Катетерный датчик для измерения линейной скорости кровотока Советский патент 1982 года по МПК A61B5/02 G01P5/12 

I

Изобретение относится к медицине кому приборостроению, а именно к катетерным датчикам для измерения линейной скорости кровотока, основанным на применении термочувствительных элементов, и может быть применено при регистрации быстродействующих значений скорости движения биожидкостей в медицинском приборостроении, в частности при измерении линейной скорости кровотока.

Известен датчик, основанный на применении метода электромагнитной флоуметрии и содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде измерительной индуктивной петли, помещаемой в кровеносном сосуде, токопровода, внешний постоянный магнит и катетер .

Недостатком указанного датчика является то, что из-за принципиальной невозможности измерения электромагнитным датчиком таких существенных по величине компонент кровотока как вихревые потоки, циркуляции, не обеспечивается необходимая томность измерений при регистрации быстродействующих значений скорости: кровотока; из-за выполнения датчика без средств стабилизации положения из. мерительной индуктивной петли относительно поля внешнего магнита и наличия в кровеносном сосуде пульсаций крови, вызывающих смещение этой петли от выб

10 ранного положения,не обеспечивается необходимая точность измерений и усложняется процесс калибровки датчика.

Наиболее близким к предлагаемому

15 является катетерный датчик для измерения линейной скорости кровотока, содержащий термочувствительный элемент, нагреватель, токопровода и катетер 12.

