С.А. Лысенко1, А.М. Присташ2, Н.Н. Юрышев3, В.И. Денисенко4, Д.В. Сергеев5

1–3 Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, Троицкое обособленное подразделение (г. Троицк, Москва, Россия)
4, 5 Научно-клинический центр № 3, Российский научный центр хирургии им. академика Б.В. Петровского (г. Троицк, Москва, Россия)
1 s.lyssenko@mail.ru, 2 pristash1973@mail.ru, 3 yuryshev@rambler.ru, 4 admin@hospital.troitsk.ru, 5 Sergeevmd@yandex.ru

Постановка проблемы. Воздействие оптического излучения при физиотерапевтических процедурах может длиться десятки минут. При проведении исследований влияния подобного воздействия на гемоглобин непросто обеспечить неподвижность испытуемого, а также отсутствие влияния других физиологических факторов, таких как речь, психическое состояние, мысли. Наличие данных артефактов приводит к искажениям в показаниях чувствительных оптических датчиков пульсоксиметров, и возникает проблема разделения в регистрируемых сигналах вкладов внешнего оптического воздействия на гемоглобин и физиологических процессов, независимо происходящих в организме, особенно если полезные сигналы являются слабыми, а уровень сигналов от внешнего воздействия достаточно значителен.

Цель. Предложить и опробовать дифференциальную схему измерений, состоящую из двух отдельных датчиков пульсоксиметров под управлением одного внешнего микроконтроллера, для преодоления негативного влияния физиологических факторов на результаты измерений насыщения крови кислородом и разделения их вклада с результатами внешнего оптического воздействия на гемоглобин. При этом оба датчика располагаются на некотором расстоянии друг от друга, причем один из них должен находиться непосредственно в зоне оптического воздействия внешнего излучения, а другой – вне нее.

Результаты. При использовании созданной дифференциальной схемы измерений установлено снижение влияния физиологических факторов на определяемые значения разности сатураций двух пульсоксиметров. Отмечено, что динамика этой разности свидетельствует о степени влияния внешнего оптического излучения на гемоглобин и выражается в изменении процентного содержании кислорода в гемоглобине.

Практическая значимость. Использование дифференциальной схемы позволит достаточно быстро и при незначительных затратах улучшить качество исследований воздействия различных видов оптического излучения на гемоглобин методом пульсовой оксиметрии при научных исследованиях, терапевтических процедурах, основанных на локальном воздействии на биологические ткани лазерным или светодиодным излучением, включая фотобиомодуляцию, лазерную физиотерапию и фотодинамическую терапию.

Лысенко С.А., Присташ А.М., Юрышев Н.Н., Денисенко В.И., Сергеев Д.В. Применение дифференциальной схемы измерений параметров пульсовой оксиметрии при внешнем оптическом воздействии // Биомедицинская радиоэлектроника. 2026. T. 29. № 2. С. 5−15. DOI: https:// doi.org/10.18127/j156 04136-202602-01

