СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПУЛЬСОВОЙ ВОЛНЫ, АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ, ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА, СОДЕРЖАНИЯ ГЕМОГЛОБИНА В КРОВИ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИХ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПУЛЬСОВОЙ ВОЛНЫ, АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ, ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА, СОДЕРЖАНИЯ ГЕМОГЛОБИНА В КРОВИ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИХ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ


RU (11) 2118122 (13) C1

(51) 6 A61B5/0245, A61B5/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 18.07.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1998.08.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 94017985/14 
(22) Дата подачи заявки: 1994.05.17 
(45) Опубликовано: 1998.08.27 
(56) Аналоги изобретения: 1. SU, 1491442, 07.07.89. 2. US, 5309916, 10.05.94. 3. Крапивников В.А. Медицинский транзисторный термометр. - Радио, 1968, N 5, с.45 - 46. 4. Дурундяк Н.К. Цифровой термометр с автоматическим контролем температуры: Сб. В помощь радиолюбителю. - М.: ДОСААФ, 1988, вып.101, с.4 - 5. 5. US, 4949724, 08.10.90. 
(71) Имя заявителя: Воронежское высшее военное авиационное инженерное училище 
(72) Имя изобретателя: Ус Н.А. 
(73) Имя патентообладателя: Воронежское высшее военное авиационное инженерное училище 

(54) СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПУЛЬСОВОЙ ВОЛНЫ, АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ, ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА, СОДЕРЖАНИЯ ГЕМОГЛОБИНА В КРОВИ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИХ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 

Способы и устройства используются для прямого измерения скорости распространения пульсовой волны при бескровных методах клинического исследования гемодинамики в сосудах и кровенаполнения тканей, а также для измерения артериального давления в крови, температуры тела и степени насыщения крови кислородом. При измерении скорости распространения пульсовой волны воздействуют источником облучения в преобразователе, соединенном с формирователем импульсных последовательностей - двухканальным оптоэлектронным преобразователем с длинами волн инфракрасного диапазона. Импульсная последовательность центрального пульса обеспечивает жесткую синхронизацию режимов измерения. Результат измерения на индикаторе линейно связан с разностью фаз двух импульсных последовательностей. Артериальное давление измеряют по скорости распространения пульсовой волны большого круга кровообращения. Систолическое давление - по разности начальных фаз сравниваемых импульсных последовательностей и фазы заднего фронта второй импульсной последовательности. Температуру тела измеряют по скорости распространения пульсовой волны между большим и малым кругами кровообращения. Содержание гемоглобина в крови измеряют по скорости распространения пульсовой волны малого круга кровообращения и разности начальных фаз сравниваемых импульсных последовательностей. Неинвазивное измерение периферического пульса с помощью двухканального оптоэлектронного преобразователя повышает точность замеров. 8 с. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для прямого измерения скорости распространения пульсовой волны при бескровных методах клинического исследования гемодинамики в сосудах и кровенаполнения тканей, а также для измерения артериального давления крови, температуры тела и степени насыщения крови кислородом (величины гемоглобина в крови).

Современная медицина при исследовании пульса применяет различные методы и способы, основанные на контроле физических проявлений деятельности сердца, связанного с периодическим выбросом ударного объема крови в аорту, увеличением давления в артериях, их расширением, которое воспринимается как артериальный пульс. Волна давления, или пульсовая волна, за счет эластичности кровеносных сосудов, их состояния и многих других факторов движется весьма специфически. Широкое применение нашли электрокардиограммы, фонокардиограммы, сфигмограммы, флебограммы и др., при получении которых приемник пульсовых колебаний за счет различных видов/типов преобразователей трансформировал пульс, как правило, в электрический сигнал с последующей регистрацией оконечной аппаратурой.

Техника измерения базируется на измерении времени запаздывания периферического пульса по отношению к центральному путем синхронной регистрации. Определив время, на которое запаздывает начало анакротического подъема кривой периферического пульса по отношению к центральному (t2 - t1), и расстояние между приемниками пульса (S), можно вычислить скорость (V) по формуле

V = S / (t2 - t1).

Данное положение составляет основу известных способов определения скорости распространения пульсовой волны на отдельных участках одной и той же артерии.

Наиболее близким по сути к заявляемому способу является одноименный способ измерения скорости распространения пульсовой волны [1]. В прототипе измерение скорости распространения пульсовой волны осуществляется путем контроля пульса двумя датчиками, соединенными с формирователями импульсных последовательностей, образования сигналов в виде импульсных последовательностей, синхронной регистрации центрального и периферического пульса, измерения разности фаз импульсных последовательностей и вывода результатов в единицах измерения скорости. Нахождение искомой разности фаз достигается путем жесткого сопряжения корпусов двух рабочих датчиков пульса с помощью датчика расстояния, сигнал с которого в виде опорного используется для вычисления расстояния S при определении искомой скорости пульсовой волны.

Предлагаемый способ измерения скорости распространения пульсовой волны состоит в том, что импульсные последовательности формируются двухканальным оптоэлектронным преобразователем с длинами волн инфракрасного диапазона, при этом импульсная последовательность центрального пульса обеспечивает жесткую синхронизацию режимов измерения, а результат измерения на индикаторе линейно связан с разностью фаз двух импульсных последовательностей.

