УСТАНОВКА ДЛЯ ПОВЕРКИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ И ЧАСТОТЫ ПУЛЬСА Российский патент 2003 года по МПК A61B5/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной аппаратуре и предназначено для метрологической aттестации средств измерений, в частности измерителей артериального давления и частоты сердечных сокращений (частоты пульса).

Измерению артериального кровяного давления и частоты пульса во врачебной практике придают большое значение.

Известен звуковой способ измерения Короткова А.С. Довольно простому в использовании аскультативному способу присущи недостатки - расхождение звуковых данных с истинными величинами кровяного давления, определяемыми непосредственно в кровяном русле, а также чрезвычайную изменчивость максимального и минимального давления от всевозможного рода физиологических влияний (В. А. Макаров. Артериальная осциллография во врачебно-спортивной практике. Государственное издательство медицинской литературы, Медгиз - 1958 - М., стр. 3) - [1].

Известен осциллометрический способ определения кровяного давления, сущностью которого является измерение величины пульсовых размахов артериальной стенки (осцилляций) при различных степенях сдавления ее пневматической манжеткой - [1 - стр. 4].

Более совершенным способом по сравнению с осциллометрией является осциллография, т. е. автоматическая запись на бумажную ленту величины давления в манжетке. Здесь возможно определение величина кровяного давления в условиях шума - [1 - стр. 4-9].

Известна аппаратура для измерения артериального давления и частоты пульса: артериальный осциллограф Серкина Л.Г. и Артериальный осциллограф завода-изготовителя "Красногвардеец" -[1 - стр. 10-13]. В основе работы такой аппаратуры лежит принцип мембранной регистрирующей капсулы. Артериальный осциллограф имеет резиновую мембрану, стержень, воспринимающий колебания мембраны и передающий их на писчик, манжетку, сжимающую артерию, воздушный баллон, резиновые трубки с капиллярными сужениями, насос с краном, кран-сепаратор, краны для быстрого и медленного выпуска воздуха, ртутный манометр с поплавком, несущим приспособление для записи давления, и движущуюся ленту для записи осциллограммы.

Для измерения давления крови, а также частоты пульса аппаратура должна отличаться высокой чувствительностью, точностью измерения и регулирования, портативностью, что делает ее удобной для применения как с научно-исследовательской целью, так и во врачебной практике.

Для обеспечения высоких и точных показателей эта аппаратура подвергается как первичной, так и периодическим поверкам.

Существует методика поверки приборов и преобразователей для измерения давления крови прямым методом, по которой выполняются операции при выпуске из производства, ремонте, эксплуатации и хранении: внешний осмотр; проверка герметичности; проверка работоспособности; определение основной погрешности; определение частоты резонанса.

Установка для поверки и градуировки приборов и преобразователей для измерения давления крови прямым методом paзpaбoтана и аттестована во ВНИИФТРИ (Методика поверки приборов и преобразователей для измерения давления крови прямым методом МИ 91-76, Издательство стандартов, М. - 1976) - [2]. В установку входят пневмопресс - задатчик давления и разрежения, мановакуумметр, генератор переменного давления, усилитель мощности, прибор контроля давления в камере генератора, генератор электрический низкочастотный, вольтметр постоянного тока, вольтметр переменного тока, осциллограф и зонд (катетер или полая игла).

После внешнего осмотра и опробирования проводят определение метрологических параметров.

Основную погрешность прибора определяют путем сравнения его показаний с действительным давлением, устанавливаемым по мановакуумметру с помощью пневмопресса - задатчика давления. Погрешность в нескольких точках отсчета при повышении и понижении давления не должна превышать значения, указанного в технической документации на поверяемое средство.

Частоту резонанса определяют путем подачи на вход поверяемого средства переменного давления синусоидальной формы с постоянной амплитудой и изменяющейся частотой. Блок-схема соединения средств поверки и поверяемого средства состоит из последовательно соединенных низкочастотного генератора, усилителя мощности и генератора переменного давления, прибора контроля давления, вход которого соединен с первым выходом генератора переменного давления, осциллографа, подключенного ко второму выходу усилителя мощности и к прибору контроля давления и вольтметра, при этом вольтметр непосредственно, а генератор через зонд подключены к поверяемому прибору или преобразователю - [2 - стр. 4-6].