1. Bonaca M.P., Hamburg N.M., Creager M.A. Contemporary Medical Management of Peripheral Artery Disease. Circ. Res. 2021. V. 128(12). P. 1868–1884. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.121.318258.
2. Aday A.W., Matsushita K. Epidemiology of Peripheral Artery Disease and Polyvascular Disease. Circ. Res. 2021. V. 128(12). P. 1818–1832. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.121.318535.
3. Lilja E., Gottsäter A., Miftaraj M., Ekelund J., Eliasson B., Svensson A. M., Zarrouk M., Nilsson P., Acosta S. The impact of diabetes mellitus on major amputation among patients with chronic limb threatening ischemia undergoing elective endovascular therapy- a nationwide propensity score adjusted analysis. J. Diabetes Complications. 2021. V. 35(2). P. 107675. DOI: 10.1016/j.jdiacomp.2020.107675.
4. López-Moral M., García-Álvarez Y., Molines-Barroso R.J., Tardáguila-García A., García-Madrid M., Lázaro-Martínez J.L.
   A comparison of hyperspectral imaging with routine vascular noninvasive techniques to assess the healing prognosis in patients with diabetic foot ulcers. J. Vasc. Surg. 2022. V. 75(1). P. 255-261. DOI: 10.1016/j.jvs.2021.07.123.
5. Kleiss S.F., Ma K.F., El Moumni M., Ünlü Ç., Nijboer T.S., Schuurmann R.C.L., Bokkers R.P.H., de Vries J.P.M. Detecting Changes in Tissue Perfusion With Hyperspectral Imaging and Thermal Imaging Following Endovascular Treatment for Peripheral Arterial Disease. J. Endovasc Ther. 2023. V. 30(3), 382-392 (). doi: 10.1177/15266028221082013.
6. Wang Z., Hasan R., Firwana B., Elraiyah T., Tsapas A., Prokop L., Mills J.L. Sr., Murad M.H. A systematic review and meta-analysis of tests to predict wound healing in diabetic foot. J Vasc. Surg. V. 63(2 Suppl), 29S–36S.e1-2 (2016). DOI: 10.1016/j.jvs.2015.10.004.
7. Amelia R., Harahap J., Yunanda Y., Wijaya H., Fujiati I. I., Yamamoto Z. Early detection of macrovascular complications in type 2 diabetes mellitus in Medan, North Sumatera, Indonesia: A cross-sectional study. F1000Res. 2021. V. 10. P. 808. DOI: 10.12688/f1000research.54649.1.
8. Catella J., Mahé G., Leftheriotis G., Long A. Reference Probe for TcpO2 at Rest: A Systematic Review. Diagnostics (Basel). 2022. V. 13(1). P. 77. DOI: 10.3390/diagnostics13010077.
9. Mennes O.A., van Netten J.J., van Baal J.G., Slart R.H.J.A., Steenbergen W. The Association between Foot and Ulcer Microcirculation Measured with Laser Speckle Contrast Imaging and Healing of Diabetic Foot Ulcers. J. Clin. Med. V. 10(17). P. 3844. DOI: 10.3390/jcm10173844.
10. Руководство ВОЗ по пульсоксиметрии. Женева, Швейцария, 2009. 23 с.
11. ГОСТ Р ИСО 9919-99: Оксиметры пульсовые медицинские. М.: Стандартинформ. 2014: 74 с.
12. Дунаев А.В. Физико-технические основы низкоинтенсивной лазерной терапии. LAP, 2012. 296 с.
13. Гаранин А.А., Дьячков В.А., Рубаненко А.О., Репринцева О.А., Дупляков Д.В. Методы пульсоксиметрии: возможности и ограничения. Российский кардиологический журнал. 2023. № 28(3S). С. 54–67. DOI:10.15829/1560-4071-2023-5467. EDN LWXJYA.
14. Федотов А.А., Акулов С.А. Измерительные преобразователи биомедицинских сигналов систем клинического мониторинга. М.: Радио и связь. 2013. 250 с.
15. Стародубцев Н.Ф., Денисенко В.И., Каримуллин К.Р., Курдоглян М.С., Лысенко С.А., Наумов А.В., Тагабилев Д.Г., Юрышев Н.Н. Теоретическое обоснование теплового механизма локальной оксигенации биологической ткани под действием низкоинтенсивного излучения ближнего ИК диапазона // Медицинская физика. 2023. № 4. С. 78–83.
16. Datasheet. MAX30102 Pulse Oximeter and Heart-Rate Sensor IC for Wearable Health. URL: https://www.micro-semiconductor.com/datasheet/20-MAX30102EFD.pdf (дата обращения: 10.02.20).
17. Хизбуллин Р.Н. Оптический двухканальный пульс-оксиметр на основе лазерных датчиков для решения актуальных задач в медицинской практике // Фотоника. 2017. № 1 (61) C. 145–157.
18. Галкин М., Змиевской Г., Ларюшин А., Новиков В. Кардиодиагностка на основе анализа фотоплетизмограмм с помощью двухканального плетизмографа // Фотоника. 2008. № 3. С. 30–35.
19. Рогаткин Д.А. Физические основы оптической оксиметрии // Медицинская физика. 2012. № 2. С. 97–114.
20. Datasheet. The STM32F401 microcontrollers are part of the STM32 Dynamic Efficiency™ device range. URL: https://www.st.com/resource/en/datasheet/stm32f401cb.pdf (дата обращения: 10.02.25).
21. https://github.com/devxplained/MAX3010x-Sensor-Library/tree/main/examples (дата обращения: 10.02.25).
22. https://microtechnics.ru/biblioteka-dlya-raboty-s-usart-v-stm32/?ysclid=mefrv4qgbp768069724 (дата обращения: 10.02.25).
23. Грешилов А.А., Стакун В.А., Стакун А.А. Математические методы построения прогнозов. М.: Радио и связь. 1997. 112 с.
24. Sun X., He H., Xu M. et al. Peripheral perfusion index of pulse oximetry in adult patients: a narrative review. Eur. J. Med Res. 2024. V. 29. P. 457. https://doi.org/10.1186/s40001-024-02048-3.
25. Патент на изобретение RU 2836048. Устройство для фиксации мелкого лабораторного животного с установленной дорсальной камерой при проведении микроскопического исследования / К.В. Котенко, Д.Г. Тагабилев, И.А. Винокуров, М.Е. Степанов, А.А. Власов, Е.В. Хайдуков, А.В. Наумов, В.И. Юсупов. C1, 11.03.2025. Заявка № 2024127009 от 13.09.2024. EDN DKNCBO.
26. Степанов М.Е., Власов А.А., Демина П.А. и др. Интравитальная микроскопия – окно в мир биопроцессов // Фотоника. 2024. № 18(8). С. 640–648. DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2024.18.8.640.648.