Устройство пальцевой фотоплетизмографической системы для непрерывного неинвазивного измерения артериального давления

Устройство пальцевой фотоплетизмографической системы для непрерывного неинвазивного измерения артериального давления
Настоящая полезная модель относится к датчикам, предназначенным для непрерывного неинвазивного измерения артериального давления и может быть применена при необходимости постоянного контроля артериального давления пациента с использованием пальцев его рук.
Непрерывное неинвазивное измерение артериального давления основано на принципе "разгруженной артерии", предложенном в 1969 году чешским исследователем Пеньязом [1]. Этот принцип основан на непрерывной оценке объема сосудов пальца по фотоплетизмографическому сигналу и следящей электропневматической системе, создающей давление, противодействующее изменению диаметра проходящих под манжетой артериальных сосудов в пальце руки. В этом случае обеспечивается постоянство фотоплетизмографического сигнала на заданного уровне, а давление в манжете повторяет давление крови в артериях пальца.
Известны устройства [1-5], в число основных выполняемых которыми функций входит непрерывное неинвазивное измерение артериального давления (АД) в кровеносных сосудах пальцев руки, основанное на принципе Пеньяза. При работе устройств [1-5] на одну из фаланг пальца руки создается внешнее давление, и одновременно на этом участке тела регистрируется фотоплетизмограмма. Внешнее давление создается пальцевой манжетой, а фотоплетизмограмма регистрируется посредством оптоэлементов, встроенных в корпусе манжеты. Однако недостатком манжет является то, что в их конструкции не предусмотрено ограничение возможности движения пальцев, и поэтому при проведении измерений не исключены ситуации появления разнообразных артефактов. В частности, артефакты могут проявляться при двигательной активности фаланг пальцев, а также из-за возможности движения пальцев в участках суставного сочленения с ладонью. В конструкции манжет не использованы механические ограничения, которые создавали препятствие такого рода двигательной активности. При указанных движениях создается смещение тканей пальца в области месторасположения манжеты и оптоэлементов, что влечет изменение оптических характеристик измеряемого участка, не связанных с изменением артериального давления, и таким образом является источником появления артефактов. Примечательно, что движения могут происходить непреднамеренно и случайным, непроизвольным образом. Вследствие артефактов происходит искажение регистрируемых сигналов фотоплетизмограммы и АД, и это может приводить к сбою следящего режима работы устройства, и приводить к бесконтрольному снижению точности измерения АД. Таким образом, следствием недостатка конструкции манжеты является проявление возможных артефактов, вызываемых движениями, происходящими из-за отсутствия фиксации в неподвижном положении относительно друг друга пальцевых фаланг. При этом существует возможность передачи движений на соседние ткани тела в области фаланги, где располагается пальцевая манжета и оптоэлементы.
Более близкая по технической сути пальцевая манжета предложена в мониторе жизненно важных показателей [6]. Монитором [6] измерения проводятся одновременно на двух пальцах, и при этом определяется ряд физиологических параметров, включающих АД. Для этого используются две манжеты, располагаемые на пальцах одной или разных рук. Двухпальцевая манжетная система создает преимущества при обработке сигналов и интерпретации данных, за счет уменьшения числа ложных предупреждений от монитора. Тем не менее, конструкция манжет не исключает возникновение во время измерений движений пальцевых фаланг и движений пальцев относительно ладони. При этом сохраняется возможность появления связанных с движениями артефактов, снижающих достоверность и точность измерения АД.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели и принятое в качестве прототипа является устройство [7]. Это устройство представляет собой двухпальцевую фотоплетизмографическую систему, используемую в составе аппаратуры, предназначенной для непрерывного неинвазивного измерения АД. Оно представляется разъемной конструкцией со сменяемой частью. В устройстве объединяются незаменяемая базовая часть (другими терминами, - корпус, или основание), отделяемая от корпуса единая конструкция из двух манжет со встроенными в них оптоэлементами и застежкой. Единая конструкция из манжет предназначена для ее размещения соответственно на двух соседних пальцах руки. Манжеты вместе со встроенными в них оптоэлементами представляют фотоплетизмографическую систему устройства [7]. Для работы съемная часть объединенных манжет соединяются с корпусом устройства и, являясь сменяемой его частью, при необходимости, легко заменяется. Застежка устройства [7] служит для соединения во взаимно фиксированном положении фаланг соседних пальцев руки и располагаемых на этих фалангах манжет с оптоэлементами. Предназначенная для использования для двух пальцев манжетная система устройства [7] имеет преимущество по сравнению с аналогами. А именно, благодаря фиксации относительно друг друга положения фаланг соседних пальцев при этом создается препятствие, ограничивающее их двигательную активность. Это позволяет снизить вероятность появления соответствующих артефактов и повысить точность измерения АД. Тем не менее, конструкция устройства не исключает во время измерений возможности сгиба и разгибательных движений пальцевых фаланг в участках межфалангового сочленения суставов и в участках суставного сочленения пальцев с ладонью. Поэтому сохраняется возможность появления артефактов, связанных с движениями в этих участках, что снижает достоверность и точность измерения АД в сравнении с ситуацией, когда движения не происходят.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение достоверности и точности измерения АД, достигаемое за счет ограничения двигательной активности пальцевых фаланг в участках межфалангового сочленения суставов и участках суставного сочленения пальцев с ладонью, и тем самым снижения вероятности появления соответствующих артефактов, вызываемых двигательной активностью.
