Устройство для измерения локального кровотока Советский патент 1982 года по МПК A61B5/02 A61B5/04 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для исследования гемодинамики и може быть использовано для исследования кровоснабжения органов и тканей мето дом теплового клиренса. Известно устройство для измерения локального кровотока, которое содержит дифференциальную термопару, источник подогрева с блоком управления усилитель, источник опорного напряжения, блок сравнения, триггер и счетчик импульсов tlj. Недостатком известного устройства является малое быстродействие, обусловленное тем, что измеряется не текущее значение логарифмического декр мента затухания, а время полувыведения, которое в норме равно 8-10 с, а при патологии может составить 50100 с. Реальная кривая клиренса тепла в тканях и кровеносных сосудах живого организма слагается из нескольких экспоненциальных кривых, характеризующихся различными величинами X , что вызвано изменениями локального кровотока вследствие воздействия на организм динамических нагрузок, фармакологических средств, психологических факторов и т.п. Так как известное устройство не позволяет получать текущие значения X , то это приводит к потере ценной диагностической информации. Кроме того, результатом измерения известным устройством является промежуточное значение время полувыведения, величину же локального кровотока необходимо дополнительно вычислять, что также приводит к увеличению времени получения конечного результата измерения. Цель изобретения - сокращение времени проведения измерения путем многократных измерений текуи его значения логарифмического декремента затухания при однократном введении тепловой энергии. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения локального кровотока, содержащем диф ференциальную термопару, соединенную с источником подогрева, усилитель и последовательно соединенные источник опорного напряжения, блок сравнения и триггер и первый счетчик импульсов, имеется блок вычисления текущего значения логарифмического декремента затухания, соединенный с цыходом усилителя и выходом тригге ра, а выход этого блока соединен с первым счетчиком импульсов. При этом блок вычисления текущего значения логарифмического декреме та затухания выполнен в ви-де последовательно соединенных преобразова- теля аналог-частота импульсов, второго счетчика импульсов, первого регистра, второго регистра и первого счетчика-регистра,последовательно соединенных второго счетчика-регистра, третьего регистра и преобразователя код-частота импульсов, и последовательно соединенных генератора импульсов, делителя частоты и схемы задержки, причем выход генератора импульсов соединен также с вторым входом преобразователя код-частота импульсов., выход делителя частоты соединен также с вторыми входами второго и третьего регистра, выход схемы задержки соединен с первым вхо дом второго счетчика-регистра и вторыми входами второго счетуика импульсов и первого регистра, второй, третий и четвертый входы второго счетчика-регистра соединены с выходо триггера, преобразователя аналогчастота импульсов и выходом второго счетчика импульсов, а выход преобразователя код-частота импульсов соединен с вторым ВХОДОМпервого счетчика-регистра. i . - . На чертеже изображена структурная схема устройства для измерения локал ного кровотока. Устройство содержит дифференциаль ную термопару 1, соединенную с источ НИКОМ подогрева, усилитель 2 постоянного тока, блок 3 сравнения, содержащий схемы сравнения с опорными напряжениями UQ и 0,1UQ , источ :иик опорного напряжения, триггер 5 управления токовым ключом 6 источника подогрева, который кроме токового ключа б содержит источник 7 то904 ка и нагревательный элемент 8, находящийся в тепловом контакте с одним из термоспаев дифференциальной термопары 1. К выходу усилителя 2 подключен преобразователь 9 аналогчастота импульсов, выход которого соединен со счетными входами счетчика 10 импульсов и счетчика-регистра 1 1 . Инверсные информационные выходы счетчика 10 подключены к информационным входам счетчика-регистра 11 и первого регистра 12, прямые динамические входы синхронизации которых соединены между собой, а также с инверсным динамическим входом обнуления счетчика 10 и выходом схемы 13 задержки. Иверсные информационные выходы счетчика-регистра 11 подключены к информационным входам регистрэ И, информационные выходы которого соединены с информационными входами преобразователя 15 код-частота