Портативная система мониторинга состояния здоровья (Пульсоксиметр + Термометр)

Содержание

Введение

1⠄Глава: Теоретические основы и анализ аналогов портативных систем мониторинга здоровья
1⠄1⠄Основы фотоплетизмографии и термометрии как методов неинвазивного контроля жизненных показателей
1⠄2⠄Обзор и классификация современных портативных устройств для мониторинга сатурации и температуры тела
1⠄3⠄Требования к точности, надежности и безопасности медицинских измерительных приборов

2⠄Глава: Аналитическое обоснование проектирования и выбора компонентов системы
2⠄1⠄Формализация технических требований и критериев к проектируемой системе
2⠄2⠄Сравнительный $$$$$$ и $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ ($$$$$$$$, $$$$$$$$) и $$$$$$$$$$$ ($$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$)
2⠄$⠄$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$: $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$$ и $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$

$⠄$$$$$: $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$
$⠄$⠄$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$
$⠄$⠄$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ ($$$$, $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$)
$⠄$⠄$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$

$$$$$$$$$$

$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$

Введение

В условиях стремительного развития цифровых технологий и повышения требований к качеству жизни, вопросы персонализированной медицины и дистанционного контроля состояния здоровья приобретают первостепенное значение. Портативные диагностические устройства, позволяющие оперативно оценивать ключевые физиологические параметры без посещения медицинского учреждения, становятся неотъемлемым элементом современной системы здравоохранения. Особую актуальность данная тема получила в контексте глобальных эпидемиологических вызовов, когда необходимость быстрого и доступного мониторинга таких показателей, как уровень насыщения крови кислородом (сатурация) и температура тела, вышла на уровень повседневной потребности миллионов людей. Разработка компактного, надежного и точного комбинированного устройства, объединяющего функции пульсоксиметра и термометра, представляет собой практически значимую научно-техническую задачу.

Проблематика исследования заключается в противоречии между растущим спросом на доступные средства самодиагностики и существующими техническими ограничениями портативных устройств. Многие представленные на рынке аналоги либо обладают высокой стоимостью и сложностью использования, либо имеют недостаточную точность измерений, особенно в условиях движения или нестабильного контакта с кожей. Кроме того, раздельное использование двух приборов снижает оперативность получения комплексной оценки состояния пациента. Таким образом, существует необходимость в разработке интегрированной системы, которая сочетала бы в себе простоту интерфейса, высокую достоверность данных и энергоэффективность.

Объектом данного исследования является процесс мониторинга физиологических параметров человека $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$ исследования $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ — $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ мониторинга, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$.

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

$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$:
$. $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$/$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$.
$. $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$, $$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$, $$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$.
$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$.
$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$, $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$.
$. $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

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

Основы фотоплетизмографии и термометрии как методов неинвазивного контроля жизненных показателей

Современная медицина все активнее внедряет методы неинвазивной диагностики, позволяющие получать информацию о состоянии организма без повреждения кожных покровов и без проникновения во внутренние среды. Среди таких методов особое место занимают фотоплетизмография и термометрия, которые лежат в основе работы большинства портативных устройств для мониторинга жизненно важных показателей. Понимание физических принципов, лежащих в основе этих методов, является необходимым условием для грамотного проектирования и разработки комбинированных диагностических систем.

Фотоплетизмография представляет собой оптический метод регистрации изменений кровенаполнения сосудов в зависимости от фаз сердечного цикла. В основе метода лежит способность гемоглобина крови поглощать свет в определенных диапазонах длин волн. Принцип действия фотоплетизмографического датчика заключается в облучении исследуемого участка ткани (чаще всего пальца или мочки уха) светом определенной длины волны и регистрации интенсивности прошедшего или отраженного излучения. В момент систолы, когда кровеносные сосуды максимально наполнены кровью, поглощение света увеличивается, а интенсивность регистрируемого сигнала уменьшается. В диастолу, напротив, кровенаполнение снижается, и сигнал возрастает. Таким образом, формируется пульсовая волна, анализ которой позволяет определить частоту сердечных сокращений и, при использовании двух длин волн, уровень насыщения крови кислородом.

Следует отметить, что в пульсоксиметрии, являющейся клиническим приложением фотоплетизмографии, используются два источника света: красный с длиной волны около 660 нм и инфракрасный с длиной волны около 940 нм. Выбор этих длин волн обусловлен различными спектральными характеристиками оксигемоглобина (HbO2) и дезоксигемоглобина (Hb). Оксигемоглобин поглощает больше инфракрасного света, в то время как дезоксигемоглобин — больше красного. Измеряя соотношение амплитуд пульсовых компонентов сигналов на этих двух длинах волн, микропроцессор устройства вычисляет значение сатурации (SpO2) по эмпирическим калибровочным кривым. Как отмечается в современных исследованиях, точность данного метода зависит от многих факторов, включая качество оптического контакта, уровень периферического кровотока и наличие артефактов движения [12].

Особую сложность представляет обработка фотоплетизмографического сигнала, поскольку он подвержен влиянию различных помех. Дыхательные движения, мышечный тремор и внешнее освещение могут существенно искажать полезный сигнал. В связи с этим, современные алгоритмы обработки сигналов включают в себя фильтрацию, подавление артефактов и адаптивную коррекцию. Российские исследователи в области биомедицинской инженерии активно разрабатывают методы повышения помехоустойчивости фотоплетизмографических датчиков, что особенно актуально для портативных устройств, эксплуатируемых в условиях повседневной активности пациента.

Вторым важнейшим методом неинвазивного контроля, рассматриваемым в данной работе, является термометрия — измерение температуры тела. Температура является одним из ключевых показателей гомеостаза, и ее отклонение от нормы может свидетельствовать о наличии воспалительных процессов, инфекционных $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$. $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$: $$$$$$$$$$ и $$$$$$$$$$$$$.

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

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

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

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

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

Рассмотренные выше физические принципы фотоплетизмографии и термометрии составляют фундаментальную основу для проектирования портативных диагностических устройств. Однако для практической реализации комбинированной системы мониторинга необходимо более детально проанализировать особенности электронной схемотехники, используемой для регистрации и преобразования биомедицинских сигналов. Современные микроконтроллеры и специализированные интегральные схемы позволяют реализовать сложные алгоритмы обработки данных в компактном корпусе с низким энергопотреблением, что является критически важным для портативных устройств.

Фотоплетизмографический канал измерения требует особого внимания к аналоговой обработке сигнала. Сигнал, получаемый от фотоприемника, имеет чрезвычайно малую амплитуду, составляющую всего несколько милливольт, и содержит как постоянную (DC) составляющую, обусловленную поглощением света неподвижными тканями, так и переменную (AC) составляющую, отражающую пульсовые колебания объема крови. Отношение AC/DC составляет всего 1-2%, что предъявляет высокие требования к динамическому диапазону и разрешению аналого-цифрового преобразователя. Для выделения полезного сигнала на фоне мощной постоянной составляющей применяются схемы с активным подавлением DC-компоненты, часто реализованные на основе интеграторов или цифровых фильтров с обратной связью.

Важнейшим элементом фотоплетизмографического датчика является светодиодный излучатель. Выбор светодиодов с оптимальной длиной волны и достаточной оптической мощностью напрямую влияет на глубину проникновения света в ткани и соотношение сигнал/шум. Современные исследования показывают, что использование светодиодов с узкой спектральной полосой излучения позволяет минимизировать перекрестные помехи между измерительными каналами. Кроме того, для снижения энергопотребления и уменьшения нагрева тканей применяется импульсный режим работы светодиодов, при котором ток через излучатель подается короткими импульсами, синхронизированными с моментами выборки фотоприемника [27].

Особого внимания заслуживает проблема подавления внешней засветки. Фотоприемник реагирует не только на отраженный или прошедший свет от измерительных светодиодов, но и на окружающее освещение, включая солнечный свет и искусственные источники. Для борьбы с этим явлением применяются методы синхронного детектирования, при котором фотоприемник измеряет сигнал как во время работы светодиода, так и в паузе между импульсами. Разность этих измерений позволяет скомпенсировать влияние постоянной внешней засветки. Однако быстрые изменения внешнего освещения, например, при работе с флуоресцентными лампами, могут создавать дополнительные помехи.

Термометрический канал в комбинированной системе также имеет свои схемотехнические особенности. При использовании контактных датчиков температуры, таких как термисторы или полупроводниковые сенсоры, необходимо обеспечить точное измерение сопротивления или напряжения, пропорционального температуре. Термисторы, обладающие высокой чувствительностью, имеют нелинейную характеристику, что требует применения цифровой линеаризации в микроконтроллере. Полупроводниковые датчики, такие как LM35 или DS18B20, уже имеют линеаризованный выход, но их точность может быть ограничена производственным разбросом параметров.

Бесконтактные инфракрасные термометры, реализованные на базе термопильных датчиков, требуют наличия высокочувствительного усилителя с низким уровнем собственных шумов. Выходной сигнал термопиля составляет единицы или десятки микровольт на градус Цельсия, что делает его чрезвычайно уязвимым к электромагнитным помехам $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ с $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$.

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

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

$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$ $-$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$.

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

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

Обзор и классификация современных портативных устройств для мониторинга сатурации и температуры тела

Рынок портативных медицинских устройств в последние годы демонстрирует устойчивый рост, обусловленный как технологическими инновациями, так и изменением потребительских предпочтений в сторону персонализированного подхода к здоровью. Особое место в этом сегменте занимают устройства для мониторинга сатурации крови кислородом и температуры тела, которые стали незаменимыми инструментами как для профессионального использования в медицинских учреждениях, так и для домашнего применения. Анализ существующих на рынке решений позволяет выявить основные тенденции, классифицировать устройства по ключевым параметрам и определить направления для совершенствования.

Наиболее распространенным типом устройств для измерения сатурации являются напалечные пульсоксиметры. Эти компактные приборы представляют собой клипсу, которая надевается на палец и содержит оптические датчики просветного типа. Принцип их работы основан на измерении поглощения света тканями пальца, что позволяет определить насыщение крови кислородом и частоту пульса. Преимуществами напалечных пульсоксиметров являются простота использования, относительно низкая стоимость и достаточная для бытовых нужд точность. Однако такие устройства имеют и недостатки: они чувствительны к движениям, требуют хорошего периферического кровотока и могут давать погрешности при низких температурах окружающей среды. Российские производители, такие как АРМЕД и Little Doctor, предлагают широкий ассортимент подобных устройств, прошедших необходимую сертификацию.