Существенными являются признаки, касающиеся формирования импульсных последовательностей двухканальным оптоэлектронным преобразователем с длинами волн инфракрасного диапазона, жесткой синхронизации режимов измерения по импульсной последовательности центрального пульса, линейной связи разности фаз двух полученных импульсных последовательностей при определении результата измерения на индикаторе.

Кровь, являясь специфическим видом ткани биологических организмов, в области ИК-излучения обладает достаточной для регистрации отражательной способностью, причем эта зависимость определяется ее удельным объемом. Это позволяет при прохождении по артериям пульсовой волны фиксировать ее особенности с помощью оптоэлектронного преобразователя. Синхронная регистрация с помощью двухканального оптоэлектронного преобразователя центрального и периферического пульса в виде импульсных последовательностей при жесткой синхронизации по центральному пульсу приводит к появлению различия их фаз при обработке измерителем разности фаз, величина которого пропорциональна скорости пульсовой волны. Измеренная разность фаз может быть градуирована соответствующим образом для прямого отсчета измеряемого параметра. Данный способ обладает высокой разрешающей способностью, поскольку фактически реализует автокорреляционный способ обработки информационных последовательностей.

Рассмотрим пример конкретного осуществления предлагаемого способа.

В качестве источника ИК-излучения может служить ИК-светодиод, а фотоприемником - фотодиод, которые в совокупности реализуют оптоэлектронный преобразователь пульса. Применение в качестве ИК- светодиода прибора АЛ107Б и фотодиода ФД27К в качестве фотоприемника при создании двухканального оптоэлектронного преобразователя позволило получить синхронные импульсные последовательности центрального и периферического пульса, которые поступали на вход цифрового измерителя разности фаз ФК-20. Экспериментальные исследования интегральной скорости распространения пульсовой волны по предложенному способу проводились у пациента "3" от устья аорты до артерии: верхней трети бедра - 1; верхней трети голени -2; нижней трети голени - 3. Соответственно были получены значения скоростей пульсовой волны 6,5 м/с; 7,8 м/с; 8,2 м/с, которые соответствовали разности начальных фаз 12, 24 и 31o.

Возможность применения доступного элементного и аппаратурного базиса, простота и надежность самого способа измерения скорости распространения пульсовой волны, в котором имеется возможность организации прямого отсчета измеряемого параметра, позволяет рассчитывать на широкое его применение в клинических исследованиях, когда возникает необходимость в мгновенном получении значения контролируемого параметра.

Аппаратурное оформление, обеспечивающее осуществление данного способа, будет рассмотрено ниже.

Наиболее близким по сути к заявляемому устройству является устройство для измерения скорости распространения пульсовой волны [1]. Данное устройство содержит следующие элементы: первый и второй датчики пульсовой волны, первый и второй формирователи импульсов, триггер, схему совпадения, генератор измерительной частоты, счетчик импульсных сигналов, блок деления в виде цифрового управляемого резистора, индикатор, датчик расстояния, стабилизированный генератор тока.

Недостатками данного устройства являются наличие механических элементов в датчике расстояния, нестабильность системы токосъемов при определении эквипотенциального сопротивления измерительной проволоки датчика длины и ряд следствий, вытекающих из этого положения.

Предлагаемое устройство для измерения скорости распространения пульсовой волны содержит следующие элементы: два оптоэлектронных преобразователя, два формирователя импульсных последовательностей, генератор измерительной частоты, ключевую логическую схему И-НЕ, формирователь команд управления, счетчик частоты, регистр памяти, индикатор и кнопку пуска.

Существенное значение имеет условие работы формирователя команд управления. После запуска схемы при замыкании кнопки SB1 синхронно включаются оптоэлектронные преобразователи, причем импульсная последовательность центрального пульса, получаемая от первого оптоэлектронного преобразователя, в дальнейшем является основой работы формирователя команд управления, а следовательно и всей измерительной схемы. Импульсная последовательность центрального пульса, выполняя функции опорной импульсной серии, обеспечивает жесткую синхронизацию всех режимов измерения, что является главным требованием при реализации заявляемого способа.

Предлагаемое устройство для измерения скорости распространения пульсовой волны показано на фиг.1.

