Устройство для измерения параметров уростатики и уродинамики мочевыделительной системы

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для ранней диагностики, профилактики и вспомогательной терапии различных нарушений функций почек и мочевыводящих путей. Устройство состоит из емкости для приема мочи, содержащей наружный стакан 1, внутренний стакан 2, воронку 3, обтекатель 4 и разделитель потока 5, расходомера 6, канала 14 управления и самокалибровки, датчика абсолютного давления 35 и микроконтроллера 34. Первый вход микроконтроллера 34 соединен с цифровым выходом датчика 35 абсолютного давления, второй вход - с первым выходом расходомера, третий вход - со вторым выходом расходомера, четвертый вход - с первым выходом канала 14 управления и самокалибровки, пятый вход - со вторым выходом канала 14 управления и самокалибровки, шестой вход - с пятым выходом канала 14 управления и самокалибровки, первый выход - с первым входом канала 14 управления и самокалибровки, второй выход - с пятым входом канала 14 управления и самокалибровки, третий выход - с четвертым входом канала 14 управления и самокалибровки, четвертый выход является первым выходом устройства для измерения параметров мочеиспускания для уродинамического мониторинга по сигналу объема выделенной мочи V_моч(t), пятый выход является вторым выходом устройства для измерения параметров мочеиспускания для уродинамического мониторинга по сигналу скорости выделения мочи ν_моч(t). Устройство для измерения параметров уростатики и уродинамики мочевыделительной системы реализует автоматизированный цикл измерения, включающий самокалибровку для достижения высокой точности и достоверности результатов исследования, а также обеспечивает формирование информативных сигналов по всем параметрам уростатики и уродинамики. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, предназначенной для измерения нестационарного расхода жидкости, используемой в медицине, в частности к устройствам для измерения статических и динамических параметров истечения мочи из мочеиспускательного канала, и может быть использовано для ранней диагностики, профилактики и вспомогательной терапии различных нарушений функций почек и мочевыводящих путей.

К группе аналогов заявленного технического решения относятся урофлоуметры и устройства, служащие для измерения объемной скорости мочеиспускания и объема выделенной мочи, защищенные авторскими свидетельствами, патентами на изобретения и полезную модель №2034516, 2071724, №127609 и №1544372.

Известен урофлоуметр по патенту РФ на изобретение №2034516, МПК А61В 5/20, опубл. в бюл. №13, 10.05.1995 - [1], содержащий датчик и мочеприемник в виде воронки с обтекателем, установленной на цилиндрическом основании. Цилиндрическое основание выполнено диэлектрическим и открытым с двух торцов, при этом в него введен соосно металлический проточный диффузор, а датчик выполнен в виде переменной емкости, образованной диффузором и кольцевой пластиной, расположенной на внешней стороне цилиндрического основания внутри введенного цилиндрического экрана.

Недостатком такого типа урофлоуметров является необходимость тщательной санитарной обработки датчика после каждого измерения, поскольку отложение примесей, содержащихся в жидкости, на поверхности электродов датчика приведет к погрешности измерения, а следовательно, и к потере его работоспособности.

Известно устройство для измерения объемной скорости мочеиспускания и объема выделенной мочи по патенту РФ на изобретение №2071724, МПК А61В 5/20, опубликованному в бюл. №2, 20.01.1997 - [2]. Устройство содержит цилиндрический резервуар для сбора мочи с расположенным внутри него поплавком, механически связанным с преобразователем перемещения поплавка в электрический сигнал, включающим блок электронной обработки сигнала. Преобразователь перемещения содержит диск с отверстиями, выполненный с возможностью вращения, источник света и светочувствительный элемент, закрепленные неподвижно с противоположных сторон диска, причем оптическая ось системы источник света - светочувствительный элемент проходит через окружность, на которой расположены центры отверстий. Светочувствительный элемент соединен с осью вращения диска.

Недостатком такого устройства является необходимость определения начального положения поплавка, значение которого влияет на результат измерения.

Известен портативный урофлоуметр по патенту РФ на полезную модель №127609, МПК А61В 5/20, опубл. в бюл. №13, 10.05.2013 - [3], состоящий из мочепринимающей воронки, цилиндрического резервуара для сбора мочи, блока обработки сигнала, при этом цилиндрический резервуар для сбора мочи, представляющий собой емкость для сбора мочи и находящийся под мочепринимающей воронкой и на одной оси с ней, расположен на весовом датчике, чувствительным элементом которого является тензометрический датчик, а блок обработки сигнала выполнен в виде последовательно соединенных тензометрического датчика, контроллера и аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом планшетного компьютера, с которого может быть распечатана информация в бумажном варианте.

