A Smart Dual-Mode Calorimetric Flow Sensor

A smart thermal flow sensor system is presented. It makes use of a novel heater control circuit which can automatically set the operating mode to either constant power or constant temperature difference. It overcomes the limitations of single-mode thermal flow sensors, such as temperature overshoots at low flow rates at constant power mode, or excessive power consumption at high flow rates at constant temperature difference mode. The system is especially useful for temperature sensitive and portable applications, such as respiratory monitoring for medical diagnostics. In this paper, detailed description of the sensor’s design, implementation, and experimental validation are presented. The proposed dual-mode flow sensor achieves an overtemperature reduction up to 9.5% compared with thermal flow sensors operating in constant power mode alone, and a power reduction up to 13.6% compared with thermal flow sensors operating in constant temperature difference mode alone for the flow range of 0 to 50 slm while offering an improved overall sensitivity

Development of RF-MEMS Based Passive Wireless Respiratory Monitoring Systems

This dissertation explores the application of high frequency, low loss, high quality factor thin-film piezoelectric MEMS resonators as passive wireless respiratory monitoring sensors. In this work we build on advances in RF MEMS technology and wearables to develop a respiratory monitoring system capable of measuring respiration without any on-board circuitry and battery First, a wireless MEMS-based respiration sensor that operates without a battery or any on-board circuitry is presented. The sensing system is made up two major components, the wireless sensor and a base transceiver and computational unit. The sensor is only made of up of two RF-MEMS resonators and a custom UHF RFID antenna. The base unit is composed of transmitter antenna connected to a signal generator, and a receiver antenna connected to an oscilloscope. The frequency of the MEMS resonator is highly sensitive towards both temperature and also water vapor condensation. This sensitivity results in the modulation of the resonator (and sensor) when exposed to respiratory airflow. For a mean excitation signal power of 80µW, the sensor was measured to be capable of recording the respiratory profile of human subject from distance of up to 2 meters away from the base transceiver unit. At a distance of 0.5 meters the sensor was measured to have a SNR of 124.8dB. Next, building on the above sensor and using a novel time-of-flight sensing technique a respiratory flow sensor with only 7.2cm2 footprint was developed. To facilitate the time-of-flight sensor, two low loss, high quality factor TPoS MEMS resonators are placed ~1cm apart and are connected to a small (3.8cm2 ) planar ground antenna. We were able to measure flow rate and respiration profile of human subject from a distance of 20cm from the base transceiver

