Прибор для измерения артериального давления
Использование: изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для измерения артериального давления человека. Сущность изобретения: прибор включает компрессионную манжету 1, в которой размещается датчик пульсовой волны 2. Выходной пневмопровод манжеты через пневмопроводы подключен к первому входу 11 пневматической камеры 13 и к датчику давления 3, размещенному в блоке обработки информации 8, к которому подключается выход датчика пульсовой волны 2. Второй вход 10 пневматической камеры 13 через дополнительное пневматическое сопротивление 12 подключен к первому выходу 15 глухой камеры 21. Второй выход 16 глухой камеры 21 подключен ко входу чувствительного элемента 17, на жестком центре которого размещена заслонка 18 переменного пневматического сопротивления "сопло-заслонка". Через сопло 19 и пневмоканал 20 пневматическая камера 13 подключена ко входу нормально закрытого клапана 22, выход которого связан с атмосферой. Выход блока обработки информации 8 подключен к блоку индикации 14. Компрессионная манжета 1 через пневмопровод и блок клапанов подключена к компрессору 5. 1 ил.
Изобретение относится к медицинской технике, а конкретно может быть использовано для измерения артериального давления человека.
Известны механические, полуавтоматические и автоматические измерители артериального давления (см. например: а. с. СССР NN 1593625, 1454379, 1563669, 1426537, 1308316). Недостатком таких измерителей является то, что скорость изменения давления в манжете в процессе измерения нестабильна, что приводит к неточной регистрации артериального давления. Известны приборы для измерения артериального давления, в которых с целью повышения точности измерения используют устройства различных типов, поддерживающие заданное значение скорости измерения давления в манжете. Прототипом предлагаемого изобретения является прибор для измерения артериального давления согласно заявке Японии N 2-154738. Прибор содержит клапан с камерами повышенного и пониженного давления, отверстие, которое перекрывается седлом клапана, связанным с упругим чувствительным элементом, разделяющим камеры. Седло клапана закрывает отверстие, когда перепад давлений между камерами превышает заданное значение, и открывает отверстие, когда перепад давлений между камерами ниже заданного значения. Таким образом, перепад давлений между камерами поддерживается постоянным и, следовательно, поддерживается постоянство массового расхода воздуха, вытекающего из манжеты в окружающую среду независимо от перепада давлений между манжетой и окружающей средой. Известно (см. Гродецкий и Дмитриев. Основы пневмоавтоматики. М. Машиностроение, 1973 г.), что зависимость скорости изменения давления в пневматической емкости, которой является манжета, описывается соотношением dP1/dt 1/CG, (1) где dP1/dt скорость изменения давления в манжете; G массовый расход воздуха, вытекающего из манжеты; C пневматическая емкость манжеты. Техническое решение прототип решает задачу стабилизации массового расхода воздуха G, вытекающего из манжеты, т.к. от этого зависит скорость изменения давления в манжете. Однако скорость изменения давления в манжете в равной степени зависит и от пневматической емкости C манжеты. Поскольку манжеты выполняются из эластичного (резинка, прорезиненная ткань) материала, который растягивается при изменении давления, то пневматическая емкость манжеты также изменяется пропорционально изменению давления в манжете и, следовательно, скорость изменения давления в манжете при стабилизации G изменяется в течение цикла измерения. Кроме того, пневматическая емкость манжеты зависит от объема мышечной ткани предплечья пациента. При измерении давления одной и той же манжетой у полных и худых пациентов пневматическая емкость манжеты при измерении у полных людей может в несколько раз превышать пневматическую емкость манжеты при измерении давления у худых, при этом скорость изменения давления будет отличаться во столько же раз. Следовательно, обеспечивая стабилизацию массового расхода воздуха, вытекающего из манжеты, предлагаемое техническое решение не обеспечивает стабилизацию скорости изменения давления в манжете как в пределах одного цикла измерения, так и при измерении давления крови у пациента с различным объемом ткани предплечья. Поскольку регистрация значения систолического и диастолического давления производится при непрерывном изменении давления в манжете, то появление пульсовой осцилляции, соответствующее систолическому давлению, и прекращение пульсовой осцилляции, соответствующее диастолическому давлению, регистрируется с некоторой ошибкой, значение которой зависит от скорости изменения давления в манжете. Например, если скорость снижения давления составляет 5 мм рт.