Устройство для измерения артериального давления крови

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 14265 О 9) 51)4 А 6 В 5/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ТЕЛЬСТВУ АВТОРСН сов о СССР1972.СССР199. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(56) Авторское свидетельстР 350458, кл. А 61 В 5/02,Авторское свидетельствоФ 957856, кл. А 6 В 5/02,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ КРОВИ(57) Устройство для измерения арт риального )давления крови содержит последовательно соединенные блок 1выделения К-зубцов электрокардиосигнала (ЭКС) и блок 2 совпадений, блок 3выделения тонов Короткова (БВТК),последовательно соединенные блок 4 управления, пневмоблок 5, аналого-цифровой преобразователь 6, блокпамяти,(БП) и первый индикатор 8, БП 9,индикатор 10, счетный блок (СБ) 11.С целью повышения точности измеренияв него введены дешифратор (ДШ) 12,формирователь 13 сигнала декомпрессии, СБ 14, ДШ 15, блок 16 несовпадений, логический элемент ИЛИ 17.4 ил.Изобретение относится к медицинскойт хинке, а именно к устройствам дляизмерения параметров сердечно-сосудистой системы биообъекта,5Целью изобретения является повышение точности измерения путем дискретной декомпрессии, пропорциональнойчастоте следования К-зубцов электроардиосигнала. 10На фиг. 1 представлена структурнаяйлектрическая схема описываемого уст 1 ойсойства, на фиг,2 и 3 - временные диграммы поясняющие работу устройства, на фиг.4 - структурная электрическая схема предпочтительного варианта выполнения устройства,Устройство для измерения артерииг.ьного давления крови содержит,подключен к первой входной шине устройства, и блок 2 совпадений, блок 3выделения тонов Кроткова (ТК), вход 25которого подключен, к второй входнойшине устройства, а выход - к второмувходу блока 2 совпадений; последовательно соединенные блок 4 управления,пневмоблок 5, аналого-цифровой преоб- ЗОраэователь (АЦП) 6, первый блок 7 памяти и первый индикатор 8, второйблок 9 памяти и второи индикатори10первый счетный блок 11, первый входкоторого подключен к второму выходублока 4 управления, последовательносоединенные первый дешифратор 12 иформирователь 13 сигнала декомпрессии,второй вход которого подключен к перв ому входу блока 4 управления и трейтьей входной шине устройства, третивход " к выходу пневмоблока 5, четвертый вход - к третьему выходу блока 4 управления, а первый выход - квторому входу пневмоблока 5; последовательно соединенные второй счетный блок 14 и второй дешифратор 15,первый выход которого подключен к пятому входу Формирователя 13 сигнала декомпрессии, второй выход которого соединен с вторым входом блока 4управления, четвертый выход которогоподключен к первому входу второгосчетного блока 14, а пятый выход -к шестому входу формирователя 13 сигнала декомпрессии и вторым входам второго 14 и первого 11 счетных блоков, третий (счетный) вход последнего соединен с выходом блока 2 совпадения, блок 16 несовпадений, выход которого подключен к третьему(счетному) входу второго счетногоблока 14 и четвертому входу первогосчетного блока 11, первый вход -к первому входу блока 2 совпаденийи седьмому входу формирователя 13сигнала декомпрессии, второй вход -к выходу блока 2 совпадений и четвертому входу второго счетного блока 14, а третий (установочный) входк шестому выходу блока 4 управления,и логический элемент ИЛИ 17, первыйвход которого соединен с вторым выходом первого дешифратора 12, второйвход - с вторым выходом второго дешифратора 15, а выход - с вторым (запускающим) входом аналого-цифровогопреобразователя 6, выход которого подключен к первому (информационному)входу второго блока 9 памяти, выходкоторого соединен с первым входомвторого индикатора 10, а второй вход "с третьим выходом второго дешифратора 15, вторым входом первого индикатора 8, вторым входом второго индикатора 10 и третьим входом блока 4управления, четвертый вход которогоподключен к второму входу первогоблока 7 памяти и третьему выходу первого дешифратора 12, вход которогосоединен с выходом первого