Устройство для определения пульсового кровенаполнения Советский патент 1992 года по МПК A61B5/295 

(Л

С

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в сердечно-сосудистой диагностике. Целью изобретения является повышение точности измерения при намерении интенсивности кровенаполнения сосудов i мелкого калибра Устройство для определения пульсового кровенаполнения содержит зондирующий генератор 1, два электрода (Э) 2 и 3, элемент k калибровки, преобразователь 5 импеданса в напряжение. Э 3 выполнен изолированным, а в устройство введены два пик- детектора 8 и 9, усилитель 19 с переменным коэффициентом усиления„ два элемента И 1 и 13 Оценка интенсивности пульсового кровенаполнения осуществляется путем определения его индекса без участия калибровочного сигнала 2 ил о л

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для исследования сердечно-сосудистой системы

Известно устройство для определения пульсового кровенаполнения, состоящее из зондирующего генератора, первого и второго электродов, преобразователя импеданса в напряжение и усилителя

Недостатком известного устройства является ограниченная область применения, ибо с его помощью определяют лишь пульсовое кровенаполнение сосудов крупного калибра (артерий), а определение параметров гемодинамики на уровне прекапилляров, капилляров и венул не представляется возможным

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для опредепения пульсового кровенаполнения, содержащее зондирующий генератор, преобразователь импеданса в напряжение, два электрода, блок вычитания, блок инди-- кации, элемент калибровки, распределитель импульсов0

Это устройство определяет интенсивность пульсового кровенаполнения „ путем наложения калибровочного сигнала на нисходящую часть реоволны с последующим вычислением отношения амплитуды реоволны к величине калибровочного сигнала о

Недостатком указанного прототипа является низкая точность, так как л.

СП

о о

4

длительность реоволны, ее амплитуда и форма изменяются в широких пределах в зависимости от состояния пациента и индивидуальных особенностей его организма, вследствие этого известное устройство не дает возможности наложить калибровочный сигнал в строго определенном месте реоволны, как того требует методика измерений, из-за чего результаты измерений имеют значительную погрешность„ -Вторым недостзткЪм указанного прототипа является узкая область применения из-за невозможности измерения параметров гемодинамики на уровне сосудов мелкого калибра, что обусловлено применением в указанном устройстве пары неизолированных электродов,

го пик-детектора 9 с управляемым сбросом соединен с вторым входом элемента

10вычитания,выход которого подключен к сигнальному входу усилителя 19 с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого подключен ко второму входу компаратора 11, выход компаратора

11соединен с ОБХОДОМ триггера 20, Ю выход которого подключен к второму

входу второго элемента 13 И, выход которого соединен с С-входом регистра 18, группа выходов которого подключена к группе входов индикатора 7 Выход 15 триггера Шмитта 1 соединен с входом первого счетчика 15, группа выходов которого подключена в группе входов дешифратора 16, первый выход которого соединен с входами Сброс первого 8

ние точности измерения при измерении интенсивности кровенаполнения сосудов мелкого калибра

На фиг„ 1 представлена блок-схема

вследствие чего не представляется воз-20 и второго 9 пик-детекторов с управля- можным измерить гемодинамику микроцир- емым сбросом и с R-входом второго куляторного русла на малом участке счетчика 17, второй выход дешифратора тела непосредственно под одним из эле- подключен к входу Запись первого ктродов0„пик-детектора 8 с управляемым сбросом

Целью изобретения является повыше- 25 третий выход дешифратора 16 соединен

с управляющим входом элемента k калибровки, с входом Запись второго пик- детектора 9 с управляемым сбросом и R-входом триггера 20, четвертый выход устройства; на Фиг„ 2 - диаграммы сиг-30 дешифратора 16 подключен к первым вхо- налов, иллюстрирующие его работу дам первого 12 и второго 13 элементов

Устройство для- определения пульсового кровенаполнения содержит зондирующий генератор 1, первый и втооой

I

электроды 2 и 3, элемент ч калибровкиs подключен к С-входу второго счетчика

преобразователь 5 импеданса в напряже-17, группа выходов которого соединена

ние, усилитель 6, индикатор 7, пик-де-с группой управляющих входов усилите

текторы 8 и 9 с управляемым сбросом,ля 19 с регулируемым коэффициентом

элемент 10 вычитания, компаратор 11Русиления и с группой входов регистэлементы 12 и 13 Иtтриггер Шмитта l4j, 40pa 18„