ст./с и частота пульса 80 ударов в минуту, а значение систолического (диастолического) давления будет достигнуто в момент времени окончания очередной пульсовой осцилляции, то прибор зарегистрирует значение давления только по приходу следующей пульсовой осцилляции, т.е. спустя 0,75 с. За это время при скорости 5 мм рт.ст./с давление в манжете понизится на 3,75 мм рт.ст. которые являются составляющей погрешности измерения. При увеличении скорости и снижении частоты пульса значение погрешности измерения возрастает. При вариации скорости происходит вариация значения погрешности измерения, которую весьма сложно учесть при обработке результатов измерений. Следовательно, техническое решение-прототип не позволяет обеспечить высокую точность измерения. Предлагаемое изобретение решает задачу повышения точности измерения артериального давления. Решение поставленной задачи достигается тем, что в пневмоцепь прибора введены дополнительное пневматическое сопротивление, глухая камера и нормально закрытый клапан, при этом выход компрессионной манжеты подключен к первому входу пневматической камеры, второй вход пневматической камеры через дополнительное пневматическое сопротивление подключен к первому выходу глухой камеры, второй выход которой подключен ко входу упругого чувствительного элемента, при этом упругий чувствительный элемент размещен в пневматической камере, выход чувствительного элемента подключен ко входу управления переменного пневматического сопротивления, пневматический вход переменного пневматического сопротивления подключен к выходу пневматической камеры, выход переменного пневматического сопротивления подключен ко входу нормально закрытого клапана, выход которого связан с атмосферой. На чертеже представлена схема, иллюстрирующая устройство предлагаемого прибора для измерения артериального давления. Устройство включает компрессионную манжету 1, в которой размещается датчик пульсовой волны 2, выходной пневмопровод манжеты 4 через пневмопроводы 9 подключен к первому входу 11 пневматической камеры 13 и к датчику давления 3, размещенному в блоке обработки информации 8, к которому подключается выход датчика пульсовой волны 2. Второй вход 10 пневматической камеры 13 через дополнительное пневматическое сопротивление 12 подключен к первому выходу 15 глухой камеры 21, второй выход 16 глухой камеры 21 подключен ко входу чувствительного элемента 17, на жестком центре которого размещена заслонка переменного пневматического сопротивления "сопло-заслонка". Через сопло 19 и пневмоканал 20 пневматическая камера 13 подключена ко входу нормально закрытого клапана 22, выход которого связан с атмосферой. Выход блока обработки информации 8 подключен к блоку индикации 14. Компрессионная манжета через пневмопровод 6 и блок клапанов 7 подключена к компрессору 5. Блок 8 может быть реализован на базе однокристаллической ЭВМ, например 1830 BE 51. Описанное устройство работает следующим образом. Компрессором 5 (например, ручным), снабженным блоком клапанов 7, воздух через пневмопровод 6 нагнетается в компрессионную манжету 1. Давление в компрессионной манжете поднимается до уровня, превышающего систолическое давление пациента на 20 30 мм рт.ст. При этом через пневмопроводы 4 и 9, дополнительное пневматическое сопротивление 12, глухую камеру 21 воздух поступает к датчику давления 3 и в полость упруго чувствительного элемента 17. При этом давление в глухой камере 21, пневматической камере 13, в полости чувствительного элемента 17 и в камерах датчика 3 устанавливается одинаковыми и равными давлению в манжете. Клапан 22 переводится в открытое состояние и соединяет пневматическую камеру 13 с окружающей средой. При этом в первый момент времени через сопло 13 и пневмоканал 20 и клапан 22 воздух начинает вытекать из пневматической камеры 13 в окружающую среду, одновременно в пневматическую камеру 13 воздух начинает поступать из манжеты и из глухой камеры 21 через соединительные пневмоканалы 4 и 9 и дополнительное пневматическое сопротивление 12. При этом поскольку сечение пневмоканалов 4 и 9 много больше сечения сопла 19, давление в пневматической камере 13 равно давлению в компрессионной манжете. При понижении давления в компрессионной манжете и, следовательно в пневматической камере 13, между глухой камерой 21 и пневматической камерой 13 возникает перепад давлений пропорционально скорости изменения давления в манжете вследствие того, что воздух вытекает из глухой камеры 21 в пневматическую камеру 13 через дополнительное сопротивление. Скорость изменения массы воздуха в глухой камере равна расходу воздуха, вытекающего через дополнительное пневматическое сопротивление: dG/dt jSv, (2) где G масса воздуха в глухой камере; j удельный вес воздуха; S площадь сечения дополнительного пневматического сопротивления 12; dG/dt скорость изменения массы воздуха в глухой камере;v скорость воздуха, вытекающего через дополнительное пневматическое сопротивление. Скорость истечения воздуха определяется соотношением:
