прибор для измерения артериального давления

Формула изобретения

Прибор для измерения артериального давления, содержащий компрессионную манжету, размещаемую на теле пациента, упругий чувствительный элемент, датчик давления, датчик пульсовой волны, блок обработки информации, устройство индикации, компрессор для создания повышенного давления в манжете, пневматическую цепь, включающую пневматическую камеру и переменное пневматическое сопротивление, отличающийся тем, что в пневмоцепь прибора введены дополнительное пневматическое сопротивление, глухая камера и нормально закрытый клапан, при этом выход компрессионной манжеты подключен к первому входу пневматической камеры, второй вход пневматической камеры через дополнительное пневматическое сопротивление подключен к первому выходу глухой камеры, второй выход которой подключен к входу упругого чувствительного элемента, при этом упругий чувствительный элемент размещен в пневматической камере, выход чувствительного элемента подключен к входу управления переменного пневматического сопротивления, пневматический вход переменного пневматического сопротивления подключен к выходу пневматической камеры, выход переменного пневматического сопротивления подключен к входу нормально закрытого клапана, выход которого связан с атмосферой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике, а конкретно может быть использовано для измерения артериального давления человека.

Известны механические, полуавтоматические и автоматические измерители артериального давления (см. например: а. с. СССР NN 1593625, 1454379, 1563669, 1426537, 1308316).

Недостатком таких измерителей является то, что скорость изменения давления в манжете в процессе измерения нестабильна, что приводит к неточной регистрации артериального давления.

Известны приборы для измерения артериального давления, в которых с целью повышения точности измерения используют устройства различных типов, поддерживающие заданное значение скорости измерения давления в манжете.

Прототипом предлагаемого изобретения является прибор для измерения артериального давления согласно заявке Японии N 2-154738. Прибор содержит клапан с камерами повышенного и пониженного давления, отверстие, которое перекрывается седлом клапана, связанным с упругим чувствительным элементом, разделяющим камеры. Седло клапана закрывает отверстие, когда перепад давлений между камерами превышает заданное значение, и открывает отверстие, когда перепад давлений между камерами ниже заданного значения. Таким образом, перепад давлений между камерами поддерживается постоянным и, следовательно, поддерживается постоянство массового расхода воздуха, вытекающего из манжеты в окружающую среду независимо от перепада давлений между манжетой и окружающей средой.

Известно (см. Гродецкий и Дмитриев. Основы пневмоавтоматики. М. Машиностроение, 1973 г.), что зависимость скорости изменения давления в пневматической емкости, которой является манжета, описывается соотношением

dP1/dt 1/CG, (1)

где dP1/dt скорость изменения давления в манжете;

G массовый расход воздуха, вытекающего из манжеты;

C пневматическая емкость манжеты.

Техническое решение прототип решает задачу стабилизации массового расхода воздуха G, вытекающего из манжеты, т.к. от этого зависит скорость изменения давления в манжете. Однако скорость изменения давления в манжете в равной степени зависит и от пневматической емкости C манжеты. Поскольку манжеты выполняются из эластичного (резинка, прорезиненная ткань) материала, который растягивается при изменении давления, то пневматическая емкость манжеты также изменяется пропорционально изменению давления в манжете и, следовательно, скорость изменения давления в манжете при стабилизации G изменяется в течение цикла измерения. Кроме того, пневматическая емкость манжеты зависит от объема мышечной ткани предплечья пациента. При измерении давления одной и той же манжетой у полных и худых пациентов пневматическая емкость манжеты при измерении у полных людей может в несколько раз превышать пневматическую емкость манжеты при измерении давления у худых, при этом скорость изменения давления будет отличаться во столько же раз.

Следовательно, обеспечивая стабилизацию массового расхода воздуха, вытекающего из манжеты, предлагаемое техническое решение не обеспечивает стабилизацию скорости изменения давления в манжете как в пределах одного цикла измерения, так и при измерении давления крови у пациента с различным объемом ткани предплечья.

Поскольку регистрация значения систолического и диастолического давления производится при непрерывном изменении давления в манжете, то появление пульсовой осцилляции, соответствующее систолическому давлению, и прекращение пульсовой осцилляции, соответствующее диастолическому давлению, регистрируется с некоторой ошибкой, значение которой зависит от скорости изменения давления в манжете.