Analysis of Wireless Body-Centric Medical Sensors for Remote Healthcare

Aquesta tesi aborda el problema de trobar solucions confortables, de baixa potència i sense fils per aplicacions mèdiques. La tesi tracta els avantatges i les limitacions de tres tecnologies de comunicació diferents per la mesura de paràmetres del cos i mètodes per redissenyar sensors per avaluacions òptimes centrades en el cos. La tecnologia RFID es considera una de les solucions més influents per superar el problema del consum d'energia limitat, a causa de la presència de molts sensors connectats. També s'ha estudiat la tecnologia Bluetooth de baixa energia per resoldre els problemes de seguretat i la distància de lectura que, en general, representen el coll d'ampolla de RFID pels sensors de cos. Els dispositius analògics poden reduir dràsticament les necessitats d'energia a causa dels sensors i les comunicacions, considerant pocs elements i un mètode de transmissió simple. S'estudia un mètode de comunicació completament passiu, basat en FSS, que permet una distància de lectura raonable amb capacitats de detecció precises i confiables, que s'ha discutit en aquesta tesi. L'objectiu d'aquesta tesi és investigar múltiples tecnologies sense fils per dispositius portàtils per identificar solucions adequades per aplicacions particulars en el camp mèdic. El primer objectiu és demostrar la facilitat d'ús de les tecnologies econòmiques sense bateria com un indicador útil de paràmetres fisiopatològics mitjançant la investigació de les propietats de les etiquetes RFID. A més a més, s'ha abordat un aspecte més complex respecte a l'ús de petits components passius com sensors sense fils per trastorns del son. Per últim, un altre objectiu de la tesi és el desenvolupament d'un sistema completament autònom que utilitzi tecnologia BLE per obtenir propietats avançades mantenint baix tant el consum com el preuEsta tesis aborda el problema de encontrar soluciones confortables, inalámbricas y de baja potencia para aplicaciones médicas. La tesis discute las ventajas y limitaciones de tres tecnologías de comunicación diferentes para la medición en el cuerpo y los métodos para elegir y remodelar los sensores para evaluaciones óptimas centradas en el cuerpo. La tecnología RFID se considera una de las soluciones más influyentes para superar el consumo de energía limitado debido a la presencia de muchos sensores conectados. Además, la baja energía de Bluetooth se ha estudiado se ha estudiado la tecnologia Bluetooth de baja energia para resolver los problemas de seguridad y la distancia de lectura que, en general, representan el cuello de botella de la RFID para los sensores de cuerpo. Los dispositivos analógicos pueden reducir drásticamente las necesidades de energía debido a los sensores y las comunicaciones, considerando pocos elementos y un método de transmisión simple. Se estudia un método de comunicación completamente pasivo, basado en FSS, que permite una distancia de lectura razonable con capacidades de detección precisas y confiables, que se ha discutido en esta tesis. El objetivo de esta tesis es investigar múltiples tecnologías inalámbricas para dispositivos portátiles para identificar soluciones adecuadas para aplicaciones particulares en campos médicos. El primer objetivo es demostrar la facilidad de uso de las tecnologías económicas sin batería como un indicador útil de dichos parámetros fisiopatológicos mediante la investigación de las propiedades de las etiquetas RFID. Además, se ha abordado un aspecto más complejo con respecto al uso de pequeños componentes pasivos como sensores inalámbricos para enfermedades del sueño. Por último, un resultado de la tesis es desarrollar un sistema completamente autónomo que utilice la tecnología BLE para obtener propiedades avanzadas que mantengan la baja potencia y un precio bajo.This thesis addresses the problem of comfortable, low powered and, wireless solutions for specific body-worn sensing. The thesis discusses advantages and limitations of three different communication technologies for on body measurement and investigate methods to reshape sensors for optimum body-centric assessments. The RFID technology is considered one of the most influential solutions to overcome the limitated power consumption due to the presence of many sensors connected. Further, the Bluetooth low energy has been studied to solve security problems and reading distance that overall represent the bottleneck of the RFID for the body-worn sensors. Analog devices can drastically reduce the energy needs due to the sensors and the communications, considering few elements and a simple transmitting method. An entirely passive communication method, based on FSS is studied, enabling a reasonable reading distance with precise and reliable sensing capabilities, which has been discussed in this thesis. The objective of this thesis is to investigate multiple wireless technologies for wearable devices to identify suitable solutions for particular applications in medical fields. The first objective is to demonstrate the usability of the inexpensive battery-less technologies as a useful indicator of such a physio-pathological parameters by investigating the properties of the RFID tags. Furthermore, a more complex aspect regards the use of small passive components as wireless sensors for sleep diseases has been addressed. Lastly, an outcome of the thesis is to develop an entirely autonomous system using the BLE technology to obtain advanced properties keeping low power and a low price

Sensing Systems for Respiration Monitoring: A Technical Systematic Review

Respiratory monitoring is essential in sleep studies, sport training, patient monitoring, or health at work, among other applications. This paper presents a comprehensive systematic review of respiration sensing systems. After several systematic searches in scientific repositories, the 198 most relevant papers in this field were analyzed in detail. Different items were examined: sensing technique and sensor, respiration parameter, sensor location and size, general system setup, communication protocol, processing station, energy autonomy and power consumption, sensor validation, processing algorithm, performance evaluation, and analysis software. As a result, several trends and the remaining research challenges of respiration sensors were identified. Long-term evaluations and usability tests should be performed. Researchers designed custom experiments to validate the sensing systems, making it difficult to compare results. Therefore, another challenge is to have a common validation framework to fairly compare sensor performance. The implementation of energy-saving strategies, the incorporation of energy harvesting techniques, the calculation of volume parameters of breathing, or the effective integration of respiration sensors into clothing are other remaining research efforts. Addressing these and other challenges outlined in the paper is a required step to obtain a feasible, robust, affordable, and unobtrusive respiration sensing system

Contribución al diseño de sensores vestibles y ambientales para medir la respiración y el salto vertical en adultos mayores y frágiles.

