Устройство для измерения скорости кровотока в сосудах

 

Устройство для измерения скорости кровотока в сосудах содержит два электрода , первый из которых выполнен в виде З2 шприца 1 с установленными на нем двумя металлическими кольцами и ползунком, а другой в виде контактной иглы 2, оба электрода укреплены на стеклотекстолитово-й пластинке 20, измерительный блок соединен с мостовой схемой 4 и выполнен в виде последовательно соединенных операционного усилителя 7, схемы 8 сравнения, ключа 10, преобразователя 11 время код, блока 12 деления и блока 15 отображения, также имеются счетный триггер 9 и потенциометр 6 Цель изобретения повышение точности и уменьшение травмирования сосуда 1 ил VI О о со а со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) ((1) (5()5 А 61 В 5/026, 5/0285

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4862058/14 (22) 27.08,90 (46) 07,10.92, Бюл. К 37 (72) Е.И.Бороденка, И.С.Подчуфаров, А.Г.Пазенко и B,È,Ãàðêóøà (56) Авторское свидетельство СССР

N- 1436984, кл. А 61 В 5/02, 1984, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ КРОВОТОКА В СОСУДАХ (57) Устройство для измерения скорости кровотока в сосудах содержит два электрода, первый из которых выполнен в виде

3Г шприца 1 с установленными на нем двумя металлическими кольцами и ползунком, а другой в виде контактной иглы 2, оба электрода укреплены на стеклотекстолитовой пластинке 20, измерительный блок соединен с мостовой схемой 4 и выполнен в виде последовательно соединенных операционного усилителя 7, схемы 8 сравнения, ключа

10, преобразователя 11 время код, блока 12 деления и блока 15 отображения, также имеются счетный триггер 9 и потенциометр 6.

Цель изобретения повышение точности и уменьшение травмирования сосуда. 1 ил.

1766368

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для измерения скорости кровотока в сосудах.

Известны электромагнитные флоуметры, содержащие усилитель магнитного тока, 5 генератор, интегратор, передний элемент, пропускник, усилитель, чувствительный детектор, входной усилитель, регистратор. Недостатки 1йтройства — низкая точность измерейий (порядка + б ), сложность кон- 10 струкции и высокая трудоемкость измерений.

Известйы также проточные и манжеточные датчики расхода крови. Проточные датчики обладают сравнительно высокой 15 точностью(«+ 1,0 — 1,5 ), линейностью показаний, стабильностью нулевой линии и малой зависимостью регистрируемых значений от изменений гематокрита, вязкости и температуры крови. Однако их приме- 20 нение сопряжено с временной остановкой циркуляции крови, связанной с включением датчика в аортальный или магистральный пульмональный кровоток. Это ограничивает их применение сердечно-ле- 25 гочным препаратом или системой экстракорпорального кровообращения. Этого недостатка лишены манжеточные датчики, например, ультразвуковые флоуметры, но при их применении возникают трудности 30 иного порядка. Они связаны с получением стабильной нулевой линии и калибровкой датчиков. Это снижает точность измерений, а зависимость показаний таких датчиков от изменений гематокрита 35 ограничивает их применение в условиях гемодилюции. Кроме того применение таких датчиков предполагает закрепление манжеты датчика на сосуде, т.е. достаточно сложен подготовительный этап их ис- 40 пользования и для их работы необходима .сложная регистрирующая аппаратура, Известны также баллистокардиографический метод и метод трансторакальной импедансной реокардиографии, но эти методы 45 имеют весьма низкую точность (ошибка до

25 ).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, содержащее резистор- 50 ный мост, усилитель, источник питания и индикатор.

Недостатками этого устройства являются: необходимость введения датчика рас- 55 хода внутрь сосуда с жидкостью; невозможность проведения измерений в незамкнутых сосудах (трубопроводах, сосудах системы кровообращения и т.п.).

Недостаток первого типа рассмотрен выше.

Второй недостаток обусловлен тем, что при использовании данного устройства в сосудах с протекающей через них жидкостью, устройство либо вообще ничего не будет измерять (при равенстве объемов втекающей и вытекающей жидкости), либо измерения будут иметь ошибку до 100 (при незначительном отличии объемов).

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности измерения объемной скорости кровотока в сосудах.

Сущность изобретения заключается в том, что кровь обладает определенной проводимостью (сопротивление столба крови диаметром 0,5 см и высотой 2 см равно примерно 2,5 кОм), и, включив участок сосуда А-В в качестве плеча резисторного моста, в исходном состоянии производится балансировка моста. Затем в сосуд вводится некоторый (до 2 мл) объем жидкости (например, реоглюман; сопротивление столба реоглюмана диаметром 0,5 см и высотой 2 см составляет примерно 2,1 кОм, т,е. отличается от сопротивления крови в столбе тех же размеров на 400 Ом), что приводит к разбалансу моста на время прохождения введенной жидкостью участка А-B. Скорость кровотока определяется как отношение расстояния (1дв) к времени его прохождения (сдв). Расстояние определяется местами закрепления на стеклотекстолитовой пластине шприца и контактной иглы и может изменяться от 1 до нескольких (порядка 5) сантиметров, оно измеряется обычными методами и устанавливается в блоке задания расстояния, время прохождения введенной жидкостью участка А-В формируется автоматически по появлению и исчезновению логической единицы на выходе элемента сравнения (компаратора) преобразователем время — код в те моменты, когда ключ открыт.