При проведении поверки прибора выполняют следующие oперации: зонд подсоединяют к камере генератора переменного давления с помощью специального уплотнительного устройства; камеру первичного преобразователя, зонд и камеру генератора переменного давления заполняют жидкостью и с помощью имеющихся кранов изолируют от атмосферного давления, после чего проверяют отсутствие пузырьков воздуха в камерах, при наличии пузырьков воздуха сливают жидкость и заполняют камеру заново; используя аттенюатор низкочастотного генератора, на определенной частоте устанавливают выходное напряжение, соответствующее номинальной амплитуде давления; с помощью прибора контроля давления и осциллографа пpoверяют амплитуду и форму кривой давления в камере генератора; увеличивают частоту, добиваясь максимального значения напряжения на выходе поверяемого средства. Частота резонанса должна быть не меньше значения, указанного в технической документации на поверяемое средство.

Недостаток такой блок-схемы заключается в том, что она позволяет поверить только измерители артериального давления.

Для сравнительного анализа с заявляемым изобретением выбрана установка для поверки измерителей артериального давления и частоты пульса автоматических и полуавтоматических OMRON и MARSHALL и другие фирмы "OMRON CORPORATION", предназначенных для измерений систолического и диастолического давления косвенным осциллометрическим методом и частоты пульса пациента (Рекомендация, Государственная система обеспечения единства измерений, Измерители артериального давления и частоты пульса автоматические и полуавтоматические OMRON и MARSHALL, Методика поверки МИ 2582-2000, Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений (ВНИИОФИ) Госстандарта России, М., 2000) - [3].

Для проведения поверки установка содержит следующие средства: прибор для испытаний измерителей артериального давленая, манжеты, цилиндры для компрессионных манжет, имитатор (задатчик) пульсаций давления в компрессионной манжете, жесткие камеры, нагнетатель воздуха, электронные блоки, пневмосистему со специальными металлическими и пластмассовыми штуцерами, трубками, заглушками и переходниками для подключения к пневмосистеме приборов.

После проведения внешнего осмотра прибора проводят опробование прибора, которое выполняют при имитации пульсаций давления, возникающих в компрессионной манжете прибора в процессе измерений систолического и диастолического давления, с помощью имитатора пульсаций давления в компрессионной манжете измерителя артериального давления (ИПДМ) или вpyчнyю путем легкого периодического нажатия на манжету, надетую на цилиндр, для чего подсоединяют прибор к ИПДМ или надевают манжету на цилиндр и подсоединяют манжету к электронному блоку прибора. Согласно указаниям ЭД включают прибор и после самотестирования на экране дисплея появляется информация, свидетельствующая о готовности прибора к paботе. В процессе медленного стравливания или нагнетания воздуха (в зависимости от типа приборов, измеряющих давление во время стравливания из манжеты или нагнетания воздуха в манжету) создают пульсации давления, имитирующие пульсации давления в манжете в процессе измерений систолического и диастлического давления. По окончании цикла измерений на дисплее высвечиваются показания измеряемых давлении и частоты пульса. Проверяют возможность ввода данных в память прибора и последующего вызова их из памяти (для приборов с памятью) и записи их на принтер (для приборов с принтером). Для проверки функционирования переключателя предварительной установки давления подсоединяют манжету к электронному блоку прибора и надевают манжету на цилиндр. С помощью компрессора прибора (для автоматических приборов) или нагнетателя ручного пневматического (для полуавтоматических приборов) создают давление в пневмосистеме прибора.

Для определения основной погрешности прибора при измерениях избыточного давления в компрессионной манжете отсоединяют компрессионную манжету (для автоматических и полуавтоматических приборов) и нагнетатель ручной пневматический (для полуавтоматических приборов) от электронного блока прибора. Согласно указаниям ЭД эталонного средства измерений (ЭСИ) и прибора подсоединяют к пневмосистеме электронного блока прибора пневмотестер или другое ЭСИ и жесткую камеру с помощью специальных штуцеров, заглушек и трубок, перекрывающих клапан стравливания прибора. Задают избыточное давление в пневмосистеме прибора, последовательно изменяя его ступенями, и снимают в каждой точке показания прибора и ЭСИ при повышении давления и при снижении давления в зависимости от типа прибора, по которым вычисляют основные абсолютную и относительную погрешности прибора.

