СПОСОБ НЕИНВАЗИВНОЙ ПУЛЬСОВОЙ ДИАГНОСТИКИ СЕРДЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПАЦИЕНТА И ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПУЛЬСОВОЙ ВОЛНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ЭТОГО СПОСОБА Российский патент 2010 года по МПК A61B5/02 

Описание патента на изобретение RU2393759C1

Область применения

Изобретение относится к медицине и может быть использовано, главным образом, для получения экспресс-информации о состоянии сердечно-сосудистой системы.

Предпосылкой хороших результатов лечения является раннее распознавание характера патологии сердечно-сосудистой системы путем умелого использования клинических, лабораторных и инструментальных методов диагностики.

Как известно, артериальная система представляет собой систему связанных эластичных резервуаров жидкости с высоким давлением. При сокращении левого желудочка порция крови резко выбрасывается в аорту, вызывая значительное ее расширение и, по мере распространения пульсовой волны, расширение всего артериального русла.

Колебательные процессы, возникающие в сосудистой системе, полностью определяются рядом физических параметров сосудистой системы, которые и отражают ее текущее физическое состояние "реактивности" сосудистой системы, т.е. масса движущегося столба крови и растяжимость артерий соответствующих участков системы будут определять амплитуды, фазы и периоды возникающих частотных составляющих колебаний давления.

Известен ультразвуковой импульсный доплеровский способ определения скорости движения крови в отдельных точках просвета сосуда, позволяющий построить распределение скорости по сечению, что позволяет, не вводя датчик в сосуд, получить практически мгновенное распределение скоростей движения крови по сечению сосуда с последующей визуализацией в виде графика.

Однако этот многообещающий способ до конца не разработан и объем собранных с его помощью данных о картинах кровотока в артериях пока невелик.

Известен способ измерения скорости распространения пульсовой волны (см. Г.С.Айзен. Некоторые современные методы исследования аппарата кровообращения. Горький, 1961, стр.57), основанный на синхронной регистрации электрокардиограммы и периферической сфигмограммы, при котором определяют время запаздывания начала пульсового подъема сфигмограммы (периферический пульс) от вершины зубца S II стандартного отведения электрокардиограммы (центральный пульс) в секундах, причем для расчета скорости распространения пульсовой волны измеряют расстояние от яремной вырезки грудины до месторасположения датчика пульса.

Известен способ определения скорости распространения пульсовой волны по аорте (см. Клинические исследования лекарственных средств в России, 2000, №1, стр.13-15, Blacher J., Safar М.Е. Скорость пульсовой волны - новый фактор риска сердечно-сосудистых осложнений), основанный на синхронной регистрации двух доплерограмм при помощи двухканального доплерографа, при одновременной регистрации кровотока в дуге аорты и бедренной артерии, рассчитывают время задержки пульсовой волны между двумя точками регистрации.

Недостатками известного способа является необходимость использования двухканального доплерографа.

Известен способ оценки скорости пульсовой волны (см. Asmar R., Benetos A., Topouchian J. et all. Assessment of Arterial Distensibility by Automatic Pulse Wave Velocity Measurement (Validation and Clinical Application Studies) // Hypertension, 1995, v.26, p.p.485-490), предусматривающий одновременную регистрацию сфигмограмм с сонной, бедренной и лучевой артерий, причем приемники (датчики) пульса устанавливаются: на сонной артерии - на уровне верхнего края щитовидного хряща (лучше пальпировать пульсацию на участке шеи в месте, где трахея и кивательная мышца соприкасаются), на бедренной артерии - в месте выхода ее из-под пупартовой связки (лучше несколько ниже связки, для лучшей регистрации сигнала), на лучевой артерии - в месте пальпации пульса, определяют длину отрезка артерии между приемниками пульса, а также время запаздывания пульса на дистальном отрезке артерии по отношению к центральному пульсу, которое определяется обычно по расстоянию между началами подъема кривых центрального и периферического пульса или по расстоянию между местами изгиба на восходящей части сфигмограмм, по определенной длине участка исследуемой артерии (L), и время запаздывания (t), рассчитывают скорость пульсовой волны для данного сосуда (L/t, м/с), в автоматических системах, типа компьютерной приставки Colson (Complior), определение временного показателя осуществляется соответствующей заданной программой, причем измерения повторяют и рассчитывают среднее время задержки не менее чем за 10 сердечных циклов, при проведении исследования с помощью данного прибора необходимо учитывать, что результаты можно считать объективными при коэффициенте репрезентативности не менее 0,890 и коэффициенте повторяемости 0,935 соответственно.