Например, если скорость снижения давления составляет 5 мм рт.ст./с и частота пульса 80 ударов в минуту, а значение систолического (диастолического) давления будет достигнуто в момент времени окончания очередной пульсовой осцилляции, то прибор зарегистрирует значение давления только по приходу следующей пульсовой осцилляции, т.е. спустя 0,75 с. За это время при скорости 5 мм рт.ст./с давление в манжете понизится на 3,75 мм рт.ст. которые являются составляющей погрешности измерения. При увеличении скорости и снижении частоты пульса значение погрешности измерения возрастает. При вариации скорости происходит вариация значения погрешности измерения, которую весьма сложно учесть при обработке результатов измерений.

Следовательно, техническое решение-прототип не позволяет обеспечить высокую точность измерения.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения точности измерения артериального давления.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в пневмоцепь прибора введены дополнительное пневматическое сопротивление, глухая камера и нормально закрытый клапан, при этом выход компрессионной манжеты подключен к первому входу пневматической камеры, второй вход пневматической камеры через дополнительное пневматическое сопротивление подключен к первому выходу глухой камеры, второй выход которой подключен ко входу упругого чувствительного элемента, при этом упругий чувствительный элемент размещен в пневматической камере, выход чувствительного элемента подключен ко входу управления переменного пневматического сопротивления, пневматический вход переменного пневматического сопротивления подключен к выходу пневматической камеры, выход переменного пневматического сопротивления подключен ко входу нормально закрытого клапана, выход которого связан с атмосферой.

На чертеже представлена схема, иллюстрирующая устройство предлагаемого прибора для измерения артериального давления.

Устройство включает компрессионную манжету 1, в которой размещается датчик пульсовой волны 2, выходной пневмопровод манжеты 4 через пневмопроводы 9 подключен к первому входу 11 пневматической камеры 13 и к датчику давления 3, размещенному в блоке обработки информации 8, к которому подключается выход датчика пульсовой волны 2. Второй вход 10 пневматической камеры 13 через дополнительное пневматическое сопротивление 12 подключен к первому выходу 15 глухой камеры 21, второй выход 16 глухой камеры 21 подключен ко входу чувствительного элемента 17, на жестком центре которого размещена заслонка переменного пневматического сопротивления "сопло-заслонка". Через сопло 19 и пневмоканал 20 пневматическая камера 13 подключена ко входу нормально закрытого клапана 22, выход которого связан с атмосферой. Выход блока обработки информации 8 подключен к блоку индикации 14. Компрессионная манжета через пневмопровод 6 и блок клапанов 7 подключена к компрессору 5. Блок 8 может быть реализован на базе однокристаллической ЭВМ, например 1830 BE 51.

Описанное устройство работает следующим образом.

Компрессором 5 (например, ручным), снабженным блоком клапанов 7, воздух через пневмопровод 6 нагнетается в компрессионную манжету 1. Давление в компрессионной манжете поднимается до уровня, превышающего систолическое давление пациента на 20 30 мм рт.ст. При этом через пневмопроводы 4 и 9, дополнительное пневматическое сопротивление 12, глухую камеру 21 воздух поступает к датчику давления 3 и в полость упруго чувствительного элемента 17. При этом давление в глухой камере 21, пневматической камере 13, в полости чувствительного элемента 17 и в камерах датчика 3 устанавливается одинаковыми и равными давлению в манжете.

Клапан 22 переводится в открытое состояние и соединяет пневматическую камеру 13 с окружающей средой. При этом в первый момент времени через сопло 13 и пневмоканал 20 и клапан 22 воздух начинает вытекать из пневматической камеры 13 в окружающую среду, одновременно в пневматическую камеру 13 воздух начинает поступать из манжеты и из глухой камеры 21 через соединительные пневмоканалы 4 и 9 и дополнительное пневматическое сопротивление 12. При этом поскольку сечение пневмоканалов 4 и 9 много больше сечения сопла 19, давление в пневматической камере 13 равно давлению в компрессионной манжете.

При понижении давления в компрессионной манжете и, следовательно в пневматической камере 13, между глухой камерой 21 и пневматической камерой 13 возникает перепад давлений пропорционально скорости изменения давления в манжете вследствие того, что воздух вытекает из глухой камеры 21 в пневматическую камеру 13 через дополнительное сопротивление.

Скорость изменения массы воздуха в глухой камере равна расходу воздуха, вытекающего через дополнительное пневматическое сопротивление:

dG/dt jSv, (2)

где G масса воздуха в глухой камере;

j удельный вес воздуха;

S площадь сечения дополнительного пневматического сопротивления 12;

dG/dt скорость изменения массы воздуха в глухой камере;

v скорость воздуха, вытекающего через дополнительное пневматическое сопротивление.

