ЭЛЕКТРОННЫЙ ТОНОМЕТР
ELECTRONIC TONOMETER

Настоящее изобретение относится к устройствам для измерения кровяного давления, а более конкретно к устройству для неинвазивного измерения кровяного давления и способу его измерения.
Кровяное давление является одним из основных медицинских показателей людей. Для оценки значений артериального давления (АД) предназначены различного вида тонометры. К любому измерительному средству предъявляются требования по точности, а именно погрешности, представляющей собой разницу между измеряемым значением физической величины и ее истинным значением. Прежде всего требование по точности предъявляются к приборам при определении стадии гипертензии. В соответствии с Рекомендациями ЕОАГ - EOT 2003 и 2007, (Национальные рекомендации по профилактике и лечению артериальной гипертензии, второй пересмотр, 2004) границы различных стадий гипертензии определяются диапазоном значений для систалического давления ±10 мм рт.ст., для диастолического - ±5 мм.рт.ст. соответственно.
Поскольку измерительное средство для достоверного контроля должно быть на порядок точнее измеряемого диапазона границы гипертензии, то получается, что для оценки систолического давления погрешность измерительного средства должна быть не более ±1,0 мм рт.ст., а для диастолического - ±0,5 мм рт.ст.
Согласно приказу Минздрава РФ от 24.01.2003 г. №4, основным методом измерения артериального давления является метод Н.С. Короткова - механический стрелочный тонометр с фонендоскопом. При условии соблюдения всех правил реализации методики измерения, выполняемой опытными экспертами, погрешность метода составляет 7-8%, т.е. практически на порядок ниже требуемой точности.
Существенное увеличение погрешности может происходить при наличии случайных погрешностей, таких как неравномерность сердцебиения, ослабленный кровоток в ряде анатомических особенностей, ослабление или исчезновение тонов после прослушивания первых двух-трех отчетливых тонов, ошибка, вызванная реакцией восприятия показаний манометра, повышенная ригидность крупных артерий, препятствующая восстановлению их сечения при компрессии, острота слуха, опыт и квалификация пользователя. Дополнительную погрешность может вносить процесс механической установки значения скорости декомпрессии, смещенное позиционирование фонендоскопа относительно артерии, несоответствие окружности руки размерам манжеты, неправильное положение руки пациента, наличие внешнего шума. В результате случайная составляющая метода может иметь погрешность до 10-15%.
Наиболее востребованными для измерения артериального давления в домашних условиях являются тонометры осцилляторного типа, осуществляющие измерение в автоматическом режиме с цифровым и звуковым представлением информации. Реальная погрешность приборов данного класса существенно выше погрешности механических тонометров, реализующих метод Короткова. По различным оценкам она может составлять 25-30% Согласно ГОСТ Р 50267.30 систематическая составляющая погрешности приборов данного класса должна лежать в пределах ±5 мм рт.ст., а случайная ±8 мм рт.ст.
Известно техническое решение по патенту 2546918 «УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕИНВАЗИВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ КРОВЯНОГО ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ИЗМЕРЕНИЯ», заявка 2013107062/14 от 17.05.2011, опубликовано 20.09.2014. Устройство содержит модуль управления, содержащий микропроцессор, соединенный с датчиком давления воздуха, пережимную манжету, соединенную с датчиком давления воздуха и представляющую собой газонаполненную манжету с газовой трубкой, и датчик пульсовой волны, соединенный с модулем управления. Датчик пульсовой волны фиксирован в положении ниже пережимной манжеты согласно направлению тока артериальной крови. Микропроцессор выполнен с возможностью рассмотрения в реальном времени множества амплитуд пульсовой волны, выявленных датчиком пульсовой волны во время медленного повышения от нуля, и соответствующего давления в пережимной манжете для определения систолического давления, основанного на амплитудах пульсовой волны вблизи систолического давления, показывая в основном линейную вариацию амплитуды пульсовой волны вблизи систолического давления относительно изменения давления пережимной манжеты. Микропроцессор выполнен с возможностью выполнения обработки в реальном времени нескольких периодов задержки пульса, представляющих собой периоды задержки пульса между пульсовыми волнами и соответствующими сигналами давления переменного тока во время периодов переменной задержки пульса до периодов постоянной задержки пульса, и соответствующих давлений пережимной манжеты для определения диастолического давления, основанного на временной характеристике периодов задержки пульса между пульсовой волной и соответствующими сигналами давления воздуха переменного тока вблизи диастолического давления.