Существенные отличия заключаеюся в том, что дополнительно введены элемент сравнения, аналого-цифровой преобразователь, шприц с двумя металлическими кольцами и ползунком, контактная игла, причем шприц и контактная игла жестко закреплены на стеклотекстолитовой пластине, потенциометр, поеобразователь время— код, блока-задания расстояния, блок деления, триггер со счетным входом и ключ с их связями.

Устройство поясняется приведенной на чертеже структурной схемой.

1766368

Устройство содержит шприц 1 с двумя металлическими кольцами и ползунком жестко скрепленным с поршнем, контактную иглу 2, проводники 3 а, б, в, r, мостовую схему (резисторный мост) 4, источник питания в виде источника постоянного напряжения 5, первый потенциометр 6, операционный усилитель 7, схема сравнения 8, счетный триггер со счетным входом 9, ключ 10, преобразователь время — код 11, блок деления 12, блок задания расстояния

13, аналого-цифровой преобразователь 14, блок отображения 15, резисторы 16 и 17, второй потенциометр 18, индикатор 19, пластину 20.

Металлическая игра шприца 1 соединена проводником За с первой (I) узловой точкой резисторного моста 4, контактная игла

2 соединена проводником Зб со второй (II) узловой точкой резисторного моста 4, в диагональ моста 4 между первой (I) и третьей (II!) узловыми точками включен источник постоянного напряжения 5, а между II u I V узловыми точками — индикатор 19 !!! узловая точка резисторного моста 4 соединена с первым входом операционного усилителя 7, а IV точка — с его вторым входом, выход операционного усилителя 7 связан со вторым входом схемы сравнения

8, первый вход которого соединен со вторым неподвижным выводом первого потенциометра 6, а выход — с входом ключа

10, управляющий вход которого соединены с выходном триггера со счетным входом 9, вход которого соединен проводником 3 r с ползунком шприца 1 (ползунок жестко связан с поршнем шприца); выход ключа 10 соединен с входом преобразователя время-код 11, выход которого подключен к первому входу блока деления 12, выход которого связан с входом табло отображения 15, а второй вход — с выходом аналого-цифрового преобразователя 14, вход которого соединен с выходом блока задания расстояния 13; первый неподвижный вывод потенциометра 6 связан с источником спорного напряжения (Е п), своим подвижным контактом и через проводник З — с металлическими кольцами шприца 1.

Игла шприца 1, его металлические кольца, ползунок и контактная игла имеют зажим для подключения проводников 3.

Параметрический усилитель 7 — известный элемент, например, К 284УД1АК284УД1В и т.п.

Схема 8 сравнения — известный элемент, например, К 252СА1 и т.п.

Триггер со счетным входом 9 — известный элемент, например, на основе К

155ЛАЗ, КМ155ЛАЗ, К155ЛА11, К155ЛА12, К155ЛА13.

Ключ 10 — известное устройство, например, К155ЛИ5, К155ЛИ1 и т.п.

Преобразователь время — код 11 — известный элемент, построенный по принципу заполнения счетчика с генератора импульсов через ключ на элементах К 155ИЕ5, КМ155ИЕ5, К 155ЛИ5, К155ЛИ1, К 155ИР1, КМ 155ИР1.

Блок деления 12 —.известное устройство, нап ример, К155И Е8, К155И Е5, КМ155И Е4.

Блок задания расстояния 13 — регулируемый источник постоянного напряжения, например, БП-11, напряжение на выходе которого устанавливается пропорциональным расстоянием между точками ввода иглы шприца 1 и контактной иглы 2, т.е, Одв.

Аналого-цифровой преобразователь 14 — широко известные элементы например, К572ПВХ, К1107ПВ1 (ПВ2), К 1108ПВ1 (ПВЗ) и т.п.

Блок отображения 15 состоит из дешифратора, например, К155ИД1, К176ИД1 и цифрового индикатора, например, ИН2, ИН4. ИВ1.

Формирование вышеперечисленных (импульсных) устройств из выпускаемых промышленностью интегральных микросхем и их работа описаны в книгах "Основы дискретной техники АСУ и связи" под общей редакцией Г,Ф. Гриненко, Ленинград, Военный инженерный краснознаменный институт им. А.Ф. Можайского, 1980 и

"Интегральные микросхемы", справочник под. ред. Б.В. Тарабрина, М„Радио и связь, 1984.