Известен осциллометрический способ измерения пульсовой волны Артериограф Arteriograph (см. http://www.oberon-moscow.ru/c2-8-1.html), предусматривающий регистрацию пульсовой волны в плечевой артерии манжетами с пьезорезистивными датчиками, аналого-цифровую обработку сигнала, расчет и визуализацию показателей, характеризующие состояние сердечно-сосудистой системы (индекс аугментации, частоту сердечных сокращений, скорость пульсовой волны в аорте, систолический индекс площади сердечного цикла, диастолический индекс сердечного цикла, площадь диастолического отражения, систолическое артериальное давление, диастолическое артериальное давление, среднее артериальное давление, пульсовое давление, длительность периода изгнания левого желудочка).

Сфигмографический метод по-прежнему занимает значительное место в силу своей доступности и простоты.

Известен способ формирования сигнала пульсовой волны (см. патент RU №2249430, МПК А61В 5/0295, публикация 2005.04.10), заключающийся в облучении контролируемого участка кровенесущей ткани световым потоком, приеме рассеянного светового потока, промодулированного изменением кровенаполнения в сосудах и капиллярах кровенесущей ткани, и формировании электрического сигнала пульсовой волны, причем формируют сигнал смещения светоизлучающего и светоприемного датчиков оптоэлектронного преобразователя относительно контролируемого участка кровенесущей ткани по разнице текущего и предыдущего значений сигналов импеданса контролируемого участка и при наличии его формируют сигнал запрета на прохождение электрического сигнала пульсовой волны для исключения помех от артефактов движения из дальнейшей его обработки.

Известны аппарат и способ для диагностики и мониторинга циркуляции крови (см. патент US №5730138, МПК А61В 05/024, публикация 1998.03.24), предусматривающий измерения формы волны кровяного давления (пульсовая волна) в артерии пациента, анализ частотных составляющих пульсовой волны при сравнении образцов каждой резонансной составляющей пульсовой волны с образцами нормальной пульсовой волны для определения возможного дисбаланса распределения крови пациента, в соответствии с этим дисбалансом проводят диагноз на основе принципов китайской традиционной медицины, согласно которому каждая гармоника в пульсовой волне соответствует определенному меридиану, включающему определенные органы.

Аппарат для диагностики и мониторинга циркуляции крови включает устройство анализа амплитуды и фазы резонансных частот на базе компьютера и датчик, прикладываемый к артерии. Однако понятие "нормальной" пульсовой волны является относительным, поэтому поставленный диагноз является малодостоверным. Также в данном техническом решении не проработан способ корректного выделения составляющих пульсовой волны.

Известен аппаратно-программный комплекс для пальцевой фотоплетизмографии Акутест FPG (см. http://www.tokranmed.ru/apc_fpg.htm), содержащий регистрирующий блок, реализованный в виде источника инфракрасного некогерентного света и фотоприемного устройства; блок оцифровки полученных данных, связанного с компьютером через USB-порт; а также интерфейсную часть (программа), регистрирующая графические изменения пульсовой волны в режиме реального времени (программные возможности изменения чувствительности фотоплетизмографа, регистрации мгновенных значений частоты сердечных сокращений, общего времени записи фотоплетизмограммы).

Достигается высокая чувствительность, достоверность и хорошая воспроизводимость показателей пальцевой фотоплетизмографии, дающая возможность объективизировать динамическую оценку у наблюдаемых пациентов изменений функционального состояния отдельных звеньев и в целом состояния сердечно-сосудистой системы и влияния на нее центральных отделов нервной и вегетативной нервной системы.

Предлагаемый комплекс для пальцевой фотоплетизмографии требует наличия датчиков с двух сторон, позволяющих измерять только на ограниченных участках тела пациента, таких как кончики пальцев и мочки ушей.

Известно устройство для формирования сигнала пульсовой волны (см. патент RU №2249430, МПК А61В 5/0295, публикация 2005.04.10), содержащее оптоэлектронный преобразователь, включающий светоизлучающий и светоприемный датчики и формирователь сигнала пульсовой волны, вход которого подключен к выходу светоприемного датчика, причем блок формирования сигнала смещения содержит два измерительных электрода, подключенных к раздельным входам измерителя импеданса, выход которого прямо и через блок задержки соответственно соединен с раздельными входами компаратора, выход которого, являющийся выходом блока формирования сигнала смещения, подключен к управляющему входу ключа, а информационный вход ключа соединен с выходом формирователя пульсовой волны.

