Устройство для измерения артериального давления крови Советский патент 1988 года по МПК A61B5/02 

(2t) 4016999/28-14

(22). 12.12.85

(46) 30.09.88,Бюл. № 36

(72) В.П.Галкин и З.Н.Денисова

(53)615.47(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 350458, кл. А 61 В 5/02, 1972.

Авторское свидетельство СССР № 957856, кл. А 61 В 5/02, 1979.

(54)УСТРОЙСТВО ДНЯ ИЗМЕРЕНИЯ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ КРОВИ

(57)Устройство для измерения артериального Давления крови содержит

последовательно соединенные блок 1 вьщеления R-зубцов электрокардиосиг- нала (ЭКС) и блок 2 совпадений, блок 3 вьщеления тонов Короткова (БВТК),последовательно соединенные блок 4 управления, пневмоблок 5, аналого-цифровой преобразователь 6, блок 7 памяти. (БП) и первый индикатор 8, БП 9, индикатор 10, счетньй блок (СБ) 11. С целью повьппения точности измерения в него введены дешифратор (ДШ) 12, формирователь 13 сигнала декомпрессии, СБ 14, ДШ 15, блок 16 несовпадений, логический элемент ИЛИ 17. 4 ил.

4 ГО

а сд

со

к

Фиг. /

: . 11

i Изобретение относится к медицинск хнике, а именно к устройствам для мерения параметров сердечно-сосудистой системы биообъекта.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем дискрет н;ой декомпрессии5 пропорциональной астоте следования R-зубцов электро- иардиосигнала.,

На фиг.1 представлена структурная гЕлектрическая схема описываемого устройства , на фиг,2 и 3 - временные ди Iаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг„А - структурная электри- веская схема предпочтительного вариа fa выполнения устройства, г Устройство для измерения артери- |ального давления крови содержит |(фиг. t.) последовательно соединенные |блок 1 выделения R-зубцов электро- кардиосягнала (ЭКС), вход которого |подключен к первой входной шине уст- |ройства, и блок 2 совпадений, блок 3 |вьщеления тонов Кроткова (ТК), вход I которого подключен, к второй входной I шине устройства, а выход - к второму ;входу блока 2 совпадений; последовательно соединенные блок 4 управления

пневмоблок 5, аналого-цифровой преоб- 30 подключен к второму входу первого разователь (А1Ш) 6, первьй блок 7 памяти и первьш индикатор 8, второй блок 9 памяти и второй индикатор 10, первый счетный блок 11, первый вход которого подключен к второму выходу блока 4 управления последовательно соединенные первый дешифратор 12 и формирователь 13 сигнала декомпрессии, второй вход которого подключен к пер35

блока 7 памяти и третьему выходу п вого дешифратора 12, вход которого соединен с выходом первого счетно го блока 11.

В предпочтительном варианте исп нения устройства (фиг.4) блок 2 со падений может быть выполнен в виде логического элемента И, Блок 16 не падений содержит, например, 1К-три гер 18, одновибратор 19 и логическ элемент И 20 со связями, приведенн на фиг,4. Блок 4 управления может быть вьтолнен в виде конструкции, содержащей D-триггер 21, два RS-тр гера 22 и 23, одновибратор 24, лог ческий элемент И 25 и два логических элемента ИЛИ 26 и 27, причем п мой выход RS-триггера 22 и выход л гического элемента ИЛИ 27 образуют первую группу выходов блока 4 упра ления , Формирователь 13 сигнала де компрессии содержит, например, код вый переключатель 28, два счетчика 29,30 импульсов,D-триггер 31, RS-т гер 32, компаратор 33, цифроаналого вый преобразователь (1Щ) 34, четы логических элемента И 35-38, логический элемент ИЛИ 39 и два инверт ра 40 и 41, Пневмоблок 5 может быт

