способ измерения артериального давления и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ измерения артериального давления, при котором с помощью источника статического давления создают статическое давление в части тела, содержащей артерию, изменяют величину статического давления в диапазоне значений, заведомо включающем в себя возможный интервал значений артериального давления, детектируют прохождение пульсовых волн, определяют величину значений систолического и диастолического артериального давления по величине статического давления в моменты возникновения и исчезновения пульсовых волн, отличающийся тем, что гидравлически разделяют между собой источник статического давления и противолежащий ему участок тела, содержащий артерию, размещая между ними и вдоль артерии жесткий разделительный элемент, содержащий две противолежащие контактные поверхности, одна из которых обращена к телу, а другая - к источнику статического давления, преобразуют с помощью жесткого разделительного элемента пульсовые волны в волны давления, бегущие вдоль жесткого разделительного элемента по его контактной поверхности, обращенной к телу, детектируют прохождение пульсовых волн с помощью волн давления, бегущих по контактной поверхности жесткого разделительного элемента, обращенной к телу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величины систолического и диастолического значений артериального давления определяют по измеренным величинам максимального и минимального значений статического давления тела на жесткий разделительный элемент вблизи середины источника статического давления по направлению кровотока в моменты возникновения и исчезновения пульсовых волн.

3. Устройство для измерения артериального давления, содержащее источник статического давления, средства изменения и измерения статического давления, детектор пульсовой волны, а также средство обработки выходных сигналов, отличающееся тем, что оно содержит жесткий разделительный элемент, имеющий две контактные поверхности: поверхность, предназначенную для взаимодействия с телом, и противолежащую ей поверхность, предназначенную для взаимодействия с источником статического давления, при этом внутри жесткого разделительного элемента установлены средство измерения статического давления, выполненное в виде датчика давления нажимного типа с контактной площадкой, встроенной в одну из двух контактных поверхностей разделительного элемента, а также детектор пульсовой волны, чувствительный элемент которого расположен на контактной поверхности разделительного элемента, предназначенной для взаимодействия с телом.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что контактная поверхность жесткого разделительного элемента, предназначенная для взаимодействия с источником статического давления, снабжена ограничителем, фиксирующим положение этого элемента под источником статического давления.

5. Устройство по любому из пп.3 или 4, отличающееся тем, что источник статического давления выполнен в виде манжеты.

6. Устройство по любому из пп.3 или 4, отличающееся тем, что чувствительный элемент детектора пульсовой волны представляет собой пелот, встроенный в контактную поверхность жесткого разделительного элемента, предназначенную для взаимодействия с телом, посредством шарнира, установленного по линии симметрии пелота, поперечной по отношению к артерии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к диагностике в кардиологии и устройствам для исследования гемодинамики.

Известно много способов и устройств для измерения артериального давления, которые применяются и в клинической практике и в домашней самодиагностике.

В качестве аналога выбрано техническое решение, описанное в патенте Российской Федерации № 895405 по кл. А61В 5/02 "Способ и устройство для косвенного определения артериального давления".

В нем рассмотрен способ косвенного определения артериального давления, при котором создают внешнее давление на участок тела и пережимают находящуюся в нем артерию, изменяют величину внешнего давления в диапазоне, перекрывающем систолическое и диастолическое значения артериального давления, регистрируют дистальнее места пережатия артерии пульсовые волны крови, измеряют внешнее давление в моменты появления и исчезновения пульсовых волн, при этом регистрацию пульсовых волн производят по угловым колебаниям поверхности тела относительно направления распространения этих волн.

Устройство, реализующее известный способ, выполнено в виде датчика пульсовых волн, содержащего корпус, пелот с контактной поверхностью и преобразователь колебаний пелота в электрический сигнал, жестко закрепленный в корпусе и механически соединенный с пелотом, при этом пелот шарнирно укреплен в корпусе с возможностью угловых колебаний вокруг оси шарнира, которая параллельна контактной поверхности пелота, а ее проекция на контактную поверхность пелота совпадает с осью симметрии этой поверхности.

