способ диагностики состояния биообъекта и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1 1. Способ диагностики состояния биообъекта, включающий преобразование биологической пульсовой последовательности в электрическую последовательность импульсов с последующим измерением параметров пульса, по которым осуществляют оценку состояния биообъекта, отличающийся тем, что измерение параметров осуществляется сначала синхронным считыванием центрального и периферического одноименных фронтов электрических импульсов, находят первичное значение их разности фаз пропорциональное временному интервалу далее производят считывание фронта периферического электрического импульса и через известный интервал времени считывание одноименного фронта центрального электрического импульса, при этом за фиксированный промежуток времени измеряют отклонение положения одноименных фронтов центрального и периферического электрических импульсов по величине и знаку, на основании чего осуществляют диагностику состояния биообъекта. 2 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что производят измерение центрального и периферического фронтов электрических импульсов наложением датчиков в области большого круга кровообращения. 2 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят измерение центрального и периферического фронтов электрических импульсов наложением датчиков в области малого круга кровообращения. 2 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят измерение центрального и периферического фронтов электрических импульсов наложением датчиков в областях соответственно большого и малого кругов кровообращения. 2 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят измерение центрального и периферического фронтов электрических импульсов наложением датчиков в областях соответственно малого и большого кругов кровообращения. 2 6. Устройство для осуществления способа, содержащее первый оптоэлектронный преобразователь, первый формирователь электрической последовательности импульсов, генератор измерительной частоты, логическую схему И - НЕ, индикатор и кнопку пуска, причем выход первого оптоэлектронного преобразователя соединен с входом первого формирователя электрической последовательности импульсов, а его выход подключен на первый вход логической схемы И - НЕ, первый выход генератора измерительной частоты подключен на второй вход логической схемы И - НЕ, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй оптоэлектронный преобразователь, второй формирователь электрической последовательности импульсов, дискриминатор-формирователь соотношения фаз фронтов двух сравниваемых импульсов, формирователь команд управления, реверсивный счетчик частоты, регистр памяти, при этом выход второго оптоэлектронного преобразователя соединен с входом второго формирователя электрической последовательности импульсов, а его выход подключен на третий вход логической схемы И - НЕ, четвертый вход логической схемы И - НЕ соединен с первым выходом формирователя команд управления, а второй и третий выходы подключены соответственно к входам первого и второго оптоэлектронных преобразователей, второй выход генератора измерительной частоты соединен с первым входом формирователя команд управления, а его второй вход соединен с вторым выходом регистра памяти, к третьему и четвертому входам формирователя команд управления подключена кнопка пуска, первый и второй выходы формирователя электрической последовательности импульсов дополнительно соединены соответственно с первым и вторым входами дискриминатора-формирователя соотношения фаз фронтов двух сравниваемых импульсов, а на его третий вход подключен третий выход генератора измерительной частоты, выход логической схемы И - НЕ соединен с первым входом реверсивного счетчика, на второй вход которого подключен выход дискриминатора-формирователя соотношения фаз фронтов двух сравниваемых импульсов, выход реверсивного счетчика подключен к входу регистра памяти, первый выход которого соединен с индикатором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано в медицинской практике для интегральной диагностики состояния биообъекта, основанного на анализе средней скорости распространения пульсовой волны на различных участках большого и малого кругов кровообращения при бескровных методах клинического исследования гемодинамики в сосудах и кровенаполнения тканей.

Простейшим способом интегральной диагностики состояния биообъекта при бескровных методах клинического исследования гемодинамики в сосудах и кровенаполнения тканей является способ нахождения частоты пульса путем пальпации участков тела, где крупные кровеносные сосуды подходят близко к поверхности кожного покрова [1]. Сравнение найденной частоты пульса с некоторым эталонным значением позволяет диагностировать состояние биообъекта.

Способ отличается простотой, однако разрешающая способность по диагностике достаточно низка, а субъективность очень велика.

Известен другой способ диагностики состояния биообъекта [1], в основе которого лежит графический метод исследования пульса, получивший название сфигмография. Способ состоит в том, что механические перемещения ограниченного участка крупных кровеносных сосудов, возникающие под воздействием пульсовой волны, т. е. биологической пульсовой последовательности, преобразовывают в электрическую последовательность с последующей электрографической регистрацией на бумажных носителях и исследованиями формы огибающей кривой сфигмограммы и определением непосредственно частоты пульса.

Выявленные информационные признаки определяют более высокое разрешение способа по диагностике, которое основывается на сравнении полученных значений и некоторых эталонных одноименных информационных признаков.

Однако субъективность и достаточно низкая точность получения информационных признаков при ручной обработке сфигмограммы оставляют некоторую неоднозначность при диагностике. Общим недостатком известных способов диагностики состояния биообъекта является то, что гемодинамика фактически сравнивается с некоторым эталоном и совершенно не учитывает особенностей индивидуума. Это может приводить в отдельных случаях к неверной диагностике состояния конкретного биообъекта.