Con el avance de la tecnología, se ha popularizado entre la población el uso de dispositivos para medir su estado de salud. Para lograr esto, se suelen utilizar dispositivos vestibles como los smartwatch y smartbands, dispositivos ambientales embebidos en los alrededores, e incluso dispositivos conectados a aplicaciones móviles. El uso de estas tecnologías también se ha popularizado entre los profesionales de la salud.Esta tesis se centra en el desarrollo de dispositivos para monitorizar la salud de adultos mayores y adultos frágiles. Se desarrollaron dos líneas de trabajo: en la primera se diseñó e implementó un sistema vestible para monitorizar en tiempo real la respiración de los usuarios; en la segunda se desarrolló un sistema ambiental capaz de medir la altura del salto vertical efectuado por los usuarios sobre él.Sistema vestible para monitorizar la respiración:- Dentro de esta línea de trabajo se investigó un nuevo sensor de respiración que venía a cubrir algunas lagunas existentes en el estado de la técnica: la integración de todos los elementos electrónicos del sistema en un encapsulado compacto, la liberación del diseño para su reutilización y mejora por parte de otros investigadores y el bajo coste de los elementos que componen el sistema, entre otros. El sistema vestible consiste en un dispositivo que se coloca alrededor del pecho mediante una cinta ajustable. Este sistema funciona mediante un sensor piezoresistivo que detecta las variaciones en el diámetro del pecho ocasionadas al inhalar y exhalar; las variaciones detectadas son enviadas de forma inalámbrica mediante Bluetooth a una estación de visualización elegida por el usuario (PC, Tablet o Smartphone). El sistema se encuentra embebido en un armazón impreso en 3D. Para validar el funcionamiento de este sistema, se realizaron pruebas con 21 voluntarios que efectuaron diferentes ritmos de respiración. Para obtener los ritmos respiratorios de cada señal generada, se utilizaron dos algoritmos. Estos algoritmos calculan el ritmo respiratorio al segmentar la señal original en ventanas de tiempo desde 6 hasta 30 segundos. Los resultados obtenidos muestran que, con una ventana de tiempo de 27 segundos, se obtiene el menor error para cada algoritmo (4,02% y 3,40 %).Sistema ambiental para medir el salto vertical:- Dentro de esta segunda línea de trabajo se investigó en un novedoso sistema ambiental para medir la altura del salto, lo que supuso una innovación respecto a los sensores utilizados actualmente para este fin. El sistema ambiental consiste en una plataforma que detecta objetos sobre ella mediante la presión, y mide el tiempo transcurrido desde que un objeto se retira y se coloca de nuevo. El sistema detecta los objetos mediante una matriz de sensores piezoresitivos (Force Sensitive Resistors - FSR realizados con velostat). Las dimensiones de la plataforma son 30 cm x 30 cm, área sobre la cual se distribuyen un total de 256 sensores FSR. El salto vertical se calcula mediante la fórmula de tiempo de vuelo, y el resultado es enviado mediante Bluetooth a un PC o Smartphone. Se realizaron dos experimentos: en el primero participaron un total de 38 voluntarios, con el objetivo de validar el funcionamiento del sistema con una cámara de alta velocidad como referencia (120 fps); en el segundo experimento se capturaron los datos en crudo de 15 voluntarios, con estos datos se emularon 10 frecuencias de muestreo (desde 20 Hz hasta 200 Hz) y se analizaron los efectos de utilizar frecuencias más bajas. Del primer experimento se obtuvo un error relativo medio de 1.98% con un coeficiente de determinación r2= 0,996. Del segundo experimento se determinó que las frecuencias de muestreo de 200 Hz y 100 Hz muestran un desempeño similar al mantener un error relativo por debajo del 5% en el 95% de las mediciones.Finalmente, este trabajo de tesis concluye indicando las principales aportaciones realizadas para cada una de las dos líneas de trabajo, así como el trabajo futuro que podría desarrollarse en cada una de ellas.<br /

