Электронный сфигмоманометр

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Скубилин Михаил Демьянович Остров Алексей Юрьевич Дущенко Татьяна Витальевна(72) Авторы Скубилин Михаил Демьянович Остров Алексей Юрьевич Дущенко Татьяна Витальевна(73) Патентообладатель Скубилин Михаил Демьянович Остров Алексей Юрьевич Дущенко Татьяна Витальевна(57) Электронный сфигмоманометр, содержащий обратный преобразователь, включающий магнитопровод, катушку соленоида, сердечник соленоида в виде постоянного магнита,мембрану, шток, механически жестко связанный с мембраной и катушкой, и упор, датчик пульса сердца, установленный на штоке, блок регистрации, отличающийся тем, что содержит генератор тактовых импульсов, первый элемент И, соединенный первым входом с выходом генератора импульсов, счетчик импульсов, соединенный счетным входом с выходом первого элемента И, второй элемент И, соединенный первым входом с выходом датчика, первый триггер, соединенный единичным входом с выходом датчика, а единичным выходом - со вторым входом второго элемента И, второй триггер, соединенный единичным входом с выходом второго элемента И, а нулевым выходом - со вторым входом первого элемента И, первый формирователь импульсов, соединенный входом с единичным выходом первого триггера, второй формирователь импульсов, соединенный входом с единичным выходом второго триггера, цифроаналоговый преобразователь, соединенный 6579 1 входами поразрядно с выходами счетчика импульсов, а выходом - со входом обратного преобразователя, первую группу элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами счетчика импульсов, вторыми входами - с выходом первого формирователя импульсов, а выходами - поразрядно с первой группой информационных входов блока регистрации, вторую группу элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами счетчика импульсов, вторыми входами - с выходом второго формирователя импульсов, а выходами - поразрядно со второй группой информационных входов блока регистрации, первый элемент задержки, соединенный входом с выходом второго формирователя импульсов, а выходом - со входами обнуления счетчика импульсов и первого и второго триггеров, второй элемент задержки, соединенный входом с выходом первого элемента задержки, а выходом - со входом обнуления блока регистрации, причем датчик пульсаций сердца выполнен в виде пьезопреобразователя, а блок регистрации включает первый и второй регистры памяти, соединенные информационными входами поразрядно через первую и вторую группы информационных входов блока регистрации с выходами первой и второй групп элементов И соответственно, а входами обнуления через вход обнуления блока регистрации - с выходом второго элемента задержки, первый и второй индикаторы, соединенные входами поразрядно с выходами одноименных регистров памяти.(56)2048789 1, 1995.2013992 1, 1994.4170226 , 1979.4501281 , 1985.03009725 , 1991. Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для автоматического измерения артериального давления крови. Способ измерения артериального давления основан на том, что создают внешнее, переменное, компенсирующее давление на артерию, сравнивают внешнее давление с артериальным давлением крови, а при равенстве последних, по реакции датчика, артериальное давление определяют по внешнему компенсирующему давлению 1. Известен сфигмоманометр 2, содержащий манометр, фонендоскоп, резиновую манжету с чехлом из плотной ткани и нагнетательную грушу с воздушными клапанами, тройником и стравливающим винтовым вентилем. Существенным недостатком известного сфигмоманометра является допустимость субъективных ошибок при измерениях как систолического (максимального), так и диастолического (минимального) давления крови в артерии, что связано с наличием субъекта в контуре измерения (считывания информации), а последний может иметь ослабленный слух или отвлечься, устать и т.