Светоизлучающий и светоприемные датчики оптоэлектронного преобразователя и измерительные электроды жестко связаны друг с другом и расположены на поверхности телефонного наушника.

Раскрытие изобретения

Для более полного понимания сущности предлагаемого технического решения приводим уточняющие термины, употребляемые для его описания:

FR-4 - Flame Retardant 4 - стандарт печатных плат, стеклотекстолит FR-4 MC-100EX/MS, традиционный материал (подложка) FR-4 для производства печатных плат;

Phase detector - фазовый детектор;

Connector - соединитель;

USB - Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина, предназначенная для подключения периферийных устройств четырехпроводным кабелем, при этом два провода (витая пара) в дифференциальном включении используются для приема и передачи данных, а два провода - для питания периферийного устройства;

Differential accumulator - дифференциальный накопитель;

Instrumentation amplifier - инструментальный усилитель;

Analog adder - аналоговый сумматор;

Source+1.25V - источник постоянного напряжения смещения;

СХО - crystal oscillator - кварцевый генератор;

OSC - oscillator - зондирующий импульсный генератор;

Bluetooth module - модуль беспроводной передачи сигнала;

ADC - analog to digital converter - аналого-цифровой преобразователь;

MCU - MicroController Unit - микроконтроллер;

Accumulator - аккумулятор;

Button - кнопка;

LED - light emitting diode - светодиод;

LDO - Low DropOut - стабилизатор с малым падением напряжения;

КПК - карманный персональный компьютер, коммуникатор, смартфон;

пульсовая волна, либо колебательное изменение диаметра или объема артериальных сосудов, обусловлена волной повышения давления, возникающей в аорте в момент изгнания крови из желудочков; в это время давление в аорте резко повышается и стенка ее растягивается, а волна повышенного давления и вызванные этим растяжением колебания сосудистой стенки с определенной скоростью распространяются от аорты до артерий и капилляров, где пульсовая волна гаснет;

PWV - Pulse Wave Velocity - скорость распространения пульсовой волны - гемодинамический показатель: скорость перемещения волны давления, вызванной систолой сердца, по аорте и крупным артериям, кроме того, скорость пульсовой волны не связана со скоростью тока крови в сосудах и зависит только от упругости стенок сосудов, причем скорость пульсовой волны приблизительно равна 5-10 м/с; скорость распространения пульсовой волны в аорте может быть определена из расчета временного интервала между появлением пульсовой волны в сонной артерии и бедренной, а также исходя из того, что скорость V пульсовой волны, по разнице времени dT между пульсовой волной первого и второго датчиков и известному (измеренному) расстоянию S между датчиками: V=S/dT;

пульсовая кривая иллюстрирует характер притока крови в артериальную систему, который зависит, в свою очередь, от сократительной способности миокарда и функции клапанного аппарата сердца;

датчик (сенсор) - термин систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал;

сфигмоманометр (тонометр) - прибор для измерения артериального давления, состоящий из манжеты, надеваемой на руку пациенту, устройства для нагнетания воздуха в манжету и манометра, измеряющего давление воздуха в манжете, причем сфигмоманометр оснащается либо стетоскопом, либо электронным устройством, регистрирующим пульсации воздуха в манжете;

сфигмография - запись колебаний стенок артерий (пульса) с помощью сфигмографа, по которой судят об изменении кровяного давления в артерии в ритме сердечных сокращений;

кривая артериального пульса - сфигмограмма - сходна с кривой, полученной при прямой записи артериального давления, причем на кривой давления в аорте и на сфигмограмме центральной артерии (например, на каротидной сфигмограмме) видны крутая восходящая часть - анакрота - и более пологая нисходящая часть - катакрота, на которой имеется выемка (инцизура), соответствующая закрытию аортального клапана, по мере удаления от сердца (то есть при регистрации периферического пульса) инцизура сглаживается, но появляется выраженная дикротическая волна;

фотоплетизмография - диагностический метод графического изучения кровенаполнения тканей в динамике (периферической гемодинамики);

пульсоксиметр - прибор для регистрации фотоплетизмографии;

кровяное давление - это давление, которое оказывает кровь на впередилежащую порцию крови и стенку сосуда, причем причина возникновения давления заключается в несоответствии объема поступающей крови объему сосудистого русла;

артерии - сосуды, несущие кровь от сердца к органам, оболочки артерий делятся на внутреннюю оболочку (эндотелиальная, покрыта тонким слоем эпителиальных клеток), среднюю оболочку (состоящая из эластических волокон и клеток гладкой мышечной ткани) и наружную оболочку (соединительно-тканная);

окклюзия - закупорка, зажатие;