Недостатком является необходимость обеспечения заданной точности установки углового позиционирования урофлоуметра. Поверхность должна быть строго горизонтальная, иначе это приводит к погрешности в результатах измерения. Кроме того, в процессе исследования пациент может сместить емкость для приема мочи, что внесет погрешность в результаты измерения, связанные с угловым положением весового датчика.

Известен урофлоуметр по авторскому свидетельству СССР на изобретение №1544372, МПК А61В 5/20, опубл. в бюл. №7, 23.02.90 - [4], содержащий мочеприемник в виде полого тонкостенного сосуда цилиндрической формы, связанный с преобразователем, выполненным в виде тензометрической балки, размещенной в герметичном корпусе. С целью повышения точности регистрации обобщенной силы мочеиспусканий он снабжен основанием, которое жестко связано с преобразователем и на котором установлен мочеприемник с диаметром 180-200 мм и высотой образующей 15-20 мм, при этом поверхность дна представляет собой параболу с фокусным расстоянием 100-120 мм, а в центральной части дна выполнено несколько рядов сквозных отверстий в количестве 150-180 шт.

Недостатком такого типа урофлоуметров является технологическая сложность выполнения дна устройства в виде параболы, на поверхности которой размещаются сквозные отверстия, отстоящие от фокуса параболы на заданном расстоянии.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению, взятым за прототип, является урофлоуметр по авторскому свидетельству СССР на изобретение №1616606, МПК А61В 5/20, опубл. в бюл. №48, 30.12.1990 - [5], содержащий внутренний и наружный стаканы, соединенные между собой кольцевой крышкой, к которой сверху подсоединяется расходомер газа. Воронка герметично установлена во внутренний стакан, в стенке которого имеются сливные отверстия, расположенные выше конца воронки. Вдоль образующих конусной поверхности воронки имеются выступы, на которые установлен обтекатель. Внутри цилиндрической части воронки установлен разделитель потока в виде сквозных сот или плоскопараллельных пластин. По оси разделителя потока расположена трубка, нижний конец которой совпадает с нижним краем разделителя потока, а верхний конец заходит под выпуклую часть обтекателя. Обтекатель закреплен на верхнем конце трубки с возможностью снятия его при дезинфекции. Наружный стакан в нижней части имеет сливной кран.

Недостатком этого решения является недостаточная воспроизводимость результатов измерения, обусловленная неиспользованием информации от расходомера для повышения точности измерения.

Возрастающая распространенность заболеваний мочевыделительных органов как среди взрослых, так и детей, недостаточная оснащенность отделений функциональной диагностики отечественных больниц и клиник урологического профиля техническими средствами контроля параметров уростатики и уродинамики определяют основную проблему в создании современного устройства для измерения параметров уростатики и уродинамики мочевыделительной системы, состоящую в необходимости повышения достоверности постановки диагноза о наличии патологического процесса в мочевыделительной системе, а следовательно, снижения риска пропуска опасной ситуации на самых ранних стадиях урологического заболевания.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении эффективности устройства, а именно в повышении точности измерения за счет использования информативных сигналов по температуре, по массовому расходу вытесняемого воздуха от расходомера в процессе управления самокалибровкой устройства и функциональной обработке его выходных сигналов, а также за счет дополнительного измерения атмосферного давления; в расширении групп обследованного населения в широком возрастном интервале за счет расширения диапазона измерения массового расхода в сторону малых значений; в упрощении конструкции устройства, обеспечивающей надежность и электробезопасность устройства в работе.

Технический эффект достигается тем, что в устройстве для измерения параметров уростатики и уродинамики мочевыделительной системы, состоящем из емкости для приема мочи, содержащей наружный стакан, внутренний стакан, воронку, обтекатель и разделитель потока, и расходомера воздуха,

новым является то, что

в наружный стакан емкости для приема мочи по верхней кромке герметично установлена воронка, патрубок которой коаксиально расположен относительно внутреннего стакана и сопряжен с ним по его верхней кромке, а в его стенке на одном уровне по диаметру выполнены сливные отверстия, расположенные выше основания патрубка воронки,

при этом в основании воронки по всему диаметру выполнен выступ, на который установлен разделитель потока, закрытый сверху обтекателем,

в основании наружного стакана выполнено сливное отверстие, сообщенное через первый электрогидроклапан с трубопроводом канализации,

в верхней части наружного стакана выполнено отверстие для вытеснения воздуха, сообщенное посредством пневматических каналов с атмосферой,