первый счетчик 15, дешифратор 16, Устройство работает следующим обвторой счетчик 17, регистр 18, уси-разом0

литель 19 с регулируемым коэффициентом На любой части тела закрепляется

усиления, триггер 0 и тактовый генеИ, второй вход первого элемента 12 И соединен с выходом тактового генератора 10 Выход первого элемента И 12

первый неизолированный электрод 2, на 45 который подано напряжение высокой частоты (100„ „ ,200 кГц) с выхода зондирующего генератора 1„ Второй электрод 3, выполненный в виде цилиндрической спирали из электропроводящего металла

ратор 21, причем к выходу зондирующего генератора 1 подключен первый электрод 2, второй электрод 3 соединен с входом элемента k калибровки, выход которого подключен к входу преобразователя 5 импеданса в напряжение,50 (бронза) и покрытый тонким слоем ди- выход которого соединен с входом уси- электрика, надевают на ногтевую фа- лителя 6, выход которого соединен с /информационными входами первого 8 и второго 9 пик-детекторов с управляемым

первый неизолированный электрод 2, на 45 который подано напряжение высокой час тоты (100„ „ ,200 кГц) с выхода зондирующего генератора 1„ Второй электрод 3, выполненный в виде цилиндрической спирали из электропроводящего металла

лангу пальца руки или ноги„ Благодаря тому, что ткань и жидкая среда орга1- низма являются хорошими проводниками

сбросом и с входом триггера Шмитта ,§электрического тока высокой частоты,

Выход первого пик-детектора 8 с уп-через переход электрод-диэлектрик- равляемым сбросом подключен к первомуткань протекает ток, величина которовходу элемента 10 вычитания и к перво-Yo составляет десятые доли милпиампему входу компаратора 11k выход второ-ра0 Емкостное сопротивление перехого пик-детектора 9 с управляемым сбросом соединен с вторым входом элемента

10вычитания,выход которого подключен к сигнальному входу усилителя 19 с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого подключен ко второму входу компаратора 11, выход компаратора

11соединен с ОБХОДОМ триггера 20, выход которого подключен к второму

входу второго элемента 13 И, выход которого соединен с С-входом регистра 18, группа выходов которого подключена к группе входов индикатора 7 Выход 5 триггера Шмитта 1 соединен с входом первого счетчика 15, группа выходов которого подключена в группе входов дешифратора 16, первый выход которого соединен с входами Сброс первого 8

И, второй вход первого элемента 12 И соединен с выходом тактового генератора 10 Выход первого элемента И 12

(бронза) и покрытый тонким слоем ди- электрика, надевают на ногтевую фа-

первый неизолированный электрод 2, на который подано напряжение высокой частоты (100„ „ ,200 кГц) с выхода зондирующего генератора 1„ Второй электрод 3, выполненный в виде цилиндрической спирали из электропроводящего металла

(бронза) и покрытый тонким слоем ди- электрика, надевают на ногтевую фа-

лангу пальца руки или ноги„ Благодаря тому, что ткань и жидкая среда орга1- низма являются хорошими проводниками

да второй электрод-ткань изменяется в такт с сердечной деятельностью : в фазе систолы сопротивление уменьшается, а в фазе диастолы - увеличивает- ся„ Напряжение, наводимое на втором электроде, оказывается промодулирован- ным по закону изменения кровенаполнения в Части тела, находящейся под вторым электродом (фиго Пэ)0 Ото нэп- ю ряжение поступает на вход элемента 4 калибровки, который представляет собой эталонный резистор, включенный в цепь прохождения сигнала, параллельно которому включены выводы управляв- tb мого электронного ключа

В исходном состоянии электронный ключ разомкнут, а при подаче -на управляющий вход электронного ключа управляющего сигнала - замкнут0 20

Г выхода элемента Ц калибровки электрический сигнал высокой частоты, промодулированный по амплитуде B JCO- ответствии с формой пульсовой волны