вому входу блока 4 управления и третьей входной шине устройства, третий вход - к выходу пневмоблока 5, четвертый вход - к третьему выходу блока; 4 управления, а первый выход - к второму входу пневмоблока 5J последовательно соединенные второй счетный блок 14 и второй дешифратор 15, первьй выход которого подключен к пятому входу формирователя 13 сигнала декомпрессии, второй выход которого соединен с вторым входом блока 4 управления, четвертый выход которого подключен к первому входу второго счетного блока 14, а пятый выход к шестому входу формирователя 13 сигнала декомпрессии и вторым входам вто рого 14 и первого 11 счетных блоков, третий (счетный) вход последнего соединен с выходом блока 2 совпадения блок 16 несовпадений, выход которого подключен к третьему (счетному) входу второго счетного блока 14 и четвертому входу первого счетного блока 11, первьй вход - к первому входу блока 2 совпадений и седьмому входу формирователя 13 сигнала декомпрессии, второй вход - к выходу блока 2 совпадений и четвертому входу второго счетного блока 14, а третий (установочный) входк шестому выходу блока 4 управления, и логический элемент ИЛИ 17, первый вход которого соединен с вторым выходом первого дешифратора 12, второй вход - с вторым выходом второго дешифратора 15, а выход - с вторым (запускающим) входом аналого-цифрового преобразователя 6, выход которого подключен к первому (информационному) входу второго блока 9 памяти, выход которого соединен с первым -входом второго индикатора 10, а второй вход с третьим выходом второго дешифратора 15, вторым входом первого индикатора 8, вторым входом второго индикатора 10 и третьим входом блока 4 управления, четвертый вход которого

30 подключен к второму входу первого ,

35

40

45

50

5

блока 7 памяти и третьему выходу первого дешифратора 12, вход которого соединен с выходом первого счетного блока 11.

В предпочтительном варианте исполнения устройства (фиг.4) блок 2 совпадений может быть выполнен в виде логического элемента И, Блок 16 несовпадений содержит, например, 1К-триг- гер 18, одновибратор 19 и логический элемент И 20 со связями, приведенными на фиг,4. Блок 4 управления может быть вьтолнен в виде конструкции, содержащей D-триггер 21, два RS-триг- гера 22 и 23, одновибратор 24, логический элемент И 25 и два логических элемента ИЛИ 26 и 27, причем прямой выход RS-триггера 22 и выход логического элемента ИЛИ 27 образуют первую группу выходов блока 4 управления , Формирователь 13 сигнала декомпрессии содержит, например, кодовый переключатель 28, два счетчика 29,30 импульсов,D-триггер 31, RS-триг- гер 32, компаратор 33, цифроаналого- вый преобразователь (1Щ) 34, четыре логических элемента И 35-38, логический элемент ИЛИ 39 и два инвертора 40 и 41, Пневмоблок 5 может быть

выполнен в виде конструкции, содержащей три усилителя 42-44 с гальванической развязкой, компрессор 45 с электроприводом, клапан 46 сброса давления, декомпрессионный клапан 47, двухвходовую манжету 48 и преобразователь 49 давления в напряжение. Первый счетный блок 11, содержит, например, счетчик 50 импульсов, инвертор 31 и логический элемент ИЛИ 52 (фиг.4), причем два выхода счетчика 50 импульсов и выходы инвертора 51 и логического элемента ИЛИ 52 образуют группу выходов первого счетного блока 11. Второй счетный блок 14 идентичен по конструкции первому счетному блоку 11-.

Устройство для измерения артериального давления крови работает следующим оёразом.

По внешней команде Пуск, поступающей в виде импульса положительной полярности на третью входную шину устройства, происходит установка триггера. 22 блока 4 управления в единичное состояние. При этом на первом выходе блока 4 управления формируется сигнал с уровнем логической единицы, под действием котброго запускается компрессор 45 в пневмоблоке 5 и начинается увеличение давления в манжете 48. Одновременно в счетчик 30 формирователя 13 сигнала декомпрессии переписывается код уровня f ограничения компресии, установленный кодовым переключателем 28, в результате чего на выходе ЦАП 34 формируется уровень напряжения, пропорциональный коду, записанному в счетчик О.Прк этом на выходе компаратора 33 формируется уровень логического нуля к на первом выходе формирователя 13 сигнала декомпрессии устанавливается уровень логической единицы, под действием которого закрывается декомпрессион- ный клапан 47 пневмоблока 5. Клапан 46 сброса давления также закрыт под действием сигнала с уровнем логической единицы, поступающего с первого выхода блока 4 управления.