MEMS Technology for Biomedical Imaging Applications

Biomedical imaging is the key technique and process to create informative images of the human body or other organic structures for clinical purposes or medical science. Micro-electro-mechanical systems (MEMS) technology has demonstrated enormous potential in biomedical imaging applications due to its outstanding advantages of, for instance, miniaturization, high speed, higher resolution, and convenience of batch fabrication. There are many advancements and breakthroughs developing in the academic community, and there are a few challenges raised accordingly upon the designs, structures, fabrication, integration, and applications of MEMS for all kinds of biomedical imaging. This Special Issue aims to collate and showcase research papers, short commutations, perspectives, and insightful review articles from esteemed colleagues that demonstrate: (1) original works on the topic of MEMS components or devices based on various kinds of mechanisms for biomedical imaging; and (2) new developments and potentials of applying MEMS technology of any kind in biomedical imaging. The objective of this special session is to provide insightful information regarding the technological advancements for the researchers in the community

Smart Sensing Strip Using Monolithically Integrated Flexible Flow Sensor for Noninvasively Monitoring Respiratory Flow

This paper presents a smart sensing strip for noninvasively monitoring respiratory flow in real time. The monitoring system comprises a monolithically-integrated flexible hot-film flow sensor adhered on a molded flexible silicone case, where a miniaturized conditioning circuit with a Bluetooth4.0 LE module are packaged, and a personal mobile device that wirelessly acquires respiratory data transmitted from the flow sensor, executes extraction of vital signs, and performs medical diagnosis. The system serves as a wearable device to monitor comprehensive respiratory flow while avoiding use of uncomfortable nasal cannula. The respiratory sensor is a flexible flow sensor monolithically integrating four elements of a Wheatstone bridge on single chip, including a hot-film resistor, a temperature-compensating resistor, and two balancing resistors. The monitor takes merits of small size, light weight, easy operation, and low power consumption. Experiments were conducted to verify the feasibility and effectiveness of monitoring and diagnosing respiratory diseases using the proposed system

