Устройство измерения и обработки параметров кровотока Советский патент 1987 года по МПК A61B5/02 

1220

блок сравнения содержит последовательно соединенные элемент И и эле мент НЕ, группу элементов ИЛИ-НЕ, выходы которых подключены -соответственно ко входам элемента И, группу элементов сравнения с верхним порогом и группу элементов сравнения с нижним порогом, причем каждый из элементов ИЛИ-НЕ первым и вторым входами включен между выходами соответствующих элементов сравнения с в ерх- ним и нижним порогами, первые входы ко1

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для анализа и динамического контроля состояния сердечно-сосудистой системы человека или теплокровного, животного путем измерения и обработки параметров его кровотока.

Целью изобретения является сокращение времени измерения.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройства измерения и обработки параметров кровотока; на фиг. 2 - структурная электрическая схема блока сравнения устройства; на фиг. 3 - блок управления, пример выполнения; на фиг. 4 временные диаграммы напряжений блока управления.

Устройство измерения и обработки параметров кровотока содержит (фиг. 1) первую группу из N измерительных каналов 1, включенных попарно, каждый из которых состоит из последовательно соединенных датчика 2, формирователя 3 сигналов и блока 4 измерения площади, группу первых сумматоров 5, группу первых делителей 6, каждьй из которых первым и вторым входами включен между выходами первого и второго измерительных каналов 1 соответствующей пары первой группы и между первым и вторым входами соответствующего первого сумматора 5, блок 7 индикации, блок 8 управления, первый выход которого соединен с дополнительными входами датчиков 2, второй выход - с вторыми входами блоков 4 измерения площади, а третий выход - с третьими входами

65

торых соединены между собой и подключены соответственно к выходам первых сумматоров, первых делителей,вторых дели- телей четвертого сумматора и третьего делителя,а вторые входы соединены соответственно с выходами блока памяти, а выходы элементов сравнения с верхним и нижним порогами, элементов И11И-НЕ, элемента НЕ и элемента И подключены соответственно ко второй группе входов блока индикации.

блоков 4, причем выходы первых сумматоров 5 и первых делителей 6 подключены к соответствующим входам первой группы блока 7 индикации,

вторую группу измерительных каналов 1, группу вторых делителей 9, первые входы которых соединены с выходом первого сумматора из группы первых сумматоров 5, вторые входы

вторых делителей 9 в количестве N/2-1 подключены соответственно к вьЕХодам первых сумматоров 5, кроме первого, а вторые входы остальных вторых делителей 9 соединены сортвет

ственно с выходами измерительных

каналов 1 второй группы, второй сумматор 10, входы которого подключены соответственно к выходам первых из соответствующей пары измерительных

20 каналов 1 первой группы, третий сумматор 11, входы которого подключены соответственно к выходам вторых из соответствующей пары измерительных каналов 1 первой группы, четвертый

сумматор 12,. входы которого соединены соответственно с выходами второго 10 и третьего сумматоров 11 и измерительных каналов 1 второй группы, третий делитель 13, первый вход кото30

рого подключен к выходу второго сумматора 10, а второй вход - к выходу третьего сумматора 11, блок 14 памяти и блок 15 сравнения, выходы которого подключены соответственно к вто- 35 рой группе входов блока 7 индикации, первая группа входов - к выходам блока 14 памяти, а вторая г уппа входов к первой группе входов блока 7 индикации и к выходам первых сум312

маторов 5, первых делителей 6, вторы делителей 9, четверторо сумматора 12 и третьего делителя 13.

Кроме того, блок 15 сравнения содержит (фиг. 2) последовательно соединенные элемент И 16 и элемент НЕ 17, группу элементов ИЛИ-НЕ 18, выходы которых подключены соответственно к входам элемента И 16, группу элементов 19 сравнения с верхним по- рогом и группу элементов 20 сравнения с нижним порогом, причем каждый из- элементов ИЛИ-НЕ 18 первым и вторым входами включен между выходами соответствующих элементов 19 и 20 сравнения с верхним и нижним порогами, первые входы которых соединены между собой и подключены соответственно к выходам первых сумматоров 5, первых делителей 6, вторых делителей 9, четвертого сумматора 12 и третьего делителя 13, а вторые входы соединены соответственно с выходами блока 14 памяти, а выходы элементов 19 и 20 сравнения с верхним и нижним порогами, элементов ШШ-НЕ 18, элемента НЕ 17 и элемента И 16 подключены соответственно к второй группе входов блока 7 индикации.