Следовательно, задача изобретения состоит в достижении достоверности диагностики и повышении ее разрешающей способности.

Предлагаемый способ диагностики состояния биообъекта состоит в том, что биологическую пульсовую последовательность преобразовывают в электрическую последовательность импульсов и первоначально производят синхронное считывание центрального _а и периферического _б одноименных фронтов электрических импульсов, находят значение их разности = _а-_б, пропорциональное временному интервалу t = t(_а)-t(_б) , далее производят считывание фронта периферического электрического импульса и через интервал времени t- считывание одноименного фронта центрального электрического импульса, при этом за фиксированный промежуток времени измеряют отклонение положения одноименных фронтов центрального и периферического электрических импульсов по величине и знаку, на основании чего осуществляют диагностику состояния биообъекта.

Изложенный способ иллюстрируют временные диаграммы, приведенные на фиг. 1.

На первом этапе реализации способа при сравнении пульса U_а1 и U_б1 находится первичное значение разности фаз и определяется временной интервал t = t₁(_а) - t₁(_б), который как некоторая информационная константа состояния биообъекта будет использоваться на втором этапе реализации способа. Измерение осуществляется за промежуток времени t_изм.1.

На втором этапе реализации способа центральную пульсовую последовательность U_а2 сдвигают во времени на величину информационной константы t и находят осредненное вторичное значение разности фаз центрального U_а2 и периферического U_б2 пульса за фиксированный промежуток времени t_изм.2>t.

Физический показатель состояния биообъекта, равный осредненному значению вторично измеренной разности фаз, как следует из временных диаграмм, может быть равен нулю или отличен от нуля со своим знаком.

Признаки, касающиеся преобразования биологической пульсовой последовательности в электрическую последовательность импульсов, являются общими для заявляемого способа и прототипа.

Отличительными от прототипа являются признаки, касающиеся выполняемых измерений: первоначально производят синхронное считывание центрального _а и периферического _б одноименных фронтов электрических импульсов, находят значение их разности = _а-_б, пропорциональное временному интервалу t = t(_а) - t(_б), далее производят считывание фронта периферического электрического импульса и через интервал времени t - считывание одноименного фронта центрального электрического импульса, при этом за фиксированный промежуток времени измеряют отклонение положения одноименных фронтов центрального и периферического электрических импульсов по величине и знаку, на основании чего осуществляют диагностику состояния биообъекта.

Кроме того, способ отличается тем, что производят измерение центрального _а и периферического _б фронтов электрических импульсов наложением датчиков в области большого круга кровообращения.

Для диагностики возможно проведение измерения центрального _а и периферического _б фронтов электрических импульсов наложением датчиков в области малого круга кровообращения.

Очевидно, что диагностику можно производить измерением центрального _а и периферического _б фронтов электрических импульсов наложением датчиков в областях соответственно большого и малого кругов кровообращения.

Поставленная задача также разрешима и при выполнении измерений центрального _а и периферического _б фронтов электрических импульсов путем наложения датчиков в областях соответственно малого и большого кругов кровообращения.

Варианты наложения датчиков позволяют оценивать интегральное состояние различных органов биообъектов за счет учета изменения скорости тока крови в этих органах.

Пульсовая волна, являясь интегральной характеристикой состояния биообъекта, несет в себе большой спектр информационных составляющих, которые могут быть идентифицированы способами, обладающими достаточной разрешающей способностью. Синхронный режим считывания центрального и периферического одноименных фронтов электрических импульсов при нахождении разности фаз фактически реализует автокорреляционный способ обработки информационных последовательностей [4], что определяет потенциально высокую разрешающую способность описываемого способа.

Рассмотрим пример конкретного осуществления предлагаемого способа.

Для проверки способа использовалась измерительная схема в составе двухканального оптоэлектронного преобразователя биологической пульсовой последовательности, линии задержки, фазометра, цифрового четырехразрядного преобразователя время-код. Оптоэлектронные преобразователи (датчики) осуществляли преобразование биологической пульсовой последовательности в электрическую и были подключены первый в область аорты, а второй - в области локтевого изгиба левой руки. Первоначально выходы датчиков соединяли с фазометром и синхронно измеряли разность фаз , величина которой фиксировалась. Далее в цепь выхода датчика с аорты включали линию задержки и найденную величину t вводили в схему измерения. После этого производили синхронное считывание сигналов с обоих датчиков с учетом задержки t по каналу центрального пульса (точка аорты) в течение 60 секунд и преобразование информационной составляющей в четырехразрядный двоичный код. Двоичный кодовый сигнал с учетом знака использовался для диагностики состояния биообъекта.