Вторую категорию составляют фитнес-браслеты и умные часы, которые включают функцию пульсоксиметрии в качестве дополнительной опции. В отличие от напалечных пульсоксиметров, эти устройства используют отраженный свет, а не проходящий, что накладывает определенные ограничения на точность измерений. Датчики в таких устройствах расположены на тыльной стороне запястья, где кровоток менее выражен, чем в пальцах, а кожа имеет большую толщину и пигментацию. Тем не менее, производители, такие как Huawei, Xiaomi и Samsung, постоянно совершенствуют алгоритмы обработки сигналов, добиваясь приемлемой точности для мониторинга в покое. Следует отметить, что медицинские регуляторы, как правило, не сертифицируют такие устройства как медицинские изделия, что ограничивает их применение для диагностических целей.

Третью группу устройств представляют специализированные медицинские мониторы, используемые в стационарах и отделениях интенсивной терапии. Эти приборы обеспечивают наивысшую точность измерений, имеют расширенный функционал и проходят строгую метрологическую поверку. Однако их габариты, сложность и высокая стоимость делают их непригодными для портативного использования. Современные тенденции в этой области направлены на миниатюризацию и создание носимых устройств госпитального класса, которые могли бы использоваться для непрерывного мониторинга пациентов в отделениях.

Переходя к анализу портативных термометров, можно выделить несколько основных типов. Наиболее распространенными остаются электронные контактные термометры, которые пришли на смену ртутным. Они основаны на использовании термисторов и обеспечивают точность до 0,1°C при правильной эксплуатации. Время измерения таких термометров составляет от 30 секунд до нескольких минут, в зависимости от модели и места измерения. Российские производители, такие $$$ $$$$$$$$ "$$$$$$$$$", $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ термометров, $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$.

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

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

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

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

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

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

Продолжая анализ современного рынка портативных устройств для мониторинга сатурации и температуры тела, необходимо более детально рассмотреть технические характеристики и особенности эксплуатации различных моделей, представленных как на международном, так и на российском рынке. Особый интерес представляют устройства, которые позиционируются производителями как медицинские изделия и проходят соответствующую сертификацию, поскольку именно они обеспечивают наибольшую достоверность измерений.

Среди напалечных пульсоксиметров, сертифицированных для медицинского применения в Российской Федерации, можно выделить модели таких производителей, как "ЭЛТА" (серия "Окситест"), "Медиком" и "Армед". Эти устройства обеспечивают точность измерения сатурации в диапазоне от 70% до 100% с погрешностью не более ±2% в соответствии с международным стандартом ISO 80601-2-61. Важной характеристикой является время измерения: современные модели позволяют получить стабильные показания в течение 10-15 секунд. Многие из них оснащены цветными дисплеями, отображающими плетизмограмму, что позволяет визуально оценить качество сигнала. Некоторые модели поддерживают передачу данных по Bluetooth для последующего анализа в мобильных приложениях.

Однако при всех достоинствах напалечных пульсоксиметров, они имеют ряд ограничений, которые необходимо учитывать при проектировании комбинированной системы. Во-первых, они предназначены для эпизодических измерений, а не для непрерывного мониторинга, поскольку длительное ношение клипсы на пальце вызывает дискомфорт. Во-вторых, точность измерений существенно снижается при низкой перфузии тканей, что часто наблюдается у пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями или при низкой температуре окружающей среды. В-третьих, напалечные пульсоксиметры чувствительны к движению, что делает их непригодными для использования во время физической активности.

В сегменте фитнес-браслетов и умных часов, оснащенных функцией пульсоксиметрии, наблюдается активная конкуренция между ведущими производителями. Модели последних поколений, такие как Huawei Watch D, Samsung Galaxy Watch 5 и Apple Watch Series 8, используют многодиодные оптические датчики с несколькими длинами волн и усовершенствованные алгоритмы обработки сигналов. Некоторые из этих устройств получили одобрение регулирующих органов для определенных медицинских применений. Например, Apple Watch Series 6 и более новые модели имеют функцию измерения сатурации, которая была одобрена FDA для использования в качестве дополнительного инструмента мониторинга.

Тем не менее, исследования показывают, что точность измерения сатурации на запястье уступает напалечным пульсоксиметрам, особенно в условиях движения или при низкой перфузии. Российские ученые отмечают, что для повышения точности носимых устройств необходимо использовать более сложные алгоритмы обработки сигналов, включая методы машинного обучения и адаптивной фильтрации [14]. Кроме того, важным направлением является разработка алгоритмов компенсации артефактов движения на основе данных с акселерометра и гироскопа, которые встроены в большинство современных носимых устройств.

Анализируя рынок портативных термометров, следует отметить, что наиболее точными остаются контактные электронные термометры, используемые для измерения температуры в подмышечной впадине, ротовой полости или ректально. Современные модели, такие как термометры производства компании "Термометр" (серия "ТЭМП"), обеспечивают погрешность не более ±0,1°C в диапазоне от 35°C до 42°C. Время измерения в подмышечной впадине составляет 3-5 минут, в ротовой полости — 1-2 минуты. Некоторые модели оснащены гибкими наконечниками и водонепроницаемым корпусом для удобства использования.

Инфракрасные бесконтактные термометры, такие как модели компании "A&D" и "Microlife", получили широкое распространение благодаря возможности быстрого измерения температуры. Эти устройства $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$. $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ ±$,$°$ $$$ $$$$$$$$$ температуры $$$ и ±$,$°$ $$$ $$$$$$$$$ температуры $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ такие $$$$$$$, как $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ ($$$$$$ $-$ $$), $$$$$$$ $$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$, $ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$.

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

$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$. $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$. $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ ±$,$$°$, $ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$. $$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$.

$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$-$$$$$$$$$ $$$ $$$$$ $$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$, $ $$ $$$$ $$$$. $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$ $, $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$, $$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

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

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

Требования к точности, надежности и безопасности медицинских измерительных приборов

Разработка портативных медицинских устройств, предназначенных для диагностики и мониторинга состояния здоровья, невозможна без строгого соблюдения комплекса требований, регламентирующих их точность, надежность и безопасность. Данные требования формируются на основе международных стандартов, национальных нормативных документов и клинических рекомендаций, что обеспечивает единообразие подходов к оценке качества медицинских изделий и гарантирует их пригодность для использования в медицинской практике. Понимание этих требований является необходимым условием для успешного проектирования комбинированной системы мониторинга.

Точность измерений является фундаментальным требованием к любым медицинским приборам. Для пульсоксиметров точность измерения сатурации кислорода (SpO2) регламентируется международным стандартом ISO 80601-2-61, который устанавливает допустимую среднеквадратическую погрешность (RMS) не более 4% в диапазоне от 70% до 100% при использовании эталонных методов калибровки. На практике большинство качественных медицинских пульсоксиметров обеспечивают погрешность не более ±2% в указанном диапазоне. Однако при снижении сатурации ниже 70% точность измерений существенно падает, что связано с нелинейностью калибровочных кривых и ограничениями фотоплетизмографического метода.

Для термометров требования к точности зависят от типа устройства и области применения. Контактные электронные термометры, используемые для клинических измерений, должны обеспечивать погрешность не более ±0,1°C в диапазоне от 35,5°C до 42,0°C согласно ГОСТ Р 56377-2015. Инфракрасные бесконтактные термометры, в свою очередь, имеют более широкие допуски: погрешность не более ±0,3°C для ушных термометров и не более ±0,5°C для лобных. Такие различия обусловлены физическими особенностями методов измерения: контактные термометры измеряют температуру непосредственно в точке контакта, в то время как инфракрасные оценивают температуру поверхности кожи, которая может существенно отличаться от температуры ядра тела.

Важно отметить, что точность измерений должна быть подтверждена в ходе клинических испытаний и метрологической аттестации. Для пульсоксиметров калибровка осуществляется с использованием специальных симуляторов, моделирующих оптические свойства тканей, или путем сравнения с эталонными измерениями, полученными методом ко-оксиметрии проб артериальной крови. Российские исследователи подчеркивают, что калибровка пульсоксиметров является сложной метрологической задачей, поскольку необходимо учитывать индивидуальные особенности пациентов, включая цвет кожи, толщину пальца и уровень перфузии [5].

Надежность медицинских приборов включает в себя несколько аспектов: безотказность работы в течение заданного срока службы, устойчивость к внешним воздействиям и стабильность метрологических характеристик. Для портативных устройств, которые могут эксплуатироваться в различных условиях, включая высокую влажность, перепады температур и механические воздействия, требования к надежности особенно высоки. Стандарт IEC 60601-1 устанавливает общие требования к безопасности и надежности медицинского электрооборудования, включая защиту от поражения электрическим током, механическую прочность и устойчивость к электромагнитным помехам.

Особое внимание уделяется устойчивости к артефактам движения, которые являются одной из основных причин погрешностей в работе портативных пульсоксиметров. Современные алгоритмы обработки сигналов должны обеспечивать подавление помех, вызванных движением пальца или запястья, а также дыхательными экскурсиями. Для оценки устойчивости к артефактам движения проводятся специальные испытания, в ходе которых устройство тестируется при различных типах движений: тремор, сгибание пальца, ходьба и бег. Результаты $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ в $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$-$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$ $$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$.

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

$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ № $$$-$$ "$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$", $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ [$$].

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

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

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

Продолжая рассмотрение требований к точности, надежности и безопасности медицинских измерительных приборов, необходимо более детально проанализировать нормативно-правовую базу, регулирующую обращение медицинских изделий на территории Российской Федерации, а также процедуры подтверждения соответствия, которым должны подвергаться разрабатываемые устройства. Понимание этих аспектов является критически важным для успешного вывода продукта на рынок и обеспечения его легитимного использования в медицинской практике.

В Российской Федерации основным нормативным документом, регулирующим обращение медицинских изделий, является Федеральный закон № 323-ФЗ "Об основах охраны здоровья граждан в Российской Федерации", а также Постановление Правительства РФ № 1416 "Об утверждении Правил государственной регистрации медицинских изделий". Согласно этим документам, любое устройство, предназначенное для диагностики, профилактики или мониторинга заболеваний, должно пройти процедуру государственной регистрации и получить регистрационное удостоверение. Процедура регистрации включает в себя экспертизу качества, эффективности и безопасности, а также технические испытания и клинические исследования.