кровяное давление - давление, которое кровь оказывает на стенки кровеносных сосудов, либо превышение давления жидкости в кровеносной системе над атмосферным, причем давление крови определяется объемом крови, перекачиваемым в единицу времени сердцем и сопротивлением сосудистого русла, поскольку кровь движется под влиянием градиента давления в сосудах, создаваемого сердцем, то наибольшее давление крови будет на выходе крови из сердца (в левом желудочке), несколько меньшее давление будет в артериях, еще более низкое - в капиллярах, а самое низкое - в венах и на входе сердца (в правом предсердии);

артериальный пульс - ритмические колебания стенки артерии, обусловленные повышением давления в период систолы;

артериальное давление - это давление крови в крупных артериях человека, причем различают два показателя артериального давления;

систолическое (верхнее) артериальное давление - это уровень давления крови в момент максимального сокращения сердца;

диастолическое (нижнее) артериальное давление - это уровень давления крови в момент максимального расслабления сердца;

при диастоле происходит обратный процесс - кровеносный сосуд сокращается и продвигает кровь вперед, тем самым "дорабатывая" усилие сердца; таким образом, под влиянием пульсирующего изменения давления крови возникают колебания стенки сосуда - пульсовая волна, причем эластичность артериальной стенки оказывает существенное влияние на пульсовое давление и распространение пульсовой волны, причем чем более эластична стенка и чем больше вязкость крови, тем быстрее ослабевает пульсовая волна, также ее ослаблению способствует сужение артерий и ветвление артериального дерева, чем меньше растяжимость артерий, тем больше скорость пульсовой волны;

частота сердечных сокращений - число электрических возбуждений миокарда, ведущее к последующему сокращению сердечной мышцы, выражается целым числом за 1 минуту;

артериальное пульсовое давление - разность между систолическим и диастолическим давлением;

артериолы, регулирующие кровоток через данный орган, сами находятся в тканях данного органа, артериолы и гладкая мускулатура в их стенках подвергаются действию химического состава интерстициальной жидкости органа, который они снабжают;

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание универсальной конструкции для пульсовой диагностики сердечной деятельности пациента.

Техническим результатом изобретения является возможность измерения сигнала пульсовой волны прикладыванием датчика к одной стороне тела пациента.

Технический результат способа достигается способом неинвазивной пульсовой диагностики сердечной деятельности пациента и измерения скорости пульсовой волны, предусматривающим съем параметров движения пульсовой волны, регистрируемых на поверхности кожного покрова в зоне выхода сонной и лучевой артерий посредством микрополосковых линий, по которым распространяется высокостабильный зондирующий сверхширокополосный радиосигнал (СШП), детектирование в фазовом детекторе изменения параметров сигналов на выходе микрополосковых линий, усиление, аналого-цифровое преобразование и первичную обработку сигнала в микроконтроллере, передачу этого сигнала в систему обработки сигнала и визуализации для диагностики сердечного ритма, скорости пульсовой волны и формирования отчета для представления значений измеренных параметров пульсовых волн.

Технический результат устройства достигается устройством измерения скорости пульсовой волны, содержащим устройства первого и второго сенсоров, связанных соединительным звеном - кабелем, отличающееся тем, что устройство первого сенсора выполнено в виде последовательно соединенных кварцевого генератора, первого зондирующего импульсного генератора и первой микрополосковой линии, причем выходы первой микрополосковой линии и первого зондирующего импульсного генератора подключены соответственно к входам первого фазового детектора, выход которого связан с последовательно соединенными первым дифференциальным накопителем, первым инструментальным усилителем и первым аналоговым сумматором, второй вход которого подключен к первому источнику постоянного напряжения смещения, а устройство второго сенсора выполнено в виде последовательно соединенных второго зондирующего импульсного генератора и второй микрополосковой линии, причем выходы второй микрополосковой линии и второго зондирующего импульсного генератора подключены соответственно к входам второго фазового детектора, выход которого связан через последовательно соединенные второй дифференциальный накопитель, второй инструментальный усилитель и второй аналоговый сумматор, второй вход и выход которого подключены соответственно ко второму источнику постоянного напряжения смещения и к первому входу аналого-цифрового преобразователя, шина выхода которого соединена с шиной входа микроконтроллера, выходная шина которого связана с входной шиной модуля беспроводной передачи сигнала на внешнее устройство обработки сигнала и визуализации, кроме того, на внешнее устройство обработки сигнала и визуализации, кроме того вход второго зондирующего импульсного генератора соединен с одним из выходов микроконтроллера для подачи сигнала тактовой частоты кварцевого резонатора микроконтроллера, а выход первого аналогового сумматора устройства первого сенсора связан со вторым входом аналого-цифрового преобразователя.

