УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ПОДАТЛИВОСТИ АРТЕРИАЛЬНЫХ СОСУДОВ

Устройство относится к медицинской диагностической технике, а именно к устройствам регистрации артериальной пульсации крови на основе метода фотоплетизмографии. Данное устройство может найти применение в кардиологических системах для скрининг-диагностики атеросклероза, оценки податливости периферических артериальных сосудов, измерения частоты сердечных сокращений.
Регистрация и обработка периферических артериальных пульсаций крови находит широкое применение в инструментальных системах кардиологической диагностики для мониторинга частоты сердечных сокращений и не-инвазивного исследования функционального состояния артериального русла человека. Одним из наиболее клинически эффективных и универсальных методов регистрации артериальной пульсации крови является пальцевая фотоплетизмография, позволяющая помимо измерения частоты сердечных сокращений, неинвазивно оценивать эластичность и податливость артериальных сосудов, например, на основе контурного анализа артериальных пульсаций крови. Предлагаемое устройство позволяет неинвазивно оценивать податливость артериальных сосудов человека на основе определения величины относительного изменения размаха пальцевой артериальной пульсации крови во время проведения компрессионной пробы.
Известно устройство для фотоплетизмографии (фотоплетизмограф) (Патент RU 2354290, А61В 5/0295, А61В 5/1455 опубликовано 10.05.2009), включающее генератор импульсов, источник света, синхронный селективный усилитель, фильтр нижних частот, фотоприемник, синхронный демодулятор, полосовой фильтр, управляемый преобразователь напряжение/ток и распределитель импульсов.
Недостатком известного устройства является невозможность оценки податливости периферических артериальных сосудов в силу отсутствия дополнительных специализированных блоков реализации компрессионной пробы и обработки биосигнала артериальной пульсации крови.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для регистрации артериальной пульсации крови (Патент RU 2536282, А61В 5/0295, А61В 5/1455 опубликовано 20.12.2014), включающее генератор импульсов, источник света, фотоприемник, преобразователь ток/напряжение, усилитель переменного напряжения, синхронный демодулятор, полосовой фильтр, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, блок вычитания, адаптивный фильтр, акселерометр.
Недостатком известного устройства является отсутствие функциональных возможностей по оценке податливости периферических артериальных сосудов, что приводит к снижению эффективности использования устройства в кардиологической диагностике.
В основу полезной модели поставлена задача - разработать устройство для оценки податливости артериальных сосудов на основе определения относительного изменения размаха пальцевой артериальной пульсации крови во время проведения компрессионной пробы.
Техническим результатом разработки является повышение эффективности диагностики состояния артериальных сосудов человека и расширение функциональных возможностей устройств регистрации периферических артериальных пульсаций крови.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройство для оценки податливости артериальных сосудов, содержащее генератор импульсов, источник света, фотоприемник, преобразователь ток/напряжение, усилитель переменного напряжения, синхронный демодулятор, полосовой фильтр, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, согласно полезной модели, в устройство дополнительно введены, пальцевая компрессионная манжета, компрессор, клапан декомпрессии, датчик давления, причем первый выход микроконтроллера подключен к входу управления клапаном декомпрессии, второй выход микроконтроллера подключен к входу управления компрессором, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к первому входу микроконтроллера, а датчик давления подключен ко второму входу микроконтроллера.
Благодаря описанным выше изменениям и дополнениям становится возможным реализовать неинвазивную оценку податливости артериальных сосудов человека на основе вычисления относительного изменения размаха пальцевой артериальной пульсации крови во время проведения компрессионной пробы:
P=0
P=Pm
где: С - коэффициент неинвазивной оценки податливости артериальных сосудов человека, V - размах артериальной пульсации крови при нулевом давлении в компрессионной манжете, V - размах артериальной пульсации крови при величине давления в компрессионной манжете Р, равной среднему артериальному давлению крови в сосуде (Рm).
Размах артериальной пульсации крови вычисляется микроконтроллером на основе встроенных алгоритмов цифровой обработки регистрируемых биосигналов. Среднее артериальное давление крови определяется на основе анализа изменения амплитуды артериальной пульсации крови во время плавной компрессии как давление в компрессионной манжете, соответствующее максимальной амплитуде регистрируемой артериальной пульсации крови.
Полезная модель поясняется чертежами, где на чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства для оценки податливости артериальных сосудов.
Устройство для оценки податливости артериальных сосудов содержит следующие блоки: генератор импульсов 1, источник света 2 и фотоприемник 3, выполненные в виде фотоплетизмографического датчика, встроенного в компрессионную пальцевую манжету 4, располагающуюся на фаланге указательного пальца руки обследуемого, преобразователь ток/напряжение 5, усилитель переменного напряжения 6, синхронный демодулятор 7, полосовой фильтр 8, аналого-цифровой преобразователь 9, микроконтроллер 10, клапан декомпрессии 11, компрессор 12, датчик давления 13.