На первом этапе обследовались два пациента с заранее установленными клиническими диагнозами. Пациент "Б" имел диагноз: сахарный диабет. Пациент "З" имел нормальный сахар в крови. Обоих пациентов обследовали по заявляемому способу. Для пациента "Б" был установлен классификационный признак K_б = -0100, а для пациента "З" соответственно K_э = 0000.

На втором этапе обследованию подвергали пациентку "Х" - 37 лет. В итоге был получен классификационный признак K_х = -0101, который был очень близок к признаку K_б. На основании этого признака был диагностирован сахарный диабет. При дальнейших клинических исследованиях диагноз был полностью подтвержден.

Простота, достоверность и бескровность способа, а также его высокая оперативность позволяют рассчитывать на широкое его применение для интегральной диагностики состояния биообъектов.

Предлагаемый способ может быть осуществлен с помощью устройства, описанного ниже.

Современная медицина при исследовании пульса применяет различные устройства, реализующие контроль биологической пульсовой последовательности.

Известно устройство для измерения частоты пульса, основанное на контроле биопотенциалов сердца, в частности, R-зубцов электрокардиограммы (ЭКГ) [5], которые снимаются с помощью чашечных электродов в области сердца, преобразуются в электрическую последовательность импульсов и автоматически обрабатываются пересчетным устройством (счетчиком частоты импульсов). Амплитудные значения R-зубцов в области сердца наиболее стабильны, а в других точках тела, например, между правой и левой руками могут изменяться в широких пределах. Это приводит к тому, что частота пульса может быть измерена не во всех точках тела и не у всех пациентов, а лишь у 90 - 96% [6].

В другом известном устройстве [7] с помощью емкостных датчиков контролируются механические перемещения стенок кровеносных сосудов, которые близко расположены у кожных покровов. Такой датчик включают в резонансный колебательный контур, сигналы с которого далее измеряют и контролируют, например, кардиографами в виде сфигмограмм.

Однако устройство не позволяет контролировать пульс в тех точках, где не пальпируется пульс, что является принципиальным моментом в заявляемом способе.

Наиболее близким по сути к заявляемому устройству является устройство измерителя пульса [8], основу которого составляет оптоэлектронный преобразователь, состоящий из ИК-светодиода и фотодиода. Данное устройство содержит следующие элементы: оптоэлектронный преобразователь, формирователь электрической последовательности импульсов, две логические схемы И-НЕ, три ждущих одновибратора, два RS-триггера, генератор измерительной частоты, счетчик частоты, дешифратор, индикатор, электронный ключ и две кнопки управления.

Недостатком устройства является потеря информационной составляющей при прохождении сигналов пульса через формирователь D2, так как огибающая пульса преобразуется в короткий импульс фиксированной длительности. Точность измерения частоты пульса в устройстве зависит от времени его измерения. Устройство реализует подсчет импульсов за определенный период времени (как правило, не превышающий несколько секунд) с последующим осреднением за одну минуту.

Заявляемое устройство, реализующее заявляемый способ диагностики состояния биообъекта, содержит следующие элементы: два оптоэлектронных преобразователя, два формирователя электрической последовательности импульсов, генератор измерительной частоты, формирователь команд управления, логическую схему И-НЕ, реверсивный счетчик частоты, дискриминатор-формирователь соотношения фаз фронтов двух сравниваемых импульсов, регистр памяти, индикатор и кнопку пуска.

Общим для прототипа и заявляемого устройства является наличие в них первого оптоэлектронного преобразователя, первого формирователя электрической последовательности импульсов, генератора измерительной частоты, логической схемы И-НЕ, индикатора и кнопки пуска.

Отличительные от прототипа признаки следующие:

второй оптоэлектронный преобразователь,

второй формирователь электрической последовательности импульсов,

дискриминатор-формирователь соотношения фаз фронтов двух сравниваемых импульсов,

формирователь команд управления,

реверсивный счетчик частоты,

регистр памяти,

а также связи между указанными элементами, приведенными в формуле изобретения.

Существенное значение имеет введение в схему формирователя электрической последовательности импульсов, основу которых составляет биологическая последовательность. При этом пульсовая волна преобразуется в последовательность электрических импульсов, длительность которых пропорциональна времени удара пульса. Информационная составляющая, которая заложена в пульсовой волне, сохраняется как в периоде следования импульсов, так и в длительности самого импульса. Организация двухканальной схемы первичной обработки биологической пульсовой последовательности при жесткой синхронизации генератором измерительной частоты формирователя команд управления позволяет реализовать требования синхронного считывания одноименных фронтов электрических импульсов на первом этапе и режим заданного асинхронного считывания этих же фронтов на втором этапе измерения.