Оно содержит первый оптоэлектронный преобразователь 1, выход которого соединен со входом первого формирователя импульсной последовательности 3. Выход первого формирователя 3 соединен с первым входом ключевой логической схемы И-НЕ 7 и первым входом формирователя команд управления 5. Выход второго оптоэлектронного преобразователя 2 соединен со входом второго формирователя импульсной последовательности 4, выход которого соединен со вторым входом ключевой логической схемы И-НЕ 7. Первый выход формирователя команд управления 5 соединен с третьим входом ключевой логической схемы И-НЕ 7, а второй и третий выходы подключены соответственно ко входам первого и второго оптоэлектронных преобразователей 1 и 2. На четвертый вход ключевой логической схемы И-НЕ 7 подключен генератор измерительной частоты 6. Кнопка пуска SB1 подключена ко второму и третьему входам формирователя команд управления 5. Выход ключевой логической схемы И-НЕ 7 соединен со входом счетчика частоты 8, выход которого подключен на вход регистра памяти 9. Соответственно выход регистра памяти 9 подключен к индикатору 10.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии схема обнулена и с первого выхода формирователя команд управления 5 на третий вход ключевой логической схемы И-НЕ 7 приложен потенциал уровня логического нуля, что определяет закрытое состояние ключевой схемы. Оптоэлектронные преобразователи 1 и 2 на основе ИК-светодиода и фотодиода также не работают. При нажатии кнопки SB1 формирователь команд управления синхронно переводит в активный режим оптоэлектронные преобразователи 1 и 2 и на третий вход ключевой схемы 7 прикладывает потенциал уровня логической единицы (см. временную диаграмму, фиг.2г). Формирователи импульсных последовательностей 3 и 4 обеспечивают совместно с оптоэлектронными преобразователями 1 и 2 синхронные серии импульсных последовательностей, отличающихся начальной фазой (фиг. 2а, б), которые поступают на ключевую логическую схему И-НЕ 7, куда поступает и сигнал от генератора измерительной частоты 6 (фиг.2в). В моменты совпадения уровней логических единиц на входах ключевой логической схемы И-НЕ 7 на выходе будут присутствовать пачки импульсов с частотой измерительного генератора 6, которые обрабатываются последовательно счетчиком 8, фиксируются регистром памяти 9 и отображаются индикатором 10. Результат на индикаторе линейно связан с разностью фаз двух импульсных последовательностей. Для соответствующей градуировки измеряемого параметра процесс измерения ограничивается во времени. Например, после прохождения трех полных импульсов центрального пульса по каналу от первого оптоэлектронного преобразователя 1, формирователь команд управления 5 синхронно заканчивает процесс измерения, создавая на всех своих выходах потенциал уровня логического нуля. При калибровке прибора осуществляется установка рабочей частоты генератора 6.

Синхронный режим работы измерительной схемы, а также условие различия импульсных последовательностей центрального и периферического пульса только по начальной фазе позволяет оптимально решить задачу обработки на основе заявляемого устройства, реализующего фактически автокорреляционную схему обработки информационных сигналов на фоне помех.

Заявляемое устройство может быть реализовано на доступной элементной базе, отличается простотой управления и надежностью.

В общей сложности скорость распространения пульсовой волны является интегральной оценкой гемодинамики и зависит в значительной мере от артериального давления и температуры тела.

Ближайшим аналогом способа измерения артериального давления является одноименный способ [2] . Искомый параметр находится при определении скорости распространения пульсовой волны большого круга кровообращения и вычислении систолического и диастолического давлений по разности фаз.

Предлагаемый способ измерения артериального давления состоит в том, что осуществляется измерение скорости распространения пульсовой волны большого круга кровообращения на основе формируемых импульсных последовательностей, причем величина систолического давления определяется разностью начальных фаз сравниваемых импульсных последовательностей, а величина диастолического давления - разностью фазы переднего фронта первой импульсной последовательности и фазы заднего фронта второй импульсной последовательности.

Известно, что кривые центрального артериального пульса имеют выраженное сходство с кривыми давления в аорте. Это объясняется тем, что их форма и длительность определяются главным образом изменениями давления и кровенаполнения в течение сердечного цикла. Известно также, что величины поперечного сечения аорты и артерии зависят от роста и веса человека. Выполненный анализ позволил установить, что отношение изменения длины сосуда к изменению его внутреннего диаметра остается величиной постоянной для любого возраста и веса человека. Следовательно, кривая центрального артериального пульса имеет линейную функциональную связь с артериальным давлением. В конечном итоге скорость распространения пульсовой волны оказывается линейно связана с артериальным давлением. Градуировка скорости распространения пульсовой волны, измеренной по заявляемому способу на некотором характерном участке, например на участке от левого предсердия до артерии левого предплечья, в единицах давления, позволяет осуществить прямой отсчет артериального давления как систолического, так и диастолического.

Принципиальным моментом в способе измерения артериального давления является отсутствие необходимости создания компрессии на артерию. Данный способ отличается высокой степенью формализации процесса измерения, что позволяет выполнять автоматический цикл измерения систолического и диастолического давления от 7 до 12 секунд с прямым отсчетом измеряемого параметра.

Аппаратурное оформление, обеспечивающее осуществление данного способа, будет рассмотрено ниже.

Наиболее близким по сути к заявляемому устройству является устройство для измерения артериального давления [2], содержащее несколько оптоэлектронных преобразователей, соединенных с управляющим блоком, электронные переключатели и индикаторы.

Предлагаемое устройство для измерения артериального давления содержит следующие элементы: два оптоэлектронных преобразователя, два формирователя импульсных последовательностей, два электронных ключа, инвертор импульсных сигналов, формирователь команд управления, генератор измерительной частоты, ключевая логическая схема И-НЕ, счетчик частоты, регистр памяти, индикатор и кнопка пуска.

