Устройство для измерения артериального давления

 

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для автоматического измерения артериального систолического и диастолического давления крови. Устройство содержит датчик сердечного пульса, обратный преобразователь, генератор тактовых импульсов, два элемента И, два триггера, два формирователя импульсов, два элемента задержки, цифроаналоговый преобразователь, счетчик импульсов и блок регистрации из двух регистров памяти и двух индикаторов, для систолического и диастолического давлений соответственно. Устройство реализуемо на современной элементной базе и является компактным, низкоэнергоемким. Техническим результатом изобретения является повышенная точность и надежность в работе. Устройство применимо как в стационарных, так и в походных условиях эксплуатации. 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для автоматического измерения артериального давления крови.

Способ измерения артериального давления основан на том, что создают внешнее, переменное, компенсирующее давление на артерию, сравнивают внешнее давление с артериальным давлением крови, а при равенстве последних, по реакции датчика, артериальное давление определяют по внешнему компенсирующему давлению /1/.

Известно устройство для измерения артериального давления /2/, содержащее эластичную камеру, компрессор, соединенный пневмопроводом с эластичной камерой, манометр, соединенный пневмопроводом с эластичной камерой, датчик (микрофон), усилитель тока, соединенный электрически с выходом датчика, и индикатор, включающий шкалу и две арретирующиеся указательные стрелки, соединенные кинематически с манометром (манометрической трубкой), причем, первая из стрелок выводится из зацепления с кинематической цепью и арретируется электромагнитом, электрически соединенным с выходом усилителя тока.

Недостатки известного устройства - наличие существенных нелинейностей из-за пневматических и механических узлов и связей блоков устройства, обуславливающих его ограниченную точность и надежность в работе.

Известно устройство для измерения артериального давления /3/, содержащее блок регистрации, датчик объемных пульсаций артерии, измерительную цепь, сумматор, соединенный с усилителем, подключенным через обратный преобразователь, в составе соленоида на постоянном магните в качестве сердечника и катушки, мембраны, магнитопровода, штока и упора, к датчику объемных пульсаций артерии, последовательно соединенные задатчик времени коррекции и блок выборки и хранения, вход которого подключен к выходу усилителя и ко входу блока регистрации, а выход - ко второму входу сумматора.

Недостатки известного устройства - низкая разрешающая способность (точность), что обусловлено наличием нелинейных аналоговых узлов - датчика, измерительной цепи, усилителя тока, узлов выборки и хранения, сравнения и регистрации, а как следствие, и ограниченная надежность в работе, что обусловлено как наличием значительного числа аналоговых узлов, так и варьируемостью оптической плотности мягких тканей конечности в месте расположения артерии, при использовании в качестве датчика оптопары с открытым оптическим каналом, а также сложность реализации блока регистрации при вводе в него информации как о верхнем, так и о нижнем значениях, по единственному информационному каналу.

Задача изобретения - создание аппаратных средств автоматического измерения артериального давления повышенной точности и надежности в работе.

Технический результат состоит в повышении точности и надежности в работе за счет замены аналоговых узлов на их дискретные (цифровые), в т.ч. датчика и измерительной цепи, а также разделения каналов информации о верхнем и нижнем значениях артериального давления.

