Устройство для определения минутного объема кровообращения Советский патент 1983 года по МПК A61B5/02 

(54) УСТРОЙСТВО для ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИНУТНОГО ОБЪЕМА .КРОВООБРАЩЕНИЯ

1

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для измерения гемодинамики и может 6bfTb использовано для измерения и длительного контроля минутного объема кровообращения, например при реанимации пострадавших, а также -при интенсивной терапии больных с инфарктом миокарда.

Известно устройство. для определения минутного объема кровообращения, которое содержит реограф с входящими в него электродами и генератором тока высокой частоты, арифметический блок, дифференциатор, индикатор. При этом, устройство измеряет ударный объем кровообращения по формуле Кубид1ека 1.

Недостатками известного устройства, является то, что для снятия реограммы необходимо наложить ленточные металлические . электроды на грудь и щею, что представляет определенные неудобства; для реализации формулы Кубичека время изгнания определяется по второму тону фонокардиограммы, который определяется дополнительным устройством фонокардиографом. Кроме того, для определения минутного объема в устройстве производится умножение ударного

объема на количество сердечных сокращений, используя дополнительный умножителц и отсутствует индивидуальная коррекция результатов измерений.

Целью изобретения является оптимизация определения минутного объема кровообращения и возможность коррекции измерения пО более точным измерителям.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство содержащее реограф с входящими в него электродами и генератором тока высокой частоты, арифметический блок, дифференциатор, индикатор, в него введены пороговая схема, блок выделения амплитуды реокардиосигнала, счетчик, генератор импульсов, запоминающий блок, мультиплексор, управляемый генератор, преобразователь напряжение - длительность импульса и блок усреднения результатов вычисления, причем первый выход реографа соединен с входом блока выделения амплитуды реокардиосигнала, второй вы.ход реографа подключен к первому управляющему входу арифметического блока, а третий выход - к входу пороговой схемы, первый выход которой соединен с первы.м управляющим входом блока выделения

амплитуды, входом запуска счетчика и управляющими входами запоминающего блока и блока усреднения, второй выход пороговой схемы соединен с вторым управляющим входом блока выделения амплитуды реокардиосигнала и входом останова счетчика, выход которого подсоединен к второму управляющему входу арифметического блока, а счетный вход соединен с выходом генератора импульсов и счетным входом запоминающего блока, выход блока выделения амплитуды соединен с входом арифметического блока, выход которого подключен через преобразователь напряжение - длительность импульса к первому управляющему входу запоминающего блока и первому .информационному входу мультиплексора, второй управляющий вход запоминающего блока соединен с входом установки режима, а выход подключен к второму информационному входу мультиплексора, управляющий вход мультиплексора, соединен с входом установки режима, тактовый вход его соединен с выходом управляемого генератора, а выход мультиплексора подключен к входу блока усреднения результатов вычисления, выход которого соединен с входом блока индикации и сигнализации.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для определения минутного объема кровообращения; на фиг. 2 - структурная схема блока выделения амплитуды реокардиосигнала; на фиг. 3 - структурная схема арифметического блока; на фиг. 4 - диаграммы работы устройства.

Устройство содержит измерительные электроды 1, реограф 2, блок 3 выделения амплитуды реокардиосигнала, пороговую схему 4, арифметический блок 5, счетчик 6, генератор 7 импульсов, преобразователь 8 напряжение - длительность импульса, запоминающий блок 9, мультиплексор 10, управляемый генератор 11, блок 12 усреднения результатов вычислений, блок 13 индикации и сигнализации.

Блок выделения амплитуды реокардиосигнала (фиг. 2) содержит запоминающие элементы 14, 15, сумматор 16 и управляющие входы 17, 18.