Неінвазивний моніторинг стану людини при інтоксикації монооксидом вуглецю

Велигоцький Д.В. «Неінвазивний моніторинг стану людини при інтоксикації монооксидом вуглецю». – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.17 «Біологічні та медичні прилади і системи». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2022. Дисертаційна робота присвячена розширенню функціональних можливостей засобів моніторингу стану людини під час інтоксикації монооксидом вуглецю (CO) шляхом неінвазивної реєстрації фізіологічних параметрів організму. У роботі розроблено метод неінвазивного моніторингу стану людини під час інтоксикації CO шляхом комплексного аналізу фізіологічних показників кровоносної та дихальної систем, що дозволило розширити функціональні можливості біомедичних інформаційновимірювальних засобів неінвазивного моніторингу. Удосконалено фотометричний метод неінвазивного визначення вмісту карбоксигемоглобіну (HbCO) та оксигемоглобіну (SaO2) в артеріальній крові шляхом додаткової генерації випромінювання та реєстрації спектрів поглинання світла на довжині хвилі =568 нм, що забезпечило селективність та дозволило підвищити точність оксигемоглобіну та достовірність моніторингу карбоксигемоглобіну. Обґрунтовано принципи аналізу фотоплетизмографічних сигналів шляхом визначення тривалості кардіоінтервалів, що дозволило визначати наявність екстрасистолії, тахікардії та брадикардії у роботі серця. У вступі наводиться обґрунтування актуальності обраної теми дисертаційної роботи, сформульовано мету та основні завдання дослідження, об’єкт, предмет дослідження, зазначена наукова новизна та визначена практична цінність отриманих результатів, наведено особистий внесок автора та відомості про апробацію результатів дослідження, зазначена кількість публікацій, в яких відображено результати роботи. У першому розділі проведено інформаційні дослідження наявних новітніх методів та засобів моніторингу для стеження за показниками життєвих функцій людини під час інтоксикації шкідливими випарами. Під час аналізу наявних публікацій, виявлено підтвердження актуальної потреби в неінвазивних засобах стеження за змінами концентрації показників транспорту гемоглобінових фракцій потоками крові, в тому числі оксигемоглобіну, дезоксигемоглобіну та карбоксигемоглобіну, як важливих індикаторів і передвісників ускладнень газотранспортної функції організму поєднано з моніторингом інших життєвих функцій для виявлення інтоксикації у пацієнта. Другий розділ присвячено опису методів та засобів, які використовувалися під час виконання дисертаційної роботи. Розроблення та дослідження оптоелектронних блоків виконувались спершу на макетних платах, їх виготовлення та складання проведено власними силами і сторонніми спеціалізованими організаціями, а їх випробовування здійснювалися на власній експериментальній базі на відповідність функціонування. Для роботи використовувались різні специфічні електронні вимірювальні прилади. У третьому розділі роботи узагальнено наведено напрями наслідків можливого негативного впливу вдихуваного повітря з домішками шкідливих випарів та монооксиду вуглецю на життєві функції людини через утворення підвищеної концентрації карбоксигемоглобіну в крові. Визначено показники, які мають використовуватись для діагностування ступеню інтоксикації потерпілих від перебування в середовищах з підвищеним вмістом шкідливих випарів та CO в оточуючому середовищі під час обстеження і визначенні заходів екстреної терапії. На підставі визначених параметрів кровоносної та дихальної систем, розроблено метод та структурно-функціональну схему системи неінвазивного моніторингу стану людини під час інтоксикації CO та обґрунтовано елементну базу для створення експериментального зразка. Для реалізації розробленого методу моніторингу стану людини під час інтоксикації було створено інформаційно-вимірювальну систему (зразок приладу типу «МР-01»), яка містить модулі визначення сукупності показників системи дихання, роботи серця та гемодинаміки, параметрів транспорту газів (відносної концентрації HbCO та SaO2 в крові), артеріального тиску та терморегуляції, а також мікроконтролерний модуль їх комплексної оцінки фізіологічних показників організму під час інтоксикації, дозволила в режимі реального часу здійснювати процеси збору даних, їх передачі та прийняття рішення про наявність інтоксикації. В цьому розділі запропоновано перелік показників системи дихання, які будуть визначатись: тривалість циклу дихання, тривалість одного видиху, тривалість одного вдиху, частота дихання, об’єм видиху, об’єм вдиху та значення легеневої вентиляції за допомогою крильчато-тахометричного витратоміра. Описується розроблений апаратно-програмний модуль визначення та моніторингу сукупності показників роботи системи дихання та результати проведених досліджень на стендах визначення точності об’ємів повітря одного видиху в діапазоні від 1 до 9 л з високою лінійністю (коефіцієнт регресії R 2=0,989). Обґрунтовані принципи аналізу фотоплетизмографічних сигналів, що включають попередню обробку, визначення тривалості кардіоінтервалів за методом першої похідної, їх накопичення та порівняння з еталонними, а також графічне відображення на гістограмі розподілу, які дозволили визначати патологічні стани серця, такі як екстрасистолія, тахікардія та брадикардія. Розроблено апаратно-програмний модуль визначення та моніторингу сукупності