Устройство измерения артериального давления в условиях двигательной активности человека

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при суточном мониторировании артериального давления, в условиях свободной двигательной активности человека. Устройство содержит измерительный и компенсационный датчики пульсовой волны. Измерительный датчик располагается под пневмоманжетой, в месте прохождения плечевой артерии. Компенсационный датчик идентичен измерительному датчику и располагается симметрично на диаметрально противоположной стороне руки. Выходы измерительного и компенсационного датчиков пульсовой волны подключены к соответствующим усилителям, коэффициенты усиления которых подобраны из условия обеспечения равенства амплитуды выходных сигналов с усилителей при одинаковом физическом воздействии на оба датчика. Выходы усилителей подключены к вычитателю, выход которого подключен к полосовому фильтру. Использование устройства позволит повысить точность и достоверность определения систолического и диастолического значений артериального давления, в том числе и в условиях двигательной активности человека. 7 ил.

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при суточном мониторировании артериального давления, в условиях свободной двигательной активности человека.

Известен датчик пульсовой волны, содержащий полый корпус с отверстием, пелот с контактной поверхностью, шарнирно установленный в указанном отверстии с зазором с возможностью его угловых смещений относительно корпуса и преобразователь угловых смещений пелота в электрический сигнал (RU №88260, А61В 5/02, опубл. 10.11.2009).

Недостатком известного устройства является то, что его конструкция позволяет пелоту воздействовать на преобразователь не только при прохождении под пелотом пульсовой волны в артерии, при декомпрессии давления в пневмоманжете, но и при колебаниях, вызванных двигательной активностью человека, а также вторичными осцилляциями в камере пневмоманжеты, вызывающих паразитные срабатывания датчика пульсовой волны и, как следствие, значительную погрешность при измерении артериального давления.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по компенсации помех, вызванных двигательной активностью человека и вторичными осцилляциями в камере пневмоманжеты, за счет применения двух идентичных датчиков пульсовой волны: измерительного, воспринимающего колебания артерии на фоне помех, и компенсационного, воспринимающего паразитные колебания, с последующим усилением выходных сигналов с измерительного и компенсационного датчиков пульсовой волны и вычитанием сигнала с компенсационного датчика пульсовой волны из сигнала с измерительного датчика пульсовой волны.

Достигаемый при этом технический результат заключается в повышение точности и достоверности определения систолического и диастолического значений артериального давления, в том числе и в условиях двигательной активности человека.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство измерения артериального давления в условиях двигательной активности человека, включающее измерительный датчик пульсовой волны, располагающийся под пневмоманжетой, в месте прохождения плечевой артерии, дополнительно содержит компенсационный датчик пульсовой волны, идентичный измерительному датчику пульсовой волны, расположенный симметрично на диаметрально противоположной стороне руки, при этом выходы измерительного и компенсационного датчиков пульсовой волны подключены к соответствующим усилителям, коэффициенты усиления которых подобраны из условия обеспечения равенства амплитуды выходных сигналов с усилителей, при одинаковом физическом воздействии на измерительный и компенсационный датчики пульсовой волны, при этом выходы усилителей подключены к вычитателю, выход которого подключен к полосовому фильтру.

На Фиг.1 представлена схема устройства.

Устройство содержит измерительный датчик пульсовой волны 1, выход которого подключен к усилителю 3, имеющему выходной сигнал U_выхи. Кроме того, устройство содержит компенсационный датчик пульсовой волны 2, выход которого подключен к усилителю 4, имеющему выходной сигнал U_выхк. Коэффициенты усиления усилителей подобраны таким образом, чтобы обеспечить одинаковую амплитуду выходных сигналов U_выхи и U_выхк с выходов соответствующих усилителей, при одинаковом гармоническом противофазном воздействии на оба плеча пелота измерительного и компенсационного датчиков пульсовой волны парой сил, величиной, соответствующей порогу срабатывания блока селекции (см. ГОСТ 28703-90 «Приборы автоматические и полуавтоматические для косвенного измерения артериального давления»). Данный подбор коэффициентов усиления необходим для компенсации разброса чувствительностей измерительного и компенсационного датчиков пульсовой волны.

На вычитателе 5 осуществляется вычитание усиленных сигналов с измерительного и компенсационного датчиков пульсовой волны

U_вых=U_выхи-U_выхк,

где U_вых - выходной сигнал с вычитателя. После чего осуществляется фильтрация сигнала, на полосовом фильтре 6, с полосой пропускания, соответствующей полезному сигналу.

Для получения требуемого результата необходимо решить 2 задачи:

- определить место установки компенсационного датчика пульсовой волны;

- оценить характер помех, компенсируемых настоящим устройством.

1. Измерительный датчик пульсовой волны располагают под компрессионной пневмоманжетой, рядом с ее нижней кромкой, вблизи артерии. Компенсационный датчик пульсовой волны необходимо располагать симметрично на диаметрально противоположной стороне руки, на том же расстоянии от нижней кромки компрессионной пневмоманжеты, что и измерительный датчик пульсовой волны (см. Фиг.2), для обеспечения одновременного прихода помехи на измерительный и компенсационный датчики пульсовой волны.

На Фиг.3 представлены усиленные сигналы U_выхк, U_выхи с компенсационного и измерительного датчиков пульсовой волны соответственно, а также результат их вычитания U_вых при данном расположении компенсационного и измерительного датчиков пульсовой волны.

