Устройство для измерения артериального давления крови

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 А 61 В 5/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ л

Фиг. 7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4016999/28-14 (22) 12. 12.85 (46) 30.09.88,Бюл. У 36 (72) В.П.Галкин и 3.Н.Денисова (53) 615.4? (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 350458, кл. А 61 В 5/02, 1972.

Авторское свидетельство СССР

Ф 957856, кл. А 6! В 5/02, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ КРОВИ (57) Устройство для измерения артериального давления крови содержит

„„SU„„1426537 A 1 последовательно соединенные блок 1 выделения К-зубцов электрокардиосигнала (ЭКС) и блок 2 совпадений, блок 3 выделения тонов Короткова (БВТК),последовательно соединенные блок 4 управления, пневмоблок 5, аналого-цифровой преобразователь 6, блок 7 памяти.(БП) и первый индикатор 8, БП 9, индикатор 10 счетный блок (СБ) 11.

С целью повышения точности измерения в него введены дешифратор {jgll) 12, формирователь 13 сигнала декомпрессии, СБ 14, ДШ 15, блок 16 несовпадений, логический элемент ИЛИ 17.

4 ил.

1426537

И зобретение относится к медицинской т хинке, а именно к устройствам для измерения параметров сердечно-сосудистой системы биообъекта.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем дискретной декомпрессии, пропорциональной астоте следования R-зубцов электроардиосигнала. 10

На фиг.1 представлена структурная

° ° ° ° лектрическая схема описываемого уст1 ойств а, ойства, на фиг.2 и 3 - временные диграммы, поясняющие работу устройстa на фиг.4 - структурная электрическая схема предпочтительного варианта выполнения устройства.

Устройство для измерения артериьного давления крови содержит ,(фиг.1) последовательно соединенные блок 1 выделения R-зубцов электрокардиосигнала (ЭКС), вход которого ,подключен к первой входной шине уст ройства, и блок 2 совпадений, блок 3 выделения тонов Кроткова (ТК), вход () о 25 которого подключен. к второй входной шине устройства, а выход - к второму входу блока 2 совпадений; последовательно соединенные блок 4 управления, пневмоблок 5, аналого-цифровой преоб- 30 раэователь (АЦП) 6, первый блок 7 памяти и первый индикатор 8, второй блок 9 памяти и второи индикатор 10 первый счетный блок 11, первый вход которого подключен к второму выходу блока 4 управления, последовательно соединенные первый дешифратор 12 и формирователь 13 сигнала декомпрессии, второй вход которого подключен к перв ому входу блока 4 управления и тре- 4О и тьей входной шине устройства, трети вход " к выходу пневмоблока 5, четвертый вход — к третьему выходу блока 4 управления, а первый выход - к второму входу пневмоблока 5, после- 45 д овательно соединенные второй счет"ный блок 14 и второй дешифратор 15 первый выход которого подключен к пя. тому входу формирователя 13 сигнала декомпрессии, второй выход которого соединен с вторым входом блока 4 управления, четвертый выход которого подключен к первому входу второго счетного блока 14, а пятый выход— к шестому входу формирователя 13 сигнала декомпрессии и вторым входам второго 14 и первого 11 счетных блоков, третий (счетный) вход последнего соединен с выходом блока 2 совпадения, блок 16 несовпадений, выход которого подключен к третьему (счетному) входу второго счетного блока 14 и четвертому входу первого счетного блока 11, первый вход— к первому входу блока 2 совпадений и седьмому входу формирователя 13 сигнала декомпрессии, второй вход— к выходу блока 2 совпадений и четвертому входу второго счетного блока 14, а третий (установочный) вход к шестому выходу блока 4 управления, и логический элемент ИЛИ 17, первый вход которого соединен с вторым выходом первого дешифратора 12, второй вход — с вторым выходом второго дешифратора 15, а выход — с вторым (запускающим) входом аналого-цифрового преобразователя 6, выход которого подключен к первому (информационному) входу второго блока 9 памяти, выход которого соединен с первым входом второго индикатора 10, а второй вход " с третьим выходом второго дешифратора 15, вторым входом первого индикатора 8, вторым входом второго индикатора 10 и третьим входом блока 4 управления, четвертый вход которого подключен к второму входу первого блока 7 памяти и третьему выходу первого дешифратора 12, вход которого соединен с выходом первого счетного блока 11.