волны (фиг, 2Р r4) v.MTo

пульсовой

связано с необходимостью надежного заряда конденсаторов пик-детекторов 8 и 9 с управляющим сбросом, а также Ьля снижения требований к быстродейс вию счетчика 17 и усилителя 19 с регулируемым коэффициентом усиления, к торые должны за это время сформировать напряжение, соответствующее индексу кровенаполнения о

Пик-детекторы с управляемым сбросом могут быть выполнены из элемента памяти - конденсатора с малым током утечки, диода и двух электронных клю чей, одия из ключей включен в цепь между клеммой информационный вход и диодом„ а второй - между обкладкой конденсатора и общей шиной, при помощи этого ключа производится разряд конденсатора (сброс) по сигналу,подаваемому на вход Сброс пик-детектора. За время действия первых трех сиг налов пульсовой волны сигналом с пер(фиг„ , U) поступает на вход преоб- 25 вого выхода дешифратора 16 сбрасываразователя 5 импеданса в напряжение, который может быть выполнен, например в виде диода, анод которого подключен к выходу элемента калибровки, а между катодом и общей шиной включены Гшраллельно резистор и конденсатор На выходе преобразователя 5 импеданса в напряжение получим напряжение, изменяющееся в соответствии с формой пульсовой йолны (фиг. 2, Ilj), которое поступает на вход усилителя б, который усиливает переменную составляющую этого напряжения (фиг0 2,

VС выхода усилителя 6 сигнал подается на вход триггера 1 1 1митта, который каждый раз при достижении напряжением на его входе определенного уровня формирует на выходе сигнал лоются пик-детекторы 8 и 9 с управляемым сбросом (разряжаются их емкости) и обнуляется счетчик 17 В течение следующих трех сигналов пульсовой вол 30 ны уровень логической единицы появляется на втором выходе дешифратора 16 и пиковое значение напряжения с выхода усилителя 69 поступающее на вход первого пик-детектора 8 с управляеия)

8

2$ мым сбросом запоминается (фиг„ 2, в нем по сигналу, поступающему на вход управления от второго выхода дешифратора 1б„

В это время на третьем выходе де40 шифратора 16 и соответственно на входе управления элемента 2 калибровки сигнал логического нуля и электронный ключ элемента калибровки разомкнут. Следовательно, в цепь про

гической единицы,, Полученная таким об- 45 хождения сигнала между вторым элект- разом последовательность импульсов (фиг. 2, ) поступает на вход счетчи- - ка 15, который сначала делит входную частоту на 3; а затем считает полученные после деления частоты импульса до четырех,, после чего автоматически сбрасывается в исходное состояние Полученный на выходе счетчика 15 двоичный, код (фиг. 2, U(5-) подается на дешифратор преобразуется в пози- с$ ционный Таким образом на каждом из

тЯ

и)б

U

ь

выходов дешифратора (сЬиг. 2 и{

U . Uj ) состояние логической едини 16 16 цы держится

ч течение трех импульсов

родом и входом преобразователя 5 импеданса в напряжение включен резистор, и напряжение, поступающее на вход преобразователя 5 импеданса в 50 напряжение, уменьшается по сравнению с напряжением на втором электроде на величину падения Напряжения на резисторе элемента калибровки.

Следующие три сигнала пульсовой волны вызывают появление логической единицы на третьем выходе дешифратора (фиг. 9 П16). Этот сигнал, попадая на вход управления электронного ключа элемента калибровки,замыкает этот

юtb

20

6

волны (фиг, 2Р r4) v.MTo

пульсовой

связано с необходимостью надежного заряда конденсаторов пик-детекторов 8 и 9 с управляющим сбросом, а также Ьля снижения требований к быстродействию счетчика 17 и усилителя 19 с регулируемым коэффициентом усиления, которые должны за это время сформировать напряжение, соответствующее индексу кровенаполнения о

Пик-детекторы с управляемым сбросом могут быть выполнены из элемента памяти - конденсатора с малым током утечки, диода и двух электронных ключей, одия из ключей включен в цепь между клеммой информационный вход и диодом„ а второй - между обкладкой конденсатора и общей шиной, при помощи этого ключа производится разряд конденсатора (сброс) по сигналу,подаваемому на вход Сброс пик-детектора. За время действия первых трех сигналов пульсовой волны сигналом с пер25 вого выхода дешифратора 16 сбрасывавого выхода дешифратора 16 сбрасываются пик-детекторы 8 и 9 с управляемым сбросом (разряжаются их емкости) и обнуляется счетчик 17 В течение следующих трех сигналов пульсовой вол ны уровень логической единицы появляется на втором выходе дешифратора 16 и пиковое значение напряжения с выхода усилителя 69 поступающее на вход первого пик-детектора 8 с управляеия)