показників транспорту газів кров’ю. Насамперед визначення значень відносної концентрації оксигемоглобіну та карбоксигемоглобіну в артеріальній крові, і концентрації СО у видихуваному та оточуючому повітрі. На підставі удосконаленого фотометричного методу розроблено алгоритми та створене програмне забезпечення «СО-Monitor», яке дозволило шляхом порівняння з результатами роботи комерційного пульсоксиметру оцінити точність визначення SaO2, а на основі дослідження двох груп добровольців з відомими значеннями рівня HbCO визначити достовірність його моніторингу. Експериментальні дослідження роботи модулю неінвазивного визначення та моніторингу вмісту HbCO та SaO2 у рухомій крові шляхом використання джерел генерації та реєстрації спектрів поглинання світла на трьох довжинах хвиль – 568 нм, 660 нм та 940 нм продемонстрували відносну похибку визначення SaO2 – 0.98% та достовірність визначення HbCO у двох груп добровольців з відомими значеннями HbCO: від 2 до 4,4% для осіб, які не палять тютюнові вироби та від 5,7 до 7,7% для тих хто палить. Для визначення значення СО було проведено калібрування розробленого модуля і отримана калібрувальна залежність з коефіцієнтом регресії R 2=0,867. Створено функціональні структури, електронні схеми та алгоритми апаратно-програмного мікроконтролерного модуля керування процесами визначення та моніторингу сукупності показників роботи функціональних систем на основі мікроконтролерної плати STM32F746G Discovery. Четвертий розділ дисертаційної роботи містить узагальнені технічні характеристики створеного зразка багатопараметричного монітору «МР-01», зорієнтованого на використання службами екстреної медичної допомоги та підвищення якості заходів зі збереження здоров’я потерпілих осіб. Наводиться його комплектність і операційні можливості для неінвазивного контролю CO у крові людини у поєднанні з синхронною реєстрацією сукупності показників зовнішнього дихання, роботи серця, параметрів транспорту газів кров’ю, температури та деяких інших показників, які важливі для діагностування стану людини з ознаками інтоксикації від дихання CO чи іншими шкідливими випарами.Velyhotskyi D.V. “Non-invasive monitoring of human condition during carbon monoxide intoxication.” – Qualified scientific work on the rights of the manuscript. Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences in the specialty 05.11.17 "Biological and medical devices and systems". – National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, 2021. The dissertation is devoted to expanding the functionality of means of monitoring a person's condition during carbon monoxide (CO) intoxication by means of non-invasive registration of the body's physiological parameters. The work developed a method of non-invasive monitoring of a person's condition during CO intoxication through a complex analysis of physiological indicators of the circulatory and respiratory systems, which made it possible to expand the functional capabilities of biomedical information and measurement tools for non-invasive monitoring. The photometric method of non-invasive determination of the content of carboxyhemoglobin (HbCO) and oxyhemoglobin (SaO2) in arterial blood was improved by additional generation of radiation and registration of light absorption spectra at a wavelength of =568 nm, which ensured selectivity and made it possible to increase the accuracy of oxyhemoglobin and the reliability of carboxyhemoglobin monitoring. The principles of the analysis of photoplethysmographic signals by determining the duration of cardiointervals were substantiated, which made it possible to determine the presence of extrasystole, tachycardia and bradycardia in the work of the heart. The introduction provides justification for the relevance of the chosen topic of the dissertation, formulates the purpose and main tasks of the research, the object, the subject of the research, indicates the scientific novelty and determined the practical value of the obtained results, gives the personal contribution of the author and information about the approval of the research results, the number of publications is indicated, in which the results of the work are displayed. In the first chapter, information studies of the available latest methods and means of monitoring for monitoring indicators of human vital functions during intoxication with harmful vapors were carried out. During the analysis of available publications, confirmation of the urgent need for non-invasive means of monitoring changes in the concentration of hemoglobin fraction transport indicators by blood streams, including oxyhemoglobin, deoxyhemoglobin and carboxyhemoglobin, was found as important indicators and precursors of complications of the gas transport function of the body, combined with monitoring of other vital functions to identify intoxication in the patient. Publications on developments, direct analogues of the topic of this dissertation aimed at the development of technologies and means of monitoring vital functions in intoxicated CO, have not been found, although many studies and developments of individual aspects relate to this direction without detailing them, and therefore require their own research into the conditions of their reproduction and clarification of agreed modes of their functioning. The second chapter is devoted to the