Устройство измерения и обработки параметров кровотока

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 А 61 В 5/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3577503/28-14 (22) 15.04.83 (46) 07.05.87. Бюл, М - 17 (7 1) Московский ордена Трудового

Красного Знамени физико-технический институт и 2-й Московский о дена

Ленина государственный медицинский институт (72) Ю.Н. Александров, А.В.Виноградов, В.А.Галактионов, И.H.Ìàêàðîâà п Ю.П.Озерский (53) 615.47(088.8) (56) Авторское свидетельстьо СССР

У 1045447, кл. А 61 В 5/02 1980. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ И

ОБРАБОТКИ ПАРАМЕТРОВ КРОВОТОКА, содержащее первую группу из N измерительных каналов, включенных попар— но, каждый из которых состоит из последовательно соединенных датчика, формирователя сигналов и блока измерения площади, группу первых сумматоров, группу первых делителей, каждый из которых первым и вторым входами включен между выходами первого и второго измерительных каналов соответствующей пары первой группы и между первым и вторым входами соответствующего первого сумматора, блок индикации и блок управления, первый выход которого соеди-. нен с дополнительными входами датчиков, второй выход — со вторыми входами блоков измерения площади, а третий выход — с третьими входами блоков измерения площади, причем выходы первых сумматоров и первых делителей подключены к соответствующим входам первой группы блока индикации, о т л и ч а ю щ е е с я

„„SU„,„ 122 65 A тем, что, с целью сокращения времени измерения, в него дополнительно введены вторая группа измерительных каналов, группа вторых делителей, первые входы которых соединены с выходом первого сумматора из группы первых сумматоров, вторые входы вторых двигателей в количестве N/2-1 подключены соответственно к выходам первых сумматоров, кроме первого, а вторые входы остальных вторых делителей соединены соответственно с входами измерительных каналов второй группы, второй сумматор, входы которого подключены соответственко к выходам первых из соответствующей пары измерительных каналов первой ур группы, третий сумматор, входы, кото- %УФ рого подключены соответственно к вы- С ходам вторых из соответствующей пары измерительных каналов первой группы, четвертый сумматор, входы которого соединены соответственно с выходами второго и третьего сумматоров и из- © мерительных каналов второй группы, Ь ) третий делитель, первый вход которого подключен к выходу второго сум- фаа матора, а второй вход — к выходу ф," третьего сумматора, блок памяти и блок сравнения, выходы которого подключены соответственно ко второй группе входов блока индикации, первая группа входов — к выходам блока памяти, вторая группа входов — к пер- фрр вой группе входов блока индикации и к выходам первых сумматоров, первых

Ъ делителей, вторых делителей, четвертого сумматора и третьего делителя.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что в нем

12201 блок сравнения содержит последовательно соединенные элемент И и элемент НЕ, группу элементов ИЛИ-HE выходы которых подключены соответственно ко входам элемента И, группу элементов сравнения с верхним порогом и группу элементов сравнения с нижним порогом, причем каждый из элементов ИЛИ-НЕ первым и вторым входами включен между выходами соответствующих элементов сравнения с верхним и нижним порогами, первые входы ко65 торых соединены между собой и подключены соответственно к выходам первых сумматоров, первых делителей, вторых делителей четвертого сумматора и третьего делителя,а вторые входы соединены соответственно с выходами блока памяти, а выходы элементов Сравнения с верхним и нижним порогами, элементов

ИЛИ -НЕ, элемента НЕ и элемента И подключены соответственно ко второй группе входов блока индикации.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для анализа и динамического контроля состояния сердечно-сосудистой системы человека или теплокровного. животного путем измерения и обработки параметров его кровотока.

Целью изобретения является сокращение времени измерения.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройства измерения и обработки параметров кровотока; на фиг. 2 — структурная электрическая схема блока сравнения устройства; на фиг. 3 — блок управления, пример выполнения; на фиг. 4— временные диаграммы напряжений блока управления.