8

мым сбросом запоминается (фиг„ 2, в нем по сигналу, поступающему на вход управления от второго выхода дешифратора 1б„

В это время на третьем выходе дешифратора 16 и соответственно на входе управления элемента 2 калибровки сигнал логического нуля и электронный ключ элемента калибровки разомкнут. Следовательно, в цепь про

45 хождения сигнала между вторым элект- с$

родом и входом преобразователя 5 импеданса в напряжение включен резистор, и напряжение, поступающее на вход преобразователя 5 импеданса в 50 напряжение, уменьшается по сравнению с напряжением на втором электроде на величину падения Напряжения на резисторе элемента калибровки.

Следующие три сигнала пульсовой волны вызывают появление логической единицы на третьем выходе дешифратора (фиг. 9 П16). Этот сигнал, попадая на вход управления электронного ключа элемента калибровки,замыкает этот

ключ и закорачивает тем самым резистор, и теперь все напряжение со вто- рого электрода поступает на вход преобразователя Ц импеданса в напряжение Детектированный и усиленный сигнал с выхода усилителя 6 поступает на вход второго пик-детектора 9 с управляемым сбросом, в котором и запоминается его пиковое значение (йиг, 2, 11„) по сигналу, приходящему с третьего выхода дешифратора 16 на вход управления второго пик-детектора 9 с управляемым сбросом, В это же время сигнал с 3-гг выхода дешифратора 16 приходит на R-вход триггера и сбрасывает его.

Напряжения с выходов пик-детекторов 8 и 9 с управляемым сбросом приходят на входы элемента 10 вычитания. Напряжение на выходе этого элемента равно разности напряжений на выходах первого и второго пик-детекторов 8 и 9 с управляемым сбросом, т,е0 падению напряжения на резисторе элемента калибровки (фиг„ 2, ию) . Следовательно это напряжение является калибровочным Ппя определения интенсивности пульсового кровенаполнения нужно определить во сколько раз амплитуда пульсовой волны (напряжение на выходе первого пик-детектора) больше калибровочного напряжения,, Таким образом, для определения интенсивности пульсового кровенаполнения в предлагаемом устройств не нужно накладывать калибровочный Сигнал через определенное время после прохождения ее максимума, вследствие чего отсутствует погрешность, вызванная неточностью наложения калибровочного сигнала на спад реоволны из-за того, что длительность реоволны и ее амплитуда меняются в широких пределах в зависимости от состояния пациента и от его индивидуальных особенностей0

С появлением следующих трех сигна- лов пульсовой волны появляется логическая единица на четвертом выходе де шифратора (фиг. , U1g) „ Проходя на первый вход элемента И 12t он разрешает прохождение импульсов с выхода так тового генератора (фиг. , UZ1 ) на вход С счетчика 17 (Фиг 2, a также, поступая на второй вход элемента И 13, разрешает прохождение импульсов записи от триггера 20 на С-вход регистра 18„ В исходном состоя нии (когда счетчик 17 обнулен) напряжение на выходе усилителя 19 с регулируемым коэффициентом усиления равно

напряжению на его входе, то есть напряжению на выходе элемента вычитания 10„ Усилитель 9 с регулируемым коэффициентом усиления представляет собой операционный усилитель, охваченный отрицательной обратной связью по напряжению

Коэффициент передачи цепи обратной связи дискретно изменяется, принимая значения

1 с 2

к - 1 2оо 3

К

Зое

1

4 °

к Юос 11

При этом значения коэффициента усиления усилителя с регулируемым коэффициентом усиления принимают значения

Kfo 10,

К 1, г 2S K3 3; Эти значения коэффициента усиления определяются кодом, поступающим на входы управления усилителя 19 с регулируемым коэффициентом усиления Соответственно напряжение на выходе этого усилителя будет усилено в требуемое число раз по сравнений с напряжением на его входес