Арифметический блок (фиг. 3) содержит блоки 19, 20 деления, блоки 21, 22 умноже ния, первый информационный вход 23 (вход R), второй информационный вход 24 (вход D), третий информационный вход 25 (вход Н). Причемпервый выход 26 реографа 2 соединен с входом блока 3 выделения амплитуды реокардиосигнала, второй выход 27 реографа подключен к первому входу 20 арифметического блока 5, а третий выход 28 реографа - к входу пороговой схемы 4. Первый выход схемы 4 соединен с первым управляющим входом 17 блока 3 выделения амплитуды, входом запуска счетчика 6 и управляющими входами запоминающего блока 9 и блока 12 усреднения. Второй выход пороговой схемы соединен со

вторым управляющим входом 18 блока вЫделения амплитуды реокардиосигнала и входом останова счетчика 6, выход которого подсоединен ко второму входу 24 арифм - тического блока 5, а счетный вход соединен

с выходом генератора 7 импульсов и счетным входом запоминающего блока 9, выход арифметического блока подключен через преобразователь 8 напряжение-длительность и ипульса - к первому управляющему

входу запоминающего блока 9 и первому информационному входу мультиплексора 10. Второй управляющий вход запоминающего блока 9 соединен с входом 29 установки режима, а выход подключен ко второму информационному входу мультиплексора 10.

Управляющий вход мультиплексора 10 соединен с входом 30 установки режима, тактовый вход его соединен с выходом упг равляемого генератора 11, а выход мультиплексора подключен к входу блока 12 усреднения результатов вычисления, выход которого соединен с входом блока 13 индикации и сигнализации.

Определение минутного объема кровообращения предлагаемым устройством производится по преобразованной формуле М. И. Тищенко, которая имеет вид

VO - К V С

(О уи - (Ч --- X - .

-где УО -ударный объем,, мл;

К -| коэффициент пропорционально -ги (Кь. 0,275, Кжен.. 0.247);: Н - рост, м;

С - длительность сердечного цикла,(: - длительность катакроты, с;

R базисное сопротивление. Ом; амплитуда реокардиосигнала,Ом:

Используя (1) минутный объем кровообращения определяется по формуле

МОК УО X п УО X -,

(

п- - количество сердечных сокращеНИИ в 1 мин;

МОК - минутный объем кровообращения. Подставим (1) в (2) получим

МОК к X (3),

х и

где К. коэффицинт;