Технический результат достигается за счет того, что устройство пальцевой фотоплетизмографической системы для непрерывного неинвазивного измерения артериального давления содержит пальцевую базу, на которой установлены фотоплетизмографическая манжета и пальцевый фиксатор, причем фотоплетизмографическая манжета включает воздушную камеру с оптоэлектронной парой, при этом пальцевая база выполнена с возможностью перекрытия двух межсуставных расстояний.
Возможны варианты реализации, при которых:
- пальцевая база выполнена с возможностью ее расположения под пальцем;
- пальцевая база выполнена с возможностью ее расположения над пальцем;
- размер пальцевой базы соответствует размеру одного пальца;
- размер пальцевой базы соответствует размеру двух пальцев;
- фотоплетизмографическая манжета расположена внутри пальцевого фиксатора;
- на пальцевой базе закреплен дополнительный пальцевый фиксатор, предназначенный для фиксации оставшейся части пальца;
- на пальцевой базе установлена дополнительная фотоплетизмографическая манжета;
- пальцевая база выполнена в виде пластины;
- пальцевая база выполнена в виде пластины, на которой образован желоб под палец;
- пальцевый фиксатор снабжен регулируемой застежкой;
- пальцевый фиксатор выполнен жестким;
- пальцевый фиксатор выполнен в виде кольцевого захвата;
- пальцевый фиксатор выполнен гибким;
- пальцевый фиксатор выполнен с возможностью растяжения и сжатия;
- пальцевый фиксатор выполнен в виде ленты;
- пальцевая база снабжена датчиком уровня.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами и нижеследующим описанием.
На Фиг. 1 представлен вариант реализации заявляемого устройства.
На Фиг. 2 представлен другой вариант реализации заявляемого устройства.
На Фиг. 3 представлен пример применения заявляемого устройства на пациенте.
1 - пальцевая база;
1.1 - желоб под палец;
2.1 - воздушная камера;
2.2 - оптоэлектронная пара;
2.3 - воздушная трубка;
2.4 - электрические провода;
3 - пальцевый фиксатор;
4 - дополнительный пальцевый фиксатор;
5 - датчик уровня;
6 - электронно-пневматический блок.
Устройство пальцевой фотоплетизмографической системы для непрерывного неинвазивного измерения артериального давления (Фиг. 1, 2, 3) содержит пальцевую базу 1, на которой установлены фотоплетизмографическая манжета и пальцевый фиксатор 3.
Фотоплетизмографическая манжета включает воздушную камеру 2.1 с оптоэлектронной парой 2.2, которая через воздушную трубку 2.3 и электрические провода 2.4 подсоединяется к электронно-пневматическому блоку 6.
Пальцевая база 1 выполнена с возможностью перекрытия двух межсуставных расстояний и соответственно не менее одного прилегающего сустава, т.е. размер пальцевой базы 1 выбран в зависимости от размера (длины, ширины, объема) двух межсуставных расстояний и размера не менее одного прилегающего сустава. Чем больше прилегающих суставов будет перекрыто, тем надежнее обеспечение фиксации пальца. При этом пальцевая база 1 может быть выполнена с возможностью ее расположения под пальцем или над пальцем. Размер пальцевой базы 1 может соответствовать размеру одного пальца, двух пальцев и более.
Фотоплетизмографическая манжета может быть расположена внутри пальцевого фиксатора 3 или рядом.