Соединительное звено - кабель, выполнен в виде скручивающего кабеля с нанесенными рисками для измерения расстояния между устройствами первого и второго сенсоров, связанных через разъемы USB.

Устройство второго сенсора включает в себя подзаряжаемый аккумулятор.

Первый и второй зондирующие генераторы генерируют короткоимпульсный СШП сигнал с центральной частотой 6.5 ГГц, шириной полосы сигнала 500 МГц по уровню - 10 дБ.

Микрополосковая линия выполнена в виде отрезка копланарной полосковой линии, закрытой полимерным экраном.

Сущностью изобретения является то, что использование оригинальной конструкции микрополосковых датчиков в виде микрополосковых линий, перекрывающих значительную область залегания сонной, лучевой либо других артерий, по которой движется пульсовая волна в области распространения высокостабильного СШП импульса, позволило неинвазивным методом без использования окклюзионных манжет осуществить регистрацию параметров скорости пульсовой волны при изменении поперечного сечения артерии, при возможности измерения с одной стороны тела пациента.

Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые совместно с известными признаками позволяют успешно реализовать поставленную цель.

На фиг.1 и 2 приведены структурные схемы предложенного технического решения устройств первого и второго сенсоров (датчиков); на фиг.3 изображен комплект предлагаемого устройства; на фиг.4 - поперечный срез структуры полосковой линии с силовыми линиями Е и Н электромагнитной волны; на фиг.5а - параметры среды изменяются по закону Fa(t), на фиг.5б - параметры среды преобразуются в сигнал Fd(t), пропорциональный закону Fa(t); на фиг.6 показан пример биоинформационного отчета, выводимого посредством устройства выведения биоинформации.

Состав устройства:

1 - кварцевый генератор;

2, 21 - первый и второй зондирующие СШП импульсные генераторы;

3, 31 - первая и вторая микрополосковые линии (датчики);

4, 41 - первый и второй фазовые детекторы;

5, 51 - первый и второй дифференциальные накопители;

6, 61 - первый и второй инструментальные усилители;

7, 71 - первый и второй аналоговые сумматоры с первым и вторым источниками постоянного напряжения смещения;

8 - аналого-цифровой преобразователь;

9 - микроконтроллер;

10 - модуль передачи сигнала;

11 - источник питания (аккумулятор);

12 - источник постоянного напряжения питания;

13, 131 - первый и второй полимерные экраны;

14 - устройство обработки сигнала и визуализации (персональный компьютер либо карманный персональный компьютер - КПК с заданным программным обеспечением);

15, 151 - устройство первого и второго сенсоров;

16 - соединительное звено - скручивающийся кабель, с нанесенными рисками для измерения расстояния между датчиками;

17, 171 - первая и вторая манжеты (используемые не для окклюзирования артерии, а как всякое приспособление либо часть какого-нибудь устройства в форме кольца, круга, обода).

Способ неинвазивной пульсовой диагностики сердечной деятельности пациента и измерения скорости пульсовой волны заключается в следующем.

В основу работы датчиков 3, 31 заложена зависимость процесса распространения СВЧ электромагнитной волны по полосковым линиям от внешних условий: от свойств, прилегающей к датчикам 3, 31, среды; расположения силовых линий электромагнитной волны.

В датчиках 3, 31 применена копланарная полосковая линия, представляющая собой полосковую линию передачи, в которой электромагнитная волна распространяется вдоль щелей между проводящими поверхностями, находящимися в одной плоскости (см. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств, под редакцией В.И.Вольмана. Москва, Радио и связь, 1982, стр.81).

На фиг.4 приведен поперечный срез структуры полосковой линии с силовыми линиями Е и Н электромагнитной волны, причем силовые линии поля Е и Н простираются на некотором удалении над и под металлическим проводящим слоем отрезков полосковых линий 3, 31, а характеристики среды, через которую проходят силовые линии, влияют на передаточную функцию полосковых линий 3, 31. В общем случае передаточная функция линии (см. Г.Джонсон, М.Грэхом. Высокоскоростная передача цифровых данных. Москва, 2005, стр.90) может быть выражена в виде:

K=е-l(α+jβ),

где α - коэффициент затухания;

β - коэффициент фазы;

l - длина линии.

Коэффициенты α и β зависят в том числе и от параметров внешней среды, через которую проходят силовые линии поля Е и Н. Изменение во времени параметров среды по закону F(t) приводит к изменению во времени коэффициентов: α(t) и β(t), что влечет изменение во времени передаточной функции линии K(t).

