УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ОРГАНИЗМЕ Российский патент 1998 года по МПК A61B5/03 

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно, к устройствам для измерения давления в различных частях тела, и может быть использовано, в частности, для непрерывного контроля величины внутричерепного давления при внутричерепных осложнениях.

Известно устройство для измерения давления, содержащее тензометрический датчик давления и присоединенный к нему катетер [1].

Недостатком известного устройства являются его ограниченные функциональные возможности, выражающиеся в том, что его можно применять только для измерения давления в полостях, заполненных жидкостью, что не позволяет использовать его для измерения внутричерепного давления.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения давления, содержащее баллон из гибкого материала, трубку и блок измерения и индикации [21.

Недостатками этого устройства являются низкая надежность и точность измерений, невозможность обеспечения непрерывности измерений из-за необходимости частой калибровки устройства, а также его высокая стоимость.

Известное устройство содержит, кроме того, тензометрический датчик давления, а трубка представляет собой гибкий катетер, соединяющий полость баллона с полостью датчика давления. Устройство содержит также электронную схему калибровки и систему для подкачивания воздуха в полость баллона и выпускания воздуха из него.

Недостатки известного устройства обусловлены следующим.

Так как блок измерения и индикации вместе с электронной системой калибровки и системой для подкачивания и выпускания воздуха занимают значительный объем, то они не могут быть размещены в достаточной близости от больного, поэтому датчик давления соединяется с полостью баллона достаточно длинным катетером. Как правило, объем полости катетера вместе с объемом датчика давления составляет 20-30 см³. В то же время объем баллона из эластичного материала не может быть большим, так как в противном случае он будет сдавливать мозговые ткани. Поэтому при изменении внутричерепного давления происходит выход баллона из рабочего диапазона, то есть баллон либо спадается настолько, что его упругие свойства начинают вносить ошибку в измерения, либо чрезмерно раздувается с теми же последствиями. В результате приходится периодически прерывать процесс измерений и калибровать измерительную систему, подкачивая в нее воздух или откачивая его, чтобы обеспечить поддержание рабочего положения баллона.

Так как заранее неизвестно, когда и на какую величину меняется внутричерепное давление, то калибровку приходится производить достаточно часто, однако даже это не гарантирует, что в период времени между двумя калибровками устройство достоверно показывает величину внутричерепного давления. Кроме того, частая калибровка повышает вероятность того, что резкое увеличение внутричерепного давления возникнет именно в период калибровки, и после включения режима измерений устройство будет сразу же показывать неправильную величину внутричерепного давления. Дело усугубляется также тем, что происходит диффузия воздуха через стенки баллона в мозговые ткани, что также может приводить к выходу баллона из рабочего положения.

Указанные обстоятельства приводят к снижению надежности и точности измерения величины внутричерепного давления и к повышению вероятности возникновения осложнений.

Для реализации периодической калибровки системы требуется сложная электронная аппаратура, что существенно повышает стоимость устройства.

Предлагаемая конструкция позволяет повысить надежность и точность измерения величины давления в организме, в частности внутричерепного давления, и обеспечить непрерывность процесса измерения.

Указанные результаты достигаются тем, что в устройстве для измерения давления, содержащем баллон из гибкого материала, трубку и блок измерения и индикации, отличительной особенностью является то, что баллон заполнен жидкостью, а устройство снабжено резервуаром, соединенным трубкой с баллоном, и средством для индикации перемещения жидкости вдоль трубки.

В предпочтительном варианте выполнения устройства резервуар размещен внутри баллона.

Кроме того, указанные результаты достигаются тем, что средство для индикации перемещения жидкости вдоль трубки содержит два вытянутых электрода, размещенных параллельно оси трубки, и соединенные с ними источник тока и амперметр, при этом жидкость является электропроводной.

В предпочтительном варианте трубка частично размещена внутри резервуара и частично - внутри баллона.

Отличительными признаками заявляемого устройства являются:
- наличие резервуара, соединенного трубкой с баллоном;
- наличие средства для индикации перемещения жидкости вдоль трубки;
- расположение резервуара внутри баллона;
- выполнение средства для индикации перемещения жидкости вдоль трубки в виде двух вытянутых электродов, размещенных параллельно оси трубки, и соединенных с ними источника тока и амперметра;
- наличие в баллоне и части трубки электропроводной жидкости.