В момент начала компрессии манжеты 48 на пятом выходе блока 4 управ- ления формируется сигнал, блокирующий работу первого 11 и второго 14 счетных блоков и формирователя 13 сигнала декомпрессии. Когда давление в манжете 48 пневмоблока 5 достигает уровня, задаваемого кодовым пере

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ключателем 28, напряжение с выхода преобразователя 49 пне: моблока 5, поступающее на третий вход формирователя 13 сигнала декомпрессии, ста- новится равным уровню напряжения, снимаемому с вькода ЦАП 34, при этом на втором выходе формирователя 13 сигнала декомпрессии выраба- тьтается напряжение с уровнем логической единицы, которое поступает на второй вход блока 4 управления. На выходе логического элемента И 25 блока 4 управления формируется напряжение с уровнем логической едини- щл, под действием которого происхо- . дит переключение триггера 23 в единичное, а триггера 22 - в нулевое состояние. Одновременно с этим выключается компрессор 45 пневмоблока 5 и на выходе одновибратора 24 блока 4 управления вырабатьшается импульс, под действием которого устанавливаются в единичное состояние триггер 18 блока 16 несовпадений и триггер 32 формирователя 13 сигнала декомпрессии, и в нулевое состояние - триггер 21 блока 4 управления. Кроме того, Б этот же момент времени с пятого выхода блока 4 уг равления прекращается поступление блокирующего сигнала и разрешается работа первого счетного блока 11 под действием сигнала, поступающего с второго выхода блока 4 управления.

I

После остановки компрессора,давление воздуха Р в манжете 48 превышает максимальное давление крови в артерии на 10-20 мм рт.с., при этом ТК отсутствзтот и на выходе блока 2 совпадений не формируются импульсы совпадения. На выходе блока 1 вьщеле- ния R-зубцов ЭКС непрерывно выраба- тьюаются импульсы, синхронные с

R-эубцами ЭКС. Эти импульсы поступают на первый вход блока 16 несовпадений и седьмой вход формирователя 13 сигнала декомпрессии. Под действием этих импульсов на выходе блока 16 несовпадений формируются импульсы несовпадения с длительностью, соответствующей длительности импульсов, вырабатываемых одновибратором 19, Запуск одновибратора 19 и подтверждение единичного состояния триггера 18 происходят по заднему фронту импульсов, снимаемых с выхода блока 1 вьщеления R-зубцов ЭКС.

: Первый же соответствующий R-зуб- 41,у ЭКС импульс, поступаюпщй на седьмой вход формирователе 13 сигнала декомпрессии, проходит через логичес- сий элемент И 36 и вызьюает умень- Ьение на единицу числа, записанного IB счетчик 30, Этот же импульс проходит через логический элемент И 35,

по заднему фронту устанавливает в еди-ю ет из фиг.З, первый ТК появляется в

ничное состояние триггер 31 и увели- Iчивает на единицу содержимое счетчи- jка 29. В результате этого на первом I выходе формирователя 13 сигнала компрессии вырабатьшается сигнал с уров- 15 мент ty) . Величина погрешности при

i нем логической единицы, под действи- I ем которого декомпрессионный кла- I пан 47 пневмоблока 5 открывается, на I чинается сброс давления в манжете 48 и пропорциональное уменьшение уровня. напряжения на выходе преобразователя 49. Такой процесс происходит до тех пор, пока уровень напряжения на третьем входе формирователя 13 сигнала декомпрессии не сравняется с уровнем напряжения, вырабатьгеаемым 1ШТ 34, после чего на выходе компаратора 33 устанавливается уровень логического нуля, который удерживается в данном состоянии до появления следующего импульса, синхронного с R-зубцом ЭКС. В момент появления уровня логического нуля на выходе компар атора 33 происходит установка триггера 31 в нулевое состояние и закрывается декомпрессионный клапан 47 пневмоблока 5. С приходом следующего импульса, соответствующего R-зубцу ЭКС, процесс декомпрессии повторяется .

Таким образом осуществляется дискретная декомпрессия давления в манжете 48, пропорциональная частоте следования К зубцов ЭКС.

Для обоснования необходимости такой декомпрессии рассмотрим процесс измерения артериального давления крови методом анализа ТК. На фиг.З представлены идеальный и р еальный случаи изменения давления в лучевой артерии и манжете 48 при измерении артериального давления крови. В идеальном слу ча,е в момент времени tj , когда давление в манжете 48 становится равным систолическому давлению в артерии, появляется первый тон Короткова. В этот момент производится отсчет сиетолического давления Р,, . В момент времени Ц давление в манжете 48 становится равным диастолическому давлению, что соответствует последнему тону Короткова. В этот момент отсчиты- вается диастолическое давление Pj.

