УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ И ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК Российский патент 1995 года по МПК A61B5/22 

Изобретение относится к медицинской технике и может найти применение в клинической практике для измерения динамики изменения артериального давления по скорости распространения пульсовой волны у больных, страдающих артериальными гипертензиями.

В части устройства для измерения артериального давления наиболее близким по технической сущности является способ и аппарат для измерения скорости распространения пульсирующей артериальной волны для диагностики заболеваний артерии [1]
Аппарат состоит из двух датчиков, расположенных на определенном расстоянии друг от друга над исследуемой артерией. Датчики передают в электронный блок обработки электрический сигнал, несущий информацию о моменте прохождения пульсовой волны в месте, где они установлены, моменты прохождения пульсовой будут сдвинуты друг относительно друга во времени. Этот сдвиг будет пропорционален скорости распространения пульсовой волны. В блоке обработки, с помощью фазового компаратора, производится сравнение фаз пульсовой волны, поступающей от датчиков и по разности фаз определяют время распространения пульсовой волны. Время распространения пульсовой волны с помощью аналого-цифрового преобразователя преобразуют в цифровой код, который поступает в ЭВМ. С помощью ЭВМ производится расчет скорости распространения пульсовой волны по программе, введенной в ЭВМ. В ЭВМ также вводится расстояние между датчиками.

Однако представленный аппарат имеет недостатки:
аппарат измеряет только скорость распространения пульсовой волны и не измеряет артериальное давление, при котором распространяется пульсовая волна; это требует при постановке диагноза проводить дополнительные исследования;
так как датчики аппарата состоят из излучателей и приемников инфракрасного излучения, которые контролируют прохождение между ними пульсовой волны, то в случаях, когда кожный покров плохо пропускает инфракрасное излучение, измерения проводить невозможно.

В части датчика для измерения пульсовой волны, наиболее близким по технической сущности является датчик частоты пульса [2] содержащий две гибких электропроводных пластины, покрытие изоляционным слоем. Работа датчика основана на пьезоэлектрическом эффекте.

Однако данный датчик не позволяет обеспечить измерение артериального давления длительное время, т.е. в динамике с необходимой точностью в заданном диапазоне и чувствительностью.

Целью предлагаемого изобретения является измерение среднего артериального давления в динамике при одновременном измерении скорости распространения пульсовой волны.

Это достигается тем, что устройство содержит два емкостных датчика, расположенных на определенном расстоянии друг от друга, воспринимающих поперечные колебания стенок артерии и силу этих колебаний, что позволяет получить информацию о фазе и амплитуде колебания и затем посредством электронного блока обработки, оснащенного однокристальной микро-ЭВМ и репрограммируемым запоминающим устройством, автоматически измерить среднее артериальное давление и скорость распространения пульсовой волны.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства измерения скорости распространения пульсовой волны и среднего артериального давления; на фиг. 2 конструкция датчика; на фиг. 3 расположение датчиков над исследуемой артерией.

Устройство содержит емкостные датчики 1 и 2 пульсовой волны, электрически связанные с преобразователями 3 и 4 емкость-напряжение, которые передают информацию о колебаниях стенки артерии в виде электрических напряжений на пиковой детектор 5 и фазовый компаратор 6. Пиковый детектор 5 преобразует амплитуду колебаний входного электрического сигнала в постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде колебаний. Фазовый компаратор 6 измеряет величину разности фаз пульсовой волны. Задатчик 7 задает напряжение, пропорциональное расстоянию между датчиками. Блок питания 8 обеспечивает питающими напряжениями функциональные узлы устройства (связи его не показаны с целью упрощения). Тактовый генератор 9 обеспечивает синхронное взаимодействие всех функциональных узлов устройства посредством выдачи синхроимпульсов, аналоговый коммутатор 10 принимает на свои входы напряжения с пикового детектора 5, фазового компаратора 6 и задатчика расстояния 7. Репрограммируемое запоминающее устройство 11 хранит программу вычисления скорости распространения пульсовой волны и среднего аpтериального давления, законы преобразования входных величин и константы и выставляет всю эту информацию на информационную шину. Аналого-цифровой преобразователь 12 преобразует постоянные напряжения, поступающие на его вход, в цифровой код и выставляет его на общую шину по команде с микро-ЭВМ 13. Однокристальная микро-ЭВМ 13 производит вычисление измеряемых величин и управление процессом измерения. Программируемый таймер 14 программируется и выдает информацию об отсчитанном интервале времени, индикаторное устройство 15 получает по команде с микро-ЭВМ результат вычисления и представляет его в удобном для пользователя виде. Цифро-аналоговый преобразователь 16 преобразует полученную по команде с микро-ЭВМ цифровую информацию в аналоговую.

