Импедансный монитор для микрохирургии Советский патент 1988 года по МПК A61B5/04 

со

Oi 4

ю

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам монитор- ноге контроля состояния сердечно-сосудистой системы биообъекта в процессе хирургической операции и в послеоперационный период.

Цель изобретения - повышение оперативности и достоверности контроля кровоснабжения аутотрансплантатов и реплан- татов.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема импедансного монитора для микрохирургии; на фиг. 2 и 3 - структурные электрические схемы соответственно первого выделителя экстремумов и блока синхронизации; на фиг. 4 - эпюры сигналов, поясняющие работу монитора.

Импедансный монитор для микрохирургии содержит (фиг. 1) последовательно соединенные реографический блок 1, дифференциатор 2 и первый выделитель 3 экстремумов, последовательно соединенные блок 4 обработки и первый блок 5 индикации, к второму и третьему входам которого подключены соответственно первый блок 6 деления и второй блок 7 деления, блок 8 синхронизации, соединенный с вторым выделителем 9 экстремумов, первый вход которого также подключен к второму входу выделителя 3 экстремумов и к первому входу блока 4 обработки, блок 10 сравнения, блок 11 сигнализации, второй блок 12 индикации, первый вход которого подключен к первому выходу реографического блока 1 и к вторым входам блока 4 обработки и выделителя 9 экстремумов, а второй вход - к выходу дифференциатора 2 и к третьему входу блока 4 обработки, четвертый вход которого соединен с вторым выходом реографического блока 1, последовательно соединенные кодер 13, вход которого подключен к второму входу блока 10 сравнения, к первому входу блока 7 деления и к пятому входу блока 4 обработки, четвертый вход которого соединен с четвертым входом блока 5 индикации, первый регистр 14, последовательно соединенные первый счетчик 15 и первый дешифратор 16, выход которого подключен к первым входам блока 11 сигнализации и счетчика 15, последовательно соединенные второй счетчик 17 и второй дешифратор 18, выход которого подключен к первому входу счетчика 17 и к второму входу блока 11 сигнализации, цифроаналоговый преобразователь 19, выход которого соединен с третьим входом блока 12 индикации, а вход - с вторым входом блока 7 деления иТлервым выходом блока 10 сравнения, второй и третий выходы которого подключены к вторым входам соответственно счетчика 15 и счетчика 17, второй регистр 20, первый вход которого соединен с первым выходом выделителя 3 экстремумов, а выход -

с первым входом блока 6 деления и с шестым входом блока 4 обработки, и третий регистр 21, выход которого подключен к второму входу блока 6 деления и к оедьмому входу блока 4 обработки, первый вход - к второму выходу выделителя 3 экстремумов, второй вход ,- к второму выходу блока 8 синхронизации, к третьему входу блока 6 деления и к вторым входам регистра 14 и

Q регистра 20, а третий вход - к третьим входам регистра 14 и регистра 20 и к третьему выходу блока 8 синхронизации, первый выход которого соединен с третьими входами блока 7 деления и блока 10 сравнения, а первый, второй и третий входы - соответ ственно с третьим и четвертым выходами выделителя 3 экстремумов и с вторым выходом выделителя 9 экстремумов.

При этом выделитель 3 экстремумов содержит (фиг. 2) последовательно соединен0 ные первый пиковый детектор 22, первый формирователь 23 импульсов, первый, элемент 24 задержки, вход которого также подключен к первому входу блока 8 синхронизации, управляемый ключ 25, второй пиковый детектор 26 и второй формирователь 27 импульсов, выход которого подключен к второму входу блока 8 синхронизации, к входу первого элемента 24 задержки, и к второму входу управляемого ключа 25, третий вход которого соединен с первым вхоQ дом пикового детектора 22 и с выходом дифференциатора 2, второй кодер 28, включенный между первым входом регистра 20 и вторым выходом пикового детектора 22, и третий кодер 29, включенный между первым входом регистра 21 и вторым выходом

5 пикового детектора 26, второй вход которого подключен к второму входу пикового детектора 22 и к первому выходу блока 8 синхронизации.

