Устройство для измерения давления крови при работе искусственного сердца Советский патент 1988 года по МПК A61B5/02 

датчика 4 и 5 давления воздуха в пневмомагистрали, датчик 6 перемещения поршня, датчики 7 и 8 конечных положений поршня, формирователь 9 импульсов измерения, измеритель 10 среднего значения расхода, измеритель 11 падения давления на клапанах инвертор 12, коммутатор 13, измеритель 14 падения давления в пневмомагистрали, два сумматора 15 и 18, электронный ключ 16, измеритель 17 среднего значения давления в пневмо- камере желудочка, два блока памяти 19 и 20, формирователь 21 импульса сброса. Измеритель Ш среднего

67937

значения расхода содержит измеритель 22 перемещения поршня, умножитель 23, измерител,ь 24 отношения величин и измеритель 25 интервала времени. Измеритель 11 падения давления на клапанах вьтолнен в виде функциональ- ного преобразователя. Измеритель 14 падения давления в пневмомагистрали выполнен в виде дифференциального , усилителя. Устройство обеспечивает возможность измерения за один цикл работы желудочка значений артериального и венозного давлений -крови с по- вышенной точностью. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство относится к косвенным методам измерения давления среды в магистралях систем искусственного кровообращения и может быть использовано в аппаратах искусственного сердца, а также в аппаратах искусственного и вспомогательного кровообращения. Устройство содержит генератор 1 импульсов давления, включающий электродвигатель и поршневой механо- пневмопреобразователь, искусственный желудочек 2, пневъюмагистраль 3, два с со а sl со ч

1

Изобретение относится к медицинской технике касается косвенных . методов измерения давления среды в магистралях систем искусственного кровообращения, и может быть использовано в аппаратах искусственного j- сердца, а также в аппаратах искусственного и вспомогательного кровообращения.

Цель изобретения - обеспечение измерения среднего артериального давления крови и увеличение точности измерения.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 импульсрв давления, соединенный с искусственным-желудочком 2 мембранного типа пневмомагистралью 3, в которую включены датчики 4 и 5 давления в пневмомагистрали, при этом датчик 4 размещен на выходе генератора 1.

Генератор 1 связан с датчиком 6 перемещения поршня и датчиками 7 и 8 конечного диастолического и конечного систолического положений поршня (не показан).

Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные формирователь 9 импульсов измерения, изме- ригель 10 среднего значения расхода и измеритель 11 падения давления на клапанах, выход которого непосредственно и через инвертор 12 соедине

с двумя входами коммутатора 13, измеритель 14 падения давления в пневмомагистрали, сумматор 15, элек- тронньй ключ 16, измеритель 17 среднего значения давления в пневмокаме- ре желудочка, сумматор 18, блоки 19 и 20 памяти и формирователь 21 им пульса сброса.

. При этом измеритель 10 среднего

значения расхода содержит последовательно соединенные измеритель 22 перемещения поршня, умножитель 23 и измеритель 24 отношения величин, второй вход которого соединен с измерителем 25 интервала времени. Измеритель 11 падения давления на клапанах выполнен в виде функционального преобразователя, реализующего функцию

0;

KQ,. (1)

Измеритель 14 падения давления в пневмомагистрали вьтолнен в виде дифференциального усилителя с коэффициентом усиления, равным отношению длины пневмомагистрали от датчика 4 давления до желудочка 2 к дтшне участка между датчиками 4 и 5 давления.

р

Падение давления определяется на клапанах и в пневмомагистрали.

Включение в пневмомагистраль двух датчиков давления на расстоянии 35 друг от друга позволяет по разности

5

измеренных ими значений давлений Р и Р определить среднее за время импульса измерения падения давления

лР на всей пневмомагистрали, которое во столько (п) раз больше измеренной разности, во сколько длина L всей пневмомагистрали от первого датчика давления до желудочка больше расстояния f между датчиками давления Следовательно, при неизменном попе- - речном сечении пневмомагистрали среднее значение падения давления на ней можно Определить как

(2)

4Р.

(Р, - Pj). лР-п.

Как видно из (2) в систолу величи на 4 отрицательная, в диастолу - положительная.

Поскольку при изменении объема камер желудочка расход газа 0 в пневмомагистрали равен расходу крови через клапан желудочка, среднее зна чение падения давления dP на нем можно определить в соответствии с зависимостью

4Р ,, KQ

Масштабный коэффициент К зависит i от свойств среды и геометрических , размеров сужаЕющвго устройства (не по-- казано). В данном устройстве для каждого из клапанов (не обозначены) он устанавливается один раз при калибровке.