Существенное значение имеет цепочка, образованная оптоэлектронным преобразователем, формирователем импульсной последовательности, электронным ключом и формирователем команд управления, которая создает кольцо жесткой синхронизации работ измерительной схемы. Цепочка, образованная инвертором импульсных сигналов и вторым электронным ключом, по сигналу от формирователя команд управления осуществляет автоматическое переключение на вход ключевой логической схемы И-НЕ нормальную или инвертированную импульсные последовательности, создаваемые вторым оптоэлектронным преобразователем и вторым формирователем импульсной последовательности. Данный режим необходим для обеспечения сравнения фазовых состояний импульсных последовательностей центрального и периферического пульса.

Предлагаемое устройство для измерения артериального давления показано на фиг.3.

Оно содержит первый оптоэлектронный преобразователь 1, выход которого соединен со входом первого формирователя импульсной последовательности 3. Выход первого формирователя импульсной последовательности 3 соединен с первым входом ключевой логической схемы И-НЕ 10 и первым входом первого электронного ключа 5, выход которого подключен к первому входу формирователя команд управления 7. Второй оптоэлектронный преобразователь 2 своим выходом подключен на вход второго формирователя импульсной последовательности, выход которого соединен со входом инвертора импульсных сигналов 6 и первым входом второго электронного ключа 8. Второй вход второго электронного ключа 8 соединен с выходом инвертора импульсных сигналов 6, а третий вход - с первым выходом формирователя команд управления 7. Выход же второго электронного ключа 8 соединен со вторым входом ключевой логической схемы И-НЕ 10. Третий вход ключевой логической схемы И-НЕ 10 соединен со вторым выходом формирователя команд управления 7, а на четвертый ее вход подключен генератор измерительной частоты 9. Третий выход формирователя команд управления соединен со вторым входом электронного ключа 5. Четвертый и пятый выходы формирователя команд управления 7 соответственно подключены ко входам оптоэлектронных преобразователей 1 и 2. Второй вход счетчика частоты 11 соединен с седьмым выходом формирователя команд управления 7. Выход ключевой логической схемы И-НЕ 10 соединен с первым входом счетчика частоты 11, выход которого соединен с первым входом регистра памяти 12, а на второй его вход подключен шестой выход формирователя команд управления 7. Выход регистра памяти 12 соединен со входом индикатора 13. Кнопка пуска SB1 подключена ко второму и третьему входам формирователя команд управления 7.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии вся измерительная схема обнулена. На третьем входе ключевой логической схемы И-НЕ 10 присутствует потенциал уровня логического нуля, поступающий от формирователя команд управления 7. В итоге ключевая логическая схема И-НЕ 10 закрыта и на вход счетчика частоты 11 ничего не поступает. Одновременно на третьем входе электронного ключа 8 присутствует потенциал уровня логического нуля, что соответствует подключению на второй вход ключевой логической схемы И-НЕ 10 выхода второго формирователя импульсных сигналов 4. На втором входе электронного ключа 5 присутствует потенциал уровня логического нуля, что соответствует его разомкнутому состоянию.

Пусть первый оптоэлектронный преобразователь укреплен, например, на левом предсердии, а второй оптоэлектронный преобразователь - на артерии левого предплечья. При замыкании кнопки пуска SB1 формирователь команд управления 7 подтверждает исходное состояние электронного ключа 8, формирует потенциал уровня логической единицы на третьем входе ключевой логической схемы И-НЕ 10 и на втором входе электронного ключа 8, а также сигнал синхронного включения оптоэлектронных преобразователей 1 и 2. В итоге на выходе формирователя 3 будет присутствовать импульсная последовательность центрального пульса (см. временную диаграмму, фиг.4а), а на втором входе ключевой логической схемы И-НЕ 10 - нормальная импульсная последовательность периферического пульса (фиг.4б). При совпадении потенциальных уровней логической единицы на первом, втором и третьем входах ключевой логической схемы И-НЕ 10 (фиг. 4а, б, в) на счетчик 11 поступают пачки импульсов (фиг.4г), двоичный код которых соответствует разности фаз переднего фронта периферического пульса и заднего фронта центрального пульса. Для уменьшения вероятности ошибок измерения сравниваются, например, три пульсовые волны. В момент зарождения четвертой пульсовой волны формирователь 6 выдает на третий вход ключевой логической схемы И-НЕ 10 команду прекращения счета (фиг. 4в), а на регистр памяти 12 команду считывания информации (фиг.4д) и индикации. Далее, на шестой пульсовой волне формирователь 7 выдает команду на электронный ключ 8 (фиг.4е), что приводит к инвертированию периферической импульсной последовательности на втором входе ключевой логической схемы И-НЕ 10 (фиг. 4б). Одновременно на счетчик частоты 11 поступает команда обнуления счетчика (фиг. 4ж). На седьмой пульсовой волне цикл измерения повторяется, однако теперь осуществляется сравнение переднего фронта центрального пульса и заднего фронта периферического пульса. В момент появления одиннадцатой пульсовой волны измерение заканчивается (фиг. 4и).

Из приведенного описания устройства видно, что имеется возможность его реализации на доступной элементной базе. Кроме того, существует полная формализация заявляемого способа измерения артериального давления и автоматизация процесса его реализации с потенциальной точностью, которая гораздо выше известных методик и устройств для их реализации.

