Способ косвенного измерения артериального давления и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к медицине, медицинской технике и может быть использовано для косвенного измерения артериального давления, изучения закономерностей общей, регионарной и локальной гемодинамики. В двух точках лучевой артерии пациента регистрируют первые производные пульсограмм. Используя величину смещения между максимальными амплитудами первых производных, вычисляют артериальное давление. Устройство для реализации данного метода содержит первый и второй оптоэлектронные датчики, конструктивно объединенные в один датчик снятия информации, первый и второй усилители, первый и второй дифференциаторы, аналоговый мультиплексор, блок управления, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), регистр, первое-четвертое оперативно-запоминающие устройства, микропроцессор и дисплей. Способ позволяет неинвазивно и точно измерять артериальное давление, исследовать изменения гемодинамики. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для косвенного измерения артериального давления, изучения закономерностей общей, регионарной и локальной гемодинамики, определения оптимальной дозы сосудорасширяющих медикаментозных препаратов, влияющих на сосудистый тонус, определения степени насыщения кислородом крови.

Известны способ непрерывного наблюдения систолического кровяного давления и аппарат для его осуществления (США, патент N 4030485 от 21.06.77, МКИ A 61 B 5/02), заключающийся в том, что с помощью калибровочного прибора со световым преобразователем, превращающим изменения интенсивности света в изменения амплитуды электрического сигнала, определяют измерения интенсивности света, соответствующие изменению объема крови в ткани под преобразователем, периодически производится выборка амплитуды дифференциального сигнала и суммирование с ней амплитуды сигнала, соответствующего эталонному давлению. Амплитуда этого сигнала пропорциональна систолическому давлению.

Недостатком данного способа является низкая информативность за счет того, что определяется только систолическое давление.

Известен способ измерения среднего давления по кривой, полученной по результатам измерения кровяного давления (Германия, заявка N 0S 3511803 от 9.10.86, МКИ A 61 B 5/02), заключающийся в том, что полученный сигнал кривой кровяного давления преобразуют в цифровую форму и на отрезке кривой кровяного давления, который меньше дыхательного цикла, определяют Min, причем в зоне Min расположен участок F, простирающийся по обе стороны не менее, чем на один сердечный цикл, внутри участка F определяют наибольшее амплитудное значение Max и два пороговых значения S1 и S2, соответствующих 1/3 и 2/3 наибольшего значения амплитуды A1, A3, которое больше большего значения S1. На основе этого значения амплитуды A1, A3 находится следующее значение амплитуды A2, A4, которое меньше порогового значения S2. Это позволяет определить между последовательно расположенными амплитудами A1, A2 - A3, A4 Max 1, Max 2. По измеренным значениям между этими максимумами Max 1 и Max 2 определяют среднее давление.

Недостатком данного способа является низкая информативность за счет того, что определяется только среднее кровяное давление.

Известен способ и устройство для непрямого измерения артериального давления крови (ЕПВ, заявка 0136212 от 03.08.83, МКИ A 61 B 5/02), заключающиеся в том, что используют по меньшей мере один датчик, удерживаемый с упором в ямке, где определяется пульс, с постоянным усилием, которое меньше усилия, создаваемого диастолическим давлением потока крови в лучевой артерии. Определяют максимальные и минимальные значения сигналов давления, вычисляют среднее значение соотношений максимальных и минимальных значений, вычисляют систолическое и диастолическое давления и показывают их на индикаторе.

Недостатками данного способа и устройства являются ограниченная область применения, невысокое качество регистрации за счет использования пьезодатчиков.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ и аппарат для автоматического определения систолического, диастолического и среднего значения артериального давления пациента (Франция, заявка N 2593380 от 27.01.86, МКИ A 61 B 5/02), предназначенные для определения артериального давления неинвазивным путем. Аппарат имеет линию усиления с двумя каналами, содержащую последовательно усилитель и фильтр. Оба аналоговых сигнала, поступающих из двух каналов, преобразуются в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем. Монитор имеет, кроме преобразователя, микропроцессор с блоком программы.

Недостатками данного способа и устройства являются ограниченная область применения, невысокое качество регистрации за счет использования пьезодатчиков.

Задача данного изобретения состоит в разработке метода определения артериального давления, основанного на оценке сдвигов соответствующих точек пульсовых волн при помощи предлагаемого устройства, которое бы упростило процедуру измерения, улучшить качество регистрации пульсовой волны, расширить функциональные возможности.