Недостатками устройства является то, что датчик давления пульсовой волны не может измерять значение давления пульсовой волны. Он фиксирует наличие или отсутствие пульса, его амплитуда не пропорциональна значениям давления крови в артерии. Поэтому значения амплитуды сигнала не могут быть приняты в качестве параметра, характеризующего давление. Использование алгоритмического метода нахождения точек, соответствующих систолическому и диастолическому давлению на основе аппроксимирующей прямой трех точек амплитуды датчика пульсаций, приводит к существенным погрешностям, вызванным высокой погрешностью оценки значений систолического и диастолического давлений, связанных с использованием математических выражений для их вычисления и высокой погрешностью оценки амплитуд пульсовой волны H1, Н2, Н3. Высокая погрешность в оценке амплитуд осцилляций, связана с малыми значениями изменения давления в манжете при прохождении пульсовой волны (максимальная амплитуда осцилляций составляет 1-2 мм рт.ст.). Например, при давлении в манжете 150 мм рт.ст. осцилляции составляют 1,5 мм рт.ст., то есть 1% от значения давления в манжете. При погрешности оценки давления в манжете ±3 мм рт.ст. (техническая характеристика тонометров осцилляторного типа), погрешность оценки амплитуды осцилляций составляет 200%. Любые изменения давления в манжете, вызванные артефактами (шум, механическое движение, перемещение) приводит к изменению амплитуды и ее дрейфу. При этом линеаризация трех значений H1, Н2, Н3 дает существенную погрешность в оценке параметров аппроксимаций кривой.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является патент на изобретение 104437 «Электронный тонометр Геращенко», заявка 201101231/14 от 17.01.2011, Опубликовано 20.05.2011.
Электронный тонометр содержит компрессионную манжету, датчик давления, блоки регистрации и индикации, источник давления пульса, блок управления источника давления, дифференциальный усилитель, второй датчик давления, второй блок управления источника давления, при этом компрессионная манжета выполнена двухкамерной, а в качестве рабочего тела введена жидкость, причем датчики давления входами связаны с первой и второй камерами компрессионной манжеты и выходами блоков управления источника давления соответственно, а выходами - с дифференциальным усилителем, выход которого соединен с входом блока регистрации, который в свою очередь связан с блоком индикации, при этом источник давления пульса содержит резервуар с заданным объемом жидкости и грушу для подачи давления.
Недостатками устройства являются низкая точность, обусловленная изменениями амплитуды пульсаций в процессе декомпрессии, существенным влиянием давления первой камеры компрессионной гидроманжеты, расположенной в верхней части руки в зоне артерии на амплитуду осцилляций второй камеры компрессионной гидроманжеты, расположенной в нижней зоне руки. Это приводит к появлению разностного сигнала на выходе дифференциального усилителя (6), что приводит к искажению функции момента наступления систолического и диастолического давлений.
Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения систолического и диастолического давлений.
Поставленная цель достигается тем, что в электронный тонометр, содержащий двухкамерную компрессионную гидроманжету, два датчика давления, блоки регистрации и индикации, источник давления, содержащий резервуар с заданным объемом жидкости и устройство для подачи жидкости в камеры компрессионной гидроманжеты, первый и второй блоки управления источника давления, причем датчики давления входами связаны с первой и второй камерами компрессионной гидроманжеты и с выходами блоков управления источника давления соответственно, источник давления связан с первым и вторым блоками управления источника давления, которые связаны с первой и второй камерами компрессионной гидроманжеты соответственно, выход блока регистрации связан с входом блока индикации, согласно изобретению в него дополнительно введен анализатор амплитуды осцилляций второй камеры компрессионной гидроманжеты, при этом выход датчика давления первой камеры компрессионной гидроманжеты связан с входом блока регистрации, выход датчика давления второй камеры компрессионной гидроманжеты связан с входом анализатора амплитуды осцилляций второй камеры компрессионной гидроманжеты, выход которого соединен с входами источника пульса, второго блока управления источника давления и блока регистрации.
Введение анализатора амплитуды осцилляций нижней камеры гидроманжеты обеспечивает прекращение подачи давления в нижнюю манжету при достижении максимальной амплитуды осцилляций.
На фиг. 1 представлена блок схема тонометра.
На фиг. 2 представлен график изменения давления во второй (нижней) и первой (верхней) камерах компрессионной гидроманжеты при компрессии и декомпрессии, где появление первой пульсации во второй (нижней) камере компрессионной гидроманжеты определяет значение систолического давления по значению давления в первой (верхней) камере гидроманжеты, что соответствует моменту выравнивания давления в первой (верхней) камере компрессионной гидроманжеты и систолического давления значения артериального давления (120 мм рт.ст). Это соответствует началу прохождения крови по артерии ниже первой (верхней) камеры компрессионной гидроманжеты (точка А на фиг. 3) Точка Б на фиг. 3 соответствует максимальной амплитуде осцилляций во второй (нижней) камере компрессионной гидроманжеты и соответствующего значения давления в первой (верхней) камере компрессионной гидроманжеты, соответствующего диастолическому давлению (81 мм рт.ст.)