Таким образом, среднее за время импульса измерения давление крови определяют в соответствии с зависимостью

РКР РГ 1 (МРм1 + ЛР,, ), (4)

где Р - среднее за время импульса измерения давление воздуха в пневмомагистрали на выходе генератора импульса давления

Устройство работает следующим образом.

При создании давления поршень механопневмопреобразователя, входящего в состав генератора 1, совершает возвратно-поступательное движение между двумя конечными положениями, Режимы работы искусственного желудоч- ка 2, соединённого с генератором 1 пневмомагистралью 3, а следовательно, и создаваемое им давление крови определяются расстоянием между конечными положениями движения поршня и скоростями его перемещения в прямом и обратном направлениях. При этом движение поршня в направлении, сопровождающемся изгнанием крови из жидкостной камеры желудочка 2 (слева- направо), определяет длительность систолы, а обратное движение, сопро- вождающееся забором крови из входной магистрали 3 в камеру желудочка 2, определяет длительность диастолы.

Импульс начала систолы с датчика конечного диастолического положения и имгГУльс начала диастолы с датчика 8 конечного систолического положения связанных с поршнем генератора 1, поступают на формирователь 9.

Импульсы измерения на первом выходе формирователя 9 с чередующимися длительностями Т „зм. с систолу

25

35

i 30 - и 40

е 45 50ее и Т

нэм. ч

в диастолу смещены относительно начала фаз соответственно первый на Т j. с (50-60) мс, второй на Т 1. (70-80) мс. Эти величины определяются временем, необходимым для окончания переходных процессов в пневмомагистрали 3 при переходе от одной фазы работы желудочка 2 к другой.

Сигнал, соответствующий величине перемещения поршня с выхода датчика 6, поступает на вход измерителя 22, а импульс измерения с первого выхода формирователя 9 поступает на другой вход измерителя 22 и вход измерителя 25. На выходе измерителя 22 образуется сигнал, соответствующий перемещению поршня за время действия иМпуль- са измерения, а на выходе измерите- ля 25 - сигнал, соответствующий длительности импульса измерения.

Сигнал с измерителя 22 поступает на вход делимого измерителя 24 отношения величин через умножитель 23, а с измерителя 25 на вход делителя измерителя 24 непосредственно. Таким образом, измеритель 10 обеспечивает получение величины среднего за время длительности импульса измерения значения расхода Q в соответствии с зависимостью

Q -Н:§ Ф

MSM

(5)

где N - перемещение поршня за время длительности импульсов измерения;

т UJM

S - площадь поперечного сечения поршня;

длительность импульса измерения .

В умножителе 23 сигнал с измерителя 22 умножается на величину, численно равную S, и становится равным величине объема, описываемого поршне

за время импульса измерения. Посколь 10 ный ключ 16, открываемьй на время

ку импульс измерения совпадает по времени с фазой измерения объема заполнения жидкостной камеры желудочка 2, Q характеризует как расход воздуха в пневмомагистрали 3, так и расход крови через клапан желудочка 2. Сигнал, с измерителя 24 поступает на вход измерителя 11, в котором он возводится в квадрат и умножается на масщтабный коэффициент, зависящий от свойств среды и геометрических размеров клапана. Сигнал на вькоде i измерителя 11 соответствует величине падения давления на клапане. Поскольку конструктивные параметры артериального и венозного клапанов различны, масштабный коэффициент соответственно имеет два значения, которые устанавливаются по сигналу управлени со второго выхода формирователя 9. При значении сигнала управления, со- ответствующем уровню логического О в систолу, масштабный коэффициент равен К.,, при значении, соответствующем уровню логической 1 в диастолу, К.

Сигнал с выхода измерителя 11 поступает на один вход двзгхвходового коммутатора 13 непосредственно, а на другой - через инвертор 12. Коммутатор 13 также управляется сигнало со второго выхода формирователя 9. На выход коммутатора 13 в диастолу проходит прямой сигнал с измерителя

Ни ЛР,

KjQS

в систолу проходит инвертированный сигнал и -K.Q

4Pk

Сигналы с датчиков 4 и.5 давления на входы измерителя 14 падения давления в пн евмомагистрали 3, в котором сигналы вычитаются для определения падения давления на участке между датчиками 4и5(ЛР Р.,-Р7.) и умножаются на величину п, равную отношению длины всей пневмомагистрали от датчика 4 до желудочка 2 к расстоянию между датчиками 4 и 5 давления. Сигнал на выходе измерителя 14 ЛР„

м

13679376

йР-п, В диастолу величина дР положительная, в систолу - отрицательна

В сумматоре 15 сигналы с датчика 5 4 (PI) и измерителя 14 сзгммируются. Результатом суммирования является сигнал Р соответствующий величине давления в пневмокамере желудочка 2. Этот сигнал через электрон.импульса измерения, поступает на из меритель 17 среднего значения величины, на выходе которого формируется сигнал Р, + 4Р.