При этом блок 8 управления может быть выполнен, например, (фиг. 3) в виде последовательно соединенных формирователя 21 импульса тока, триггера 22, источника 23 пневматического давления, датчика 24 давления, схемы 25 сравнения, дополнитепьного элемента НЕ 26 и первого дополнительного элемента И 27, а также второго дополнительного элемента И 28, кнопки 29 пуска и регулятора 30 скорости подъема давления, причем второй вход триггера 22 соединен с выходом схемы 25 сравнения и первым входом второго дополнительного элемента И 28, второй вход которого соединен с выходом триггера 22 и вторым входом первог о дополнительного элемента И 27, кнопка 29 пуска подключена к формирователи) 21 импульса пуска, регулятор 30 скорости подъема -давления подключен к источнику 23 пневматического давления, а выходы источника 23 пневматического давления второго и третьего элементов И 27 и 28 соединены соответственно с первой, второй и треть- ей выходными шинами блока 8 управления,.

Устройство измерения и обработки параметров кровотока работает следующим образом.

654

На обследуемом паиленте закрепляют датчики 2 физиологического сигнала, каждый из которых представляет собой совокупность пневматически соединенных между собой медицинской окклюзионной манжеты и дифференцирующего датчика давления в манжете. При этом датчики 2 первых измерительных каналов 1 каждой пары первой группы помещают на левых частях каждой пары симметричных обследуемых частей тела, например на головке в области левой височной артерии, на левом .плече в области брахиальной артерии, на левой ноге в области бедренной артерии или артерии голени. Датчики 2 вторых измерительных каналов 1 тех же пар первой группы помещают соответственно на правых частях тех же пар симметричных обследуемых частей тела. Датчики 2 измерительных каналов 1 второй группы закрепляют на одиночных обследуемых частях тела, например на половом члене или хвосте (животного) и т.д.

После этого начинают измерение и обработку параметров кровотока, запуская блок 8 управления нажатием кнопки 29 пуска (фиг. 3). Блок 8 управления со своего первого выхода осуществляет пневматический наддув манжет датчиков 2 от нулевого избыточного давления до некоторого максимального давления (130.. ,180 мм Нл

при котором кровеносные сосуды обследуемых частей тела полностью или почти полностью пережимаются. Увеличение давления наддува производят с постоянной скоростью (3,..6 мм Но. в секунду), величина которой задается установкой регулятора 30 скорости подъема давления в блоке 8 управления. В начале наддува управляющим импульсом с второго выхода блока 8 управления все блоки -4 измерения площади устанавливаются, в нулевое начальное положение. После достижения давлением наддува максимальной величины на,цдув манжет автоматически прекращается и давление в них быстро возвращается к исходному (атмосферному) давлению. На третьем выходе блока 8 управления в течение времени наддува манжет устанавливается управляющий потенциал, разрешающий работу блоков 4 измерения площади.

При нажатии кнопки 29 пуска на выходе формирователя 21 возникает импульс пуска с крутьт передним

фронтом (фиг. 4), который опрокидывает триггер 22, включающий источник 23 пневматического давления наддува манжет. Текущее значение линейно-нарастающего давления наддува прерывно измеряется датчиком 24 давления, электрический выходной сигнал которого, пронорциопальный давлению, сопоставляется схемой 25 сравнения с нижним и верхним порогами, задаваемыми соответственно постоянными потенциалами Е i Нижний порог, задаваемый потенциалом Е, соответствует такому избыточному давлению наддува (ЗОо.оЗО мм HQ), при котором манжеты пр11жимаются к телу пациента и дифференцир ующие датчики давления |начина1от регистрировать изменения давления в манжетах, вызываемые пульсациями крови в сосудах обследуемых 20 площади просто показателем кровотока.

частей тела. Верхний порог, задавае- мый потенциалом Е, соответствует максимальному давлению наддува манжет. Схема 25 сравнения образует вы- ходнйй единичный потенциал, если ее входное напряжение находится в интервале между величинами Е и Е, и нулевой потенциал в остальных случаях. В пределах отрезка времени от запуска триггера 22 до момента достижения 30 телей кровотока левой обследуемой

давлением наддува манжет значения, соответствующего нижнему порогу Е, на выходе первого дополнительного элемента И 27 образуется прямоугольчины, ГУ Е,

соответствующей верхнему поро- , триггер 22 задним фронтом вычасти к правой обследуемой части для тех же пар симметричных частей тела, характеризующие асимметрию кровоснабжения этих пар. Второй и третий сум- ч ный импульс установки блоков 4 изме- маторы 10 и 11 определяют суммарные рения площади в нулевое состояние. показатели кровотока соответственно По достижении давлением наддува вели- всех левых и всех правых симметричных

обследуемых частей тела. Четвертый сумматор 12 вычисляет суммарный походного потенциала схемы 25 сравне- 40 казатель кровотока всех симметричных ния возвращается в исходное состояние и одиночных обследуемых частей тела.