Сущность изобретения заключается в том, что на лучевой артерии регистрируют пульсовую волну двумя оптоэлектронными датчиками, измеряют координаты максимальных амплитуд пульсовых волн, измеряют модуль разности значений данных координат, по величине которого определяют среднее артериальное давление, диастолическое артериальное давление вычисляют из величины половины разности утроенного значения среднего и систолического давления, регистрируют первые производные этих пульсовых волн, измеряют смещение между максимальными амплитудами первых производных пульсовых волн в точках их перегибов, величину которого используют при определении систолического артериального давления посредством поправочного коэффициента.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для неинвазивного измерения артериального давления, содержащее два датчика, выполненных на оптоэлектронных элементах, два канала усилителей, входы которых соединены соответственно с выходами первых и вторых оптоэлектронных датчиков, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, дисплей, введены первый и второй дифференциатор, аналоговый микропроцессор, блок управления, регистр, первое, второе, третье, четвертое оперативно-запоминающие устройства, причем выходы усилителей непосредственно через первый и второй дифференциаторы соответственно подключены ко входам аналогового микропроцессора, адресные входы которого соединены с первым и вторым выходами устройства управления, а выход с входом аналого-цифрового преобразователя, выходная шина которого подключена ко входу регистра, выходная шина регистра подключена ко входам первого, второго, третьего, четвертого оперативно-запоминающих устройств, входы разрешения которых подключены соответственно к выходам блока управления, выходные шины оперативно-запоминающих устройств соединены между собой и подключены ко входу регистра и микропроцессора, причем блок управления содержит генератор, счетчик, дешифратор, выходы которого подключены ко входам разрешения записи первого, второго, третьего, четвертого оперативно-запоминающих устройств, выход генератора подключен к тактовому входу счетчика, выходы которого соединены со входами дешифратора и адресными входами аналогового микропроцессора.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для определения артериального давления; на фиг. 2 - конструктив оптоэлектронного датчика; на фиг. 3 - схема блока управления; на фиг. 4 - диаграмма пульсовой волны; на фиг. 5 - пример вывода результатов работы устройства на печатающее устройство.

Устройство содержит (фиг. 1) первый 1 и второй 2 оптоэлектронные датчики, конструктивно объединенные в один датчик снятия информации (фиг. 2), первый 3 и второй 4 усилители, первый 5 и второй 6 дифференциаторы, аналоговый микропроцессор 7, блок управления 8, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, регистр 10, первое 11, второе 12, третье 13, четвертое 14 оперативно-запоминающие устройства (ОЗУ), микропроцессор 15, дисплей 16, информационный выход устройства 17.

Выходы первого 1 и второго 2 оптоэлектронных датчиков соответственно подключены ко входам первого 3 и второго 4 усилителей, выходы которых подключены ко входам аналогового мультиплексора 7 и первого 5 и второго 6 дифференциаторов, выходы которых подключены ко входам аналогового мультиплексора 7, адресные входы которого соединены с первым и вторым выходами устройства управления, а выход с входом АЦП 9, выходная шина которого подключена ко входу регистра 10, выходная шина регистра 10 подключена ко входам первого 11, второго 12, третьего 13, четвертого 14 ОЗУ, входы разрешения которых подключены соответственно к выходам блока управления, выходные шины ОЗУ соединены между собой и подключены ко входу регистра 10 и микропроцессора 15, выход которого соединен с выходом устройства 17 и дисплеем 16.

Первый 1 и второй 2 оптоэлектронные датчики изготавливаются в отдельном корпусе и содержат источник излучения АЛ 107 (В.И. Иванов. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. - М.: Энергоиздат, 1989) и фотоприемник ФД 256 (В. И. Иванов. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. - М.: Энергоиздат, 1989) и связаны с остальными блоками гибким кабелем.

Блок усилителей 3 и 4 предназначен для фильтрации и усиления сигналов, получаемых с фотоприемников 3 до уровня 5V. Дифференциаторы 5 и 6 служат для точного определения первой производной пульсовой волны и нахождения точки перегиба систолического выброса. Усилитель и дифференциатор конструктивно объединены и выполнены на микросхемы К 140 УД20 (Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Под ред. С. В. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1990).

