Плетизмограф

 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для исследования периферического кровотока. Плетизмограф содержит камеру с внутренней полостью для размещения исследуемой конечности, снабженную элементом для герметизации внутренней полости при размещении в ней исследуемой конечности, надувную манжету для создания венозного останова крови в конечности, снабженную манометром и устройством для измерения увеличения объема конечности при венозном останове. Согласно изобретению введены датчик атмосферного давления, сильфон с входным штуцером и подвижным дном, которое механически соединено с приводом возвратно-поступательного движения, микрокомпрессор, пневмотумблеры, два переменных пневмодросселя, снабженных входными и выходными штуцерами, и электронное вычислительное устройство. Устройство для измерения увеличения объема конечности при венозном останове выполнено в виде датчика избыточного давления, снабженного входным штуцером, элемент герметизации выполнен в виде надувной манжеты, снабженной манометром, с возможностью ее размещения в зазоре между исследуемой конечностью и образующей внутренней поверхности камеры, а входные штуцеры датчика избыточного давления и первого пневмодросселя и выходной штуцер второго пневмодросселя соединены с внутренней полостью камеры. Микрокомпрессор подключен с возможностью соединения его выхода через соответствующие пневмотумблеры с входным штуцером второго пневмодросселя, надувной манжетой для создания венозного останова и элементом для герметизации внутренней полости камеры, а выходной штуцер первого пневмодросселя через пневмотумблер соединен с атмосферой. Выходы датчиков избыточного и атмосферного давления соединены с электронным вычислительным устройством. Технический результат заключается в обеспечении определения абсолютного значения интенсивности кровотока без использования дополнительной гиперктуры. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для исследования периферического кровотока.

Известен плетизмограф (Науменко А.Н., Скотников В.В. Основы электроплетизмографии. Л. : Медицина. 1975, с. 87-96) для исследования периферического кровотока, содержащий два электрода и аппаратуру для измерения электрического сопротивления. При определении периферического кровотока электроды накладываются на исследуемую часть тела человека, например на ногу или руку, а определение кровотока сводится к измерению электрического сопротивления исследуемой части тела.

Недостатком такого плетизмографа является качественный характер получаемой информации, связанной с тем, что зависимость электрического сопротивления от скорости кровотока является сложной и, в общем случае, индивидуальной для каждого человека.

Наиболее близким по технической сущности является плетизмограф (Экспериментальная физиология /Под ред. Б.Л.Эндрю. М.: Мир, 1974, с.226-233), содержащий камеру с внутренней полостью для размещения исследуемой конечности, снабженную элементом для герметизации внутренней полости при размещении в ней исследуемой конечности, надувную манжету для создания венозного останова крови в конечности, снабженную манометром, и устройство для измерения увеличения объема конечности при венозном останове. При определении кровотока с помощью такого плетизмографа путем нагнетания воздуха в манжету создается венозный останов крови в исследуемой конечности, размещенной в камере, а по объему воздуха, вытесненного при этом из камеры в устройство для измерения объема газа, судят об интенсивности кровотока в конечности. Кроме этого для получения информации об интенсивности кровотока на единицу объема исследуемой части конечности дополнительно осуществляют с помощью специальной аппаратуры измерение объема этой части конечности.

Недостатком такого плетизмографа является его малая точность и высокая чувствительность к вибрациям, а также необходимость дополнительного измерения с помощью специальной аппаратуры объема исследуемой части конечности.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение точности определения кровотока, упрощение процесса измерения и обработки его результатов.

Технический результат - создание плетизмографа, способного определять абсолютное значение интенсивности кровотока без использования дополнительной аппаратуры для измерения объема исследуемой части конечности.