Автоматизированное измерение и контроль температуры тела в медицинской практике является не простой задачей.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ, основанный на использовании медицинских электронных термометров, когда термочувствительный датчик измерительной схемы находится в прямом контакте с кожным покровом характерных точек тела [3]. Отсчет измеренного параметра осуществляется по индикатору электронной схемы обработки информационного сигнала от термочувствительного датчика.

Недостатком способа является инерционность, а также необходимость операции балансировки/калибровки измерительной схемы прибора, связанной с ее зависимостью от температуры окружающей среды. Кроме того, при измерении температуры тела имеет существенное значение степень и условия контакта термочувствительного датчика с кожным покровом.

Предлагаемый способ измерения температуры тела состоит в том, что осуществляется измерение скорости распространения пульсовой волны между большим и малым кругами кровообращения, а величина температуры тела определяется разностью начальных фаз сравниваемых импульсных последовательностей.

Известно, что скорость распространения пульсовой волны зависит от температуры различных участков тела, причем эта скорость в артериях и крупных венах однозначно связана с той температурой, которую в медицине определяют понятием "температура тела" и контролируют в характерных точках. Измерение скорости распространения пульсовой волны между большим кругом кровообращения (внутренним кругом) и малым кругом кровообращения (внешним кругом, связанным с теплообменником - легкими) позволяет функционально установить линейную связь с "температурой тела". Градуировка скорости распространения пульсовой волны, измеренной по заявляемому способу, например, между левым предсердием и правым предсердием, в единицах температуры позволяет осуществлять прямой отсчет температуры тела. Следует отметить, что синхронное измерение частоты пульса большого и малого круга кровообращения в характерных точках позволяет исключать систематические ошибки при измерении температуры тела присутствующие в других способах.

Аппаратурное оформление, обеспечивающее осуществление данного способа, будет рассмотрено ниже.

Наиболее близким по сути к заявляемому устройству является электронный термометр с цифровым отсчетом измеряемого параметра [4].

Основной недостаток такого устройства - определенная инерционность процесса измерения, что при малых временах измерений сказывается на точности измерения. При замене термодатчика обязательно требуется калибровка/настройка устройства.

Предлагаемое устройство для измерения температуры тела содержит следующие элементы: два оптоэлектронных преобразователя, два формирователя импульсных последовательностей, генератор измерительной частоты, ключевую логическую схему И-НЕ, электронный ключ, формирователь команд управления, счетчик частоты, регистр памяти, индикатор и кнопку пуска.

Существенное значение имеет цепочка, образованная оптоэлектронным преобразователем, формирователем импульсной последовательности, электронным ключом и формирователем команд управления, которая создает кольцо жесткой синхронизации работы измерительной схемы. Импульсная последовательность, которая формируется в этом канале, как правило является импульсной последовательностью центрального пульса и в дальнейшем является основой работы формирователя команд управления, а следовательно и всей измерительной схемы. Импульсная последовательность центрального пульса, выполняя функции опорной импульсной серии, обеспечивает жесткую синхронизацию всех режимов измерения, что является главным требованием при реализации заявляемого способа.

Предлагаемое устройство для измерения температуры тела показано на фиг. 5.

Оно содержит первый оптоэлектронный преобразователь 1, выход которого соединен со входом первого формирователя импульсной последовательности 3. Выход первого формирователя 3 соединен с первым входом ключевой логической схемы И-НЕ 8 и первым входом электронного ключа 5, а выход последнего подключен к первому входу формирователя команд управления 6. Выход второго оптоэлектронного преобразователя 2 соединен со входом второго формирователя импульсной последовательности 4, выход которого соединен со вторым входом ключевой логической схемы И-НЕ 8. Первый выход формирователя команд управления 6 соединен с третьим входом ключевой логической схемы И-НЕ 8, а второй и третий выходы подключены соответственно ко входам первого и второго оптоэлектронных преобразователей 1 и 2. Четвертый выход формирователя команд управления 6 соединен со вторым входом электронного ключа 5, а пятый выход - подключен ко второму входу регистра памяти 10. На четвертый вход ключевой логической схемы И-НЕ 8 подключен генератор измерительной частоты 7. Кнопка пуска SB1 подключена ко второму и третьему входам формирователя команд управления 6. Выход ключевой логической схемы И-НЕ 8 соединен со входом счетчика частоты 9, выход которого подключен на первый вход регистра памяти 10. Соответственно выход регистра памяти 9 подключен к индикатору 11.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии схема обнулена и с первого выхода формирователя команд управления 6 на третий вход ключевой логической схемы И-НЕ 8 приложен потенциал уровня логического нуля, что определяет закрытое состояние ключевой схемы. Оптоэлектронные преобразователи 1 и 2 на основе ИК-светодиода и фотодиода при этом не работают. При нажатии кнопки SB1 формирователь команд управления 6 синхронно переводит в активный режим оптоэлектронные преобразователи 1 и 2, на второй вход электронного ключа 5 и третий вход ключевой логической схемы И-НЕ от формирователя команд управления 6 приложен потенциал уровня логической единицы, что определяет их открытое состояние (см. временную диаграмму. фиг. 6е, в). Формирователи импульсных последовательностей 3 и 4 обеспечивают совместно с оптоэлектронными преобразователями 1 и 2 синхронные серии импульсных последовательностей, отличающихся начальной фазой (фиг. 6а, б), которые поступают на ключевую логическую схему И-НЕ 8, куда поступает и сигнал от генератора измерительной частоты 7. В моменты совпадения уровней логических единиц на входах ключевой логической схемы И-НЕ 8 на выходе будут присутствовать пачки импульсов с частотой измерительного генератора 7 (фиг. 6г), которые обрабатываются последовательно счетчиком 9, фиксируются регистром памяти 10 и отображаются индикатором 11. Результат на индикаторе линейно связан с разностью фаз двух импульсных последовательностей. Для соответствующей градуировки измеряемого параметра процесс измерения ограничивается во времени. Например, после прохождения трех полных импульсов центрального пульса по каналу от первого оптоэлектронного преобразователя 1 формирователь команд управления 6 синхронно заканчивает процесс измерения, создавая на всех своих выходах потенциал уровня логического нуля и короткий импульс разрешения считывания/индикации на втором входе регистра памяти 10 (фиг. 6д). При калибровке прибора осуществляется установка рабочей частоты генератора 7.