Остальные элементы типовые (резисторы, потенциометры, микроамперметр) и широко применяемые.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии в сосуд вводится игла шприца 1 и контактная игла 2 на расстоянии !дв. Расстояние !дв определяется положением шприца и контактной иглы, жестко закрепляемых на стеклотекстолитовой пластине 20, что дает высокую точность измерения расстояние между шприцам и контактной иглой и на выходе блока 13 устанавливается напряжение, пропорциональное (например, !дв=10 мм — UAa=1 В; да=17 мм — Одв=1,7 В и т.д.). С помощью потенциометра 18 балансируется мост 4 (по минимуму показаний индикатора 19), а с помощью потенциометра 6 убирается постоянная составляющая операционного усилителя 7. При этом на выходе схемы сравнения 8 (компаратора) будет потенциал логического нуля, ключ 10 открыт (т.к. на

1766368

55 выходе блока 9 потенциал логический единицы — исходное состояние триггера), на выходе преобразователя код-время 11 нет сигнала, на выходе блока деления 12 сигнала нет, на его выходе сигнала нет, на индикаторе светятся нули.

В какой-либо момент времени t< с помощью шприца 1 в сосуд вводится некоторый объем жидкости (до 2 мл), причем в начале движения поршня ползунок проходит через первое металлическое кольцо, надетое на шприц, и на вход триггера 9 попадает бросок напряжения от источника

Е«, который перебрасывает триггер во второе устойчивое состояние, íà его выходе— сигнал логического нуля, ключ 10 закрывается. Введение в сосуд жидкости приводит к изменению сопротивления сосуда на участке lAa (за счет различных электрических свойств крови в водимой жидкости) и разбалансу моста 4. Разбаланс моста будет сохраняться до тех пор пока вся вводимая жидкость не пройдет мимо контактной иглы

2. При разбалансе через резистор 17 протекает ток, падения напряжения с резистора

17 подается на вход операционного усилителя 7, с выхода которого напряжение подается на первый вход схемы сравнения 8 (компаратора), на выходе которого появляется напряжение логической единицы, но так как ключ 10 закрыт, То Н3 преобразователь 11 сигнал не проходит, В конце времени введения жидкости в сосуд tz (в крайнем нижнем положении поршня шприца 1) ползунок шприца проходит второе металлическое кольцо, надетое на шприц и на вход триггера 9 поступает второй бросок напряжения, который возвращает триггер в исходное состояние, на его выходе появляется потенциал логической единицы, который открывает ключ 10, разрешая поступление сигнала с элемента сравнения 8 на вход преобразователя 11, B момент времени тз вся введенная жидкость проходит контактную иглу 2 (весь отрезок!дц), восстанавливается исходное сопротивление сосуда, происходит баланс моста, на выходе элемента 8, а следовательно, и ключа 10 появляется напряжение логического нуля, прекращается работа преобразователя 11 и кодовая комбинация с его выхода (соответствующего интервалу времени Лt= сз — tz прохождения всей введеннойй жидкостью участка АВ) поступает на первый вход блока деления 12, на второй вход которого с выхода блока 14 поступает кодовая комбинация, соответствующая длине участка АВ. В результате деления на выходе блока 12 кодовая комбинация

5

35 пропорциональна скорости кровотока в сосуде, и на табло 15 происходит ее отображение в цифровой форме.

3а счет введения триггера со счетным входом 9, шприца 1 специальной конструкции (с двумя металлическими кольцами и ползунком, жестко связанными с поршнем) и ключа 10, исключается влияние времени введения жидкости в сосуд на результат измерения, т.к. происходит фактически измерение скорости движения заднего фронта введенного объема жидкости.

Технические преимущества заключаются в том, что обеспечивается высокая точность измерения за счет использования высокоточного мостового метода, быстродействующих (до 1 10 с) интегральных микросхем, Точность измерения скорости кровотока практически определяется точностью измерения расстояния между точками вкола шприца и контактной иглы, т.е, пределах 10 м — толщины иглы, а соответственно и погрешность при определении скорости составит 10 м/с, Положительный эффект состоит в значительном упрощении устройства за счет сокращения оборудования, следовательно, повышении надежности, значительном упрощении процессов настройки и работы.

Предложенное устройство может быть использовано для определения объемной скорости как артериального, так и венозного кровотока в сосудах крупного диаметра, например нижняя полая вена, верхняя полая вена, бедренная вена, подключная вена, брюшная аорта, грудная аорта, бедренные артерии и другие сосуды, имеющие диаметр не менее 3-4 мм.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости кровотока в сосудах, содержащее два электрода, включенных в одно из плеч мостовой схемы, в одну из диагоналей которой включен источник питания, à в другую — измерительный блок, отл и ча ю щ ее ся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения травмирования сосуда, в нем один электрод выполнен в виде шприца с установленными на нем металлическими кольцами и ползунком, а другой электрод — в виде контактной иглы, причем оба электрода жестко закреплены на стеклотекстолитовой пластинке, при этом измерительный блок выполнен в виде последовательно соединенных операционного усилителя, входы которого являются входами измерительного блока, схемы сравнения, ключа, преобразователя времякод, блока деления, вторым входом через аналого-цифровой преобразователь соеди10

1766368

Составитель Е.Бороденко

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.Пекарь

Редактор

Заказ 3493 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ненного с блоком задания расстояния, и блока отображения, а также потенциометра, включенного между вторым входом схемы сравнения и источником опорного напряжения, соединенного с закороченными между собой металлическими кольцами, и счетного триггера, включенного между ползунком и вторым входом ключа.