Технический результат достигается тем, что в состав плетизмографа, содержащего камеру с внутренней полостью для размещения исследуемой конечности, снабженную элементом для герметизации внутренней полости при размещении в ней исследуемой конечности, надувную манжету для создания венозного останова крови в конечности, снабженную манометром, и устройство для измерения увеличения объема конечности при венозном останове, согласно изобретению дополнительно включены датчик атмосферного давления, сильфон с входным штуцером и подвижным дном, которое механически соединено с приводом возвратно-поступательного движения, микрокомпрессор, пневмотумблеры, два переменных пневмодросселя, снабженных входными и выходными штуцерами, и электронное вычислительное устройство, при этом устройство для измерения увеличения объема конечности при венозном останове выполнено в виде датчика избыточного давления, снабженного входным штуцером, элемент герметизации выполнен в виде надувной манжеты, снабженной манометром, с возможностью ее размещения в зазоре между исследуемой конечностью и образующей внутренней поверхности камеры, а входные штуцеры датчика избыточного давления и первого пневмодросселя и выходной штуцер второго пневмодросселя соединены с внутренней полостью камеры, микрокомпрессор подключен с возможностью соединения его выхода через соответствующие пневмотумблеры с входным штуцером второго пневмодросселя, надувной манжетой для создания венозного останова и элементом для герметизации внутренней полости камеры, а выходной штуцер первого пневмодросселя через пневмотумблер соединен с атмосферой, причем выходы датчиков избыточного и атмосферного давления соединены с электронным вычислительным устройством.

Такая конструкция обеспечивает возможность измерения как объема исследуемой части конечности, так и увеличения ее объема при венозном останове, что определяется использованием точных и надежных датчиков абсолютного и избыточного давления с унифицированными электрическими выходными сигналами и электронного вычислительного устройства, обеспечивающего обработку сигналов датчика по соответствующим алгоритмам, полученным из уравнения состояния газа и уравнения, описывающего динамический режим работы камеры с двумя пневмодросселями.

По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительные особенности в совокупности элементов, их конструктивном исполнении и взаимном расположении.

Схема плетизмографа изображена на фиг.1.

На фиг.2 показано изменение избыточного давления в камере плетизмографа при измерении объема исследуемой части конечности.

На фиг.3 показано изменение избыточного давления в камере плетизмографа при измерении объема исследуемой части конечности при венозном останове.

Плетизмограф содержит камеру 1 с внутренней полостью 2 для размещения исследуемой конечности 3, снабженную элементом 4 для герметизации внутренней полости при размещении в ней исследуемой конечности, надувную манжету 5 для создания венозного останова крови в конечности, снабженную манометром 6, и устройство 7 для измерения увеличения объема конечности при венозном останове крови, в качестве которого служит датчик избыточного давления с унифицированным электрическим выходным сигналом, снабженный входным штуцером 8. Дополнительно в состав плетизмографа включены датчик атмосферного давления 9 с унифицированным электрическим выходным сигналом, сильфон 10 с входным штуцером 11 и подвижным дном 12, которое механически соединено с приводом возвратно-поступательного движения 13, микрокомпрессор 14, пневмотумблеры T₁, T₂, Т₃, два переменных пневмодросселя Др1 и Др2, снабженных входными 15, 16 и выходными 17, 18 штуцерами, и электронное вычислительное устройство 19.

Элемент герметизации 4 выполнен в виде надувной манжеты, снабженной манометром 20, с возможностью ее размещения в зазоре между исследуемой конечностью 3 и образующей 21 внутренней поверхности камеры 1. Входные штуцеры 8, 11, 15 и выходной штуцер 18 соединены с внутренней полостью 2 камеры 1, а микрокомпроцессор подключен с возможностью соединения его выхода через пневмотумблер T₁ с входным штуцером пневмодросселя Др2, через пневмотумблер ₂ - с элементом герметизации и через пневмотумблер Т₃ - с надувной манжетой для создания венозного останова, а выходной штуцер пневмодросселя Др1 через пневмотумблер Т₄ соединен с атмосферой. Выходы датчиков 7 и 9 подключены к электронному вычислительному устройству 19, в качестве которого используется, например, персональный компьютер. В камере 1 плетизмографа расположены вспомогательные элементы: опоры 22, 23 и кольцеобразная пластина 24, прикрепленная к стенкам камеры 1.

