С.А. Лысенко1, А.М. Присташ2, Н.Н. Юрышев3, В.И. Денисенко4, Д.Г. Тагабилев5, Н.Ф. Стародубцев6

1–3,6 Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, Троицкое обособленное подразделение (Москва, г.Троицк, Россия)
4,5 Российский научный центр хирургии им. академика Б.В. Петровского, Научно-клинический центр № 3 (Москва, г.Троицк, Россия)
1 s.lyssenko@mail.ru, 2 pristash1973@mail.ru, 3 yuryshev@rambler.ru, 4 nkc3@med.ru, 5 dimatagabilev@list.ru, 6 nfstaro@gmail.com

Постановка проблемы. Медицинское оборудование на основе оптических датчиков из-за особенностей функционирования может приводить к искажениям в получаемых результатах при одновременном с измерениями воздействии внешнего оптического излучения на исследуемую область, например, при изучении воздействия и разработке осветительных приборов для физиотерапевтических процедур. Для минимизации возможных ошибок необходимо понимать механизм работы оптического датчика. К сожалению, не все производители дают полную информацию о своем оборудовании, поскольку использование подобных приборов не предполагает их применение при условиях, значительно отличающихся от нормальных.

Цель. Изучить возможность использования готового модуля пульсоксиметра MAX30102, а также внешнего модуля микроконтроллера STM32F401 и программатора-отладчика ST-Link V2 для STM32 в качестве быстрого и экономичного варианта оптического датчика измерительного стенда для исследований в области пульсоксиметрии в режиме реального времени. Cоздать необходимое аппаратное программное обеспечение на основе открытых библиотек для модуля пульсоксиметра MAX30102 и модуля микроконтроллера.

Результаты. В ходе исследования изучены временные интервалы работы оптических компонентов модуля и определены моменты измерения внешнего фона, а также длительность передачи данных за один цикл измерения. Проверена работа встроенной производителем системы компенсации внешнего фона при воздействии ИК-излучения с плотностью мощности до 200 мВт/см2, что считается предельно допустимой для низкоинтенсивного светового воздействия. Обнаружено увеличение помех в регистрируемых показаниях модуля пульсоксиметра MAX30102 при воздействии внешнего ИК-излучения (λ = 850 нм) с плотностью мощности 100 мВт/см2 в месте его крепления.

Практическая значимость. Описанные методики измерений могут быть полезны при исследованиях влияния низкоинтенсивного оптического излучения на оксигемоглобин с использованием аналогичных модулей пульсоксиметров для минимизации возможных оптических помех.

Лысенко С.А., Присташ А.М., Юрышев Н.Н., Денисенко В.И., Тагабилев Д.Г., Стародубцев Н.Ф. Определение времени работы оптических компонентов и интервала передачи данных в одном цикле измерений модуля пульсоксиметрии MAX30102 // Биомедицинская радиоэлектроника. 2026. T. 29. № 4. С. 69−80. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j156 04136-202604-07