счетного блока 11,В предпочтительном варианте исполнения устройства (фиг,4) блок 2 совпадений может быть выполнен в виделогического элемента И, Блок 16 несовпадений содержит, например, 1 К-триггер 18, одновибратор 19 и логическийэлемент И 20 со связями, приведеннымина фиг.4, Блок 4 управления можетбыть выполнен в виде конструкции,содержащей Р-триггер 21, два К-триггера 22 и 23, одновибратор 24, логический элемент И 25 и два логических элемента ИЛИ 26 и 27, причем прямой выход КЯ-триггера 22 и выход логического элемента ИЛИ 27 образуютпервую группу выходов блока 4 управления. Формирователь 13 сигнала де"компрессии содержит, например, кодовый переключатель 28, два счетчика29 30 импульсов 0-триггер 31, КБ-тригФгер 32, компаратор 33, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 34, четырелогических элемента И 35-38, логический элемент ИЛИ 39 и два инвертора 40 и 41, Пневмоблок 5 может быть3 14265 выполнен в виде конструкции, содержащей три усилителя 42-44 с гальванической развязкой, компрессор 45 с электроприводом, клапан 46 сброса давления, декомпрессионный клапан 47,5 двухвходовую манжету 48 и преобразователь 49 давления в напряжение. Первый счетный блок 11 содержит, например, счетчик 50 импульсов, инвертор 51 и логический элемент ИЛИ 52 (Фиг,4), причем два выхода счетчика 50 импульсов и выходы инвертора 51 и логического элемента ИЛИ 52 образуют группу выходов первого счетного блока 11. Второй счетный блок 14 идентичен по конструкции первому счетному блоку 11.Устройство для измерения артериального давления крови работает следующим образом.20По внешней команде "Пуск", поступающей в виде импульса положительlной полярности на третью входную ши. ну устройства, происходит установка триггера 22 блока 4 управления в еди- .25 яичное состояние. При этом на первом выходе блока 4 управления формируется сигнал с уровнем логической единицы, под действием котброго запускается компрессор 45 в пневмоблоке 5 и начинается увеличение давления в манжете 48. Одновременно в счетчик 30 Формирователя 13 сигнала декомпрессиипереписывается код уровня Р ограничения компресии, установленный кодо вым переключателем 28, в результате35 чего на выходе ЦАП 34 формируется уро вень напряжения, пропорциональный коду, записанному в счетчик О.При этом на выходе компаратора 33 формируется уровень логического нуля и на первом выходе формирователя 13 сигна, ла декомпрессии устанавливается уровень логической единицы, под действием которого закрывается декомпрессионный клапан 47 пневмоблока 5. Клапан 46 сброса давления также закрыт под действием сигнала с уровнем логической единицы, поступающего с первого выхода блока 4 управления. После остановки компрессора,давление воздуха Р в манжете 48 превышает максимальное давление крови в ар-терии на 10-20 мм рт.с., при этом 40ТК отсутствуют и на выходе блока 2совпадений не формируются импульсысовпадения. На выходе блока 1 выделе.ния К-зубцов ЭКС непрерывно выраба"тываются импульсы, синхронные с 45К-зубцами ЗКС. Эти импульсы поступа"ют на первый вход блока 16 несовпадений и седьмой вход формирователя 13сигнала декомпрессии. Под действиемэтих импульсов на выходе блока 16 несовпадений формируются импульсы несовпадения с длительностью, соответствующей длительности импульсов, вырабатываемых одновибратором 19. Запуск одновибратора 19 и подтверждение единичного состояния триггера 18 происходят по заднему Фронту импульсов,снимаемых с выхода блока 1 выделенияК-зубцов ЗКС. В момент начала компрессии манжеты 48 на пятом выходе блока 4 управления Формируется сигнал, блокирующий работу первого 11 и второго 14 счетных блоков и формирователя 13 сигнала декомпрессии. Когда давление в манжете 48 пневмоблока 5 достигает уровня, задаваемого кодовым пере 374ключателем 28, напряжение с выхода преобразователя 49 пне:моблока 5, поступающее на третий вход формирователя 13 сигнала декомпрессии, становится равным уровню напряжения, снимаемому с выхода ЦАП 34, при этом на втором выходе формирователя 13 сигнала декомпрессии вырабатывается