Недостатком известного способа является влияние на точность измерения артериального давления индивидуальных свойств тканей тела пациента, так как регистрация пульсовых волн производится по угловым колебаниям, т.е. угловым перемещениям, поверхности тела. Амплитуда таких перемещений зависит от упругости тканей тела, от наличия или отсутствия подкожной жировой прослойки, от эластичности материала, из которого выполнена манжета и т.п., что затрудняет надежную регистрацию пульсовых волн в каждом конкретном случае проведения измерений.

Недостаток известного устройства вытекает из недостатка способа по этому же патенту. Таким недостатком является преобразование в электрический сигнал амплитуды угловых перемещений пелота относительно оси шарнира. При этом, поскольку пелот прижат к поверхности тела, амплитуда этих перемещений и выходной электрический сигнал в значительной мере зависят от свойств тканей тела пациента. К тому же известное устройство преобразует в электрический сигнал не просто абстрактные колебания пелота, а его колебания относительно корпуса, который сам произвольным образом перемещается под действием этих волн. Все это затрудняет надежную регистрацию пульсовых волн крови, отрицательно влияет на точность измерения артериального давления и сужает область применимости устройства.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения по большинству сходных признаков, выбрано техническое решение, раскрытое в патенте Российской Федерации № 2033746 по кл. А61В 5/0225 «Способ измерения артериального давления и устройство для его осуществления».

В нем рассмотрен способ измерения артериального давления, включающий пережатие артерии с помощью источника статического давления (манжеты), изменение давления манжеты на поверхность тела в диапазоне значений, заведомо включающем возможные значения артериального давления, измерение давления манжеты на поверхность тела, детектирование прохождение пульсовых волн с помощью детектора, снабженного пелотом, определение систолического и диастолического значений артериального давления по результатам измерения давления манжеты на поверхность тела в моменты возникновения и исчезновения пульсовых волн, при этом детектирование пульсовых волн производят при регистрации возникающего момента сил, воздействующих на пелот при прохождении пульсовых волн под детектором.

Устройство, реализующее известный способ, содержит источник статического давления (манжету) с системой изменения и регистрации давления, детектор пульсовой волны, выполненный в виде корпуса, пелота с контактной поверхностью, системы преобразования состояния пелота в электрический сигнал, при этом пелот закреплен в системе преобразования его состояния, чувствительной к изменению момента сил, воздействующих на пелот и выполнен в виде по крайней мере двух пьезоэлектрических преобразователей, расположенных симметрично относительно оси проходящей через геометрический центр контактной поверхности пелота перпендикулярно этой поверхности.

Недостатком известного способа является ненадежность селекции пульсовых волн с помощью детектора, помещенного под манжетой и снабженного пелотом, по моменту сил, воздействующих на пелот при прохождении пульсовых волн под детектором. Пульсовая волна крови, возникающая в артерии, приводит к смещению при движении волны тканей тела, окружающих артерию. Тело и наложенная на него манжета с детектором пульсовой волны составляют собой нежесткую систему, которая может менять свою форму при прохождении по артерии пульсовой волны крови. Поэтому смещение тканей, окружающих артерию, при прохождении по ней пульсовой волны смещает и сам детектор. При этом тело и манжета практически не оказывают сопротивления такому смещению, что исключает возникновение заметных сил на контактной поверхности пелота, так как он, будучи закреплен в корпусе детектора, смещается вместе с детектором. При этом пелот воспринимает только разность сил, воздействующих на контактную поверхность пелота и на остальную часть детектора, которые в свою очередь определяются только упругостью тканей тела и материала манжеты. К тому же на силы, создаваемые движением пульсовой волны крови, накладываются силы, возникающие при сокращении мышц пациента, вызывающие появление ложных сигналов, или иначе - сигналов помехи. Как показывает опыт применения этого известного метода, его помехозащищенность по перечисленным причинам не достаточна для обеспечения надлежащей точности измерения артериального давления, он не позволяет надежно измерять артериальное давление при движении пациента. Кроме того, в известном способе не учтена не полная идентичность давления манжеты на поверхность тела реальному внешнему давлению, воздействующему на артерию, что также уменьшает точность измерения артериального давления.