Подавая на вход полосковых линий 3, 31 высокостабильный СШП высокочастотный сигнал SВХ с импульсных генераторов 2, 21 с неизменяющимися во времени параметрами, на выходе линий регистрируется высокочастотный сигнал SВЫХ(t)=SВХ·K(t), имеющий изменение во времени таких параметров, как амплитуда A(t) и фаза φ(t). Закон изменения этих параметров пропорционален закону изменения передаточной функции полосковых линий 3, 31 K(t), а следовательно, и закону изменения параметров внешней среды F(t).

Датчик детектирует изменение параметров сигнала на выходе линии SВЫХ(t). В результате на выходе датчика получается сигнал в виде функции, пропорциональной функции изменения во времени внешней среды F(t).

Область измерения датчика расположена в зоне нахождения силовых линий поля сигнала, распространяющегося по полосковой линии. Если эту область приложить к руке человека в месте выраженной поверхностной пульсации артерии (например, в области запястья), то параметры среды будут изменяться по закону Fa(t), описывающему изменение размеров артерии во времени при прохождении пульсовой волны.

Описанным выше образом датчик преобразует это изменение в сигнал Fd(t), пропорциональный закону изменения Fa(t) (см. фиг.5а, б).

Устройство для измерения скорости пульсовой волны пациента осуществляется следующим образом.

В систему обработки сигнала и визуализации на базе персонального компьютера либо КПК с заданным программным обеспечением, используя блок ввода/управления, вводится личная информация обследуемого пациента, включающая в себя имена обследованных субъектов, возраст, пол, рост и вес, а в соответствии с заранее заданной формулой на основании значения роста определяется соответствующая длина кровеносного сосуда посредством измерения расстояний между участками прикрепления манжет 17 и 171. Для измерения расстояния применяется соединительный кабель 16 с нанесенными рисками.

Закрепление манжеты 17 с устройством первого сенсора 15, обследуемого пациента, осуществляется на участке пульсации сонной артерии шеи (регистрируют пульсацию сонной артерии) и второй манжеты 171 с устройством второго сенсора 151 плотно прилегающей к тыльной поверхности запястья лучевой артерии (регистрируют пульсацию лучевой артерии), причем манжеты, различаемые по конфигурации 17 и 171, могут быть прикреплены посредством фиксатора типа "липучка" либо другим способом, причем устройства первого и второго сенсоров 15, 151 подключены соединительным звеном - скручивающимся кабелем, с нанесенными рисками 16 для измерения расстояния между датчиками 3, 31 между собой, источником питания которых является аккумулятор 11.

При подаче питающего напряжения от аккумулятора 11 кварцевый генератор 1 частотой f1 и частота fT кварцевого резонатора микроконтроллера 9 возбуждают зондирующие импульсные генераторы 2 и 21, сигнал зондирования которых представляет собой радиоимпульсы длительностью τ1 и τ2, частотой заполнения F1 и F2, скважностью θ1 и θ2, распространяющиеся по микрополосковым линиям 3 и 31, которые контактируют с сонной и лучевой артериями пациента, пульсовая волна которых влияет на условия распространения сигнала (амплитуду и фазу) в микрополосковых линиях 3 и 31. После прохождения сигнала через фазовые детекторы 4 и 41 в дифференциальных накопителях 5 и 51 выделяется сигнал, соответствующий форме внешнего воздействия пульсовой волны. Первый инструментальный усилитель 6 увеличивает амплитуду сигнала, причем в аналоговых сумматорах 7 и 71 добавляют к полученному сигналу постоянную составляющую для функционирования аналого-цифрового преобразователя 8. Микроконтроллер 9 производит обработку сигналов одного либо совместно обоих сенсоров, записывает сигнал пульсовой волны в памяти хранения и далее выдает сигнал через модуль беспроводной передачи сигнала 10 на внешнее устройство визуализации 14, на базе персонального компьютера либо КПК с заданным программным обеспечением для диагностики сердечного ритма.

Согласно международным нормам безлицензионного использования спектра частот для СШП сигналов был использован маломощный короткоимпульсный СШП сигнал с центральной частотой 6.5 ГГц и шириной полосы сигнала 500 МГц по уровню - 10 дБ, наиболее чувствительный к изменениям параметров внешней среды, а выбранный диапазон частот позволяет реализовать схемотехнику датчиков на дешевых подложках - стеклотекстолит типа FR-4.

