Реоплетизмограф

 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к приборам для функциональной диагностике. Технический результат - повышение точности измерения, достигается тем, что в реоплетизмографе, содержащем генератор напряжения высокой частоты, датчиковое устройство, дифференциальный усилитель и последовательно включенные измерительный блок и регистратор, генератор выполнен кварцевым, датчиковое устройство выполнено в виде параллельного колебательного контура, содержащего измерительную катушку индуктивности и конденсатор переменной емкости, причем выводы колебательного контура через конденсаторы соединены с выходными выводами генератора и с входными выводами дифференциального усилителя, а между выходом дифференциального усилителя и входом измерительного блока включен узкополосный кварцевый фильтр. Реоплетизмограф обладает лучшими метрологическими характеристиками по сравнению с известным. Важным преимуществом является наличие гальванической развязки реоплетизмографа от пациента, что необходимо с точки зрения современных требований к электробезопасности медицинской радиоэлектронной аппаратуры. Реоплетизмограф позволяет прижизненно регистрировать процессы отека и набухания головного мозга методом раздельной импедансометрии при черепно-мозговых травмах при наличии повязок. 3 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к приборам для функциональной диагностики.

Известен реоплетизмограф, содержащий последовательно включенные генератор напряжения высокой частоты, датчиковое устройство, выполненное в виде двух пар электродов, преобразователь, выполненный в виде моста переменного тока, усилителя высокой частоты, измерительного блока и регистратора [1] Однако этот реоплетизмограф имеет низкую точность из-за наличия электродов(см. [1] с. 87-96) и из-за наличия моста переменного тока, требующего тщательной балансировки для измерения компонент импеданса объекта (см.[1]с. 52).

Известен также реоплетизмограф, содержащий генератор напряжения высокой частоты и последовательно включенные датчиковое устройство, выполненное в виде двух пар электродов, дифференциальный усилитель, измерительный блок, содержащий как минимум амплитудный детектор и усилитель низкой частоты и регистратор (см. [1] с. 56-71, рис. 28, 31-34).

Однако и этот реоплетизмограф имеет низкую точность измерения параметров из-за наличия электродов с учетом непостоянства переходных параметров на участках электрод-биологический объект.

Задача изобретения повышение точности измерения.

Это достигается тем, что в реоплетизмографе, содержащем последовательно включенные генератор напряжения высокой частоты, датчиковое устройство, дифференциальный усилитель, измерительный блок и регистратор, согласно изобретению генератор выполнен кварцевым, датчиковое устройство выполнено в виде параллельного колебательного контура, содержащего измерительную катушку индуктивности и конденсатор переменной емкости, причем выводы колебательного контура через конденсаторы соединены с выходными выводами генератора и с входными выводам дифференциального усилителя, а между выходом дифференциального усилителя и входом измерительного блока введен узкополосный кварцевый фильтр.

Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом устройство используется способ бесконтактной импедансометрии путем измерения импеданса колебательного контура с биологическим объектом, размещенным внутри обмотки измерительной катушки, являющейся индуктивностью колебательного контура, а также в том, что в устройстве применен селективный датчик и измерительный тракт содержит узкополосный кварцевый фильтр с высокой селективностью. Отсутствие переходных сопротивлений в датчиковом устройстве и наличие высокоселективного измерительного тракта обеспечивает получение высокой точности при измерении параметров биологического объекта.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема реоплетизмографа; на фиг. 2 электрическая схема датчика с биологическим объектом, размещенным внутри обмотки измерительной катушки; на фиг. 3 электрическая схема узкополосного кварцевого фильтра.

Предлагаемый реоплетизмограф содержит генератор напряжения высокой частоты 1 (фиг. 1) который содержит кварцевый резонатор и имеет симметричный выход, соединенный через конденсаторы 2 и 3 с входом датчика 4, который содержит измерительную катушку 5 и конденсатор переменной емкости 6. Индуктивность катушки и емкость конденсатора образуют параллельный колебательный контур, настроенный на частоту генератора 1. Одновременно выводы датчика 4 через конденсаторы 7 и 8 соединены с входами дифференциального усилителя 9, к выходу которого подключен вход узкополосного кварцевого фильтра 10, выход которого соединен с входом измерительного блока 11. Выход измерительного блока 11 соединен с входом регистратора 12.

Измерительный блок 11 может иметь различную блок-схему.В упрощенном варианте он содержит демодулятор и усилитель низкой частоты и может обеспечить получение в лучшем случае двух-трех электрических параметров. При усложнении блок-схемы, т.е. наличии дополнительных функциональных узлов, количество получаемых параметров можно увеличить.

На фиг. 2 изображена эквивалентная электрическая схема датчика 4 с биологическим объектом, размещенным внутри обмотки измерительной катушки. Датчик выполняет роль преобразователя сопротивления биологического объекта в напряжение и является двухполюсником, в котором соединены параллельно индуктивность L_k обмотки измерительной катушки 5 ( последовательно с обмоткой включено сопротивление обмотки r), емкость C_п конденсатора переменной емкости 6, резонансное сопротивление параллельного колебательного контура R_ое на номинальной частоте генератора 1 без биологического объекта, R_вн внесенное активное сопротивление объекта и С_вн - внесенная емкость биологического объекта.