Недостатки известного устройства вытекают из недостатков способа. Отсутствие жесткого закрепления детектора под компрессионной манжетой приводит к ослаблению амплитуды момента сил, воспринимаемых контактной поверхностью пелота, и к большому разбросу этой амплитуды. Это снижает точность измерения артериального давления, сужает область применения этого известного устройства, а также затрудняет измерение с его помощью артериального давления при движении пациента. Кроме того, конструктивное решение измерения давления в манжете с помощью манометра, подсоединенного к манжете традиционно с помощью трубки, вносит некоторую дополнительную погрешность в измерение артериального давления, которая связана с динамической погрешностью, определяемой наличием разности давлений между концами этой трубки, и с имеющимся различием между давлением в манжете и давлением внутри тела. К тому же, традиционная схема измерения внешнего статического давления уменьшает автономность самого измерителя артериального давления по отношению к манжете, что усложняет сам процесс измерения давления.

В основу настоящего изобретения положена задача создать способ измерения артериального давления, который позволяет повысить точность измерений, повысить универсальность метода в сторону расширения области его применения, упростить для медработника сам процесс проведения измерений.

Поставленная задача решается тем, что при реализации предлагаемого способа измерения артериального давления с помощью источника статического давления создают такое давление в части тела, содержащей артерию, изменяют величину статического давления в диапазоне значений, заведомо включающем в себя возможный интервал значений артериального давления, детектируют прохождение пульсовых волн, определяют величину значений систолического и диастолического артериального давления по величине статического давления в моменты возникновения и исчезновения пульсовых волн. При этом согласно первому аспекту изобретения гидравлически разделяют между собой источник статического давления и противолежащий ему участок тела, содержащий артерию, размещая между ними и вдоль артерии жесткий разделительный элемент, первая сторона которого обращена в сторону тела, а вторая - в сторону источника статического давления, преобразуют с помощью жесткого разделительного элемента пульсовые волны в волны давления, бегущие вдоль жесткого разделительного элемента по его первой стороне, детектируют прохождение пульсовых волн с помощью волн давления, бегущих по поверхности первой стороны жесткого разделительного элемента.

При этом в частном случае величины систолического и диастолического значений артериального давления определяют по измеренным величинам максимального и минимального значений статического давления тела на жесткий разделительный элемент вблизи середины манжеты в моменты возникновения и исчезновения пульсовых волн.

Поставленная задача решается также в устройстве для измерения артериального давления, содержащем источник статического давления, средства изменения и измерения статического давления, детектор пульсовой волны, а также средство обработки выходных сигналов. При этом согласно второму аспекту изобретения устройство содержит жесткий разделительный элемент, имеющий первую контактную поверхность для взаимодействия с телом, и противолежащую ей вторую контактную поверхность для взаимодействия с источником статического давления, при этом внутри жесткого разделительного элемента установлены средство измерения статического давления, выполненное в виде датчика давления нажимного типа с контактной площадкой, встроенной в одну из двух контактных поверхностей разделительного элемента, а также детектор пульсовой волны, чувствительный элемент которого расположен на первой контактной поверхности разделительного элемента.

Предпочтительно вторая контактная поверхность жесткого разделительного элемента снабжена ограничителем, фиксирующим положение этого элемента под источником статического давления.

В частном случае источник статического давления выполнен в виде манжеты.

В частном случае чувствительный элемент детектора пульсовой волны представляет собой пелот, встроенный в первую контактную поверхность жесткого разделительного элемента посредством шарнира, установленного по линии симметрии пелота, поперечной по отношению к артерии.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых изображено:

- на фиг.1 - схема устройства для реализации способа измерения артериального давления по первому аспекту изобретения;

- на фиг.2 - диаграмма волны давления, бегущей вдоль жесткого разделительного элемента по его первой стороне в направлении кровотока;

- на фиг.3 - диаграмма реального распределения статического давления, возникающего внутри тела в месте расположения артерии под воздействием источника статического давления;

- на фиг.4 - то же, что на фиг.1, поперечное сечение;

- на фиг.5 - конкретный пример выполнения устройства для реализации заявленного способа;

- на фиг.6 - участок устройства на фиг.5.