Блок 8 синхронизации содержит (фиг. 3)

ц последовательно соединенные трехвходовый логический элемент ИЛИ 30, второй элемент 31 задержки, логический элемент И 32, первый вход которого также подключен к второму входу регистра 14, третий элемент 33 задержки и четвертый элемент 34

5 задержки, вход которого также подключен к третьему входу блока 7 деления, а выход соединен с третьим входом регистра 14, и пятый элемент 35 задержки, выход которого подключен к второму входу логического элемента И 32, а вход - к второму выходу выделителя 9 экстремумов и к первому входу трехвходового логического элемента ИЛИ 30, второй и третий входы которого соединены соответственно с третьим и четвертым выходами выделителя 3 экстре5 мумов.

Блок 5 индикации может содержать несколько декадных цифровых индикаторов со стандартными узлами преобразования и

0

формирования кодов и сигналов управления индикаторами. Блок 11 сигнализации содержит генераторы, звуковой и световой сигнализаторы, включаемые на соответствующий режим работы сигналами с выходов дешифраторов 16 и 18, имеет тумблер отключения сигналов тревоги и может быть вы- нолнен в виде переносного блока, связанного кабелем соответствующей длины с основным блоком монитора. Коды с выходов регистров 14,20 и 21 подаются непосредственно на арифметические узлы (не показаны) блока 4 обработки или преобразуются предварительно в аналоговые сигналы посредством стандартных цифроаналоговых преобразователей. Управляемый ключ 25 может, например, содержать триггер, выходом подключенный к управляющему входу ключевого элемента, сигнальные вход и выход которого являются соответственно третьим входом и выходом управляемого ключа 25, а первый и второй входы триггера являются соответственно первым и вторым входами управляемого ключа 25.

Импедансный монитор для микрохирургии работает следующи.м образом.

Сигнал реограммы (РГ) л7 снимается с усилителя низкой частоты (не показан) реографического блока 1, а сигнал Z, снимается с детектора блока 1, и подаются соответственно на первый вход блока 12 и на четвертые входы блока 4 обработки и блока 5 индикации.

Блок 4 обработки конструктивно включает арифметические узлы и блоки деления с соответствующими связями и выполняет те же функции, которые выполняют указанные блоки в известном мониторе.

Сигнал реограммы с реографического блока 1 поступает также на второй вход выделителя 9 экстремумов, где производится фиксация максимального значения А,, реограммы (фиг. 4) в виде постоянного напряжения, которое в кодере 13 преобразуется в соответствующий цифровой код. Код А подается на первый вход регистра 14. На втором выходе выделителя 9 экстремумов формируется прямоугольный импульс, передний фронт которого совпадает с моментом tp максимального значения сигнала реограммы. Этот импульс подается на третий вход блока 8 синхронизации.

Сигнал диф ференцированной реограммы (ДРГ) с выхода дифференциатора 2 подается для отображения на второй вход блока 12 индикации, а также поступает на третий вход блока 4 обработки и на вход выделителя 3 экстремумов, в котором производится выделение максимального значения А и первого минимального значения А сигнала ДРГ (фиг. 4). Коды величин А, и Aj с первого и второго выходов выделителя 3 экстремумов подаются на первые входы

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

регистров 20 и 21 соответственно. На третьем и четвертом выходах выделителя 3 экстремумов формируются прямоугольные импульсы, передние фронты которых совпадают соответственно с моментами времени t, и tj достижения сигналом ДРГ максимального и первого Минимального значений (фиг. 4). Эти импульсы поступают соответственно на первый и второй входы блока 8 синхронизации.

Блок 8 синхронизации по своим выходным сигналам формирует пять управляющих импульсов (команд), обеспечивающих синхронность выполнения операций в мониторе (команды перечислены в последовательности их формирования на соответствующих выходах блока 8 синхронизации):

К1 (второй выход) - запись первого минимума ДРГ в регистр 21;

К2 (второй выход) - запись максимума ДРГ в регистр 20;

КЗ (второй выход) - запись максимума РГ в регистр 14 и выполнение операции деления в блоке 6 деления;

К4 (первый выход) - запуск блока 4 обработки, выполнение операции деления в блоке 7 деления, срабатывание первого компаратора (не показан) в блоке 10 сравнения и сброс пиковых детекторов 22 и 26 в выделителе 3 экстремумов и пикового детектора в выделителе 9 экстремумов;

К5 (третий вь1ход) - сброс регистров 14, 20 и 21.