В предпочтительном варианте исполнения устройства (фиг.4) 2 совпадений может быть выполнен в виде логического элемента И, Блок 16 несовпадений содержит, например, IK-триггер 18, одновибратор 19 и логический элемент И 20 со связями, приведенными на фиг.4. Блок 4 управления может быть выполнен в виде конструкции, содержащей Р-триггер 21, два К$-триггера 22 и 23, одновибратор 24, логический элемент И 25 и два логических элемента ИЛИ 26 и 27, причем црямой выход RS-триггера 22 и выход логического элемента ИЛИ 27 образуют первую группу выходов блока 4 управления. Формирователь 13 сигнала декомпрессии содержит, например, кодовый переключатель 28, два счетчика

29 30 импульсов D-триггер 31, RS-триг.

Э гер 32, компаратор 33, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 34, четыре логических элемента И 35-38, логический элемент ИЛИ 39 и два инвертора 40 и 41. Пневмоблок 5 может быть

3 14265 выполнен в виде конструкции, содержа1 щей три усилителя 42-44 с гальванической развязкой, компрессор 45 с электроприводом, клапан 46 сброса давления, декомпрессионный клапан 47, 5 двухвходовую манжету 48 и преобразователь 49 давления в напряжение. Первый счетный блок 11 содержит, например, счетчик 50 импульсов, инвертор

51 и логический элемент ИЛИ 52 (фиг.4), причем два выхода счетчика 50 импульсов и выходы инвертора 51 и логического элемента ИЛИ 52 образуют группу выходов первого счетного блока 11.

Второй счетный блок f4 идентичен по конструкции первому счетному блоку 11.

Устройство для измерения артериального давления крови работает следующим образом.

По внешней команде "Пуск", поступающей в виде импульса положительl ной полярности на третью входную ши. ну устройства, происходит установка триггера 22 блока 4 управления в еди- .25 яичное состояние. При этом на первом выходе блока 4 управления формируется сигнал с уровнем логической единицы, под действием котброго запускается компрессор 45 в пневмоблоке 5 и начинается увеличение давления в манжете 48. Одновременно в счетчик 30 формирователя 13 сигнала декомпрессии переписывается код уровня Р„„ ограничения компресии, установленный кодо,, вым переключателем 28, в результате

35 чего на выходе ЦАП 34 формируется уро вень напряжения, пропорциональный коду, записанному в счетчик О.При этом на выходе компаратора 33 формиР руется уровень логического нуля и на первом выходе формирователя 13 сигна, ла декомпрессии устанавливается уровень логической единицы, под действием которого закрывается декомпрессионный клапан 47 пневмоблока 5. Клапан 46 сброса давления также закрыт под действием сигнала с уровнем логической единицы, поступающего с первого выхода блока 4 управления.

После остановки компрессора,давление воздуха Р в манжете 48 превышает максимальное давление крови в ар- терии на 10-20 мм рт.с., при этом

ТК отсутствуют и на выходе блока 2 совпадений не формируются импульсы совпадения. На выходе блока 1 выделения R-зубцов ЭКС непрерывно вырабатываются импульсы, синхронные с

К-зубцами ЭКС. Эти импульсы поступают на первый вход блока 16 несовпадений и седьмой вход формирователя 13 сигнала декомпрессии. Под действием этих импульсов на выходе блока f6 несовпадений формируются импульсы несовпадения с длительностью, соответствующей длительности импульсов, вырабатываемых одновибратором 19. Запуск одновибратора 19 и подтверждение единичного состояния триггера 18 происходят по заднему фронту импульсов, снимаемых с выхода блока 1 выделения

R-зубцов 3КС.