(К„ужт 16,5, IW 14,82). Устройство работает следующим образом. Реограф 2 (фиг. 1) производит преобразование интегрального сопротивления, подключенного между измерительными электродами 1 в три выходных сигнала, величины которых пропорциональны амплитудам постоянной составляющей интегрального сопротивления (выход 27), переменной составляющей сопротивления (реокардиосигнал) (выход 26) и первой производной реокардиосигнала (выход 28). Величина реокардиосигнала У на выходе 26 реографа 2 равна: У(1«в 60-К-а-А1, где К - коэффициент ( 0,275, Kjfef 0,247)1 AR - амплитуда переменной составляющей интегрального сопротивления. Ом; а - коэффициент пропорциональноtiocTH между ед иницами измерения величин АИ и У. Величина сигнала постоянной составляющей интегрального сопротивления Х{и9 На.выходе 27 равна ) b-R,(5) где R - сопротивление. Ом; Ь - коэффициент пропорциональноБлок 3 выделения амплитуды реокардиосигнала производит измерение максимальной амплитудь реокардиосигнала за период одного сердечного выброса на фоне дыхательной составляющей сигнала. Управление работой блока 3 осуществляется по управляющим входам 17, 18. Выделенная блоком амплитуда сигнала поступает на вход арифметического блока 5, который реализует функцию (мй) XD где У - величина сигнала, на входе, мв; Н - рост пациента, см, X величина постоянной составляющей интегрального сопротивления. Ом; D - длительность катакроты, с. Величина Н, соответствующая росту, вводится в устройство с входа 25 установки роста. Постоянная составляющая сопротивления X поступает на вход 23 R с выхода 27 реографа 2. Величина пропорциональная длительности катакроты D, поступает на вход 24 D с выхода счетчика 6. Подставляя в (6) выражения (4) и (5) запишем F - 60К:а::Ж::Н b-R D Выбирая а Ь, получаем на выходе арифметического блока 5-. F jStSl RjJi Пороговая схема 4 вырабатывает импуль. сы управления счетчиком 6 и блоком 3 выделения амплитуды реокардиосигнала. На вход пороговой схемы 4 поступает сигнал, соответствующий первой прозводной реокардиосигнала с выхода 28 реографа ,2. Импульс на первом выходе схемы 4 пояляется в момент достижения величины дифференцированного сигнала на входе 15% от максимального уровня производной (флг. 4S,e). Импульс на втором выходе пороговой схемы 4 появляется в момент равенства производной нулю (фиг. 4 б,г). На втором выходе схемы 4 импульс появляется только после появления импульса на первом выходе, что повышает помехоустойчивость устройства. Счетчик 6 осуществляет вычисление длительности катакроты. Запуск счетчика 6 производится импульсом со второго выхода пороговой схемы 4 в момент достижения реокардиосигналом максимальной величины (фиг. 4 а,г,е). Останов счетчика 6 осуществляется импульсом с первого выхода пороговой схемы 4 в момент начала следующей систолы. Счетчик 6 считает импульсы стабильной частоты с генератора 7. Преобразователь 8 напряжение-длительность импульса осуществляет преобразование выходной величины арифметического блока 5 в импульс напряжения, длительность которого прямо попорциональна напряжению На входе преобразователя 8. Импульс напряжения с выхода преобразователя 8 поступает на информационный вход запоминающего блока 9 и на первый вход мультиплексора 10. Запоминающий блок 9 по сигналу с уп- равляюш,его входа 29 преобразует с помощью генератора 7 длительность импульса в код и хранит его. Мультиплексор 10, в зависимости от управляющего сигнала на входе 30 установки режима, коммутирует выход преобразователя 8 или запоминающего блока 9 с входом блока 12 усреднения. Причем выходной импульс мультиплексора ГО заполняется счетными импульсами управляемого генератора И, частота которых может регулироваться, таким образом количество счетных импульсов на выходе мультиплексора 10прямо пропорционально результату вычисления на выходе арифметического блока 5 или коду, хранимому в запоминающем блоке 9. Блок 12 усреднения результатов вычисления определяет среднее арифметическое из требуемого количества вычислений. Количество вычислений устанавливается равным 2, где п 1...4.. Операция усреднения результатов тактируегся импульсами с первого выхода пороговой схемы 4. Блок 13 индикации и сигнализации осуществляет контроль за нахождением вычисленной величины минутного объема кровообращения в установленных пределах и индикацию определенного устройством минутного объема. Определение минутного объема кровообращения осуществляется устройством следующим образом. В арифметический блок 5 вводится по входу 25 ифнормация о росте пациента. На управляющие входы 29 и 30 запоминающего блока и