Устройство для определения показателя эластичности артериальных сосудов

Устройство относится к медицине, а именно к устройствам определения гемодинамических параметров артериальных сосудов.
Известно устройство и способ для измерения гемодинамических параметров, состоящее из датчика давления, детектора сигнала, измерительного усилителя, фильтра нижних частот, аналого-цифрового преобразователя и контроллера (1).
Недостатком данного устройства является низкая точность определения диагностического показателя, обусловленная использованием датчиков, погрешность которых сильно зависит от расположения чувствительного элемента датчика относительно артериального сосуда.
Известно устройство и способ для неинвазивного выявления медицинских состояний за счет текущего контроля периферического артериального тонуса (2). Устройство включает датчик для измерения давления с манжетой, нагревательный элемент для нагрева поверхности лоцируемого участка тела и процессор для обработки измеренных сигналов.
Недостатком устройства является невысокая достоверность проведенных исследования в виду низкой точности измерений и зависимости измерений от изменения артериального давления пациента.
Известно устройство для неинвазивного определения функции эндотелия (3), включающее инфракрасный диод, фотоприемник, преобразователь ток-напряжение, усилитель напряжения, фильтр верхних частот, аналого-цифровой преобразователь, компрессор, датчик давления, микроконтроллер. Устройство также включает в себя сенсорный и электронный блоки, при этом сенсорный блок включает в себя канал регистрации пульсовых кривых с периферических артерий и канал давления. Электронный блок определяет давление в манжете, соответствующее максимальной амплитуде плетизмографического сигнала до и после проведения пробы с активной гиперемией и определяет на основе этих данных диагностический показатель функции эндотелия.
Недостатком устройства является низкая точность определения диагностического показателя функции эндотелия, обусловленная погрешностью определения амплитуды плетизмографического сигнала.
Известно устройство для определения показателя эластичности артериальных сосудов (4), включающее инфракрасный диод, фотоприемник, преобразователь ток-напряжение, усилитель напряжения, фильтр верхних частот, электроды ЭКГ, усилитель ЭКГ сигнала, селектор R зубца, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, два Фурье процессора, блок вычитания.
Недостатком устройства является отсутствие функциональных возможностей для одновременного определения показателей эластичности периферических артериальных сосудов верхних и нижних конечностей человека, а также невозможность использования данного устройства в режиме беспроводного дистанционного мониторинга, что приводит к снижению эффективности использования устройства в кардиологической диагностике и делает невозможным его использование в условиях сеансов гравитационной терапии. Данное устройство взято нами за прототип.
В основу полезной модели поставлена задача - разработать устройство для определения показателей эластичности, позволяющее проводить непосредственную оценку функционального состояния периферических артериальных сосудов как верхних, так и нижних конечностей в режиме беспроводной передачи данных.
Поставленная задача достигается за счет того, что инфракрасный диод, фотоприемник, преобразователь ток-напряжение, усилитель напряжения и фильтр верхних частот объединены в первый канал регистрации фотоплетизмограммы, в устройство дополнительно введены второй канал регистрации фотоплетизмограммы, аналогичный первому, первый и второй блоки измерения артериального давления, блок беспроводной передачи данных, при этом инфракрасные диоды первого и второго каналов регистрации фотоплетизмограммы подключены к первому и второму выходам микроконтроллера, выходы первого и второго каналов регистрации фотоплетизмограммы соответствуют выходам первого и второго фильтров верхних частот и подключены к первому и второму входам аналого-цифрового преобразователя соответственно, выходы первого и второго блоков измерения артериального давления подключены соответственно к первому и второму входам микроконтроллера, выход селектора R-зубца подключен к третьему входу аналого-цифрового преобразователя, третий и четвертый выходы микроконтроллера подключены к входам первого и второго Фурье процессоров, пятый выход микроконтроллера подключен к входу блока беспроводной передачи данных.
Техническим результатом разработки является обеспечение возможности проведения беспроводного мониторингового исследования параметров гемодинамики артериальных сосудов верхних и нижних конечностей.
Полезная модель поясняется графическим материалом. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства.
Устройство для определения показателя эластичности артериальных сосудов содержит следующие блоки: инфракрасные диоды 1, 2, фотоприемники 3, 4, преобразователи ток-напряжение 5, 6, электроды ЭКГ 7, усилители напряжения 8, 9, усилитель ЭКГ 10, фильтры верхних частот 11, 12, селектор R зубца 13, аналого-цифровой преобразователь 14, первый блок измерения артериального давления 15, второй блок измерения артериального давления 16, микроконтроллер 17, первый Фурье процессор 18, второй Фурье процессор 19, блок беспроводной передачи данных 20, блок вычитания 21.
Устройство работает следующим образом.
Инфракрасные диоды 1, 2 управляются импульсами тока, формируемыми на первом и втором выходах микроконтроллера 17, излучение с инфракрасных диодов 1, 2 поступает на участки верхней и нижней конечностей, содержащие артериальные сосуды. Прошедшее сквозь биологические ткани излучение поступает на фотоприемники 3, 4. Фотоприемники 3, 4 преобразуют ослабленное биологическими тканями излучение в фототоки, которые далее преобразуются в напряжения с помощью преобразователей ток - напряжение 5, 6, полученное напряжение поступает на усилители напряжения 8, 9, с выходов которых усиленные сигналы поступают на фильтры верхних частот 11, 12 для выделения составляющих артериальной пульсации верхней и нижней конечностей. Затем с выходов фильтров верхних частот 11, 12 сигналы артериальной пульсации поступают на первый и второй входы аналого-цифрового преобразователя 14, где происходит их оцифровка.