напряжение с уровнем логи" ческой единицы, которое поступает на второй вход блоха 4 управления, На выходе логического элемента И 25 блока 4 управления Формируется напряжение с уровнем логической единицы, под действием которого происхо- . дит переключение триггера 23 в единичное, а триггера 22 - в нулевое сос тояние. Одновременно с этим выключается компрессор 45 пневмоблока 5 и на выходе одновибратора 24 блока 4 управления вырабатывается импульс, под действием которого устанавливаются в единичное состояние триггер 18 блока 16 несовпадений и триггер 32 Формирователя 13 сигнала декомпрессии, и в нулевое состояние - триггер 21 блока 4 управления. Кроме того, в этот же момент времени с пятого выхода блока 4 управления прекращается поступление блокирующего сигнала и разрешается работа первого счетного блока 11 под действием сигнала, поступающего с второго выхода блока 4 управления.20 25 30 35 40 45 50 5 14Первый же соответствующий К"зубцу ЗКС импульс, поступающий на седьмой вход формирователя 13 сигналадекомпрессии, проходит через логический элемент И 36 и вызывает уменьшение на единицу числа, записанного,в счетчик 30, Этот же импульс проходит через логический элемент И 35,по заднему фронту устанавливает в едияичное состояние триггер 31 и увели,чивает на единицу содержимое счетчика 29. В результате этого на первомвыходе формирователя 13 сигнала ком,прессии вырабатывается сигнал с уров"нем логической единицы, под действием которого декомпрессионный кла, пан 47 пневмоблока 5 открывается, начинается сброс давления в манжете 48и пропорциональное уменьшение уровня,напряжения на выходе преобразователя 49. Такой процесс происходит дотех пор, пока уровень напряжения натретьем входе формирователя 13 сигнала декомпрессии не сравняется суровнем напряжения, вырабатываемымЦАП 34, после чего на выходе компаратора 33 устанавливается уровень логического нуля, который удерживается в данном состоянии до появленияследующего импульса, синхронного с К-зубцом ЭКС. В момент появленияуровня логического нуля яа выходе компаратора 33 происходит установкатриггера 31 в нулевое состояние и закрывается декомпрессионный клапан 47 пневмоблока 5, С приходом следующегоимпульса, соответствующего К-зубцу ЭКС, процесс декомпрессии повторяется.Таким образом осуществляется дискретная декомпрессия давления в манжете 48, пропорциональная частоте следования К-зубцов ЭКС.Для обоснования необходимости та" кой декомпрессии рассмотрим процесс измерения артериального давления крови методом анализа ТК, На фиг.З представлены идеальный и реальный случаи изменения давления в лучевой артерии и манжете 48 при измерении артериального давления крови. В идеальном случае в момент времени с, когда давление в манжете 48 становится равным систолическому давлению в артерии, появляется первый тон Короткова. В этот момент производится отсчет сис-, толического давления Р, . В момент времени г давление в манжете 48 становится равным диастолическому давлению, что соответствует последнему тону Короткова. В этот момент отсчитывается диастолическое давление Р,Практически уравновешивание давления в манжете 48 и в артерии чаще всего не совпадает по времени с систолой (диастолой) сердца, Как следует из фиг,З, первый ТК появляется в момент 1 , в результате чего отсчитывается заниженное систолическое давление Р , То же происходит и при отсчете диастолического давления (момент С), Величина погрешности при измерении Р и Рд составит; Величина данной составляющей погрешности измерения давления зависит от наклона б и кривизны отрезка АВ, Из фиг.З видно, что величина дР зависит от частоты изменения давления в артерии которая, в свою очередь, равна частоте следования К-зубцов ЭКС. Для уменьшения погрешности измерения давления скорость декомпрессии должна быть пропорциональной частоте сердечных сокращений, Если закон изменения давления в манжете 48 будет другим, то погрешность измерения возрастает. На погрешность измерения давления влияет и величина единичного сброса давления ь Р в манжете 48 (фиг.2) под действием К-зубцов ЭКС, причем чем меньше эта величина, тем меньше погрешность измерения давления, однако при малых величинах дР возрастает время измереяия давления. Обычно величина ь Р выбирается в интервале 2-4 мм рт.