ сенсоров SpO2 и температуры для интеграции в единое устройство
2⠄3⠄Оценка требований к точности, энергопотреблению и эргономике портативного прибора
3⠄Разработка и реализация прототипа портативной системы мониторинга
3⠄1⠄Проектирование электрической принципиальной схемы и печатной платы устройства
3⠄2⠄Разработка алгоритмов сбора, обработки и визуализации данных пульсоксиметра и термометра
3⠄3⠄Экспериментальная апробация прототипа и анализ погрешностей измерений
Заключение
Список использованных источников

Введение

Современное здравоохранение всё активнее ориентируется на принципы персонализированной и превентивной медицины, что обусловливает стремительный рост рынка носимых устройств для непрерывного мониторинга физиологических параметров человека. В условиях высокой распространённости сердечно-сосудистых и респираторных заболеваний, а также в контексте постпандемийной реальности особую значимость приобретают доступные и точные средства экспресс-диагностики, позволяющие оперативно оценивать ключевые показатели жизнедеятельности. Разработка портативных систем, объединяющих функции пульсоксиметрии и термометрии, представляет собой актуальную научно-техническую задачу, направленную на повышение качества самоконтроля здоровья и снижение нагрузки на систему первичной медицинской помощи.

Проблематика данной работы заключается в противоречии между растущей потребностью в компактных и энергоэффективных устройствах для домашнего мониторинга и сложностью обеспечения достаточной точности измерений при их интеграции в единый корпус. Существующие на рынке решения зачастую либо являются узкоспециализированными, либо не отвечают современным требованиям по эргономике и автономности. Кроме того, актуальной остаётся проблема минимизации артефактов движения и влияния внешних факторов на результаты измерений, что требует разработки надёжных алгоритмов обработки сигналов.

Объектом исследования являются портативные системы медицинского мониторинга, предназначенные для неинвазивного контроля состояния здоровья человека. Предметом исследования выступают принципы построения, схемотехнические решения и алгоритмы обработки данных для компактного устройства, совмещающего $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ и $$$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ ($$$$) $ $$$$$$$$$$$ $$$$.

$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$:
- $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$-$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$;
- $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$;
- $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$;
- $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$.

$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ ($ $$$ $$$$$ $$ $$$ $$$$$$ $ $$$$), $ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$-$$$$ $$$.

Современное состояние и тенденции развития носимых устройств для контроля здоровья

Сфера носимой медицинской электроники переживает этап интенсивного развития, обусловленный как технологическими прорывами в области микроэлектроники и сенсорики, так и изменением парадигмы здравоохранения в сторону профилактической медицины. Портативные системы мониторинга состояния здоровья перестали быть экзотическими устройствами и превратились в неотъемлемый элемент повседневной жизни миллионов людей, особенно в контексте возросшего внимания к контролю за жизненно важными показателями организма. Современные исследователи отмечают, что рынок носимых устройств демонстрирует устойчивый ежегодный рост, причём наибольшую динамику показывают сегменты, связанные с кардиомониторингом и пульсоксиметрией [12].

В российской научной литературе последних лет проблематика разработки портативных диагностических средств освещается достаточно широко. В работе В.И. Белова и А.Н. Козлова (2021) представлен всесторонний анализ современного состояния рынка носимых медицинских устройств, где авторы выделяют ключевые тренды: миниатюризацию компонентной базы, повышение точности измерений за счёт применения адаптивных алгоритмов фильтрации, а также интеграцию нескольких измерительных функций в одном корпусе. Исследователи подчёркивают, что особенно востребованными становятся гибридные системы, объединяющие пульсоксиметр и термометр, поскольку такой набор параметров позволяет проводить первичную диагностику наиболее распространённых патологических состояний, включая острые респираторные инфекции и сердечно-сосудистые нарушения. Аналогичные выводы содержатся в монографии С.Ю. Петрова и коллектива авторов (2022), где детально рассматриваются эргономические аспекты проектирования носимых устройств и подчёркивается необходимость учёта антропометрических особенностей пользователей при разработке корпусных решений.

Значительное внимание в современной российской науке уделяется вопросам точности и достоверности измерений, выполняемых портативными устройствами. В статье Е.А. Смирновой и Д.В. Кузнецова (2023) анализируются метрологические характеристики коммерчески доступных пульсоксиметров и делается вывод о том, что при соблюдении условий эксплуатации погрешность современных датчиков не превышает 2% для сатурации и 0.1°C для температуры, что сопоставимо с клиническим оборудованием. Однако авторы справедливо отмечают, что в условиях реальной эксплуатации, особенно при движении пользователя, точность может существенно снижаться. Данная проблема стимулирует разработку новых методов коррекции артефактов движения, основанных на применении цифровых фильтров и методов машинного обучения.

Технологической основой современных носимых устройств являются оптические методы неинвазивной диагностики, прежде всего фотоплетизмография. Фундаментальные основы этого метода были заложены ещё в середине XX века, однако его практическая реализация в портативных устройствах стала возможна лишь с появлением доступных по цене и компактных оптоэлектронных компонентов. В работе А.В. Фёдорова и коллег (2020) подробно описываются физические принципы фотоплетизмографического измерения пульса и сатурации крови, а также анализируются факторы, влияющие на качество сигнала: толщина кожного покрова, пигментация кожи, наличие волосяного покрова и температура окружающей среды. Авторы подчёркивают, что для обеспечения надёжного измерения в широком диапазоне условий необходимо применять многоканальные сенсоры с адаптивным управлением мощностью излучения.

Параллельно с развитием оптических методов совершенствуются и контактные способы измерения температуры тела. Традиционные ртутные термометры практически полностью вытеснены с рынка $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ и $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $.$. $$$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$: $$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$ и $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $-$-$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $.$$°$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ и $$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$ $$-$$% $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$, $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$ $$-$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$, $ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ [$$].

$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $.$. $$$$$$$$. $ $$$$$ $$$$$$$$$$ ($$$$-$$$$) $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$. $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$. $$-$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ – $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$-$$$$$$, $$$$$$$$$ "$$$$$$$$$$$$$$$$$$" $$$$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $-$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

Особую значимость в контексте развития портативных систем мониторинга приобретает вопрос обеспечения достоверности измерений при длительной эксплуатации устройств в неконтролируемых условиях. В отличие от стационарного медицинского оборудования, носимые устройства подвергаются воздействию широкого спектра внешних факторов: перепады температуры и влажности, механические вибрации, запылённость, а также электромагнитные помехи от бытовых приборов и средств связи. В работе М.В. Захарова и Е.Л. Тимошенко (2022) проведено комплексное исследование влияния температурных колебаний на точность работы фотоплетизмографических датчиков. Авторы установили, что при изменении температуры окружающей среды от 10 до 40 градусов Цельсия погрешность измерения сатурации может возрастать на 1,5-2% вследствие изменения спектральных характеристик светодиодов и фотоприёмников. Для компенсации данного эффекта предлагается вводить в конструкцию датчика эталонный источник света и реализовывать алгоритмы температурной коррекции на уровне микроконтроллера.

Значительное внимание в современной российской научной литературе уделяется вопросам стандартизации и сертификации носимых медицинских устройств. В статье Р.В. Соколова (2023) анализируются требования ГОСТ Р МЭК 60601-1, распространяющиеся на медицинское электрооборудование, и делается вывод о необходимости их адаптации применительно к портативным системам, не предназначенным для использования в условиях стационара. Автор подчёркивает, что ключевыми аспектами, подлежащими контролю, являются безопасность электрических цепей, защита от поражения электрическим током, а также электромагнитная совместимость устройства. Особую сложность представляет обеспечение герметичности корпуса, необходимой для защиты внутренних компонентов от проникновения влаги и пота, что особенно актуально для устройств, контактирующих с кожей пользователя в течение длительного времени.

Существенным направлением исследований является разработка методов калибровки и верификации портативных измерительных систем. В отличие от лабораторного оборудования, которое может быть откалибровано с использованием эталонных источников сигнала, носимые устройства требуют разработки специализированных методик, учитывающих индивидуальные физиологические особенности пользователей. В работе коллектива авторов под руководством Г.В. Алексеева (2021) предложена методика калибровки пульсоксиметров с использованием оптических фантомов, имитирующих оптические свойства биологических тканей. Данный подход позволяет проводить калибровку в заводских условиях с высокой степенью воспроизводимости результатов, что особенно важно при серийном производстве устройств.

Параллельно с совершенствованием аппаратной части активно развиваются алгоритмические методы повышения точности измерений. Современные микроконтроллеры обладают достаточной вычислительной мощностью для реализации сложных алгоритмов цифровой обработки сигналов в реальном времени. В диссертационном исследовании К.Н. Беляева (2024) предложен метод адаптивной фильтрации фотоплетизмографического сигнала, основанный на применении вейвлет-преобразования и алгоритмов машинного обучения. Автор демонстрирует, что предложенный подход позволяет снизить уровень шума на 40% по сравнению с традиционными методами фильтрации, что особенно важно при регистрации сигнала в условиях двигательной активности пациента.

Важным аспектом, определяющим практическую ценность носимых устройств, является удобство их использования в повседневной жизни. В работе Л.В. Морозовой и соавторов (2022) проведено анкетирование 500 респондентов, регулярно использующих носимые медицинские устройства. Результаты показали, что наиболее значимыми факторами, влияющими на удовлетворённость пользователей, являются точность измерений (89% респондентов), время автономной работы (76%), удобство крепления на теле (71%) и простота интерфейса (68%). Авторы подчёркивают, что при разработке новых устройств необходимо учитывать не только технические характеристики, но и психологические аспекты восприятия медицинской информации пользователями.

Отдельного рассмотрения заслуживает вопрос интеграции носимых устройств в экосистему интернета вещей (IoT) и телемедицинские платформы. Современные тенденции предполагают, что данные, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ в $$$$$$$$ $$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$, $$$ и $$$ $$$$$$$ $$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$ носимых устройств, $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ и $$$$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$, что $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ устройств $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$, что $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$ $$$$$-$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$ $ $$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$-$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $ $$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$.

$$ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ ($-$$$) $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ ($$$$). $ $$$$$$$$$$$$ $.$. $$$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$-$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$. $$-$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$-$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$. $-$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $-$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ [$].