v (p1 p)/R, (3)
где p1 давление в глухой камере 21;
p давление в пневматической камере 13;
R значение дополнительного пневматического сопротивления. Учитывая, что G jV, где V объем глухой камеры, выражение (2) запишется в виде:
dj/dt jS(p1 p)/VR, (4)
На основании уравнения состояния справедливо записать:
j p1/RRT1 (5)
где RR универсальная газовая постоянная,
T1 температура в глухой камере. Представим в выражении (5) p1 в виде p1 (p + Dp), где Dp (p1 p), затем подставим выражение (5) в выражение (4) и после образования с учетом того, что удельный вес воздуха в камерах 13 и 21 и в области дополнительного пневматического сопротивления отличается незначительно, получим:
FdDp/dt + Dp -FdP/dt, (6)
где F VR/RRTJS. Из выражения (6) следует, что при изменении давления в пневматической камере 13 на дополнительном пневматическом сопротивлении 12 между глухой камерой 21 и пневматической камерой 13 возникает перепад давлений, пропорциональной скорости изменения давления в пневматической камере 13. Сечение пневмоканала 4 и пневмоканала, соединяющего манжету с пневматической камерой 13, достаточно велико и потерями давления на пневмоканалах можно пренебречь, поэтому справедливо считать, что скорость изменения давления в манжете dP/dt равна скорости изменения давления в пневматической камере 13. Из выражения (6) следует, что в глухой камере 21 образуется перепад давлений, пропорциональный скорости изменения давления в манжете. Под действием этого перепада давлений упругий чувствительный элемент 17 деформируется, перемещает заслонку 18 к соплу 19, уменьшая зазор между соплом 19 и заслонкой 18. При этом пневматическое сопротивление между соплом и заслонкой увеличивается, расход воздуха через сопло 19 уменьшается и, следовательно, снижается скорость изменения давления в манжете, что приводит в соответствии с выражением (6) к уменьшению перепада давлений в глухой камере 21. Снижение перепада давления в глухой камере 21 происходит до тех пор, пока не устанавливается равновесное состояние, при котором перепад давлений соответствует положению заслонки, при котором скорость изменения давления в манжете соответствует заданному установившемуся значению перепада давлений. Заданное установившееся значение перепада давлений задается выбором жесткости упругого чувствительного элемента, начальным положением сопла и заслонки, параметрами дополнительного пневматического сопротивления и выбором объема глухой камеры. Если вследствие каких-либо причин скорость изменения давления в манжете возрастает от заданного уровня, то в соответствии с выражением (6) возрастает перепад давлений в глухой камере 21 и в полости упругого чувствительного элемента 17, который будет перемещать заслонку 18, уменьшается зазор между заслонкой и соплом до тех пор, пока скорость изменения давления в манжете не снизится до заданного уровня. Если вследствие каких-либо причин скорость изменения давления в манжете уменьшается от заданного уровня, то в соответствии с выражением (6) будет снижаться перепад давления в камере 21 и в полости упругого чувствительного элемента 17, который будет перемещать заслонку 18, увеличивая зазор между заслонкой 18 и соплом 19 до тех пор, пока скорость изменения давления в манжете не возрастет до заданного уровня. Таким образом, после нагнетания давления в манжете до заданного уровня и открытия клапана 22 давление в манжете начинает снижаться с заданной скоростью. При снижении давления в манжете до давления, равного систолическому, с датчика пульсовой волны на вход блока обработки информации начинает поступать сигнал пульсовых осцилляций с частотой пульса, который прекращается при достижении давления в манжете, равного диастолическому. Одновременно в блок 8 поступает сигнал с датчика давления 3, пропорциональный значению давления в манжете 1. Совместная обработка этих сигналов в блоке 8 позволяет выделить информацию о значениях систолического и диастолического давлений, которая отображается с помощью электронного преобразователя блока 14 на цифровом индикаторе, входящем в состав блока 14. Блок 14 может быть жидкокристаллическим индикатором, например ИЖЦ 4. Для проведения повторного измерения артериального давления клапан 22 закрывается, производится повторное нагнетание воздуха в манжету 1 до заданного давления и затем запуск измерительного цикла в момент открывания клапана 22. Применение предлагаемого технического решения позволяет обеспечить высокую точность измерения артериального давления за счет стабилизации скорости изменения давления в манжете.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1