На пальцевой базе 1 может быть закреплен по меньшей мере один дополнительный пальцевый фиксатор 4, предназначенный для фиксации оставшейся части пальца/пальцев.
Длительное воздействие избыточного давления на палец может приводить к изменению состояния сосудов пальца, что увеличивает погрешность измерения артериального давления. Одним из способов устранения данного эффекта является измерение давления на двух пальцах. Для этого на пальцевой базе 1 может быть установлена дополнительная фотоплетизмографическая манжета с пальцевым фиксатором. В двухпальцевой манжете происходит периодическое переключение измерения между двумя пальцами, второй при этом отдыхает.Так достигается практически неограниченная длительность мониторирования.
Пальцевая база 1 может быть выполнена плоской (Фиг. 1) или объемной, например, в виде пластины, на которой может быть образован желоб 1.1 под палец (Фиг. 2), обеспечивающий центровку пальца и лучшее его удержание. Манжета может быть закреплена на пальцевой базе 1, например, с помощью клея, пальцевый фиксатор 3 и дополнительный пальцевый фиксатор 4 могут быть закреплены на пальцевой базе 1 с помощью клея и/или специальных прорезей в базе 1, через которые будет продета часть фиксатора 3. Пальцевая база 1 может быть изготовлена из пластика, дерева, металла и другого жесткого материала.
Пальцевый фиксатор 3 и дополнительный пальцевый фиксатор 4 могут быть выполнены жесткими, например, в виде кольцевого захвата, или гибкими, с возможностью растяжения и сжатия, например, в виде ремня, ленты и др., и могут быть снабжены регулируемой застежкой, например, липучкой и др.
Внутри или на поверхности пальцевой базы 1 может быть установлен датчик 5 уровня, который осуществляет коррекцию показаний артериального давления по положению манжеты относительно уровня сердца и представляет собой, например, датчик давления, к которому присоединена гибкая трубка (на чертеже не показано), заполненная жидкостью, например, водой. Противоположный от датчика давления конец трубки (свободный) располагается на уровне сердца, тем самым определяя разность уровней сердечной мышцы и места измерения давления на пальце.
Пример измерения давления.
Для измерения давления заявляемое устройство подходящего размера надевается на палец руки, например, средний, манжета располагается максимально близко к кисти руки. Соседние фаланги фиксируются (притягиваются) к пальцевой базе 1 с помощью пальцевых фиксаторов 3 и 4, ограничивая при этом подвижность пальца в суставах. Через воздушную трубку 2.3 и электрические провода 2.4 манжета подсоединяется к электронно-пневматическому блоку 6. Свободный конец трубки датчика 5 уровня пальцев помещается на уровень сердца. Включается электронно-пневматический блок 6. По команде "пуск" электронно-пневматический блок 6 по заданному алгоритму изменяет давление в манжете и, контролируя фотоплетизмографический сигнал, реализует алгоритм «разгруженной артерии» [1, 2]. А именно, осуществляет отслеживание за постоянством кровенаполнения сосудов пальца по сигналу обратной связи в цепи фотоприемника, расположенного на этом пальце. Одновременно непрерывно регистрируется давление в манжете, которое повторяет артериальное давление в пальцевых сосудах.
После завершения работы электронно-пневматический блок 6 автоматически выключается, давление в манжете стравливается.
В случае двухпальцевой манжеты алгоритм управления может предусматривать возможность чередования измерения давления на разных пальцах. Список использованных источников
1.  J. Patentova Listina, CISLO 133 205. - 1969
2. Penaz. Automatic noninvasive blood pressure monitor. US 4869261. Приор. 27.03.1987. Опубл. 26.09.1989.
3. Inflatable finger cuff. US 4726382 и EP 0260807 заявка EP 19870307192 от 14.09.1987, опубл. 23.03.1988.
4. Inflatable finger cuff for use in non-invasive monitoring of instantaneous blood pressure. Europ. pat. application №0537383; Application number: 91202676.2; Date of filing: 15.10.91; Applicant: Nederlandse organisatie TNO. 21.04.93 Bulletin 93/16.
5. Inflatable finger cuff. US 4726382. Приор. 23.02.1988.
6. Dual-finger vital signs monitor. US 5152296. Опубл. 6.10.1992
7. Disposable and detachable sensor for continuous non-invasive arterial blood pressure monitoring. US 8798703. Опубл. 5.9.2014