ЭКГ сигнал посредством системы электродов 7 поступает на вход усилителя ЭКГ сигнала 10, в котором происходит усиление и фильтрация сигнала, далее сигнал поступает на вход селектора R-зубца 13, где происходит формирование импульсного сигнала, передний фронт которого определяет временное положение R-зубца, далее этот сигнал поступает на третий вход аналого-цифрового преобразователя 14, где происходит его оцифровка.
Данные с выхода аналого-цифрового преобразователя 14 поступают на микроконтроллер 17, где происходит формирование последовательности R-R интервалов и межпульсовых интервалов верхней и нижней конечностей. Массив R-R интервалов поступает на первый Фурье процессор, осуществляющий процедуру быстрого преобразования Фурье и формирующий значение общей спектральной мощности ряда R-R интервалов в интервале частот 0-0,5 Гц, а массивы межпульсовых интервалов исследуемых сосудов попеременно поступают на второй Фурье процессор, осуществляющий процедуру быстрого преобразования Фурье и формирующий значение общей спектральной мощности рядов межпульсовых интервалов в интервале частот 0-0,5 Гц.
Блок вычитания 21 попеременно вычисляет диагностический показатель эластичности исследуемых артериальных сосудов, как разность между значением общей спектральной мощности межпульсовых интервалов соответствующего участка биологической ткани и общей спектральной мощности ряда R-R интервалов. На выходах блоков измерения артериального давления 15, 16 формируются сигналы, соответствующие систолическому и диастолическому артериальным давлениям в верхней и нижней конечностях.
С выхода блоков измерения артериального давления 15, 16 сигнал поступает на первый и второй входы микроконтроллера 17 для дальнейшего вычисления гемодинамических показателей (среднее артериальное давление, пульсовое артериальное давление, лодыжечно-плечевой индекс). С выхода микроконтроллера данные о показателе эластичности артериальных сосудов поступают на блок беспроводной передачи данных 20.
Введение новых элементов и их взаимосвязь позволяет увеличить точность и достоверность определяемого диагностического показателя эластичности артериальных сосудов. Наличие двух каналов регистрации позволяет регистрировать фотоплетизмограммы верхней и нижней конечностей с целью более достоверной оценки эластичности артериальных сосудов. Селектор R-зубца определяет временное положение R-зубца ЭКГ сигнала, относительно которого посредством микроконтроллера рассчитывается временная задержка между максимумами пульсовых волн верхней и нижней конечностей.
Первый Фурье процессор определяет общую спектральную мощность вариабельности R-R интервалов, которая оценивает исключительно состояние регуляции сердечного ритма. Второй Фурье процессор определяет спектральную мощность вариабельности межпульсовых интервалов, которая содержит диагностическую информацию о состоянии эластичности артериальных сосудов верхней и нижней конечностей и о состоянии регуляции сердечного ритма.
Введение блока вычитания обеспечивает возможность более достоверного определения показателя эластичности артериальных сосудов верхней и нижней конечностей, как разность между значением общей спектральной мощности ряда R-R интервалов и общей спектральной мощности межпульсовых интервалов соответствующей конечности.
Введение блоков измерения артериального давления позволяет определять параметры гемодинамики сосудов верхней и нижней конечностей, такие, как систолическое, диастолическое, среднее, пульсовое артериальное давление, а также лодыжечно-плечевой индекс. Наличие блока беспроводной передачи данных обеспечит возможность процедуры удаленного определения показателей эластичности артериальных сосудов, что существенно расширяет функциональные возможности устройства.
Применение устройства иллюстрируется клиническими примерами.
Клинический пример №1. Пациент Е., 21 год, рост 174 см, вес 89 кг. Была выполнена регистрация ЭКГ сигнала, а также фотоплетизмограммы сосудов верхних и нижних конечностей с помощью предложенного устройства во время выполнения сеанса гравитационной терапии. Зарегистрированные сигналы приведены на рис. 1 Приложения. Полученные значения показателей эластичности, вычисляемые как разности спектральных мощностей кардиоинтервалов и межпульсовых интервалов сосудов верхних и нижних конечностей, составили 106 и 127 соответственно.
Клинический пример №2. Пациент А., 75 лет, рост 170 см, вес 80 кг. Была выполнена регистрация ЭКГ сигнала, а также фотоплетизмограммы сосудов верхних и нижних конечностей с помощью предложенного устройства во время выполнения сеанса гравитационной терапии. Зарегистрированные сигналы приведены на рис. 2 Приложения. Полученные значения показателей эластичности, вычисляемые как разности спектральных мощностей кардиоинтервалов и межпульсовых интервалов сосудов верхних и нижних конечностей, составили 79 и 93 соответственно.
Очевидным преимуществом использования данного устройства является возможность постоянного беспроводного мониторирования пациентов, что позволяет избежать развития гипертонического криза и приступов стенокардии во время сеанса гравитационной терапии. Также одним из преимуществ можно считать возможность дальнейшей индивидуализации режимов гравитационных перегрузок у пациентов с различными видами ишемических нарушений нижних конечностей, что достигается путем постоянного мониторирования фотоплетизмограммы и позволяет избежать превышения санирующего градиента гравитационных перегрузок.
Устройство может найти применение в функциональной диагностике для определения параметров гемодинамики с целью прогнозирования ранней предрасположенности к сердечно-сосудистым заболеваниям.
Устройство может применяться в стационарах и амбулаторных медицинских учреждениях.
Источники литературы
1. Патент RU 2338458, А61В 5/022 опубликовано 27.08.2006.
2. Патент RU 2220653, А61В 5/02 опубликовано 10.01.2001.
3. Патент RU 2309668, А61В 5/0295 опубликовано 10.11.2007.
4. Патент RU 2469641, А61В 5/02, опубликовано 20.12.2012.