Скорость истечения воздуха определяется соотношением:

v (p1 p)/R, (3)

где p1 давление в глухой камере 21;

p давление в пневматической камере 13;

R значение дополнительного пневматического сопротивления.

Учитывая, что G jV, где V объем глухой камеры, выражение (2) запишется в виде:

dj/dt jS(p1 p)/VR, (4)

На основании уравнения состояния справедливо записать:

j p1/RRT1 (5)

где RR универсальная газовая постоянная,

T1 температура в глухой камере.

Представим в выражении (5) p1 в виде p1 (p + Dp), где Dp (p1 p), затем подставим выражение (5) в выражение (4) и после образования с учетом того, что удельный вес воздуха в камерах 13 и 21 и в области дополнительного пневматического сопротивления отличается незначительно, получим:

FdDp/dt + Dp -FdP/dt, (6)

где F VR/RRTJS.

Из выражения (6) следует, что при изменении давления в пневматической камере 13 на дополнительном пневматическом сопротивлении 12 между глухой камерой 21 и пневматической камерой 13 возникает перепад давлений, пропорциональной скорости изменения давления в пневматической камере 13.

Сечение пневмоканала 4 и пневмоканала, соединяющего манжету с пневматической камерой 13, достаточно велико и потерями давления на пневмоканалах можно пренебречь, поэтому справедливо считать, что скорость изменения давления в манжете dP/dt равна скорости изменения давления в пневматической камере 13.

Из выражения (6) следует, что в глухой камере 21 образуется перепад давлений, пропорциональный скорости изменения давления в манжете. Под действием этого перепада давлений упругий чувствительный элемент 17 деформируется, перемещает заслонку 18 к соплу 19, уменьшая зазор между соплом 19 и заслонкой 18. При этом пневматическое сопротивление между соплом и заслонкой увеличивается, расход воздуха через сопло 19 уменьшается и, следовательно, снижается скорость изменения давления в манжете, что приводит в соответствии с выражением (6) к уменьшению перепада давлений в глухой камере 21. Снижение перепада давления в глухой камере 21 происходит до тех пор, пока не устанавливается равновесное состояние, при котором перепад давлений соответствует положению заслонки, при котором скорость изменения давления в манжете соответствует заданному установившемуся значению перепада давлений. Заданное установившееся значение перепада давлений задается выбором жесткости упругого чувствительного элемента, начальным положением сопла и заслонки, параметрами дополнительного пневматического сопротивления и выбором объема глухой камеры.

Если вследствие каких-либо причин скорость изменения давления в манжете возрастает от заданного уровня, то в соответствии с выражением (6) возрастает перепад давлений в глухой камере 21 и в полости упругого чувствительного элемента 17, который будет перемещать заслонку 18, уменьшается зазор между заслонкой и соплом до тех пор, пока скорость изменения давления в манжете не снизится до заданного уровня.

Если вследствие каких-либо причин скорость изменения давления в манжете уменьшается от заданного уровня, то в соответствии с выражением (6) будет снижаться перепад давления в камере 21 и в полости упругого чувствительного элемента 17, который будет перемещать заслонку 18, увеличивая зазор между заслонкой 18 и соплом 19 до тех пор, пока скорость изменения давления в манжете не возрастет до заданного уровня.

Таким образом, после нагнетания давления в манжете до заданного уровня и открытия клапана 22 давление в манжете начинает снижаться с заданной скоростью.

При снижении давления в манжете до давления, равного систолическому, с датчика пульсовой волны на вход блока обработки информации начинает поступать сигнал пульсовых осцилляций с частотой пульса, который прекращается при достижении давления в манжете, равного диастолическому. Одновременно в блок 8 поступает сигнал с датчика давления 3, пропорциональный значению давления в манжете 1. Совместная обработка этих сигналов в блоке 8 позволяет выделить информацию о значениях систолического и диастолического давлений, которая отображается с помощью электронного преобразователя блока 14 на цифровом индикаторе, входящем в состав блока 14. Блок 14 может быть жидкокристаллическим индикатором, например ИЖЦ 4.

Для проведения повторного измерения артериального давления клапан 22 закрывается, производится повторное нагнетание воздуха в манжету 1 до заданного давления и затем запуск измерительного цикла в момент открывания клапана 22.

Применение предлагаемого технического решения позволяет обеспечить высокую точность измерения артериального давления за счет стабилизации скорости изменения давления в манжете.