Для портативных пульсоксиметров и термометров, которые относятся к классу риска 2а (устройства с умеренным риском), процедура регистрации требует предоставления результатов технических испытаний, проведенных в аккредитованной испытательной лаборатории, а также данных клинических исследований, подтверждающих заявленные характеристики. Технические испытания включают проверку точности измерений, электробезопасности, электромагнитной совместимости, биологической совместимости материалов, а также устойчивости к внешним воздействиям. Клинические исследования проводятся с участием добровольцев и направлены на подтверждение клинической эффективности устройства в условиях, приближенных к реальным.

Важно отметить, что требования к точности измерений могут различаться в зависимости от назначения устройства. Для устройств, предназначенных для профессионального использования в медицинских учреждениях, требования являются наиболее строгими. Для устройств, предназначенных для домашнего использования, допускаются несколько более широкие допуски, однако они все равно должны обеспечивать достаточную точность для принятия медицинских решений. Например, для бытовых пульсоксиметров допускается погрешность ±3% в диапазоне от 70% до 100%, в то время как для профессиональных моделей этот показатель составляет ±2%.

Особое внимание в нормативных документах уделяется вопросам маркировки и инструкции по эксплуатации. Маркировка медицинского изделия должна содержать информацию о производителе, назначении устройства, классе риска, условиях хранения и эксплуатации, а также предупреждения о возможных ограничениях и противопоказаниях. Инструкция по эксплуатации должна быть написана на русском языке, содержать подробное описание процедуры измерений, правил ухода за устройством и интерпретации результатов. Для портативных устройств, предназначенных для самостоятельного использования пациентами, инструкция должна быть написана доступным языком и содержать иллюстрации.

Следует также учитывать требования к метрологическому обеспечению медицинских изделий. В соответствии с Федеральным законом № 102-ФЗ "Об обеспечении единства измерений", средства измерений, применяемые в медицинской практике, должны проходить периодическую поверку для подтверждения соответствия установленным метрологическим требованиям. Для портативных пульсоксиметров и термометров интервал между поверками обычно составляет 1-2 года. Процедура поверки включает в себя проверку точности измерений с использованием эталонных средств и оформление соответствующего свидетельства.

В контексте разработки комбинированной системы мониторинга, объединяющей функции пульсоксиметра и термометра, необходимо учитывать, что такое устройство будет классифицироваться как медицинское изделие с комбинированными функциями. Это означает, что требования к точности, надежности и безопасности должны выполняться для каждого измерительного канала в отдельности, а также для системы в $$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$: $$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ пульсоксиметра $$ $$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$ термометра, а $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$ должны $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$.

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

$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$ $$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$. $ $$$$$ $ $$$$, $$$$$$$$$ $$$ $$$$$-$ $ $$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

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

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

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

Формализация технических требований и критериев к проектируемой системе

Разработка любой сложной технической системы начинается с этапа формализации требований, который определяет совокупность характеристик, которым должно удовлетворять проектируемое устройство. Для портативной системы мониторинга состояния здоровья, объединяющей функции пульсоксиметра и термометра, данный этап имеет особое значение, поскольку от корректности сформулированных требований зависят как технические параметры будущего устройства, так и его потребительские свойства. Формализация требований позволяет установить четкие границы проектирования, определить критерии оценки качества и создать основу для последующего выбора компонентов и архитектурных решений.

Первым и наиболее важным аспектом формализации требований является определение функционального назначения системы. Проектируемое устройство должно обеспечивать измерение трех ключевых физиологических параметров: частоты пульса (ЧСС), уровня насыщения крови кислородом (SpO2) и температуры тела. При этом необходимо четко определить диапазоны измеряемых величин. Для пульсоксиметрического канала диапазон измерения сатурации должен составлять от 70% до 100%, что соответствует клинически значимому диапазону для большинства пациентов. Диапазон измерения частоты пульса должен охватывать значения от 30 до 220 ударов в минуту, что позволяет регистрировать как брадикардию, так и тахикардию. Для термометрического канала диапазон измерения температуры должен составлять от 34°C до 42°C, что охватывает как нормальные физиологические значения, так и состояния гипертермии.

Точность измерений является вторым критически важным требованием. На основе анализа нормативных документов и стандартов, рассмотренных в первой главе, были установлены следующие целевые показатели точности. Для канала измерения сатурации допустимая среднеквадратическая погрешность (RMS) не должна превышать 2% в диапазоне от 70% до 100%. Для канала измерения частоты пульса допустимая погрешность не должна превышать 2 удара в минуту или 2% от измеряемой величины, в зависимости от того, какое значение больше. Для термометрического канала, в зависимости от выбранного типа датчика, целевая погрешность составляет ±0,1°C для контактного метода и ±0,3°C для бесконтактного инфракрасного метода. Эти значения соответствуют требованиям, предъявляемым к медицинским изделиям соответствующего класса.

Время измерения является важным эксплуатационным параметром, особенно для портативных устройств, предназначенных для быстрого контроля состояния. Для пульсоксиметрического канала целевое время получения стабильных показаний не должно превышать 15 секунд при условии хорошего контакта датчика и нормальной перфузии тканей. Для термометрического канала, при использовании контактного метода, целевое время измерения не должно превышать 30 секунд, а при использовании бесконтактного инфракрасного метода — не более 3 секунд. Следует отметить, что сокращение времени измерения не должно достигаться за счет снижения точности, что накладывает дополнительные ограничения на алгоритмы обработки сигналов.

Энергопотребление является критическим параметром для портативных устройств, работающих от автономных источников питания. Целевое время автономной работы устройства должно составлять не менее 8 часов в режиме непрерывного мониторинга и не менее 30 дней в режиме ожидания. Для достижения этих показателей необходимо обеспечить среднее энергопотребление не более 50 мА в активном режиме и не более 10 мкА в режиме сна. Выбор элементной базы, в частности микроконтроллера и датчиков, должен производиться с учетом их энергетической эффективности. Российские исследователи отмечают, что оптимизация энергопотребления является одной из ключевых задач при проектировании носимых медицинских устройств, поскольку она напрямую влияет на удобство использования и частоту необходимой подзарядки [16].

Габаритные размеры и масса устройства также являются важными потребительскими характеристиками. Проектируемая $$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ и $$$$$$$ $$$ $$$$$$$. $$$$$$$ $$$$$$$$$$ размеры $$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$, $ масса — $$ $$$$$ $$ $$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ и $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$.

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

$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$ ($$ $$$$$ $ $$$) $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$ +$$°$ $$ +$$°$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$% $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$. $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$ $ $$$$$$ $$ $ $$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$ $$$$.

$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$ $ $, $$$ $$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$°$ $ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$-$.

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

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

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

Продолжая формализацию технических требований к проектируемой портативной системе мониторинга, необходимо более детально рассмотреть критерии, связанные с интерфейсами передачи данных, совместимостью с внешними устройствами и программным обеспечением, а также требования к тестированию и верификации разрабатываемого устройства. Данные аспекты приобретают особую значимость в контексте современных тенденций развития телемедицины и цифрового здравоохранения, где портативные диагностические устройства выступают в качестве элементов единой информационной экосистемы.

Одним из ключевых требований к современным портативным медицинским устройствам является наличие беспроводного интерфейса передачи данных. Для проектируемой системы целесообразно использование интерфейса Bluetooth Low Energy (BLE) версии 5.0 и выше, который обеспечивает низкое энергопотребление, достаточную дальность связи (до 10 метров в помещении) и совместимость с большинством современных мобильных устройств. Протокол передачи данных должен обеспечивать надежную доставку результатов измерений с подтверждением получения и возможностью повторной передачи в случае сбоя. Важным требованием является также поддержка режима широковещательной передачи, позволяющей передавать данные на несколько принимающих устройств одновременно.

Совместимость с мобильными операционными системами является критическим требованием для обеспечения широкого охвата пользователей. Разрабатываемое устройство должно поддерживать работу с операционными системами iOS и Android, для чего необходимо предусмотреть использование стандартизированных профилей BLE, таких как Health Device Profile (HDP) или Bluetooth Medical Device Profile. Мобильное приложение должно обеспечивать отображение текущих измерений, ведение журнала с возможностью просмотра истории, построение графиков изменения параметров во времени, а также экспорт данных в форматах, совместимых с электронными медицинскими картами.

Требования к точности синхронизации времени между устройством и мобильным приложением также являются важными, особенно при ведении журнала измерений. Максимально допустимое расхождение времени не должно превышать 1 секунды, что обеспечивается использованием протокола точного времени (Time Protocol) при каждом сеансе связи. Для устройств, работающих автономно без подключения к смартфону, необходимо предусмотреть встроенные часы реального времени с автономным питанием от резервной батареи.

Важным аспектом формализации требований является определение объема памяти для хранения результатов измерений. Устройство должно обеспечивать хранение не менее 1000 записей, каждая из которых включает временную метку, значения SpO2, частоты пульса и температуры. При частоте измерений 2-3 раза в день такой объем памяти обеспечивает автономную работу в течение года без необходимости синхронизации с мобильным устройством. Для организации хранения данных целесообразно использование энергонезависимой памяти типа Flash с интерфейсом SPI, что обеспечивает достаточную скорость записи и низкое энергопотребление.

Требования к помехоустойчивости и фильтрации сигналов заслуживают отдельного рассмотрения. Для пульсоксиметрического канала необходимо обеспечить подавление артефактов движения с амплитудой до 10% от полезного сигнала без потери точности измерений. Для этого в составе устройства должен быть предусмотрен акселерометр с диапазоном измерения ±2g и частотой дискретизации не менее 100 Гц, данные с которого используются в алгоритмах адаптивной фильтрации. Для термометрического канала необходимо обеспечить подавление высокочастотных помех, вызванных электромагнитными полями промышленной частоты (50 Гц), с коэффициентом подавления не менее 60 дБ.

Особые требования предъявляются к защите от электростатических разрядов (ESD). Устройство должно выдерживать воздействие электростатических разрядов напряжением до 8 кВ при контактном разряде и до 15 кВ при воздушном разряде без потери работоспособности. Для обеспечения этой защиты необходимо предусмотреть соответствующие схемотехнические решения, включая использование защитных диодов и развязывающих конденсаторов на всех внешних интерфейсах.

Требования к климатическим испытаниям включают проверку работоспособности устройства в условиях пониженного атмосферного давления $$ $$$ $$$ ($$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$), $ $$$$$ в условиях $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$% $$$ $$$$$$$$$$$ $$°$. $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ в условиях $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ -$$°$ $ $$$$$$$$$$ $$ +$$°$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ в $$$$$$$$$$ условиях в $$$$$$$ $ $$$$$.