Технический результат обеспечивается тем, что в устройство, содержащее датчик, блок регистрации и обратный преобразователь, включающий постоянный магнит, в качестве сердечника соленоида, магнитопровод, мембрану, катушку соленоида, шток, жестко соединенный с мембраной и катушкой соленоида, и упор, введены генератор тактовых импульсов, первый элемент И, соединенный первым входом с выходом генератора импульсов, счетчик импульсов, соединенный счетным (информационным) входом с выходом первого элемента И, первая и вторая группы элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами счетчика импульсов, первый триггер, соединенный счетным входом с выходом датчика, второй элемент И, соединенный первым входом с выходом датчика, а вторым входом с единичным выходом первого триггера, второй триггер, соединенный единичным входом с выходом второго элемента И, а нулевым выходом со вторым входом первого элемента И, первый формирователь импульсов, соединенный входом с единичным выходом первого триггера, а выходом со вторыми входами первой группы элементов И, выходы которой поразрядно соединены с первой группой информационных входов блока регистрации, второй формирователь импульсов, соединенный входом с единичным выходом второго триггера, а выходом со вторыми входами второй группы элементов И, цифроаналоговый преобразователь (АЦП), соединенный входами поразрядно с выходами счетчика импульсов, а выходом - со входом обратного преобразователя, первый элемент задержки, соединенный входом с выходом второго формирователя импульсов, а выходом со входами обнуления счетчика импульсов и первого и второго триггеров, и второй элемент задержки, соединенный входом с выходом первого элемента задержки, а выходом со входом обнуления блока регистрации, причем, датчик представляет собой пьезопреобразователь, а блок регистрации включает первый регистр памяти, соединенный информационными (установочными) входами поразрядно с первой группой информационных входов блока регистрации, с выходами первой группы элементов И, а входом обнуления со входом обнуления блока регистрации, с выходом второго элемента задержки, первый индикатор, соединенный входами поразрядно с выходами первого регистра памяти, второй регистр памяти, соединенный информационными входами поразрядно со второй группой информационных входов блока регистрации, с выходами второй группы элементов И, а входом обнуления со входом обнуления блока регистрации, с выходом второго элемента задержки, и второй индикатор, соединенный поразрядно входами с выходами второго регистра памяти.

Т.о., предлагаемое устройство отличается от известного наличием дискретного датчика (пьезоэлектрического), цифровой измерительной цепи и двухканального блока регистрации, что обеспечивает устройству повышение точности и надежности в работе и однозначного представления информации о верхнем и нижнем значениях артериального давления крови параллельно во времени, а следовательно, отличается новизной, положительным техническим эффектом, возможностью тиражирования на современной элементной базе и применимостью (полезностью) для целей контроля и анализа артериального давления крови организма человека в медицинских учреждениях и в быту.

Схема устройства для измерения артериального давления приведена на чертеже.

Устройство для измерения артериального давления содержит датчик 1 пульса, выполненный на пьезоэлементе, блок 2 регистрации, обратный преобразователь 3, включающий постоянный магнит, в качестве сердечника соленоида, катушку соленоида, мембрану, шток, механически жестко соединенный с катушкой соленоида и с мембраной, и упор, генератор 4 тактовых импульсов, первый элемент И 5, соединенный первым входом с выходом генератора 4 импульсов, счетчик 6 импульсов, соединенный счетным (информационным) входом с выходом элемента И 5, второй элемент И 7, соединенный первым входом с выходом датчика 1, первый триггер 8, соединенный единичным входом с выходом датчика 1, а единичным выходом со вторым входом второго элемента И 7, второй триггер 9, соединенный единичным входом с выходом элемента И 7, а нулевым выходом со вторым входом элемента И 5, первый формирователь 10 импульсов, соединенный входом с единичным выходом триггера 8, второй формирователь 11 импульсов, соединенный входом с единичным выходом триггера 9, цифроаналоговый преобразователь 12, соединенный входами поразрядно с выходами счетчика 6 импульсов, а выходом со входом обратного преобразователя 3, первую группу 13 элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами счетчика 6 импульсов, вторыми входами с выходом формирователя 10 импульсов, а выходами - поразрядно с первой группой информационных входов блока 2 регистрации, вторую группу 14 элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами счетчика 6 импульсов, вторыми входами с выходом формирователя 11 импульсов, а выходами поразрядно со второй группой информационных входов блока 2 регистрации, первый элемент 15 задержки, соединенный входом с выходом формирователя 11 импульсов, а выходом со входами обнуления счетчика 6 импульсов и триггеров 8 и 9, и второй элемент 16 задержки, соединенный входом с выходом элемента 15 задержки, а выходом со входом обнуления блока 2 регистрации. Блок 2 регистрации содержит первый 17 и второй 18 регистры памяти, соединенные информационными (установочными) входами поразрядно с первой и второй, соответственно, группами информационных входов блока 2 регистрации, а входами обнуления - со входом обнуления блока 2 регистрации, и первый 19 и второй 20 индикаторы, соединенные поразрядно с выходами регистров 17 и 18 соответственно.