Наличие в баллоне и части трубки жидкости и наличие средства для индикации перемещения жидкости вдоль трубки позволяет надежно и точно измерять внутричерепное давление во всем диапазоне его изменения без перекалибровки измерительной системы и без подкачивания воздуха в систему или выкачивания воздуха из нее. В результате отпадает необходимость в дорогостоящей электронной системе калибровки.

Размещение жесткого резервуара внутри баллона позволяет уменьшить габариты сенсорной части устройства. Частичное размещение трубки внутри резервуара и внутри баллона позволяет еще больше уменьшить габариты устройства и предотвратить перекрывание торца трубки стенкой баллона.

Использование в качестве жидкости раствора соли обеспечивает безопасность устройства для организма при случайном повреждении устройства. Заполнение жидкостью баллона, обеспечивая реализацию предлагаемого принципа измерений, устраняет отрицательное влияние диффузии воздуха через стенки баллона на точность измерений.

Выполнение блока измерения и индикации в виде источника постоянного напряжения и амперметра обеспечивает низкую стоимость устройства и малые габариты.

Заявляемое устройство для измерения давления в организме схематично изображено на фиг. 1-4, причем на фиг. 1 дан общий вид устройства со схематичным изображением блока измерения и индикации; на фиг. 2 -разрез II-II на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез III-III на фиг. 2; на фиг. 4 - трубка с электродами в поперечном разрезе.

Устройство для измерения давления в организме содержит баллон 1 из гибкого материала, трубку 2, блок 3 измерения и индикации и жесткий резервуар 4, соединенный трубкой 2 с баллоном 1. На внутренней поверхности трубки 2 на части ее длины размещены друг против друга два пластинчатых электрода 5 и 6, соединенные изолированными проводниками 7 и 8 с блоком 3 измерения и индикации. Полость баллона и часть трубки 2 заполнены электропроводной жидкостью 9.

Блок 3 измерения и индикации содержит источник 10 постоянного напряжения и амперметр 11.

Жесткий резервуар 4 размещен внутри баллона 1, а трубка 2 частично размещена внутри резервуара 4 и частично - внутри баллона 1. Электропроводная жидкость представляет собой 0,9% раствор NaCl или любой другой физиологический раствор. Баллон 1 заполнен жидкостью не до конца, так что его стенки нерастянуты и слегка вдавлены внутрь.

Электроды 5 и 6 в части трубки 2, размещенной в резервуаре 4, доходят до ее торцами именно с этой стороны к ним припаяны проводники 7 и 8. Так как жидкость при используемых давлениях никогда не доходит до этого торца трубки, то есть не попадает в резервуар, это позволяет предотвратить разрушение пайки под действием раствора соли. С другой стороны трубки 2, размещенной внутри баллона, электроды 5 и 6 не доходят до торца на 3-7 диаметров. Это позволяет обеспечить линейность зависимости показаний амперметра от величины давления вокруг баллона 1, так как концевые эффекты на электродах становятся не столь существенными.

Устройство для измерения давления в организме работает следующим образом.

Баллон 1 размещают внутри черепной коробки эпидурально, т.е. между костью черепа и твердой мозговой оболочкой, а изолированные проводники 7 и 8 выводят наружу и подключают к блоку 3 измерения и индикации. Внутричерепное давление без искажения передается жидкости 9 внутри баллона 1, так как стенки баллона нерастянуты и абсолютно пассивны. То же самое давление создается и внутри резервуара 4. При этом если внутричерепное давление больше атмосферного, то воздух в резервуаре 4 в соответствии с законом Бойля-Мариотта несколько уменьшает свой объем. При этом жидкость 9 перемещается по трубке 2 в сторону ее конца, размещенного в резервуаре. Площадь электродов 5 и 6, смоченная жидкостью, увеличивается, поэтому сопротивление жидкости между электродами 5 и 6 уменьшается, а ток через амперметр 11 в соответствии с законом Ома увеличивается. Если внутричерепное давление меньше атмосферного, то столбик жидкости в трубке 2 удаляется от ее конца, размещенного в резервуаре 4, площадь электродов 5 и 6, смоченная электропроводной жидкостью, уменьшается, сопротивление жидкости между электродами 5 и 6 увеличивается, а показания амперметра 11 уменьшаются.

