РАДИОКАНАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к подклассу медицинских приборов, предназначенных для диагностики заболеваний и контроля эффективности лечения, в частности, к приборам для измерения артериального - систолического и диастолического - давления, в которых используется беспроводной интерфейс для передачи результатов измерений на другие устройства.
Известно устройство для измерения артериального давления с помощью манжеты, надеваемой на руку пользователя (сфигмоманометр), которое содержит монитор артериального давления, связанный с помощью интерфейса RS-232 с устройством автоматической обработки и отображения результатов измерений. Указанное устройство содержит модуль беспроводной передачи данных во внешние устройства обработки и отображения результатов измерений, например, на маршрутизатор, на накопитель информации или в компьютерную сеть. Монитор артериального давления содержит автономный блок питания, к которому подключен насос, а также датчик давления, блок памяти, модуль передачи данных и блок управления (на базе микроконтроллера), связанный с вышеупомянутыми насосом, датчиком давления, блоком памяти и модулем передачи данных, вторые вход и выход которого подключены к блоку памяти. В качестве устройства автоматической обработки и отображения результатов измерений могут быть использованы настольный персональный компьютер (ПК) или ноутбук (патентная заявка СА №2607728, А61В 5/00). К приборам этого типа относятся также устройства, описанные в патентных заявках US №2008/0033256, А61В 5/00 и WO №2007/089059, А61В 5/02.
Недостатком данных устройств является то, что для измерения и отображения результатов измерений артериального давления пользователю (пациенту) необходим персональный компьютер с монитором, что ограничивает возможную область применения данного устройства стационарными условиями.
Указанный недостаток устраняется в измерителе артериального давления, построенном на современных миниатюрных компонентах фирмы Freescale Semiconductor (статья М.Еременко и А.Савельева в журнале "Новости Электроники", №6, 2008). Указанный измеритель артериального давления представляет собой малогабаритный функциональный прибор, содержащий монитор артериального давления в виде воздушной (компрессионной) манжеты с электродвигателем воздушного насоса и клапаном, датчик давления, подключенный к воздушной манжете, выход которого через фильтр высокой частоты подключен к информационному входу первого микроконтроллера, а также блок управления, вход которого подключен к одному из выходов микроконтроллера, а выход - к управляющему входу электродвигателя воздушного насоса, жидкокристаллический дисплей, вход которого подключен к информационному выходу первого микроконтроллера, блок памяти, связанный с микроконтроллером, звуковой индикатор, вход которого через фильтр низких частот подключен к аудиовыходу микроконтроллера, связанного с приемопередатчиком, работающим в протоколах Bluetooth или Zigbee и предназначенным для связи с внешними устройствами обработки и отображения результатов измерений, например с ПК. Указанный измеритель артериального давления содержит автономный блок питания, выход которого соединен со входом питания первого микроконтроллера, который подключен через второй микроконтроллер к USB-модулю, предназначенному для передачи измеренных данных по кабелю в ПК с целью их последующего хранения, обработки и анализа.
Наличие в составе данного измерителя артериального давления жидкокристаллического дисплея, устанавливаемого на той же плате, на которой размещены другие компоненты устройства, позволяет использовать указанный измеритель артериального давления автономно (без привязки к ПК) в режиме мониторинга артериального давления в течение заданного периода времени, например в течение дня. При этом результаты измерения могут записываться
и храниться в блоке памяти и/или передаваться по радиоканалу во внешние устройства обработки и отображения результатов измерений.
Как отмечают авторы вышеупомянутой статьи, указанный измеритель артериального давления создан в виде демонстрационного образца, как пример малогабаритного медицинского прибора, способного к быстрой и гибкой адаптации для решения дополнительных задач и повышения функциональности.
Указанная идеология реализована и в серийной продукции - "Измерителе артериального давления электронном автоматическом ВАТ41-1" (Руководство по эксплуатации, ООО "ИКС-Техно", Киев, www.ics-tech.Kiev.ua).
Основными составными частями конструкции указанного измерителя артериального давления являются закрепляемая на плече пользователя компрессионная манжета и установленный на ней электронный блок. К компрессионной манжете присоединена двойная коаксиальная трубка, второй конец которой заканчивается штуцером для присоединения к электронному блоку. На верхней поверхности электронного блока расположена передняя панель с окном жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) с кнопками управления. Электронный блок закрепляется на ворсовочной поверхности компрессионной манжеты с помощью расположенной на его тыльной стороне крючковой ленты ("липучки") и может быть легко отделен от нее при необходимости замены элементов питания или присоединения к компрессионной манжете другого типоразмера. Внутри электронного блока расположены: плата с радиоэлектронными компонентами, микрокомпрессор для накачки воздуха в компрессионную манжету, электромагнитный клапан декомпрессии манжеты и элементы питания.