Аналоговый мультиплексор 7 предназначен для соединения входа аналого-цифрового преобразователя с выходом одного из блоков усиления или одного из дифференциаторов в зависимости от адреса, поступающего с блока управления 8, и выполнен на ИМС К590КН3 (Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Под ред. С.В. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1990).

Блок управления 8 предназначен для синхронизации работы блоков устройства между собой, а также синхронизации выдачи данных на внешнее устройство. Блок управления 8 содержит (фиг. 3) генератор 18, выполненный на ИМС 555 ЛАЗ (В. Л. Шило. Популярные цифровые микросхемы, Челябинск: Металлургия, 1989, стр. 50), счетчик 19, выполненный на ИМС 555 НЕ 10 (В.Л. Шило. Популярные цифровые микросхемы, Челябинск: Металлургия, 1989, стр. 96), дешифратор 20, выполненный на ИМС 155 ИД 4 (В.Л. Шило. Популярные цифровые микросхемы, Челябинск: Металлургия, 1989, стр. 133), причем выход генератора 18 подключен к тактовому входу счетчика 19, выходы которого соединены со входами дешифратора 20 и адресными входами аналогового мультиплексора 7, выходы дешифратора 20 подключены ко входам разрешения записи первого 11, второго 12, третьего 13, четвертого 14 ОЗУ соответственно.

Аналого-цифровой преобразователь 9 используется для преобразования аналоговой формы пульсовой волны в двоичный код, необходимый для дальнейших вычислений, производимых в микропроцессоре 15. В качестве аналого-цифрового преобразователя применяется МС К1113ПВ1 (см. Федотов Б.П. Микросхемы ЦАП и АЦП, М.: Энергоатомиздат, 1990, стр. 223).

Регистр 10 использован в качестве буферного элемента и выполнен на ИМС 555 ИР 23 (см. Справочник по цифровым и аналоговым интегральным микросхемам С.В. Якубовского и др., М.: Радио и связь, 1990, стр. 75).

Оперативно-запоминающие устройства 11, 12, 13, 14 предназначены для хранения преобразованного кода пульсовой волны соответственно в первом 11 и третьем 13 ОЗУ и дифференциальной формы пульсовой волны соответственно во втором 12 и четвертом 14 ОЗУ и выполнены на ИМС 537 РУ 10 (см. Справочник по цифровым и аналоговым интегральным микросхемам С.В. Якубовского и др., М.: Радио и связь, 1990, стр. 31).

Микропроцессор 15 предназначен для обработки пульсовой волны и вычисления величин ΔT и ΔT_п и вывода результата систолического и диастолического артериального давления и выполнен на ИМС 1816 ВЕ 51 (см. В.В. Сташин и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах, М.: Энергоатомиздат, 1990, стр. 50-72).

Дисплей 16 предназначен для отображения информации о среднем, систолическом и диастолическом артериальном давлении и выполнен на светоизлучающих матрицах АЛС321А1 (В.И. Иванов. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. - М.: Энергоиздат, 1989).

Выход устройства 17 служит для связи устройства с внешними устройствами отображения информации (дисплей, принтер), устройствами хранения данных или ЭВМ.

Устройство работает следующим образом.

Спаренные оптоэлектронные датчики 1 и 2 располагаются на лучевой артерии. Излучение, генерируемое источником излучения, отражаясь от исследуемого участка сосуда, модулируется по амплитуде пульсациями кровотока. Модулируемый поток преобразуется в фотоприемнике в электрический сигнал. В блоках усиления 3 и 4 происходит фильтрация и усиление сигнала. Отфильтрованные и усиленные сигналы пульсовых волн поступают на входы дифференциаторов 5 и 6, где происходит выделение первой производной систолического участка пульсовой волны. Сигналы, получаемые на выходах блоков усиления 3 и 4 и дифференциаторов 5 и 6, подаются на входы аналогового мультиплексора 7, через который при соответствующих сигналах, поступаемых с блока управления 8, поступают на аналого-цифровой преобразователь 9. В АЦП 9 происходит преобразование аналоговых сигналов в цифровой вид, необходимый для работы микропроцессора 15, и запись этих результатов в соответствующие ОЗУ 11, 12, 13, 14. Блок управления 8 управляет работой ОЗУ, вырабатывая на выходах дешифратора 20 сигналы, которые поступают на входы разрешения записи ОЗУ. При наличии на входе разрешения уровня логической единицы в данное ОЗУ записывается оцифрованная пульсовая волна. В первое 11 и третье 13 ОЗУ записывается пульсовая волна с первого 1 и второго 2 датчиков соответственно, а во второе 12 и четвертое 14 ОЗУ - их дифференциальные формы. Микропроцессором 15 определяются координаты максимальных амплитуд пульсовых волн (фиг. 4) и вычисляется значение ΔT: ΔT = T₁-T₂, (1) где T₁ - координата максимальной амплитуды пульсовой волны, полученной первым датчиком 1; T₂ - координата максимальной амплитуды пульсовой волны, полученной вторым датчиком 2.