Чем меньше диаметр трубки 2, тем больше чувствительность устройства. Однако при слишком малых диаметрах трубки начинает сказываться гидравлическое сопротивление при перемещении жидкости по трубке, и полоса пропускания устройство уменьшается, то есть высокочастотные колебания давления будут измеряться устройством с меньшей точностью. Чем больше длина трубки, тем больше диапазон измеряемого давления, однако при слишком больших длинах трубки также начинает сужаться полоса пропускания устройства. В то же время в клинической практике часто не нужна высокая частота пропускания, более того, сигнал давления желательно даже сгладить. В этом случае оптимальным будет внутренний диаметр трубки, равный 1-1,5 мм, а длина 30-35 мм.

Если диапазон возможных изменений давления равен dP, а объем трубки - Vt, то объем резервуара Vr определяется из условия
(Po+dP)Vr=Po(Vr+Vt),
откуда Vr > PoVt/dP, где Po- минимальное внутричерепное давление. Так если dP равно 50 мм рт.ст., а Po = 750 мм рт.ст., то для трубки диаметром 1 мм и длиной 30 мм объем резервуара Vr должен быть 300 мм³ или 3 мл.

Первоначальная калибровка устройства обеспечивается путем размещения сенсорной части устройства в герметичную камеру, давление в которой может изменяться и регистрироваться образцовым манометром с достаточной чувствительностью. Еще проще прокалибровать устройство, опуская его сенсорное устройство в сосуд с водой на различную глубину.

По сравнению с устройством-прототипом предлагаемое устройство обеспечивает большую надежность и точность измерений, так как при его использовании предотвращена возможность чрезмерного растяжения или спадания баллона и возникновения ошибки определения внутричерепного давления.

Кроме того, предлагаемое устройство обеспечивает непрерывность измерений, так как оно не требует перекалибровки в процессе работы, что существенно уменьшает возможность возникновения неконтролируемых осложнений, которые могут возникать именно в период калибровки.

Ненужность калибровки делает ненужной электронную систему калибровки, что значительно уменьшает стоимость устройства.

Литература:
1. Инструментальные методы исследования сердечно-сосудистой системы. Под ред. Т.С.Виноградовой. Справочник. М.: Медицина, 1986.

2. Clark K. Continuous simultaneous monitoring of intraventricular and cervical subarachnoid cerebrospinal tvird pressure to medicate development of cerebral or tousillar nerniation. - Journal of Neurosurgery, 1970, 33, р. 145-150.

Устройство используется для непрерывного контроля величины внутри черепного давления и содержит баллон из гибкого материала для размещения внутри черепной коробки, блок измерения, числовой индикации и трубку, соединенную с внутренней полостью баллона. Жесткий резервуар заполнен воздухом и соединен посредством трубки с внутренней полостью баллона, который частично заполнен физиологической жидкостью. Блок регистрации и числовой индикации выполнен в виде устройства для измерения положения столба жидкости, внутри трубки. В частном варианте выполнения устройства резервуар размещен внутри баллона. Блок регистрации и числовой индикации содержит два вытянутых вдоль трубки внутри нее электрода, размещенных параллельно оси трубки, и соединенные с ними источник тока и амперметр. При этом жидкость в баллоне является электропроводной. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для измерения давления, содержащее баллон из гибкого материала для размещения внутри черепной коробки, блок измерения и числовой индикации и трубку, соединенную с внутренней полостью баллона, отличающееся тем, что в него введен жесткий резервуар, заполненный воздухом, баллон из гибкого материала частично заполнен физиологической жидкостью, трубка соединяет внутреннюю полость баллона с внутренней полостью резервуара, а блок регистрации и числовой индикации выполнен в виде устройства для измерения положения столба жидкости внутри трубки. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что резервуар размещен внутри баллона, а трубка частично размещена внутри резервуара, частично - внутри баллона. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок регистрации и числовой индикации содержит два вытянутых вдоль трубки внутри нее электрода, размещенных параллельно оси трубки, и соединенные с ними источник тока и амперметр, а жидкость в баллоне является электропроводной.