а ниже отверстия для вытеснения воздуха выполнено отверстие для заполнения жидкостью, сообщенное со вторым электрогидроклапаном,

в конструкцию наружного стакана емкости для приема мочи установлены в основании наружного стакана нижний электрод емкостного датчика и выше уровня верхней кромки внутреннего стакана между отверстием для вытеснения воздуха и отверстием для заполнения жидкостью - верхний электрод емкостного датчика,

в структуру устройства дополнительно введен канал управления и самокалибровки, состоящий

из последовательно гидравлически соединенных дозатора, выход которого связан с гидравлическим выходом канала управления и самокалибровки, нагнетателя, управляющий вход которого соединен с выходом коммутатора, подсоединенного к первому входу канала управления и самокалибровки, и резервуара с тарировочной жидкостью,

из электроизмерительной схемы включения верхнего электрода емкостного датчика, вход которой подключен ко второму входу канала управления и самокалибровки, а выход - к первому входу первого порогового устройства, второй вход которого является входом по сигналу напряжения, пропорционального , а его выход является первым выходом канала управления и самокалибровки,

из электроизмерительной схемы включения нижнего электрода емкостного датчика, вход которой подключен к третьему входу канала управления и самокалибровки, а выход - к первому входу второго порогового устройства, второй вход которого является входом по сигналу напряжения, пропорционального , а его выход является вторым выходом канала управления и самокалибровки,

из первого устройства управления первым электрогидроклапаном, первый вход которого соединен через контакт кнопки «Слив биологической жидкости (БЖ)» с источником питания, второй вход - с четвертым входом канала управления и самокалибровки, а выход - с третьим выходом этого канала,

из второго устройства управления вторым электрогидроклапаном, вход которого соединен с пятым входом канала управления и самокалибровки, а выход - с четвертым выходом этого канала,

из кнопки «Пуск», один контакт которой соединен с источником питания, а другой - с пятым выходом канала управления и самокалибровки

при этом

гидравлический вход второго электрогидроклапана сообщен посредством трубопроводов с гидравлическим входом канала управления и самокалибровки, а его управляющий вход соединен с четвертым выходом канала управления и самокалибровки,

выход верхнего электрода емкостного датчика соединен со вторым входом канала управления и самокалибровки, выход нижнего электрода емкостного датчика соединен с третьим входом канала управления и самокалибровки и управляющий вход первого электрогидроклапана соединен с третьим выходом канала управления и самокалибровки,

расходомер воздуха состоит

из датчика расходомера, в состав которого входят измерительный анемочувствительный элемент, размещенный в проточном пневматическом канале, сообщенном с одной стороны с отверстием для вытеснения воздуха, а с другой - с атмосферой,

и компенсационный анемочувствительный элемент, размещенный в глухом пневматическом канале, сообщенном с отверстием для вытеснения воздуха,

и из измерительного канала расходомера, первый вход которого соединен с электрическим выходом измерительного анемочувствительного элемента, а второй вход - с электрическим выходом компенсационного анемочувствительного элемента,

при этом первый и второй входы измерительного канала расходомера соединены соответственно с входом электроизмерительной схемы измерительного анемочувствительного элемента и с входом электроизмерительной схемы компенсационного анемочувствительного элемента, выходы которых подключены к первому и второму входам вычитателя, выход которого соединен с первым входом делителя, а второй его вход соединен с выходом электроизмерительной схемы компенсационного анемочувствительного элемента и является вторым выходом расходомера газа по сигналу температуры, при этом выход с делителя является первым выходом расходомера газа по сигналу массового расхода вытесненного воздуха,

кроме того, в структуру устройства введен микроконтроллер,

второй вход которого соединен с первым выходом расходомера, третий вход - со вторым выходом расходомера, четвертый вход - с первым выходом канала управления и самокалибровки, пятый вход - со вторым выходом канала управления и самокалибровки, шестой вход - с пятым выходом канала управления и самокалибровки, первый выход - с первым входом канала управления и самокалибровки, второй выход - с пятым входом канала управления и самокалибровки, третий выход - с четвертым входом канала управления и самокалибровки, четвертый выход является первым выходом устройства для измерения параметров мочеиспускания для уродинамического мониторинга по сигналу объема выделенной мочи V_моч(t), пятый выход является вторым выходом устройства для измерения параметров мочеиспускания для уродинамического мониторинга по сигналу скорости выделения мочи ν_моч(t).