Датчики пульсовой волны 1 и 2 состоят из двух проводящих дугообразных прямоугольных пластин, 17 и 18 (фиг. 2). Пластина 17 опорная, пластина 18 воспринимающая. Воспринимающая пластина снабжена контактным элементом 19. Пластины 17 и 18 электрически изолированы друг от друга диэлектрической пленкой, например тонким слоем лака, нанесенным на пластину 18, скреплены диэлектрическим клеем и соединены с преобразователем 3 или 4 проводами 20. В совокупности профиль пластин образует эллипс при их жестком закреплении друг с другом.

Датчики 1 и 2 крепятся над исследуемой артерией закрепителем 21 (например, лейкопластырем, фиг. 3).

Устройство работает следующим образом.

Устанавливаются емкостные датчики 1 и 2 над исследуемой артерией на определенном расстоянии L (фиг. 3). Пульсовая волна вызывает поперечные колебания стенок артерии, эти колебания сжимают и отпускают пластины датчиков 17 и 18. Это приводит к тому, что при сжатии емкость конденсатора, образованного ими, увеличивается, а при отпускании емкость конденсатора уменьшается. Изменения емкости, зафиксированные датчиками 1 и 2, преобразователи 3 и 4 преобразуют в пропорциональные изменения электрического напряжения. Контактный элемент 19 обеспечивает более плотную связь со стенкой артерии воспринимающей пластины 18, что увеличивает чувствительность датчиков 1 и 2 к колебаниям стенки артерии. Напряжения с преобразователей 3 и 4 поступает на входы фазового компаратора 6, измеряющего разность фаз колебаний пульсовой волны и преобразующего его в пропорциональное постоянное напряжение. Разность фаз колебаний пульсовой волны в точности равна времени распространения пульсовой волны между датчиками 1 и 2, таким образом, на выходе фазового компаратора 6 напряжение пропорционально времени распространения пульсовой волны.

С преобразователя 3 напряжение, строго соответствующее изменениям пульсовой волны, поступает на пиковый детектор 5, который преобразует амплитуду колебаний поступающего напряжения в постоянное напряжение, пропорциональное величине амплитуды пульсовой волны.

С помощью задатчика 7 (например потенциометра, у которого закреплена на движке шкала, проградуированная в линейных единицах (м), устанавливается величина постоянного напряжения, пропорционального расстоянию между датчиками 1 и 2.

Таким образом, с пикового детектора 5, фазового компаратора 6 и с задатчика 7 на аналоговый коммутатор 10 поступают напряжения, несущие информацию соответственно о величине амплитуды пульсовой волны, времени распространения пульсовой волны и расстояния, пройденного волной за это время. Аналоговый коммутатор 10 по команде, поступающей с аналого-цифрового преобразователя 12, поочередно подключает на вход его выходы пикового детектора 5, фазового компаратора 6, задатчика 7. Аналого-цифровой преобразователь 12 преобразует поступающие напряжения в соответствующий им цифровой код, который по общей длине поступает в микро-ЭВМ 13, которая, пользуясь программой, константами, характеризующими законы преобразования измеряемых величин, и константами, характеризующими пациента, записанными в репрограммируемом постоянном запоминающим устройстве 11, производит вычисление скорости распространения пульсовой волны и среднего артериального давления. Результаты вычислений поступают на индикаторное устройство 15 и на регистратор 16 через цифро-аналоговый преобразователь. Индикаторное устройство 15 выдает результат измерения скорости распространения пульсовой волны и среднего артериального давления для непосредственного наблюдения за пациентом, в удобном для пользователя виде. Регистратор 16 выдает результаты измерения путем регистрации на носителе (например, бумаге, магнитной ленте и т.д.) и в цифровом виде для дальнейшей автоматической обработки результатов на более мощных ЭВМ.

Программируемый таймер 14 управляет устройством в реальном времени, например, включает и выключает самописец, регистрирующий результаты измерения, сигнализирует с помощью индикатора наблюдающему о каких-то программируемых событиях. Тактовый генератор 9 синхронизирует все микрооперации устройства. Блок питания 8 обеспечивает все функциональные узлы питающими напряжениями.