Работа плетизмографа осуществляется следующим образом.

Исследуемую конечность, например руку, располагают на опорах 22, 23 в камере плетизмографа и на ней размещают манжету 5. Замыкают пневмотумблер T2, и в манжету 4 для герметизации руки начинает поступать воздух от микрокомпрессора 14. Манжета 4 раздувается и упирается в кольцеобразную пластину 24, предотвращающую смещение манжеты в полость 2. Это определяет постоянство камеры 2. Когда давление в этой манжете достигает 5000÷6000 Па, что определяется с помощью манометра 20, и при этом достигается герметизация камеры с размещенной в ней рукой, пневмотумблер T₂ размыкают. Затем замыкают последовательно во времени пневмотумблеры Т₄ и T₁. При таком соединении создается пневматическая проточная камера, которая включает в себя дроссели Др1, Др2 и внутреннюю полость 2 камеры 1, часть объема которой занята исследуемой рукой. При постоянном давлении Р₀ на входе в пневмодроссель Др2, создаваемом микрокомпрессором, давление во внутренней полости камеры будет увеличиваться по экспоненциальному закону (см. фиг.2). Давление Р камеры 2 непрерывно измеряют датчиком избыточного давления и запоминают в электронном вычислительном устройстве. По полученной в результате измерений кривой находят, так называемую, постоянную времени Т [Ибрагимов И.А. и др. Элементы пневмоавтоматитки. М.: Высшая школа, 1984, с. 63-69] проточной пневматической камеры, которая при постоянных значениях проводимости пневмодросселей однозначно определяется, в данном случае, объемом V той части внутренней полости 2, которая не занята рукой: T=V/RQ(k1+k2), (1) где R - газовая постоянная; Q - абсолютная температура газа (принимать в течение опыта постоянной); kl и k2 - проводимости пневмодросселей Др1 и Др2.

Объем исследуемой части руки Vp при известном значении объема Vк внутренней полости 2 камеры плетизмографа вычисляют по формуле: Vp=Vк-T/a, (2) где а=RQ(k1+k2) - постоянная величина.

Значение Т при этом определяют из графика функции так, как это показано на фиг. 2 (Рк на графике - установившееся давление в камере). Время, необходимое для проведения одного измерения, составляет 25-35 с.

Для увеличения точности измерения объема исследуемой части руки осуществляется повторное измерение этой величины следующим образом. Размыкают пневмотумблер T₁ и после того, как давление в камере станет равным нулю, что определяется по сигналу датчика давления 7, размыкают пневмотумблер Т₄. Включают привод 13 возвратно-поступательного движения, который перемещает дно 12 сильфона 10 до упора (на фиг.1 до упора влево). При этом в полость 2 вводится некоторый постоянный дополнительный объем воздуха Vд (Vд=10 см³). Поэтому давление в полости 2 увеличивается на ΔР.

При этом с помощью датчиков 7 и 9 измеряют значение ΔР и атмосферное давление Ра. После этих измерений объем исследуемой части руки вычисляют по формуле (при условии, что Vк>>Vд, например, при Vк=150Vд), Vp = Vк-(Vд/ΔP)Pa. (3) Результаты двух измерений объема исследуемой части руки усредняют и находят среднее значение Vp^ср.

После определения Vp^ср замыкают пневмотумблеры T₁ и Т₄ и некоторое время продувают камеру 1 воздухом для исключения нагрева воздуха в ней за счет теплоты, выделяемой рукой. Затем последовательно размыкают пневмотумблеры T₁ и Т₄ и доводят давление в камере до атмосферного. Замыкают пневмотумблер Т₃. В манжету 5 начинает поступать воздух. Когда давление в ней достигает значения 9500 Па (значение давления венозного останова), что определяют по манометру 6, пневмотумблер Т₃ размыкают. При этом начинает увеличиваться объем исследуемой части руки за счет притока в нее крови, что вызывает увеличение давления во внутренней полости 2 (см. фиг.3), которое непрерывно измеряются датчиком 7, сигналы которого запоминаются электронным вычислительным устройством.