Описанное в вышеупомянутых статье и в руководстве по эксплуатации техническое решение выбрано в качестве ближайшего аналога предлагаемого радиоканального измерителя артериального давления.
Недостаток ближайшего аналога является следствием того, что, с одной стороны, для обеспечения высокой точности измерений артериального
давления необходимо, чтобы компрессионная манжета находилась на одном уровне с сердцем пользователя, то есть на его плече. С другой стороны, экран ЖКИ электронного блока в этом положении крайне неудобен для визуального восприятия человеком, измеряющим себе давление. Поэтому в ряде известных коммерческих моделей измерителей артериального давления компрессионную манжету с закрепленным на ней ЖКИ размещают на запястье руки пользователя. Однако в этом случае точность измерений артериального давления резко падает и такие измерители пригодны лишь для грубых измерений в быту.
Настоящая полезная модель направлена на устранение указанного выше недостатка ближайшего аналога.
Предметом полезной модели является радиоканальный измеритель артериального давления, состоящий из измерительного модуля и модуля предварительной обработки и отображения результатов измерений, при этом измерительный модуль содержит надеваемую на руку пользователя компрессионную манжету, компрессор и клапан, выполненные с возможностью накачки воздуха в компрессионную манжету и выпуска воздуха из компрессионной манжеты, а также подключенный к компрессионной манжете датчик давления, выход которого соединен с первым входом первого микроконтроллера с памятью, второй вход и первый выход которого соединены с первым модулем радиосвязи, а второй и третий выходы подключены к управляющим входам, соответственно, компрессора и клапана, а модуль предварительной обработки и отображения результатов измерений содержит второй микроконтроллер, первые вход и выход которого связаны с USB-модулем, выполненным с возможностью взаимодействия с внешними устройствами обработки и отображения результатов измерений, а также дисплей, клавиатуру и блок памяти, - при этом в модуль предварительной обработки и отображения результатов измерений введен второй модуль радиосвязи, вход и выход которого подключены, соответственно, ко вторым выходу и входу второго микроконтроллера, третьи вход и выход которого подключены, соответственно,
к выходу и входу блока памяти, второй модуль радиосвязи связан по радиоэфиру с первым модулем радиосвязи и выполнен с возможностью радиосвязи с внешними устройствами обработки и отображения результатов измерений, а четвертые вход и выход второго микроконтроллера подключены, соответственно, к клавиатуре и дисплею, при этом модуль предварительной обработки и отображения результатов измерений конструктивно выполнен в виде отдельного автономного блока, который может находиться в любом удобном для пользователя месте, например в кармане пиджака пользователя.
Частными существенными признаками полезной модели являются следующие.
Второй модуль радиосвязи содержит модуль Bluetooth или ZigBee, выполненные с возможностью взаимодействия с внешними устройствами обработки и отображения результатов измерений.
Клавиатура выполнена в сенсорном виде.
Дисплей выполнен на жидких кристаллах.
Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является повышение удобства пользования радиоканальным измерителем артериального давления при сохранении высокой точности измерений, присущей измерителям артериального давления с компрессионной манжетой, надеваемой на плечо пользователя.
Сущность рассматриваемой полезной модели поясняется на рисунке, на котором использованы следующие обозначения: 1 - компрессионная манжета; 2 - измерительный модуль; 3 - компрессор; 4 - клапан; 5 - датчик давления; 6 - первый микроконтроллер с памятью; 7 - дисплей; 8 - модуль предварительной обработки и отображения результатов измерений; 9 - второй модуль радиосвязи; 10 - первый модуль радиосвязи; 11 - второй микроконтроллер; 12 - блок памяти; 13 - USB-модуль; 14 - клавиатура.
Рассматриваемый радиоканальный измеритель артериального давления включает в свой состав измерительный модуль 2 и модуль 8 предварительной
обработки и отображения результатов измерений, который может находиться в любом удобном для пользователя месте, например в кармане пиджака пользователя.
Измерительный модуль 2 содержит надеваемую на руку пользователя компрессионную манжету 1, компрессор 3 и клапан 4, предназначенные, соответственно, для накачки воздуха в компрессионную манжету 1 и выпуска воздуха из компрессионной манжеты 1, а также датчик 5 давления, вход которого подключен к компрессионной манжете 1, и связанные друг с другом первый микроконтроллер 6 с памятью и первый модуль 10 радиосвязи. Выход датчика 5 давления подключен к первому входу первого микроконтроллера 6 с памятью, второй вход и первый выход которого соединены с первым модулем 10 радиосвязи, а второй и третий выходы подключены к управляющим входам, соответственно, компрессора 3 и клапана 4.