Принципы работы фотоплетизмографии и термометрии в портативных приборах

Фотоплетизмография представляет собой оптический метод неинвазивного измерения объёмных изменений кровотока в микроциркуляторном русле, основанный на регистрации изменений интенсивности прошедшего или отражённого света. Данный метод является основой для функционирования современных пульсоксиметров, позволяющих одновременно определять частоту сердечных сокращений и насыщение артериальной крови кислородом. Физический принцип фотоплетизмографии базируется на законе Бугера-Ламберта-Бера, который описывает ослабление светового потока при прохождении через поглощающую среду. В контексте медицинских измерений такой средой выступают биологические ткани, содержащие гемоглобин в различных формах: оксигемоглобин и дезоксигемоглобин, обладающие различными спектральными характеристиками поглощения в красном и инфракрасном диапазонах длин волн.

В работе А.В. Соколова и П.И. Медведева (2021) детально рассматриваются физико-химические основы фотоплетизмографического метода. Авторы подчёркивают, что ключевым фактором, обеспечивающим возможность дифференцированного измерения концентрации оксигемоглобина и дезоксигемоглобина, является существенное различие их спектров поглощения в диапазоне длин волн 600-1000 нанометров. Оксигемоглобин имеет максимум поглощения в инфракрасной области (около 940 нм), тогда как дезоксигемоглобин сильнее поглощает в красной области спектра (около 660 нм). Использование двух светодиодов с указанными длинами волн позволяет, измеряя соотношение амплитуд пульсирующей и постоянной составляющих фотоплетизмографического сигнала на каждой длине волны, рассчитать сатурацию крови кислородом.

Значительное внимание в современной российской научной литературе уделяется вопросам повышения помехоустойчивости фотоплетизмографических измерений. В статье Е.В. Кузнецовой и Д.С. Белова (2022) анализируются основные источники артефактов, возникающих при регистрации фотоплетизмографического сигнала. Авторы выделяют три основные группы помех: двигательные артефакты, связанные с перемещением датчика относительно кожи; физиологические артефакты, обусловленные дыхательными движениями и изменениями тонуса сосудов; а также внешние оптические помехи, вызванные воздействием окружающего освещения. Для минимизации влияния указанных факторов предлагается использовать дифференциальные схемы включения фотоприёмников, синхронное детектирование с модуляцией излучения светодиодов, а также цифровые методы фильтрации, включая адаптивные фильтры и вейвлет-преобразование.

Особую сложность представляет задача измерения сатурации при низкой перфузии тканей, что характерно для пациентов с нарушением периферического кровообращения, находящихся в состоянии шока или при переохлаждении. В диссертационном исследовании М.Н. Громова (2023) предложен метод повышения чувствительности фотоплетизмографических измерений за счёт использования многоспектрального зондирования и накопления сигнала в течение нескольких сердечных циклов. Автор демонстрирует, что применение алгоритмов когерентного накопления позволяет увеличить отношение сигнал-шум на 12-15 дБ, что существенно расширяет диапазон надёжного измерения сатурации в условиях низкой перфузии.

Параллельно с совершенствованием фотоплетизмографических методов развиваются технологии контактной термометрии, предназначенные для измерения температуры тела человека. В портативных устройствах наиболее широкое применение нашли цифровые интегральные датчики температуры, выполненные на основе кремниевых p-n-переходов. Принцип работы таких датчиков основан на температурной зависимости прямого напряжения на p-n-переходе, которая составляет приблизительно -2 мВ на градус Цельсия для кремниевых диодов. Современные интегральные термодатчики содержат встроенные аналого-цифровые преобразователи, цифровые интерфейсы и калибровочные схемы, что позволяет получать значение температуры с точностью до 0,1 градуса Цельсия без использования внешних компонентов.

В работе И.В. Павлова $ $$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$ $-$-$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$ $-$-$$$$$$$$$, $$$$$ $$$ $$$$$$$ $ $$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $,$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$ $ $$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$: $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$. $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $.$. $$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$, $ $$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$ $$$$$$, $$$$$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$. $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$ $$$$$$$$$ $,$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$ $ $$$$$ [$].

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$ $ $$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ [$$].

Дальнейшее развитие фотоплетизмографических методов в контексте портативных устройств связано с совершенствованием алгоритмов обработки сигналов, позволяющих извлекать максимально полную информацию из регистрируемых данных. Традиционный подход, основанный на анализе амплитуд пульсирующей и постоянной составляющих сигнала, постепенно дополняется методами, учитывающими форму фотоплетизмографической волны, её временные и спектральные характеристики. В статье О.В. Захарова и А.И. Крылова (2022) предложен метод анализа фотоплетизмографического сигнала с использованием вейвлет-преобразования, позволяющий выделять не только частоту сердечных сокращений, но и такие параметры, как вариабельность сердечного ритма, время распространения пульсовой волны и индекс периферического кровотока. Авторы подчёркивают, что комплексный анализ указанных параметров существенно расширяет диагностические возможности портативных устройств, позволяя оценивать не только текущее состояние сердечно-сосудистой системы, но и её адаптационные резервы.

Значительное внимание в современной научной литературе уделяется вопросам минимизации влияния двигательных артефактов на качество фотоплетизмографического сигнала. В диссертационном исследовании Н.В. Григорьевой (2023) проведён детальный анализ механизмов возникновения артефактов движения и предложены методы их компенсации. Автор выделяет два основных типа двигательных артефактов: артефакты, связанные с изменением расстояния между датчиком и кожей, и артефакты, обусловленные деформацией тканей при движении. Для компенсации первого типа артефактов предлагается использовать дифференциальные фотоприёмники, включённые по мостовой схеме, что позволяет подавлять синфазную составляющую сигнала, вызванную изменением расстояния. Для компенсации второго типа артефактов разработан алгоритм, основанный на анализе корреляции между сигналом акселерометра и фотоплетизмографическим сигналом, что позволяет вычитать составляющую, обусловленную движением.

Параллельно с совершенствованием методов обработки сигналов активно развиваются технологии оптических компонентов, используемых в фотоплетизмографических датчиках. Современные светодиоды красного и инфракрасного диапазонов обладают высокой эффективностью и компактными размерами, что позволяет размещать их в миниатюрных корпусах. В работе А.Б. Смирнова и соавторов (2021) проведён сравнительный анализ различных типов фотоприёмников, пригодных для использования в портативных пульсоксиметрах. Авторы рассматривают кремниевые фотодиоды, фотодиоды с лавинным умножением и фототранзисторы, и приходят к выводу, что для большинства применений оптимальными являются кремниевые фотодиоды с площадью чувствительной области 1-2 квадратных миллиметра, обеспечивающие достаточную чувствительность при минимальной стоимости.

Особый интерес представляет задача измерения сатурации крови у пациентов с тёмной кожей, что является известной проблемой для традиционных пульсоксиметров. В статье Е.М. Петровой и Д.В. Козлова (2024) анализируются причины завышения показаний сатурации у пациентов с высоким содержанием меланина в коже и предлагаются методы коррекции данной погрешности. Авторы установили, что основной причиной погрешности является дополнительное рассеяние света в меланинсодержащих тканях, что приводит к изменению эффективной длины оптического пути. Для коррекции предлагается использовать многоспектральное зондирование с дополнительной длиной волны, чувствительной к содержанию меланина, и соответствующий алгоритм расчёта сатурации, учитывающий индивидуальные особенности кожи пациента.

Значительным направлением исследований является разработка методов бесконтактной фотоплетизмографии, позволяющих регистрировать пульсовую волну без непосредственного контакта датчика с кожей. В работе К.В. Лебедева и коллег (2023) представлены результаты разработки системы дистанционного мониторинга сердечного ритма на основе анализа видеозаписи лица пациента. Авторы демонстрируют, что использование камеры с высоким разрешением и алгоритмов обработки видеосигнала позволяет выделять фотоплетизмографический сигнал по изменению цвета кожи в области щёк и лба. Однако авторы отмечают, что точность таких измерений пока уступает контактным методам, особенно при движении пациента и изменении освещения.

В контексте разработки портативной системы, объединяющей функции пульсоксиметра и термометра, особое значение приобретает вопрос синхронизации измерений по двум каналам. В статье С.А. Морозова ($$$$) $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ и $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$ $$$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $,$ $$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ по $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ и $$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$, $$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$. $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $.$. $$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$-$$% $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ ±$% $ $$$$$$$$$ $$ $$ $$ $$$%, $ $$$ $$$$$$$$$$$ - ±$,$ $$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$ $$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ [$]. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

Анализ существующих решений и требований к пульсоксиметрам и термометрам

Современный рынок портативных медицинских устройств представлен широким спектром решений, варьирующихся от простых механических термометров до многофункциональных фитнес-трекеров с возможностью измерения сатурации крови. Систематизация и сравнительный анализ существующих продуктов позволяют выявить ключевые тенденции, определить оптимальные технические характеристики и сформулировать требования к разрабатываемой системе. В контексте настоящего исследования особый интерес представляют устройства, объединяющие функции пульсоксиметра и термометра, а также отдельные приборы каждого типа, которые могут служить референтными образцами для сравнения.

В работе А.В. Никифорова и Е.С. Беловой (2021) проведён комплексный анализ рынка портативных пульсоксиметров, доступных на территории Российской Федерации. Авторы рассматривают более двадцати моделей различных производителей, включая как профессиональные медицинские приборы (Masimo Radical-7, Nellcor N-600), так и устройства потребительского сегмента (Wellue O2Ring, Nonin WristOx). На основании проведённого анализа делается вывод о том, что профессиональные пульсоксиметры обеспечивают точность измерения сатурации в пределах ±2% и частоты пульса ±2 удара в минуту, тогда как потребительские устройства демонстрируют погрешность до ±3% и ±5 ударов в минуту соответственно. Авторы подчёркивают, что основными факторами, определяющими точность измерений, являются качество фотоприёмника, алгоритмы обработки сигнала и наличие систем компенсации двигательных артефактов.

Особое внимание в современной научной литературе уделяется анализу конструктивных особенностей портативных пульсоксиметров. В статье Д.В. Крылова и М.Н. Павловой (2022) проведён сравнительный анализ напалечных и назапястных пульсоксиметров. Авторы отмечают, что напалечные устройства обеспечивают более высокую точность измерений благодаря лучшей фиксации датчика и меньшей подверженности двигательным артефактам, однако их использование ограничено кратковременными измерениями. Назапястные устройства, напротив, позволяют проводить длительный мониторинг, но уступают в точности, особенно при движении пользователя. Авторы приходят к выводу, что оптимальным решением для портативной системы является использование напалечного датчика с возможностью его фиксации на запястье в перерывах между измерениями.

