Устройство измерения и обработки параметров кровотока

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) 5/02 ННЫЙ КОМИТЕТ СССРОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ГОСУД АРСТ ПО ДЕЛАМ САНИ ЗОБРЕ Е ЕЛЬСТВУ к ов,Н АВТОРСКОМУ СВ(7 1) Московский ордена ТрудовогоКрасного Знамени физико-техничес ийинститут и 2-й Московский алденаЛенина государственный медицинскийинститут(56) Авторское свидетельстьо СССРУ 1045447, кл. А 61 В 5/02 1980.(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ИОБРАБОТКИ ПАРАМЕТРОВ КРОВОТОКА,содержащее первую группу из М измерительных каналов, включенных попарно, каждый из которых состоит изпоследовательно соединенных датчика,формирователя сигналов и блока измерения площади, группу первых сум"маторов, группу первых делителей,каждый из которых первым и вторымвходами вкпючен между выходами первого и второго измерительных каналов соответствующей пары первойгруппы и между первым и вторым входами соответствующего первого сумматора, блок индикации и блок управления, первый выход которого соеди-.нен с дополнительными входами датчиков, второй выход - со вторьмивходами блоков измерения площади,а третий выход - с третьими входамиблоков измерения площади, причем выходы первых сумматоров и первых делителей подключены к соответствующим входам первой группы блока индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения времениизмерения, в него дополнительно введены вторая группа измерительныхканалов, группа вторых делителей,первые входы которых соединены свыходом первого сумматора из группыпервых сумматоров, вторые входывторых двигателей в количестве И/2-1подключены соответственно к выходампервых сумматоров, кроме первого,а вторые входы остальных вторых делителей соединены соответственнос входами измерительных каналоввторой группы, второй сумматор, входы которого подключены соответственко к выходам первых из соответствующей пары измерительных каналов первой ургруппы, третий сумматор, входы, кото- ЮФрого подключены соответственно к вы- Сходам вторых из соответствующей парыизмерительных каналов первой группы,четвертый сумматор, входы которогосоединены соответственно с выходамивторого и третьего сумматоров и из- Юмерительных каналов второй группы, К)третий делитель, первый вход кото- рого подключен к выходу второго сум- рвыматора, а второй вход - к выходу ф)третьего сумматора, блок памяти и рблок сравнения, выходы которого подключены соответственно ко второйгруппе входов блока индикации, первая группа входов - к выходам блокапамяти, вторая группа входов - к пер- афревой группе входов блока индикации ик выходам первых сумматоров, первыхЪделителей, вторых делителей, четвертого сумматора и третьего делителя.2. Устройство по п. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что в немторых соединены между собой и подключены соответственно к выходам первых сумматоров, первых делителей, вторых делителей четвертого сумматора и третьегоделителя,а вторые входы соединены соответственно с выходами блока памяти, а выходы элементов Сравнения сверхним и нижним порогами, элементовИЛИ-НЕ, элемента НЕ и элемента И подключены соответственно ко второйгруппе входов блока индикации. 12201 б 5 блок сравнения содержит последовательно соединенные элемент И и элемент НЕ, группу элементов ИЛИ-НЕ, выходы которых подключены соответственно ко входам элемента И, группу элементов сравнения с верхним порогом и группу элементов сравнения с нижним порогом, причем каждый из элементов ИЛИ-НЕ первым и вторым входами включен между выходами соответствующих элементов сравнения с верхним и нижним порогами, первые входы ко1Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для анализа и динамического контроля состояния сердечно-сосудистой системы человека или теплокровного, животного путем измерения и обработки параметров его кровотока.Целью изобретения является сокращение времени измерения.На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройства измерения и обработки параметров кровотока; на фиг. 2 - структурная элект" рическая схема блока сравнения устройства; на фиг. 3 - блок управления, пример выполнения; на фиг. 4 - временные диаграммы напряжений блока управления.