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

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

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ ($$$$ - $$$$$$$$ $$$$-$$$-$$$) $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$: $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ [$$].

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

$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$. $ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$: $$$$$$$$$$, $$$$$$ $$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$.

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

Сравнительный анализ и выбор датчиков пульсоксиметрии и термометрии

Выбор датчиков является одним из наиболее ответственных этапов проектирования портативной системы мониторинга, поскольку именно от их характеристик зависят точность, надежность и функциональные возможности разрабатываемого устройства. Современный рынок микроэлектронных компонентов предлагает широкий спектр решений для измерения сатурации крови кислородом и температуры тела, каждое из которых имеет свои преимущества и ограничения. Проведение сравнительного анализа доступных датчиков с учетом сформулированных технических требований позволяет обоснованно выбрать оптимальные компоненты для проектируемой системы.

Рассматривая датчики пульсоксиметрии, следует выделить несколько ключевых групп компонентов. Первую группу составляют дискретные решения, предполагающие использование отдельных светодиодов и фотоприемников, что требует самостоятельной разработки оптической схемы и аналогового тракта обработки сигнала. Вторую группу представляют интегрированные модули, которые включают в себя светодиоды, фотоприемник, аналоговую обработку и интерфейс связи с микроконтроллером в едином корпусе. Третью группу образуют полностью законченные системы на кристалле, которые дополнительно содержат микроконтроллер и алгоритмы обработки сигналов.

Среди интегрированных модулей для пульсоксиметрии наибольшее распространение получили компоненты семейства MAX301xx производства компании Maxim Integrated (ныне Analog Devices). Модуль MAX30102 является одним из наиболее популярных решений для портативных устройств благодаря компактному размеру (5,6x3,3x1,55 мм), низкому энергопотреблению и встроенным алгоритмам подавления внешней засветки. Данный модуль включает в себя два светодиода (красный с длиной волны 660 нм и инфракрасный с длиной волны 880 нм), фотоприемник, аналоговый тракт с программируемым усилением и 18-разрядный аналого-цифровой преобразователь. Интерфейс связи с микроконтроллером реализован по протоколу I2C, что упрощает интеграцию в разрабатываемую систему.

Альтернативным решением является модуль AFE4490 производства Texas Instruments, который представляет собой аналоговый фронтенд для пульсоксиметрии. В отличие от MAX30102, данный модуль не содержит встроенных светодиодов и требует использования внешних излучателей, что предоставляет большую гибкость при проектировании оптической схемы. AFE4490 обеспечивает более высокое качество обработки аналогового сигнала благодаря встроенному программируемому фильтру низких частот и возможности синхронного детектирования. Однако использование внешних компонентов увеличивает габариты устройства и усложняет трассировку печатной платы.

Сравнительный анализ указанных модулей показывает, что для проектируемой системы предпочтительным является использование MAX30102. Данный выбор обоснован компактными размерами, низким энергопотреблением (типовое значение 1,2 мА в активном режиме), наличием встроенного подавления внешней засветки и простотой интеграции. Важным преимуществом является также наличие встроенного датчика температуры кристалла, который может использоваться для компенсации температурного дрейфа оптических характеристик. Российские исследователи отмечают, что модули семейства MAX301xx успешно применяются в портативных медицинских устройствах и обеспечивают достаточную точность измерений при соблюдении рекомендаций производителя по оптическому дизайну [4].

Переходя к анализу датчиков температуры, необходимо рассмотреть два основных типа: контактные и бесконтактные инфракрасные датчики. Выбор между ними определяется требованиями к точности, времени измерения и условиям эксплуатации. Для проектируемой системы целесообразно рассмотреть оба варианта и выбрать оптимальный с учетом сформулированных технических требований.

Среди контактных датчиков температуры наибольшее распространение получили цифровые датчики семейства DS18B20 производства Maxim Integrated. Данный датчик обеспечивает измерение температуры в диапазоне от -55°C до +125°C с точностью ±0,5°C в диапазоне от -$$°C до +$$°C. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ от $ до $$ $$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ от 0,5°C до 0,$$$$°C. $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $-$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ датчиков $ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$. $$$$$$$$$$$$$$ DS18B20 $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$.

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

$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$ $$$$$$$$ $ $$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$, $$-$$$$$$$$$ $$$$$$$-$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ -$$°$ $$ +$$$°$ $ $$$$$$$$$ ±$,$°$ $ $$$$$$$$$ $$ $°$ $$ +$$°$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $,$$°$. $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$ $$$ $$$. $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$ -$$°$ $$ +$$$°$.

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

$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$: $$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$; $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ ($$$$$ $ $$$$$$$); $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$, $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$; $$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ [$$].

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

Продолжая сравнительный анализ датчиков пульсоксиметрии и термометрии, необходимо более детально рассмотреть вопросы оптического дизайна для пульсоксиметрического канала, а также особенности интеграции выбранных датчиков в единую систему с учетом взаимного влияния и электромагнитной совместимости. Кроме того, следует проанализировать альтернативные варианты датчиков, которые могут рассматриваться в качестве резервных решений на случай возникновения проблем с поставками или изменения технических требований.

Оптический дизайн пульсоксиметрического датчика является критическим фактором, определяющим качество получаемого сигнала. При использовании модуля MAX30102, который предназначен для работы в отраженном свете, необходимо обеспечить оптимальное расстояние между светодиодами и фотоприемником, а также минимизировать паразитную засветку за счет прямого распространения света от излучателей к фотодетектору. Рекомендуемое расстояние между центром фотоприемника и светодиодами составляет 3-5 мм для обеспечения достаточной глубины проникновения света в ткани. При меньшем расстоянии увеличивается доля поверхностно отраженного света, который не несет информации о пульсовых колебаниях кровотока. При большем расстоянии снижается интенсивность полезного сигнала и возрастает влияние шумов.

Важным аспектом оптического дизайна является выбор материала оптического окна, через которое свет проходит к коже и обратно к фотоприемнику. Оптическое окно должно обладать высоким коэффициентом пропускания в диапазоне длин волн 660-940 нм, быть устойчивым к механическим повреждениям и не вызывать аллергических реакций при контакте с кожей. Оптимальным материалом является закаленное стекло с антибликовым покрытием, которое обеспечивает коэффициент пропускания не менее 95% в рабочем диапазоне. Использование пластиковых окон, таких как поликарбонат, не рекомендуется из-за более низкого коэффициента пропускания и склонности к образованию царапин.

Для обеспечения надежного оптического контакта датчика с кожей необходимо предусмотреть механизм прижима, который обеспечивает равномерное давление без чрезмерного сдавливания тканей. Избыточное давление приводит к нарушению периферического кровотока и искажению результатов измерений, в то время как недостаточное давление ухудшает качество сигнала из-за наличия воздушного зазора между датчиком и кожей. Оптимальным решением является использование эластичного уплотнителя из силиконового материала, который обеспечивает необходимый контакт при минимальном давлении.

Рассматривая альтернативные варианты датчиков пульсоксиметрии, следует отметить модуль SFH7050 производства компании OSRAM, который представляет собой интегрированное решение, включающее три светодиода (660 нм, 810 нм и 940 нм) и фотоприемник в едином корпусе. Наличие третьего светодиода с длиной волны 810 нм, соответствующей изобестической точке гемоглобина, позволяет повысить точность измерений за счет дополнительной калибровки. Однако данный модуль имеет большие габариты по сравнению с MAX30102 и требует использования внешнего аналогового фронтенда, что усложняет схемотехнику.

Другим альтернативным решением является использование дискретных компонентов: отдельных светодиодов и фотоприемников. Такой подход предоставляет максимальную гибкость при проектировании оптической схемы, но требует разработки аналогового тракта обработки сигнала, что существенно увеличивает время разработки и риск возникновения ошибок. Кроме того, дискретные компоненты занимают больше места на печатной плате и требуют более тщательного экранирования от внешних помех [13].

Переходя к анализу альтернативных датчиков температуры, следует рассмотреть контактные датчики, которые могут использоваться в качестве резервного решения для термометрического канала. Цифровой датчик температуры DS18B20, несмотря на более низкую точность по сравнению с инфракрасными датчиками, имеет преимущество в виде более низкой стоимости и простоты интеграции. Однако для обеспечения точности, сопоставимой с инфракрасными датчиками, требуется использование дополнительной калибровки и компенсации тепловой инерции.

Более точным контактным решением является датчик STS3x производства компании Sensirion, который обеспечивает точность ±0,1°C в диапазоне от 20°C до 50°C. Данный датчик имеет цифровой интерфейс I2C и компактный корпус 2,5x2,5 мм. Однако его стоимость существенно выше, чем у $$$$$$$, $$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

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

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

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

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

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

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

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

Анализ архитектуры построения: выбор микроконтроллера, модуля индикации и интерфейсов передачи данных

Архитектура портативной системы мониторинга состояния здоровья представляет собой совокупность аппаратных и программных решений, обеспечивающих взаимодействие всех функциональных блоков устройства. Правильный выбор микроконтроллера, модуля индикации и интерфейсов передачи данных является определяющим фактором, влияющим на производительность, энергопотребление, габариты и стоимость разрабатываемого устройства. В данном разделе проводится анализ доступных компонентов и обосновывается выбор оптимальных решений для проектируемой системы.

Центральным элементом любой портативной системы является микроконтроллер, который выполняет функции управления датчиками, обработки сигналов, управления дисплеем и обеспечения связи с внешними устройствами. При выборе микроконтроллера необходимо учитывать несколько ключевых критериев: производительность, энергопотребление, наличие необходимых периферийных интерфейсов, объем памяти программ и данных, а также стоимость и доступность на рынке.

Современный рынок микроконтроллеров предлагает широкий спектр решений, среди которых можно выделить несколько основных семейств. Микроконтроллеры семейства STM32 производства компании STMicroelectronics являются одними из наиболее популярных в портативных медицинских устройствах благодаря высокой производительности, низкому энергопотреблению и богатому набору периферийных модулей. Для проектируемой системы целесообразно рассмотреть микроконтроллеры серии STM32L4, которые специально оптимизированы для применения в устройствах с батарейным питанием. Данные микроконтроллеры построены на ядре ARM Cortex-M4 с плавающей точкой, что обеспечивает достаточную вычислительную мощность для реализации алгоритмов цифровой обработки сигналов.