При этом осциллограмма пульсовой волны состоит из:

- паразитной пульсации 1, вызванной двигательной активностью человека;

- эха пульсовой волны 2 (вторичной осцилляции) в пневмоманжете от прохождения пульсовой волны;

- полезного сигнала 3 от прохождения пульсовой волны;

- допустимого уровня помехи 4, который соответствует порогу срабатывания блока селекции (см. ГОСТ 28703-90 «Приборы автоматические и полуавтоматические для косвенного измерения артериального давления»).

Анализ полученных результатов показывает:

- амплитуда помехи 1 от двигательной активности и эха пульсовой волны 2 на графике U_выхи превышают допустимый уровень 4, следовательно, усиленный выходной сигнал с измерительного датчика пульсовой волны U_выхи не может считаться достоверными, из-за сложения полезного 3 и паразитных сигналов 1, 2;

- амплитуда паразитных сигналов 1, 2 после вычитания значительно снижена (-10-15 дБ) и находится в допуске (меньше допустимого уровня помехи 4).

Рассмотрим вариант смещения компенсационного датчика пульсовой волны, относительно края пневмоманжеты, вверх. На Фиг.4 представлены усиленные сигналы U_выхк, U_выхи с компенсационного и измерительного датчиков пульсовой волны соответственно, а также результат их вычитания U_вых.

Смещение компенсационного датчика пульсовой волны, относительно края пневмоманжеты, вверх приводит к несовпадению фаз помехи 1, вызванной двигательной активностью пациента, на графиках U_выхк и U_выхи. Как следствие, при вычитании сигналов амплитуда помехи 1 на графике U_вых не только не уменьшается, но и увеличивается и превышает не только допустимый уровень помехи 4, но и амплитуду полезного сигнала 3. Что приводит к ложным срабатываниям и возникновению ошибки измерения артериального давления.

Анализ данной осциллограммы показывает, что для успешной компенсации помех компенсационный датчик пульсовой волны необходимо располагать симметрично на диаметрально противоположной стороне руки, на том же расстоянии от нижней кромки компрессионной пневмоманжеты, что и измерительный датчик пульсовой волны.

2. Оценим характер помех, компенсируемых настоящим устройством.

Анализ Фиг.3 показал эффективность компенсации помехи, возникающей у идущего человека, при условии неподвижности руки. Уменьшение амплитуды помехи 1 составило -10-15 дБ. Это позволяет проводить измерение давления у идущего человека, при условии неподвижности руки, на которой осуществляется измерение.

Рассмотрим вариант, когда рука совершает колебательные движения.

Анализ Фиг.5 показывает, что амплитуда помехи 1 превышает допустимый уровень помехи 4. Характер помехи на графиках U_выхк и U_выхи имеет небольшое смещение по времени и незначительно отличается по амплитуде. На графике U_вых также появляется низкочастотная составляющая 5. Это вызвано легкой двигательной активностью мышц руки (трицепсов, бицепсов) при ее свободном движении. При вычитании происходит уменьшение амплитуды высокочастотной составляющей помехи 1 более чем вдвое (-6-10 дБ), при этом амплитуда низкочастотной составляющей 5 сохраняется и требует последующей фильтрации на полосовом фильтре. Результирующая амплитуда помехи на графике U_вых составляет 80% от допустимого уровня помехи 4. Откуда видно, что данный тип двигательной активности мышц руки является «предельным» для компенсации предложенным устройством.

Данный тип помехи компенсируется эффективно. Это позволяет проводить измерение давления у идущего человека, даже при естественном движении руки, на которой осуществляется измерение.

Передвижение в наземном транспорте вносит помеху, представленную на Фиг.6. Одновременное воздействие на измерительный и компенсационный датчики пульсовой волны вызывает помеху 1, близкую по фазе и амплитуде на обоих графиках U_выхк и U_выхи, что позволяет эффективно ее компенсировать.

При высокой двигательной активности (беге), представленной на Фиг.7, активные движения мышц руки (трицепсов и бицепсов), а также ударные воздействия от движения ног вызывают появление на обоих графиках U_выхк и U_выхи, помех широкого спектра частот, отличающихся по фазе и амплитуде. Как следствие, при дальнейшем вычитании, на графике U_вых компенсация не происходит.

При высокой физической нагрузке, такой как бег, компенсация данным устройством невозможна, а следовательно, измерение давления при таком воздействии приведет к ошибочному результату.

Клиническая апробация показала, что данное устройство позволяет осуществлять компенсацию двигательной активности пациента следующих типов: ходьба, передвижение в наземном транспорте, легкая физическая нагрузка, не затрагивающая мышцы, находящиеся под пневмоманжетой (бицепсы, трицепсы), т.к. их активность порождает помехи, различающиеся по фазе для измерительного и компенсационного датчиков пульсовой волны, что затрудняет их компенсацию.

Кроме того, эффективность устройства напрямую зависит от точности изготовления измерительного и компенсационного датчиков пульсовой волны и точности подбора коэффициентов усиления по выходным сигналам U_выхи и U_выхк, подключенных к их выходам, усилителей.

Устройство измерения артериального давления в условиях двигательной активности человека, включающее измерительный датчик пульсовой волны, располагающийся под пневмоманжетой, в месте прохождения плечевой артерии, отличающееся тем, что дополнительно содержит компенсационный датчик пульсовой волны, идентичный измерительному датчику пульсовой волны, расположенный симметрично на диаметрально-противоположной стороне руки, при этом выходы измерительного и компенсационного датчиков пульсовой волны подключены к соответствующим усилителям, коэффициенты усиления которых подобраны из условия обеспечения равенства амплитуды выходных сигналов с усилителей, при одинаковом физическом воздействии на измерительный и компенсационный датчики пульсовой волны, при этом выходы усилителей подключены к вычитателю, выход которого подключен к полосовому фильтру.