Внешнее устройство визуализации и обработки информации 14 выводит биоинформацию обследованного субъекта в виде отчета в заданном формате (см. фиг.6) на основании результатов измерений параметров пульсовых волн.

Использование в качестве устройства визуализации и обработки информации 14 персонального компьютера либо КПК позволяет значительно удешевить и сделать более универсальной и масштабируемой всю систему в целом.

Технико-экономическая эффективность предложенного решения проявляется в дешевых, при массовом производстве, завершенных в технологическом отношении предложенных модулях и заданном программном обеспечении для персонального компьютера либо КПК. Их широкомасштабное использование поможет решить проблемы доступного (по ценовому решению) и массового контроля и диагностики биологической информации, что может способствовать раннему обнаружению физических нарушений и отклонений, связанных с деятельностью сердечно-сосудистой системы человека.

Похожие патенты RU2393759C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПУЛЬСОВОЙ ДИАГНОСТИКИ СЕРДЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 2005
  • Климашов Борис Михайлович
  • Смагин Валерий Александрович
  • Голубев Юрий Сергеевич
  • Клепов Евгений Юрьевич
RU2296501C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛАСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРОВЕНОСНЫХ СОСУДОВ 2010
  • Буянов Евгений Сергеевич
  • Кац Борис Маркович
  • Спирин Андрей Владимирович
  • Старшов Андрей Михайлович
RU2451484C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПУЛЬСОВОЙ ВОЛНЫ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ КРОВИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2012
  • Нестеров Владимир Петрович
  • Бурдыгин Антон Игоревич
  • Конради Александра Олеговна
  • Нестеров Сергей Владимирович
RU2511453C2
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПУЛЬСОВОЙ ВОЛНЫ ПО МОЗГОВЫМ АРТЕРИЯМ 2004
  • Засорин Сергей Владимирович
  • Куликов Владимир Павлович
  • Михальков Дмитрий Федорович
  • Сергиенко Игорь Анатольевич
RU2269935C2
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ СОСУДИСТОГО РЕМОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ АРТЕРИАЛЬНОЙ ГИПЕРТОНИИ 2008
  • Фомин Федор Юрьевич
  • Назарова Ольга Анатольевна
  • Масленникова Ольга Михайловна
  • Березина Анна Михайловна
  • Шубин Алексей Борисович
RU2377950C2
СПОСОБ ПУЛЬСОМЕТРИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ И ХАРАКТЕРА ВЕГЕТАТИВНОЙ РЕГУЛЯЦИИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА 2004
  • Нестеров Владимир Петрович
  • Бурдыгин Антон Игоревич
  • Нестеров Сергей Владимирович
RU2268639C2
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПУЛЬСОВОЙ ВОЛНЫ 2013
  • Лавров Лев Михайлович
  • Кудряшов Евгений Александрович
RU2542093C1
Способ непрерывной неинвазивной адаптивной регистрации центрального артериального давления и устройство для его реализации 2020
  • Прозоров Александр Александрович
  • Бугаев Виктор Иванович
RU2755273C1
СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПУЛЬСОВОЙ ВОЛНЫ, АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ, ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА, СОДЕРЖАНИЯ ГЕМОГЛОБИНА В КРОВИ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИХ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1994
  • Ус Н.А.
RU2118122C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПУЛЬСОВОЙ ВОЛНЫ ДИСТАНЦИОННЫМ МЕТОДОМ 2013
  • Усанов Дмитрий Александрович
  • Постельга Александр Эдуардович
  • Скрипаль Анатолий Владимирович
  • Кащавцев Евгений Олегович
  • Дорошенко Алексей Алексеевич
RU2562446C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 393 759 C1

Реферат патента 2010 года СПОСОБ НЕИНВАЗИВНОЙ ПУЛЬСОВОЙ ДИАГНОСТИКИ СЕРДЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПАЦИЕНТА И ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПУЛЬСОВОЙ ВОЛНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ЭТОГО СПОСОБА