Синхронный режим работы измерительной схемы, а также условие различия импульсных последовательностей центрального и периферического пульса только по начальной фазе позволяют оптимально решить задачу обработки на основе заявляемого устройства, реализующего фактически автокорреляционную схему обработки информационных сигналов на фоне помех.

Заявляемое устройство может быть реализовано на доступной элементной базе, отличается простотой управления и надежностью.

В настоящее время в медицинской практике оценку степени насыщения крови кислородом осуществляют путем клинического анализа проб крови, в частности определения количества гемоглобина. Главный недостаток его реализации - взятие пробы крови на анализ.

Наиболее близким аналогом по выполняемым функциям и достигаемому результату является бескровный способ неинвазивного замера ряда кардиологических параметров [5] путем размещения на теле пациента нескольких преобразователей и определения величины гемоглобина в крови по полученным с них данным.

Предлагаемый способ измерения гемоглобина относится к бескровному и состоит в том, что осуществляется измерение скорости распространения пульсовой волны малого круга кровообращения, а величина гемоглобина определяется по разности начальных фаз сравниваемых импульсных последовательностей.

Известно, что скорость распространения пульсовой волны зависит и от вязкости крови. В малом круге кровообращения основным фактором, влияющим на вязкость, является степень насыщения крови кислородом или величина гемоглобина в крови. Измерение скорости распространения пульсовой волны в малом круге кровообращения позволяет функционально установить линейную связь с величиной гемоглобина в крови. Градуировка скорости распространения пульсовой волны, измеренной по заявляемому способу, например, между правым предсердием и легочной веной, в единицах измерения гемоглобина позволяет осуществлять прямой отсчет величины гемоглобина в крови. Следует отметить, что именно синхронизм при измерении пульса в различных точках малого круга кровообращения позволяет исключить систематические ошибки при определении величины гемоглобина в крови.

Аппаратурное оформление, обеспечивающее осуществление данного способа, будет рассмотрено ниже.

Наиболее близким по сути к заявляемому устройству является устройство по патенту [5] , в котором осуществляется замер ряда кардиологических параметров, содержащее преобразователи, соединенные с формирователем команд управления логической схемой и памятью (процессор), подключенными к индикатору (дисплею).

Предлагаемое устройство для измерения величины гемоглобина в крови содержит следующие элементы: два оптоэлектронных преобразователя, два формирователя импульсных последовательностей, генератор измерительной частоты, ключевую логическую схему И-НЕ, электронный ключ, формирователь команд управления, счетчик частоты, регистр памяти, индикатор и кнопку пуска.

Существенное значение имеет цепочка, образованная оптоэлектронным преобразователем, формирователем импульсной последовательности, электронным ключом и формирователем команд управления, которая создает кольцо жесткой синхронизации работы измерительной схемы. Импульсная последовательность, которая формируется в этом канале, как правило является импульсной последовательностью центрального пульса и в дальнейшем является основой работы формирователя команд управления, а следовательно и всей измерительной схемы. Импульсная последовательность центрального пульса, выполняя функции опорной импульсной серии, обеспечивает жесткую синхронизацию всех режимов измерения, что является главным требованием при реализации заявляемого способа.

Предлагаемое устройство для измерения гемоглобина в крови показано на фиг.5.