Устройство измерения и обработки параметров кровотока содержит (фиг, 1) первую группу из И измерительных каналов 1, включенных попарно, каждый из которых состоит из последовательно соединенных датчика 2, формирователя 3 сигналов и блока 4 измерения площади, группу первых сумматоров 5, группу первых делителей б, каждый из которых первым и вторым входами включен между выходами первого и второго измерительных каналов 1 соответствующей пары первой группы и между первым и вторым входами соответствующего первого сумматора 5, блок 7 индикации, блок 8 управления, первый выход которого соединен с дополнительными входами датчиков 2, второй выход - с вторыми входами блоков 4 измерения площади, а третий выход - с третьими входами 2блоков 4, причем выходы первых сумматоров 5 и первых делителей б подключены к соответствующим входам первой группы блока 7 индикации, вторую группу измерительных каналов 1, группу вторых делителей 9, первые входы которых соединены с выходом первого сумматора из группы первых сумматоров 5, вторые входы 10 вторых делителей 9 в количествеИ/2-1 подключены соответственно к выходам первых сумматоров 5, кроме первого, а вторые входы остальных вторых делителей 9 соединены соответ 1 гственно с выходами измерительных каналов 1 второй группы, второй сумматор 10, входы которого подключены соответственно к выходам первых из соответствующей пары измерительных 20 каналов 1 первой группы, третий сумматор 11, входы которого подключены соответственно к выходам вторых из соответствующей пары измерительных каналов 1 первой группы, четвертый 25сумматор 12, входы которого соединены соответственно с выходами второго 10 и третьего сумматоров 11 и измерительных каналов 1 второй группы, третий делитель 13, первый вход кото рого подключен к выходу второго сумматора 10, а второй вход - к выходу третьего сумматора 11, блок 14 памяти и блок 15 сравнения, выходы которого подключены соответственно к вто рой группе входов блока 7 индикации,первая группа входов - к выходам блока 14 памяти, а вторая группа вхо" дов - к первой группе входов блока 7 индикации и к выходам первых сум 3 12201 маторов 5, первых делителей б, вторых делителей 9, четвертого сумматора 12 и третьего делителя 13.Кроме того, блок 15 сравнения содержит (фиг, 2) последовательно соединенные элемент И 16 и элемент НЕ 17, группу элементов ИЛИ-НЕ 18, выходы которых подключены соответственно к входам элемента И 16, группу элементов 19 сравнения с верхним по рогом и группу элементов 20 сравнения с нижним порогом, причем каждый из элементов ИЛИ-НЕ 18 первым и вторым входами включен между выходами соответствующих элементов 19 и 20 15 сравнения с верхним и нижним порогами, первые входы которых соединены между собой и подкпючены соответственно к выходам первых сумматоров 5, первых делителей 6, вторых делителей 20 9, четвертого сумматора 12 и третьего делителя 13, а вторые входы соединены соответственно с выходами блока 14 памяти, а выходы элементов 19 и 20 сравнения с верхним и нижним 25 порогами, элементов ИЛИ-НЕ 18, элемента НЕ 17 и элемента И 16 подключены соответственно к второй группе входов блока 7 индикации.При этом блок 8 управления может 30 быть выполнен, например, (фиг. 3) в виде последовательно соединенных формирователя 21 импульса тока, триггера 22, источника 23 пневматического давления, датчика 24 давления, схемы 25 сравнения, дополнительного элемента НЕ 26 и первого дополнительного элемента И 27, а также второго дополнительного элемента И 28, кнопки 29 пуска и регулятора 30 скорости 40 подъема давления, причем второй вход триггера 22 соединен с выходом схемы 25 сравнения и первым входом второго дополнительного элемента И 28, второй вход которого соединен с выходом 45 триггера 22 и вторым входом первого дополнительного элемента И 27, кнопка 29 пуска подключена к формирователю 21 импульса пуска, регулятор 30 скорости подъема давления подключен к 50 источнику 23 пневматического давления, а выходы источника 23 пневматического давления второго и третьего элементов И 27 и 28 соединены соответственно с первой, второй и треть ей выходными шинами блока 8 управления,.Устройство измерения и обработки параметров кровотока работает сле" дующим образом. 