Устройство измерения и обработки параметров кровотока содержит (фиг. 1) первую группу из N измерительных каналов 1, включенных попарно, каждый из которых состоит из последовательно соединенных датчика

2, формирователя 3 сигналов и блока

4 измерения площади, группу первых сумматоров 5, группу первых делителей б, каждый из которых первым и вторым входами включен между выходами первого и второго измерительных каналов 1 соответствующей пары первой группы и между первым и вторым входами соответствующего первого сумматора 5, блок 7 индикации, блок

8 управления, первый выход которого соединен с дополнительными входами датчиков 2, второй выход — с вторыми входами блоков 4 измерения площади, а третий выход - с третьими входами

2 блоков 4, причем выходы первых сумматоров 5 и первых делителей 6 подключены к соответствующим входам первой группы блока 7 индикации, вторую группу измерительных каналов

1, группу вторых делителей 9, первые входы которых соединены с выходом первого сумматора из группы первых сумматоров 5, вторые входы вторых делителей 9 в количестве

N/2-1 подключены соответственно к выходам первых сумматоров 5, кроме первого, а вторые входы остальных вторых делителей 9 соединены соответг ственно с выходами измерительных каналов 1 второй группы, второй сумматорр 10, входы кот ор ог о подключены соответственно к выходам первых из соответствующей пары измерительных

20 каналов 1 первой группы, третий сумматор 11, входы которого подключены соответственно к выходам вторых из соответствующей пары измерительных каналов 1 первой группы, четвертый сумматор 12, входы которого соединены соответственно с выходами второго 10 и третьего сумматоров 11 и измерительных каналов 1 второй группы, третий делитель 13 первый вход кото30 рого подключен к выходу второго сумматора 10, а второй вход — к выходу третьего сумматора 11, блок 14 памяти и блок 15 сравнения, выходы которого подключены соответственно к вто35 рой группе входов блока 7 индикации, первая группа входов — к выходам блока 14 памяти, а вторая группа входов — к первой группе входов блока

7 индикации и к выходам первых сум3 12201 маторов 5, первых делителей б, вторых делителей 9, четвертого сумматора 12 и третьего делителя 13.

Кроме того, блок 15 сравнения содержит (фиг, 2) последовательно соединенные элемент И 16 и элемент

НЕ 17, группу элементов ИЛИ-НЕ 18 выходы которых подключены соответственно к входам элемента И 16, группу элементов 19 сравнения с верхним по- 1р рогом и группу элементов 20 сравнения с нижним порогом, причем каждый из элементов ИЛИ-НЕ 18 первым и вторым входами включен между выходами соответствующих элементов 19 и 20 15 сравнения с верхним и нижним порогами, первые входы которых соединены между собой и подкпючены соответственно к выходам первых сумматоров 5, первых делителей 6, вторых делителей 20

9, четвертого сумматора 12 и третьего делителя 13, а вторые входы соединены соответственно с выходами блока 14 памяти, а выходы элементов 19 и 20 сравнения с верхним и нижним 25 порогами, элементов ИЛИ-НЕ 18, элемента НЕ 17 и элемента И 16 подключены соответственно к второй группе входов блока 7 индикации.

При этом блок 8 управления может 30 быть выполнен, например, (фиг. 3) в виде последовательно соединенных формирователя 21 импульса тока, триггера 22, источника 23 пневматического давления, датчика 24 давления, схемы 25 сравнения, дополнительного элемента НЕ 26 и первого дополнительного элемента И 27, а также второго дополнительного элемента И 28, кнопки 29 пуска и регулятора 30 скорости 40 подъема давления, причем второй вход триггера 22 соединен с выходом схемы

25 сравнения и первым входом второго дополнительного элемента И 28, второй вход которого соединен с выходом 45 триггера 22 и вторым входом первого дополнительного элемента И 27, кнопка

29 пуска подключена к формирователю

21 импульса пуска, регулятор 30 скорости подъема давления подключен к 50 источнику 23 пневматического давления, а выходы источника 23 пневматического давления второго и третьего элементов И 27 и 28 соединены соответственно с первой, второй и треть- 55 ей выходными шинами блока 8 управления,.

Устройство измерения и обработки параметров кровотока работает следующим образом.