мультиплексора 10 подается сигнал, соответствующий режиму измерения; т. е. запоминание информации в блоке 9 не происходит и выход преобразователя напряжение - длительность импульса соединяется со входом блока 12 усреднения. Измерительные электроды 1 подключаются по методу Тищенко М. И. На измерительные электроды 1 с генератора, входящего в состав реографа 2, поступает ток высокой частоты, который создает падение напряжения на сопротивлении, находящемся между электродами 1. Ток, поступающий с генератора на электроды, имеет стабильную амплитуду, не зависящую от величины измеряемого интегрального сопротивления R, следовательно падение напряжения прямо пропорционально величине R и«, UR где Ifti - амплитуда тока (const). Напряжение Ц в реографе усиливается, детектируется и с помощью фильтров выделяются переменная (реокардиосигнал) и постоянная составляющие. Далее выделенные составляющие сигнала нормируются и на выходах 26 и 27 описываются выражениями (4) и (5) соответственно. Переменная составляющая сигнала дифференцируется и с выхода 28 первой производной реокардиосигнала поступает на вход пороговой схемы 4. В момент времени, когда амплитуда дифференцированного сигнала составит Ь°/о от максимальной амплитуды производной, на первом выходе пороговой схемы 4 появится импульс напряжения, который поступит На первый управляющий вход 17 блока выделения амплитуды реокардиосигнала (фиг. 1), и запоминающий элемент 14 (фиг. 2) запомнит величину входного сигнала. Одновременно импульс с пороговой схемы 4 поступит на вход останова счетчика бис задержкой, достаточной для срабатывания блока 12 усреднения, приведет счетчик в исходное состояние, т. е, сбросит в «О. При достижений реокардиосигналом (фиг. 4а) максимальной амплитуды, первая производная этой величины будет равна нулю (фиг. 46) и на втором выходе пороговой схемы 4 (фиг. 1) появится импульс (фиг. 42), который поступит на второй управляющий вход 18 (фиг. 1) блока 3 выделения амплитуды, в результате чего запоминающий элемент 15 (фиг. 2) запомнит уровень кардиосигнала в этот момент времени. Запомненные элементами памяти (фиг. 2) ypoBHk сигнала поступают на сумматор 16, который производит алгебраическое сложение двух величин. Таким образом на выходе блока 3 выделения амплитуды реокардиосигнала (фиг. 1) в течение времени катакроты йрисутствует сигнал, величина которого равна амплитуде реокардиосигнала (фиг. 4). Одновременно этот импульс напряжения с второго выхода пороговой схемы 4 запустит счетчик 6, который считает импульсы с выхода генератора 7. Счетчик 6 считает импульсы генератора 7 до тех пор, пока с первого выхода пороговой схемы 4 поступит импульс останова, который появляется в момент начала следующего сердечного выброса (фиг. 4е). Информация на выходе счетчика в этот момент соответствует длительности катакроты и поступает на вход 24 D (фиг. 1) арифметического блока 5. Таким образом, в момент окончания сердечного цикла на арифметический блок 5 поступают все необходимые для вычисления минутного объема кровообращения по формуле (8) величины. Блок 5 производит вычисление по (8) и результат передает на преобразователь 8 напряжение-длительность импульса. Преобразователь 8 преобразует выходной сигнал арифметического блока 5 в импульс напряжения, длительность которого прямо пропорциональна амплитуде этого сигнала. Импульс с выхода преобразователя 8 поступает на запоминающий блок 9 и мультиплексор 10, так как сигнал на управляющем входе 29 запоминающего блока 9 отсутствует, то запоминание информации не происходит. Управляющий сигнал на входе 30 установки режима мультиплексора 10 соответствует режиму «Работа и выход преобразователя 8 коммутируется со входом блока 12 усреднения; на выходе мультиплексора 10 появляется последовательность импульсов с выхода управляемого генератора 11, количество которых прямо пропорционально длительности выходного импульса с выхода преобразователя 8, т. е. соответствует вычисленному минутному объему кровообращения. Это количество импульсов накапливается в блоке 12 усреднения результатов- вычислений по импульсу с первого выхода пороговой схемы 4. По установленному количеству результатов вычисления минутного объема блок 12 определяет среднее арифметическое. С выхода блока 12 усреднения окончательный результат поступает на блок 13 индикации и сигнализации. В случае определения минутного объема более точными методами (методом разведения красителей и т. д.) производится коррекция устройства для вычисления минутHoro объема, которое длительно отслеживает минутный объем кровообращения.