65 4Нг обследуемом пациенте закрепляют датчики 2 физиологического сигнала, каждый из которых представляет собой совокупность пневматически соединенных между собой медицинской окклюзионной манжеты и дифференцирующего датчика давления в манжете, При этом датчики 2 первых измерительных каналов 1 каждой пары первой группы помещают на левых частях кажцой пары симметричных обследуемых частей тела, например на головке в области левой височной артерии, на левом .плече в области брахиальной артерйи, на левой ноге в области бедренной артерии или артерии голени. Датчики 2 вторых измерительных каналов 1 тех же пар первой группы помещают соответственно на правых частях тех же пар симметричных обследуемых частей тела. Датчики 2 измерительных каналов 1 второй группы закрепляют на одиночных обследуемых частях тела, например на половом члене или хвосте (животного) и т.д.После этого начинают измерение и обработку параметров кровотока, запуская блок 8 управления нажатием кнопки 29 пуска (фиг. 3). Блок 8 управления со своего первого выхода осуществляет пневматический наддув манжет датчиков 2 от нулевого избыточного давления до некоторого максимального давления (130180 мм Н) при котором кровеносные сосуды обследуемых частей тела полностью или почти полностью пережимаются. Увеличение давления наддува производят с постоянной скоростью (36 мм Н в секунду), величина которой задается установкой регулятора 30 скорости подъема цавления в блоке 8 управления. В начале наддува управляющим импульсом с второго выхода блока 8 управления все блоки 4 измерения площади устанавливаются. в нулевое начальное положение, После достижения давлением наддува максимальной величины нацдув манжет автоматически прекращается и давление в них быстро возвращается к исходному (атмосферному) давлению. На третьем выходе блока 8 управления в течение времени наддува манжет устанавливается управляющий потенциал, разрешающий работу блоков 4 измерения площади,При нажатии кнопки 29 пуска на выходе формирователя 21 возникает импульс пуска с крутым передним5 122016 Фронтом (Фиг. 4), который опрокидывает триггер 22, включающий источник 23 пневматического давления наддува манжет. Текущее значение линейно-нарастающего давления наддува непрерывно измеряется датчиком 24 давления, электрический выходной сигнал которого, пропорциональный давлению, сопоставляется схемой 25 сравнения с нижним и верхним порогами, задавае мыми соответственно постоянными потенциалами Е и Е , Нижний порог, задаваемый потенциалом Е , соответствует такому избыточному давлению наддува (3050 мм Н), при котором 15 манжеты прюкимаются к телу пациента и дифференцирующие датчики давления начинают регистрировать изменения давления в манжетах, вызываемые пульсациями крови в сосудах обследуемых 20 частей тела. Верхний порог, задавае-мый потенциалом Е, соответствует максимальному давлению наддува манжет. Схема 25 сравнения образует выходнОй единичный потенциал, если ее 25 входное напряжение находится в интервале между величинами Е и Е, и нулевой потенциал в остальных случаях. В пределах отрезка времени от запуска триггера 22 до момента. достижения 30 давлением наддува манжет значения, соответствующего нижнему порогу Е, на выходе первого дополнительного элемента И 27 образуется прямоугольный импульс установки блоков 4 измерения площади в нулевое состояние, По достижении давлением наддува величины, соответствующей верхнему порогу Е , триггер 22 задним фронтом вы Фходного потенциала схемы 25 сравне ния возвращается в исходное состояние и выключает источник 23 пневматического давления, На отрезке времени, пока давление наддува манжет изменяется от нижнего до верхнего порога, 45 на выходе второго дополнительного элемента И 28 поддерживается единичный управляющий потенциал, разрешающий работу блоков 4 измерения площадиВ процессе наддува окклюзионных 5 О манжет датчиков каждый дифференцирующий датчик давления в манжете Формирует выходной электрический сигнал, пропорциональный первой производной по времени от изменения пневматичес кого давления в соответствующей манжете, вызываемого пульсациями давления крови в кровеносном сосуде обследуемой части тела, охваченной манже-5 6той, Данный сигнал представляет собой двухнолярные тахоосцилляции,Формирователь 3 сигналов каждого измерительного канала 1 осуществляет двухполупериодное выпрямление этих тахоосцилляций, а каждый блок 4 измерения площади измеряет полную площадь под соответствующей кривой преобразованных формирователем 3 сигналов тахоосцилляций, равную сумме площадей всех ее пиков без учета их знака. Величина такой площади, получаемая в конце временного отрезка интегрирования на выходе каждого блока 4 измерения площади, является параметром, характеризующим интенсивность кровотока в сосуде, питающем соответствующую часть тела. Для краткости будем называть величину этой площади просто показателем кровотока.