65 4

На обследуемом пациенте закрепляют датчики 2 физиологического сигнала, каждый из которых представляет собой совокупность пневматически соединенных между собой медицинской окклюзионной манжеты и дифференцирующего датчика давления в манжете, При этом датчики 2 первых измерительных каналов 1 каждой пары первой группы помещают на левых частях кажцой пары симметричных обследуемых частей тела, например на головке в области левой височной артерии, на левом .плече в области брахиальной артерйи, на левой ноге в области бедренной артерии или артерии голени.

Датчики 2 вторых измерительных каналов 1 тех же пар первой группы помещают соответственно на правых частях тех же пар симметричных обследуемых частей тела. Датчики 2 измерительных каналов 1 второй группы закрепляют на одиночных обследуемых частях тела, например на половом члене или хвосте (животного) и т.д.

После этого начинают измерение и обработку параметров кровотока, запуская блок 8 управления нажатием кнопки 29 пуска (фиг. 3). Блок 8 управления со своего первого выхода осуществляет пневматический наддув манжет датчиков 2 от нулевого избыточного давления до некоторого максимального давления (130...180 мм Н ) при котором кровеносные сосуды обс.1 ледуемых частей тела полностью или почти полностью пережимаются. Увеличение давления наддува производят с постоянной скоростью (3...6 мм Н в секунду), величина которой задается установкой регулятора 30 скорости подъема цавления в блоке 8 управления. В начале наддува управляющим импульсом с второго выхода блока 8 управления все блоки 4 измерения площади устанавливаются. в нулевое начальное положение. После достижения давлением наддува максимальной величины наддув манжет автоматически прекращается и давление в них быстро возвращается к исходному (атмосферному) давлению. На третьем выходе блока 8 управления в течение времени наддува манжет устанавливается управляющий потенциал, разрешающий работу блоков 4 измерения площади.

При нажатии кнопки 29 пуска на выходе формирователя 21 возникает импульс пуска с крутым передним

5 122016 фронтом (фиг. 4), который опрокидывает триггер 22, включающий источник 23 пневматического давления наддува манжет. Текущее значение линейно-нарастающего давления наддува непрерывно измеряется датчиком 24 давления, электрический выходной сигнал которого, пропорциональный давлению, сопоставляется схемой 25 сравнения с нижним и верхним порогами, задавае- tg мыми соответственно постоянными потенциалами Е„ и Е . Нижний порог, задаваемый потенциалом Е, соответствует такому избыточному давлению наддува (30...50 мм Н ), при котором 15 манжеты прюкимаются к телу пациента и дифференцирующие датчики давления начинают регистрировать изменения давления в манжетах, вызываемые пульсациями крови в сосудах обследуемых Zg частей тела. Верхний порог, задавае- мый потенциалом Е, соответствует максимальному давлению наддува манжет. Схема 25 сравнения образует выходной единичный потенциал, если ее 75 входное напряжение находится в интервале между величинами Е и Е, и нулевой потенциал в остацьных случаях.

В пределах отрезка времени от запуска триггера 22 до момента. достижения 30 давлением наддува манжет значения, соответствующего нижнему порогу Е„, на выходе первого дополнительного элемента И 27 образуется прямоугольный импульс установки блоков 4 измерения площади в нулевое состояние.

По достижении давлением наддува величины, соответствующей верхнему пороry L, триггер 22 задним фронтом вы Э ходного потенциала схемы 25 сравне- 4п ния возвращается в исходное состояние и выключает источник 23 пневматического давления. На отрезке времени, пока давление наддува манжет изменяется от нижнего до верхнего порога, на выходе второго дополнительного элемента И 28 поддерживается единичный управляющий потенциал, разрешающий работу блоков 4 измерения площади

B процессе наддува окклюзионных манжет датчиков каждый дифференцирующий датчик давления в манжете формирует выходной электрический сигнал, пропорциональный первой производной по времени от изменения пневматического давления в соответствующей манжете, вызываемого пульсациями давления крови в кровеносном сосуде обследуемой части тела, охваченной манже-

5 6 той, Данный сигнал представляет собой двухнолярные тахоосцилляции.