5 Результат измерения давления крови получают по окончании каждого импульса измерения на выходе сумматора 18, на входы которого поступают сигналы с измерителей 14 и 17.

0 По сигналу с датчика 7 в блоке 19 памяти происходит запись результата измерения среднего значения венозного/ давления крови. По сигналу с датчика 8 j в блоке 20 памяти происходит записьг

5 результата измерения среднего значения артериального давления крови. По сигналу с формирователя 21 происходит обнуление блоков памяти и подготовка их таким образом к записи результата

0 измерения давления крови в следующем цикле работы желудочка 2. Следовательно, в блоках 19 и 20 памяти результат измерения давления крови хранится с момента окончания импульса из5 мерения до момента поступления импульса сброса. По сигналу импульса сброса происходит также обнуление измерителей 17,22 и 25.

Таким образом, устройство позво0 ляет одним способом (в соответствии с зависимостью Р i Р + ( +

) на одних и тех же функциональных элементах измерять средние зна. чения как артериального, так и веноз5 ного давлений с повышенной точностью, что открывает возможность оптимального управления искусственным сердцем при создании потока крови, адекватного потребностям перфузируе0 мого объекта.

Повьш1ение точности измерения дав-. ления крови достигается благодаря ;измерению и учету величины падения давления на пневмомагистрали, что

55 снижает методическую погрешность, а также уменьшению методической по- - грешности величинь падения давления на клапанах вследствие использования способа измерения, исключающего необходимость определения эмпирических коэффициентов, характеризующих конструктивные особенности искусственного желудочка.

Формула изобретения

и первый блок памяти, 20 кого положения поршня и к второму

первьш сумматор о тл ич ающе ее я тем, что, с целью обеспечения измерения среднего артериального давления крови и повышения точности измерения, оно снабжено датчиком перемещения поршня, соединенного с информационным входом измерителя среднего значения pacxoдa датчиками конечных диастолического и систолического положений поршня, связанными с ним, вторым датчиком давления в пневмомагистрали, последовательно соединёнными измерителем падения давления на клапанах,, инвертором и коммутатором, второй . вход которого подключен к входу инвертора, последовательно соединенными измерителем падения давления в пневмомагистрали, вторым сумматором, второй вход которого подключен к первому датчику давления в пневмомагистрали и к первому входу измерителя .падения давления в пневмомагистрали, второй вход которого соединен с вторым датчиком давления в пневмомагистрали, электронным ключом и измерителем среднего значения давления в пневмокамере желудочка, формирователем импульсов сброса и вторым блоком памяти, первый управляющий вход, которого подключен к выходу дат25

30

входу формирователя импульсов измерения, первый выход которого соединен с входом формирователя импульсов сброса, с первым информационным входом измерителя среднего значения расхода и управляющим входом электронного ключа, а второй выход - с управляющими входами коммутатора и измерителя падения давления на клапанах, второй вход первого из которых и выход второго объединены, причем информационный вход-измерителя падения давления на клапанах соединен с выходом измерителя среднего значения расхода.

35

ч а40

Редактор Н.Лазаренко

Составитель А.Дмитриева Техред А.Кравчук

45

Корректор В. Гирняк

1367937

чика конечного систолического положения поршня и к первому входу формирователя импульсов измерения, второй g управляющий вход - к выходу формирователя импульсов сброса, к управляющему входу измерителя среднего значения расхода, к первому управляющему

входу первого блока памяти и к управляющему входу измерителя среднего значения давления в пневмокамере желудочка, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом комму татора, а выход - с информационными входами первого и второго блоков памяти, второй управляющий вход первого блока памяти подключен к выходу датчика конечного диастоличес5

0

входу формирователя импульсов измерения, первый выход которого соединен с входом формирователя импульсов сброса, с первым информационным входом измерителя среднего значения расхода и управляющим входом электронного ключа, а второй выход - с управляющими входами коммутатора и измерителя падения давления на клапанах, второй вход первого из которых и выход второго объединены, причем информационный вход-измерителя падения давления на клапанах соединен с выходом измерителя среднего значения расхода.

5

ч а2. Устройство по п,1, о тл и ю щ е е с я тем, что измеритель среднего значения расхода вьтолнен в виде последова- ельно соединенных измерителя перемещения поршня, умножителя и измерителя отношения величин, второй вход которого соединен с измерителем интервалов времени, причем первый вход измерителя перемещения поршня соединен с датчиком перемещения поршня, а второй вход измери теля перемещения поршня и вход измерителя интервала времени соединены с первым выходом формирователя им- пульсов измерения.

Корректор В. Гирняк