Далее осуществляется следующая обработка выходных величин блоков 4 измерения площади, Группа первых сумматоров 5 вычисляет суммарные: показатели кровотока каждой пары симметричных обследуемых частей тела (в нашем примере соответственно головы, рук и ног) . Группа первых делителей 6 определяет отношения показателей кровотока левой обследуемой части к правой обследуемой части для тех же пар симметричных частей тела, характеризующие асимметрию кровоснабжения этих пар, Второй и третий сум-маторы 10 и 11 определяют суммарные показатели кровотока соответственновсех левых и всех правых симметричных обследуемых частей тела, Четвертый сумматор 12 вычисляет суммарный показатель кровотока всех симметричных и одиночных обследуемых частей тела, Третий делитель 13 определяет отношение суммарных показателей кровотока всех левых и всех правых частей тел а.Группа вторых делителей 9 вычисляет отношения показателей кровотока каждой одиночной обследуемой части тела и суммарных показателей кровотока каждой из пар симметричных обследуемых частей тела к суммарному показателю кровотока одной из пар симметричных обследуемых частей тела исследуемого пациента (в нашем примере - отношения суммарных показателей кровотока рук, ног и кровотока,долового члена (хвоста животного) к суммарному показателю кротовока головы).7 12201Вычисленные параметры характеризуютт как суммарный кровоток во всехобследуемых частях тела, так и абсолютное и относительное распределение этого кровотока по выбранным со 5вокупностям обследуемых частей телапо вертикали (голова, руки, ноги) ипо горизонтали (левые и правые частии половины тела). Эти параметры индицируются в виде чисел на соответст Овующих цифровых индикаторах блока 7индикации и могут быть далее зарегистрированы в истории болезни пациента,Устройство позволяет реализоватьновый алгоритм определения и обработки параметров кровотока, которыйзаключается в следующем. Установлено,что средние статистические диапазонызначений указанных параметров кровотока, измеренных у здоровых орга- гОнизмов данного вида (человек, обезъяна, собака и др,), пола, возрастнойгруппы и у подобных организмов с определенными патологиями (в частности,с сердечно-сосудистыми заболеваниями, например, гипертонией, атеросклерозом сосудов нижних конечностей,нейроциркуляторной астонией и др,)не одинаковы и имеют характерные границы для каждого типа патологии. Поэ Отому соотнесение измеренных параметров кровотока данного исследуемогопациента со среднестатистическимидиапазонами их изменения для здоровыхорганизмов того же вида, пола и возрастной группы и организмов с известными патологиями дает возможность, вчастности, осуществить дифференциаль-.ную диагностику заболевания данногопациента, а при неоднократных после Одовательных измерениях - динамическийконтроль эа изменением его состоянияв процессе лечения или в результатеиных воздействий,45Функции такого соотнесения выполняет блок 15 сравнения. Для проведения указанного соотнесения в блок 14 памяти вводят величины верхних и нижних граничных значений сопоставляемых параметров кровотока, опредеГляющих средне-статистические диапазоны их наиболее вероятных (с заданной степенью вероятности) изменений для подозреваемого вида патологии, например для проверки предположения о наличии у исследуемого пациента атеросклероза нижних конечностей с выраженным стенозом питающих их ар 65 8терий, (Границы названных диапазонов для выбранных вероятностей правильного решения устанавливаются заранее на основе результатов соответствующих широких исследований больных с данным заболеванием и статистическои обработки проведенных измерений подобных параметров кровотока). В блоке 15 сравнения (фиг. 2) выходные сигналы первых сумматоров 5, первых и вторых делителей 6 и 9, четвертого сумматора 12 и третьего делителя 13 сравниваются с помощью соответствующих элементов 19 и 20 сравнения с верхним и нижним порогами (граничными