д. Известен сфигмоманометр 3, содержащий эластичную камеру, компрессор, соединенный пневмопроводом с эластичной камерой, манометр, соединенный пневмопроводом с эластичной камерой, датчик (микрофон), усилитель тока, соединенный электрически с выходом датчика, и индикатор, включающий шкалу и две арретирующиеся указательные стрелки, соединенные кинематически с манометром (манометрической трубкой), причем,первая из стрелок выводится их зацепления с кинематической цепью и арретируется электромагнитом, электрически соединенным с выходом усилителя тока. Недостатки известного сфигмоманометра - наличие существенных нелинейностей изза пневматических и механических узлов и связей блоков устройства, обусловливающих его ограниченную точность и надежность в работе. Известен сфигмоманометр 4, содержащий блок регистрации, датчик объемных пульсаций артерии, измерительную цепь, сумматор, соединенный с усилителем, подключен 2 6579 1 ным через обратный преобразователь, в составе соленоида на постоянном магните в качестве сердечника и катушки, мембраны, магнитопровода, штока и упора, к датчику объемных пульсаций артерии, последовательно соединенные задатчик времени коррекции и блок выборки и хранения, вход которого подключен к выходу усилителя и ко входу блока регистрации, а выход - ко второму входу сумматора. Недостатки известного сфигмоманометра - низкая разрешающая способность (точность), что обусловлено наличием нелинейных аналоговых узлов - датчика, измерительной цепи, усилителя тока, узлов выборки и хранения, сравнения и регистрации, а как следствие, и ограниченная надежность в работе, что обусловлено как наличием значительного числа аналоговых узлов, так и варьируемостью оптической плотности мягких тканей конечности в месте расположения артерии, при использовании в качестве датчика оптопары с открытым оптическим каналом, а также сложность реализации блока регистрации при вводе в него информации как о верхнем, так и о нижнем значениях, по единственному информационному каналу. Задача изобретения - создание аппаратных средств автоматического измерения артериального давления повышенной точности и надежности в работе. Технический результат состоит в повышении точности и надежности в работе за счет замены аналоговых узлов на их дискретные (цифровые), в т.ч. датчика и измерительной цепи, а также разделения каналов информации о верхнем и нижнем значениях артериального давления. Технический результат обеспечивается тем, что электронный сфигмоманометр, содержащий обратный преобразователь, включающий магнитопровод, катушку соленоида, сердечник соленоида в виде постоянного магнита, мембрану, шток, механически жестко связанный с мембраной и катушкой, и упор, датчик пульса сердца, установленный на штоке и блок регистрации, дополнительно содержит генератор тактовых импульсов, первый элемент И, соединенный первым входом с выходом первого элемента И, второй элемент И, соединенный первым входом с выходом датчика, первый триггер, соединенный единичным входом с выходом датчика, а единичным выходом - со вторым входом второго элемента И,второй триггер, соединенный единичным входом с выходом второго элемента И, а нулевым выходом - со вторым входом первого элемента И, первый формирователь импульсов, соединенный входом с единичным выходом первого триггера, второй формирователь импульсов, соединенный входом с единичным выходом второго триггера, цифроаналоговый преобразователь, соединенный входами поразрядно с выходами счетчика импульсов, а выходом - со входом обратного преобразователя, первую группу элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами счетчика импульсов, вторыми входами - с выходом первого формирователя импульсов, а выходами - поразрядно с первой группой информационных входов блока регистрации, вторую группу элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами счетчика импульсов, вторыми входами - с выходом второго формирователя импульсов, а выходами - поразрядно со второй группой информационных входов блока регистрации, первый элемент задержки, соединенный входом с выходом второго формирователя импульсов, а выходом - со входами обнуления счетчика импульсов и первого и второго триггеров, второй элемент задержки, соединенный входом с выходом первого элемента задержки, а выходом - со входом обнуления блока регистрации, причем датчик пульсаций сердца выполнен в виде пьезопреобразователя, а бок регистрации включает первый и второй регистры памяти, соединенные информационными входами поразрядно, через первую и вторую группы информационных входов блока регистрации, с выходами первой и второй групп элементов И соответственно, а входами обнуления через вход обнуления блока регистрации - с выходом второго элемента задержки, первый и второй индикаторы, соединенные входами поразрядно с выходами одноименных регистров памяти. Т.