По команде К1, сформированной блоком 8 синхронизации по сигналу достижения первого минимума ДРГ в выделителе 3 экстремумов, производится запись этого значения в регистр 21. Аналогично по командам К2 и КЗ производится запись максимумов ДРГ и РГ соответственно в регистр 20 и в регистр 14. По команде КЗ производится также выполнение в блоке 6 деления операции деления первого минимума ДРГ на максимум ДРГ, а результат деления поступает на первый вход блока 10 сравнения и на второй вход блока 5 индикации, где отображается на соответствующем декадном индикаторе. На второй вход блока 10 сравнения поступает код макси.мального значения сигнала РГ из регистра 14. Содержание регистров 14, 20 и 21 поступает также соответственно на пятый, щестой и седьмой входы блока 4 обработки, а код из регистра 14 также подается на первый вход делимого блока 7 деления, на второй в.ход делителя которого поступает с первого выхода блока 10 сравнения код предельного значения амплитуды сигнала РГ, соответствующего опасному значению кровоснабжения контролируемого монитором трансплантата. По .команде К4, поступающей на третий вход блока 7 деления, этот блок вычисляет отнощение текущей максимальной амплитуды сигнала

РГ к предельно допустимому его значению, которое подается на третий вход блока 5 индикации и индицируется в нем на соответствующем декадном цифровом индикаторе.

По команде К 4, поступающей также на третий вход блока 10 сравнения, срабатывают входящие в его состав первый и второй компараторы (не показаны), и при уменьшении максимума РГ ниже установленного оператором значения с второго выхода блока 10 сравнения на второй вход счетчика 15 поступает счетный импульс, а при увеличении отнощения первого минимума к максимуму сигнала ДРГ выше установленного оператором значения с третьего выхода блока 10 сравнения поступает счетный импульс на второй вход счетчика 17.

Счетчики 15 и 17 подсчитывают количество пульсовых интервалов, в которых произошло соответственно уменьшение максимальной амплитуды РГ ниже установленного порога или увеличение отношения первого минимума к максимуму сигнала ДРГ выше установленного порога. При превышении заданного оператором в счетчиках 15 и 17 количества отклонений от нормы состояния кровообращения в трансплантате срабатывает дещифратор 18, сигналы с выхода которых подаются соответственно на первый и второй входы блока 11 сигнализации. При этом пределы счета счетчиками 15 и 17 могут устанавливаться оператором различными и независимыми друг от друга. Сигналы с выходов дешифратора 16 или 18 производят сброс соответственно счетчика 15 или 17, и счет патологических кардиоциклов начинается сначала.

Сигналы, прищедшие на входы блока 11 сигнализации, включают соответствующие звуковые и световые сигнализаторы. Сигналы тревоги, обусловленные срабатыванием дешифраторов 16 и 18, отличаются по своим

15

формы сигнала РГ и текущего состояния трансплантата в процессе микрохирургической операции и в послеоперационный период. При этом количественное значение о,тноше- ния максимума сигнала РГ к пороговому

5 уровню Uo отображается блоком 5 индикации по информации, поступающей, с выхода блока 7 деления.

По команде К4 блок 4 обработки производит вычисление в текущем кардиоцикле

10 по известным алгоритмам параметров кровотока и кровенаполнения трансплантата (например, ударного объема или периодического сопротивления), которые подаются в блок 5 индикации.

Сигнал ДРГ (фиг. 4), поступая на первый вход выделителя 3 экстремумов, подается на первый вход пикового детектора 22 и на третий вход управляемого ключа 25, который к моменту прохождения первой отрицательной волны ДРГ находится в открытом

20 состоянии. Единичный уровень (фиг. 4е) соответствует открытому состоянию управляемого ключа 25, а нулевой уровень - его закрытому состоянию. Пиковый детектор 26 фиксирует значение А первого минимума,

25 которое поступает на вход кодера 29 и преобразуется в соответствующий код, поступающий далее в регистр 21.