Изобретение относится к медицине, а именно может быть использовано для получения информации о состоянии сердечно-сосудистой системы. Способ диагностики и измерения заключается в съеме параметров движения пульсовой волны, регистрируемых на поверхности кожного покрова в зоне выхода сонной и лучевой артерий посредством микрополосковых линий. В фазовом детекторе детектируют изменения параметров сигнала на выходе микрополосковой линии. Затем сигнал усиливают, производят его аналого-цифровое преобразование и первичную обработку в микроконтроллере. Передают сигнал в систему обработки сигнала и визуализации для диагностики сердечного ритма, скорости пульсовой волны и формирования отчета для представления значений измеренных параметров пульсовых волн. Устройство измерения содержит устройства первого и второго сенсоров, связанных соединительным звеном - кабелем. При этом устройства первого и второго сенсоров включают: зондирующий импульсный генератор, микрополосковую линию, фазовый детектор, дифференциальный накопитель, инструментальный накопитель, аналоговый сумматор. Устройство первого сенсора дополнительно содержит кварцевый генератор. Устройство второго сенсора дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь. Устройство измерения также содержит микроконтроллер и модуль беспроводной передачи сигнала на внешнее устройство обработки сигнала и визуализации. Использование изобретения позволяет повысить универсальность проведения измерения пульсовой волны. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула изобретения RU 2 393 759 C1

1. Способ неинвазивной пульсовой диагностики сердечной деятельности пациента и измерения скорости пульсовой волны, предусматривающий съем параметров движения пульсовой волны, регистрируемых на поверхности кожного покрова в зоне выхода сонной и лучевой артерий посредством микрополосковых линий, по которым распространяется высокостабильный зондирующий сверхширокополосный радиосигнал, детектирование в фазовом детекторе изменения параметров сигнала на выходе микрополосковых линий, усиление, аналого-цифровое преобразование и первичную обработку сигнала в микроконтроллере, передачу этого сигнала в систему обработки сигнала и визуализации для диагностики сердечного ритма, скорости пульсовой волны, и формирования отчета для представления значений измеренных параметров пульсовых волн.

2. Устройство измерения скорости пульсовой волны, содержащее устройства первого и второго сенсоров, связанных соединительным звеном - кабелем, отличающееся тем, что устройство первого сенсора выполнено в виде последовательно соединенных кварцевого генератора, первого зондирующего импульсного генератора и первой микрополосковой линии, причем выходы первой микрополосковой линии и первого зондирующего импульсного генератора подключены соответственно к входам первого фазового детектора, выход которого связан с последовательно соединенными первым дифференциальным накопителем, первым инструментальным усилителем и первым аналоговым сумматором, второй вход которого подключен к первому источнику постоянного напряжения смещения, а устройство второго сенсора выполнено в виде последовательно соединенных второго зондирующего импульсного генератора и второй микрополосковой линии, причем выходы второй микрополосковой линии и второго зондирующего импульсного генератора подключены соответственно к входам второго фазового детектора, выход которого связан через последовательно соединенные второй дифференциальный накопитель, второй инструментальный усилитель и второй аналоговый сумматор, второй вход и выход которого подключены соответственно ко второму источнику постоянного напряжения смещения и к первому входу аналогово-цифрового преобразователя, шина выхода которого соединена с шиной входа микроконтроллера, выходная шина которого связана с входной шиной модуля беспроводной передачи сигнала на внешнее устройство обработки сигнала и визуализации, кроме того, вход второго зондирующего импульсного генератора соединен с одним из выходов микроконтроллера для подачи сигнала тактовой частоты кварцевого резонатора микроконтроллера, а выход первого аналогового сумматора устройства первого сенсора связан со вторым входом аналогово-цифрового преобразователя.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что соединительное звено - кабель выполнен в виде скручивающегося кабеля с нанесенными рисками для измерения расстояния между устройствами первого и второго сенсоров, связанных через разъемы USB.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что устройство второго сенсора включает в себя подзаряжаемый аккумулятор.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что первый и второй зондирующие генераторы генерирует короткоимпульсный сверхширокополосный сигнал с центральной частотой 6.5 ГГц, шириной полосы сигнала 500 МГц по уровню - 10 дБ.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что микрополосковые линии выполнены в виде отрезков копланарной полосковой линии, закрытых полимерным экраном.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2393759C1

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПУЛЬСОВОЙ ВОЛНЫ 2003
  • Годунов В.А.
  • Третьяков Д.А.
  • Некрасов Б.Б.
  • Бандурин А.В.
  • Мещеряков Е.В.
RU2249430C1
ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ СРЕДЫ В ЕМКОСТИ С ЭЛАСТИЧНЫМИ СТЕНКАМИ И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ СРЕДЫ 1999
  • Явелов И.С.
RU2176387C2
JP 2004305567 А, 04.11.2004
US 2008177188 А1, 24.07.2008
US 2005267375 A1, 01.12.2005
WO 9717016 А2, 15.05.1997
ЕР 0818175 A1, 14.01.1998.

RU 2 393 759 C1

Авторы

Зиганшин Эдуард Гусманович

Черненко Александр Иванович

Даты

2010-07-10Публикация

2009-02-24Подача