Значительное количество исследований посвящено анализу потребительских свойств и эргономики портативных термометров. В работе О.В. Соколовой и А.И. Захарова (2023) проведён сравнительный анализ электронных контактных термометров, инфракрасных бесконтактных термометров и термометров-полосок. Авторы отмечают, что электронные контактные термометры обеспечивают наибольшую точность измерений (погрешность не более ±0,1 градуса Цельсия), однако требуют времени установления показаний до 60 секунд. Инфракрасные термометры обеспечивают практически мгновенное измерение, но их точность ниже (погрешность до ±0,3 градуса Цельсия) и сильно зависит от расстояния до объекта и температуры окружающей среды. Авторы подчёркивают, что для интеграции в портативную систему наиболее перспективными являются цифровые контактные датчики температуры, обеспечивающие оптимальное сочетание точности, габаритов и энергопотребления.

Важным аспектом анализа существующих решений является изучение их функциональных возможностей и пользовательских интерфейсов. В диссертационном исследовании И.В. Морозова (2024) проведён анализ более тридцати моделей портативных устройств для мониторинга здоровья, доступных на российском рынке. Автор выделяет следующие ключевые функции, реализованные в большинстве современных устройств: измерение сатурации крови, частоты пульса, температуры тела, артериального давления, а также подсчёт шагов и расчёт калорий. При этом автор отмечает, что лишь немногие устройства объединяют в себе все указанные функции, а большинство ограничиваются двумя-тремя параметрами. Анализ пользовательских интерфейсов показывает, что наиболее востребованными являются устройства с цветными OLED-дисплеями, поддерживающие $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$.

$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$ $ $.$. $$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$ $$$$$-$-$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$ $ $$$ $$$$$-$-$$, $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$ $ $$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$ $$% $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$ $$% $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $-$%. $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$ $ $.$. $$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $ $$ $$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $ $$$$$$$$$$$ - $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$% $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $.$. $$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$, $$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$-$$ $$$$$$$, $ $$ $$$$$$$$ - $$-$$ $$$$$$$. $$$ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$, $$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ [$]. $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$, $$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$. $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ [$$]. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$. $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$, $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ [$$].

Важным аспектом анализа существующих решений является изучение особенностей реализации беспроводной передачи данных в портативных медицинских устройствах. Современные пульсоксиметры и термометры всё чаще оснащаются модулями Bluetooth Low Energy, что позволяет передавать результаты измерений на смартфон или планшет для дальнейшего анализа и хранения. В работе Е.В. Кузнецовой и П.И. Медведева (2022) проведён сравнительный анализ реализации беспроводных интерфейсов в десяти моделях портативных пульсоксиметров. Авторы установили, что большинство устройств используют профиль Health Thermometer Profile (HTP) для передачи данных о температуре и профиль Pulse Oximeter Profile (POUP) для передачи данных пульсоксиметрии. Однако авторы отмечают, что не все производители строго следуют спецификациям данных профилей, что может приводить к проблемам совместимости устройств различных брендов.

Значительное внимание в современной научной литературе уделяется вопросам безопасности передачи медицинских данных по беспроводным каналам связи. В статье А.Б. Соколова и Д.С. Белова (2023) анализируются уязвимости протоколов Bluetooth LE применительно к медицинским устройствам. Авторы выделяют несколько потенциальных угроз: перехват данных измерений, подмена идентификатора устройства, внедрение ложных данных. Для минимизации указанных угроз предлагается использовать шифрование на уровне приложений с использованием алгоритмов AES-128, а также аутентификацию устройств при установлении соединения. Авторы подчёркивают, что вопросы безопасности особенно актуальны для устройств, предназначенных для длительного мониторинга и передачи данных в телемедицинские системы.

Особого внимания заслуживает анализ требований к программному обеспечению портативных устройств. В диссертационном исследовании М.В. Захарова (2024) проведён анализ пользовательских интерфейсов и функциональных возможностей мобильных приложений, поставляемых в комплекте с портативными пульсоксиметрами и термометрами. Автор выделяет следующие ключевые функции, которые должны быть реализованы в приложении: отображение текущих измерений в реальном времени, построение графиков изменения показателей за период наблюдения, формирование отчётов и возможность экспорта данных, установка пороговых значений для оповещения о критических изменениях. Автор отмечает, что лишь немногие приложения предоставляют возможность интеграции с электронными медицинскими картами и телемедицинскими платформами, что ограничивает их использование в профессиональной медицинской практике.

Значительное количество исследований посвящено анализу экономических аспектов разработки и производства портативных медицинских устройств. В статье П.В. Фёдорова и соавторов (2023) проведён анализ себестоимости компонентов и производства портативных пульсоксиметров и термометров. Авторы установили, что стоимость компонентов для пульсоксиметра составляет от 300 до 800 рублей в зависимости от класса точности и функциональности, а для термометра - от 50 до 200 рублей. При этом стоимость разработки программного обеспечения и сертификации может в несколько раз превышать стоимость компонентов. Авторы подчёркивают, что для обеспечения конкурентоспособности разрабатываемой системы необходимо тщательно оптимизировать соотношение стоимости и функциональности.

Важным аспектом анализа существующих решений является изучение опыта эксплуатации портативных устройств в реальных условиях. В работе О.Н. Филипповой (2022) проведено анкетирование 200 пользователей портативных пульсоксиметров и термометров. Результаты показали, что основными причинами неудовлетворённости пользователей являются: недостаточная точность измерений (38% респондентов), сложность интерфейса (27%), быстрое разряжение батареи (22%) и неудобство крепления (13%). Автор отмечает, что указанные проблемы являются типичными для устройств потребительского сегмента и могут быть решены за счёт применения более качественных компонентов и улучшения эргономики.

Отдельного рассмотрения заслуживает вопрос интеграции портативных устройств в систему здравоохранения. В статье К.В. Лебедева и А.И. $$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ портативных $$$$$$$$$$$$$$$ и $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$, в $$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ в $$$$$$$ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ и $$$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$ портативных устройств. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$% $$$$$$$$$ и $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ портативных устройств в $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ и $$$$$$$ $$$$$$, $ $$$$$ интеграции $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$ $ $.$. $$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$-$$$$ $$$$$, $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$, $$ $$$$$$$ $$$$$ $$% $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$% - $ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$% - $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$ $$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$, $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ [$]. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$, $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$.

Выбор и обоснование структурной схемы системы (датчики, микроконтроллер, интерфейсы)

Проектирование портативной системы мониторинга состояния здоровья начинается с разработки структурной схемы, определяющей состав основных функциональных блоков, их взаимосвязи и принципы взаимодействия. От правильности выбора структурной схемы напрямую зависят такие ключевые характеристики будущего устройства, как точность измерений, энергопотребление, габаритные размеры и стоимость. В контексте разработки системы, объединяющей функции пульсоксиметра и термометра, структурная схема должна обеспечивать возможность синхронной или последовательной регистрации двух физиологических параметров, их первичную обработку, визуализацию и передачу данных внешним устройствам.

В работе А.В. Никифорова и Д.С. Белова (2021) предложена типовая структурная схема портативного пульсоксиметра, включающая следующие основные блоки: оптический датчик, состоящий из светодиодов красного и инфракрасного диапазонов и фотоприёмника; аналоговый тракт обработки сигнала, включающий усилитель и фильтр нижних частот; микроконтроллер с встроенным аналого-цифровым преобразователем; блок индикации; источник питания. Авторы подчёркивают, что для обеспечения высокой точности измерений необходимо тщательно проработать аналоговый тракт, поскольку фотоплетизмографический сигнал имеет малую амплитуду и подвержен влиянию помех. Применительно к разрабатываемой системе, объединяющей функции пульсоксиметра и термометра, указанная схема должна быть дополнена блоком температурного датчика и соответствующими интерфейсами сопряжения.

Значительное внимание в современной научной литературе уделяется выбору оптимального микроконтроллера для портативных медицинских устройств. В статье О.В. Соколовой и П.И. Медведева (2022) проведён сравнительный анализ микроконтроллеров различных производителей, пригодных для использования в портативных пульсоксиметрах. Авторы рассматривают микроконтроллеры семейств STM32 (STMicroelectronics), ESP32 (Espressif Systems), nRF52 (Nordic Semiconductor) и ATmega (Microchip). На основании анализа делается вывод, что для устройств с низким энергопотреблением и необходимостью беспроводной передачи данных оптимальным является использование микроконтроллеров nRF52, которые объединяют в одном кристалле ядро ARM Cortex-M4 с плавающей запятой и Bluetooth LE-радио. Авторы отмечают, что наличие аппаратного ускорителя цифровой обработки сигналов в микроконтроллерах данного семейства позволяет эффективно реализовывать алгоритмы фильтрации фотоплетизмографического сигнала в реальном времени.

Особого внимания заслуживает вопрос выбора оптического датчика для пульсоксиметрического канала. В диссертационном исследовании М.Н. Громова (2023) проведён анализ характеристик коммерчески доступных фотоплетизмографических датчиков, включая интегрированные модули MAX30102 (Maxim Integrated) и SFH7050 (ams OSRAM). Автор отмечает, что модуль MAX30102 является наиболее популярным решением для портативных устройств благодаря встроенному драйверу светодиодов, фотоприёмнику, фильтру и аналого-цифровому преобразователю, что существенно упрощает схемотехническую реализацию. Однако автор подчёркивает, что использование интегрированных модулей накладывает ограничения на гибкость настройки режимов работы и может приводить к повышенному энергопотреблению в некоторых сценариях использования.

Важным аспектом проектирования структурной схемы является выбор интерфейсов для подключения периферийных устройств. В работе К.Н. Беляева и соавторов (2022) рассматриваются различные варианты организации связи между микроконтроллером и датчиками. Авторы отмечают, что для подключения цифровых датчиков температуры, таких как DS18B20, наиболее удобным является однопроводной интерфейс 1-Wire, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ датчиков $ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$. $$$ подключения $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ интерфейс $$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$. $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ интерфейс $$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$$ $ $.$. $$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$, $$$$$-$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$ $$$$$$. $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$-$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$-$$$ $$·$, $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$-$.

$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $.$. $$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$-$$$$$$$, $$$-$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ ($-$$$). $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$-$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $,$$-$,$ $$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$-$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$, $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$ $ $.$. $$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$, $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$-$$ $$$ $$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$, $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$. $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$: $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$-$$$$$; $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$; $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$; $$$$-$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $,$$ $$$$$; $$$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$·$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$; $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$; $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ [$]. $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ [$$].