Также определяются координаты точек перегиба (max дифференциальной формы пульсовой волны (фиг. 4)) систолического участка пульсовой волны и вычисляется значение ΔT_п: ΔT_п= ΔT₁-ΔT₂, (2) где ΔT₁ - координата точки перегиба систолического участка пульсовой волны, полученной первым датчиком 1; ΔT₂ - координата точки перегиба систолического участка пульсовой волны, полученной вторым датчиком 2.

Величина среднего артериального давления (P_сред) обратно пропорциональна величине ΔT: P_сред= F(ΔT_п). (3)
Величина систолического артериального давления (P_сист) обратно пропорциональна величине ΔT_п и зависит от ударного объема сердца:
P_сист= F(ΔT_п). (4)
Диастолическое давление определяется из формулы (P_диаст):

Проведенное статистическое моделирование обработки пульсовой волны в соответствии с формулой изобретения (проведено более 1000 экспериментов) позволило определить точные зависимости для P_сред с коэффициентом корреляции 0,95:


P_сред= 86,3-0,82ΔT для ΔT > 29. (8)
Аналогично получены зависимости для P_сист с коэффициентом корреляции 0,89:


По таблице, которая записана во внутренней памяти микропроцессора 15, выбираются в соответствии с полученными величинами ΔT и ΔT_п значения среднего и систолического артериального давления.

Далее по формуле (5) определяется диастолическое давление.

Полученные данные поступают на внутренний дисплей 16 и на внешнее устройство в виде (фиг. 5).

Предлагаемый способ определения артериального давления прост, необременителен для пациента, т.к. время измерения занимает не более 30 сек.

Устройство для определения артериального давления изготавливается в виде автономного блока, связанного гибким кабелем с блоком датчиков. Оно имеет внешние разъемы для подключения устройств отображения или ЭВМ. При этом на внешнее устройство может быть выведена диаграмма пульсовой волны обследуемого пациента и значения артериального давления, пульса (фиг. 5).

При использовании предлагаемого устройства совместно с ЭВМ имеется возможность значительного расширения круга решаемых задач.

Формула изобретения

1. Способ косвенного измерения артериального давления, основанный на регистрации на лучевой артерии пульсовой волны двумя оптоэлектронными датчиками, которые измеряют координаты максимальных амплитуд пульсовых волн, измеряют модуль разности значений данных координат, по величине которого определяют среднее артериальное давление, отличающийся тем, что регистрируют первые производные этих пульсовых волн, измеряют смещение между максимальными амплитудами первых производных пульсовых волн в точках их перегиба, величину которого используют при определении систолического артериального давления посредством поправочного коэффициента.

2. Устройство для неинвазивного измерения артериального давления, содержащее два датчика, выполненных на оптоэлектронных элементах, два канала усилителей, входы которых соединены соответственно с выходами первых и вторых оптоэлектронных датчиков, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, дисплей, отличающееся тем, что в него введены первый и второй дифференциатор, аналоговый мультиплексор, блок управления, регистр первое - четвертое оперативно-запоминающие устройства, причем выходы усилителей непосредственно через первый и второй дифференциаторы соответственно подключены к входам аналогового мультиплексора, адресные входы которого соединены с первым и вторым выходами устройства управления, а выход - с входом аналого-цифрового преобразователя, выходная шина которого подключена к входу регистра, выходная шина регистра подключена к входам первого - четвертого оперативно-запоминающих устройств, входы разрешения которых подключены соответственно к выходам блока управления, выходные шины оперативно-запоминающих устройств соединены между собой и подключены к входам регистра и микропроцессора, причем блок управления содержит генератор, счетчик, дешифратор, выходы которого подключены к входам разрешения записи первого - четвертого оперативно-запоминающих устройств, выход генератора подключен к тактовому входу счетчика, выходы которого соединены с входами дешифратора и адресными входами аналогового мультиплексора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5