Коррекция производится следующим образом.

В момент снятия данных при использовании более точных методов, по сигналу, устанавливаемому на управляющем входе 29 запоминающего блока 9, происходит запоминание длительности импульса с выхода преобразователя 8.

С помощью генератора 7 импульсов длительность входного напряжения на входе запоминающего блока 9 преобразуется в двоичный код. Запоминание кода вычисленного минутного объема происходит по импульсу с первого выхода пороговой схемы 4. После вычисления минутного объема по данным, полученным при использовании более точных методов, произ1водится коррекция .показаний устройства для определения минутного объема кровообращения. Для этого мультиплексор 10 по сигналу «Коррекция через вход 30 установки режима (фиг. 1) соединяет выход запоминающего блока 9 с блоком 12 усреднения. С выхода запоминающего блока 9 в течение времени действия управляющего сигнала «Коррекция на вход мультиплексора 10 поступают импульсы, длительность которых соответствует минутному объему кровообращения, вычисленному в момент снятия данных при измерении точными методами. Блок 13 индицирует результат вычисления, хранимый в запоминающем блоке 9.

Если показания устройства для измерения минутного объема кровообращения (фиг. 1) отличаются от результата измерения минутного объема более точными методами, то изменяя частоту управляемого генератора 11, изменяют количество импульсов на выходе мультиплексора 10 за время действия импульса -на выходе запоминающего блока 9 таким образом, чтобы на блоке индикации индицировалась величина минутного объема, равная величине объема, измеренной точными методами.

После коррекции показаний устройства на вход 30 установки режима подается сигнал «Работа. Мультиплексор 10 соединяет выход преобразователя 8 с входом блока 12 усреднения. Импульс на выходе мультиплексора 10 заполняется импульсами генератора 11 с откорректированной частотой. Показания блока 13 индикации соответствуют величине минутного объема кровообращения с учетом коэффициента поправки.

Описываемое устройство. производит вычисление МОК по формуле (3), измерительные электроды накладываются по методу М. И. Тищенко на конечности, что более удобно для пациента и врача.

При определении МОК по (3) не требуется измерять время изгнания, которое определяется по второму тону фонограммы, т. е. нет надобности в дополнительном устройстве фонокардиографа. Кроме того, реализовать формулу (3) аппаратными способами проще, чем формулу Кубичека, так как не требуется дополнительный умножитель вычисленного ударного объема на количество 5 сердечных сокращений.

В том случае, если можно измерить минутный объем более точными Методами (метод Фика, Грольмана и др.), в устройстве предусмотрен узел коррекции, который позволяет индивидуализировать и повысить точность измерения при длительном отслеживании минутного объема.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает оптимизацию определения минутного объема кровообращения и воз5 можность коррекции измерения по более точным измерителям.

Формула изобретения

Устройство для определения минутного объема кровообращения, содержащее реограф с входящими в него электрода.ми и генератором тока высокой частоты, арифметический блок, дифференциатор, индикатор, отличающееся тем, что, с целью оптимиза5 Ции определения минутного объема кровообращения и возможности коррекции измерения по более точным измерителям, в него введены пороговая схема, блок выделения амплитуды реокардиосигнала, счетчик, генератор импульсов, запоминающий блок,

0 мультиплексор, управляемый генератор, преобр.азователь напряжение-длительность импульса и блок усреднения результатов вычисления, причем первый выход реографа соединен с входом блока выделения амплитуды реокардиосигнала, второй выход рео графа подключен к первому управляющему входу арифметического блока, а третий выход - к входу пороговой схемы, первый выход которой соединен с первым управляющим входом блока выделения амплитуQ ды, входом запуска счетчика и управляющими входами запоминающего блока и блока усреднения, второй выход пороговой схемы соединен с вторым управляющим входом блока выделения амплитуды реокардиосигнала и входом останова счетчика, выход ко5 торого подсоединен к второму управлящему входу арифметического блока, а счетный вход соединен с выходом генератора импульсов и счетным входом запоминающего блока, выход блока выделения амплитуды соединен с входом арифметического блока, выход которого подключен через преобразователь напряжение-длительность импульса к первому управляющему входу запоминающего блока и первому информационному входу мультиплексора, второй управляющий вход запоминающего блока соединен с входом установки режима, а выход подключен к второму информационному входу муль. типлексора, управляющий вход мультиплексора соединен с входом установки режима.

тактовый вход его соединен с выходом управляемого генератора, а выход мультиплексора подключен к входу блока усреднения результатов вычисления, выход которого соединен с входом блока индикации и сигнализации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I. Данишевичус И. М., Амбрашка С. Ю. Импедансный кардиомонитор. Техника средств связи, сер. общетехническая, вып. 3/11. М., 1978, с. 50.

Фие.2

2

Фмг.З