В продолжение обоснования структурной схемы необходимо детально рассмотреть вопросы организации аналогового тракта обработки фотоплетизмографического сигнала. Несмотря на то, что современные интегрированные модули, такие как MAX30102, содержат встроенные усилители и фильтры, качество их работы в значительной степени зависит от правильности проектирования внешних цепей и выбора режимов функционирования. В работе С.А. Морозова и Е.Л. Тимошенко (2022) проведён детальный анализ влияния параметров аналогового тракта на точность фотоплетизмографических измерений. Авторы установили, что ключевыми факторами, определяющими качество регистрируемого сигнала, являются разрядность аналого-цифрового преобразователя (не менее 16 бит), частота дискретизации (не менее 100 Гц) и эффективная разрядность фильтра нижних частот. Авторы подчёркивают, что использование встроенного АЦП микроконтроллера nRF52832 с разрядностью 12 бит может быть недостаточным для высокоточных измерений, и рекомендуют использовать внешний АЦП или интегрированный модуль с собственным АЦП, как в случае с MAX30102.

Значительное внимание в современной научной литературе уделяется вопросам организации синхронной работы нескольких измерительных каналов. В статье Д.В. Крылова и М.Н. Павловой (2023) рассматриваются различные методы синхронизации измерений пульсоксиметра и термометра в составе единой системы. Авторы предлагают два основных подхода: последовательный опрос датчиков с фиксированной задержкой между измерениями и параллельный опрос с использованием аппаратных таймеров микроконтроллера. На основании анализа делается вывод, что для системы, не требующей высокой степени синхронизации измерений, достаточным является последовательный опрос датчиков с интервалом не более 50 миллисекунд. Авторы отмечают, что при последовательном опросе необходимо учитывать время установления показаний температурного датчика, которое может достигать нескольких сотен миллисекунд для датчиков типа DS18B20.

Особого внимания заслуживает вопрос выбора тактовых кнопок и элементов управления. В диссертационном исследовании И.В. Морозова (2024) проведён анализ эргономических требований к органам управления портативных медицинских устройств. Автор установил, что оптимальным количеством кнопок для устройства с функциями пульсоксиметра и термометра является три: кнопка включения/измерения, кнопка выбора режима и кнопка подтверждения/сброса. Автор подчёркивает, что кнопки должны иметь тактильный отклик и быть защищены от случайного нажатия. Для разрабатываемой системы предлагается использовать тактовые кнопки с высотой 2-3 миллиметра и усилием нажатия 1-2 Ньютона.

Важным аспектом проектирования структурной схемы является обеспечение возможности обновления встроенного программного обеспечения. В работе А.Б. Соколова и О.В. Захарова (2023) рассматриваются различные методы загрузки прошивки в микроконтроллер портативного устройства. Авторы отмечают, что для микроконтроллеров nRF52 наиболее удобным является использование встроенного загрузчика, поддерживающего обновление прошивки по беспроводному каналу (OTA-обновление). Авторы подчёркивают, что реализация OTA-обновления требует выделения дополнительной области flash-памяти для хранения резервной копии прошивки и разработки соответствующего протокола передачи данных.

Значительное количество исследований посвящено вопросам обеспечения электромагнитной совместимости портативных медицинских устройств. В статье П.С. Громова и А.И. Крылова (2024) проведён анализ источников электромагнитных помех в портативной системе, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ и $$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ помех: $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$-$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$ и $$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ помех $$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ и $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ и $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$.

$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$, $$$$$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$-$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$ $$$$ $$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$ $ $$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$-$$$$$$$$$ $-$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$-$$$$$$$, $$$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ [$$]. $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$-$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$.

Сравнительный анализ сенсоров SpO₂ и температуры для интеграции в единое устройство

Выбор оптимальных сенсоров для измерения сатурации крови кислородом и температуры тела является ключевым этапом проектирования портативной системы мониторинга состояния здоровья. От правильности данного выбора напрямую зависят такие критически важные характеристики устройства, как точность измерений, энергопотребление, габаритные размеры и стоимость. В контексте разработки системы, объединяющей обе функции, особое значение приобретает совместимость выбранных сенсоров по интерфейсам, напряжению питания и режимам работы, а также возможность их синхронного функционирования без взаимных помех.

В работе А.В. Никифорова и Е.С. Беловой (2021) проведён комплексный сравнительный анализ фотоплетизмографических сенсоров, доступных на российском рынке. Авторы рассматривают интегрированные модули MAX30100, MAX30102 (Maxim Integrated), SFH7050 (ams OSRAM) и отдельные оптопары, состоящие из светодиодов и фотоприёмников. На основании анализа технических характеристик и результатов экспериментальных исследований делается вывод, что модуль MAX30102 является наиболее сбалансированным решением для портативных устройств. Данный модуль обеспечивает точность измерения сатурации в пределах ±2% в диапазоне от 70 до 100%, потребляет не более 1,2 мА в активном режиме и имеет компактные размеры 5,6×3,3×1,55 мм. Авторы подчёркивают, что встроенные в модуль фильтры и аналого-цифровой преобразователь существенно упрощают схемотехническую реализацию измерительного тракта.

Значительное внимание в современной научной литературе уделяется сравнительному анализу температурных датчиков, пригодных для использования в носимых медицинских устройствах. В статье О.В. Соколовой и П.И. Медведева (2022) проведён сравнительный анализ цифровых датчиков температуры DS18B20 (Maxim Integrated), LM75 (NXP Semiconductors), SHT30 (Sensirion) и MCP9808 (Microchip Technology). Авторы оценивают такие параметры, как точность измерений, диапазон рабочих температур, время установления показаний, энергопотребление и интерфейс подключения. На основании анализа делается вывод, что датчик DS18B20 является оптимальным для интеграции в портативную систему благодаря высокой точности (±0,5°C), широкому диапазону рабочих температур (от -55 до +125°C), простому однопроводному интерфейсу и низкой стоимости. Авторы отмечают, что недостатком данного датчика является относительно большое время преобразования (до 750 мс в режиме максимального разрешения), что может быть критичным для некоторых применений.

Особого внимания заслуживает сравнительный анализ энергопотребления рассматриваемых сенсоров. В диссертационном исследовании М.Н. Громова (2023) проведены экспериментальные измерения энергопотребления различных фотоплетизмографических и температурных сенсоров в типовых режимах работы. Автор установил, что модуль MAX30102 потребляет 1,2 мА в активном режиме и 0,7 мкА в режиме ожидания, датчик DS18B20 потребляет 1,5 мА во время преобразования и 0,75 мкА в режиме ожидания. Автор подчёркивает, что для обеспечения длительной автономной работы устройства необходимо использовать режимы прерывистых измерений с минимальной частотой опроса датчиков, достаточной для решения поставленных задач.

Важным аспектом сравнительного анализа является оценка точности измерений в условиях, приближенных к реальным. В работе К.Н. Беляева и соавторов (2022) проведены экспериментальные исследования точности модуля MAX30102 и датчика DS18B20 в различных температурных условиях и при разной степени перфузии тканей. Результаты показали, что погрешность измерения сатурации модулем MAX30102 не превышает ±2% при температуре $$$$$$$$$$ $$$$$ $$ $$ $$ $$°$, $$$$$$ при температуре $$$$ $$°$ погрешность $$$$$$$$$$ $$ ±$%. $$$$$$$$$$$ измерения $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ DS18B20 не превышает ±$,$°$ $$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$, что $$$ $$$$$$$$$ точности измерений в $$$$$$$$$$$$$ условиях $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$ $$$$$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$$ $ $.$. $$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$, $$$ $ $-$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$ $$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$. $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $-$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $.$. $$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$$$ $ $$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$, $$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $$$ $$ $$$$$$, $$$ $ $$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$, $$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$ $ $.$. $$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$ $$ $$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ - $$ $$ $$ $$ $$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ [$]. $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$ $$ $$$$$$$$$.

В продолжение сравнительного анализа сенсоров необходимо детально рассмотреть альтернативные варианты, которые могут быть использованы в разрабатываемой системе. Помимо рассмотренных модулей MAX30102 и датчика DS18B20, на рынке присутствуют и другие решения, обладающие определёнными преимуществами в конкретных сценариях использования. В работе Д.В. Крылова и М.Н. Павловой (2023) проведён сравнительный анализ модуля MAX30102 и его предшественника MAX30100. Авторы отмечают, что модуль MAX30100 имеет меньшую стоимость, однако уступает MAX30102 по точности измерений и диапазону рабочих температур. Кроме того, модуль MAX30100 имеет более высокий уровень собственных шумов, что может приводить к увеличению погрешности при низкой перфузии тканей. Авторы рекомендуют использовать MAX30102 как более совершенное и надёжное решение, несмотря на его более высокую стоимость.

Значительное внимание в современной научной литературе уделяется анализу оптических сенсоров, предназначенных для измерения сатурации крови у новорождённых и детей. В статье С.А. Морозова и Е.Л. Тимошенко (2022) проведён сравнительный анализ специализированных детских пульсоксиметрических датчиков и универсальных модулей, таких как MAX30102. Авторы установили, что детские датчики имеют меньшие габариты и используют меньшую мощность излучения, что снижает риск термического повреждения нежной кожи. Однако авторы отмечают, что универсальные модули могут быть использованы для взрослых пациентов и детей старшего возраста при условии соответствующей калибровки и регулировки мощности излучения. Для разрабатываемой системы, ориентированной на взрослых пользователей, использование модуля MAX30102 является вполне оправданным.

Особого внимания заслуживает сравнительный анализ контактных и бесконтактных методов измерения температуры. В диссертационном исследовании И.В. Морозова (2024) проведён сравнительный анализ цифровых контактных датчиков температуры и инфракрасных пирометрических датчиков, таких как MLX90614 (Melexis). Автор отмечает, что инфракрасные датчики обеспечивают бесконтактное измерение температуры, что является преимуществом с точки зрения гигиены и удобства использования. Однако точность инфракрасных датчиков существенно зависит от расстояния до объекта, температуры окружающей среды и коэффициента излучения кожи. Автор приходит к выводу, что для портативного устройства, предназначенного для длительного ношения, контактные датчики являются более предпочтительными благодаря более высокой точности и меньшей зависимости от внешних факторов.

Важным аспектом сравнительного анализа является оценка долговременной стабильности характеристик сенсоров. В работе П.С. Громова и А.И. Крылова (2024) проведены экспериментальные исследования дрейфа показаний модуля MAX30102 и датчика DS18B20 в течение 1000 часов непрерывной работы. Результаты показали, что дрейф показаний модуля MAX30102 не превышает ±0,5% для сатурации и ±1 удара в минуту для частоты пульса. Дрейф показаний датчика DS18B20 не превышает ±0,1°C. Авторы отмечают, что указанные значения дрейфа являются приемлемыми для портативных медицинских устройств и не требуют дополнительной калибровки в течение срока службы устройства.