В состав рассматриваемого радиоканального измерителя артериального давления входит также модуль 8 предварительной обработки и отображения результатов измерений, конструктивно выполненный в виде отдельного автономного блока, который содержит второй микроконтроллер 11, первые вход и выход которого связаны с USB-модулем 13, выполненным с возможностью взаимодействия с внешними устройствами обработки и отображения результатов измерений, а также дисплей 7, клавиатуру 14, блок 12 памяти и второй модуль 9 радиосвязи. Вход и выход второго модуля 9 радиосвязи подключены, соответственно, ко вторым выходу и входу второго микроконтроллера 11, третий вход и выход которого подключены, соответственно, к выходу и входу блока 12 памяти. Четвертый выход второго микроконтроллера 11 подключен к дисплею 7, а четвертый вход - к клавиатуре 14. При этом клавиатура 14 может быть выполнена в сенсорном виде, а дисплей 7 может быть выполнен на жидких кристаллах.
Так же, как и в варианте реализации измерителя артериального давления, представленном в вышеупомянутой статье авторов М.Еременко и А.Савельева, напечатанной в журнале "Новости Электроники", №6, 2008, для
создания предлагаемого радиоканального измерителя артериального давления могут быть использованы компоненты, производимые американской компанией Freescale Semiconductor (www.freescale.com). Характеристики указанных изделий приведены, в частности, в каталоге Freescale Semiconductor news на сайте компании.
Так, в качестве датчика 5 давления в измерительном модуле 2 может быть использован датчик давления MPXV5050 GP, широко применяемый в медицинской аппаратуре.
USB-модуль 13 может быть реализован на микроконтроллере JM60 со встроенной поддержкой USB2.0.
Клавиатура 14 - в сенсорном варианте - может быть реализована на базе микросхем МС34940 или MPR083, MPR084.
В качестве блока 12 памяти может быть применена микросхема энергонезависимой памяти MR2A 16А, изготовленная по технологии МРАМ, фактически не имеющая ограничений по количеству циклов перезаписи данных и обладающая очень высокой скоростью обмена данными.
Первый микроконтроллер 6 с памятью может быть реализован на базе микроконтроллера QE128 (8-разрядный/32-разрядный) семейства Flexis, a второй микроконтроллер 11 - на базе 8-разрядного USB-микроконтроллера MC908JB8.
Первый 10 и второй 9 модули радиосвязи могут быть реализованы на базе интерфейсной микросхемы МС 13202, с помощью которой, в частности, несложно организовать обмен данными по технологии ZigBee, разрешенной к применению в различных устройствах малого радиуса действия.
Входящие в состав измерительного модуля 2 компрессионная манжета 1, компрессор 3 и клапан 4 широко используются в сфигмоманометрах, в частности, в вышеупомянутом "Измерителе артериального давления электронном автоматическом ВАТ41-1".
Таким образом, все используемые в предлагаемом радиоканальном измерителе артериального давления компоненты доступны на коммерческом
рынке радиоэлектроники. Поэтому возможность практической реализации предлагаемого радиоканального измерителя артериального давления не вызывает сомнений.
Рассматриваемый радиоканальный измеритель артериального давления работает следующим образом.
Пользователь надевает на руку эластичную компрессионную манжету 1, входящую в состав измерительного модуля 2.
Компрессор 3 накачивает в компрессионную манжету 1 воздух. Затем компрессор 3 автоматически выключается и через клапан 4 воздух выходит из компрессионной манжеты 1, из-за чего давление в ней плавно уменьшается.
Принцип измерения систолического (SBP) и диастолического (DBP) давления следующий. При сдавливании руки пользователя компрессионной манжетой 1 наблюдаются небольшие пульсации, фиксируемые датчиком 5 давления. Это происходит вследствие изменений давления при циркуляции крови в организме пользователя. Сигнал с выхода датчика 5 давления подается на первый вход первого микроконтроллера 6 с памятью, который фильтрует указанный сигнал, выделяя из него сфигмограмму (кривую, отражающую пульсовые колебания стенки артерии). Эта пульсовая кривая может быть использована для определения SBP и DBP осциллометрическим способом. Суть его заключается в следующем. После понижения давления в компрессионной манжете 1 до уровня SBP пользователя амплитуда сигнала пульсовых колебаний стенки артерии начинает возрастать. При дальнейшем понижении давления амплитуда пульсаций продолжает увеличиваться, пока не достигнет максимального значения в точке так называемого среднего артериального давления (MAP), а затем начинает быстро снижаться, пока не достигнет точки DBP. После этой точки быстрое снижение амплитуды пульсаций прекращается.
Остается лишь зафиксировать и сохранить в первом микроконтроллере 6 с памятью показания датчика 5 давления, соответствующие точкам SBP и
DBP. По окончании цикла измерений эти результаты необходимо наглядно отобразить.