В структуру устройства введен датчик абсолютного давления с цифровым выходом, пневматический вход которого сообщен посредством пневмоканалов с отверстием для вытеснения воздуха из наружного стакана, а его цифровой выход подсоединен к первому входу микроконтроллера.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где показана структурно-функциональная схема устройства для измерения параметров уростатики и уродинамики мочевыделительной системы.

Здесь:

1 - наружный стакан;

2 - внутренний стакан;

3 - воронка;

4 - обтекатель;

5 - разделитель потока;

6 - расходомер воздуха;

7 - сливное отверстие;

8 - первый электрогидроклапан;

9 - отверстие для вытеснения воздуха;

10 - отверстие для заполнения жидкостью;

11 - второй электрогидроклапан;

12 - нижний электрод емкостного датчика;

13 - верхний электрод емкостного датчика;

14 - канал управления и самокалибровки;

15 - дозатор;

16 - нагнетатель;

17 - коммутатор;

18 - резервуар с тарировочной жидкостью;

19 - электроизмерительная схема включения верхнего электрода емкостного датчика;

20 - первое пороговое устройство;

21 - электроизмерительная схема включения нижнего электрода емкостного датчика;

22 - второе пороговое устройство;

23 - первое устройство управления первым электрогидроклапаном;

24 - кнопка «Слив биологической жидкости»;

25 - второе устройство управления вторым электрогидроклапаном;

26 - датчик расходомера;

27 - измерительный анемочувствительный элемент;

28 - компенсационный анемочувствительный элемент;

29 - измерительный канал расходомера;

30 - электроизмерительная схема измерительного анемочувствительного элемента;

31 - электроизмерительная схема компенсационного анемочувствительного элемента;

32 - вычитатель;

33 - делитель;

34 - микроконтроллер;

35 - кнопка «Пуск»;

36 - датчик абсолютного давления с цифровым выходом.

Устройство для измерения параметров уростатики и уродинамики мочевыделительной системы состоит из емкости для приема мочи, содержащей наружный стакан 1, внутренний стакан 2, воронку 3, обтекатель 4 и разделитель потока 5, и расходомера 6.

В наружный стакан 1 емкости для приема мочи по верхней кромке герметично установлена воронка 3, патрубок которой коаксиально расположен относительно внутреннего стакана 2 и сопряжен с ним по его верхней кромке. В стенке внутреннего стакана 2 на одном уровне по диаметру выполнены сливные отверстия, расположенные выше основания патрубка воронки 3. В основании воронки 3 по всему диаметру выполнен выступ, на который установлен разделитель потока 5, закрытый сверху обтекателем 4. В основании наружного стакана выполнено сливное отверстие 7, сообщенное через первый электрогидроклапан 8 с трубопроводом канализации.

В верхней части наружного стакана 1 выполнено отверстие 9 для вытеснения воздуха, сообщенное посредством пневматических каналов с атмосферой. Ниже отверстия 9 для вытеснения воздуха выполнено отверстие 10 для заполнения жидкостью, сообщенное со вторым электрогидроклапаном 11.

В конструкцию наружного стакана 1 емкости для приема мочи установлены в основании наружного стакана 1 нижний электрод 12 емкостного датчика и выше уровня верхней кромки внутреннего стакана между отверстием 9 для вытеснения воздуха и отверстием 10 для заполнения жидкостью - верхний электрод 13 емкостного датчика.

В структуру устройства дополнительно введен канал 14 управления и самокалибровки.

В канал 14 управления и самокалибровки входят последовательно гидравлически соединенные дозатор 15, нагнетатель 16, коммутатор 17 и резервуар 18 с тарировочной жидкостью. Выход дозатора 15 связан с гидравлическим выходом канала 14 управления и самокалибровки. Управляющий вход нагнетателя 16 соединен с выходом коммутатора 17, подсоединенного к первому входу канала 14 управления и самокалибровки.

В канал 14 управления и самокалибровки также входят электрически соединенные электроизмерительная схема 19 включения верхнего электрода 13 емкостного датчика и первое пороговое устройство 20. Вход электроизмерительной схемы 19 включения верхнего электрода 13 емкостного датчика подключен ко второму входу канала 14 управления и самокалибровки, а выход - к первому входу первого порогового устройства 20, второй вход которого является входом по сигналу напряжения, пропорционального . Выход первого порогового устройства 20 является первым выходом канала 14 управления и самокалибровки.

В канал 14 управления и самокалибровки также входят электрически соединенные электроизмерительная схема 21 включения нижнего электрода 13 емкостного датчика и второе пороговое устройство 22. Вход электроизмерительной схемы 21 включения нижнего электрода 13 емкостного датчика подключен к третьему входу канала 14 управления и самокалибровки, а выход - к первому входу второго порогового устройства 22, второй вход которого является входом по сигналу напряжения, пропорционального . Выход второго порогового устройства 22 является вторым выходом канала 14 управления и самокалибровки.