В схеме источник света 2, представляющий собой инфракрасный светодиод, управляется импульсами тока, формируемыми в генераторе импульсов 1, излучение с источника света 2 попадает на участок биологической ткани, содержащей артериальный сосуд. Излучение, прошедшее сквозь биологические ткани, поступает на фотоприемник 3, выход фотоприемника 3 подключен к входу преобразователя ток-напряжение 5, выход преобразователя ток-напряжение 5 подключен к входу усилителя переменного напряжения 6, выход усилителя переменного напряжения 6 подключен к входу синхронного демодулятора 7, выход синхронного демодулятора 7 подключен к входу полосового фильтра 8, выход полосового фильтра 8 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 9, выход аналого-цифрового преобразователя 9 подключен к первому входу микроконтроллера 10, первый выход микроконтроллера 10 подключен к входу управления клапаном декомпрессии 11, второй выход микроконтроллера 10 подключен к входу управления компрессором 12, датчик давления 13 подключен к второму входу микроконтроллера 10. Воздушная магистраль устройства связывает компрессионную пальцевую манжету 4 с клапаном декомпрессии 11, компрессором 12 и датчиком давления 13.
Устройство работает следующим образом.
P=0
Источник света 2 управляется прямоугольными импульсами тока, формируемыми в генераторе импульсов 1, излучение с источника света 2 попадает на участок биологической ткани, содержащей артериальный сосуд. Прошедшее сквозь биологические ткани излучение поступает на фотоприемник 3. Фотоприемник 3 преобразует ослабленное биологическими тканями излучение в фототок, который далее преобразуется в напряжение с помощью преобразователя ток/напряжение 5, полученное напряжение поступает на усилитель переменного напряжения 6, с выхода которого усиленный сигнал поступает на вход синхронного демодулятора 7, где происходит выделение огибающей сигнала артериальной пульсации крови, с выхода синхронного демодулятора 7 сигнал поступает на полосовой фильтр 8 для выделения переменной составляющей артериальной пульсации крови, а также для фильтрации присутствующих шумов и помех. Затем переменный сигнал артериальной пульсации крови поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 9, где происходит квантование и дискретизация регистрируемого биосигнала. Данные с выхода аналого-цифрового преобразователя 9 поступают на первый вход микроконтроллера 10, где происходит вычисление размаха артериальной пульсации крови V при нулевом давлении в компрессионной пальцевой манжете 4.
P=Pm
Далее осуществляется плавная компрессия пальцевой манжеты 4, посредством подачи импульса со второго выхода микроконтроллера 10 на вход управления компрессором 12, при этом происходит непрерывное измерение микроконтроллером 10 амплитуды регистрируемой артериальной пульсации крови и измерение величины давления в компрессионной пальцевой манжете 4 с помощью датчика давления 13. Среднее артериальное давление крови Рm определяется на основе анализа изменения амплитуды артериальной пульсации крови во время плавной компрессии, как измеренное датчиком 13 давление в компрессионной манжете 4, соответствующее максимальной амплитуде регистрируемой артериальной пульсации крови. В момент равенства величины среднего артериального давления крови в сосуде Рm и давления Р в компрессионной манжете 4 происходит измерение микроконтроллером 10 величины размаха артериальной пульсации крови V. Далее в микроконтроллере 10 вычисляется коэффициент неинвазивной оценки податливости артериальных сосудов человека С, согласно следующей формуле:
,
P=0
P=Pm
где С - коэффициент неинвазивной оценки податливости артериальных сосудов человека, V - размах артериальной пульсации крови, определенный до компрессии при нулевом давлении в компрессионной манжете 4 (Р=0), V - размах артериальной пульсации крови при величине давления Р в компрессионной манжете 4 равной среднему артериальному давлению крови в сосуде (Рm).
После вычисления коэффициента неинвазивной оценки податливости артериальных сосудов человека с первого выхода микроконтроллера 10 подается импульс на вход управления клапаном декомпрессии 11 для стравливания воздуха из пальцевой компрессионной манжеты 4.
Коэффициент неинвазивной оценки податливости артериальных сосудов человека может быть использован для скрининг-диагностики атеросклероза и оценки биологического возраста артериальных сосудов человека.
Введение новых элементов (пальцевая компрессионная манжета, клапан декомпрессии, компрессор и датчик давления) и их взаимосвязь позволяют определить коэффициент неинвазивной оценки податливости артериальных сосудов на основе вычисления относительного изменения размаха пальцевой артериальной пульсации крови во время проведения компрессионной пробы.