Оно содержит первый оптоэлектронный преобразователь 1, выход которого соединен со входом первого формирователя импульсной последовательности 3. Выход первого формирователя 3 соединен с первым входом ключевой логической схемы И-НЕ 8 и первым входом электронного ключа 5, а выход последнего подключен к первому входу формирователя команд управления 6. Выход второго оптоэлектронного преобразователя 2 соединен со входом второго формирователя импульсной последовательности 4, выход которого соединен со вторым входом ключевой логической схемы И-НЕ 8. Первый выход формирователя команд управления 6 соединен с третьим входом ключевой логической схемы И-НЕ 8, а второй и третий выходы подключены соответственно ко входам первого и второго оптоэлектронных преобразователей 1 и 2. Четвертый выход формирователя команд управления 6 соединен со вторым входом электронного ключа 5, а пятый выход - подключен ко второму входу регистра памяти 10. На четвертый вход ключевой логической схемы И-НЕ 8 подключен генератор измерительной частоты 7. Кнопка пуска SB1 подключена ко второму и третьему входам формирователя команд управления 6. Выход ключевой логической схемы И-НЕ 8 соединен во входом счетчика частоты 9, выход которого подключен на первый вход регистра памяти 10. Соответственно выход регистра памяти 9 подключен к индикатору 11.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии схема обнулена и с первого выхода формирователя команд управления 6 на третий вход ключевой логической схемы И-НЕ 8 приложен потенциал уровня логического нуля, что определяет закрытое состояние ключевой схемы. Оптоэлектронные преобразователи 1 и 2 на основе ИК-светодиода и фотодиода при этом не работают. При нажатии кнопки SB1 формирователь команд управления 6 синхронно переводит в активный режим оптоэлектронные преобразователи 1 и 2, на второй вход электронного ключа 5 и третий вход ключевой логической схемы И-НЕ от формирователя команд управления 6 приложен потенциал уровня логической единицы, что определяет их открытое состояние (см. временную диаграмму, фиг. 6е,в). Формирователи импульсных последовательностей 3 и 4 обеспечивают совместно с оптоэлектронными преобразователями 1 и 2 синхронные серии импульсных последовательностей, отличающихся начальной фазой (фиг. 6а,б), которые поступают на ключевую логическую схему И-НЕ 8, куда поступает и сигнал от генератора измерительной частоты 7. В моменты совпадения уровней логических единиц на входах ключевой логической схемы И-НЕ 8 на выходе будут присутствовать пачки импульсов с частотой измерительного генератора 7 (фиг. 6г), которые обрабатываются последовательно счетчиком 9, фиксируются регистром памяти 10 и отображаются индикатором 11. Результат на индикаторе линейно связан с разностью фаз двух импульсных последовательностей. Для соответствующей градуировки измеряемого параметра процесс измерения ограничивается во времени. Например, после прохождения трех полных импульсов центрального пульса по каналу от первого оптоэлектронного преобразователя 1 формирователь команд управления 6 синхронно заканчивает процесс измерения, создавая на всех своих выходах потенциал уровня логического нуля и короткий импульс разрешения считываниях/индикации на втором входе регистра памяти 10 (фиг. 6д). При калибровке прибора осуществляется установка рабочей частоты генератора 7.

Синхронный режим работы измерительной схемы, а также условие различия импульсных последовательностей центрального и периферического пульса только по начальной фазе позволяют оптимально решить задачу обработки на основе заявляемого устройства, реализующего фактически автокорреляционную схему обработки информационных сигналов на фоне помех.

Заявляемое устройство может быть реализовано на доступной элементной базе, отличается простотой управления и надежностью.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:

1. А.с. СССР N 1491442, A 61 B 5/02, 09.03.87; Устройство для измерения скорости распространения пульсовой волны, 07.07.89, Бюл. N 25.

2. Патент США N 5309916, A 61 B 5/026, публ. 10.05.94 г., 21 с.

3. Крапивников В. Медицинский транзисторный термометр. - Радио: 1968, N 5, с. 45, 46.

4. Дорундяк Н. Цифровой термометр с автоматическим контролем температуры/В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып.101 - М.:ДОСААФ, 1988, с. 4, 5.

5. Патент США N 4949724, A 61 B 5/028, 1990 г., 9 с. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