Внесенное активное сопротивление объекта R_вн является переменным, изменение его величины связано с физиологическими процессами, совершающимися в биологическом объекте, в частности с изменениями объема и кровенаполнения. Например, при размещении внутри обмотки измерительной катушки колебательного контура датчика грудной клетки R_вн будет являться интегральным сопротивлением тела, отражающим пульсовое изменение объема главных артериальных стволов.

Реоплетизмограф работает следующим образом.

Напряжение высокой частоты от генератора 1 через конденсаторы 2 и 3 поступает на выводы колебательного контура датчика 4.

Путем изменения емкости конденсатора 6 колебательный контур настраивается в резонанс на частоту генератора 1 (f_ген).

На резонансной частоте (частоте генератора) импеданс параллельного колебательного контура является чисто активным и определяется выражением где R_oe1 резонансное сопротивление колебательного контура (Ом); L_k индуктивность обмотки измерительной катушки (Гн); C_k контурная емкость (Ф); r сопротивление обмотки измерительной катушки (Ом); Q добротность обмотки измерительной катушки.

Таким образом, к выходным выводам генератора напряжения высокой частоты подключена цепь, состоящая их трех последовательно соединенных сопротивлений X_c2, R_oe1 и X_c3.

Напряжение высокой частоты, равное падению напряжения на резонансном сопротивлении колебательного контура R_oe- U₁, поступает на вход дифференциального усилителя 9 через конденсаторы 7 и 8, а затем на вход измерительного блока узкополосного кварцевого фильтра 10 и дальше на вход измерительного блока 11.

Напряжение U₁ измеряется вольтметром, размещенным в блоке 11.

Резонансное сопротивление датчика определяется выражением где U напряжение на выходе генератора;

Размещают внутри обмотки измерительной катушки 4 биологический объект (конечность, грудную клетку и т.д.), изменением емкости конденсатора переменной емкости 6 колебательный контур настраивается в резонанс на частоту генератора 1 f_ген.

На резонансной частоте частоте генератора (f_ген) импеданс датчика с биологическим объектом равен импедансу параллельного колебательного контура, является чисто активным сопротивлением и определяется выражением

где U₂ напряжение на датчике с биологическим объектом
Q₂ добротность обмотки измерительной катушки с биологическим объектом.

Резонансное сопротивление датчика с биологическим объектом определяется также выражением

При этом C_k C_п1=C_п2+ C_вн.

Таким образом по градуированной шкале конденсатора переменной емкости 6 сразу же определяется величина внесенной емкости биологического объекта.

Величина внесенного сопротивления (активная компонента импеданса) биологического объекта определяется выражением

Введем коэффициент "A", который будет характеризовать физиологические процессы, протекающие в биологическом объекте:

Тогда величина внесенного сопротивления определяется выражением

Как отмечалось выше, R_вн является интегральным сопротивлением биологического объекта, отражающим пульсовое изменение объема главных артериальных стволов и меняет свою величину с частотой пульса.

Поэтому на вход дифференциального усилителя 9 поступают колебания высокой частоты, модулированные низкочастотными колебаниями с частотой пульса. С выхода усилителя 9 сигнал поступает на вход узкополосного кварцевого фильтра 10 (см. фиг. 1) с полосой пропускания 10-15 Гц, а затем на вход измерительного блока 11, который содержит в своем составе демодулятор.

Продетектированный сигнал подается на регистратор 12, является выходным сигналом реоплетизмографа и отображает динамику кровонаполнения исследуемого органа.

Бесконтактная импедансометрия при помощи измерительной катушки прошла апробацию в клиниках при диагностике острого гематогенного остеомиелита [2]
Для удобства эксплуатации в датчиковом устройство может быть применена катушка индуктивности с разъемной обмоткой [3]
Предложенный реоплетизмограф обладает лучшими метрологическими характеристиками по сравнению с известным.

Важным преимуществом изобретения по сравнению с известным является наличие гальванической развязки реоплетизмографа от пациента, что необходимо с точки зрения современных требований к электробезопасности медицинской радиоэлектронной аппаратуры.

Реоплетизмограф позволяет прижизненно регистрировать процессы отека и набухания головного мозга методом раздельной импедансометрии при черепно-мозговых травма при наличии повязок.

Литература:
1. Импедансная реоплетизмография.Гуревич М.И. и др. Киев: Наукова думка, 1982.

2. Патент РФ N 1827160, кл. A 61 B 5/00 заявка N 4855583/14 от 01.08.90.

3. Патент РФ N 1772830 кл. H 01 G 17/02, заявка N 4787366/07 от 30.01.90.

Формула изобретения

Реоплетизмограф, содержащий генератор напряжения высокой частоты, датчиковое устройство и дифференциальный усилитель и последовательно включенные измерительный блок и регистратор, отличающийся тем, что генератор выполнен кварцевым, датчиковое устройство выполнено в виде параллельного колебательного контура, содержащего измерительную катушку индуктивности и конденсатор переменной емкости, причем выводы колебательного контура через соответствующие конденсаторы соединены с выходами кварцевого генератора напряжения высокой частоты и с входами дифференциального усилителя, а между выходом дифференциального усилителя и входом измерительного блока включен узкополосный кварцевый фильтр.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3