Третий делитель 13 определяет отношение суммарных показателей кровотока всех левых и всех правых частей 45 тела.

Группа вторых делителей 9 вычисляет отношения показателей кровотока каждой одиночной обследуемой части тела и суммарных показателей

и выключает источник 23 пневматического давления. На отрезке времени, пока давление наддува манжет изменяется от нижнего до верхнего порога, на выходе второго дополнительного элемента И 28 поддерживается единичный управляющий потенциал, разрешаю- щлй работу блоков 4 измерения площади

В процессе наддува окклюзионных 50 кровотока каждой из пар симметрич- манжет датчиков каждый дифференцирую- ных обследуемых частей тела к суммарному показателю кровотока одной из пар симметричных обследуемых

щий датчик давления в манжете формирует выходной электрический сигнал, пропорциональный первой производной

частей тела исследуемого пациента

по времени от изменения пневматичес- 55 нашем примере - отношения суммар- кого давления в соответствующей ман- ных показателей кровотока рук, ног и жете, вызываемого пульсациями давле- кровотока.голового члена (хвоста ния крови в кровеносном сосуде обсле- животного) к суммарному показателю дуемой части тела, охваченной манже- кротовока головы).

той. Данный сигнал представляет собой двухполярные тахоосцилляции.

Формирователь 3 сигналов каждого измерительного канала 1 осуя ;ествляет

двухполупериодное выпpя шeниe этик тахоосцилляции, а каждый блок 4 измерения площади измеряет -полную площадь под соответствующей кривой преобразованных формирователем 3 сигнапов тахоосцилляции, равную сумме площадей всех ее пиков без учета их знака. Величина такой площади, получаемая в конце временного отрезка интегрирования на выходе каждого блока 4 измерения площади, является параметром, характеризующим интенсивность кровотока в сосуде, питающем соответствующую часть тела. Для краткости будем называть величину этой

Далее осуществляется следующая обработка выходных величин блоков 4 измерения площади. Группа первых сумматоров 5 вычисляет суммарные; 25 показатели кровотока каждой пары симметричных обследуемых частей тела (в нашем примере соответственно головы, рук и ног). Группа первых делителей 6 определяет отнощения показачастей тела исследуемого пациента

Вычисленные параметры характеризуют как суммарный кровоток во всех обследуемых частях тела, так и абсолютное и относительное распределение этого кровотока по выбранным совокупностям обследуемых частей тела по вертикали (голова, руки, ноги) и по горизонтали (левые и правые части и половины тела). Эти параметры индицируются в виде чисел на соответст-/О сигналы первых сумматоров 5, первых вующих цифровых индикаторах блока 7 и вторьк делителей 6 и 9, четвертого

индикации и могут быть далее зарегистрированы в истории болезни пациента. Устройство позволяет реализовать новый алгоритм определения и обработки параметров кровотока, который заключается в следующем. Установлено, что средние статистические диапазоны значений указанных параметров кровотока, измеренных у здоровых орга- 20 ется нулевой потенциал, если его

входной сигнал оказывается меньшим или равным значению верхнего порога, и единичный потенциал, если выходной сигнал превышает верхний порог. На

, низмов данного вида (человек, обезьяна, собака и др.), пола, возрастной группы и у подобных организмов с определенными патологиями (в частности, с сердечно-сосудистыми заболевания- 25 выходе каждого элемента 20 сравнения ми, например, гипертонией, атероскле- с нижним порогом образуется нулевой розом сосудов нижних конечностей, нейроциркуляторной астонией и др.) не одинаковы и имеют характерные грапотенциал, если его входной сигнап оказывается большим или равным значению нижнего порога, и единичный

ницы для каждого типа патологии. Поэ-30 потенциал, если входной сигнал окатому соотнесение измеренных параметров кровотока данного исследуемого пациента со среднестатистическими диапазонами их изменения для здоровых организмов того же вида, пола и воз- растной группы и организмов с известными патологиями дает возможность, в частности, осуществить дифференциальную диагностику заболевания данного

пациента, а при неоднократных после- 40 кации зажигается соответствующая

индикаторная лампочка (или табло) что указывает на подтверждение пр положения о наличии данного забол вания (состояния) у исследуемого

довательных измерениях - динамически контроль за изменением его состояния в процессе лечения или в результате иных воздействий.