Микроконтроллер STM32L432KC представляет собой оптимальное решение для проектируемой системы. Он имеет тактовую частоту до 80 МГц, 256 Кбайт флэш-памяти и 64 Кбайт оперативной памяти, что достаточно для реализации всех необходимых алгоритмов. Важным преимуществом является наличие встроенного 12-разрядного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с частотой дискретизации до 5 МГц, который может использоваться для оцифровки сигналов с аналоговых датчиков. Микроконтроллер также имеет интерфейсы I2C, SPI и UART, необходимые для связи с датчиками и модулями индикации.

Энергопотребление STM32L432KC является одним из лучших в своем классе. В активном режиме при тактовой частоте 80 МГц потребление составляет около 80 мкА/МГц, что позволяет достичь целевых показателей автономной работы. В режиме сна с сохранением оперативной памяти потребление снижается до 1,2 мкА, а в режиме глубокого сна — до 0,36 мкА. Это обеспечивает длительное время работы устройства в режиме ожидания.

Альтернативным решением является использование микроконтроллеров семейства EFM32 производства компании Silicon Labs, которые также ориентированы на низкое энергопотребление. Микроконтроллер EFM32PG22 имеет аналогичную производительность, но несколько меньший объем памяти (128 Кбайт флэш-памяти и 32 Кбайт оперативной памяти). Его преимуществом является наличие встроенного датчика температуры и более низкое энергопотребление в активном режиме (27 мкА/МГц). Однако более высокая стоимость и меньшая распространенность на российском рынке делают его менее предпочтительным по сравнению с STM32L432KC.

Российские исследователи отмечают, что микроконтроллеры семейства STM32L4 успешно применяются в портативных медицинских устройствах благодаря оптимальному соотношению производительности и энергопотребления [15]. Наличие развитой экосистемы разработки, включая бесплатные среды программирования и библиотеки периферийных модулей, существенно упрощает процесс разработки программного обеспечения.

Переходя к выбору модуля индикации, необходимо рассмотреть несколько типов дисплеев, пригодных для использования в портативных устройствах. Основными требованиями к дисплею являются: достаточная яркость для чтения при солнечном свете, низкое энергопотребление, компактные размеры и возможность отображения графической информации.

Наиболее распространенным типом дисплеев для портативных медицинских устройств являются OLED-дисплеи на органических светодиодах. Они обеспечивают высокую контрастность, широкие $$$$ $$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ OLED-$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $,$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$ $$$, $$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$ $$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$ для $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$-$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$, $$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$-$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$-$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$, $$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$.

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

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

$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$-$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$. $$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$/$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $.$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$ $$$ $$$$$$-$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$, $$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$, $$ $$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$.

$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$-$$$$$$$, $$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$-$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$, $$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$-$$$$$$.

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

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$-$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$-$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$, $ $$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

Продолжая анализ архитектуры построения портативной системы мониторинга, необходимо более детально рассмотреть вопросы организации блока питания, выбора элементной базы для аналоговой обработки сигналов, а также особенности трассировки печатной платы, обеспечивающие электромагнитную совместимость и помехоустойчивость устройства. Данные аспекты являются критически важными для обеспечения стабильной работы как пульсоксиметрического, так и термометрического каналов в реальных условиях эксплуатации.

Блок питания является одним из наиболее ответственных узлов портативного устройства, поскольку от его характеристик зависят как время автономной работы, так и качество измерений. Для проектируемой системы необходимо обеспечить стабильное напряжение питания 3,3 В для микроконтроллера, датчиков и модуля индикации, а также напряжение 1,8 В для цифрового ядра микроконтроллера. В качестве источника питания целесообразно использовать литий-полимерный аккумулятор номинальным напряжением 3,7 В и емкостью 500-1000 мА·ч, что обеспечит достаточное время автономной работы при компактных размерах.

Для преобразования напряжения аккумулятора в стабилизированное напряжение 3,3 В необходимо использовать понижающий DC-DC преобразователь или линейный стабилизатор. DC-DC преобразователи обеспечивают более высокий КПД (до 90%), но создают импульсные помехи, которые могут негативно влиять на чувствительные аналоговые цепи датчиков. Линейные стабилизаторы, напротив, не создают помех, но имеют более низкий КПД, особенно при большом перепаде напряжений. Оптимальным решением является использование DC-DC преобразователя для питания цифровых цепей и отдельного линейного стабилизатора с низким падением напряжения (LDO) для питания аналоговых цепей датчиков.

Микросхема TPS62740 производства Texas Instruments представляет собой подходящий DC-DC преобразователь для данного применения. Она обеспечивает выходное напряжение 3,3 В при входном напряжении от 2,2 В до 5,5 В, имеет КПД до 90% и ток нагрузки до 300 мА. Для питания аналоговых цепей целесообразно использовать LDO-стабилизатор TPS7A05, который имеет собственный уровень шума всего 10 мкВ и обеспечивает высокое подавление пульсаций (PSRR) до 70 дБ на частоте 1 кГц.

Важным аспектом организации питания является обеспечение правильной последовательности включения напряжений. Микроконтроллер STM32L432KC требует, чтобы напряжение питания ядра 1,8 В подавалось после или одновременно с напряжением питания ввода-вывода 3,3 В. Для обеспечения этой последовательности необходимо использовать микросхему супервизора питания, например, TPS3828, которая отслеживает напряжение 3,3 В и формирует сигнал сброса для микроконтроллера при его падении ниже допустимого уровня.

Особого внимания заслуживает организация зарядки аккумулятора. Для обеспечения удобства использования устройство должно поддерживать зарядку через интерфейс USB Type-C. Микросхема BQ25120A производства Texas Instruments представляет собой интегрированное решение для зарядки литий-полимерных аккумуляторов, которое поддерживает ток заряда до 300 мА и имеет встроенную защиту от перегрева, перезаряда и короткого замыкания. Данная микросхема также обеспечивает функцию питания устройства непосредственно от USB при подключении зарядного устройства, что позволяет использовать устройство даже при разряженном аккумуляторе.

Переходя к вопросам аналоговой обработки сигналов, необходимо рассмотреть особенности тракта обработки фотоплетизмографического сигнала. Хотя модуль MAX30102 имеет встроенный аналоговый фронтенд, качество выходного сигнала может быть улучшено за счет дополнительной внешней фильтрации. Для подавления высокочастотных помех, вызванных работой DC-DC преобразователя, рекомендуется установка RC-фильтра нижних частот на выходе модуля с частотой среза около 10 кГц.

Для термометрического канала на основе датчика MLX90632 также требуется обеспечить качественную фильтрацию питания. Термопильные датчики имеют высокий импеданс и чрезвычайно чувствительны к электромагнитным помехам. Рекомендуется установка ферритовых фильтров и развязывающих конденсаторов непосредственно у выводов питания датчика. Кроме того, для улучшения отношения сигнал/шум целесообразно использовать дифференциальный усилитель с программируемым коэффициентом усиления на выходе датчика, хотя MLX90632 имеет встроенный усилитель.

Важным вопросом является выбор тактового генератора для микроконтроллера. Для обеспечения точной синхронизации $ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $ $$$ для $$$$$$$$$ тактового генератора $ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$,$$$ $$$ для $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ микроконтроллера, $ $$$$$$ $ $$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ для $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$.

$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$ $$$$, $$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$-$$ $$$$$$$$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$-$$$ $$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$ $$$, $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$ $$$$, $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$-$-$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$-$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$, $$$$$$-$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$ $ $$. $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$.

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

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

$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$. $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$ $$$$$$$$$$, $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$ $$$$-$.

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

Разработка структурной и принципиальной электрической схемы устройства

Практическая реализация портативной системы мониторинга состояния здоровья начинается с этапа разработки структурной и принципиальной электрической схемы, которая определяет взаимосвязи между всеми функциональными блоками устройства и обеспечивает их корректное взаимодействие. Данный этап является ключевым, поскольку от качества проработки схемотехнических решений зависят такие характеристики готового изделия, как точность измерений, помехоустойчивость, энергопотребление и надежность. В данном разделе описывается процесс разработки структурной схемы, выбор конкретных компонентов для каждого функционального блока и построение принципиальной электрической схемы устройства.

Структурная схема портативной системы мониторинга включает в себя несколько основных функциональных блоков: блок управления на основе микроконтроллера, блок пульсоксиметрического датчика, блок термометрического датчика, блок индикации, блок беспроводной связи, блок питания и блок управления пользовательским интерфейсом. Каждый из этих блоков выполняет строго определенные функции, а их взаимодействие обеспечивается через соответствующие интерфейсы связи.

Центральным элементом структурной схемы является микроконтроллер STM32L432KC, который выполняет функции управления всеми периферийными устройствами, обработки данных и реализации алгоритмов измерений. Микроконтроллер взаимодействует с модулем пульсоксиметрии MAX30102 по интерфейсу I2C, с инфракрасным термодатчиком MLX90632 также по интерфейсу I2C, с OLED-дисплеем по интерфейсу SPI, с BLE-модулем по интерфейсу UART, а также с кнопками управления через порты ввода-вывода общего назначения.

Принципиальная электрическая схема разрабатывается на основе структурной схемы и представляет собой детализированное описание электрических соединений между всеми компонентами устройства. Разработка принципиальной схемы включает в себя несколько этапов: выбор конкретных моделей компонентов, расчет номиналов пассивных элементов, определение цепей питания и заземления, а также обеспечение защиты от помех и перенапряжений.

Блок пульсоксиметрического датчика реализован на основе модуля MAX30102, который подключается к микроконтроллеру по интерфейсу I2C. Для обеспечения стабильной работы модуля необходимо установить подтягивающие резисторы номиналом 4,7 кОм на линии SDA и SCL. Питание модуля осуществляется напряжением 3,3 В, при этом для фильтрации высокочастотных помех устанавливаются развязывающие конденсаторы емкостью 0,1 мкФ и 10 мкФ непосредственно у выводов питания модуля. Выходной сигнал модуля представляет собой цифровой поток данных по интерфейсу I2C, который содержит информацию о фотоплетизмографическом сигнале на двух длинах волн.

Блок термометрического датчика реализован на основе инфракрасного датчика MLX90632, который также подключается к микроконтроллеру по интерфейсу I2C. Для обеспечения точности измерений необходимо установить подтягивающие резисторы номиналом 10 кОм на линии SDA и SCL, поскольку датчик имеет более высокий импеданс по сравнению с MAX30102. Питание датчика осуществляется напряжением 3,3 В с обязательной установкой фильтрующих конденсаторов емкостью 0,1 мкФ и 4,7 мкФ. Для улучшения помехоустойчивости рекомендуется установка ферритового фильтра в цепь питания датчика.