Для реализации заявленного способа измерения артериального давления и достижения поставленных целей и результата, заключающегося в повышении точности измерений, гидравлически разделяют между собой источник статического давления 1 и часть тела 2, содержащую артерию 3. В показанном на чертежах примере в качестве источника статического давления 1 использована стандартная манжета, известная на предшествующем уровне техники. В дальнейшем при описании изобретения источник 1 будет для простоты именоваться манжетой, хотя специалисту будет ясно, что в качестве источника 1 могут использоваться и иные подходящие для этого средства.

Как показано на чертежах, для гидравлического разделения манжеты 1 и тела 2 между ними в месте нахождения артерии 3 (и вдоль нее по ширине манжеты) размещают жесткий разделительный элемент 4, первой своей стороной обращенный к телу 2, а противоположной ей второй стороной - к манжете 1. Жесткий разделительный элемент 4 может, в частности, представлять собой плоскую пластину из жесткого материала, размеры которой позволяют размещать ее между манжетой 1 и частью тела 2 пациента.

Далее, для измерения артериального давления с помощью манжеты 1 создают статическое давление Р _м на поверхность части тела 2, содержащей артерию 3, формируя таким образом статическое давление P_T (фиг.3), возникающее внутри тела в месте расположения артерии под действием давления Р_м, изменяют с помощью блока 5 изменения статического давления величину давления P_T в диапазоне значений, заведомо включающем в себя возможный интервал значений артериального давления от систолического P_S до диастолического P _D. Внутри этого интервала значений статического давления P_T кровоток в артерии 3 носит прерывистый характер. Каждое сокращение сердечной мышцы кратковременно увеличивает артериальное давление до систолического значения P_S . При этом на короткое время величина артериального давления становится больше статического давления P_T, в результате чего артерия 3 на этот период времени открывается и пропускает под манжетой 1 порцию крови. При расслаблении сердечной мышцы артериальное давление резко уменьшается до своего диастолического значения P_D, в результате чего артерия под влиянием превосходящего внешнего статического давления P_T опять закрывается. Величина статического давления неравномерна по координате x и максимальна вблизи середины 6 манжеты 1. Поэтому процессы открывания и закрывания артерии 3 начинаются и заканчиваются вблизи середины 6 манжеты 1. Порции крови, прошедшие по артерии 3 середину 6 манжеты 1, далее выдавливаются из-под манжеты 1 в направлении кровотока, образуя под ее дистальной частью движущиеся в этом же направлении пульсовые волны 7, представляющие собой передвигающиеся вдоль артерии 3 утолщения артерии 3, как показано на фиг.1 и 5. Пульсовые волны 7 при своем движении вдоль артерии 3 раздвигают ткани тела 2 и создают волны поперечного смещения прилегающих к артерии 3 этих тканей. Наличие жесткого разделительного элемента 4 между артерией 3 и манжетой 1 препятствует смещению тканей тела 2 за пределы жесткого элемента 4, что приводит к возникновению на его поверхности, обращенной в сторону тела 2, волн давления P_w (фиг.2). Таким образом происходит преобразование пульсовых волн 7 в волны давления P_w тканей тела 2 на поверхность жесткого разделительного элемента 4, обращенную в сторону тела 2. Рассмотренный механизм преобразования пульсовых волн 7 в волны давления P_w позволяет четко детектировать пульсовые волны 7 путем детектирования волн давления P_w тела 2 на жесткий разделительный элемент 4.

