Тепловой измеритель скорости кровотока

 

Изобретение относится к средствам медицинской измерительной техники, а именно к устройствам контроля скорости кровотока. Тепловой измеритель скорости кровотока содержит цилиндрический зонд, который изготовлен из пластической массы и в котором расположены безынерционный и инерционный рабочие спаи, содержащие контактные поверхности, и нерабочий спай дифференциальной термопары, а также устройство измерения и обработки сигнала дифференциальной термопары. Последнее содержит электронный усилитель, дифференциатор, запоминающее устройство, устройство умножения на постоянный коэффициент, компаратор и электронный счетчик времени с соответствующими связями. Контактные поверхности рабочих спаев дифференциальной термопары выполнены плоскими и расположены в плоскости одного из торцов зонда с возможностью контакта с исследуемой областью объекта контроля. Измеритель прост по конструкции и надежен в эксплуатации. 3 ил.

Изобретение относится к средствам медицинской измерительной техники, а именно к устройствам контроля скорости кровотока.

Известен тепловой измеритель скорости кровотока (Авторское свидетельство 810214. Датчик для измерения скорости потока крови. Бюл. 9, 1981), содержащий два термоэлемента, установленные в потоке крови один против другого, один из которых подключен к источнику тока, а другой - к блоку регистрации. Термоэлемент, подключенный к источнику тока, охлаждает поток крови за счет энергии последнего, а с помощью другого термоэлемента измеряется температура потока крови. Скорость потока крови измеряется по изменению температуры этого потока.

Недостатком такого теплового измерителя кровотока является инвазивность измерения и необходимость подвода значительной энергии к термоэлементу, охлаждающему поток крови.

Наиболее близким по технической сущности является тепловой измеритель скорости кровотока (Авторское свидетельство 923519. Катетерный датчик для измерения линейной скорости кровотока. Бюл. 16, 1982), содержащий цилиндрический зонд, изготовленный из пластической массы, в котором расположены безынерционный и инерционный рабочие спаи, содержащие контактные поверхности, и нерабочий спай дифференциальной термопары и устройство измерения и обработки сигнала дифференциальной термопары.

В процессе измерения зонд измерителя кровотока вводится в исследуемый сосуд, к безынерционному спаю подводится поток теплоты от электрического нагревателя, а скорость кровотока определяется по сигналу дифференциальной термопары.

Недостатком указанного теплового измерителя скорости кровотока является его инвазивность, вызванная тем, что при измерении зонд непосредственно вводится в исследуемый сосуд, что требует проведения операции.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение процесса измерения, его ускорение и исключение травмы исследуемого сосуда.

Технический результат - создание простого по конструкции и надежного в эксплуатации теплового измерителя скорости кровотока, обеспечивающего неинвазивность измерения.

Технический результат достигается тем, что в тепловом измерителе кровотока, содержащем цилиндрический зонд, изготовленный из пластической массы, в котором расположены безынерционный и инерционный рабочие спаи, содержащие контактные поверхности, и нерабочий спай дифференциальной термопары и устройство измерения и обработки сигнала дифференциальной термопары, контактные поверхности рабочих спаев дифференциальной термопары выполнены плоскими и расположены в плоскости одного из торцов цилиндрического зонда с возможностью контакта с исследуемой областью объекта контроля, а в состав устройства измерения и обработки сигнала дифференциальной термопары дополнительно включены электронный усилитель, дифференциатор, запоминающее устройство, устройство умножения на постоянный коэффициент, компаратор и электронный счетчик времени, при этом выход дифференциальной термопары подключен ко входу электронного усилителя, а выход последнего подключен к дифференциатору, запоминающему устройству и к одному из входов компаратора, выход дифференциатора подключен к включающему входу электронного счетчика времени, выход запоминающего устройства подключен ко входу устройства умножения на постоянный коэффициент, а выход этого устройства подключен ко второму входу компаратора, причем выход компаратора подключен к выключающему входу электронного счетчика времени.

Такая конструкция теплового измерителя скорости кровотока обеспечивает возможность неинвазивного контроля скорости кровотока за счет использования различия в скорости подвода теплоты к безынерционному и инерционному рабочим спаям дифференциальной термопары при контакте их с исследуемой областью объекта контроля.

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

Схема теплового измерителя скорости кровотока показаны на фиг.1.

На фиг.2 показаны сигналы термопар.

На фиг.3 показана экспериментальная зависимость выходной величины измерителя от скорости движения жидкой среды.

Тепловой измеритель скорости кровотока содержит (фиг.1) измерительный зонд 1, изготовленный из пластической массы, в котором расположены безынерционный 2 и инерционный 3 рабочие спаи и нерабочий 4 спай дифференциальной термопары и устройство измерения и обработки 5 сигнала дифференциальной термопары. Дифференциальная термопара составлена из двух включенных встречно термопар 6 и 7, имеющих одинаковые статические, но различные динамические характеристики. Контактные поверхности 8 и 9 соответственно безынерционного и инерционного рабочих спаев выполнены плоскими и расположены в плоскости 10 одного из торцов цилиндрического зонда с возможностью контакта с измеряемой областью 11 объекта контроля. Устройство измерения и обработки сигнала дифференциальной термопары состоит из электронного усилителя 12, дифференциатора 13, запоминающего устройства 14, устройства умножения на постоянный коэффициент 15, компаратора 16 и электронного счетчика времени 17. Выход дифференциальной термопары подключен ко входу электронного усилителя 12, а выход последнего подключен к дифференциатору 13, запоминающему устройству 14 и к одному из входов компаратора 16. Выход дифференциатора 13 подключен к включающему входу электронного счетчика времени 17, выход запоминающего устройства 14 подключен ко входу устройства умножения на постоянный коэффициент 15, а выход этого устройства соединен со вторым входом компаратора 16, а его выход подключен к выключающему входу электронного счетчика времени 17.

