Устройство для измерения скорости кровотока в сосудах Советский патент 1992 года по МПК A61B5/26 A61B5/285 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для измерения скорости кровотока в сосудах.

Известны электромагнитные флоумет- ры, содержащие усилитель магнитного тока, генератор, интегратор, передний элемент, пропускник, усилитель, чувствительный детектор, входной усидитель, регистратор. Недостатки устройства - низкая точность измерений (порядка ±6%), сложность конструкции и высокая трудоемкость измерений.

Известны также ггроточные и манжеточ- ные датчики расхода крови. Проточные датчики обладают сравнительно высокой точностью( ± 1,0-1,5%), линейностью показаний, стабильностью нулевой линии и малой зависимостью регистрируемых значений от изменений гематокрита, вязкости и температуры крови. Однако их применение сопряжено с временной остановкой циркуляции крови, связанной с включением датчика в аортальный или магистральный пульмональный кровоток. Это ограничивает их применение сердечно-легочным препаратом или системой экстракорпорального кровообращения. Этого недостатка лишены манжеточные датчики, например, ультразвуковые флоуметры, но при их применении возникают трудности иного порядка. Они связаны с получением стабильной нулевой линии и калибровкой датчиков. Это снижает точность измерений, а зависимость показаний таких датчиков от изменений гематокрита ограничивает их применение в условиях гемодилюции. Кроме того применение таких датчиков предполагает закрепление манжеты датчика на сосуде, т.е. достаточно сложен подготовительный этап их использования и для их работы необходима сложная регистрирующая аппаратура.

Известны также баллистокардиографи- ческий метод и метод трансторакальной им- педансной реокардиографии, но эти методы имеют весьма низкую точность (ошибка до 25%).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, содержащее резистор- ный мост, усилитель, источник питания и индикатор,

Недостатками этого устройства являются:

необходимость введения датчика расхода внутрь сосуда с жидкостью;

невозможность проведения измерений в незамкнутых сосудах (трубопроводах, сосудах системы кровообращения и т.п.).

Недостаток первого типа рассмотрен выше.

Второй недостаток обусловлен тем, что

при использовании данного устройства в сосудах с протекающей через них жидкостью, устройство либо вообще ничего не будет измерять (при равенстве объемов

0 втекающей и вытекающей жидкости), либо измерения будут иметь ошибку до 100% (при незначительном отличии объемов).

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за

5 счет возможности измерения объемной скорости кровотока в сосудах,

Сущность изобретения заключается в том, что кровь обладает определенной проводимостью (сопротивление столба крови

0 диаметром 0,5 см и высотой 2 см равно примерно 2,5 кОм), и, включив участок сосуда А-В в качестве плеча резисторного моста, в исходном состоянии производится балансировка моста. Затем в сосуд вводится не5 который (до 2 мл) объем жидкости (например, реоглюман; сопротивление столба реоглюмана диаметром 0,5 см и высотой 2 см составляет примерно 2,1 кОм, т.е. отличается от сопротивления крови в столбе

0 тех же размеров на 400 Ом), что приводит к разбалансу моста на время прохождения введенной жидкостью участка А-В. Скорость кровотока определяется как отношение расстояния (1дв) к времени его прохождения

5 (Т.АВ). Расстояние определяется местами закрепления на стеклотекстолитовой пластине шприца и контактной иглы и может изменяться от 1 до нескольких (порядка 5) сантиметров, оно измеряется обычными ме0 тодами и устанавливается в блоке задания расстояния, время прохождения введенной жидкостью участка А-В формируется автоматически по появлению и исчезновению логической единицы на выходе элемента

5 сравнения (компаратора) преобразователем время - код в те моменты, когда ключ открыт.

Существенные отличия заключаеюся в том, что дополнительно введены элемент

0 сравнения, аналого-цифровой преобразователь, шприц с двумя металлическими кольцами и ползунком, контактная игла, причем шприц и контактная игла жестко закреплены на стеклотекстолитовой пласти5 не, потенциометр, преобразователь время - код, блока-задания расстояния, блок деления, триггер со счетным входом и ключ с их связями.

Устройство поясняется приведенной на чертеже структурной схемой.

Устройство содержит шприц 1 с двумя металлическими кольцами и ползунком жестко скрепленным с поршнем, контактную иглу 2, проводники 3 а, б, в, г, мостовую схему (резисторный мост) 4, источник питания в виде источника постоянного напряже- ния 5, первый потенциометр 6, операционный усилитель 7, схема сравнения 8, счетный триггер со счетным входом 9, ключ 10, преобразователь время - код 11, блок деления 12, блок задания расстояния 13, аналого-цифровой преобразователь 14, блок отображения 15, резисторы 16 и 17, второй потенциометр 18, индикатор 19, пластину 20.