Статическое давление Р_м, создаваемое манжетой 1 на поверхности части тела 2, не тождественно по величине реальному статическому давлению Р_T, возникающему в объеме части тела 2, находящейся под манжетой 1. Ткани тела 2 имеют присущую им упругость. При сжатии части тела 2 манжетой 1 эти ткани деформируются, частично смещаются от середины 6 манжеты 1 к ее краям, при этом результирующее реальное статическое давление P_T внутри части тела 2 в месте прохождения артерии 3 становится неравномерным с максимумом вблизи середины 6 манжеты 1 и спадающим к ее краям, как показано на фиг.3. Реальное статическое давление P_T внутри тела 2 в месте прохождения артерии 3 наиболее близко к значению Р_м вблизи середины 6 манжеты 1, но все же несколько отличается от него. Поэтому возможно для повышения точности измерения артериального давления заменить традиционное измерение статического давления Р_м измерением статического давления P_T тела 2 на жесткий разделительный элемент 4 вблизи середины 6 манжеты 1.

Устройство для измерения артериального давления, показанное более детально на фиг.5, содержит манжету 1, блок 5 изменения статического давления Р_м, выполненный в виде традиционного резинового нагнетателя воздуха в манжету 1, жесткий разделительный элемент 4 с двумя противолежащими контактными поверхностями - первой 10 и второй 11, причем первая поверхность 10 предназначена для контакта с поверхностью тела 2. Внутри жесткого разделительного элемента 4 расположены детектор 12 пульсовой волны, чувствительный к моменту сил, воздействующих на его пелот 13, и датчик 14 статического давления P_T, заполненный жидкостью и снабженный контактной площадкой 15. Пелот 13 детектора 12 пульсовой волны встроен в первую контактную поверхность 10 разделительного элемента 4. Контактная площадка 15 датчика 14 статического давления встроена в одну из двух противолежащих контактных поверхностей 10 или 11, а сам датчик 14 гидравлически соединен с преобразователем 16 давления жидкости в электрический сигнал. Разделительный элемент 4 может также содержать стандартный, известный из уровня техники блок 17 обработки выходных сигналов в электрический сигнал, хотя блок 17 может располагаться и отдельно от разделительного элемента 4. Пелот 13 детектора 12 пульсовой волны встроен в первую контактную поверхность 10 элемента 4 посредством шарнира 18, установленного по линии симметрии шарнира и механически связан с разделительным элементом 4 посредством пьезоэлектрического преобразователя 19 момента сил в электрический сигнал.

Для удобства пользования и для обеспечения повторяемости результатов измерений устройство может быть снабжено ограничителем 20, фиксирующим положение разделительного элемента 4 под манжетой 1.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На часть тела 2, содержащую артерию 3, накладывают манжету 1. В месте прохождения артерии 3 между манжетой 1 и телом 2 со стороны дистального края манжеты 1 вдвигают разделительный элемент 4 до касания ограничителя 20 этого края манжеты 1. С помощью блока 5 изменения статического давления сдавливают часть тела 2 под манжетой 1 с силой, достаточной для полной остановки кровообращения в артерии 3, после чего с помощью блока 5 изменения статического давления плавно уменьшают величину давления Р_м манжеты 1 на часть тела 2, уменьшая таким образом величину статического давления P_T. Как только величина статического давления P_T вблизи средней части 6 манжеты 1 становится меньше систолического артериального давления P_S, возникают пульсовые волны 7. При индикации первой пульсовой волны детектором 12 блок 17 обработки выходных сигналов измеряет с помощью датчика 14 статического давления величину этого давления и фиксирует ее измеренное значение в качестве значения систолического артериального давления P_S. Продолжают уменьшать величину давления манжеты 1 на часть тела 2, при этом блок 17 обработки выходных сигналов продолжает измерять и фиксировать статическое давление при индикации каждой последующей пульсовой волы до исчезновения пульсовых волн. Последнее измеренное значение статического давления блок 17 обработки выходных сигналов фиксирует в качестве значения диастолического артериального давления P_D. Уменьшают давление манжеты 1 на часть тела 2 до нуля. Извлекают разделительный элемент 4 из-под манжеты, считывают показания блока 17 обработки выходных сигналов.

Предложенные способ и устройство позволяют точно в полуавтоматическом или автоматическом режиме измерить два принятых в медицинской практике значения артериального давления с гарантированной надежностью, достаточной для применения метода и устройства в повседневной медицинской практике практически у всех категорий пациентов.