В канал 14 управления и самокалибровки также входят первое устройство 23 управления первым электрогидроклапаном 8 и второе устройство 25 управления вторым электрогидроклапаном 11. Первый вход первого устройства 23 управления первым электрогидроклапаном 8 соединен через контакт кнопки 24 «Слив БЖ» с источником питания, второй вход - с четвертым входом канала 14 управления и самокалибровки, а выход - с третьим выходом этого канала. Вход второго устройства 25 управления вторым электрогидроклапаном 11 соединен с пятым входом канала 14 управления и самокалибровки, а выход - с четвертым выходом этого канала.

Гидравлический вход второго электрогидроклапана 11 сообщен посредством трубопроводов с гидравлическим входом канала 14 управления и самокалибровки, а его управляющий вход соединен с четвертым выходом канала 14 управления и самокалибровки.

Кнопка «Пуск» 35, один контакт которой связан с источником питания, другим контактом соединена с пятым выходом канала 14 управления и самокалибровки Выход верхнего электрода 13 емкостного датчика соединен о вторым входом канала 14 управления и самокалибровки, выход нижнего электрода 12 емкостного датчика соединен с третьим входом канала 14 управления и самокалибровки.

Управляющий вход первого электрогидроклапана 8 соединен с третьим выходом канала 14 управления и самокалибровки.

Расходомер воздуха 6 содержит датчик 26 расходомера и измерительный канал 29 расходомера.

В состав датчика 26 расходомера входят измерительный 27 анемочувствительный элемент, размещенный в проточном пневматическом канале, сообщенном с одной стороны с отверстием 9 для вытеснения воздуха, а с другой - с атмосферой, и компенсационный 28 анемочувствительный элемент, размещенный в глухом пневматическом канале, сообщенном с отверстием 9 для вытеснения воздуха.

Первый вход измерительного канала 29 расходомера соединен с электрическим выходом измерительного 27 анемочувствительного элемента, а второй вход - с электрическим выходом компенсационного 28 анемочувствительного элемента.

При этом первый и второй входы измерительного канала 29 расходомера соединены соответственно с входом электроизмерительной схемы 30 измерительного анемочувствительного элемента и с входом электроизмерительной схемы 31 компенсационного анемочувствительного элемента, выходы которых подключены к первому и второму входам вычитателя 32, выход которого соединен с первым входом делителя 33, а второй его вход соединен с выходом электроизмерительной схемы 31 компенсационного анемочувствительного элемента и является вторым выходом расходомера газа по сигналу температуры. Выход с делителя 33 является первым выходом расходомера газа по сигналу массового расхода вытесненного воздуха,

В структуру устройства введен микроконтроллер 34.

Второй вход микроконтроллера 34 соединен с первым выходом расходомера 3, третий вход - со вторым выходом расходомера 3, четвертый вход - с первым выходом канала 14 управления и самокалибровки, пятый вход - со вторым выходом канала 14 управления и самокалибровки, шестой вход - с пятым выходом канала 14 управления и самокалибровки, первый выход - с первым входом канала 14 управления и самокалибровки, второй выход - с пятым входом канала 14 управления и самокалибровки, третий выход - с четвертым входом канала 14 управления и самокалибровки, четвертый выход является первым выходом устройства для измерения параметров мочеиспускания для уродинамического мониторинга по сигналу объема выделенной мочи V_моч(t), пятый выход является вторым выходом устройства для измерения параметров мочеиспускания для уродинамического мониторинга по сигналу скорости выделения мочи ν_моч(t).

В структуру устройства введен датчик абсолютного давления 36 с цифровым выходом. Пневматический вход датчика сообщен посредством пневмоканалов с отверстием 9 для вытеснения воздуха из наружного стакана 1, а его цифровой выход подсоединен к первому входу микроконтроллера 34.

Устройство работает следующим образом. После подачи электропитания на устройство для измерения параметров уростатики и уродинамики мочевыделительной системы загружается программа работы в МК 34, которая приводит все управляемые блоки в исходное состояние и обеспечивает работу устройства в трех режимах: режим самокалибровки, режим измерения и режим промывки (утилизация и санобработка).

Режим самокалибровки осуществляется с помощью канала 14 управления и самокалибровки по программе при включении устройства в работу перед каждым пациентом и реализуется в три этапа.