При этом следует отметить, что хотя результаты измерений фиксируются в первом микроконтроллере 6 с памятью, входящем в состав измерительного модуля 2, отображаются они на дисплее 7, входящем в состав модуля 8 предварительной обработки и отображения результатов измерений.
В вышеупомянутом серийном образце "Измерителя артериального давления электронного автоматического ВАТ41-1" (который является ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели) электронный блок с дисплеем 7 для отображения значений SBP и DBP крепится на самой компрессионной манжете 1. Ввод результатов измерения в электронный блок осуществляется с помощью кабеля. Как отмечалось выше, такое расположение дисплея 7 крайне неудобно для пользователя, осуществляющего мониторинг своего артериального давления в течение дня.
В заявляемом радиоканальном измерителе артериального давления эта схема изменена. Модуль 8 предварительной обработки и отображения результатов измерений, в состав которого входит дисплей 7, конструктивно выполнен в виде отдельного автономного блока, который может находиться в любом удобном для пользователя месте, например в кармане пиджака пользователя. Указанный модуль 8 предварительной обработки и отображения результатов измерений содержит, кроме того, второй модуль 9 радиосвязи, обеспечивающий беспроводный обмен данными с первым модулем 10 радиосвязи, входящим в состав измерительного модуля 2.
При этом измерительный модуль 2 может постоянно находиться на руке пользователя (под одеждой), периодически измеряя его артериальное давление и передавая результаты указанных измерений в модуль 8 предварительной обработки и отображения результатов измерений.
Из второго модуля 9 радиосвязи эти данные поступают во второй микроконтроллер 11, связанный с блоком 12 памяти и с USB-модулем 13, обеспечивающим обмен данными с внешними устройствами обработки и отображения
результатов измерений, например, с ПК, ноутбуком, маршрутизатором компьютерной сети и некоторыми другими устройствами.
Связь с указанными внешними устройствами обработки и отображения результатов измерений может осуществляться и в беспроводном виде - с помощью второго модуля 9 радиосвязи, например, посредством входящих в его состав стандартных модулей Bluetooth или ZigBee.
Блок 12 памяти осуществляет регистрацию данных, передаваемых измерительным модулем 2, для последующей отсылки этих данных во внешние устройства обработки и отображения результатов измерений. Пользователь может контролировать передаваемые данные по дисплею 7 (выполненному на жидких кристаллах).
Связь блока 12 памяти с внешними устройствами обработки и отображения результатов измерений может быть осуществлена двумя путями:
- через второй микроконтроллер 11 и USB-модуль 13;
- через второй микроконтроллер 11 и второй модуль 9 радиосвязи.
Режимы накопления данных в блоке 12 памяти и их выдача во внешние устройства обработки и отображения результатов измерений предварительно задаются внешними устройствами обработки и отображения результатов измерений и могут корректироваться либо потребителем - с помощью клавиатуры 14, либо по командам, формируемым внешними устройствами обработки и отображения результатов измерений и передаваемым во второй микроконтроллер 11. Такая передача может осуществляться либо через второй модуль 9 радиосвязи, либо через USB-модуль 13.
Пользователь, по своему усмотрению, может контролировать свое артериальное давление по экрану дисплея 7, задавать различные параметры измерения и регистрации результатов. При этом он может даже не снимать верхней одежды. Данные о его артериальном давлении могут транслироваться, в том числе с помощью сети Интернет, на различные внешние устройства обработки и отображения результатов измерений. Эти данные могут быть
переданы его лечащему врачу, в стационар, либо на другие объекты для последующего использования в процессе диагностирования и лечения.
Если по командам пользователя или по командам внешних устройств обработки и отображения результатов измерений необходимо изменить параметры измерения, то указанные команды собираются во втором микроконтроллере 11, снабжаются специальным признаком и через второй модуль 9 радиосвязи по радиоканалу поступают в измерительный модуль 2, где они принимаются первым модулем 10 радиосвязи. С выхода первого модуля 10 радиосвязи команды передаются в первый микроконтроллер 6 с памятью, который по полученным командам соответствующим образом изменяет режим работы компрессора 3 и клапана 4, управляющих компрессионной манжетой 1.
При каждой передаче команды в измерительный модуль 2 второй микроконтроллер 11 формирует соответствующую специальную кодовую посылку, которая запоминается в блоке 12 памяти. То есть, в блоке 12 памяти фиксируются не только измерительные данные, но и служебная информация об изменениях режимов работы радиоканального измерителя артериального давления.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет решить поставленную задачу - существенно повысить удобство пользования радиоканальным измерителем артериального давления при сохранении высокой точности измерений, присущей измерителям артериального давления с компрессионной манжетой 1, надеваемой на плечо пользователя.