В момент начала компрессии манжеты 48 на пятом выходе блока 4 управления формируется сигнал, блокирующий работу первого 11 и второго 14 счетных блоков и формирователя 13 сигнала декомпрессии. Когда давление в манжете 48 пневмоблока 5 достигает уровня, задаваемого кодовым пере37

4 ключателем 28, напряжение с выхода преобразователя 49 пне.моблока 5, поступающее на третий вход формирователя 13 сигнала декомпрессии, становится равным уровню напряжения, снимаемому с выхода ЦАП 34, при этом на втором выходе формирователя 13 сигнала декомпрессии вырабатывается напряжение с уровнем логи" ческой единицы, которое поступает на второй вход блоха 4 управления.

На выходе логического элемента И 25 блока 4 управления формируется напряжение с уровнем логической единицы, под действием которого происхо- . дит переключение триггера 23 в единичное, а триггера 22 — в нулевое сос. тояние. Одновременно с этим выключается компрессор 45 пневмоблока 5 и на выходе одновибратора 24 блока 4 управления вырабатывается импульс, под действием которого устанавливаются в единичное состояние триггер 18 блока 16 несовпадений и триггер 32 формирователя 13 сигнала декомпрессии, и в нулевое состояние - триггер 21 блока 4 управления. Кроме того в этот же момент времени с пятого выхода блока 4 управления прекращается поступление блокирующего сигнала и разрешается работа первого счетного блока 11 под действием сигнала, поступающего с второго выхода блока 4 управления.

26537

10 15

> Рс Pñ

/ Рд = Ро — Рд

50

5 14

Первый же соответствующий R-зубцу ЗКС импульс, поступающий на седьмой вход формирователя 13 сигнала декомпрессии, проходит через логичес кий элемент И 36 и вызывает уменьшение на единицу числа, записанного, в счетчик 30, Этот же импульс прохо дит через логический элемент И 35, по заднему фронту устанавливает s еди ничное состояние триггер 31 и увелиi, чивает на единицу содержимое счетчи-! ка 29. В результате этого на первом выходе формирователя 13 сигнала ком,прессии вырабатывается сигнал с уров: нем логической единицы, под действием которого декомпрессионный кла, пан 47 пневмоблока 5 открывается, на( чинается сброс давления в манжете 48 и пропорциональное уменьшение уровня напряжения на выходе преобразователя 49. Такой процесс происходит до тех пор, пока уровень напряжения на третьем входе формирователя 13 сигнала декомпрессии не сравняется с уровнем напряжения, вырабатываемым

ЦАП 34, после чего на выходе компаратора 33 устанавливается уровень логического нуля, который удерживается в данном состоянии до появления следующего импульса, синхронного с

К-зубцом ЭКС. В момент появления уровня логического нуля на выходе компаратора 33 происходит установка триггера 31 в нулевое состояние и закрывается декомпрессионный клапан 47 пневмоблока 5. С приходом следующего импульса, соответствующего К-.зубцу

ЭКС, процесс декомпрессии повторяется.

Таким образом осуществляется дискретная декомпрессия давления в манжете 48, пропорциональная частоте следования R-зубцов ЭКС.

Для обоснования необходимости такой декомпрессии рассмотрим процесс измерения артериального давления крови методом анализа ТК. На фиг.3 представлены идеальный и реальный случаи изменения давления в лучевой артерии и манжете 48 при измерении артериального давления крови. В идеальном случае в момент времени t>, когда давление в манжете 48 становится равным систолическому давлению в артерии, появляется первый тон Короткова.

В этот момент производится отсчет сис-, толического давления P, . В момент времени t< давление в манжете 48 становится равным диастолическому давлению, что соответствует последнему тону Короткова. В этот момент отсчитывается диастолическое давление Р .

Практически уравновешивание давления в манжете 48 и в артерии чаще всего не совпадает по времени с систолой (диастолой) сердца. Как следует из фиг.3, первый ТК появляется в момент, в результате чего отсчитывается заниженное систолическое

/ давление Р, То же происходит и при отсчете диастолического давления (момент tz). Величина погрешности при измерении Р и Рр составит:

Величина данной составляющей погрешности измерения давления зависит от наклона (и кривизны отрезка АВ.