Устройство для измерения артериального давления работает следующим образом.

Датчик 1 пульса сердца выполнен на пьезоэлементе и может быть вмонтирован в шток или упор обратного преобразователя 3, а может быть и выносным, причем он генерирует импульсы высокого потенциала по одному на каждый импульс артериального давления при его равенстве внешнему компенсирующему. В исходном состоянии счетчик 6, триггеры 8 и 9 и регистры 17 и 18 обнулены, а на выходе ЦАП 12 - нулевой (или максимальный) потенциал, в катушке соленоида преобразователя 3 нулевой (или максимальный) ток. При нулевом значении тока в катушке соленоида (в ее обесточенном состоянии), катушка, мембрана и упор находятся в исходном свободном состоянии, определяемом исходным состоянием мембраны. Цепи исходного обнуления устройства на чертеже не показаны. При токе в катушке, отличном от нулевого значения, ее положение в пространстве (в направлении оси соленоида), а вместе с нею и мембраны со штоком, изменяется и зависит от значения тока, коэрцитивной силы постоянного магнита и жесткости мембраны. При обнуленном единичном выходе триггера 9 элемент И 5 по второму входу открыт и импульсы с выхода генератора 4 через элемент И 5 поступают на счетный вход счетчика 6, состояние его выходов дискретно во времени, с периодом 1/f, где f - частота импульсов на выходе генератора 4, изменяется на одну дискрету (единицу), в результате чего и состояние выхода ЦАП 12, а следовательно, и значение тока I_y в катушке соленоида преобразователя 3 изменяется. За полный цикл работы счетчика 6 пилообразно от нуля до максимума (или наоборот) изменяется и положение катушки, мембраны и штока, но тогда пилообразно изменяется и сила, направленная в сторону упора. Расположенная между штоком и упором ногтевая фаланга O пальца пациента подвергается механическому воздействию по пилообразному во времени закону (графику). При изменении напряжения и тока I_y в катушке соленоида его передаточная функция определяется по W(s)=X_вых(s)/U_вх(s)= k_с[(1+sT_э)(1+T₂s+T₁s)], где X_вых - перемещение катушки, T_э=L_э/R₀ - постоянная времени электромагнита, R₀, L₀ - активное сопротивление и индуктивность катушки соленоида, соответствующие ее начальному положению, (m - масса подвижных частей, k_п - жесткость мембраны); T₂=k_д/k_п (k_д - коэффициент демпфирования); k_с=2k₀I/(k_пR₀) - коэффициент передачи соленоида (k₀ - коэффициент пропорциональности между силой F электромагнита и током I_y в катушке). Эта сила через шток воздействует на палец и создает давление на артерию P(t)=F(t)/S, где S - площадь поперечного сечения штока.