Формирователь 3 сигналов каждого измерительного канала 1 осуществляет двухполупериодное выпрямление этих тахоосцилляций, а каждый блок 4 измерения площади измеряет полную площадь под соответствующей кривой преобразованных формирователем 3 сигналов тахоосцилляций, равную сумме площадей всех ее пиков без учета их знака. Величина такой площади, получаемая в конце временного отрезка интегрирования на выходе каждого блока 4 измерения площади, является параметром, характеризующим интенсивность кровотока в сосуде, питающем соответствующую часть тела. Для краткости будем называть величину этой площади просто показателем кровотока.

Далее осуществляется следующая обработка выходных величин блоков

4 измерения площади. Группа первых сумматоров 5 вычисляет суммарные: показатели кровотока каждой пары симметричных обследуемых частей тела (в нашем примере соответственно головы, рук и ног) . Группа первых делителей 6 определяет отношения показателей кровотока левой обследуемой части к правой обследуемой части для тех же пар симметричных частей тела, характеризующие асимметрию кровоснабжения этих пар, Второй и третий сум- маторы 10 и 11 определяют суммарные показатели кровотока соответственно всех левых и всех правых симметричных обследуемых частей тела, Четвертый сумматор 12 вычисляет суммарный показатель кровотока всех симметричных и одиночных обследуемых частей тела.

Третий делитель 13 определяет отношение суммарных показателей кровотока всех левых и всех правых частей тел а.

Группа вторых делителей 9 вычисляет отношения показателей кровотока каждой одиночной обследуемой части тела и суммарных показателей кровотока каждой из пар симметричных обследуемых частей тела к суммарному показателю кровотока одной из пар симметричных обследуемых частей тела исследуемого пациента (в нашем примере — отношения суммарных показателей кровотока рук, ног и кровотока, полового члена (хвоста животного) к суммарному показателю кротовока головы).

7 1? 201

Вычисленные параметры характеризуютт как суммарный кровоток во всех обследуемых частях тела, так и абсолютное и относительное распределение этого кровотока по выбранным со5 вокупностям обследуемых частей тела по вертикали (голова, руки, ноги) и по горизонтали (левые и правые части и половины тела). Эти параметры индицируются в виде чисел на соответст- fg вующих цифровых индикаторах блока 7 индикации и могут быть далее зарегистрированы в истории болезни пациента.

Устройство позволяет реализовать новый алгоритм определения и обра- 15 ботки параметров кровотока, который заключается в следующем. Установлено, что средние статистические диапазоны значений указанных параметров кровотока, измеренных у здоровых орга- . 20 низмов данного вида (человек, обезъяна, собака и др.), пола, возрастной группы и у подобных организмов с определенными патологиями (в частности, с сердечно-сосудистыми заболевания- 25 ми, например, гипертонией, атеросклерозом сосудов нижних конечностей, нейроциркуляторной астонией и др,) не одинаковы и имеют характерные границы для каждого типа патологии. Поэ- 30 тому соотнесение измеренных параметров кровотока данного исследуемого пациента со среднестатистическими диапазонами их изменения для здоровых организмов того же вида, пола и воз- 35 растной группы и организмов с известными патологиями дает возможность, в частности, осуществить дифференциаль-. ную диагностику заболевания данного пациента, а при неоднократных после- 40 довательных измерениях — динамический контроль эа изменением его состояния в процессе лечения или в результате иных воздействий.

Функции такого соотнесения выполняет блок 15 сравнения. Для проведения указанного соотнесения в блок

14 памяти вводят величины верхних и нижних граничных значений сопоставляемых параметров кровотока, опреде1 ляющих средне-статистические диапазоны их наиболее вероятных (с заданной степенью вероятности) изменений для подозреваемого вида патологии, например для проверки предположения о наличии у исследуемого пациента атеросклероза нижних конечностей с выраженным стенозом питающих их ар65 8 терий, (Границы названных диапазонов для выбранных вероятностей правильного решения устанавливаются заранее на основе результатов соответствующих широких исследований больных с данным заболеванием и статистическои обработки проведенных измерений подобных параметров кровотока). В блоке 15 сравнения (фиг. 2) выходные сигналы первых сумматоров 5, первых и вторых делителей 6 и 9, четвертого сумматора 12 и третьего делителя 13 сравниваются с помощью соответствующих элементов 19 и 20 сравнения с верхним и нижним порогами (граничными значениями) сопоставляемых параметров, введенными в блок 14 памяти. На выходе каждого элемента 19 сравнения с верхним порогом образyется нулевой потенциал, если его входной сигнал оказывается меньшим или равным значению верхнего порога, и единичный потенциал, если выходной сигнал превышает верхний порог. На выходе каждого элемента 20 сравнения с нижним порогом образуется нулевой потенциал, если его входной сигнап оказывается большим или равным значению нижнего порога, и единичный потенциал, если входной сигнал оказывается меньшим нижнего порога. В результате, если каждый иэ сопостав-. ляемых параметров кровотока попадает в установленный для него диапазон, то на выходе каждого элемента