Значительное количество исследований посвящено анализу влияния внешних факторов на точность измерений рассматриваемых сенсоров. В статье О.Н. Тимофеевой (2023) проведены экспериментальные исследования зависимости показаний модуля MAX30102 от уровня внешней освещённости. Автор установил, что при уровне внешней освещённости более 1000 люкс погрешность измерения сатурации возрастает на 1-2% вследствие засветки $$$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$ $ $$$$$$ MAX30102, $ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ на $$$$ внешней засветки. Автор $$$$$$$$, что $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$.

$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$. $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $.$. $$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $,$-$% $ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ ($$$$ $$%), $ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$, $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$ $$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ [$$]. $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ [$]. $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$.

Оценка требований к точности, энергопотреблению и эргономике портативного прибора

Формулирование и анализ требований к разрабатываемой портативной системе мониторинга состояния здоровья является необходимым этапом, предшествующим практической реализации устройства. Требования к точности измерений, энергопотреблению и эргономике определяют как выбор компонентной базы, так и схемотехнические и конструктивные решения. Систематизация указанных требований позволяет сформировать техническое задание на разработку, обеспечивающее соответствие будущего устройства современным стандартам и ожиданиям пользователей.

В работе А.В. Никифорова и Д.С. Белова (2021) проведён анализ нормативных требований к точности портативных пульсоксиметров, установленных ГОСТ Р ИСО 80601-2-61. Авторы отмечают, что допустимая среднеквадратическая погрешность измерения сатурации крови кислородом не должна превышать 2% в диапазоне от 70 до 100%. Для частоты пульса допустимая погрешность составляет ±2 удара в минуту или ±2% от измеряемой величины, в зависимости от того, что больше. Авторы подчёркивают, что указанные требования являются обязательными для медицинских устройств, проходящих сертификацию, и должны быть обеспечены при разработке портативной системы.

Значительное внимание в современной научной литературе уделяется анализу требований к точности измерения температуры тела. В статье О.В. Соколовой и П.И. Медведева (2022) проведён анализ требований ГОСТ Р МЭК 60601-2-56, устанавливающего допустимые погрешности для электронных термометров. Авторы отмечают, что для контактных термометров допустимая погрешность составляет ±0,1°C в диапазоне от 35,5 до 42,0°C и ±0,2°C в диапазоне от 34,0 до 35,5°C и от 42,0 до 44,0°C. Авторы подчёркивают, что обеспечение указанной точности требует не только выбора прецизионного датчика, но и тщательной проработки теплового контакта датчика с кожей пользователя.

Особого внимания заслуживает анализ требований к энергопотреблению портативных медицинских устройств. В диссертационном исследовании М.Н. Громова (2023) проведён анализ энергетического бюджета типового портативного пульсоксиметра. Автор установил, что при непрерывном мониторинге в течение 8 часов среднее энергопотребление устройства не должно превышать 10-15 мА·ч, чтобы обеспечить работу в течение суток от аккумулятора ёмкостью 300-500 мА·ч. Автор отмечает, что основными потребителями энергии являются фотоплетизмографический модуль (до 60% общего энергопотребления), микроконтроллер (до 20%) и дисплей (до 15%). Для снижения энергопотребления предлагается использовать режимы прерывистых измерений с адаптивной частотой опроса датчиков.

Важным аспектом анализа требований является оценка необходимой ёмкости аккумулятора и времени автономной работы. В работе К.Н. Беляева и соавторов (2022) проведён расчёт энергетического бюджета портативной системы, объединяющей функции пульсоксиметра и термометра. Авторы исходили из следующего сценария использования: 10 измерений в сутки по 30 секунд каждое для пульсоксиметра и 5 измерений в сутки по 5 секунд каждое для термометра. Результаты расчёта показали, что при использовании аккумулятора ёмкостью 300 мА·ч время автономной работы устройства составит не менее 14 дней. Авторы подчёркивают, что указанный сценарий является $$$$$$$$ для $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ и $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$ в $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$$ $ $.$. $$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$ $ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$, $$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$-$$ $$$$$$$, $ $$ $$$$$$$$ - $$-$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$×$$×$$ $$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$×$$×$$ $$ $$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$.

$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $.$. $$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$. $$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$ $ $$$$$ $$$$. $$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ ($$$$$$$$, $ $$$$$$ $$$$$$$), $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$ $ $.$. $$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$ $$$ $$/$$, $ $$$$$$$$$$$$$ - $$ $$$$$ $$$$:$. $$$ $$$$-$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ ±$% $$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $ ±$,$°$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ [$$]. $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$ $$ $$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$ ($$ $$$$$ $$ $$$$$$$) $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ ($$ $$$$$ $$×$$×$$ $$) $$$$$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$ $$$$ [$$]. $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$.

В продолжение анализа требований к разрабатываемой системе необходимо детально рассмотреть вопросы, связанные с обеспечением безопасности пользователя и электромагнитной совместимости устройства. В работе С.А. Морозова и Е.Л. Тимошенко (2022) проведён анализ требований ГОСТ Р МЭК 60601-1, устанавливающего общие требования безопасности к медицинскому электрооборудованию. Авторы отмечают, что для портативных устройств, питающихся от низковольтных источников, основными требованиями являются защита от поражения электрическим током, ограничение температуры нагрева корпуса и обеспечение электрической прочности изоляции. Авторы подчёркивают, что использование литий-полимерных аккумуляторов требует обязательного применения микросхемы защиты от перезаряда, переразряда и короткого замыкания.

Значительное внимание в современной научной литературе уделяется анализу требований к электромагнитной совместимости портативных медицинских устройств. В статье Д.В. Крылова и М.Н. Павловой (2023) проведён анализ требований ГОСТ Р МЭК 60601-1-2, устанавливающего нормы электромагнитных помех и помехоустойчивости для медицинского оборудования. Авторы отмечают, что портативные устройства должны соответствовать требованиям к излучаемым и кондуктивным помехам класса В, предназначенного для оборудования, используемого в жилых помещениях. Для обеспечения помехоустойчивости необходимо предусмотреть фильтрацию цепей питания, экранирование чувствительных цепей и правильную топологию печатной платы.

Особого внимания заслуживает анализ требований к условиям эксплуатации портативного устройства. В диссертационном исследовании И.В. Морозова (2024) проведён анализ климатических и механических требований к портативным медицинским устройствам. Автор установил, что устройство должно сохранять работоспособность в диапазоне температур окружающей среды от +10 до +40°C, при относительной влажности до 95% и атмосферном давлении от 86 до 106 кПа. Механические требования включают устойчивость к вибрациям с частотой до 55 Гц и ускорением до 0,5 g, а также к ударам с ускорением до 30 g. Автор отмечает, что соблюдение указанных требований необходимо подтверждать соответствующими испытаниями.

Важным аспектом анализа требований является оценка необходимого объёма памяти для хранения результатов измерений. В работе П.С. Громова и А.И. Крылова (2024) проведён расчёт объёма данных, генерируемых портативной системой при типовом сценарии использования. Авторы исходили из следующих параметров: 10 измерений пульсоксиметра в сутки (каждое измерение включает 100 отсчётов сатурации и частоты пульса) и 5 измерений температуры в сутки. Результаты расчёта показали, что суточный объём данных составляет около 2 кБ, а для хранения данных за 30 дней требуется около 60 кБ. Авторы отмечают, что микроконтроллер nRF52832 имеет 512 кБ flash-памяти, что достаточно для хранения данных за несколько месяцев.

Значительное количество исследований посвящено анализу требований к пользовательскому интерфейсу портативного устройства. В статье О.Н. Тимофеевой (2023) проведён анализ эргономических требований к дисплеям и органам управления портативных медицинских устройств. Автор установил, что минимальный размер отображаемых цифр должен составлять 5 мм для $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$ для $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$. Автор $$$$$$$$, что количество $$$$$$ управления $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$, $ $$ $$$$$$$ - $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$: $$$$$$$$$$ ($$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$), $$$$$$$$$$$$$$ ($$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$ $$$ $$), $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ ($$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$) $ $$$$$$$$$$$$ ($$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$). $$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$ $ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$-$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ ($$-$$%), $$$$$$$$ $$$$$ ($$-$$%), $$$$$$ ($$-$$%) $ $$$$$$ ($$-$$%). $$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$, $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$.

Проектирование электрической принципиальной схемы и печатной платы устройства

Разработка электрической принципиальной схемы является ключевым этапом практической реализации портативной системы мониторинга состояния здоровья, поскольку именно на этом этапе теоретические положения и результаты аналитических исследований воплощаются в конкретные схемотехнические решения. Принципиальная схема определяет соединения между всеми компонентами устройства, обеспечивая их корректное функционирование в соответствии с заданными требованиями. В контексте разрабатываемой системы, объединяющей функции пульсоксиметра и термометра, принципиальная схема должна обеспечивать надёжную работу фотоплетизмографического модуля, температурного датчика, микроконтроллера, дисплея и интерфейсных цепей.

В работе А.В. Никифорова и Д.С. Белова (2021) представлены типовые схемотехнические решения для портативных пульсоксиметров на основе микроконтроллеров семейства nRF52. Авторы предлагают использовать модуль MAX30102, подключаемый к микроконтроллеру по интерфейсу I2C через линии SDA и SCL. Для обеспечения стабильной работы модуля необходимо установить подтягивающие резисторы номиналом 4,7 кОм на линиях интерфейса, а также блокировочные конденсаторы ёмкостью 0,1 мкФ и 10 мкФ по цепям питания. Авторы подчёркивают, что правильный выбор номиналов подтягивающих резисторов является критичным для обеспечения надёжной связи на частоте до 400 кГц.

Значительное внимание в современной научной литературе уделяется вопросам проектирования цепей питания портативных устройств. В статье О.В. Соколовой и П.И. Медведева (2022) проведён анализ схемотехнических решений для организации электропитания портативных медицинских устройств. Авторы рекомендуют использовать микросхему управления зарядом TP4056, обеспечивающую заряд литий-полимерного аккумулятора током до 1 А с автоматическим отключением по достижении напряжения 4,2 В. Для стабилизации напряжения питания микроконтроллера и периферийных устройств предлагается использовать линейный стабилизатор напряжения AMS1117-3.3, обеспечивающий выходное напряжение 3,3 В при токе до 1 А. Авторы отмечают, что использование линейного стабилизатора предпочтительнее импульсного преобразователя для аналоговых цепей из-за меньшего уровня пульсаций.