Учитывая, что 20% взрослого населения страдают артериальными гипертензиями, причем повышение артериального давления приводит к таким осложнениям, как инфаркт миокарда, мозговой инсульт, то возникает острая необходимость в разработке эффективных средств контроля и лечения, выше упомянутых заболеваний. Как показывает врачебная практика, лечение этих заболеваний может быть эффективным только при правильном подборе лекарственных средств и их доз, а процесс подбора лекарственных средств и доз является процессом длительным и требует постоянного наблюдения за больным посредством измерения его артериального давления. Артериальное давление является одним из показателей, объективно оценивающим состояние больного и результата воздействия лекарственного средства. Эпизодические измерения не дают полной информации о динамических колебаниях артериального давления и его быстрых изменениях.

Таким образом, данное устройство, измеряющее артериальное давление длительное время (сутки, недели и более) и регистрирующее результат на носителе (бумага, магнитно-запоминающий материал и т. д.), при просмотре которого можно сделать заключение о ходе лечения, решает указанные выше задачи.

Устройство для измерения среднего артериального давления и емкостный датчик относятся к медицинской технике и найдут применение для индивидуального контроля за артериальным давлением у больных артериальной гипертензией в бытовых и производственных условиях, когда необходим автоматический контроль без медицинского персонала. Устройство состоит из двух датчиков и блока обработки и управления. Датчики устанавливаются на определенном расстоянии друг от друга над исследуемой артерией, информация с датчиков поступает в блок обработки и управления. Блок обработки состоит из пикового детектора, фазового компаратора, задатчика расстояния между датчиками, аналогового коммутатора, аналого-цифрового преобразователя, микро-ЭВМ, репрограммируемого постоянного запоминающего устройства, программируемого таймера, индикаторного устройства и цифроаналогового преобразователя. Получая от датчиков информацию о моментах прохождения пульсовой волны и амплитуде пульсовой волны, а также от задатчика расстояния, расстояние, которое проходит волна между датчиками, блок обработки производит вычисление скорости распространения пульсовой волны и артериального давления и фиксирует полученные результаты на носителе (бумаге, магнитной пленке). Устройство хорошо сопрягается с радиотелеметрическими системами и позволит, к примеру, дистанционно контролировать величину артериального давления у водителей различного вида транспорта, оператора, и т.д. что позволит своевременно предупредить возникновение аварийных ситуаций. Датчики пульсовой волны выполнены емкостными, с электропроводящими, пружинистыми, дугообразными пластинами, в сборке образующими эллипс в профиль, одна из пластин покрыта слоем диэлектрической пленки, а с наружной стороны на ней установлен контактный элемент. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для измерения артериального давления, содержащее первый и второй датчики пульсовой волны и блок обработки, состоящий из фазового компаратора, аналого-цифрового преобразователя, тактового генератора и блока питания, отличающееся тем, что датчики пульсовой волны выполнены емкостными, а в блок обработки введены последовательно соединенные первый преобразователь емкость напряжение, пиковый детектор и аналоговый коммутатор, второй вход которого соединен с выходом фазового компаратора, первый вход которого подключен к второму выходу первого преобразователя емкость напряжение, входами соединенного с выходами первого датчика пульсовой волны, задатчик, соединенный с третьим входом аналогового коммутатора, второй преобразователь емкость напряжение, входами подключенный к выходам второго датчика пульсовой волны, выходом к второму входу фазового компаратора, соединенные между собой блок ввода-вывода информации, индикаторное устройство и регистратор, причем входы-выходы аналогового коммутатора и блока ввода-вывода информации соединены между собой, а их входы синхронизации соединены с выходами тактового генератора и с одноименными входами преобразователей емкость напряжение. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок ввода-вывода информации включает в себя запоминающее устройство, аналого-цифровой преобразователь, программируемый таймер и микроЭВМ, объединенные между собой входами синхронизации, соединенными с выходом тактового генератора, а информационными входами и выходами через информационную шину соединенные с индикаторным устройством и регистратором. 3. Емкостный датчик, содержащий электропроводящие пластины, жестко закрепленные одна относительно другой, отличающийся тем, что пластины выполнены прямоугольными пружинистыми дугообразными, образующими в совокупности эллипс, причем на внешней стороне одной из пластин закреплен контактный элемент и эта пластина покрыта диэлектрической пленкой.