импульсов. Выход преобразователя.15 код-частота подключен к счетному вхоДУ счетчика-регистра 16, информационные входы которого соединены с информационными выходами регистра а выход импульса переполнения счетчика-регистра 16 соединен с его же входом синхрониза(ии и входом счетчика 18 импульсов, работающего, в режиме измерения частоты импульсов. Вход схемы 13 задержки соединен с выходом делителя 19 частоты и прямыми динамическими входами синхронизации регистров 14 и 17. Вход делителя 19 соединен со счетным входом преобразователя 15 код-частота и Bbixo/cjOM генератора 20 импульсов. Дифференциальная термопара 1 и нагревательный элемент 8 конструктивно выполнен в виде датчика, который устанавливается в область, где измеряется локальный кровоток. Причем последовательно соединенные преобразователь 9 аналог-частота импульсов, счетчик 10,импульсов, регистры 12 и 17, счетчик-регистр 1б, последовательно соединенные сметчик-регистр 11, регистр Ц и преобразователь 15 код-частота импульсов, и последовательно соединенные генератор 20 импульсов, делитель 19 частоты и схема 13 задержки образуют блок вычисления текущего значения логарифмического декремента затухания. Метод теплового клиренса заключается во введении в исследуемую точку ткани определенного количества тепла путем импульсной генерации тепла и последующем измерении относительной скорости выведения (клире са) тепла, характеризующей кровото в исследуемой точке. При этом выве дение тепла из исследуемой точки осуществляется по экспоненциальному закону и усиленный сигнал датчика может быть описан уравнением u(t)кuoE- (1) де Ufl сигна1п датчика в начальный момент выведения тепла, после прекращения на рева }. А. - логарифмический декремент затухания, равный относительнок5 скорости выведения теплая К - коэффициент усиления усилителя. Принцип измерения текущего значе ния логарифмического декремента затухания предлагаемым устройстврм ср тоит в следующем. . Продифференцировав уравнение (1) по времени получим ,(2) Отсюда величину логарифмического де ремента затухания кривой выведения можно определить, разделив уравнение (1) на уравнение (2) , аи ultydt Для цифрового вычислительного устройства, которым является предла гаемое устройство, уравнение 3 примет вид ,, Jj:B, () где At - шагдискретизации-, N - дискретное значение сигнал при i-BOM отсчете; дискретное значение сигнал при (1+1)-вом отсчете. Устройство для измерения локального кровотока работает следующим образом. В исходном состоянии триггер 5, счетчики 10 и 18, счетмик-регистр 11 и регистры 12, И и 17 установлен в нулевое состояние, а счетчик-ре : гистр 16 в единичное состояние, сигнал на выходе усилителя 2, и соответственно, преобразователя 9 аналог-частота отсутствует. Датчик приводят в контакт с исследуемым учйстКОМ ткани, и на вход Пуск подают сигнал, который устанавливает триггер 5 в единичное состояние, при котором ключ 6 открывается и ток от источника 7 поступает на нагревательный элемент 8. Начинается режим введения тепла, при котором уровень сигнала на выходе усилителя 2 увеличивается и когда достигает величины опорного напряжения Ug, срабатывает блок 3 сравнения с опорным напряжением U, сигнал с выхода которой устанавливает триггер 5 в нулевое состояние. Ключ 6 закрывается, нагрев термопары прекращается и 1ачинается режим выведения тепла, при котором ЭДС термопары 1 и соответственно напряжений на выходе усилителя 2 уменьшаются по затухающей экспоненте (1), текущее значение логарифмического декремента затухания которой измеряется непрерывно следующим образом. Потенциал с инверсного выхода триггера 5 открывает по входам управления счетчик 10 и счетчик-регистр 11, которые за время первого шага дискретизации зарегистрируют число импульсов N.,, поступивших на их счетные входы с выхода преобразователя 9 аналог-частота. Очередной импульс с выхода схемы 13 задержки своим передним фронтом переписывает по информационным входам из счетчика 10 в счетчик-регистр 11 и регистр 12 число N в обратном коде, а задним фронтом устанавливает счетчик 10 в нулевое состояние. В течение второго шага дискретизации счетчик 10 и счетчик-регистр 11 по счетным входам зарегистрирует число N, но так как в счетчике-регистре 11 предварительно было записано число N в обратном коде, то после окончания второго шага дискретизации в нем будет записано результирующее число , которое в обратном коде в виде числа 0 переписывается в регистр 1 очередным импульсом с делителя 19. Этим же