Перепад напряжения, формируемый в момент tj. первого минимума ДРГ, подается на вход формирователя 27 импульсов, который

30 вырабатывает импульс, проходящий в блок 8 синхронизации и на второй вход управляемого ключа 25, переводя его в закрытое состояние. Максимальное значение А, положительной волны ДРГ выделяется пиковым детектором 22, преобразуется в ко35 дере 28 и подается на регистр 20. Вырабатываемый в момент (фиг. 46) формирователем 23 импульсов сигнал поступает в блок 8 синхронизации, подается на выход элемента 24 задержки и через время задержки t,

характеристикам. Например, звуковая сиг- 40 (фиг. 4е) переводит управляемый ключ 25

нализация об уменьшении сигнала РГ может быть прерывистая, а сигнал о превышении минимумом ДРГ установленного отношения может быть непрерывным или иметь другую частоту прерывания. Соответствующие световые сигналы могут отличаться цветом или частотой мигания.

Код порогового уровня с выхода первого задатчика блока 10 сравнения поступает также на цифроаналоговый преобразователь 19, напряжение с выхода которого, пропорциональное пороговому уровню Ug (фиг. 4), подается на третий вход блока 12 индикации, а именно в узел вертикального отклонения одного из лучей электроннолучевой трубки этого блока. Это позволяет оператору, наблюдая совмещенное изображение сигнала РГ и порогового уровня Ц,, быстро устанавливать новый пороговый уровень в блоке 10 сравнения, исходя из

45

50

55

в открытое состояние для приема первого минимума сигнала ДРГ в следующем кардиоцикле.

Величина Т, выбирается таким образом (порядка 250-300 мс), чтобы она была больше интервала между максимумом ДРГ и вторым минимумом (главным) ДРГ, но меньше интервала между максимумом ДРГ и первым минимумом ДРГ следующего кардио- цикла при всех реальных значениях частоты сердечных сокрашений. При необходимости величинам, может быть отрегулирована для конкретного пациента. Благодаря подбору величины t, выделитель 3 экстремумов фиксирует первый минимум ДРГ и не реагирует на второй минимум ДРГ. При отсутствии первого минимума ДРГ управляемый ключ 25 закрывается импульсом с выхода формирователя 23 импульсов (пунктирная линия, фиг. 4е).

5

формы сигнала РГ и текущего состояния трансплантата в процессе микрохирургической операции и в послеоперационный период. При этом количественное значение о,тноше- ния максимума сигнала РГ к пороговому

уровню Uo отображается блоком 5 индикации по информации, поступающей, с выхода блока 7 деления.

По команде К4 блок 4 обработки производит вычисление в текущем кардиоцикле

0 по известным алгоритмам параметров кровотока и кровенаполнения трансплантата (например, ударного объема или периодического сопротивления), которые подаются в блок 5 индикации.

Сигнал ДРГ (фиг. 4), поступая на первый вход выделителя 3 экстремумов, подается на первый вход пикового детектора 22 и на третий вход управляемого ключа 25, который к моменту прохождения первой отрицательной волны ДРГ находится в открытом

0 состоянии. Единичный уровень (фиг. 4е) соответствует открытому состоянию управляемого ключа 25, а нулевой уровень - его закрытому состоянию. Пиковый детектор 26 фиксирует значение А первого минимума,

5 которое поступает на вход кодера 29 и преобразуется в соответствующий код, поступающий далее в регистр 21.

Перепад напряжения, формируемый в момент tj. первого минимума ДРГ, подается на вход формирователя 27 импульсов, который

0 вырабатывает импульс, проходящий в блок 8 синхронизации и на второй вход управляемого ключа 25, переводя его в закрытое состояние. Максимальное значение А, положительной волны ДРГ выделяется пиковым детектором 22, преобразуется в ко5 дере 28 и подается на регистр 20. Вырабатываемый в момент (фиг. 46) формирователем 23 импульсов сигнал поступает в блок 8 синхронизации, подается на выход элемента 24 задержки и через время задержки t,

0 (фиг. 4е) переводит управляемый ключ 25

5

0

5

в открытое состояние для приема первого минимума сигнала ДРГ в следующем кардиоцикле.