Тонометр включает в себя двухкамерную (1) и (2) компрессионную гидроманжету, первый (3) и второй (4) датчики давления, источник давления (5), содержащий резервуар с заданным объемом жидкости и устройство для подачи жидкости в камеры гидроманжеты, анализатор давления (6) амплитуды осцилляций второй (нижней) камеры гидроманжеты, блоки регистрации (7) и индикации (8), первый и второй (9, 10) блоки управления источника давления (5). Датчики (3, 4) давления входами связаны с первой (1) и второй (2) камерами компрессионной гидроманжеты и с выходами блоков управления (9, 10) источника давления (5). Выход источника давления (5) связан с первым (9) и вторым (10) блоками управления источника давления (5), которые связаны с первой (1) и второй (2) камерами компрессионной гидроманжеты. Выход датчика давления (3) первой камеры (1) компрессионной гидроманжеты связан с входом блока регистрации (7), выход датчика давления второй камеры (2) компрессионной гидроманжеты связан с входом анализатора амплитуды осцилляций (6) второй (2) (нижней) камеры компрессионной гидроманжеты, выход которого соединен с входами второго блока управления (10) источника давления (5) и блока регистрации (7).
Источник давления (5) содержит резервуар с заданным объемом жидкости и устройство подачи жидкости в камеры компрессионной гидроманжеты.
Двухкамерная компрессионная гидроманжета перед началом измерения устанавливается на руке пациента таким образом, что первая камера (1) устанавливается выше, чем вторая (2) по току крови.
Далее осуществляется подача давления. Жидкость из источника давления (5) через блок управления (10) поступает в камеру (2). В ней создается избыточное давление, при этом в ней начинает формироваться пульсация давления, вызванная прохождением пульсовой волны.
Анализатор амплитуды (6) осцилляций второй (2) (нижней) камеры компрессионной гидроманжеты осуществляет оценку значений амплитуд осцилляций и нахождение точки, соответствующей максимальной амплитуде осцилляций. Эта амплитуда соответствует срединному значению давления. После нахождения значения амплитуды осцилляций анализатор амплитуд (6) подает команду в блок управления (10) на прекращение подачи жидкости в нижнюю камеру (2) компрессионной гидроманжеты. Это значение во второй (нижней) камере компрессионной гидроманжеты сохраняется до окончания измерения. Далее жидкость через блок управления (9) начинает поступать в первую камеру (1) компрессионной гидроманжеты. Подача жидкости производится до уровня достижения давления, заведомо превышающего значение систолического давления у пациента. После чего жидкость из первой камеры (1) компрессионной гидроманжеты через блок управления (9) перекачивается в источник давления (5). Начинается процесс декомпрессии давления. В момент появления пульсаций во второй (нижней) камере (2) компрессионной гидроманжеты (фиг. 3) датчиком давления (3) фиксируется значение давления в первой (верхней) камере (1) компрессионной гидроманжеты, которое передается в блок регистрации (7) и далее на блок индикации (8).
Это позволяет фиксировать момент выравнивания давления в верхней манжете с систолическим и позволяет получить высокую точность измерения. Равномерное снижение давления в верхней манжете приводит к равномерному увеличению амплитуды пульсаций в нижней манжете. Прекращение роста амплитуды наступает в момент выравнивания диастолического давления с давлением в первой (верхней) камере компрессионной гидроманжеты (артерия полностью открывается). Это создает условие максимального потока крови через нее, что характеризует максимальную амплитуду осцилляций. Далее анализатор амплитуды (6) фиксирует прекращение роста амплитуды осцилляций и подает команду на запись значений давления манжеты (1) из блока регистрации (7) на блок индикации (8).
Заявляемое техническое решение позволяет фиксировать:
- моменты выравнивания давлений в первой (верхней) камере гидроманжеты с систолическим значением артериального давления при прохождении пульсовой волны под первой (верхней) камерой гидроманжеты и определять значение систолического давления по величине давления в первой (верхней) камере гидроманжеты в этот момент;
- момент формирования максимальной амплитуды осцилляций во второй (нижней) камере компрессионной гидроманжеты, соответствующей значению диастолического давления, равного значению давления в этот момент в первой (верхней) камере компрессионной гидроманжеты.
Существенное значение амплитуды осцилляций (30-40%) от вариаций давления крови в артерии существенно снижает влияние дестабилизирующих факторов, характеризующих искажение формы осцилляций. (Согласно фиг. 3 величина осцилляций во второй (нижней) камере компрессионной гидроманжеты лежит в пределах 121-109 мм рт.ст. При этом амплитуда осцилляций равна 13 мм рт.ст., что составляет 36% от вариации давления.).
Это позволяет создавать прецизионные системы измерения артериального давления с погрешностью менее 1%, что на порядок ниже погрешности метода Короткова (8%) и в 20-30 раз меньше по сравнению тонометрами осцилляторного типа, погрешность которых составляет 20-30%.