Металлическая игяа шприца 1 соединена проводником За с первой (I) узловой точкой резисторного моста 4, контактная игла 2 соединена проводником 36 со второй (II) узловой точкой резисторного моста 4, в диагональ моста 4 между первой (I) и третьей (III) узловыми точками включен источник постоянного напряжения 5, а между II и IV узловыми точками - индикатор 19 III узловая точка резисторного моста 4 соединена с первым входом операционного усилителя 7, а IV точка - с его вторым входом, выход операционного усилителя 7 связан со вторым входом схемы сравнения 8, первый вход которого соединен со вторым неподвижным выводом первого потенциометра 6, а выход - с входом ключа 10, управляющий вход которого соединены с выходном триггера со счетным входом 9, вход которого соединен проводником Зге ползунком шприца 1 (ползунок жестко связан с поршнем шприца); выход ключа 10 соединен с входом преобразователя время-код 11, выход которого подключен к первому входу блока деления 12, выход которого связан с входом табло отображения 15, а второй вход - с выходом аналого-цифрового преобразователя 14, вход которого соединен с выходом блока задания расстояния 13;первый неподвижный вывод потенциометра 6 связан с источником спорного напряжения (Еоп), своим подвижным контактом и через проводник 3В - с металлическими кольцами шприца 1.

Игла шприца 1, его металлические кольца, ползунок и контактная игла имеют зажим для подключения проводников 3.

Параметрический усилитель 7 - извест- ный элемент, например, К 284УД1А- К284УД1Вит.п.

Схема 8 сравнения - известный элемент, например, К 252СА1 и т.п.

Триггер со счетным входом 9 - известный элемент, например, на основе К

155ЛАЗ, КМ155ЛАЗ, К155ЛА11, К155ЛА12, К155ЛА13.

Ключ 10 - известное устройство, например, К155ЛИ5, К155ЛИ1 и т.п.

Преобразователь время - код 11 - известный элемент, построенный по принципу заполнения счетчика с генератора импульсов через ключ на элементах К 155ИЕ5, КМ155ИЕ5, К 155ЛИ5.К155ЛИ1, К 155ИР1,

0 КМ155ИР1.

Блок деления 12 -.известное устройство, например, К155ИЕ8, К155ИЕ5, КМ155ИЕ4.

Блок задания расстояния 13-регулиру5 емый источник постоянного напряжения, например, БП-11, напряжение на выходе которого устанавливается пропорциональным расстоянием между точками ввода иглы шприца 1 и контактной иглы 2, т.е. UAB.

0 Аналого-цифровой преобразователь 14 - широко известные элементы например, К572ПВХ, К1107ПВ1 (ПВ2), К 1108ПВ1 (ПВЗ) и т.п.

Блок отображения 15 состоит из дешиф5 ратора, например, К155ИД1, К176ИД1 и цифрового индикатора, например, ИН2, ИН4. ИВ1.

Формирование вышеперечисленных (импульсных) устройств из выпускаемых

0 промышленностью интегральных микросхем и их работа описаны в книгах Основы дискретной техники АСУ и связи под общей редакцией Г.Ф. Гриненко, Ленинград, Военный инженерный краснознаменный инс5 титут им. А.Ф. Можайского, 1980 и Интегральные микросхемы, справочник под. ред, Б.В. Тарабрина, М., Радио и связь, 1984.

Остальные элементы типовые (резисто0 ры, потенциометры, микроамперметр) и широко применяемые.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии в сосуд вводится игла шприца 1 и контактная игла 2 на рас5 стоянии IAB. Расстояние IAB определяется положением шприца и контактной иглы, жестко закрепляемых на стеклотекстолитовой пластине 20, что дает высокую точность измерения расстояние между шприцом и кон0 тактной иглой и на выходе блока 13 устанавливается напряжение, пропорциональное (например, мм - 1) В; мм - 1),7 В и т.д.). С помощью потенциометра 18 балансируется мост 4 (по

5 минимуму показаний индикатора 19), а с помощью потенциометра 6 убирается постоянная составляющая операционного усилителя 7. При этом на выходе схемы сравнения 8 (компаратора) будет потенциал логического нуля, ключ 10 открыт (т.к. на

выходе блока 9 потенциал логический единицы - исходное состояние триггера), на выходе преобразователя код-время 11 нет сигнала, на выходе блока деления 12 сигнала нет, на его выходе сигнала нет, на индикаторе светятся нули.