Практически уравновепювание давления в манжете 48 и в артерии чаще всего не совпадает по времени с систолой (диастолой) сердца. Как следумомент tj, в результате чего отсчи- тьшается заниженное систолическое давление Р, . То же происходит и при отсчете днастолического давления (моизмерении Р и Р составит:

лРс PC - Ре лРэ Р© - РЭ

20

Величина данной составляющей погрешности измерения давления зависит от наклона о( и кривизны отрезка АВ. Из фиг.З видно, что величина дР

зависит от частоты изменения давления в артерии, которая, в свою очередь, равна частоте следования R-зубцов ЭКС. Для уменьшения погрешности измерения давления скорость декомпрессии должна быть пропорциональной- частоте сердечньпс сокращений. Если закон изменения давления в манжете 48 будет другим, то погрешность измерения возрастает. На погрешность изме

рения давления влияет и величина единичного сброса давления дР в манжете 48 (фиг.2) под действием R-зубцов ЭКС, причем чем меньше эта величина, тем меньше погрешность измерения давления, однако при малых величинах дР возрастает время измерения давления. Обычно величина дР выбирается в интервале 2-4 мм рт.ст. Выбор величины дР в устройстве оп- ределяется числом разрядов счетчика 30 и ЦАП 34 формирователя 13 сигнала декомпрессии при заданной величине опорного напряжения 34.

Процесс декомпрессии манжеты 48 продолжается до тех пор, пока давление в артерии обследуемого не уравновесится с давлением в манжете 48. В момент уравновешивания давления на выходе блока 3 выдеаения ТК вьфабаты- ваются импульсы, синхронные с ТК, при этом на выходе блока 2 совпадения вырабатываются импульсы совпадения. Для достоверного измерения систологического (диастолического) давления кро

ви при наличии помех и вьгоода информации о давлении на индикаторы 8 и 10 необходимо, чтобы число непрерывно следующих импульсов совпадения NU (несовпадения Нц,. ) было равно заданному числу N (в данном конкретном случае N - Мцс .

В идеальном случае (при низком уровне помех) по первому импульсу. Q совпадения на втором выходе первого дешифратора 12 вьфабатьгоается сигнал, который через логический элемент ИЛИ 17 запускает А1Щ 6, При этом на информационных входах первого 7 5 и второго 9 блоков памяти появляется код, соответствующий уровню давления в манжете 48, При появлении на счетном входе первого счетного блока 11 второго импульса совпадения сигна- jn лом с первого выхода первого дешифратора 12 производится установка в нулевое состояние триггера 32 и счетчика 29 формирователя 13 сигнала декомпрессии, ч то приводит к останов- 25 ке декомпрессии. После поступления на вход первого счетного блока 11

четвертого импульса совпадения сигналом с третьего выхода первого дешифратора 12 производится занесение ко- зо да систолического давления из АЦП 6 в первьй блок 7 памяти и переключение триггера 21 блока 4 управления. При этом происходит запрещение работы пер- вого счетного блока 11 и разрешение

работы второго счетного блока 14, а также включение декомпрессии вследствие установки триггера 32 в единичное состояние под действ1 ем сигнала, поступающего из блока 4 управле- . ния на четвертый вход формирователя ° 13 сигнала декомпрессии. Измерение диастолического давления производится аналогично, при этом после поступления импульсов несовпадения на счетный вход второго счетного блока 14 сигналом с третьего выхода первого дешифратора 15 производится не только занесение кода диастолического давления во второй блок 9 памяти, но также выдача кодов систолического и диастолического давлений из- блоков 7 и 9 памяти на индикаторы 8 и 10 и установка триггера 23 блока 4 управления в нулевое состояние, что приводит к выработке сигнала с уровнем логического нуля на первом выходе блока 4 управления и открыванию клапана 46 сброса давления. При этом происходят

35

45

55

n 5

о

5

5

5

сброс давления в манжете 48, и устройство готово для следующего цикла измерения давления. Временная диаграмма измерения артериального давления устройством для описанного случая приведена на фиг.2.