Установка требует специальных приспособлений, которые нельзя применять для приборов других типов, кроме того, в электронном блоке поверяемого прибора должны содержаться определенные тестовые программы, не имеющиеся у других приборов.

В процессе поверки, согласно МИ 2582-2000, только на этапе опробования имитируется реально протекающий процесс - измерение давления и частоты пульса у пациента. Это связано с тем, что пульсации, имитирующие артериальные пульсации, подаваемые в воздушную среду манжеты, весьма слабы, и поверяемый прибор может не сработать, тогда процедуру рекомендуется повторять. Заливать в манжету жидкость для усиления воздействия пульсаций нельзя - прибор можно вывести из строя. Поэтому поверку при измерении частоты пульса проводят с применением специальной камеры без манжеты, т.е. происходит отход от имитации реального процесса, что может привести к методической погрешности.

Таким образом, прототипу свойственны недостатки:
- применимость для поверки ограниченного количества типов приборов;
- наличие методической погрешности измерений при поверке, связанной с вынужденным отходом от имитации процесса измерений, происходящего в действительности;
- наличие большого количества разнородных элементов, вызванного необходимостью проведения поверки в одной точке (систолическое, диастолическое давление и частота пульса) за несколько приемов.

Решаемая заявляемым изобретением техническая задача - создание универсальной установки для поверки автоматизированных средств измерений артериального давления и частоты пульса, обеспечивающей расширение диапазона типов поверяемых приборов с обеспечением заданной точности при минимальной трудоемкости и уменьшении временных затpaт.

Поставленная задача решается тем, что установка для поверки автоматизированных средств измерений артериального давления и частоты пульса, содержащая цилиндр, имитирующий руку пациента, для компрессионной манжеты поверяемого средства измерения, рабочий эталон давления, задатчик пульсаций давления, имитирующий частоту пульса, устройство нагнетания воздуха и элементы соединения пневмосистемы, дополнительно содержит блок управления, первый выход которого соединен со входом рабочего эталона, выход которого соединен с первым входом блока управления, второй выход которого соединен со входом задатчика пульсаций давления, задающего частоту пульса на цилиндр из пластичного материала, заполненный жидкой средой, выход которого соединен со вторым входом блока управления, при этом элемент соединения пневмосистемы является входом установки для подключения устройства нагнетания воздуха к рабочему эталону давления и компрессионной манжете поверяемого средства измерений, надетой на цилиндр.

В установке задатчик пульсаций давления содержит кварцевый генератор частоты и электромагнит, стержень которого выполнен с упором в эластичное дно цилиндра для передачи пульсаций давления через масло на манжету с частотой, задаваемой генератором.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где:
1 - цилиндр, имитирующий руку пациента;
2 - компрессионная манжета;
3 - поверяемый прибор (тонометр);
4 - кварцевый генератор;
5 - электромагнит;
6 - блок управления;
7 - рабочий эталон давления;
8 - устройство для нагнетания воздуха;
9 - элемент соединения пневмосистемы.

В установке для поверки автоматизированных средств измерений артериального давления и частоты пульса (УПАД-1) сосуд цилиндрической формы (цилиндр) 1, имитирующий руку пациента, выполнен из эластичного тонкостенного пластика или резины и заполнен деаэрированным техническим маслом. На цилиндр 1 надевается компрессионная манжета 2 поверяемого тонометра 3, который может иметь кaк встроенное, так и обособленное устройство нагнетания воздуха в манжету 8. Задатчик пульсаций давления состоит из кварцевого генератора 4 и электромагнита 5, стержень которого плотно соприкасается с эластичным дном цилиндра 1. Работой установки управляет блок управления 6, собранный на базе персонального компьютера, связанный с кварцевым генератором 4 задатчика пульсаций давления (частоты пульса) и pабочим эталоном давления 7, который обрабатывает поступающую измерительную информацию и выдает управляющие импульсы. Кварцевый генератор частоты 4 имитирует частоту пульса в диапазоне 0,5-4 Гц (30-240 ударов в минуту). Устройство нагнетания воздуха 8 пневмосистемой через элемент соединения 9 (тройник, если устройство нагнетания воздуха в манжету встроенное, или крестовина, если - обособленное) подключено к компрессионной манжете 2 и рабочему эталону давления 7. При таком подключении нагнетаемый воздух с одной стороны подается в манжету 2, с другой - в рабочий эталон 7, представляющий собой измерительный преобразователь давления цифровой (ИПДЦ).