1. Yu B., Wang X., Song Y. et al. The role of hypoxia-inducible factors in cardiovascular diseases // Pharmacol. Ther. 2022. 238, 108186. DOI: 10.1016/j.pharmthera.2022.108186.
2. Norda S., Papadantonaki R. Regulation of cells of the arterial wall by hypoxia and its role in the development of atherosclerosis // Vasa. 2023. V. 52(1). P. 6–21. DOI: 10.1024/0301-1526/a001044.
3. Bhattacharya S., Agarwal S., Shrimali N.M., Guchhait P. Interplay between hypoxia and inflammation contributes to the progression and severity of respiratory viral diseases // Mol. Aspects Med. 2021. 81. 101000. DOI: 10.1016/j.mam.2021.101000.
4. Tian Z., Ji X., Liu J. Neuroinflammation in Vascular Cognitive Impairment and Dementia: Current Evidence, Advances, and Prospects // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23(11). P. 6224. doi: 10.3390/ijms23116224.
5. Zhang W., Lin Y., Zong Y., Ma X., Jiang C., Shan H., Xia W., Yin L., Wang N., Zhou L., Zhou Z., Yu X. Staphylococcus aureus Infection Initiates Hypoxia-Mediated Transforming Growth Factor-β1 Upregulation to Trigger Osteomyelitis // mSystems. 2022. V. 7(4). P. e0038022. doi: 10.1128/msystems.00380-22.
6. Wicks E.E., Semenza G.L. Hypoxia-inducible factors: cancer progression and clinical translation // J. Clin. Invest. 2022. V. 132(11). P. e159839. DOI: 10.1172/JCI159839.
7. Shang T., Jia Z., Li J., Cao H., Xu H., Cong L., Ma D., Wang X., Liu J. Unraveling the triad of hypoxia, cancer cell stemness, and drug resistance // J. Hematol. Oncol. 2025. V. 18(1). P. 32. DOI: 10.1186/s13045-025-01684-4.
8. Gao H., Nepovimova E., Heger Z. et al. Role of hypoxia in cellular senescence // Pharmacol. Res. 2023. V. 194. P. 106841. doi: 10.1016/j.phrs.2023.106841.
9. Wei Y., Giunta S., Xia S. Hypoxia in Aging and Aging-Related Diseases: Mechanism and Therapeutic Strategies // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23(15). P. 8165. doi: 10.3390/ijms23158165.
10. Hosoki S., Hansra G.K., Jayasena T. et al. Molecular biomarkers for vascular cognitive impairment and dementia // Nat. Rev. Neurol. 2023. V. 19(12). P. 737–753. DOI: 10.1038/s41582-023-00884-1.
11. Haller H.L., Sander F., Popp D. et al. Oxygen, pH, Lactate, and Metabolism-How Old Knowledge and New Insights Might Be Combined for New Wound Treatment // Medicina (Kaunas). 2021. V. 57(11). P. 1190. DOI: 10.3390/medicina57111190.
12. Литвицкий П.Ф. Гипоксия. Вопросы современной педиатрии. 2016. V. 15(1). P. 45–58. DOI: 10.15690/vsp.v15i1.1499.
13. Стародубцев Н.Ф., Денисенко В.И., Каримуллин К.Р. и др. Теоретическое обоснование теплового механизма локальной оксигенации биологической ткани под действием низкоинтенсивного излучения ближнего ИК диапазона. Медицинская физика. 2023. № 4. С. 78–83.
14. Mantri Y., Tsujimoto J., Donovan B. et al. Photoacoustic monitoring of angiogenesis predicts response to therapy in healing wounds // Wound Repair Regen. 2022. V. 30(2). P. 258–267. DOI: 10.1111/wrr.12992.
15. Гаранин А.А., Дьячков В.А., Рубаненко А.О., Репринцева О.А., Дупляков Д.В. Методы пульсоксиметрии: возможности и ограничения // Российский кардиологический журнал. 2023. № 283S. С. 54–67. DOI:10.15829/1560-4071-2023-5467.
16. Бузунов Р.В., Иванова И.Л., Кононов Ю.Н. и др. Компьютерная пульсоксиметрия в диагностике нарушений дыхания во сне: Учеб. пособие. Ижевск. 2013. 40 c.
17. Хизбуллин Р.Н. Оптический двухканальный пульс-оксиметр на основе лазерных датчиков для решения актуальных задач в медицинской практике // Фотоника. 2017. № 1(61). С. 145–157. DOI: 10.22184/1993-7296.2017.61.1.144.157.
18. Fernandez M., Burns K., Calhoun B. et al. Evaluation of a new pulse oximeter sensor // Am. J. Crit. Care. 2007. V. 16. P. 146–152.
19. Schallom L., Sona C., McSweeney M. et al. Comparison of forehead and digit oximetry in surgical/trauma patients at risk for decreased peripheral perfusion // Heart Lung. 2007. V. 36. P. 188–194. DOI:10.1016/j.hrtlng.2006.07.007.
20. Datasheet. MAX30100 Pulse Oximeter and Heart-Rate Sensor IC for Wearable Health. URL: https://datasheets.maximintegrated. com/ en/ds/ MAX30100.pdf дата обращения: 10.02.20.
21. Стародубцев Н.Ф., Денисенко В.И., Каримуллин К.Р. и др. Теоретическое обоснование теплового механизма локальной оксигенации биологической ткани под действием низкоинтенсивного излучения ближнего ИК диапазона // Медицинская физика. 2023. № 4. С. 78–83. DOI: 10.52775/1810-200X-2023-100-4-78-83.
22. Абрамович С.Г. Фототерапия. Иркутск: РИО ФГБУ «НЦРВХ» СО РАМН. 2014. 200 с.
23. Руководство ВОЗ по пульсоксиметрии. Женева. 2009. 23 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. 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)
26. https://github.com/devxplained/MAX3010x-Sensor-Library/tree/main/examples (дата обращения: 10.02.25)
27. https://github.com/STMicroelectronics/STM32CubeF1?ysclid=mefrxb03xs547944446 (дата обращения: 10.02.25)
28. https://microtechnics.ru/biblioteka-dlya-raboty-s-usart-v-stm32/?ysclid=mefrv4qgbp768069724 (дата обращения: 10.02.25)
29. https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/2188695/TI2/AFE4404.html (дата обращения: 10.02.25)