Величина Т, выбирается таким образом (порядка 250-300 мс), чтобы она была больше интервала между максимумом ДРГ и вторым минимумом (главным) ДРГ, но меньше интервала между максимумом ДРГ и первым минимумом ДРГ следующего кардио- цикла при всех реальных значениях частоты сердечных сокрашений. При необходимости величинам, может быть отрегулирована для конкретного пациента. Благодаря подбору величины t, выделитель 3 экстремумов фиксирует первый минимум ДРГ и не реагирует на второй минимум ДРГ. При отсутствии первого минимума ДРГ управляемый ключ 25 закрывается импульсом с выхода формирователя 23 импульсов (пунктирная линия, фиг. 4е).

Поступающие с выделителей 3 и 9 экстремумов на входы блока 8 синхронизации импульсы, соответствующие моментам времени te, t, и t по кардиоциклу (фиг. 4а, б), последовательно проходят через трехвходо- вый логический элемент ИЛИ 30 и элемент 31 задержки на второй выход блока 8 синхронизации, образуя командные импульсы К1, К2 и КЗ (фиг. 4в). Импульс, соответствующий моменту времени 1, проходит также через элемент 35 задержки, обеспечивает прохождение его через логический элемент И 32 и не пропускает импульсы в моменты t, и t,.. С выхода элемента 33 задержки импульс to в виде команды К4 поступает на первый выход блока 8 синхронизации (фиг. 4г), а с вьцода элемента 34 задержки импульс t в виде команды К5 поступает на третий выход блока 8 синхронизации (фиг. 4д).

Интервалы задержки элементов 31, 33 и 34, задержки выбираются так, что к моменту появления на их выходах команд К1-К5 все предшествующие им операции записи, деления и т. д. уже закончились. Время задержки элемента 35 задержки равно суммарному времени срабатывания трех- входового логического элемента ИЛИ 30 и задержки в элементе 31 задержки, и это время устанавливается таким, чтобы на двух входах логического элемента И 32 импульс t(, появлялся одновременно. При отсутствии первого минимума ДРГ команда KI не формируется, запись в регистр 21 не производится и в блок 6 деления на его второй вход (делимого) поступает нулевое значение, имеющееся в регистре 21 после сброса по команде Кб в предыдущем кардиоцикле. Тогда результат деления равен нулю и сигнал тревоги не возникает.

Таким образом, импедансный монитор для микрохирургии обеспечивает оперативный и достоверный мониторный контроль состояния аутотрансплантатов и репланта- тов, таких как пальцы конечностей, лоскуты кожной и мышечной ткани, уч астки костной ткани и др., в процессе микрохирургической операции и в послеоперационный период, что позволяет своевременно обнаружить ухудшение кровоснабжения трансплантата и принять медикаментозные и хирургические меры для спасения остродефицитных трансплантатов и тем самым обеспечить полное или частичное сохранение трудоспособности пациентов, умен ьшение времени их пребывания в стационаре и сокращение затрат медицинского персонала на выполнение повторного хирургического вмешательства.

Формула изобретения

1. Импедансный монитор для микрохирургии, содержащий последовательно соединенные реографический блок, дифференциатор

и первый выделитель экстре.мумов, последовательно соединенные блок обработки и первый блок индикации, к второму и третьему входам которого подключены соответствен- но первый и второй блоки деления, последовательно соединенные блок синхронизации и второй выделитель экстремумов, первый вход которого также подключен к второму входу первого выделителя экстремумов и к

0 первому входу блока обработки, блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого блока деления, блок сигнализации и второй блок индикации, первый вход которого подключен к первому выходу рео- графического блока и вторым входам блока