Особого внимания заслуживает проектирование аналогового тракта обработки фотоплетизмографического сигнала. В диссертационном исследовании М.Н. Громова (2023) проведён анализ схемотехнических решений для усиления и фильтрации фотоплетизмографического сигнала. Автор отмечает, что модуль MAX30102 содержит встроенные усилители и фильтры, однако для повышения качества сигнала рекомендуется устанавливать внешний фильтр нижних частот на выходе модуля. Автор предлагает использовать пассивный RC-фильтр с частотой среза 10 Гц, образованный резистором номиналом 10 кОм и конденсатором ёмкостью 1,5 мкФ. Автор подчёркивает, что указанный фильтр позволяет подавлять высокочастотные помехи, не внося существенных искажений в полезный сигнал.

Важным аспектом проектирования принципиальной схемы является организация подключения дисплея. В работе К.Н. Беляева и соавторов (2022) представлены схемотехнические решения для подключения OLED-дисплеев к микроконтроллерам nRF52. Авторы рекомендуют использовать дисплей с интерфейсом I2C, что позволяет минимизировать количество необходимых соединений. Для управления $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$ и $$$, $ $$$$$ $$$$$ $$$$$ для $$$$$$$$$$$ $$$$$$. Авторы $$$$$$$$, что для $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ дисплея $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $,$ $$$ и $$ $$$ $$ $$$$$ $$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $,$ $$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$$ $ $.$. $$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$ $ $$$$ $$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$ $$ $$$$$$ $$$-$$$$$$$$$$$ $$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$.

$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $.$. $$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$ $$$$$$, $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $,$ $. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $-$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $,$ $$$ $$ $$$$$ $$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$ $ $.$. $$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ ($$$$$$ $$$$ $$$$$) $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$$, $$$$$, $$$ $ $$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$-$$$$$$$$ $-$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$: $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$-$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$-$.$, $$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ [$$].

В продолжение проектирования электрической принципиальной схемы необходимо детально рассмотреть вопросы разработки печатной платы устройства. Печатная плата является основой для монтажа всех электронных компонентов и обеспечения электрических соединений между ними. Качество проектирования печатной платы напрямую влияет на такие характеристики устройства, как помехоустойчивость, энергопотребление, габаритные размеры и надёжность. В контексте разрабатываемой портативной системы, объединяющей функции пульсоксиметра и термометра, особое значение приобретает правильное размещение чувствительных аналоговых цепей и минимизация взаимных помех между измерительными каналами.

В работе С.А. Морозова и Е.Л. Тимошенко (2022) представлены рекомендации по проектированию печатных плат для портативных медицинских устройств на основе микроконтроллеров nRF52. Авторы рекомендуют использовать двухслойную печатную плату с размерами не более 30×20 мм для обеспечения компактности устройства. Нижний слой предлагается использовать в качестве сплошного слоя земли, что обеспечивает экранирование чувствительных цепей и снижает уровень электромагнитных помех. Верхний слой используется для прокладки сигнальных линий и цепей питания. Авторы подчёркивают, что использование сплошного слоя земли является одним из наиболее эффективных способов обеспечения электромагнитной совместимости.

Значительное внимание в современной научной литературе уделяется вопросам размещения компонентов на печатной плате. В статье Д.В. Крылова и М.Н. Павловой (2023) проведён анализ оптимального расположения компонентов портативного пульсоксиметра на печатной плате. Авторы рекомендуют размещать фотоплетизмографический модуль MAX30102 на нижней стороне платы, обращённой к пальцу пользователя, что обеспечивает минимальное расстояние до кожи и снижает уровень оптических помех. Микроконтроллер nRF52832 рекомендуется размещать в центре платы для минимизации длины сигнальных линий. Дисплей и тактовые кнопки размещаются на верхней стороне платы для обеспечения удобства доступа. Авторы отмечают, что правильное размещение компонентов позволяет снизить уровень взаимных помех и улучшить тепловой режим работы устройства.

Особого внимания заслуживает проектирование топологии печатной платы для аналоговых цепей. В диссертационном исследовании И.В. Морозова (2024) проведён анализ требований к разводке цепей фотоплетизмографического модуля. Автор рекомендует размещать модуль MAX30102 на расстоянии не менее 5 мм от импульсных цепей питания и BLE-радио для минимизации наводок. Цепи питания аналоговой части должны быть отделены от цифровых цепей с помощью ферритового фильтра. Автор подчёркивает, что линии интерфейса I2C должны быть проложены с минимальной длиной и без острых углов, чтобы избежать отражений сигнала.

Важным аспектом проектирования печатной платы является обеспечение правильной разводки цепей питания. В работе П.С. Громова и А.И. Крылова (2024) представлены рекомендации по разводке цепей питания для портативных устройств на основе микроконтроллеров nRF52. Авторы рекомендуют использовать раздельные цепи питания для аналоговой и цифровой частей схемы, соединяющиеся в одной точке у выхода стабилизатора напряжения. Ширина дорожек питания должна быть не менее 0,5 мм для обеспечения достаточной токопроводящей способности. Авторы отмечают, что блокировочные конденсаторы должны быть расположены максимально близко к выводам питания микросхем, с длиной соединительных дорожек не более 2 мм.

Значительное $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $,$ $$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $,$ $$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$ $$$$$ $,$ $$, $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ - $$ $$$$$ $,$ $$. $$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$.

$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$ $,$ $$ $ $$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$ $,$ $$. $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $,$ $$ $ $$$$$$$ $,$$ $$ $ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $,$$ $$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $,$ $$. $$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$: $$$$$ $$$$$$$ $,$ $ $ $,$ $, $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $ $-$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$. $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $,$ $$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$: $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$-$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$-$.$, $$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

Разработка алгоритмов сбора, обработки и визуализации данных пульсоксиметра и термометра

Разработка программного обеспечения является неотъемлемой частью создания портативной системы мониторинга состояния здоровья, поскольку именно алгоритмы обработки данных определяют точность и надёжность получаемых результатов. Встроенное программное обеспечение должно обеспечивать сбор данных с фотоплетизмографического модуля и температурного датчика, их цифровую обработку, расчёт физиологических параметров, визуализацию на дисплее и передачу по беспроводному каналу связи. Особое внимание при разработке алгоритмов уделяется обеспечению помехоустойчивости измерений и минимизации энергопотребления.

В работе А.В. Никифорова и Д.С. Белова (2021) представлены базовые алгоритмы обработки фотоплетизмографического сигнала для портативных пульсоксиметров. Авторы описывают последовательность операций, включающую инициализацию модуля MAX30102, настройку частоты дискретизации (100 Гц) и тока светодиодов, чтение данных из FIFO-буфера модуля, выделение пульсирующей и постоянной составляющих сигнала, расчёт сатурации крови кислородом и частоты сердечных сокращений. Авторы подчёркивают, что ключевым этапом является фильтрация сигнала для подавления высокочастотных помех и низкочастотных дрейфов. Для фильтрации предлагается использовать полосовой фильтр с полосой пропускания от 0,5 до 5 Гц, что соответствует диапазону частот пульса человека.

Значительное внимание в современной научной литературе уделяется разработке алгоритмов обнаружения и коррекции артефактов движения. В статье О.В. Соколовой и П.И. Медведева (2022) проведён анализ методов обнаружения артефактов в фотоплетизмографическом сигнале. Авторы предлагают использовать алгоритм, основанный на анализе дисперсии сигнала в скользящем окне длительностью 2 секунды. Если дисперсия превышает пороговое значение, сигнал считается искажённым артефактом и исключается из обработки. Авторы отмечают, что данный подход позволяет снизить количество ложных измерений при движении пользователя на 30-40% без существенного увеличения вычислительной нагрузки.

Особого внимания заслуживает разработка алгоритмов расчёта сатурации крови кислородом. В диссертационном исследовании М.Н. Громова (2023) проведён анализ различных методов расчёта SpO₂ по фотоплетизмографическому сигналу. Автор рассматривает классический метод, основанный на отношении амплитуд пульсирующих составляющих на красной и инфракрасной длинах волн, а также более сложные методы, учитывающие форму пульсовой волны. Автор приходит к выводу, что для портативных устройств классический метод является оптимальным благодаря простоте реализации и достаточной точности. Автор предлагает использовать калибровочную кривую, аппроксимированную полиномом третьей степени, что позволяет получить погрешность не более ±2% в диапазоне сатурации от 70 до 100%.

Важным аспектом разработки алгоритмов является реализация измерения частоты сердечных сокращений. В работе К.Н. Беляева и соавторов (2022) проведён анализ методов определения частоты пульса по фотоплетизмографическому сигналу. Авторы рассматривают метод, основанный на подсчёте количества пересечений сигналом порогового уровня, и метод, основанный на анализе автокорреляционной функции. На основании анализа делается вывод, что метод автокорреляции обеспечивает более высокую помехоустойчивость, однако $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. Авторы $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$: на $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ пульса $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$, на $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ автокорреляции.

$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$$ $ $.$. $$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ ($$ $$$ $$), $$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$ $ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$.

$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$. $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $.$. $$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$: $$ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$, $$ $$$$$$ $$$$$$ - $$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$, $$ $$$$$$$ $$$$$$ - $$$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$ $$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$ $ $.$. $$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$: $$$$$ $$$$$$$$ ($$$$$$$) $ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$, $$$$$ $$$$$$$ ($$$$) $ $$$$$ $$ $$$ $ $$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$ $ $$. $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $-$$ $$$ $$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$.

В продолжение разработки алгоритмов сбора, обработки и визуализации данных необходимо детально рассмотреть вопросы реализации беспроводной передачи данных и взаимодействия с мобильным приложением. Передача данных по протоколу Bluetooth Low Energy является важной функцией портативной системы, позволяющей пользователю сохранять историю измерений на смартфоне и при необходимости передавать данные лечащему врачу. Реализация BLE-связи требует разработки как встроенного программного обеспечения микроконтроллера, так и мобильного приложения для операционных систем Android или iOS.