Процесс увеличения давления в камере длится 10 - 20 с и имеет вид экспоненты, а максимальное приращение давления составляет 400 - 700 Па. При обработке этого сигнала выбирают часть кривой от начала процесса до момента времени ₁ (обычно 3-5 с), где увеличение давления происходит практически линейно. Найденные при этом приращения давления ΔРл используют в расчете кровотока.

Если считать, что в процессе увеличения давления температура в камере плетизмографа не изменяется, то в момент времени t₁ справедливо выражение: Vкр = ΔPл(Vк-Vp)/Pa, (4)
где Vкр - объем крови, поступившей в исследуемую часть руки к моменту времени t₁.

Объемный расход крови Q, поступившей в исследуемую часть руки с начала венозного останова до момента времени t₁, можно определить по формуле:
Q=Vкр/t₁. (5)
Обычно в качестве характеристики кровотока используют удельный объемный расход Qуд [Экспериментальная физиология /Под ред. Б.Л.Эндрю. М.: Мир, 1974, с. 233] , т.е. объемный расход крови, который поступает в объем исследуемой части конечности, равный 100 см³. По результатам измерений величины Vp^ср и Q указанную характеристику вычисляют по формуле:
Qуд=(Q/Vp^ср)100. (6)
Все описанные вычисления осуществляются с помощью электронного вычислительного устройства.

Описанный плетизмограф был создан и испытан в лабораторных условиях.

В таблице приведены результаты измерений интенсивности кровотока у пяти пациентов.

Преимуществами предлагаемого технического решения являются:
- возможность измерения удельного кровотока без использования дополнительной аппаратуры для измерения объема исследуемой части конечности;
- возможность автоматизации измерений;
- абсолютный характер результатов измерений, исключающий необходимость предварительной градуировки устройства.

Предлагаемый плетизмограф может быть реализован на базе стандартных измерительных, вычислительных и вспомогательных устройств. Он может найти применение в медицинских учреждениях для исследования кровотока в конечностях, его также можно использовать для градуировки плетизмографов, реализующих другие неабсолютные принципы измерения кровотока.

Формула изобретения

Плетизмограф, содержащий камеру с внутренней полостью для размещения исследуемой конечности, снабженную элементом для герметизации внутренней полости при размещении в ней исследуемой конечности, надувную манжету для создания венозного останова крови в конечности, снабженную манометром и устройством для измерения увеличения объема конечности при венозном останове, отличающийся тем, что дополнительно содержит датчик атмосферного давления, сильфон с входным штуцером и подвижным дном, которое механически соединено с приводом возвратно-поступательного движения, микрокомпрессор, пневмотумблеры, два переменных пневмодросселя, снабженных входными и выходными штуцерами, и электронное вычислительное устройство, при этом устройство для измерения увеличения объема конечности при венозном останове выполнено в виде датчика избыточного давления, снабженного входным штуцером, элемент герметизации выполнен в виде надувной манжеты, снабженной манометром, с возможностью ее размещения в зазоре между исследуемой конечностью и образующей внутренней поверхности камеры, а входные штуцеры датчика избыточного давления и первого пневмодросселя и выходной штуцер второго пневмодросселя соединены с внутренней полостью камеры, микрокомпрессор подключен с возможностью соединения его выхода через соответствующие пневмотумблеры с входным штуцером второго пневмодросселя, надувной манжетой для создания венозного останова и элементом для герметизации внутренней полости камеры, а выходной штуцер первого пневмодросселя через пневмотумблер соединен с атмосферой, причем выходы датчиков избыточного и атмосферного давления соединены с электронным вычислительным устройством.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4