На выходе датчика 1 генерируются короткие импульсы высокого потенциала при Δ P(t) = 0, имеет экстремум реакции датчика 1, что и фиксируются на его выходе. По первому импульсу с выхода датчика 1 при P_а=P_ав=P_в(t) ≠ 0 (или при P_а= P_ан=P_в(t) ≠ 0) триггер 8 переводится в единичное состояние (с учетом его инерционности), на его единичном выходе устанавливается постоянный высокий потенциал, передним фронтом которого формирователь 10 генерирует на своем выходе короткий импульс высокого потенциала, при этом группа 13 элементов И открывается и содержимое счетчика 6 N₁≡P_ав (≡P_ан) фиксируется регистром 17 и индицируется (отображается) индикатором 19. Т.к. на выходе ЦАП 12 имеет место пилообразный потенциал, то и ток в катушке соленоида пилообразен, а тогда F(t) и P_а(t) пилообразны. Но теперь вновь ΔP≠0, тогда как верхнее (нижнее) значение артериального давления уже зафиксировано в регистре 17. По мере изменения содержимого счетчика 6 изменяются F(t) и P_в(t), а с наступлением второго момента выполнения условия Δ P = 0 на выходе датчика 1 генерируется короткий импульс высокого потенциала, которым через элемент И 7 триггер 9 переводится в единичное состояние, элемент И 5 закрывается, счетчик 6 останавливается, а по переднему фронту высокого потенциала с единичного выхода триггера 9 формирователем 11 генерируется короткий импульс высокого потенциала, которым содержимое N₂ счетчика 6 фиксируется в регистре 18 памяти, но N₂≡P_ан (≡P_ав). С задержкой во времени τ₁ на выходе элемента 15 задержки генерируется импульс высокого потенциала, которым обнуляются счетчик 6 и триггеры 8 и 9. В блоке 2 регистрации зафиксированы текущие значения верхнего P_ав (в регистре 17) и нижнего P_ан (в регистре 18) значения артериального давления. В дальнейшем цикл контроля-измерения начинает повторяться, но с задержкой по времени τ₂ на выходе элемента 16 задержки генерируется импульс, которым обнуляются регистры 17 и 18 памяти. Содержимое регистров 17 и 18 отображается индикаторами 19 и 20 соответственно.

Единственным источником погрешности устройства, не считая последствий потери давления в тканях конечности, является его аналоговый и нелинейный узел - обратный преобразователь 3. Достоинством устройства является то, что артерия фаланги пережимается только периодически, чем обеспечивается возможность длительной регистрации кривой изменения артериального давления, как систолического, так и диастолического.

Источники информации: 1. Эман А.А. Биофизические основы измерения артериального давления. - Л. : Медицина, 1983.

2. Gauge blood pressure "GQ-721", USA, 1987.

3. Патент РФ N 2048789, A 61 B 5/022, б. 33, 1995.

Формула изобретения

Устройство для измерения артериального давления, содержащее датчик пульса сердца, обратный преобразователь, включающий магнитопровод, постоянный магнит (сердечник соленоида), катушку соленоида, мембрану, шток, механически жестко связанный с мембраной и катушкой, с установленным на штоке датчиком, упор и блок регистрации, отличающееся тем, что в него введены генератор тактовых импульсов, первый элемент И, соединенный первым входом с выходом генератора импульсов, счетчик импульсов, соединенный счетным входом с выходом первого элемента И, второй элемент И, соединенный первым входом с выходом датчика, первый триггер, соединенный единичным входом с выходом датчика, а единичным выходом - со вторым входом второго элемента И, второй триггер, соединенный единичным входом с выходом второго элемента И, а нулевым выходом - со вторым входом первого элемента И, первый формирователь импульсов, соединенный входом с единичным выходом первого триггера, второй формирователь импульсов, соединенный входом с единичным выходом второго триггера, цифроаналоговый преобразователь, соединенный входами поразрядно с выходами счетчика импульсов, а выходом - со входом обратного преобразователя, первая группа элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами счетчика импульсов, вторыми входами - с выходом первого формирователя импульсов, а выходами поразрядно - с первой группой информационных входов блока регистрации, вторая группа элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами счетчика импульсов, вторыми входами с выходом второго формирователя импульсов, а выходами поразрядно - со второй группой информационных входов блока регистрации, первый элемент задержки, соединенный входом с выходом второго формирователя импульсов, а выходом - со входами обнуления счетчика импульсов и первого и второго триггеров, и второй элемент задержки, соединенный входом с выходом первого элемента задержки, а выходом - со входом обнуления блока регистрации, причем датчик пульсаций сердца выполнен на пьезопреобразователе (пьезоэлементе), а блок регистрации включает первый и второй регистры памяти, соединенные информационными (установочными) входами поразрядно, через первую и вторую группы информационных входов блока регистрации с выходами первой и второй групп элементов И соответственно, а входами обнуления, через вход обнуления блока регистрации, с выходом второго элемента задержки, и первый и второй индикаторы, соединенные входами поразрядно с выходами одноименных регистров памяти.

РИСУНКИ

Рисунок 1