На первом этапе после принудительного нажатия кнопки 24 «Слив биологической жидкости» осуществляется слив мочи после предыдущего процесса измерения и при достижении уровнем жидкости нижнего электрода 12 емкостного датчика на выходе схемы его включения 21 формируется сигнал, который через первое пороговое устройство 20 подается на микроконтроллер 34. Таймер МП 34 спустя 10 с (интервала времени, достаточного для опорожнения наружного стакана 1) через коммутатор 23 формирует сигнал на закрытие первого ЭГК 8. При этом слив через сливное отверстие 7 прекращается.

В этот же момент времени для подачи тарировочной жидкости через отверстие 10 для заполнения жидкости, выполненное в наружном стакане 1, по сигналу от микроконтроллера 34 через коммутатор 25 открывается второй ЭГК 11, и начинается второй этап самокалибровки. При этом через открытый второй ЭГК 11 тарировочная жидкость подается в наружный стакан 1 через дозатор 15 (с отсечками по 50 мл через равные промежутки времени) из резервуара 18 за счет работы нагнетателя 16. Управление нагнетателем 16 осуществляется через коммутатор 17 по сигналу с выхода МК 34. При этом плотность тарировочной жидкости известна и введена в программу микроконтроллера (МК) 34 (для корректировки тарировочной характеристики). После этих операций через отверстие 9 для вытеснения воздуха начинается вытеснение воздуха из наружного стакана 1.

Одновременно с подачей тарировочной жидкости включается в работу расходомер 6, измеряющий массовый расход G_m вытесняемого воздуха. Расходомер воздуха состоит из датчика 26 расходомера и измерительного канала 29. На выходе измерительного канала 29 расходомера 6 формируется электрический сигнал U=ƒ(G_m), пропорциональный текущему значению массового расхода G_m(t), который подается в МК 34, где оцифровывается, сохраняется в памяти и интегрируется за интервал времени Δt=t₂-t₁ от срабатывания нижнего 12 и верхнего 13 электродов емкостного датчика. Выходы этих электродов подключены в свои электроизмерительные схемы 19 и 21 соответственно. Выходной сигнал с первой электроизмерительной схемы 19 поступает на первое пороговое устройство 20, где сравнивается с верхним уровнем порогового сигнала . Выходной сигнал с второй электроизмерительной схемы 20 поступает на второе пороговое устройств 22, где сравнивается с нижним уровнем порогового сигнала . Результаты сравнения передаются на входы микроконтроллера 34, в котором вычисляется интервал Δt.

По регистрируемым значениям электрического сигнала в реперных точках (по сигналу отсечки от дозатора) определяется тарировочная характеристика по массовому расходу G_m=ƒ(t), а после ее интегрирования по времени - тарировочная характеристика для объема . Завершение второго этапа самокалибровки осуществляется при появлении сигнала с верхнего электрода 13 емкостного датчика о наполнении наружного стакана 1 до заданного уровня 1000 мл.

Затем начинается третий этап режима самокалибровки, а именно подготовка к измерению, который осуществляется в результате подачи команды от МК 34 сигнала на коммутатор 25 для закрытия второго ЭГК 11 и на коммутатор 23 для открытия первого ЭГК 8, что приводит к сливу тарировочной жидкости через сливное отверстие 7 в канализацию. При достижении уровнем жидкости нижнего электрода 12 емкостного датчика на выходе схемы его включения 21 формируется сигнал, который через первое пороговое устройство 20 подается на микроконтроллер 34, таймер которого спустя 10 с (интервала времени, достаточного для опорожнения наружного стакана 1 от тарировочной жидкости) через коммутатор 23 формирует сигнал на закрытие первого ЭГК 8. В результате проведенных операций устройство будет готово к работе в режиме измерения.