ст,(Выбор величины ьР в устройстве определяется числом разрядов счетчика 30 и ЦАП 34 формирователя 13 сигнала декомпрессии прн заданной величине опорного напряжения 11 ЦАП 34,Процесс декомпрессии манжеты 48 продолжается до тех пор, пока давление в артерии обследуемого не уранновесится с давлением в манжете 48.В момент уравновешивания давления иавыходе блока 3 выделения ТК вырабатываются импульсы, синхронные с ТК, пряэтом яа выходе блока 2 совпадения вырабатываются импульсы совпадения, Для достоверного измерения систологического (диастолического) давления кро7 14265 ви при наличии помех и вывода информации о давлении на индикаторы 8 и 10 необходимо, чтобы число непрерывно следующих импульсов совпадения Ю5 (несовпадения М ) было равно заданному числу М (в данном конкретном случае И И ХцсВ идеальном случае (при низком уровне помех) по первому импульсу совпадения на втором выходе первого дешифратора 12 вырабатывается сигнал, который через логический элемент ИЛИ 17 запускает АЦП 6. При этом на информационных входах первого 7 и второго 9 блоков памяти появляется код, соответствующий уровню давления в манжете 48. При появлении на счетном входе первого счетного блока 11 втор уса соади сигналом с первого выхода первого дешифратора 12 производится установка в нулевое состояние триггера 32 и счетчика 29 формирователя 13 сигнала декомпрессии,что приводит к останов ке декомпрессии. После поступления на вход первого счетного блока 11 четвертого импульса совпадения сигналом с третьего выхода первого дешифратора 12 производится занесение кода систолического давления из АЦП 6 в первый блок 7 памяти и переключение триггера 21 блока 4 управления. При этом происходит запрещение работы пер. вого счетного блока 11 и разрешение35 работы второго счетного блока 14, а также включение декомпрессии вследствие установки триггера 32 в единичное состояние под действием сигнала, поступающего из блока 4 управле О ния на четвертый вход формирователя 13 сигнала декомпрессии. Измерение диастолического давления производится аналогично, при этом после поступления импульсов несовпадения на счет-ный вход второго счетного блока 14 сигналом с третьего выхода первого дешифратора 15 производится не только занесение кода диастолического давления во второй блок 9 памяти, но атакже выдача кодов систолического и диастолического давлений из блоков 7 и 9 памяти на индикаторы 8 и 10 и установка триггера 23 блока 4 управления в нулевое состояние, что приводит к55 выработке сигнала с уровнем логического нуля на первом выходе блока 4 управления и открыванию клапана 46 сброса давления. При этом происходит 37 8сброс давления в манжете 48, и устройство готово для следующего цикла измерения давления. Временная диаграм. ма измерения артериального давления устройством для описанного случая приведена на фиг.2. В реальных условиях измерения арте риального давления при высоком уровне помех возможны ложные срабатывания блока 2 совпадений и блока 16 несовпадений, Так, если после прихода первого импульса совпадения поступает импульс несовпадения (т,е. первый импульс совпадения ложный), то по первому импульсу совпадения происходит запуск АЦП 6, однако остановка декомпрессии не происходит. Импульс несовпадения вызывает установку первого счетного блока 11 в нулевое состояние, Происходит сброс давления в манжете 48 еще на один шаг, после чего устройство вновь готово к анализу. непрерывных последовательностей импульсов совпадения и несовпадения по описанному вьппе алгоритму. Если после прихода двух импульсов совпадения поступают два импульса несовпадения, то происходит запуск АЦП 6 по первому и остановка декомпрессии по второму импульсам совпадения. Следующие два импульса несовпадения устанавливают в нулевое состояние первый счетный блок 11, однако в этом случае по второму импульсу несовпадения происходит установка триггера 32 формирователя 13 сигнала декомпрессии в единичное состояние с помощью счетчика 29 и логического элемента И 37, давление в манжете 48 сбрасывается на один шаг и устройство снова готово к анализу импульсных последовательностей, Возможны и другие .