плетизмограф
Классы МПК: | A61B5/0295 с использованием плетизмографии, те измерение изменений объема какой-либо части или органа под воздействием циркуляции крови через них, например импедансной плетизмографии |
Автор(ы): | Илясов Л.В., Кособокова В.В. |
Патентообладатель(и): | Тверской государственный технический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-12-10 публикация патента:
10.07.2003 |
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.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
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.Описание изобретения к патенту
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 50006000 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 Р. При этом с помощью датчиков 7 и 9 измеряют значение Р 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/P)Pa. (3)
Результаты двух измерений объема исследуемой части руки усредняют и находят среднее значение Vpср. После определения Vpср 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 Рл 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 = Pл(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 Vpср и Q указанную характеристику вычисляют по формуле:
Qуд=(Q/Vpср)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.
Класс A61B5/0295 с использованием плетизмографии, те измерение изменений объема какой-либо части или органа под воздействием циркуляции крови через них, например импедансной плетизмографии