о., предлагаемый электронный сфигмоманометр отличается от известного наличием пьезоэлектрического датчика, цифровой измерительной цепи и двухканального блока регистрации, что обеспечивает ему повышение точности и надежности в работе и однозначного представления информации о верхнем и нижнем значениях артериального давления 3 6579 1 крови параллельно во времени, а следовательно, обладает положительным техническим эффектом, возможностью тиражирования на современной элементной базе и применимостью для целей контроля и анализа артериального давления крови организма человека в медицинских учреждениях и в быту. Схема электронного сфигмоманометра приведена на фиг. 1. Электронный сфигмоманометр содержит датчик 1 пульса, выполненный в виде пьезопреобразователя, блок 2 регистрации, обратный преобразователь 3, включающий постоянный магнит, в качестве сердечника соленоида, катушку соленоида, мембрану, шток, механически жестко соединенный с катушкой соленоида и с мембраной, и упор, генератор 4 тактовых импульсов, первый элемент И 5, соединенный первым входом с выходом генератора 4 импульсов, счетчик 6 импульсов, соединенный счетным входом с выходом элемента И 5, второй элемент И 7, соединенный первым входом с выходом датчика 1, первый триггер 8, соединенный единичным входом с выходом датчика 1, а единичным выходом - со вторым входом второго элемента И 7, второй триггер 9, соединенный единичным входом с выходом элемента И 7, а нулевым выходом - со вторым входом элемента И 5, первый формирователь 10 импульсов, соединенный входом с единичным выходом триггера 8, второй формирователь 11 импульсов, соединенный входом с единичным выходом триггера 9, цифроаналоговый преобразователь 12, соединенный входами поразрядно с выходами счетчика 6 импульсов, а выходом - со входом обратного преобразователя 3, первую группу 13 элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами счетчика 6 импульсов, вторыми входами - с выходом формирователя 10 импульсов, а выходами - поразрядно с первой группой информационных входов блока 2 регистрации, вторую группу 14 элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами счетчика 6 импульсов, вторыми входами - с выходом формирователя 11 импульсов, а выходами - поразрядно со второй группой информационных входов блока 2 регистрации, первый элемент 15 задержки, соединенный входом с выходом формирователя 11 импульсов, а выходом - со входами обнуления счетчика 6 импульсов и триггеров 8 и 9, и второй элемент 16 задержки, соединенный входом с выходом элемента 15 задержки, а выходом - со входом обнуления блока 2 регистрации. Блок 2 регистрации содержит первый 17 и второй 18 регистры памяти, соединенные информационными входами поразрядно с первой и второй соответственно группами информационных входов блока 2 регистрации, а входами обнуления - со входом обнуления блока 2 регистрации, и первый 19 и второй 20 индикаторы, соединенные поразрядно с выходами регистров 17 и 18 соответственно. Электронный сфигмоманометр работает следующим образом. Датчик 1 пульса сердца выполнен в виде пьезопреобразователя и может быть вмонтирован в шток или упор обратного преобразователя 3, а может быть и выносным, причем он генерирует импульсы высокого потенциала по одному на каждый импульс артериального давления при его равенстве внешнему компенсирующему давлению. В исходном состоянии счетчик 6, триггеры 8 и 9 и регистры 17 и 18 обнулены, а на выходе ЦАП 12 - нулевой потенциал, в катушке соленоида преобразователя 3 нулевой ток. При нулевом значении тока в катушке соленоида катушка, мембрана и упор находятся в состоянии, определяемом исходным состоянием мембраны. Цепи исходного обнуления устройства на чертеже не показаны. При токе в катушке отличном от нулевого значения ее положение в пространстве (в направлении оси соленоида), а вместе с нею и