Кварцевый генератор 4 по команде от блока управления 6 задает частоту f₀ колебаний стержня электромагнита 5. Колеблясь, стержень через эластичный цилиндр и масло в цилиндре, передает пульсации давления на манжету 2. Таким образом происходит имитация резонансного пульсирования артерии при измерениях давления.

Поверка тонометров проводится следующим образом.

Задаются значения величин верхнего Р_в и нижнего Р_н артериального давления и частоты пульса f. Данные заводятся в блок управления 6. Воздух от устройства нагнетания 8 поступает и в манжету 2, и в ИПДЦ 7, при этом последний постоянно опрашивается блоком управления 6, и давление нагнетаемого воздуха высвечивается на цифровом индикаторе. Как только давление в манжете 2 превысит установленную величину (обычно она на 20-30% превосходит верхний предел артериального давления), нагнетание воздуха прекращается, открывается выпускной вентиль, и воздух начинает стравливаться, при этом ИПДЦ 7 постоянно опрашивается о величине давления в системе. Как только давление упадет до величины верхнего предела артериального давления Р_в, блок управления 6 дает команду на кварцевый генератор частоты 4, который запускает колебания стержня электромагнита 5 с частотой f. Пульсации давления масла от колебаний стержня воспринимают через манжету 2 тонометром 3, который фиксирует значение P_вт. Воздух продолжают стравливать дальше, и как только давление в системе достигнет нижнего предела артериального давления, поступает команда на прекращение колебаний стержня, и тонометр 3 фиксирует значения P_нт и частоты f_т и выдает их на свой дисплей. Величины Р_вт, Р_нт, f_т сравнивают с эталонными значениями. Воспроизведенные в установке пульсации имеют достаточные энергетические характеристики для их регистрации поверяемым прибором без потерь в отличие от прототипа.

Таким же образом тонометр проверяют еще в нескольких точках и принимают решение о его пригодности или непригодности к применению как средства измерения.

Установка для поверки автоматизированных средств измерений артериального давления и частоты пульса УПАД-1 реализуема и работоспособна. Она разработана и создана в Татарстанском Центре стандартизации, метрологии и сертификации г. Казани.

Изобретение относится к контрольно-измерительной аппаратуре и предназначено для метрологической аттестации средств измерений, в частности измерителей артериального давления и частоты сердечных сокращений (частоты пульса). Установка содержит имитатор пульсаций артериального давления в виде цилиндра, выполненный из эластичного материала и заполненный жидкой средой. На цилиндр надета компрессионная манжета поверяемого средства измерений. Задатчик пульсаций давления состоит из кварцевого генератора и электромагнита, стержень которого плотно соприкасается с дном цилиндра. Работой установки управляет блок управления, связанный с задатчиком пульсаций давления (частоты пульса) и рабочим эталоном давления. Устройство нагнетания воздуха через элемент соединения пневмосистемы подключено к компрессионной манжете и рабочему эталону. Установка позволяет расширить диапазон типов поверяемых приборов с обеспечением заданной точности при минимальной трудоемкости и уменьшении временных затрат. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка для поверки автоматизированных средств измерений артериального давления и частоты пульса, содержащая имитатор пульсаций артериального давления в виде цилиндра и надетой на него компрессионной манжеты поверяемого средства, рабочий эталон давления, задатчик пульсаций давления, устройство нагнетания воздуха, подключенное к компрессионной манжете поверяемого средства через элемент соединения пневмосистемы, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок управления, первые вход и выход которого соединены соответственно с выходом и входом рабочего эталона давления, а вторые вход и выход блока управления соединены с выходом и входом задатчика пульсаций давления, выполненного с возможностью задания частоты пульса на цилиндр, при этом через элемент соединения пневмосистемы устройство нагнетания воздуха подключено к рабочему эталону давления, а цилиндр выполнен из эластичного материала и заполнен жидкой средой. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что задатчик пульсаций давления содержит кварцевый генератор частоты и электромагнит, стержень которого выполнен с упором в цилиндр для передачи пульсаций давления на компрессионную манжету с частотой, задаваемой кварцевым генератором.