Работа теплового измерителя скорости кровотока осуществляется следующим образом.

Рабочие спаи 2 и 3 предварительно охлаждают до окружающей температуры. Затем нижний (на фиг.1) торец зонда, в плоскости которого располагаются рабочие спаи 2 и 3, приводят в контакт с исследуемой областью объекта контроля 11, например со стенкой сосуда, по которой протекает кровь. При этом сигнал термопары 6, рабочий спай 8 которой обладает малой тепловой инерцией, практически сразу достигает температуры поверхности объекта контроля. Изменение сигнала U₁ этой термопары во времени показано на фиг.2а.

В это время сигнал термопары 7, рабочий спай 9 которой имеет значительную тепловую инерцию (в десять и более раз превосходящую тепловую инерцию спая 8), увеличивается по экспоненциальному закону (фиг.2б), а темп его увеличения зависит от интенсивности подвода теплоты от потока крови через стенку сосуда к спаю. Так как термопары 6 и 7 включены встречно, то их результирующий сигнал, являющийся сигналом U дифференциальной термопары, имеет вид, показанный на фиг. 2в. При этом начальное значение сигнала _д дифференциальной термопары равно U₁.

С течением времени в связи с увеличением сигнала U₂ термопары 9 сигнал U_д дифференциальной термопары уменьшится (фиг.2в). За характеристику скорости кровотока принимают отрезок времени Т, за который выходной сигнал уменьшится до значения, равного 0,368 U₁. Причем с увеличением скорости кровотока значение Т уменьшается.

Зависимость величины Т от скорости потока жидкости W имеет вид (фиг.3). Эта зависимость получена экспериментально в опытах с моделью сосуда, в качестве которого служила силиконовая трубка с внутренним диаметром 4 мм и толщиной стенки 0,5 мм. Модельной жидкостью при этом служила вода, предварительно нагретая до температуры 37^oС.

Измерение величины Т с помощью устройства 5 измерения и обработки информации сигнала дифференциальной термопары осуществляется следующим образом.

В момент установки зонда на исследуемую область объекта контроля сигнал U_д дифференциальной термопары становится максимальным. Сигнал U на выходе электронного усилителя, который пропорционален сигналу дифференциальной термопары (U = кU_д, к - коэффициент усиления электронного усилителя 12), также становится максимальным U = U_М = кU₁. При этом дифференциатор вырабатывает электрический импульсный сигнал, который запускает в работу электронный счетчик времени 17. Одновременно запоминающее устройство 14 запоминает максимальное значение U_M. Сигнал U_М поступает на вход устройства умножения на постоянный коэффициент 15 и после умножения на 0,368 поступает на второй вход компаратора, то есть на этот вход компаратора поступает сигнал, равный 0,368U_M. В тоже время на вход компаратора все время поступает уменьшающийся сигнал U (фиг.2г). В момент времени, когда сигнал U, поступающий на первый вход компаратора, станет равным 0,368U_M, то есть сигналу, поступающему на второй вход компаратора, последний вырабатывает электрический сигнал, который поступает на выключающий вход электронного счетчика, и отсчет времени прекращается. Полученное значение времени равно интервалу Т, по которому и определяют скорость кровотока.

Преимуществом предлагаемого технического решения является: - простота конструкции и эксплуатации; - неинвазивность измерения; - генераторный сигнал зонда; - малая стоимость.

Предлагаемое устройство может быть реализовано на базе термопар, изготовленных из стандартных электродных материалов, и электронных микросхем.

Устройство может найти применение при рутинных исследованиях кровотока в различных органах человека.

Формула изобретения

Тепловой измеритель скорости кровотока, содержащий цилиндрический зонд, изготовленный из пластической массы, в котором расположены безынерционный и инерционный рабочие спаи, содержащие контактные поверхности, и нерабочий спай дифференциальной термопары, а также устройство измерения и обработки сигнала дифференциальной термопары, отличающийся тем, что контактные поверхности рабочих спаев дифференциальной термопары выполнены плоскими и расположены в плоскости одного из торцов цилиндрического зонда с возможностью контакта с исследуемой областью объекта контроля, а устройство измерения и обработки сигнала дифференциальной термопары содержит электронный усилитель, дифференциатор, запоминающее устройство, устройство умножения на постоянный коэффициент, компаратор и электронный счетчик времени, при этом выход дифференциальной термопары подключен ко входу электронного усилителя, а выход последнего подключен к дифференциатору, запоминающему устройству и к первому входу компаратора, выход дифференциатора подключен к включающему входу электронного счетчика времени, выход запоминающего устройства подключен к входу устройства умножения на постоянный коэффициент, выход которого подключен ко второму входу компаратора, выход которого подключен к выключающему входу электронного счетчика времени.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3