мембраны со штоком, изменяется и зависит от значения тока, коэрцитивной силы постоянного магнита и жесткости мембраны. При обнуленном единичном выходе триггера 9 элемент И 5 по второму входу открыт и импульсы с выхода генератора 4 через элемент И 5 поступают на счетный вход счетчика 6, состояние его выходов дискретно во времени, с периодом 1/, гдечастота импульсов на выходе генератора 4, изменяется на одну дискрету, в результате чего и состояние выхода ЦАП 12, а, следовательно, и значение тока у в катушке соленоида преобразователя 3 изменяется. За полный цикл работы счетчика 6 пилообразно от нуля до максимума изменяется и положение катушки, мембраны и штока, но тогда пилообразно изменяется и сила направленная в сторону упора. Расположенная между штоком и упором 4 6579 1 ногтевая фаланга О пальца пациента подвергается механическому воздействию по пилообразному во времени закону. При изменении напряжения и тока у в катушке соленоида его передаточная функция определяется по вых/вх(1 э)(121),где Хвых - перемещение катушки, ээ/0 - постоянная времени электромагнита, 0, 0 активное сопротивление и индуктивность катушки соленоида, соответствующие ее начальному положению, 1 п ( - масса подвижных частей, п - жесткость мембраны) 2 д/п (д - коэффициент демпфирования)20/(п 0) - коэффициент передачи соленоида (0 - коэффициент пропорциональности между силойэлектромагнита и током У в катушке). Эта сила через шток воздействует на палец и создает давление на артерию/, где- площадь поперечного сечения штока. На выходе датчика 1 генерируются короткие импульсы высокого потенциала при 0, имеет экстремум реакции датчика 1, что и фиксируется на его выходе. По первому импульсу с выхода датчика 1 привв 0 (или при Раанв 0) триггер 8 переводится в единичное состояние, на его единичном выходе устанавливается постоянный высокий потенциал, передним фронтом которого формирователь 10 генерирует на своем выходе короткий импульс высокого потенциала, при этом группа 13 элементов И открывается и содержимое счетчика 6 1 в (Ран) фиксируется регистром 17 и отображается индикатором 19. Т.к. на выходе ЦАП 12 имеет место пилообразный потенциал, то и ток в катушке соленоида пилообразен, а тогдаипилообразны. Но теперь вновь Р 0, тогда как верхнее (нижнее) значение артериального давления уже зафиксировано в регистре 17. По мере изменения содержимого счетчика 6 изменяютсяи в, а с наступлением второго момента выполнения условия Р 0 на выходе датчика 1 генерируется короткий импульс высокого потенциала, которым через элемент И 7 триггер 9 переводится в единичное состояние,элемент И 5 закрывается, счетчик 6 останавливается, а по переднему фронту высокого потенциала с единичного выхода триггера 9 формирователем 11 генерируется короткий импульс высокого потенциала, которым содержимое 2 счетчика 6 фиксируется в регистре 18 памяти, но 2 н (Рав). С задержкой во времени 1 на выходе элемента 15 задержки генерируется импульс высокого потенциала, которым обнуляются счетчик 6 и триггеры 8 и 9. В блоке 2 регистрации зафиксированы текущие значения верхнего Рав (в регистре 17) и нижнего Ран (в регистре 18) значения артериального давления. В дальнейшем цикл контроля-измерения начинает повторяться, но с задержкой по времени 2 на выходе элемента 16 задержки генерируется импульс, которым обнуляются регистры 17 и 18 памяти. Содержимое регистров 17 и 18 отображается индикаторами 19 и 20 соответственно. Единственным источником погрешности электронного сфигмоманометра, не считая последствий потери давления в тканях конечности, является его аналоговый и нелинейный узел - обратный преобразователь 3. Достоинством электронного сфигмоманометра является то, что артерия фаланги пережимается только периодически, чем обеспечивается возможность длительной регистрации кривой изменения артериального давления, как систолического, так и диастолического. Источники информации 1. Вальдман В.А. Венозное давление и венозный тонус. 2-е изд. - Л. Медицина, 1947. 2. Эман А.А. Биофизические основы измерения артериального давления. - Л. Медицина, 1983. 3.-721, , 1987. 4. Патент РФ 2048789, МПК 61 5/022, 1995. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.