ИЗМЕРИТЕЛЬ ПУЛЬСОВОЙ АКТИВНОСТИ Российский патент 2010 года по МПК A61B5/22 H04R1/46 G01L9/06 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к диагностической кардиологической технике, к устройствам исследования гемодинамики, и может быть использовано для косвенного определения параметров артериального давления и функционального состояния человека.

Существующие в настоящее время механические датчики пульса измеряют перемещение стенок сосудов. Наиболее широко используются пьезоэлектрические измерители (пат. США №4066066, МКИ А61В 5/02, НКИ 128/2.05 Р, патент РФ 1814537, МКИ А61В 5/02). В настоящее время все более широкое применение для целей глубокой диагностики находят фазовый и модельный анализ различных сфигмограмм и кривых изменения давления, зарегистрированных в одной точке сосуда (см., например, Азаргаев Л.Н., Бороноев В.В. Дифференциальная сфигмограмма лучевой артерии // Физиология человека, т.33, 2007, №5, с.64-73; Булдакова Т.И., Гриднев В.И., Кириллов К.И. и др. Программно-аналитический комплекс модельной обработки биосигналов // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника, 2009. №1. С.71-77). Для получения сфигмограмм скорости и ускорения используют последовательное двойное дифференцирование зарегистрированного пульсового сигнала. Однако полученные таким образом сфигмограммы имеют существенные как фазовые, так и амплитудные искажения, обусловленные низкой чувствительностью, помехами и шумами исходного сигнала и погрешностями операции приближенного дифференцирования.

Известен датчик пульсовой волны по патентному документу России №2008794, А61В 5/0245, включающий корпус, установленные в нем два пелота, взаимодействующие через передаточные механизмы с пьезочувствительным элементом. Повышение помехозащищенности и чувствительности достигается в данном датчике за счет конструкции передаточных механизмов, когда при равном по величине силовом воздействии на оба пелота суммарное воздействие на пьезоэлемент близко к нулю. Это обеспечивает нечувствительность к силовым помехам, например к пульсациям давления в силовой манжете. Данное устройство не позволяет измерять напрямую сфигмограммы скорости и ускорения, кроме того, предусмотренное конструкцией взаимное расположение пелотов приводит к появлению фазовых искажений в выходном сигнале, что не позволяет использовать датчик для фазового анализа.

Ближайшим аналогом к заявляемому изобретению, которое выбрано в качестве прототипа, является датчик пульсовой волны (Авторское свидетельство СССР №1722462, МКИ А61В 5/02). Датчик включает пелот-преобразователь в форме полого короба с установленным в нем шарниром. К шарниру крепится чувствительный элемент (инерционная масса) в форме коромысла. Пульсовая волна приводит к колебанию пелота относительно шарнира, при этом возникает момент инерционных сил, который изгибает пьезопреобразователь и генерируется сигнал, пропорциональный амплитуде пульсовой волны. Артефакты, вызванные линейными ускорениями, компенсируются реакцией опоры оси шарнира.

При всех достоинствах данного устройства с его помощью невозможно обеспечить требуемую функциональность и точность регистрации сфигмограмм скорости и ускорения из-за необходимости использовать операцию дифференцирования.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей.

Для достижения этого технического результата в измерителе пульсовой волны, содержащем пелот-преобразователь в форме полого короба, на внутренней крышке которого на шарнире закреплено коромысло, дополнительно на концах коромысла закреплены первый и второй МЭМС-акселерометры, дно короба имеет два отверстия, одно из которых затянуто эластичной мембраной с металлизированной внутренней стороной, к центру которой прикреплен первый МЭМС-акселерометр, внутри короба над эластичной мембраной жестко закреплен электрет кольцевой формы с металлизированной верхней плоскостью, второе отверстие закрывает датчик давления, при этом выход первого МЭМС-акселерометра связан с прямым входом дифференциального усилителя, выход второго МЭМС-акселерометра связан с инверсным входом дифференциального усилителя, выход дифференциального усилителя связан с входом интегратора, металлизированная внутренняя сторона эластичной мембраны и металлизированная верхняя плоскость электрета связаны с входами усилителя напряжения, выход дифференциального усилителя является выходом сфигмограммы ускорения (СФГу-выходом) измерителя пульсовой активности, выход интегратора является выходом сфигмограммы скорости (СФГс-выходом) измерителя пульсовой активности, выход усилителя напряжения является выходом сфигмограммы перемещения (СФГп-выходом) измерителя пульсовой активности, выход датчика давления является выходом давления пульсовой волны (Р-выходом) измерителя пульсовой активности.

Предпочтительным является выполнение датчика давления на основе пьезорезистивного датчика.

Отличительные признаки предлагаемого изобретения направлены на расширение функциональных возможностей, что позволяет, используя один измеритель, определять различные параметры пульсовой активности, их фазовые соотношения, необходимые для вычисления характеристик функционирования и регуляции сердечно-сосудистой системы.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, на которых на фиг.1 изображена конструкция пелота-преобразователя, на фиг.2 приведена функциональная схема устройства.