ИЛИ-НЕ 18 образуется единичный потенциал, Тогда такой же потенциал образуется и на выходе элемента И 16 °

Под его воздействием в блоке 7 индикации зажигается соответствующая индикаторная лампочка (или табло), что указывает на подтверждение предположения о наличии данного заболевания (состояния) у исследуемого пациента. .Если, по крайней мере, один из сопоставляемых с граничными значениями параметров кровотока не совпадает с установленным для него диапазоном, на выходе соответствующего ему элемента ИЛИ-НЕ 18 образуется нулевой потенциал. Такой же потенциал образуется и на выходе элемента

И 16, а на выходе элемента НЕ 17 появляется единичный потенциал. Под его воздействием в блоке 7 индикации зажигается другая индикаторная лампочка (табло), которая сигнализирует о неподтверждении проверяемого пред1220165

9 положения о состоянии исследуемого пациента. Выходные потенциалы элементов ИЛИ-НЕ 18 и элементов 19 и 20 сравнения с верхним и нижним порогами также управляют соответствующими вспомогательными (уточняющими) индикаторными лампочками блока 7 индикации. Если проверяемое предположение подтверждается, то на выходах всех элементов ИЛИ НЕ 18 образуются еди-!О ничные управляющие потенциалы, а на выходах всех элементов 19 и 20 сравнения с верхним и нижним порогами— нулевые потенциалы. В результате этого все вспомогательные индикаторные лампочки, ° вязанные с элементами

ИЛИ-НЕ 18 аГораются, а все лампочки, связанные с элементами 19 и 20 сравнения с верхним и нижним порогами гореть не будут. При неподтверждении ур проверяемого предположения зажигаются вспомогательные лампочки, управляемые теми же элементами 19 и 20 сравнения с верхним и нижним порогами, выходные потенциалы которых яв- 25 ляются единичными вследствие выхода соответствующего им сравниваемого параметра за границы установленного для него диапазона. Но при этом не будут гореть вспомогательные индика- 30 торные лампочки соответствующих элементов ИЛИ-HE 18. Это позволяет легко видеть и регистрировать, какие именно из сопоставляемых параметров кровотока исследуемого пациента не З5 попадают в установленные для них диапазоны и в какую сторону от этих диапазонов они отклоняются.

Конкретные величины устанавливаемых для кажцого проверяемого предположения среднестатистических диапазонов сопоставления и совокупность обследуемых частей тела исследуемого пациента задаются или врачом, или отдельной инструкцией, заранее составленной на основе имеющихся статистических данных о распределениях измеряемых параметров кровотока для определения патологий (состояний) данного вида организма. При наличии подобной инструкции работу с устройством измерения и обработки параметров кровотока может проводить и малоквалифицированный персонал, в том числе пациент самостоятельно на дому.

При динамическом контроле состояния одного и того же пациента (или подопытных животных) верхние и нижние граничные значения сопоставляемых параметров могут устанавливаться из соображений выявления направления и скорости их нормализации или дестабилизации под влиянием различных воздействий (в том числе и лекарственных).

Использование устройства измерения и обработки параметров кровотока в клинической практике позволит существенно уменьшить время обследования пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями и, тем самым, сократить продолжительность их пребывания в клинике, снизить расходы на лечение и повысить оперативность постановки диагноза.

1220165

1220 t 65 дихт 2

6иход 2

Вихор 2 диод 2

ВмИ

Составитель Э Балуев

Техред М. Ходанич Корректор M.lilapQKH

Редактор А.Иванова

Тираж 596 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1813/1

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4