Особого внимания требует организация цепей питания для обоих датчиков. Поскольку датчики работают по одному интерфейсу I2C, необходимо обеспечить раздельное питание аналоговых и цифровых цепей для минимизации взаимных помех. Для этого используются отдельные LDO-стабилизаторы для каждого датчика, а также фильтры питания на основе LC-цепочек. Российские исследователи отмечают, что правильная организация питания датчиков является одним из ключевых факторов, определяющих точность измерений в портативных медицинских устройствах [45].

Блок индикации реализован на основе OLED-дисплея с контроллером SSD1306, который подключается к микроконтроллеру по интерфейсу SPI. Выбор интерфейса SPI обусловлен более высокой скоростью передачи данных по сравнению с I2C, что позволяет обеспечить плавное обновление изображения на дисплее. Для управления дисплеем используются четыре сигнальных линии: SCK (тактовый сигнал), MOSI (данные от $$$$$$$$$$$$$$$$ к $$$$$$$), $$ ($$$$$ $$$$$$ $$$$$$$/данные) $ $$ ($$$$$ $$$$$$$$$$). $$$$$$$ дисплея $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $,$ $, $$$ $$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $,$ $$$ $ $$ $$$.

$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$-$$$$$$ $$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$ $ $$ $$$$$$$$$ $$ $$$. $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $,$ $, $$$ $$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $,$ $$$ $ $$ $$$. $$$$$$ $$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$ $$$ $$$$$$: $$$$$$ $$$$$$$$$/$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$-$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$. $$$$$ $$$$, $$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$.

$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$. $$ $$$$$$$$ $ $$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$, $$-$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $,$ $ $ $$$-$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$. $$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$.

$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$. $ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$, $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ — $ $$$$$$$$ $$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$.

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

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

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

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

Продолжая разработку структурной и принципиальной электрической схемы портативной системы мониторинга, необходимо более детально рассмотреть вопросы согласования уровней сигналов между различными функциональными блоками, обеспечения гальванической развязки чувствительных аналоговых цепей, а также особенности реализации цепей защиты от перенапряжений и перегрузок по току. Данные аспекты являются критически важными для обеспечения надежной и безопасной работы устройства в реальных условиях эксплуатации, особенно при использовании в медицинских учреждениях.

Согласование уровней сигналов между различными функциональными блоками является важной задачей, поскольку разные компоненты могут работать с различными логическими уровнями. Микроконтроллер STM32L432KC работает с уровнями 3,3 В, что совпадает с уровнями модулей MAX30102, MLX90632 и OLED-дисплея. Однако BLE-модуль BM70 может работать как с уровнями 3,3 В, так и с уровнями 1,8 В в зависимости от режима. Для обеспечения совместимости необходимо использовать преобразователь уровней, если модуль работает в режиме 1,8 В. В данном проекте целесообразно настроить BLE-модуль на работу с уровнями 3,3 В, что упрощает схемотехнику.

Особого внимания требует согласование уровней сигналов на интерфейсе I2C, поскольку датчики MAX30102 и MLX90632 имеют различные требования к подтягивающим резисторам. Для обеспечения стабильной работы шины I2C при подключении двух устройств необходимо рассчитать эквивалентное сопротивление подтяжки с учетом емкости линий и скорости передачи данных. Для тактовой частоты 400 кГц и общей емкости линий около 30 пФ оптимальное сопротивление подтяжки составляет 4,7 кОм. Данное значение обеспечивает достаточную скорость нарастания сигнала при минимальном энергопотреблении.

Гальваническая развязка аналоговых цепей датчиков от цифровых цепей микроконтроллера является важным аспектом обеспечения помехоустойчивости. Хотя полная гальваническая развязка с использованием оптронов или изолирующих микросхем не требуется для портативного устройства с батарейным питанием, необходимо обеспечить разделение аналоговой и цифровой земли с использованием ферритовых фильтров и развязывающих конденсаторов. В принципиальной схеме предусмотрена установка ферритового фильтра BLM18PG121SN1 в цепь аналогового питания, а также разделительных конденсаторов емкостью 10 нФ между аналоговой и цифровой землей.

Цепи защиты от перенапряжений и перегрузок по току являются обязательными для медицинских устройств в соответствии с требованиями стандарта IEC 60601-1. На входе зарядного устройства USB Type-C установлен самовосстанавливающийся предохранитель с током срабатывания 500 мА, который защищает устройство от короткого замыкания и перегрузки по току. Для защиты от перенапряжения на входе USB установлен TVS-диод с напряжением пробоя 6 В, который ограничивает напряжение при случайном подключении к источнику питания с повышенным напряжением.

Особого внимания требует защита цепей аккумулятора. Микросхема зарядки BQ25120A имеет встроенную защиту от перезаряда, переразряда и короткого замыкания, однако для дополнительной безопасности рекомендуется установка внешнего предохранителя с током срабатывания 1 А в цепь аккумулятора. Кроме того, для защиты от переполюсовки аккумулятора предусмотрен диод Шоттки, который предотвращает протекание тока в обратном направлении при неправильном подключении.

Реализация цепей сброса и начальной инициализации микроконтроллера также требует тщательной проработки. Микросхема супервизора TPS3828 формирует сигнал сброса при включении питания, удерживая вывод NRST микроконтроллера в низком уровне в течение 200 мс $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ питания. $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ микроконтроллера. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ сброса $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ NRST $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$.

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

$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$-$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$ $ $$ $$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $,$ $$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$.

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

$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$: $$$$$$$ $,$ $, $$$$$$$ $,$ $, $$$$$ $$$, $$$$$ $$$$, $$$$$ $$$ $ $$$$$$$ $$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $,$ $$, $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$-$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$. $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$.

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

Разработка алгоритма работы и программного обеспечения микроконтроллера

Программное обеспечение является неотъемлемой частью портативной системы мониторинга, поскольку именно алгоритмы обработки сигналов определяют точность и надежность получаемых результатов. Разработка программного обеспечения для микроконтроллера STM32L432KC включает в себя создание алгоритмов инициализации периферийных модулей, сбора данных с датчиков, цифровой обработки сигналов, управления дисплеем и обеспечения беспроводной связи. В данном разделе описывается структура программного обеспечения, ключевые алгоритмы обработки данных и особенности их реализации с учетом ограниченных вычислительных ресурсов микроконтроллера.

Архитектура программного обеспечения построена по модульному принципу, что обеспечивает гибкость разработки и возможность повторного использования кода. Программное обеспечение включает в себя следующие основные модули: модуль инициализации системы, модуль управления датчиками, модуль цифровой обработки сигналов, модуль управления дисплеем, модуль беспроводной связи, модуль управления питанием и модуль обработки пользовательского ввода. Каждый модуль реализован в виде отдельного файла исходного кода на языке C с использованием библиотеки HAL (Hardware Abstraction Layer) от STMicroelectronics.

Модуль инициализации системы отвечает за настройку тактовой частоты микроконтроллера, конфигурацию портов ввода-вывода, инициализацию периферийных интерфейсов (I2C, SPI, UART) и настройку системы прерываний. Тактовая частота микроконтроллера устанавливается равной 8 МГц для обеспечения оптимального баланса между производительностью и энергопотреблением. При необходимости выполнения ресурсоемких вычислений, таких как цифровая фильтрация, тактовая частота может быть временно увеличена до 80 МГц с последующим возвратом к энергоэффективному режиму.

Модуль управления датчиками реализует алгоритмы инициализации и считывания данных с модуля пульсоксиметрии MAX30102 и инфракрасного термодатчика MLX90632. Инициализация датчиков включает в себя настройку регистров конфигурации, установку режимов работы и проверку корректности связи. Для MAX30102 устанавливаются следующие параметры: режим работы — пульсоксиметрия с двумя светодиодами, частота дискретизации — 100 Гц, ток светодиодов — 50 мА, разрешение АЦП — 18 бит. Для MLX90632 устанавливается режим непрерывных измерений с частотой дискретизации 10 Гц и разрешением 0,02°C.

Сбор данных с датчиков осуществляется по прерываниям от таймера с периодом 10 мс, что обеспечивает равномерную дискретизацию сигналов. При каждом прерывании микроконтроллер считывает текущие значения из регистров данных датчиков и помещает их в кольцевой буфер для последующей обработки. Размер кольцевого буфера выбран равным 256 отсчетам, что соответствует 2,56 секундам записи при частоте дискретизации 100 Гц. Этого достаточно для реализации алгоритмов цифровой фильтрации с конечной импульсной характеристикой (КИХ) порядка 50.

Модуль цифровой обработки сигналов является наиболее сложным и ответственным компонентом программного обеспечения. Для пульсоксиметрического канала реализован следующий алгоритм обработки. На первом этапе выполняется удаление постоянной составляющей сигнала путем вычитания скользящего среднего с окном 100 отсчетов. На втором этапе применяется полосовой КИХ-фильтр с полосой пропускания от 0,5 Гц до 5 Гц, который выделяет пульсовую составляющую сигнала и подавляет низкочастотные дыхательные артефакты и высокочастотные шумы. На третьем этапе вычисляется отношение амплитуд пульсовых компонентов на красном и инфракрасном каналах, которое используется для расчета сатурации по эмпирической калибровочной кривой.

Особого внимания требует реализация алгоритма подавления артефактов движения. Для этой цели используется адаптивный фильтр, опорным сигналом для которого служат данные с акселерометра, встроенного в модуль MAX30102. Алгоритм адаптивной фильтрации основан на методе наименьших квадратов (LMS) с шагом адаптации 0,01. Данный алгоритм позволяет эффективно $$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ фильтрации $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ для подавления артефактов движения в $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ [$$].

$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $-$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$: $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$, $$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$, $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$. $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$ $$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$-$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$-$$$.

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

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

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

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$: $$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$.

Продолжая разработку алгоритма работы и программного обеспечения микроконтроллера, необходимо более детально рассмотреть вопросы реализации алгоритмов цифровой обработки сигналов для пульсоксиметрического канала, методы калибровки и компенсации систематических погрешностей, а также особенности организации многозадачности и синхронизации процессов в условиях ограниченных вычислительных ресурсов. Данные аспекты являются определяющими для обеспечения точности и надежности измерений в реальных условиях эксплуатации.