В какой-либо момент времени ti с помощью шприца 1 в сосуд вводится некоторый объем жидкости (до 2 мл), причем в начале движения поршня ползунок проходит через первое металлическое кольцо, надетое на шприц, и на вход триггера 9 попадает бросок напряжения от источника Еоп, который перебрасывает триггер во второе устойчивое состояние, на его выходе - сигнал логического нуля, ключ 10 закрывается. Введение в сосуд жидкости приводит к изменению сопротивления сосуда на участке IAB (за счет различных электрических свойств крови в водимой жидкости) и разбалансу моста 4. Разбаланс моста будет сохра- няться до тех пор пока вся в.водимая жидкость не пройдет мимо контактной иглы 2. При разбалансе через резистор 17 протекает ток, падения напряжения с резистора 17 подается на вход операционного усилителя 7, с выхода которого напряжение подается на первый вход схемы сравнения 8 (компаратора), на выходе которого появляется напряжение логической единицы, но так как ключ 10 закрыт, то на преобразователь 11 сигнал не проходит.

В конце времени введения жидкости в сосуд t2 (в крайнем нижнем положении поршня шприца 1) ползунок шприца проходит второе металлическое кольцо, надетое на шприц и на вход триггера 9 поступает второй бросок напряжения, который возвращает триггер в исходное состояние, на его выходе появляется потенциал логической единицы, который открывает ключ 10, разрешая поступление сигнала с элемента сравнения 8 на вход преобразователя 11.

В момент времени гз вся введенная жидкость проходит контактную иглу 2 (весь отрезок IAB), восстанавливается исходное сопротивление сосуда, происходит баланс моста, на выходе элемента 8, а следовательно, и ключа 10 появляется напряжение логи- ческого нуля, прекращается работа преобразователя 11 и кодовая комбинация с его выхода (соответствующего интервалу времени A t ta-t2 прохождения всей введен ной жидкостью участка АВ) поступает на первый вход блока деления 12, на второй вход которого с выхода блока 14 поступает кодовая комбинация, соответствующая длине участка АВ. В результате деления на выходе блока 12 кодовая комбинация

пропорциональна скорости кровотока в сосуде, и на табло 15 происходит ее отображение в цифровой форме.

За счет введения триггера со счетным

входом 9, шприца 1 специальной конструкции (с двумя металлическими кольцами и ползунком, жестко связанными с поршнем) и ключа 10, исключается влияние времени введения жидкости в сосуд на результат измерения, т.к. происходит фактически измерение скорости движения заднего фронта введенного объема жидкости.

Технические преимущества заключаются в том, что обеспечивается высокая точность измерения за счет использования высокоточного мостового метода, быстродействующих (до с) интегральных микросхем. Точность измерения скорости кровотока практически определяется точностью измерения расстояния между точками вкола шприца и контактной иглы, т.е. пределах 10 3м-толщины иглы, а соответственно и погрешность при определении скорости составит м/с.

Положительный эффект состоит в значительном упрощении устройства за счет сокращения оборудования, следовательно, повышении надежности, значительном упрощении процессов настройки и работы.

Предложенное устройство может быть использовано для определения объемной скорости как артериального, так и венозного кровотока в сосудах крупного диаметра, например нижняя полая вена, верхняя полая

вена, бедренная вена, подключная вена, брюшная аорта, грудная аорта, бедренные артерии и другие сосуды, имеющие диаметр не менее 3-4 мм.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости кровотока в сосудах, содержащее два электрода, включенных в одно из плеч мостовой схемы, в одну из диагоналей которой включен источник питания, а в другую - измерительный блок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения травмирования сосуда, в нем один электрод выполнен в виде шприца с установленными

на нем металлическими кольцами и ползунком, а другой электрод - в виде контактной иглы, причем оба электрода жестко закреплены на стеклотекстолитовой пластинке, при этом измерительный блок выполнен в

виде последовательно соединенных операционного усилителя, входы которого являются входами измерительного блока, схемы сравнения, ключа, преобразователя время- код, блока деления, вторым входом через аналого-цифровой преобразователь соеди

немного с блоком задания расстояния, инапряжения, соединенного с закороченныблока отображения, а также потенциомет-ми между собой металлическими кольцами,

ра, включенного между вторым входом схе-и счетного триггера, включенного между

мы сравнения и источником опорногоползунком и вторым входом ключа.

Устройство для измерения скорости кровотока в сосудах содержит два электрода, первый из которых выполнен в виде З2 шприца 1 с установленными на нем двумя металлическими кольцами и ползунком, а другой в виде контактной иглы 2, оба электрода укреплены на стеклотекстолитово-й пластинке 20, измерительный блок соединен с мостовой схемой 4 и выполнен в виде последовательно соединенных операционного усилителя 7, схемы 8 сравнения, ключа 10, преобразователя 11 время код, блока 12 деления и блока 15 отображения, также имеются счетный триггер 9 и потенциометр 6 Цель изобретения повышение точности и уменьшение травмирования сосуда 1 ил VI О о со а со