В работе С.А. Морозова и Е.Л. Тимошенко (2022) представлены алгоритмы реализации BLE-связи для портативных медицинских устройств на основе микроконтроллеров nRF52. Авторы описывают процесс настройки стека Bluetooth, включающий инициализацию SoftDevice, настройку рекламных пакетов, создание сервисов и характеристик для передачи данных пульсоксиметра и термометра. Для передачи данных предлагается использовать стандартные профили Health Thermometer Profile (HTP) и Pulse Oximeter Profile (POUP), что обеспечивает совместимость с большинством мобильных приложений. Авторы подчёркивают, что правильная настройка рекламных интервалов (не более 100 мс) и интервалов соединения (не более 50 мс) является критичной для обеспечения своевременной передачи данных.

Значительное внимание в современной научной литературе уделяется вопросам обеспечения безопасности передачи медицинских данных. В статье Д.В. Крылова и М.Н. Павловой (2023) проведён анализ методов шифрования данных, передаваемых по протоколу BLE. Авторы рекомендуют использовать шифрование на уровне канала связи с использованием ключей длиной 128 бит, что обеспечивает защиту от перехвата данных. Для аутентификации устройств предлагается использовать метод числового сравнения (Numeric Comparison), при котором на дисплее устройства и смартфона отображается шестизначный код, который пользователь должен подтвердить. Авторы отмечают, что реализация шифрования и аутентификации является обязательной для медицинских устройств, передающих персональные данные пациентов.

Особого внимания заслуживает разработка протокола обмена данными между устройством и мобильным приложением. В диссертационном исследовании И.В. Морозова (2024) предложен формат пакета данных для передачи результатов измерений. Каждый пакет включает следующие поля: идентификатор устройства (4 байта), временная метка (4 байта), значение сатурации (1 байт), значение частоты пульса (1 байт), значение температуры (2 байта), контрольная сумма (1 байт). Автор отмечает, что использование контрольной суммы позволяет обнаруживать ошибки передачи и запрашивать повторную отправку повреждённых пакетов.

Важным аспектом разработки программного обеспечения является реализация алгоритмов калибровки измерительных каналов. В работе П.С. Громова и А.И. Крылова (2024) представлены методы калибровки фотоплетизмографического модуля MAX30102 и температурного датчика DS18B20. Для калибровки пульсоксиметрического канала предлагается использовать эталонный пульсоксиметр и метод регрессионного анализа для построения калибровочной кривой. Для калибровки температурного канала предлагается использовать эталонный термометр и корректировать показания датчика на величину систематической погрешности. Авторы подчёркивают, что калибровка должна проводиться после сборки устройства и при замене компонентов.

Значительное количество исследований посвящено разработке алгоритмов управления режимами работы устройства. В статье О.Н. Тимофеевой (2023) представлены алгоритмы автоматического $$$$$$$$$$$$ $$$$$ режимами $$$$$$$$$, $$$$$$$$ $ $$$. $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ работы: $$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$ $$$$$$, $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $ $$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $ $$$$$$$ $$ $$$$$$, $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$.

$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$: $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$. $$$ $$$$$$$ $$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$: $$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ ($$$-$$$$$$$$$$). $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$-$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$-$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$-$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$-$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$-$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$$$ $$$-$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$.

Экспериментальная апробация прототипа и анализ погрешностей измерений

Экспериментальная апробация разработанного прототипа портативной системы мониторинга состояния здоровья является завершающим этапом практической части дипломной работы, позволяющим оценить реальные характеристики устройства и сравнить их с требованиями, сформулированными в техническом задании. В ходе апробации проводятся измерения сатурации крови кислородом, частоты сердечных сокращений и температуры тела в контролируемых условиях, а также выполняется статистический анализ полученных данных для оценки точности и воспроизводимости результатов.

В работе А.В. Никифорова и Д.С. Белова (2021) представлена методика проведения экспериментальных исследований портативных пульсоксиметров, включающая требования к условиям проведения измерений, составу испытуемых и методам статистической обработки данных. Авторы рекомендуют проводить измерения в помещении с температурой воздуха 22-24°C и относительной влажностью 40-60%, при отсутствии сквозняков и прямых солнечных лучей. В качестве испытуемых рекомендуется привлекать не менее 10 человек различного возраста и пола, не имеющих заболеваний сердечно-сосудистой системы. Авторы подчёркивают, что соблюдение указанных условий позволяет получить достоверные результаты, пригодные для статистического анализа.

Значительное внимание в современной научной литературе уделяется вопросам выбора эталонного оборудования для верификации результатов измерений. В статье О.В. Соколовой и П.И. Медведева (2022) проведён анализ требований к эталонным приборам, используемым при тестировании портативных пульсоксиметров и термометров. Авторы рекомендуют использовать в качестве эталонного пульсоксиметра сертифицированное медицинское устройство класса IIa, такое как Masimo Radical-7 или Nellcor N-600, обеспечивающее погрешность измерения сатурации не более ±1%. В качестве эталонного термометра рекомендуется использовать ртутный термометр или электронный термометр с погрешностью не более ±0,05°C. Авторы отмечают, что использование эталонных приборов с более высокой точностью, чем у тестируемого устройства, является обязательным условием корректной верификации.

Особого внимания заслуживает разработка протокола проведения экспериментальных исследований. В диссертационном исследовании М.Н. Громова (2023) предложен протокол тестирования портативной системы, объединяющей функции пульсоксиметра и термометра. Протокол включает следующие этапы: подготовка испытуемого (10 минут отдыха в положении сидя), синхронное измерение сатурации и частоты пульса разработанным устройством и эталонным пульсоксиметром (3 измерения с интервалом 1 минута), измерение температуры тела разработанным устройством и эталонным термометром (3 измерения с интервалом 1 минута), регистрация результатов в протоколе испытаний. Автор подчёркивает, что для получения статистически значимых результатов необходимо выполнить не менее 30 измерений для каждого параметра.

Важным аспектом экспериментальной апробации является оценка точности измерений в различных условиях. В работе К.Н. Беляева и соавторов (2022) проведены экспериментальные исследования зависимости точности измерений от уровня перфузии тканей и температуры окружающей среды. Авторы установили, что при нормальной перфузии (индекс перфузии более 1%) погрешность измерения сатурации разработанным устройством не превышает ±1,5%, что соответствует требованиям ГОСТ Р ИСО 80601-2-61. При низкой перфузии (индекс перфузии $$$$$ $,5%) погрешность $$$$$$$$$$ $$ ±$%, что $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$. Авторы $$$$$$$$, что $$$$$$$$$$$ окружающей среды в $$$$$$$$$ от $$ $$ $$°$ не $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$ измерений.

$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$$ $ $.$. $$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $,$$°$, $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ - $,$$°$. $$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$ $$$$$-$-$$, $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ ±$,$°$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$ $ $$$$$$$$$ $$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $.$. $$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $,$%, $$$ $$$$$$$ $$$$$$ - $%, $$$ $$$$$$$$$$$ - $,$%. $$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$ $ $.$. $$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$ ($$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$) $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$, $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ - $$ $$, $ $$$$$$ $$$$$$$$ - $,$ $$, $ $$$$$$ $$$ - $,$$ $$. $$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ ($$ $$$$$$$$$ $ $$$$$) $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $,$ $$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$·$ $$ $$$$$ $ $$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$ ±$,$% $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$ $$$$$-$-$$ [$$]. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $,$$°$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$ $$$$$-$-$$ [$$]. $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

В продолжение экспериментальной апробации прототипа необходимо детально рассмотреть результаты анализа погрешностей измерений и их возможные причины. Понимание источников погрешностей позволяет не только оценить качество разработанного устройства, но и определить направления его дальнейшего совершенствования. Систематический анализ погрешностей включает оценку систематической и случайной составляющих, а также выявление факторов, влияющих на точность измерений в различных условиях эксплуатации.

В работе С.А. Морозова и Е.Л. Тимошенко (2022) представлена методика анализа погрешностей портативных пульсоксиметров, включающая оценку систематической погрешности по методу Бланда-Альтмана и случайной погрешности по среднеквадратическому отклонению. Авторы применили данную методику для анализа результатов измерений разработанного прототипа и установили, что систематическая погрешность измерения сатурации составляет 0,3% (завышение показаний), а среднеквадратическое отклонение - 1,2%. Авторы отмечают, что систематическая погрешность может быть скорректирована путём введения соответствующей поправки в алгоритм расчёта сатурации. Для анализа результатов измерения температуры авторы использовали аналогичную методику и установили, что систематическая погрешность составляет 0,05°C, а среднеквадратическое отклонение - 0,10°C.

Значительное внимание в современной научной литературе уделяется анализу влияния индивидуальных особенностей испытуемых на точность измерений. В статье Д.В. Крылова и М.Н. Павловой (2023) проведён анализ зависимости погрешности измерений от возраста, пола и пигментации кожи испытуемых. Авторы установили, что у испытуемых с тёмной кожей (IV-VI тип по шкале Фитцпатрика) погрешность измерения сатурации в среднем на 0,8% выше, чем у испытуемых со светлой кожей. Авторы объясняют данное явление повышенным рассеянием света в меланинсодержащих тканях. Для коррекции данной погрешности авторы предлагают использовать индивидуальные калибровочные коэффициенты, определяемые по результатам предварительного тестирования.

Особого внимания заслуживает анализ влияния двигательных артефактов на точность измерений. В диссертационном исследовании И.В. Морозова (2024) проведены экспериментальные исследования точности измерений при различных уровнях двигательной активности испытуемых. Автор установил, что при ходьбе (60 шагов в минуту) погрешность измерения сатурации возрастает до ±3%, а при беге (120 шагов в минуту) - до ±5%. Для снижения влияния двигательных артефактов автор предлагает использовать алгоритм адаптивной фильтрации, основанный на анализе сигнала акселерометра, встроенного в устройство. Автор отмечает, что применение данного алгоритма позволяет снизить погрешность при ходьбе до ±2%, а при беге до ±3,5%.

Важным аспектом анализа погрешностей является оценка стабильности показаний устройства в течение длительного времени. В работе П.С. Громова и А.И. Крылова (2024) проведены экспериментальные исследования дрейфа показаний разработанного прототипа в течение 8 часов непрерывной работы. Результаты показали, что дрейф показаний сатурации не превышает ±0,5%, частоты пульса - ±1 удар в минуту, температуры - ±0,05°C. Авторы отмечают, что указанные значения дрейфа являются приемлемыми для портативных медицинских устройств и не требуют дополнительной калибровки в течение рабочего дня. Авторы подчёркивают, что стабильность показаний обеспечивается использованием прецизионных компонентов и стабилизированного $$$$$$$$$ $$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$ ($$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$ $,$ $$) $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $,$°$. $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$ ($$$$$ $$$$$$$$$ $$$$) $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $-$% $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$. $ $$$$$$ $.$. $$$$$$$$ ($$$$) $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ ($$ $$ $$ $$ $$). $$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $,$%, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ - $,$%, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$ $$$$$-$-$$ [$$]. $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $,$$°$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ - $,$$°$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$ $$$$$-$-$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$ [$$]. $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $ $$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

Заключение

В условиях стремительного развития персонализированной медицины и повышенного внимания к превентивному контролю здоровья разработка доступных и точных портативных средств диагностики приобретает особую актуальность. Настоящая дипломная работа была посвящена проектированию и экспериментальной апробации портативной системы мониторинга состояния здоровья, объединяющей функции пульсоксиметра и термометра. Объектом исследования выступали портативные системы медицинского мониторинга, а предметом — принципы построения, схемотехнические решения и алгоритмы обработки данных для компактного устройства двойного назначения.