импульсом число N в обрат- , t ном коде из регистра 12 переписывается в регистр 17, а через время задержки схемы 13 дб число . переписывается в счетчик-регистр 11 и регистр 12. На выходе преобразователя 15 код-частота появляются импульсы частотой f ci.f ((j), где et - коэффици ент преобразования, равный j, а частота генератора 20, равная Первый импульс, приходящий на счетный вход счетчика-регистра 16, производит прием в нем числа -N из регистра 17 Последующие импульсы производят досчет до нуля, при кото ром появляется импульс переноса на выходе счетчика-регистра 16, которы поступает на его же- вход синхрониза ции и производит повторный прием числа -N-1 из регистра 17. Частота импульсов переноса на выходе счетчи ка-регистра 16 измеряется счетчиком 18 и равна P,.a,4f(K.:N.a.,.,A,(5) Т.е. с учетом сдвига запятой влево на m десятичных разрядов равна измеряемому логарифмическому декременту затухания вначале экспоненциальной зависимости (1). За время третьего шага Дискретизации в счетчике-регистре 11 к числу -NQ добавится число N и результат в виде числа Мк-Мл с инверсных информационных выходов очередным импульсом с делителя 19 частоты будет записан в регистр И, и в регистр 17 т число регистра 12, в котором оно хранилось в течение третьего шага дискретизации. Поэтому в течение следующего четвертого шага дискретизации частота импульсов переносана выходе счетчика-регистра 16,. измеряемая счетчиком l8, будет равна ,.й.«(ез:|.1..,„-.:«|„Л,, Аналогично при (i-H )-вом шаге дискретизации частота, регистрируемая счетчиком 18, будет равна ,,(i) . п .Т.е. соответствует логарифмическому декременту затухания на i-вом участк кривой выведения тепла. При уменьшении сигнала на выходе усилителя 2 до уровня О, lU срабатывает схема 3 сравнения с опорным нап ;ряжением 0,lUo блока k, сигнал с выхода которого поступает на единичный вход Т(эиггера 5 и снова начинает ся режим введения, а затем выведения тепла и измерения текущего значения логарифмического декремента затухания как описано выше. 08 Таким образом, предлагаемое устройство в отличие от известного имеет более высокое быстродействие и обеспечивает многократные измерения в режиме выведения тепла текущего значения логарифмического декремента затухания, что позволяет следить за динамикой изменения этого показателя и исключить дополнительные вычисления и тем самым сократить время получения конечного результата измерения. Например, при ut-0,1 с и ; Тд5 10 с обеспечивается более 100 измерений логарифмического декремента затухания, против одного измерения известным устройством. Формула изобретения 1.Устройство для измерения локального кровотока, содержащее дифференциальную термопару, соединенную с источником подогрева, усилитель и последовательно соединенные источник опорного напряжения, блок сравнения и и триггер и первый счетчик импульсов, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени проведения измерения путем многократных измерений текущего значения логарифмического декремента затухания при однократном введении тепловой энергии, в нем имеется блок вычисления текущего значения логарифмического декремента затухания, соединенный с выходом усилителя и выходом триггера, а выход этого блока соединен с первым счетчиком импульсов. 2.Устройство по п.1, о т л ичающееся тем, что в нем блок вычисления текущего значения логарифмического декремента затухания выполнен в виде последовательно соединенных преобразователя аналог-частота импульсов, второго счетчика импульсов, первого регистра,второго регистра и первого счетчика-регистра,последовательно соединенных второго счетчикарегистра,третьего регистра и преобразователя код-частота импульсов,и последоват бльно соединенных генератора импульсов, дели теля частоты и схемы задерн ки,причем выход генератора импульов соединен также с вторым входом преоб эазователя код-частота импульсов, выход делителя частоты соединен также с вторыми входами второго и третьего регистра, выход схемы задержки соединен с первым входом второго счетчика-регистра и вторыми входами второго счетчика импульсов и первого регистра, второЦ, третий и четвертый входы второго счетчика-регистра соединены с выходом триггера, преобразователя аналог-частота импульсов и выходом второго счетчика импульсов, а выход преобразователя кодчастота импульсов соединен с вторым iвходом первого счетчика-регистра.

Источники информадии, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР f 556786, кл. А 61 В 5/0, 1977.