5 обработки и второго выделителя экстремумов, а второй вход - к выходу дифференциатора и третьему входу блока обработки, четвертый вход которого соединен с вторым выходом реографического блока, отличаю0 щийся тем, что, с целью повышения оперативности и достоверности контроля кровоснабжения аутотрансплантатов и репланта- тов, в него введены последовательно соединенные кодер, вход которого подключен к первому выходу второго выделителя экстремумов, и первый регистр, выход которого подключен к второму входу блока сравнения, первому входу второго блока деления и пятому входу блока обработки, четвертый вход которого соединен с четвертым входом пер0 вого блока индикации, последовательно соединенные первый счетчик и первый дешифратор, выход которого подключен к первым входам блока сигнализации и первого счетчика, последовательно соединенные второй счетчик и второй дешифратор, выход кото5 рого подключен к первому входу второго счетчика и к второму входу блока сигнализации, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с третьим входом второго блока индикации, а вход - с втоQ рым входом второго блока деления и первым выходом блока сравнения, второй и третий выходы которого подключены к вторым входам соответственно первого и второго счетчиков, второй регистр, первый вход которого соединен с первым выходом первого вы5 делителя экстремумов, а выход - с первым входом первого блока деления и шестым входом блока обработки, и третий регистр, выход которого подключен к второму входу первого блока деления и к седьмому входу блока обработки, первый вход - к второ.му выходу первого выделителя экстремумов, второй вход - к второму выходу блока синхронизации, третьему входу первого блока деления и вторым входам первого и второго регистров, а третий вход - к третьим вхо5 дам первого и второго регистров и третьему выходу блока синхронизации, первый выход которого соединен с третьими входами второго блока деления и блока сравнения, а

первый, второй и третий входы - соответственно с третьим и четвертым выходами первого выделителя экстремумов и с вторым выходом второго выделителя экстремумов.

2. Монитор по п. 1, отличающийся тем, что в нем первый выделитель экстремумов содержит последовательно соединенные первый пиковый детектор, первый формирователь импульсов, первый элемент задержки, вход которого также подключен к первому входу блока синхронизации, управляемый ключ, второй пиковый детектор и второй формирователь импульсов, выход которого подключен к второму входу блока синхронизации, входу первого элемента задержки и второму входу управляемого ключа, третий вход которого соединен с первым входом первого пикового детектора и выходом дифференциатора, второй кодер, включенный между первым входом второго регистра и вторым выходом первого пикового детек- тора, и третий кодер, включенный между первым входом третьего регистра и вторым

выходом второго пикового детектора, второй вход которого подключен к второму входу первого пикового детектора и первому выходу блока синхронизации.

3. Монитор по п. 1, отличающийся тем, что, в нем блок синхронизации содержит последовательно соединенные трехвходовый логический элемент ИЛИ, второй элемент задержки, логический элемент И, первый вход которого также подключен к второму входу первого регистра, третий элемент задержки и четвертый элемент задержки, вход которого также подключен к третьему входу второго блока деления, а выход соединен с третьим входом первого регистра, и пятый элемент задержки, выход которого подклю- че, к второму входу логического элемента И, а вход - к второму выходу второго выделителя экстремумов и первому входу трехвхо- дового логического элемента ИЛИ, второй и третий входы которого соединены соответственно с третьим и четвертым выходами первого выделителя экстремумов.

Изобретение позволяет проводить оперативный и достоверный мониторный контроль состояния кровоснабжения аутотранс- плантатов и реплантатов мышечной, кожной и костной тканей в процессе хирургической операции и в послеоперационный период. Это достигается тем, что производится формирование световых и звуковых сигналов тревоги при уменьшении амплитуды рео- граммы, снимаемой с контролируемого участка ткани, ниже установленного предела и при увеличении отношения первого минимума дифференцированной реограммы к ее максимуму выше установленного предела. При этом сигнал тревоги вырабатывается только при повторяющемся отношении контролируемых параметров в течение нескольких кардиоциклов. Кроме того, конструкция монитора позволяет оператору устанавливать на экране дисплея пороговый уровень непосредственно на изображении изменяющегося сигнала реограммы, что дает возможность при мониторинге трансплантата оперативно изменять пороговый уровень в соответствии с изменениями формы и амплитуды реограммы, отображающих состояние кровоснабжения трансплантата в процессе его вживления. В состав импеданс- ного монитора входят электроды, реографи- ческий блок 1, дифференциатор 2, блоки 3 и 9 выделения экстремумов, блок 4 обработки, блок 8 синхронизации, блоки 12,5 индикации, кодер 13, блоки 6 и 7 деления, счетчики 15 и 17, дешифраторы 16, 18, циф- роаналоговый преобразователь 19, регистры 14, 20, 21, блок сравнения 10. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. (Л

4(о/т5м/ а8)

Фиг.З

ФигЛ