Режим измерения запускается по команде врача и осуществляется следующим образом. Врач нажимает кнопку 35 "Пуск" и дает команду пациенту для совершения акта мочеиспускания. При этом МК 34 осуществляет переход в программе устройства на работу в режиме измерения. При этом пациент в соответствии с особенностями функционирования своей мочевыделительной системы направляет поток БЖ (мочи) на поверхность воронки 3 и обтекатель 4. Далее моча стекает к нижнему отверстию воронки 3 и через разделитель потока 5 постепенно попадает во внутренний стакан 2. В нем происходит последовательное накопление выделенной в процессе мочеиспускания жидкости, которая затем через сливные отверстия во внутреннем стакане 2 вытекает в наружный стакан 1. При этом емкость наружного стакана 1 позволяет собрать максимально возможный для человека объем мочи (V_max=1000 мл), то есть осуществлен учет эффективного объема мочевого пузыря в норме и патологии с учетом пола и возраста пациента. Таким образом, при однократном обследовании пациента уровень мочи в полости наружного стакана не достигнет нижнего отверстия внутреннего стакана 2. При постепенном наполнении БЖ полости наружного стакана 1, в соответствии с переменной объемной скоростью струи мочи (0-50 мл/с), из него происходит вытеснение воздуха. Объем вытесненного воздуха равен объему выделенной биологической жидкости при мочеиспускании. Поток вытесняемого воздуха омывает измерительный анемочувствительный элемент 27 датчика расхода 26, что, в свою очередь, приводит к возникновению информативного сигнала и взаимодействует с компенсационным анемочувствительным элементом 28, что приводит к возникновению компенсационного сигнала U_к(T)=ƒ(T). Выходные сигналы схем включения измерительного 27 и компенсационного 28 анемочувствительных элементов определяют разностный сигнал, формируемый в вычитателе 32, который затем для компенсации аддитивной составляющей температурной погрешности подвергается дополнительной обработке с помощью делителя 33. Выходной сигнал расходомера 6 будет выглядеть следующим образом:

Далее информативный сигнал поступает на МК 34, где осуществляется его математическая обработка для определения основных параметров уростатики и уродинамики в соответствии с нижеуказанным алгоритмом.

Измеренный массовый расход воздуха определяется следующим образом:

где - массовый расход воздуха, кг/с; - объемный расход воздушного потока, м³/с; ν_воздl(t) - средняя скорость воздушного потока, м/с; S_к - площадь сечения канала, м²; и Т_возд - плотность и температура вытесненного воздуха. Сигнал об атмосферном давлении р_атм формируется с помощью датчика атмосферного давления 36.

Выразим объемную скорость воздушного потока, используя :

После интегрирования выражения (3) и после разделения переменных выражение для определения объема V_возд(t) вытесненного воздуха:

С учетом равенства между объемом вытесненного воздуха и объемом V_мочи(t) выделенной пациентом мочи при мочеиспускании можно принять, что скорость изменения объемов выделенной мочи и вытесненного воздуха также равны

.

Таким образом, в результате измерения массового расхода вытесненного воздуха на основании функциональной обработки в соответствии с выражениями (2)-(4), реализуемой в МК по программе, получаем параметры, характеризующие уростатику (объем выделенной мочи V_мочи(t)) и уродинамику (скорость истечения мочи υ_мочи(t)) пациента.

По окончании обследования включается режим автоматической промывки элементов и полостей устройства (внутреннего 2, наружного стакана 1 и частично нижней половины воронки 3). Режим промывки управляется посредством сигналов с электродов 12 и 13 емкостного датчика уровня, сигнал с которых могут быть использованы для подачи, прекращения подачи из системы непрерывного водоснабжения и ее слива из устройства. После этого устройство для измерения параметров мочеиспускания для уродинамического мониторинга снова готово к следующей процедуре измерения.

Устройство для измерения параметров уростатики и уродинамики мочевыделительной системы реализует автоматизированный цикл измерения, включающий самокалибровку для достижения высокой точности и достоверности результатов исследования, а также обеспечивает формирование информативных сигналов по всем параметрам уростатики и уродинамики. Применение терморезистивных анемочувствительных элементов в датчике расхода позволяет расширить диапазон измерения в сторону малых расходов и за счет этого охватить диагностикой более широкий круг пациентов различных возрастных групп. При этом конструкция устройства для измерения параметров мочеиспускания для уродинамического мониторинга проста в изготовлении и надежна и электробезопасна в работе.

1. Устройство для измерения параметров уростатики и уродинамики мочевыделительной системы, состоящее из емкости для приема мочи, содержащей наружный стакан, внутренний стакан, воронку, обтекатель и разделитель потока, и расходомера воздуха, отличающееся тем, что

в наружный стакан емкости для приема мочи по верхней кромке герметично установлена воронка, патрубок которой коаксиально расположен относительно внутреннего стакана и сопряжен с ним по его верхней кромке, а в его стенке на одном уровне по диаметру выполнены сливные отверстия, расположенные выше основания патрубка воронки,

при этом в основании воронки по всему диаметру выполнен выступ, на который установлен разделитель потока, закрытый сверху обтекателем,

в основании наружного стакана выполнено сливное отверстие, сообщенное через первый электрогидроклапан с трубопроводом канализации,

в верхней части наружного стакана выполнено отверстие для вытеснения воздуха, сообщенное посредством пневматических каналов с атмосферой,