значениями) сопоставляемых параметров, введенными в блок 14 памяти. На выходе каждого элемента 19 сравнения с верхним порогом образуется нулевой потенциал, если его входной сигнал оказывается меньшим или равным значению верхнего порога, и единичный потенциал, если выходной сигнал превышает верхний порог. На выходе каждого элемента 20 сравнения с нижним порогом образуется нулевой потенциал, если его входной сигнап оказывается большим или равным значению нижнего порога, и единичный потенциал, если входной сигнал оказывается меньшим нижнего порога. В результате, если каждый иэ сопостав-. ляемых параметров кровотока попадает в установленный для него диапазон, то на выходе каждого элемента ИЛИ-НЕ 18 образуется единичный потенциал, Тогда такой же потенциал образуется и на выходе элемента И 16Под его воздействием в блоке 7 индикации зажигается соответствующая индикаторная лампочка (или табло), что указывает на подтверждение предположения о наличии данного заболевания (состояния) у исследуемого пациента.Если, по крайней мере, один из сопоставляемых с граничными значениями параметров кровотока не совпадает с установленным для него диапазоном, на выходе соответствующего ему элемента ИЛИ-НЕ 18 образуется нулевой потенциал. Такой же потенциал образуется и на выходе элемента И 16, а на выходе элемента НЕ 17 появляется единичный потенциал, Под его воздействием в блоке 7 индикации зажигается другая индикаторная лампочка (табло), которая сигнализирует о неподтверждении проверяемого пред1220165 9положения о состоянии исследуемогопациента. Выходные потенциалы элементов ИЛИ-НЕ 18 и элементов 19 и 20сравнения с верхним и нижним порогами также управляют соответствующимивспомогательными (уточняющими) индикаторными лампочками блока 7 индикации. Если проверяемое предположениеподтверждается, то на выходах всехэлементов ИЛИ НЕ 18 образуются еди-Оничные управляющие потенциалы, а навыходах всех элементов 19 и 20 сравнения с верхним и нижним порогами -нулевые потенциалы. В результате этого все вспомогательные индикаторныелампочки, вязанные с элементамиИЛИ-НЕ 18 аГораются, а все лампочки,связанные с элементами 19 и 20 сравнения с верхним и нижним порогамигореть не будут. При неподтверждении 20проверяемого предположения зажигаются вспомогательные лампочки, управляемые теми же элементами 19 и 20сравнения с верхним и нижним порогами, выходные потенциалы которых являются единичными вследствие выходасоответствующего им сравниваемогопараметра за границы установленногодля него диапазона. Но при этом небудут гореть вспомогательные индикаторные лампочки соответствующих элементов ИЛИ-НЕ 18. Это позволяет легко видеть и регистрировать, какиеименно из сопоставляемых параметровкровотока исследуемого пациента не З 5попадают в установленные для них диапазоны и в какую сторону от этих диапазонов они отклоняются,10Конкретные величины устанавливаемых для каждого проверяемого предположения среднестатистических диапазонов сопоставления и совокупность обследуемых частей тела исследуемого пациента задаются или врачом, или отдельной инструкцией, заранее составленной на основе имеющихся статистических данных о распределениях измеряемых параметров кровотока для определения патологий (состояний) данного вида организма. При наличии подобной инструкции работу с устройством измерения и обработки параметров кровотока может проводить и малоквалифицированный персонал, в том числе пациент самостоятельно на дому. При динамическом контроле состояния одного и того же пациента (или подопытных животных) верхние и нижние граничные значения сопоставляемых параметров могут устанавливаться из соображений выявления направления и скорости их нормализации или дестабилизации под влиянием различных воздействий (в том числе и лекарственных).Использование устройства измерения и обработки параметров кровотока в клинической практике позволит существенно уменьшить время обследования пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями и, тем самым, сократить продолжительность их пребывания в клинике, снизить расходы на лечение и повысить оперативность пос" тановки диагноза.1220165 Фиа ихфд 8 ихОд иод ф оставитель Э,Бал ехред М.Ходанич Редактор А.Иванова в Корректор М.Шаро Тираж 596 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и о 035, Москва, Ж"35, Раушская