description of the methods and tools used during the dissertation work. The development and research of optoelectronic units was first carried out on mock-up boards, their production and assembly were carried out inhouse and by third-party specialized organizations, and their tests were carried out on our own experimental base for compliance with functioning. Various specific electronic measuring devices were used for work. The third chapter of the work summarizes the directions of the possible negative impact of inhaled air with impurities of harmful vapors and carbon monoxide on human vital functions due to the formation of an increased concentration of carboxyhemoglobin in the blood. The indicators that should be used to diagnose the degree of intoxication of victims of being in environments with an increased content of harmful vapors and CO in the surrounding environment during the examination and determination of emergency therapy measures have been determined. On the basis of the determined parameters of the circulatory and respiratory systems, a method and structural-functional scheme of the system of non-invasive monitoring of the human condition during CO intoxication was developed, and the elemental base for creating an experimental sample was substantiated. To implement the developed method of monitoring a person's condition during intoxication, an information and measurement system was created (the "MR-01" device), which contains modules for determining a set of indicators of the respiratory system, heart work and hemodynamics, parameters of gas transport (relative concentration of HbCO and SaO2 in the blood), blood pressure and thermoregulation, as well as a microcontroller module for their comprehensive assessment of the physiological indicators of the body during intoxication, allowed to carry out the processes of data collection, their transfer and decision-making about the presence of intoxication in real time. This chapter offers a list of indicators of the respiratory system that will be determined: the duration of the breathing cycle, the duration of one exhalation, the duration of one inhalation, the frequency of breathing, the volume of exhalation, the volume of inspiration and the value of pulmonary ventilation using a vane-tachometric flow meter. The developed hardware and software module for determining and monitoring a set of indicators of the respiratory system and the results of research conducted on the stands for determining the accuracy of air volumes of one exhalation in the range from 1 to 9 L with high linearity (regression coefficient R2=0.989) are described. Reasoned principles of analysis of photoplethysmographic signals, including preliminary processing, determination of the duration of cardio intervals by the method of the first derivative, their accumulation and comparison with reference ones, as well as graphic display on a distribution histogram, which allowed to determine pathological conditions of the heart, such as extrasystole, tachycardia and bradycardia. A hardware and software module for determining and monitoring a set of blood gas transport indicators has been developed. First of all, determining the values of the relative concentration of oxyhemoglobin and carboxyhemoglobin in arterial blood, and the concentration of CO in exhaled and ambient air. On the basis of the improved photometric method, algorithms were developed and the "СО-Monitor" software was created, which made it possible to assess the accuracy of SaO2 determination by comparing it with the results of a commercial pulse oximeter, and on the basis of a study of two groups of volunteers with known values of the HbCO level, to determine the reliability of its monitoring. Experimental studies of the operation of the module for non-invasive determination and monitoring of HbCO and SaO2 content in moving blood by using sources of generation and registration of light absorption spectra at three wavelengths – 568 nm, 660 nm and 940 nm demonstrated the relative error of SaO2 determination – 0.98% and the reliability of HbCO determination in two groups of volunteers with known HbCO values: from 2 to 4.4% for nonsmokers and from 5.7 to 7.7% for smokers. To determine the CO value, the developed module was calibrated and the calibration dependence with the regression coefficient R2=0.867 was obtained. The functional structures, electronic circuits and algorithms of the hardwaresoftware microcontroller module for controlling the processes of determining and monitoring a set of performance indicators of functional systems based on the STM32F746G Discovery microcontroller board have been created. The fourth chapter of the dissertation contains generalized technical characteristics of the created sample of the multi-parameter monitor "MR-01", aimed at the use of emergency medical services and improving the quality of measures to preserve the health of injured persons. It shows its completeness and operational opportunities for non-invasive CO control in human blood in combination with synchronous registration of a set of indicators: external respiration, heart function, blood transport parameters, temperature and some other indicators that are important for diagnosing a person with signs of intoxication from breathing CO or other harmful evaporation