а ниже отверстия для вытеснения воздуха выполнено отверстие для заполнения жидкостью, сообщенное со вторым электрогидроклапаном,

в конструкцию наружного стакана емкости для приема мочи установлены в основании наружного стакана нижний электрод емкостного датчика и выше уровня верхней кромки внутреннего стакана между отверстием для вытеснения воздуха и отверстием для заполнения жидкостью - верхний электрод емкостного датчика,

в устройство дополнительно введен канал управления и самокалибровки, состоящий

из последовательно гидравлически соединенных дозатора, выход которого связан с гидравлическим выходом канала управления и самокалибровки, нагнетателя, управляющий вход которого соединен с выходом коммутатора, подсоединенного к первому входу канала управления и самокалибровки, и резервуара с тарировочной жидкостью,

из электроизмерительной схемы включения верхнего электрода емкостного датчика, вход которой подключен ко второму входу канала управления и самокалибровки, а выход - к первому входу первого порогового устройства, второй вход которого является входом по сигналу напряжения, пропорционального , а его выход является первым выходом канала управления и самокалибровки,

из электроизмерительной схемы включения нижнего электрода емкостного датчика, вход которой подключен к третьему входу канала управления и самокалибровки, а выход - к первому входу второго порогового устройства, второй вход которого является входом по сигналу напряжения, пропорционального , а его выход является вторым выходом канала управления и самокалибровки,

из первого устройства управления первым электрогидроклапаном, первый вход которого соединен через контакт кнопки «Слив БЖ» с источником питания, второй вход - с четвертым входом канала управления и самокалибровки, а выход - с третьим выходом этого канала,

из второго устройства управления вторым электрогидроклапаном, вход которого соединен с пятым входом канала управления и самокалибровки, а выход - с четвертым выходом этого канала,

из кнопки «Пуск», один контакт которой соединен с источником питания, а другой - с пятым выходом канала управления и самокалибровки,

при этом

гидравлический вход второго электрогидроклапана сообщен посредством трубопроводов с гидравлическим входом канала управления и самокалибровки, а его управляющий вход соединен с четвертым выходом канала управления и самокалибровки,

верхний электрод емкостного датчика соединен со вторым входом канала управления и самокалибровки, нижний электрод емкостного датчика соединен с третьим входом канала управления и самокалибровки и управляющий вход первого электрогидроклапана соединен с третьим выходом канала управления и самокалибровки,

расходомер воздуха состоит

из датчика расходомера, в состав которого входят измерительный анемочувствительный элемент, размещенный в проточном пневматическом канале, сообщенном с одной стороны с отверстием для вытеснения воздуха, а с другой - с атмосферой, и компенсационный анемочувствительный элемент, размещенный в глухом пневматическом канале, сообщенном с отверстием для вытеснения воздуха,

и из измерительного канала расходомера, первый вход которого соединен с электрическим выходом измерительного анемочувствительного элемента, а второй вход - с электрическим выходом компенсационного анемочувствительного элемента,

при этом первый и второй входы измерительного канала расходомера соединены соответственно с входом электроизмерительной схемы измерительного анемочувствительного элемента и с входом электроизмерительной схемы компенсационного анемочувствительного элемента, выходы которых подключены к первому и второму входам вычитателя, выход которого соединен с первым входом делителя, а второй его вход соединен с выходом электроизмерительной схемы компенсационного анемочувствительного элемента и является вторым выходом расходомера газа по сигналу температуры, при этом выход с делителя является первым выходом расходомера газа по сигналу массового расхода вытесненного воздуха,

кроме того, в устройство введен микроконтроллер,

второй вход которого соединен с первым выходом расходомера, третий вход - со вторым выходом расходомера, четвертый вход - с первым выходом канала управления и самокалибровки, пятый вход - со вторым выходом канала управления и самокалибровки, шестой вход - с пятым выходом канала управления и самокалибровки, первый выход - с первым входом канала управления и самокалибровки, второй выход - с пятым входом канала управления и самокалибровки, третий выход - с четвертым входом канала управления и самокалибровки, четвертый выход является первым выходом устройства для измерения параметров мочеиспускания для уродинамического мониторинга по сигналу объема выделенной мочи V_моч(t), пятый выход является вторым выходом устройства для измерения параметров мочеиспускания для уродинамического мониторинга по сигналу скорости выделения мочи ν_моч(t).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что введен датчик абсолютного давления с цифровым выходом, пневматический вход которого сообщен посредством пневмоканалов с отверстием для вытеснения воздуха из наружного стакана, а его цифровой выход подсоединен к первому входу микроконтроллера.