комбинации импульсов совпадения и несовпадения, при которых также обеспечивается достоверное измерение артериального давления. Выбор значений М и И производится на основе статистических законов с учетом того, что при увеличении числа И достоверность правильного изме" рения давления возрастает, однако при этом происходит увеличение времени измерения, что не всегда приемлемо. При малых значениях И, например при И = 1, устройство обладает низкой помехозащищенностью. Теоретически рассчитанная и проверенная на9 1426537 10 практике оптимальная величина М рав- блока .управления, а первый выход - на четырем. к второму входу пневмоблока, последоИспользование .устройства в клини- вательно соединенные второй счетный ческой практике позволит повысить блок и второй дешифратор, первый выдостоверность я помехозащыценность ход которого подключен к пятому вхоизмерения артериального давления кро- ду формирователя сигнала декомпрессии, ви за счет анализа последовательнос- второй выход которого соединен с втотей импульсов совпадения и несовпа- рым входом блока управления, четверения благодаря введению дискретной 1 О тый выход которого подключен к перциональной час- вому входу второго счетного блока, а екомпрессии, пропорцио 1 оте следования -зу цов К- убцов электрокар- пятый выход - к шестому входу формирователя сигнала декопрессии и втоосигнала.рым входам второго счетного блока иб т е н и я 15 первого счетного блока, третий вход о р м у л а и з о р е т екоторого соединен с выходом блока У й в я измерения артеристро ство для совпадений, блок несовпадений, выходкоторого подключен к третьему входу яльного давления крови, содержащеес етного блока пер 1 еления К-зубцов электрокардиосиг-2 О входу первого счетного лока, первый вход - к первому входу блока совала, вход которого подключен к устройства и падений и седьмому входу формировате(лок совпаденФ, лок выделе ля сигнала декомпрессии, второй вход - шов Короткова вход которого подклю- к выходу блока совпадений и четвер,чен к второ входно й й шине устройства 25 тому входу второго счетного блока, аФ ;а выход - к второму вому входу блока сов- третий вход - к шестому выходу бло. падений, последовательно соед но соединен- ка управления, и логический элементИЛИ, первый вход которого соединен,фровой п еобразователь,пер- с вторым выходом перво о д фр вый блок памяти и первый, индикатор ЗО второ вход и первь счети ло ,й ый блок первый вход с вторым входом аналого-цифрового ;которого подключен к второму вх му входу преобразователя, выход которого подключен к первому входу второго блока блока управления, о т л и ч а ющ е е с я тем, что,. с целью п цел ю повышенияпамяти, выход которого соединен с35 точности измерения за счетения за счет дискрет- первым входом второго индикатора, аессии пропорциональнойвторой вход - с третьим выходом втоной декомпресст а с вто ым входомследования К-зубцов электро- рого дешифратора, с вторь частоте кардиосигналав него введеныОслез первого индикатора, в ро вто ым входом довательно соединенные первый дешиф- второго индикатора и третьим входом ратор и формирователь сигсигнала декомп" блока управления, четвертый вход корессии, второ вход к й которого.подклю- торого подключен к второму входу пер"вхо блока управления вого блока памяти и третьему выходу чен к первому входу лоха увхо кото ого соеей дной шине устройства, первого дешифратора, вход р45 пе вОГО СчеТНОГО третий вход - к выходу пневмоблока, 4 динен с выходом перво четвертый вход - к третьему выходублока.41426537 ь Э, Балуевдык Коррект ви ороль Редактор АЛаковск ехре акая 4794/3 д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж б 55 ВНИИПИ Государственного ком по делам изобретений и о 13035, Москва, Ж, Раушская