Из фиг.3 видно, что величина дР зависит от частоты изменения давления в артерии, которая, в свою очередь, равна частоте следования К-зубцов

ЭКС. Для уменьшения погрешности измерения давления скорость декомпрессии должна быть пропорциональной. частоте сердечных сокращений. Если закон изменения давления в манжете 48 будет другим, то погрешность измерения возрастает. На погрешность измерения давления влияет -и величина еди(. ничного сброса давления дР в манжете 48 (фиг.2) под действием К-зубцов ЭКС, причем чем меньше эта величина, тем меньше погрешность измерения давления, однако при малых величинах дP возрастает время измере-! ния давления. Обычно величина ь Р выбирается в интервале 2-4 мм рт.ст.

Выбор величины Р в устройстве определяется числом разрядов счетчика 30 и ЦАП 34 формирователя 13 сигнала декомпрессии прн заданной величине опорного напряжения Ь ЦАП 34.

Процесс декомпрессии манжеты 48 продолжается до тех пор, пока давление в артерии обследуемо, о не уранновесится с давлением в манжете 48.

В момент уравновешивания давления иа выходе блока 3 выделения ТК вырабатываются импульсы, синхронные с ТК, прн этом на выходе блока 2 совпадения вырабатываются импульсы совпадения, Для достоверного измерения систологического (диастолического) давления кро7 14265 ви при наличии помех и вывода информации о давлении на индикаторы 8 и 10 необходимо, чтобы число непрерывно следующих импульсов совпадения Nq

5 (несовпадения N ) было равно заданному числу N (в данном конкретном случае N- N — NÄс.

В идеальном случае (при низком уровне помех) по первому импульсу совпадения на втором выходе первого дешифратора 12 вырабатывается сигнал, который через логический элемент ИЛИ 17 запускает АЦП 6. При этом на информационных входах первого 7 и второго 9 блоков памяти появляется код, соответствующий уровню давления в манжете 48. При появлении на счетном входе первого счетного блока 11 второго импульса совпадения сигналом с первого выхода первого дешифратора 12 производится установка в нулевое состояние триггера 32 и счетчика 29 формирователя 13 сигнала декомпрессии,что приводит к останов- 25 ке декомпрессии. После поступления на вход первого счетного блока 11 четвертого импульса совпадения сигналом с третьего выхода первого дешифратора 12 производится занесение кода систолического давления из АЦП 6 в первый блок 7 памяти и переключение триггера 21 блока 4 управления. При этом происходит запрещение работы первого счетного блока 11 и разрешение

35 работы второго счетного блока 14, а также включение декомпрессии вследствие установки триггера 32 в единичное состояние под действием сигнала, поступающего из блока 4 управле- 4О ния на четвертый вход формирователя

13 сигнала декомпрессии. Измерение диастолического давления производится аналогично, при этом после поступления импульсов несовпадения на счет- „ ный вход второго счетного блока 14 сигналом с третьего выхода первого дешифратора 15 производится не только занесение кода диастолического давления во второй блок 9 памяти, но также выдача кодов систолического и диастолического давлений из блоков 7 и 9 памяти на индикаторы 8 и 10 и установка триггера 23 блока 4 управления в нулевое состояние, что приводит к

55 выработке сигнала с уровнем логического нуля на первом выходе блока 4 управления и открыванию клапана 46 сброса давления. При этом происходит

37 8 сброс давления в манжете 48, и устройство готово для следующего цикла измерения давления. Временная диаграмма измерения артериального давления устройством для описанного случая приведена на фиг.2.

В реальных условиях измерения арте. риального давления при высоком уровне помех возможны ложные срабатывания блока 2 совпадений и блока 16 несовпадений, Так, если после прихода первого импульса совпадения поступает импульс несовпадения (т.е. первый импульс совпадения ложный), то по первому импульсу совпадения происходит запуск АЦП 6, однако остановка декомпрессии не происходит. Импульс несовпадения вызывает установку первого счетного блока 11 в нулевое состояние. Происходит сброс давления в манжете 48 еще на один шаг, после чего устройство вновь готово к анализу, непрерывных последовательностей импульсов совпадения и несовпадения по описанному выше алгоритму. Если после прихода двух импульсов совпадения поступают два импульса несовпадения, то происходит запуск АЦП 6 по первому и остановка декомпрессии по второму импульсам совпадения.