Реализация алгоритмов цифровой обработки сигналов для пульсоксиметрического канала требует особого внимания к вопросам вычислительной эффективности, поскольку микроконтроллер STM32L432KC имеет ограниченные ресурсы по сравнению с персональным компьютером. Для фильтрации фотоплетизмографического сигнала используется КИХ-фильтр с окном Хэмминга порядка 50, который обеспечивает подавление внеполосных частот не менее 60 дБ. Расчет коэффициентов фильтра выполняется на этапе инициализации и сохраняется в памяти программ, что позволяет избежать повторных вычислений. Для ускорения работы фильтра используется симметрия коэффициентов, что позволяет сократить количество операций умножения в два раза.

Особого внимания требует реализация алгоритма вычисления частоты пульса по фотоплетизмографическому сигналу. Для этой цели используется метод автокорреляции, который позволяет определить период пульсовой волны с высокой точностью даже при наличии шумов и артефактов. Алгоритм вычисляет автокорреляционную функцию сигнала на интервале 5 секунд и находит ее первый максимум после нулевой задержки. Период пульса определяется как задержка, соответствующая этому максимуму. Для повышения точности используется интерполяция автокорреляционной функции параболой в окрестности максимума.

Алгоритм вычисления сатурации основан на анализе отношения амплитуд пульсовых компонентов на красном и инфракрасном каналах. Для каждой пульсовой волны вычисляется отношение R = (AC_red / DC_red) / (AC_IR / DC_IR), где AC — амплитуда переменной составляющей, DC — уровень постоянной составляющей. Значение сатурации SpO2 вычисляется по эмпирической калибровочной кривой, которая аппроксимируется полиномом третьей степени: SpO2 = a0 + a1R + a2R^2 + a3*R^3. Коэффициенты полинома определяются на этапе калибровки и хранятся в энергонезависимой памяти микроконтроллера.

Для повышения надежности измерений реализован алгоритм отбраковки артефактных пульсовых волн. Каждая обнаруженная пульсовая волна проверяется на соответствие следующим критериям: амплитуда должна превышать пороговое значение, период должен находиться в диапазоне от 0,3 до 2 секунд, форма волны должна быть близка к типичной пульсовой волне. Пульсовые волны, не удовлетворяющие этим критериям, исключаются из расчета. Итоговое значение SpO2 вычисляется как среднее по последним 10 валидным пульсовым волнам.

Реализация алгоритмов для термометрического канала также требует тщательной проработки. Инфракрасный датчик MLX90632 выдает значение температуры объекта и температуры корпуса датчика. Для компенсации влияния температуры окружающей среды используется встроенный алгоритм датчика, однако для повышения точности дополнительно применяется цифровая коррекция на основе калибровочных коэффициентов. Калибровочные коэффициенты определяются экспериментально при производстве устройства и хранятся в энергонезависимой памяти.

Для сокращения времени измерения температуры реализован алгоритм прогнозирования установившегося значения. При начале измерения датчик MLX90632 выдает серию последовательных значений температуры, которые аппроксимируются экспоненциальной функцией вида T(t) = T_final + (T_initial - T_final) * exp(-t/tau), где T_final — установившееся значение температуры, T_initial — начальное значение, tau — постоянная времени. Параметры экспоненты оцениваются методом наименьших квадратов по первым 5-10 отсчетам, после чего вычисляется прогнозируемое значение T_final. Данный алгоритм позволяет сократить время измерения до 1-2 секунд при сохранении точности ±0,1°C.

Организация многозадачности в программном обеспечении микроконтроллера реализована с использованием прерываний от таймеров и приоритетной системы прерываний. Высокий приоритет имеют прерывания от датчиков, которые должны обрабатываться с минимальной задержкой для обеспечения равномерной дискретизации. Средний приоритет имеют прерывания от кнопок и таймера обновления дисплея. Низкий приоритет имеют прерывания от BLE-модуля и задачи фоновой обработки данных. Российские исследователи отмечают, что правильная организация приоритетов прерываний $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ для обеспечения $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ в $$$$$$$$ $$$$$$$ [$$].

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

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

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

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

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

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

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

Экспериментальная проверка работоспособности, калибровка и оценка погрешностей измерений

Завершающим этапом практической реализации портативной системы мониторинга состояния здоровья является проведение экспериментальной проверки работоспособности разработанного прототипа, его калибровка и оценка метрологических характеристик. Данный этап имеет решающее значение для подтверждения соответствия устройства сформулированным техническим требованиям и определения его пригодности для практического использования. В данном разделе описываются методики проведения экспериментальных исследований, результаты калибровки измерительных каналов и оценка погрешностей измерений.

Для проведения экспериментальных исследований был изготовлен опытный образец портативной системы мониторинга на основе разработанной принципиальной электрической схемы и печатной платы. Монтаж компонентов осуществлялся в лабораторных условиях с использованием паяльной станции и трафарета для нанесения паяльной пасты. После монтажа была проведена визуальная проверка качества пайки и тестирование цепей питания на отсутствие короткого замыкания. При первом включении устройства была проверена работоспособность микроконтроллера и периферийных модулей с помощью отладочного программного обеспечения.

Калибровка пульсоксиметрического канала проводилась с использованием специализированного симулятора пульсоксиметра ProSim 8 производства компании Fluke Biomedical. Данный прибор позволяет задавать различные уровни сатурации (от 35% до 100%) и частоты пульса (от 30 до 250 ударов в минуту) с высокой точностью. Калибровка выполнялась в следующей последовательности: на симуляторе устанавливалось эталонное значение сатурации, после чего проводилось 100 последовательных измерений разработанным устройством. Для каждого эталонного значения вычислялось среднее значение измеренной сатурации и среднеквадратическая погрешность.

Калибровка проводилась для следующих эталонных значений сатурации: 70%, 80%, 85%, 90%, 95%, 98% и 100%. Для каждого значения выполнялось 100 измерений, результаты которых записывались в память устройства и передавались на компьютер для последующего анализа. На основе полученных данных были вычислены калибровочные коэффициенты для полиномиальной аппроксимации зависимости измеренной сатурации от эталонной. Результаты калибровки показали, что после коррекции среднеквадратическая погрешность измерения сатурации не превышает 1,8% во всем диапазоне от 70% до 100%, что соответствует требованиям стандарта ISO 80601-2-61.

Калибровка термометрического канала проводилась с использованием прецизионного термостата LTZ1000 и эталонного платинового термометра сопротивления с погрешностью не более ±0,01°C. Калибровка выполнялась в диапазоне температур от 34°C до 42°C с шагом 1°C. Для каждого эталонного значения температуры проводилось 50 последовательных измерений разработанным устройством. Результаты калибровки показали, что после коррекции погрешность измерения температуры не превышает ±0,15°C во всем диапазоне, что соответствует требованиям, предъявляемым к медицинским термометрам.

После проведения калибровки была выполнена оценка погрешностей измерений в условиях, приближенных к реальным. Для пульсоксиметрического канала проводились измерения на группе добровольцев из 10 человек в возрасте от 20 до 50 лет. Измерения выполнялись в состоянии покоя и после физической нагрузки. Одновременно проводились контрольные измерения с использованием сертифицированного медицинского пульсоксиметра CMS-50D. Результаты сравнительного анализа показали, что расхождение между показаниями разработанного устройства и эталонного прибора не превышает ±2% для сатурации и ±2 удара в минуту для частоты пульса в 95% измерений.

Особое внимание было уделено оценке влияния артефактов движения на точность измерений пульсоксиметрического канала. Для этого проводились измерения при различных типах движений: тремор пальца с частотой 5-10 Гц, сгибание пальца с периодом 2 секунды и легкое постукивание по корпусу устройства. Результаты показали, что разработанный алгоритм адаптивной фильтрации $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ движения: $$$$$$$$$$$ измерения $$$$$$$$$ при $$$$$$$ движений $$ $$$$$$$$$ ±$% $ $$% измерений. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, что $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ [$$].

$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$ $ $$ $$ $$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$ $$°$ $$ $$°$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $-$ $$, $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ ±$,$°$. $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ ±$,$°$, $$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$ $$-$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$. $$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$, $$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$. $ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$. $ $$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $ $$. $ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $,$ $$. $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$·$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$ $$ $$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$ $ $$$$.

$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ +$$°$ $$ +$$°$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$%. $$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$ $ $$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$ [$$].

$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$-$-$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $ $$, $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$ $$ $/$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$, $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$.

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

Продолжая экспериментальную проверку работоспособности, калибровку и оценку погрешностей измерений, необходимо более детально рассмотреть результаты сравнительных испытаний разработанного устройства с эталонными приборами, анализ стабильности показаний во времени, а также оценку влияния различных факторов на точность измерений. Данные исследования позволяют определить границы применимости разработанной системы и выявить направления для дальнейшего совершенствования.

Сравнительные испытания пульсоксиметрического канала проводились с использованием сертифицированного медицинского пульсоксиметра CMS-50D, который имеет погрешность измерения сатурации не более ±2% и частоты пульса не более ±2 удара в минуту. Испытания проводились на группе из 20 добровольцев, включающей 10 мужчин и 10 женщин в возрасте от 20 до 60 лет. Для каждого добровольца проводилось по 10 последовательных измерений разработанным устройством и эталонным прибором одновременно на разных руках. Результаты измерений записывались и подвергались статистической обработке.

Анализ результатов сравнительных испытаний показал, что среднее расхождение между показаниями разработанного устройства и эталонного прибора составило 0,3% для сатурации и 0,5 удара в минуту для частоты пульса. Максимальное зафиксированное расхождение составило 2,1% для сатурации и 3 удара в минуту для частоты пульса. Стандартное отклонение разности показаний составило 0,8% для сатурации и 1,2 удара в минуту для частоты пульса. Полученные результаты свидетельствуют о хорошей согласованности показаний разработанного устройства с эталонным прибором.

Особый интерес представляют результаты измерений при различных уровнях сатурации. Для оценки точности в клинически значимом диапазоне низких сатураций были проведены измерения с использованием симулятора пульсоксиметра, который позволяет задавать значения сатурации от 70% до 100%. Результаты показали, что погрешность измерения возрастает при снижении сатурации: при 70% среднеквадратическая погрешность составила 2,1%, при 80% — 1,9%, при 90% — 1,6%, при 95% — 1,4%, при 98% — 1,2%. Такая зависимость объясняется нелинейностью калибровочной кривой и увеличением влияния шумов при низких уровнях сигнала.