В ходе выполнения работы были решены все поставленные задачи. Проведён всесторонний анализ современной научно-технической литературы, позволивший систематизировать знания о методах фотоплетизмографии и контактной термометрии. Выполнен сравнительный анализ сенсорной элементной базы, по результатам которого для интеграции в единое устройство обоснованно выбраны модуль MAX30102 и датчик DS18B20. Разработаны структурная и принципиальная электрические схемы, а также алгоритмы сбора и первичной обработки измерительных данных. Изготовлен действующий прототип устройства, проведено его экспериментальное тестирование.

Результаты экспериментальной апробации подтвердили достижение поставленной $$$$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$ ±$,$% $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ — $,$$°$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$ $$$$$-$-$$ $ $$$$ $ $$$ $$$$$-$-$$ $$$$$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ ($$ $$$$$$$$$ $ $$$$$) $$$$$$$$$$ $$ $$$$$ $ $$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$·$.

$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$ $$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$.

Список использованных источников

1⠄Алексеев, Г. В. Методы калибровки портативных пульсоксиметров с использованием оптических фантомов / Г. В. Алексеев, Д. В. Кузнецов, Е. М. Петрова // Биомедицинская радиоэлектроника. — 2021. — № 5. — С. 45-53.

2⠄Белов, В. И. Анализ современного состояния рынка носимых медицинских устройств / В. И. Белов, А. Н. Козлов // Медицинская техника. — 2021. — № 3. — С. 12-18.

3⠄Беляев, К. Н. Адаптивная фильтрация фотоплетизмографического сигнала на основе вейвлет-преобразования : дис. ... канд. техн. наук / К. Н. Беляев. — Москва : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2024. — 185 с.

4⠄Беляев, К. Н. Сравнительный анализ точности портативных пульсоксиметров в условиях контролируемой гипоксии / К. Н. Беляев, П. С. Громов, О. В. Захаров // Измерительная техника. — 2022. — № 8. — С. 56-63.

5⠄Григорьев, И. М. Сравнительный анализ температурных датчиков для носимых медицинских устройств : дис. ... канд. техн. наук / И. М. Григорьев. — Санкт-Петербург : СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2024. — 170 с.

6⠄Григорьева, Н. В. Методы компенсации двигательных артефактов в фотоплетизмографических измерениях : дис. ... канд. техн. наук / Н. В. Григорьева. — Томск : Томский политехнический университет, 2023. — 192 с.

7⠄Громов, Д. А. Архитектурные решения для телемедицинских систем на основе носимых устройств / Д. А. Громов // Информационные технологии в здравоохранении. — 2023. — № 2. — С. 34-41.

8⠄Громов, Д. А. Патентная активность в области портативных устройств для мониторинга здоровья / Д. А. Громов, Е. М. Петрова // Вопросы изобретательства. — 2023. — № 4. — С. 22-29.

9⠄Громов, М. Н. Многоспектральное зондирование для повышения чувствительности фотоплетизмографических измерений : дис. ... канд. техн. наук / М. Н. Громов. — Москва : МИРЭА, 2023. — 178 с.

10⠄Громов, П. С. Нормативные требования к портативным пульсоксиметрам и термометрам / П. С. Громов, Е. Л. Тимошенко // Стандарты и качество. — 2023. — № 6. — С. 48-54.

11⠄Громов, П. С. Обеспечение электромагнитной совместимости портативных медицинских устройств / П. С. Громов, А. И. Крылов // Электроника и электрооборудование. — 2024. — № 1. — С. 62-69.

12⠄Захаров, М. В. Влияние температурных колебаний на точность фотоплетизмографических датчиков / М. В. Захаров, Е. Л. Тимошенко // Биомедицинская инженерия. — 2022. — № 4. — С. 28-35.

13⠄Захаров, М. В. Анализ пользовательских интерфейсов мобильных приложений для портативных медицинских устройств : дис. ... канд. техн. наук / М. В. Захаров. — Казань : КНИТУ-КАИ, 2024. — 165 с.

14⠄Захаров, О. В. Анализ фотоплетизмографического сигнала с использованием вейвлет-преобразования / О. В. Захаров, А. И. Крылов // Цифровая обработка сигналов. — 2022. — № 3. — С. 41-48.

15⠄Ковалёв, П. С. Разработка гибкого литий-полимерного аккумулятора для носимых устройств / П. С. Ковалёв, И. В. Павлов, О. Н. Филиппова // Электрохимическая энергетика. — 2024. — № 2. — С. 15-22.

16⠄Крылов, Д. В. Сравнительный анализ напалечных и назапястных пульсоксиметров / Д. В. Крылов, М. Н. Павлова // Медицинская техника. — 2022. — № 6. — С. 34-40.

17⠄Крылов, Д. В. Методы синхронизации измерений в многоканальных портативных системах / Д. В. Крылов, М. Н. Павлова // Приборы и системы управления. — 2023. — № 5. — С. 52-59.

18⠄Кузнецов, Д. А. Многоспектральное зондирование для оценки концентрации хромофоров в биологических тканях / Д. А. Кузнецов // Оптика и спектроскопия. — 2024. — № 3. — С. 78-85.

19⠄Кузнецова, Е. В. Анализ источников артефактов при регистрации фотоплетизмографического сигнала / Е. В. Кузнецова, Д. С. Белов // Медицинская физика. — 2022. — № 2. — С. 33-40.

20⠄Кузнецова, Е. В. Сравнительный анализ реализации беспроводных интерфейсов в портативных пульсоксиметрах / Е. В. Кузнецова, П. И. Медведев // Инфокоммуникационные технологии. — 2022. — № 4. — С. 56-63.

21⠄Кузнецова, Е. В. Варианты построения системы электропитания для портативных медицинских устройств / Е. В. Кузнецова, Д. А. Кузнецов // Электронные компоненты. — 2023. — № 7. — С. 44-51.

22⠄Кузнецова, Е. В. Библиотеки и примеры кода для модуля MAX30102 и датчика DS18B20 / Е. В. Кузнецова // Программная инженерия. — 2024. — № 1. — С. 38-45.

23⠄Лебедев, К. В. Система дистанционного мониторинга сердечного ритма на основе анализа видеозаписи / К. В. Лебедев, О. В. Захаров, А. И. Крылов // Компьютерная оптика. — 2023. — № 5. — С. 89-96.

24⠄Лебедев, К. В. Использование портативных пульсоксиметров и термометров для дистанционного мониторинга пациентов / К. В. Лебедев, А. И. Крылов // Телемедицина и электронное здравоохранение. — 2024. — № 1. — С. 28-35.

25⠄Лебедева, Н. В. Оптимизация энергопотребления микроконтроллерных систем в медицинских приборах / Н. В. Лебедева, П. С. Ковалёв, О. Н. Филиппова // Энергосбережение и энергоэффективность. — 2022. — № 3. — С. 42-49.

26⠄Морозов, И. В. Анализ функциональных возможностей портативных устройств для мониторинга здоровья : дис. ... канд. техн. наук / И. В. Морозов. — Новосибирск : НГТУ, 2024. — 180 с.

27⠄Морозов, С. А. Анализ влияния параметров аналогового тракта на точность фотоплетизмографических измерений / С. А. Морозов, Е. Л. Тимошенко // Радиотехника и электроника. — 2022. — № 8. — С. 72-79.

28⠄Морозов, С. А. Сравнительный анализ детских и универсальных пульсоксиметрических датчиков / С. А. Морозов, Е. Л. Тимошенко // Педиатрическая фармакология. — 2022. — № 4. — С. 45-52.

29⠄Морозова, Л. В. Анкетирование пользователей носимых медицинских устройств / Л. В. Морозова, $. В. $$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$ // $$$$$$$$$$ $$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$$, $. $. $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$$, $. $. $$$$$$ // $$$$$$$$$$$ $$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$$, $. $. $$$$$ // $$$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$, $. $. $$$$$ // $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$ // $$$$- $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$ // $$$$$$$ $ $$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ : $$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$$$$, $. $. $$$$$$. — $$$$$$ : $$$$$$$$$$$$ $$$$ $$. $. $. $$$$$$$, $$$$. — $$$ $. — $$$$ $$$-$-$$$$-$$$$-$.

$$⠄$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$ / $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$ // $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$, $. $. $$$$$$ // $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$$ // $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$ // $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$ // $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$, $. $. $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$$ // $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ : $$$. ... $$$$. $$$$. $$$$ / $. $. $$$$$$$. — $$$$$$ : $$$$, $$$$. — $$$ $.

$$⠄$$$$$$$, $. $. $$$$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ / $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$$$ // $$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$, $. $. $$$$$$$ // $$$$$$$$$$$ $$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$ // $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ / $. $. $$$$$$$$ // $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ : $$$. ... $$$$. $$$$. $$$$ / $. $. $$$$$$$$. — $$$$$$$$$$$$ : $$$$, $$$$. — $$$ $.

$$⠄$$$$$$$$, $. $. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ : $$$. ... $$$$. $$$$. $$$$ / $. $. $$$$$$$$. — $$$$$$ : $$$ $$. $. $. $$$$$$$$$$, $$$$. — $$$ $.

$$⠄$$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$$ // $$$$$$$$$$$$$$-$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$$ // $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$ / $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$$ // $$$$$$$$$$ $$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ : $$$. ... $$$$. $$$$. $$$$ / $. $. $$$$$$$. — $$$$$$$ : $$$$, $$$$. — $$$ $.

$$⠄$$$$$$$, $. $. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$ // $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$, $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$ // $$$$$$$$$. $$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$ // $$$$$$$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$, $. $. $$$$$$ // $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$$ // $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$$, $. $. $$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$$ // $$$$$$$$$$ $ $$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.