Следующие два импульса несовпадения устанавливают в нулевое состояние первый счетный блок 11, однако в этом случае по второму импульсу несовпадения происходит установка триггера 32 формирователя 13 сигнала декомпрессии в единичное состояние с помощью счетчика 29 и логического элемента И 37, давление в манжете

48 сбрасывается на один шаг и устройство снова готово к анализу импульсных последовательностей, Возможны и другие .комбинации импульсов совпадения и несовпадения, при которых также обеспечивается достоверное измерение артериального давления. Выбор значений N< и N„ производится на основе статистических законов с учетом того, что при увеличении числа N достоверность правильного измерения давления возрастает, однако при этом происходит увеличение времени измерения, что не всегда приемлемо. При малых значениях N, например при N = 1 устройство обладает низкой помехозащищенностью. Теоретически рассчитанная и проверенная на

9 1426 практике оптимальная величина М равна четырем.

Использование -устройства в клинической практике позволит повысить достоверность и помехозащыценность

1 измерения артериального давления крови sa счет анализа последовательностей импульсов совпадения и несовпа ения благодаря введению дискретной екомпрессии, пропорциональной часоте следования R-зубцов электрокаросигнала. о р м у л а изобретения

Устройство для измерения артериального давления крови, содержащее последовательно соединенные. блок вы 1еления К-зубцов электрокардиосиг- 2О ала, вход которого подключен к ервой входной шине устройства, и лок совпадений, блок выделения то., ов Короткова„ вход которого подклю;чек к второй входной шине устройства, 25

;а выход - к второму входу блока совпадений, последовательно соединенные блок управления, пневмоблок, аналого-цифровой преобразователь,первый блок памяти и первый, индикатор, ЗО второй блок памяти, второй индикатор и первый счетный блок, первый вход

;которого подключен к второму входу ч блока управления, о т л и ч а ющ е е с я тем, что,. с целью повышения точности измерения за счет дискретной декомпрессии, пропорциональной частоте следования R-зубцов электрокардиосигнала,,в него введены после довательно соединенные первый дешиф- 40 ратор и формирователь сигнала декомпрессии, второй вход которого.подключен к первому входу блока управления и третьей входной шине устройства, третий вход - к выходу пневмоблока, четвертый вход — к третьему выходу

537 10 блока .управления, а первый выход— к второму входу пневмоблока, последовательно соединенные второй счетный блок и второй дешифратор, первый выход которого подключен к пятому входу формирователя сигнала декомпрессии, второй выход которого соединен с вторым входом блока управления, четвертый выход которого подключен к первому входу второго счетного блока, а пятый выход — к шестому входу формирователя сигнала декопрессии и -вторым входам второго счетного блока и первого счетного блока, третий вход которого соединен с выходом блока совпадений, блок несовпадений, выход которого подключен к третьему входу второго счетного блока и четвертому входу первого счетного блока, первый вход — к первому входу блока совпадений и седьмому входу формировате( ля сигнала декомпрессии, второй вход— к выходу блока совпадений и четвертому входу второго счетного блока, а третий вход — к шестому выходу блока управления, и логический элемент

ИЛИ, первый вход которого соединен. с вторым выходом первого дешифратора, второй вход вЂ, с вторым выходом второго дешифратора, а выходс вторым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к первому входу второго блока памяти, выход которого соединен с первым входом второго индикатора, а второй вход - с третьим выходом.второго дешифратора, с вторым входом первого индикатора, вторым входом второго индикатора и третьим входом блока управления, четвертый вход которого подключен к второму входу nepsoro блока памяти и третьему выходу первого дешифратора, вход которого соединен с выходом первого счетного блока.

1426537

Д05МНИИ

1426537

I4 .И

Составитель З.Балуев

Редактор АЛаковская Техред М.Дидык Корректор Н.Король

Заказ 4794/3

Тираж б55 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская араб., д. 4/5

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