Заявляемое устройство, реализующее способ диагностики состояния биообъекта, показано на чертеже (см. фиг. 2).

Оно содержит оптоэлектронные преобразователи 1 и 2, выходы которых соответственно соединены с входами формирователей электрической последовательности импульсов 3 и 4, а выходы последних соединены соответственно с первым и третьим входами логической схемы И-НЕ 7 и соответственно с первым и вторым входами дискиминатора-формирователя 11. Генератор измерительной частоты 6 своим первым выходом подключен к второму входу логической схемЫ И-НЕ 7, вторым выходом - на первый вход формирователя команд управления 5, первый выход которого соединен с четвертым входом логической схемы И-НЕ 7. Третий выход генератора 6 соединен с третьим входом дискриминатора-формирователя 11. Второй и третий выходы формирователя команд управления 5 подключены соответственно на входы оптоэлектронных преобразователей 1 и 2. Выход логической схемы И-НЕ 7 соединен с входом реверсивного счетчика частоты 8, выход которого подключен на вход регистра памяти 9. Второй вход реверсивного счетчика частоты 8 подключен к выходу дискриминатора-формирователя 11. Первый выход с регистра памяти 9 соединен с вторым входом формирователя команд управления 5, а второй выход подключен на вход индикатора 10. Кнопка пуска SB1 соединена с третьим и четвертым входами формирователя команд управления 5.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии устройство обнулено и с первого выхода формирователя 5 на четвертый вход схемы совпадения 7 приложен потенциал логического нуля, что определяет закрытое состояние логической схемы 7. Оптоэлектронные преобразователи 1 и 2 не работают. При нажатии кнопки пуска SB1 формирователь команд управления 5 переводит в активный режим ИК-излучатели оптоэлектронных преобразователей 1, 2 и открывает логической единицей по четвертому входу схему совпадения 7. При наложении датчика 1, например, в области аорты, т.е. при контроле центрального пульса, а датчика 2, например, в области локтевого изгиба левой руки, т. е. при контроле периферического пульса, в устройстве будет достигнуто синхронное считывание центрального и периферического одноименных фронтов электрических импульсов. Длительность открытого состояния логической схемы И-НЕ 7 в этом случае будет соответствовать искомой разности фаз . Пропорционально этому временному интервалу t от генератора 6 на счетчик частоты 8 поступят счетные импульсы, информация о которых будет храниться в регистре памяти. При получении кодовой информации из регистра 9 формирователь команд управления 5 переводит в пассивный режим ИК-излучатели оптоэлектронных преобразователей 1 и 2, закрывает схему совпадения 7. Далее на основе информации из регистра памяти 9 формирователь команд управления 5 открывает схему совпадения 7 по четвертому входу и переводит в активный режим сначала ИК-излучатель оптоэлектронного преобразователя 2, а затем с интервалом t ИК-излучатель оптоэлектронного преобразователя 1. В течение некоторого фиксированного промежутка времени осуществляется измерение отклонения положения одноименных фронтов центрального и периферического электрических импульсов по величине и знаку. Соотношение фаз фронтов сравниваемых двух импульсов устанавливается дискриминатором-формирователем 11, сигнал с выхода которого управляет режимами реверсивного счетчика частоты 8. По окончании времени измерения формирователь команд управления 5 закрывает логическую схему И-НЕ 7 по ее четвертому входу и переводит в пассивный режим ИК-излучатели оптоэлектронных преобразователей 1 и 2. В итоге в регистре памяти 9 хранится код классификационного признака состояния биообъекта, который отображается индикатором 10. Весь режим измерения в устройстве жестко синхронизирован сигналами генератора 6, что определяет высокое разрешение схемы.

Заявляемое устройство может быть реализовано на доступной элементной базе, отличается простотой управления, достоверностью и надежностью контролируемого параметра.

Источники информации:

1. Атлас гемодинамических исследований в клинике внутренних болезней. Палеев Н.Р., Каевицер И.М. - М.: Медицина 1975 - С. 7.

2. Там же, С. 17.

3. Там же, С. 17.

4. Якушенко Ю.Г., Луканцев В.Н., Колосов М.П. Методы борьбы с помехами в оптоэлектронных приборах, - М.: Радио и связь, 1981 - С. 77, 78.

5. А. с. СССР N 216903. Портативный пульсоинтенсиметр.

6. Наручные часы, измеряющие частоту пульса. - Электроника, 1982, N 7 - С. 17, 18.

7. Атлас гемодинамических исследований в клинике внутренних болезней. Палеев Н.Р., Каевицер И.М. - М.: Медицина 1975 - С. 22.

8. Ефремов В., Нискевич М. Измеритель пульса / в помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 90 // Сост. Н. Ф. Назаров. М.: ДОСААФ, 1985. / С. 27, 29; (прототип).