Это напряжение с выхода усилителя 19 с регулируемым коэффициентом усиления поступает на второй вход компаратора 11, который сравнивает его с напряжением, которое приходит на первый вход компаратора 11 с выхода пик-детектора 8 с управляемым сбросом В исходном состоянии напряжение на втором входе компаратора 11 меньше, чем на первом, и на выходе компаратора уровень логического нуля (фиг„ 2, U ( ) „ По мере поступления импульсов на С-вход счетчика 17 код на входе усилителя 19 с регулируемым коэффициентом усиления (фиг. 2, растет и соответственно увеличивается напряжение на его выходе (фиг„ 2, l1 Когда оно станет равно напряжению на выходе пик-детектора 8 с управляемым сбросом, на выходе компаратора 11 появится уровень логической единицы (фиг 2, U ). Вызванный этим положительный перепад сигнала на С-входе триггера 20 установит этот триггер в состояние логической единицы (фиг„ v 20), что вызовет появление положительного перепада сигнала на входе с регистра 18 (фиг. 2, U (3). в результате чего текущий код с выходов счетчика 13 запомнится в регистре 18 (фиг. 2, ).

Условие равенства напряжений на входах компаратора 11 будет выглядеть так

кди «и, -

где ДП - падение напряжения на резисторе устройства калибровки; U - амплитуда пульсовой волны; К - код на входах усилителя 19 с регулируемым коэффициентом .усиления, который записан в регистр в момент срабатывания компаратора, Следовательно

II

Л U

т0е„ полученный код показывает во сколько раз амплитуда пульсовой волны больше величины калибровочного сигнала что и является реограЛичегким индексом кровенаполнения о

Зафиксированный код с выходов регистра 18 подается на входы индикатора, где двоичный код преобразуется в код семисегментного индикатора и высвечивается на индикационной панели, ётот код сохраняется в регистре и индицируется на панели индикатора в течение всего следующего цикла измерения, в конце которого обновляется

Повышение точности устройства обусловлено тем, что нет необходимости точного наложения калибровочного CHI- нала на определенный участок реовол- ны, вследствие чего результат измерения не зависит от погрешности наложения калибровочного сигнала на требуе- мый участок спада реоволны0

,.

формула изобретения

Устройство для определения пульсового кровенаполнения, содержащее зондирующий генератор, первый и второй электроды, элемент калибровки, подключенный к преобразователю импеданс- напряжение, блок вычитания, распределитель импульсов и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения при измерении интенсивности кровенаполнения сосудов мелкого калибра, в него

ь

5

;jg с 5

20

ы а, je

30

350

45

50введены усилитель,первый и втопои пик- детекторы с управляемым сбросом, лва ЭЛР- мента И,первый счетчик,регистр,усилитель г регулируемым коэффициентом усиления,триггер,компаратор и тактовый генератор, при этом второй электрод выполнен в виде цилиндрической спирали из электропроводящего металла и покрыт тонким слоем диэлектрика, а распределитель импульсов выполнен в виде Последовательно соединенных триггера Шмитта, второго счетчика и дешифратора, причем выход усилителя соединен с информационными входами первого и второго пик-детекторов с управляемым сбросом и с входом триггера Пмитта, выход первого пик-детектора с управляемым сбросом подключен к первому входу элемента вычитания и к первому входу компаратора, выход второго пик-детектора с управляемым сбросом соединен с вторым входом элемента вычитания, выход которого подключен к сигнальному входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого подключен к второму входу компара тора, выход компаратора соединен с Овходом триггера, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, выход которого соединен с С-входом регистра, группа выходов которого подключена к группе входов блока индикации, первый выход дешифратора соединен с входами Сброс первого и второго пик-детекторов с управляемым сбросом и с R-входом первого счетчика, второй выход дешифратора подключен к входу апись первого пик-детектора с управляемым сбросом, третий выход дешифратора соединен с управляющим входом элемента калибровки, с входом Запись второго пик-детектора с управляемым сбросом и с R-входом триггера , четвертый выход дешифратора подключен к первым входам первого и второго элементов И, второй вход первого элемента И соединен с выходом тактового генератора, выход первого элемента И подключен к входу первого счетмм ка, группа выходов которого соединена с группой управляющих входов усилителя с регулируемым коэффициентом усиления и с группой входов регистра

jumMJinjinnmiJwui

Фиг 2.