Функции такого соотнесения выполняет блок 15 сравнения. Для проведения указанного соотнесения в блок 14 памяти вводят величины верхних и нижних граничных значений сопоставляемых параметров кровотока, определяющих средне-статистические диапазоны их наиболее вероятных (с заданной степенью вероятности) изменений для подозреваемого вида патологии, например для проверки предположения о наличии у исследуемого пациента атеросклероза нижних конечностей с вьфаженным стенозом питающих их ар-

терий, (Границы названных диапазонов для выбранных вероятностей правильного, решения устанавливаются заранее на основе результатов соответствующих широких исследований больных с данным заболеванием и статистической обработки проведенных измерений подобных параметров кровотока). Б блоке 15 сравнения (фиг. 2) выходные

сумматора 12 и третьего делителя 13 сравниваются с помощью соответствующих элементов 19 и 20 сравнения с верхним и нижним порогами (граничными значениями) сопоставляемых параметров, введенными в блок 14 памяти. На выходе каждого элемента 19 сравнения с верхним порогом образувходной сигнал оказывается меньшим или равным значению верхнего порога, и единичный потенциал, если выходной сигнал превышает верхний порог. На

выходе каждого элемента 20 сравнения с нижним порогом образуется нулевой

выходе каждого элемента 20 сравнения с нижним порогом образуется нулевой

потенциал, если его входной сигнап оказывается большим или равным значению нижнего порога, и единичный

то

зывается меньшим нижнего порога. В результате, если каждый из сопоставляемых параметров кровотока попадает в установленный для него диапазон, на выходе каждого элемента ИЛИ-НЕ 18 образуется единичный потенциал. Тогда такой же потенциал образуется и на выходе элемента И 16. Под его воздействием в блоке 7 инди-

индикаторная лампочка (или табло), что указывает на подтверждение предположения о наличии данного заболевания (состояния) у исследуемого па5 циента.

-Если, по крайней мере, один из сопоставляемых с граничными значениями параметров кровотока не совпадает с установленным для него диапазоном, на выходе соответствующего ему элемента ИЛИ-НЕ 18 образуется нулевой потенциал. Такой же потенциал образуется и на выходе элемента И 16, а на выходе элемента НЕ 17 по5 является единичный потенциал. Под

его воздействием в блоке 7 индикации ;зажигается другая индикаторная лампочка (табло), которая сигнализирует о неподтверждении проверяемого пред0

положения о состоян1ш исследуемого пациента. Выходные потенциалы элементов ЙЛИ-НЕ 18 и элементов 19 и 20 сравнения с верхним и нижним порогами также управляют соответствующими вспомогательными (уточняющими) индикаторными лампочками блока 7 индикации. Если проверяемое предположение подтверждается, то на выходах всех элементов ИЛИ НЕ 18 образуются еди яичные управляющие потенциалы, а на выходах всех элементов 19 и 20 сравнения с верхним и нижним порогами - нулевые потенциалы, В результате этого все вспомогательные индикаторные лампочки, вязанные с элементами ИЛИ-НЕ 18 а ораются, а все лампочки связанные с элементами 19 и 20 сравнения с верхним и нижним порогами гореть не будут. При неподтверждении проверяемого предположения зажигаются вспомогательные лампочки, управляемые теми же элементами 19 и 20 сравнения с вер,хним и нижним порогами, выходные потенциалы которых яв- ляются единичными вследствие вьпсода соответствующего им сравниваемого параметра за границы установленного для него диапазона о Но при этом не будут гореть вспомогательные индика- торные лампочки соответствующих элементов ИЛИ-НЕ 18 о Это позволяет легко видеть и регистрировать, какие именно из сопоставляемых параметров кровотока исследуемого пациента не попадают в установленные дпя них диа : пазоны и в какую сторону от этих диапазонов они отклоняются.

Конкретные величины устанавливаемых для каж,цого проверяемого предположения среднестатистических диапазонов сопоставления и совокупность обследуемых частей тела исследуемого пациента задаются или врачом, или отдельной инструки ией, заранее составленной на основе имеющихся статистических данных о распределениях измеряемых параметров кровотока для определения патологий (состояний) данного вида организма. При наличии подобной инструкции работу с устройством измерения и обработки параметров кровотока может проводить и малоквалифицированный персонал, в том числе пациент самостоятельно на дому.

При динамическом контроле состояния одного и того же пациента (или подопытных животных) верхние и нижние граничные значения сопоставляемых параметров могут устанавливаться из соображений выявления направления и скорости их нормализации или дестабилизации под влиянием различных воздействий (в том числе и лекарственных) .

Использование устройства измерения и обработки параметров кровотока в клинической практике позволит существенно уменьшить время обследования пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями и, тем самым, сократить продолжительность их пребывания в клинике, снизить расходы на лечение и повысить оперативность постановки диагноза.

Я

Фиг.

Stuod 21

выя93 12

Ймяод 2t

вчлод 25

выход 28

Редактор А.Иванова

Составитель Э.Балуев

Техред М.Ходанич Корректор М.Шароши

Заказ 1813/1Тираж 596 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фмг.