В реальных условиях измерения артериального давления при высоком уровне помех возможны ложные срабатьгеа- ния блока 2 совпадений и блока 16 несовпадений. Так, если после прихода первого импульса совпадения поступает импульс несовпадения (т.е. первый импульс совпадения ложный), то по первому импульсу совпадения происходят запуск А1Щ 6, однако остановка декомпрессии не происходит. Импульс несовпадения вызьшает установку первого счетного блока 11 в нулевое состояние. Происходит сброс давления в манжете 48 еще на один шаг, после чего устройство вновь готово к анализу, непрерывных последовательностей импульсов совпадения и несовпадения по описанному вьш1е алгоритму. Если после прихода двух импульсов совпадения поступают два импульса несовпадения, то происходит запуск АЦП 6 по первому и остановка декомпрессии по второму импульсам совпадения. Следующие два импульса несовпадения устанавливают в нулевое состояние первый счетный блок 11, однако в этом случае по второму импульсу несовпа- дения происходит установка триггера 32 формирователя 13 сигнала декомпрессии в единичное состояние с помощью счетчика 29 и логического элемента И 37, давление в манжете 48 сбрасывается на один шаг и устройство снова готово к анализу импульс- HbDc последовательностей. Возможны и другие комбинации импульсов совпадения и несовпадения, при которых также обеспечивается достоверное измерение артериального давления. Выбор значений N и N производится на основе статистических законов с учетом того, что при увеличении числа N достоверность правильного измерения давления возрастает, однако при этом происходит увеличение времени измерения, что не всегда приемлемо. При малых значениях N, например при N 1, устройство обладает низкой помехозащищенностью. Теоретически рассчитанная и проверенная на

щ актике оптимальная величина N рав- н4 четырем.

Использование -устройства в клини- чрской практике позволит повысить дЬстоверность и помехозащищенность и змерения артериального давления крови за счет анализа последовательнос- импульсов совпадения и несовпадения благодаря введению дискретной Ieкoмпpeccии, пропорциональной частоте следования К- зубцов электрокар- ;иосигнала .

Формула изобретения

Устройство для измерения артериального давления крови содержащее Последовательно соединенные, блок вы- |(епения R-зубцов электрокардиосиг- «ала, вход которого Подключен к первой входной шине устройства, и блок совпадений, блок вьщеления то- jHOB Короткрва, вход которого подклю- {чен к второй входной ванне устройства la выход - к второму входу блока сов- впадений, последовательно соединен- :ные блок управления, пневмоблок, аналого-цифровой преобразователь,первый блок памяти и первый, индикатор, второй блок памяти, второй индикатор и первый счетный блок, первый вход которого подключен к второму входу блока управления, о т л и ю- щ ее с я тем, что, с целью повютения точности измерения за счет дискретной декомпрессии, пр опорциональной частоте следования R-зубцов электро- кардиосигиала, в него введены после довательно соединенные первый; дешиф- ратор и формирователь сигнала декомпрессии, второй вход которого подключен к первому входу блока управления и третьей входной шине устройства, третий вход - к выходу пневмоблока, четвертый вход - к третьему выходу

5

0 5 о ц о

блока управления, а первый выход - к второму входу пневмоблока, последовательно соединенные второй счетный блок и второй дешифратор, первый выход которого подключен к пятому входу формирователя сигнала декомпрессии, второй выход -которого соединен с вторым входом блока управления, четвертый выход которого подключен к первому входу второго счетного блока, а пятый выход - к шестому входу формирователя сигнала декопрессии и вторым входам второго счетного блока и первого счетного блока, третий вход которого соединен с выходом блока совпадений, блок несовпадений, выход которого подключен к третьему входу второго счетного блока и четвертому входу первого счетного блока, первый вход - к первому входу блока совпадений и седьмому входу формировате- ( .

ля сигнала декомпрессии, второй вход- к выходу блока совпадений и четвертому входу второго счетного блока, а третий вход - к шестому выходу блока управления, и логический элемент ИЛИ, первый вход которого соединен- с вторым выходом первого дешифратора, второй вход -. с вторым выходом второго дешифратора, а выход- с вторым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к первому входу второго блока памяти, выход которого соединен с первым входом второго индикатора, а второй вход - с третьим выходом второго дешифратора, с вторьм входом первого индикатора, вторым входом второго индикатора и третьим входом блока управления, четвертый вход которого подключен к второму входу первого блока памяти и третьему выходу первого дешифратора, вход которого соединен с выходом первого счетного блока.

Давление Рт

PC

R-sySttbi

экс

НИ inn II

ТК

1111 i 111

tj t ty

Фи.З

Фиъ.2

ц ts 6