20

Недостатками указанного датчика является то, что из-за выполнения термочувствительного элемента из термистора и принципиальной невоз3можности обеспечения быстрого изменения температуры всей его массы, а также из-за наличия у термистора изоляционной оболочки из стекла, ухудшакзщий процесс теплопередачи между нагревателем, термистором и потоком крови, не обеспечивается не обходимая малая тепловая инерционность датчика, что не позволяет изм рять мгновенные значения скорости кровотока; из-за выполнения датчика без средств, уменьшающих паразитные утечки тепла от термистора ло его токопроводам, не обеспечивается изотропность теплового поля термистора при регистрации быстропеременных значений скорости кровотока, что предопределяет недостаточ ную точность измерений. Цель изобретения - уменьшение тепловой инерционности датчика и повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что термочувствительный элемен выполнен в виде дифференциальной металлополупроводниковой термопары опорный спай которой снабжен аккумулятором, масса mg которого выбрана из соотношения , где mi - масса полупроводника, выполнен ного в виде стержня с соотношением его длины к диаметру как 20:1. На чертеже приведена принципиаль ная схема датчика. Катетерный датчик для измерения линейной скорости кровотока содержит термочувствительный элемент, выполненный в виде металлополупроводниковой термопары из поликристал ла 1, нап1эимер теллурида висмута, в форме стержня с соотношением его длины к диаметру не менее, чем 20:1, и медные токопровода 2. Термо пара имеет два спая 3 и 4. Спай 3, контактирующий с кровью, ввиду токсичности материалов термопары, покрыт никелем. Непосредственно у спая 3 на поверхности поликристалла 1 расположен нагреватель 5. К нагревателю 5 присоединены токопроводящие провода 6. Небольшая часть поликристалла 1 вместе со спаем k помещена в тепловом аккумуляторе 7, изготовленным в виде сплошного медного цилиндра со сквозными отверсти ми для токопроводов 2 и 6 и несквоз ным отверстием под поликристалл 1. Масса теплового аккумулятора 7 долж на превосходить массу поликристалла Ьне менее чем в 8 раз, чтобы обеспечить тепловой дрейф сигнала не более 15 мкВ/мин; Термочувствительный элемент помещен- в катетер 8 и загерметизирован в нем с помощью полиуретана 9, причем спай 3, контактирующий с кровью, остается открытым. Конечные размеры датчика определяются, в основном, габаритами поликристалла 1 и диаметром катетера. Длина катетерного датчика вместе с токопроводами 2 и 6 не критичны и выбираются по необходимости, так как датчик является активным устройство с очень малым внутренним сопротивлением, порядка нескольких долей Ома, и обладает высокой электромагнитной совместимостью. Датчик работает следующим образом. После введения датчика через поверхностно располо5кенные артерию или вену в глубоко лежащий сосуд, поликристалл 1 со спаями 3 и в течение kO-6Q с приобретает температуру крови, например, . Затем от источника питания со стабилизированным напряжением 1,2 В по токопрово- , дам 6 подводится электрический ток к нагревателю 5, котдоый повышает температуру спая 3 ДО 38-38,. В результате возникшей на спаях 3 и разницы температур в 1-1,, термопг ра датчика генерирует термо ЭДС, являющуюся полезным сигналом. При наличии в сосуде кровотока срай 3 охлаждается кровью и величина генерируемого сигнала уменьшается по обратно пропорциональной зависимости от скорости кровотока. Иными словами, чем интенсивнее кровоток, тем интенсивнее охлаждение спая 3 термопары и тем меньше величина генерируемого сигнала. Сигнал от датчика по токопроводам 2 передается непосредственно на регистратор. Использование принципа работы термопары, заключающегося в нагревании или охлаждении только ее спая, позволяет получать у датчика заданную частотную характеристику, так как масса спая 3, контактирующего с кровью, весьма мала и необходимые в процессе измерений температурные изменения этого спая происходят с незначительной тепловой инерционностью.Спай Л, находящийся внутри катетера, выполняет функцию опорного спая дифференциальной термопары и постоянство его температуры обеспечивается как формой поликристалла 1, так и наличием теплового аккумулятора 7, который уменьшает неблагоприятные действия возникающих тепловых флуктуации,, в результате чего повышается точность измерений и уменьшается до 101,5 мкВ/мин тепловой дрейф сигнала. Конструкция датчика и использованные при его изготовлении материалы, контактирующие с кровью, позволяют осуществлять стерилизацию датчика как промывкой дезинфецирующими раст ворами, так и в паровых и воздушных стерилизаторах. Датчик работоспособен практически сраёу после его введения в кровенос| ый сосуд, а также в течение длительного времени режиме работы. Ввиду незначительного перегрева спая 3 датчика по отно шению к крови и применения .низковол .ного питания для нагревателя 5 пользование датчика практически безопасно для пациентов. Благодаря указанному выполнению термочувствительного элемента датчи ка, введению в его конструкцию тепл вого аккумулятора, а также использованию высокоэффективного термоэлектрического материала, обеспечивается в 5-10 раз,повышение точности измерений быстропеременных значе ний сигнала, в 30-50 раз быстродействие датчика и существенное упрощение схем усиления и регистрации сигнала. Таким образом, изобретение может найти широкое применение в медицинс ком приборостроении в качестве датч ка для регистрации скоростей движения биожидкостей в организме чело 96 века,и животных, в частности для регистрации линейной скорости кровотока в кровеносных сосудах как больших, так и малых диаметров, включая сосуды головного мозга, почек и других органов, а также легких и сердца. Простота конструкции датчика, его малые габариты, его невысокая стоимость, обеспечение измерения как средних, так и мгновенных значений скорости кровотока с повышенной точностью датчика, его функционирование как активное устройство выгодно отличают предлагаемое устройство от известных. Формула изобретения Катетерный датчик для измерения линейной скорости кровотока, содержащий катетер, в котором размещен термочувствительный элемент, снабженный нагревателем, о т л и чающийся тем, что, с целью уменьшения тепловой инерционности м повышения точности измерений, термочувствительный элемент выполнен в виде дифференциальной металпополупроводниковой термопары, опорный спай которой снабжен аккумулятором, масса iriix которого выбрана из соотношения , где т масса полупроводника, выполненного в виде стержня с соотношением его длины к диаметру как 20:1. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Ткаченко Б.И. Методы исследования кровообращения. Л., Наука, 1976, с.27-30. 2.MIsener А.О. Thernrareslstor |for rate measuring Canad Т. Techn, IV. 32, 195, f 6, t2-47.