Пример конкретного выполнения изобретения

Измеритель пульсовой активности содержит пелот-преобразователь 1 в форме полого короба, к внутренней крышке которого на шарнире 2 закреплено коромысло 3 (см. фиг.1). На концах коромысла закреплены первый и второй МЭМС-акселерометры, дно короба имеет два отверстия, одно из которых затянуто эластичной мембраной с металлизированной внутренней стороной, к центру эластичной мембраны прикреплен первый МЭМС-акселерометр 4, внутри короба над эластичной мембраной 6 жестко закреплен электрет кольцевой формы с металлизированной верхней плоскостью 7, который совместно с эластичной мембраной 6 выполняет роль электретного микрофона, второе отверстие закрывает датчик давления 8; выход первого МЭМС-акселерометра 4 (см. фиг.2) связан с прямым входом дифференциального усилителя 9, выход второго МЭМС-акселерометра 5 связан с инверсным входом дифференциального усилителя 9, выход которого является выходом сфигмограммы ускорения (СФГу-выходом) измерителя пульсовой активности и входом интегратора 10, выход которого является выходом сфигмограммы скорости (СФГс-выходом) измерителя пульсовой активности, металлизированная внутренняя сторона эластичной мембраны 6 и металлизированная верхняя плоскость 7 электрета связаны с входами усилителя напряжения 11, выход которого является выходом сфигмограммы перемещения (СФГп-выходом) измерителя пульсовой активности, выход датчика давления 8 является выходом давления (Р) пульсовой волны измерителя пульсовой активности.

Измеритель пульсовой активности рассчитан на работу совместно с вычислительным устройством (которое на чертежах не показано). Вычислительное устройство обеспечивает запись, обработку и хранение получаемой информации.

Устройство работает следующим образом. Измеритель пульсовой активности фиксируется на артерии с помощью эластичного жгута. Под влиянием пульсовых волн эластичная мембрана 6 колеблется, изменяя напряжение на обкладках электретного микрофона, образованного металлизированной внутренней стороной эластичной мембраны 6 и металлизированной верхней плоскостью 7 электрета, при этом механические колебания эластичной мембраны 6 передаются МЭМС-акселерометрам 4 и 5. Сигналы ускорения, обусловленные пульсовой волной, снимаемые с МЭМС-акселерометров 4 и 5, равны по величине и находятся в противофазе, а сигналы МЭМС-акселерометров, обусловленные линейными ускорениями (помехи), также равны по величине и находятся в фазе. Вычитая сигнал МЭМС-акселерометра 5 из сигнала МЭМС-акселерометра 4 на дифференциальном усилителе 9, исключаем влияние артефактов и получаем сфигмограмму ускорения. После интегрирования сигнала ускорения получаем сфигмограмму скорости.

Сигнал с внутренней стороной эластичной мембраны 6 и металлизированной верхней плоскости 7 электрета, подается на усилитель напряжения 11, на выходе которого получаем сфигмограмму перемещения.

Пьезоэлектрический датчик давления 8 регистрирует давление пульсовой волны. Пьезоэлектрический датчик давления 8 может быть любой конструкции, обеспечивающей неинвазивное измерение давления крови на стенку сосуда, однако предпочтительным является использование пьезорезистивного датчика.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам диагностической кардиологической техники, и представляет собой измеритель пульсовой активности. Измеритель содержит пелот-преобразователь в форме полого короба, на внутренней крышке которого на осевом шарнире закреплено коромысло. На концах коромысла закреплены первый и второй МЭМС-акселерометры. Дно короба имеет два отверстия, одно из которых затянуто эластичной мембраной с металлизированной внутренней стороной, к центру которой прикреплен первый МЭМС-акселерометр. Внутри короба над эластичной мембраной жестко закреплен электрет кольцевой формы с металлизированной верхней плоскостью. Второе отверстие закрывает датчик давления. Выход первого МЭМС-акселерометра связан с прямым входом дифференциального усилителя. Выход второго МЭМС-акселерометра связан с инверсным входом дифференциального усилителя. Выход дифференциального усилителя связан с входом интегратора. Металлизированная внутренняя сторона эластичной мембраны и металлизированная верхняя плоскость электрета связаны с входами усилителя напряжения. Выход дифференциального усилителя является выходом сфигмограммы ускорения измерителя пульсовой активности. Выход интегратора является выходом сфигмограммы скорости измерителя пульсовой активности. Выход усилителя напряжения является выходом сфигмограммы перемещения измерителя пульсовой активности. Выход датчика давления является выходом давления пульсовой волны измерителя пульсовой активности. Использование изобретения расширяет функциональные возможности измерителя и позволяет использовать один измеритель для определения различных параметров пульсовой активности и их фазовых соотношения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Измеритель пульсовой активности, содержащий пелот-преобразователь в форме полого короба, на внутренней крышке которого на осевом шарнире закреплено коромысло, отличающийся тем, что на концах коромысла закреплены первый и второй МЭМС-акселерометры, дно короба имеет два отверстия, одно из которых затянуто эластичной мембраной с металлизированной внутренней стороной, к центру которой прикреплен первый МЭМС-акселерометр, внутри короба над эластичной мембраной жестко закреплен электрет кольцевой формы с металлизированной верхней плоскостью, второе отверстие закрывает датчик давления, при этом выход первого МЭМС-акселерометра связан с прямым входом дифференциального усилителя, выход второго МЭМС-акселерометра связан с инверсным входом дифференциального усилителя, выход дифференциального усилителя связан с входом интегратора, металлизированная внутренняя сторона эластичной мембраны и металлизированная верхняя плоскость электрета связаны с входами усилителя напряжения, выход дифференциального усилителя является выходом сфигмограммы ускорения измерителя пульсовой активности, выход интегратора является выходом сфигмограммы скорости измерителя пульсовой активности, выход усилителя напряжения является выходом сфигмограммы перемещения измерителя пульсовой активности, выход датчика давления является выходом давления пульсовой волны измерителя пульсовой активности.

2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что датчик давления выполнен на основе пьезорезистивного датчика.