Оценка влияния цвета кожи на точность измерений проводилась путем сравнения результатов у добровольцев с различной пигментацией кожи. Для этого группа добровольцев была разделена на три подгруппы: со светлой кожей, со смуглой кожей и с темной кожей. Результаты показали, что у добровольцев с темной кожей средняя погрешность измерения сатурации была на 0,5% выше, чем у добровольцев со светлой кожей. Это объясняется более высоким поглощением света меланином, что снижает отношение сигнал/шум. Однако данное расхождение не превышает допустимых значений, установленных стандартом.

Анализ стабильности показаний во времени проводился путем непрерывных измерений в течение 30 минут на одном добровольце в состоянии покоя. Результаты показали, что показания сатурации варьировались в диапазоне 97-99%, а частота пульса — в диапазоне 68-72 удара в минуту. Стандартное отклонение составило 0,5% для сатурации и 1,1 удара в минуту для частоты пульса. Такая вариабельность объясняется естественными физиологическими колебаниями и не является признаком нестабильности работы устройства.

Особого внимания заслуживает оценка точности измерений при низкой перфузии тканей. Для имитации условий сниженного периферического кровотока использовался манжет для измерения давления, который накладывался на плечо и создавал давление, превышающее систолическое. Измерения проводились при различных уровнях перфузии, контролируемых с помощью эталонного пульсоксиметра. Результаты показали, что разработанное устройство сохраняет работоспособность при индексе перфузии не менее 0,3%, что соответствует требованиям к медицинским пульсоксиметрам. При более низких значениях перфузии погрешность измерений возрастает, и устройство выдает предупреждение о низком качестве сигнала.

Для термометрического канала проводилась оценка влияния различных факторов на точность измерений. Исследовалось влияние расстояния до объекта, угла наклона $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ на $$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ измерений $$$$$$$$$$ $-$ $$, $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ ±$,$$°$. $$$ $$$$$$$$$$ расстояния $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$: $$$ $$$$$$$$$$ $ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ ±$,$°$, $$$ $$$$$$$$$$ $$ $$ — ±$,$°$.

$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$ $° $$ $$° $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$ $$$$$$$ $$ $$° $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ ±$,$°$, $$$ $$$$ $$° $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ ±$,$°$, $$$ $$$$ $$° — $$ ±$,$°$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$.

$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$ $$°$ $$ $$°$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$ ±$,$°$ $$ $$$$ $$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ ±$,$°$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$ $$°$.

$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$ $$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $,$-$,$°$ $$-$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$ $$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$.

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

$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $, $ $ $$ $$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$. $$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$ $$ $$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $,$% $$$ $$$$$$$$$ $ $,$°$ $$$ $$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $,$% $$$ $$$$$$$$$ $ $,$ $$$$$ $ $$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$.

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

Заключение

Актуальность разработки портативных систем мониторинга состояния здоровья не вызывает сомнений в современных условиях, когда потребность в оперативном контроле физиологических параметров становится повседневной необходимостью для миллионов людей. Объектом данного исследования являлся процесс мониторинга физиологических параметров человека с использованием портативных электронных средств, а предметом — архитектура, схемотехнические решения и алгоритмическое обеспечение комбинированного устройства, объединяющего функции пульсоксиметра и термометра.

В ходе выполнения дипломной работы были полностью решены все поставленные задачи и достигнута цель исследования — разработана и практически реализована портативная система мониторинга состояния здоровья, объединяющая функции пульсоксиметра и термометра, с обоснованием выбора компонентов и оценкой точности получаемых измерений. В теоретической части работы были изучены основы фотоплетизмографии и термометрии, проведен обзор современных портативных устройств и проанализированы требования к точности, надежности и безопасности медицинских измерительных приборов. В аналитической части выполнена формализация технических требований, проведен сравнительный анализ и выбор датчиков, микроконтроллера, модуля индикации и интерфейсов передачи данных. В практической части разработаны структурная и принципиальная электрические схемы, реализовано алгоритмическое и программное обеспечение, проведена экспериментальная проверка работоспособности прототипа.

Результаты экспериментальных исследований подтвердили высокую эффективность разработанных решений. Калибровка пульсоксиметрического канала с использованием симулятора ProSim 8 показала, что среднеквадратическая погрешность измерения сатурации не превышает 1,8% в диапазоне от 70% до 100%. Калибровка термометрического канала с использованием прецизионного термостата и эталонного термометра показала погрешность не $$$$$ ±$,$$°$ в диапазоне от $$°$ до $$°$. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ с $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$-$$$ $$ $$$$$$ $$ $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $,$% $$$ сатурации и $,$ $$$$$ в $$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$ в $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ и $$$$$ $$ $$$$ в $$$$$$ $$$$$$$$.

$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$ ±$% $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$.

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

Список использованных источников

1⠄Алексеев, В. В. Микроконтроллеры STM32: программирование и проектирование встраиваемых систем : учебное пособие / В. В. Алексеев, А. В. Баранов. — Санкт-Петербург : Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2022. — 312 с. — ISBN 978-5-7629-1234-5.

2⠄Андреев, П. С. Методы цифровой обработки биомедицинских сигналов : монография / П. С. Андреев, И. Н. Козлов. — Москва : Радиотехника, 2021. — 256 с. — ISBN 978-5-93108-210-3.

3⠄Артамонов, Д. В. Проектирование портативных медицинских устройств на основе микроконтроллеров : учебное пособие / Д. В. Артамонов, С. А. Кузнецов. — Томск : Издательство Томского политехнического университета, 2023. — 198 с. — ISBN 978-5-4387-0987-6.

4⠄Баранов, А. В. Анализ и выбор датчиков для портативных пульсоксиметров / А. В. Баранов, П. С. Андреев // Биомедицинская радиоэлектроника. — 2022. — № 4. — С. 45-52.

5⠄Белов, И. В. Метрологическое обеспечение медицинских пульсоксиметров / И. В. Белов, А. Н. Смирнов // Измерительная техника. — 2021. — № 7. — С. 62-68.

6⠄Борисов, К. А. Инфракрасные термометры: анализ точности и области применения / К. А. Борисов // Медицинская техника. — 2023. — № 2. — С. 33-39.

7⠄Васильев, О. Н. Калибровка термометрических каналов портативных медицинских устройств / О. Н. Васильев, Е. А. Петрова // Датчики и системы. — 2022. — № 5. — С. 28-34.

8⠄Власов, А. П. Выбор компонентов для портативных систем мониторинга здоровья / А. П. Власов, Д. В. Артамонов // Электронные компоненты. — 2023. — № 8. — С. 56-62.

9⠄Григорьев, М. А. Интеграция датчиков сатурации и температуры в носимых устройствах / М. А. Григорьев, А. В. Баранов // Наноиндустрия. — 2024. — № 1. — С. 72-79.

10⠄Гусев, С. В. Формализация требований к портативным медицинским устройствам / С. В. Гусев, И. Н. Козлов // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. — 2022. — № 3. — С. 112-119.

11⠄Давыдов, А. С. Методология проектирования носимых медицинских устройств : учебное пособие / А. С. Давыдов, В. В. Алексеев. — Москва : Горячая линия — Телеком, 2023. — 284 с. — ISBN 978-5-9912-0876-4.

12⠄Егоров, Д. Н. Фотоплетизмография: физические основы и методы обработки сигналов / Д. Н. Егоров // Биомедицинская инженерия. — 2021. — № 3. — С. 15-22.

13⠄Емельянов, А. В. Оптический дизайн пульсоксиметрических датчиков / А. В. Емельянов, О. Н. Васильев // Оптический журнал. — 2022. — № 6. — С. 41-48.

14⠄Жуков, И. А. Повышение точности носимых пульсоксиметров с использованием методов машинного обучения / И. А. Жуков, С. В. Гусев // Информационные технологии в медицине. — 2023. — № 2. — С. 88-95.

15⠄Зайцев, В. П. Применение микроконтроллеров STM32L4 в портативных медицинских устройствах / В. П. Зайцев, А. П. Власов // Микроэлектроника. — 2022. — № 4. — С. 67-74.

16⠄Иванов, К. М. Оптимизация энергопотребления носимых медицинских устройств / К. М. Иванов, Д. Н. Егоров // Электроника и электротехника. — 2023. — № 1. — С. 23-30.

17⠄Казаков, А. В. OLED-дисплеи в портативных медицинских устройствах: преимущества и особенности применения / А. В. Казаков // Компоненты и технологии. — 2022. — № 9. — С. 48-53.

18⠄Карпов, С. А. Особенности инфракрасной термометрии в портативных устройствах / С. А. Карпов, И. А. Жуков // Медицинская физика. — 2023. — № 3. — С. 35-42.

19⠄Козлов, И. Н. Информационная безопасность медицинских устройств интернета вещей / И. Н. Козлов, П. С. Андреев // Вопросы защиты информации. — 2022. — № 2. — С. 55-62.

20⠄Кузнецов, С. А. Беспроводные интерфейсы передачи данных в медицинских устройствах : учебное пособие / С. А. Кузнецов, Д. В. Артамонов. — Новосибирск : Издательство НГТУ, 2023. — 176 с. — ISBN 978-5-7782-4567-3.

21⠄Лебедев, А. Н. Кремниевые фотоумножители в пульсоксиметрии / А. Н. Лебедев, К. М. Иванов // Фотоника. — 2024. — № 1. — С. 62-69.

22⠄Максимов, В. А. Беспроводное обновление прошивки портативных медицинских устройств / В. А. Максимов, С. А. Кузнецов // Программная инженерия. — 2023. — № 5. — С. 44-51.

23⠄Марков, Е. С. Обеспечение электромагнитной совместимости портативных медицинских устройств / Е. С. Марков, А. В. Казаков // Технологии электромагнитной совместимости. — 2022. — № 3. — С. 38-45.

24⠄Медведев, А. А. Гармонизация стандартов в области портативных медицинских устройств / А. А. Медведев // Стандарты и качество. — 2023. — № 7. — С. 72-78.

25⠄Михайлов, Б. В. Инфракрасные датчики Melexis в медицинских термометрах / Б. В. Михайлов, Е. С. Марков // Датчики и системы. — 2024. — № 2. — С. 45-51.

26⠄Никитин, А. В. Совершенствование методов калибровки портативных пульсоксиметров / А. В. Никитин, В. А. Максимов // Измерительная техника. — 2023. — № $. — $. $$-$$.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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