\ \\1 1. Способ измерения скорости распространения пульсовой волны путем воздействия источником облучения в преобразователе, соединенном с формирователем импульсных последовательностей, образования сигналов в виде импульсных последовательностей, синхронной регистрации центрального и периферического пульса, измерения разности фаз импульсных последовательностей и вывода результатов в единицах измерения скорости, отличающийся тем, что импульсные последовательности формируются двухканальным оптоэлектронным преобразователем с длинами волн инфракрасного диапазона, при этом импульсная последовательность центрального пульса обеспечивает жесткую синхронизацию режимов измерения, а результат измерения на индикаторе линейно связан с разностью фаз двух импульсных последовательностей. \\\2 2. Устройство для измерения скорости распространения пульсовой волны, содержащее первый и второй преобразователи, соединенные соответственно с первым и вторым формирователями импульсных последовательностей, генератор измерительной частоты, счетчик частоты и индикатор, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит ключевую логическую схему И - НЕ, регистр памяти, формирователь команд управления и кнопку пуска, при этом выход первого формирователя импульсных последовательностей соединен с первым входом ключевой логической схемы И - НЕ и первым входом формирователя команд управления, выход второго формирователя импульсной последовательности соединен с вторым входом ключевой логической схемы И - НЕ, первый выход формирователя команд управления соединен с третьим входом ключевой логической схемы И - НЕ, а второй и третий выходы подключены соответственно к входам первого и второго оптоэлектронных преобразователей, кнопка пуска подключена к второму и третьему входам формирователя команд управления, выход генератора измерительной частоты соединен с четвертым входом ключевой логической схемы И - НЕ, ее выход подключен к входу счетчика частоты, выход которого соединен с входом регистра памяти, а выход последнего подключен к индикатору. \\\2 3. Способ измерения артериального давления путем измерения скорости распространения пульсовой волны большого круга кровообращения по разности фаз и определения по ней систолического и диастолического давления, отличающийся тем, что при измерении скорости формируют сигнал импульсных последовательностей, систолическое давление определяют по разности начальных фаз сравниваемых импульсных последовательностей, а диастолическое - по разности фазы переднего фронта первой импульсной последовательности и фазы заднего фронта второй импульсной последовательности. \ \ \2 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что осуществляется измерение скорости распространения пульсовой волны на участке от левого предсердия до артерии левого предплечья. \\\2 5. Устройство для измерения артериального давления, содержащее оптоэлектронные преобразователи, соединенные с формирователем команд управления, электронные ключи и индикатор, отличающееся тем, что выход первого оптоэлектронного преобразователя соединен с входом первого формирователя импульсной последовательности, выход которого подключен к первому входу ключевой логической схемы И - НЕ и первому входу первого электронного ключа, выход последнего соединен с первым входом формирователя команд управления, выход второго оптоэлектронного преобразователя соединен с входом второго формирователя импульсной последовательности, выход которого подключен к входу инвертора импульсных сигналов и первому входу второго электронного ключа, выход последнего соединен с вторым входом ключевой логической схемы И - НЕ, выход инвертора импульсных сигналов подключен к второму входу второго электронного ключа, а на его третий вход подключен первый выход формирователя команд управления, второй выход последнего соединен с третьим входом ключевой логической схемы И - НЕ, второй вход первого электронного ключа соединен с третьим выходом формирователя команд управления, а четвертый и пятый выходы последнего соединены соответственно с входами первого и второго оптоэлектронных преобразователей, шестой и седьмой выходы формирователя команд управления подключены соответственно к вторым входам регистра памяти и счетчика частоты, выход ключевой логической схемы И - НЕ соединен с первым входом счетчика частоты, выход которого подключен к первому входу регистра памяти, соединенному с индикатором, а кнопка пуска подключена к второму и третьему входам формирователя команд управления. \\\2 6. Способ измерения температуры тела, отличающийся тем, что осуществляется измерение скорости распространения пульсовой волны между большим и малым кругами кровообращения, а величина температуры определяется разностью начальных фаз сравниваемых импульсных последовательностей. \\\2 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что осуществляется измерение скорости распространения пульсовой волны между левым предсердием и правым предсердием. \\\2 8. Устройство для измерения температуры тела, содержащее преобразователь, ключевую логическую схему И - НЕ, генератор измерительной частоты, формирователь команд управления, счетчик частоты, регистр памяти и индикатор, причем первый выход формирователя команд управления соединен с третьим входом ключевой логической схемы И - НЕ, а ее выход подключен к входу счетчика частоты, выход счетчика частоты соединен с первым входом регистра памяти, а второй вход последнего соединен с пятым выходом формирователя команд управления, выход регистра памяти соединен с индикатором, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй оптоэлектронный преобразователь, первый и второй формирователи импульсной последовательности, электронный ключ и кнопку пуска, при этом первый преобразователь выполнен также оптоэлектронным, а его выход соединен с входом первого формирователя импульсной последовательности, выход которого подключен к первому входу ключевой логической схемы И - НЕ и первому входу электронного ключа, выход последнего соединен с первым входом формирователя команд управления, выход второго оптоэлектронного преобразователя соединен с входом второго формирователя импульсной последовательности, выход которого соединен с вторым входом ключевой логической схемы И - НЕ, второй вход электронного ключа соединен с четвертым выходом формирователя команд управления, а второй и третий выходы последнего соединены соответственно с входами первого и второго оптоэлектронных преобразователей, кнопка пуска подключена к второму и третьему входам формирователя команд управления. \\\2 9. Способ измерения содержания гемоглобина в крови путем неинвазивного замера кардиологических параметров и определения по ним величины гемоглобина, отличающийся тем, что замеряют скорость распространения пульсовой волны малого круга кровообращения, а величину гемоглобина в крови определяют по разности начальных фаз сравниваемых импульсных последовательностей. \\\2 10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что измерение скорости распространения пульсовой волны проводят между правым предсердием и легочной веной. \\\2 11. Устройство для измерения содержания гемоглобина крови, содержащее преобразователи, подключенные к формирователю команд управления, логическую схему, память и индикатор, отличающееся тем, что преобразователи выполнены оптоэлектронными, логическая схема является ключевой логической схемой И - НЕ, при этом выход первого оптоэлектронного преобразователя соединен с входом первого формирователя импульсной последовательности, выход которого подключен к первому входу ключевой логической схемы И - НЕ и первому входу электронного ключа, выход последнего соединен с первым входом формирователя команд управления, выход второго оптоэлектронного преобразователя соединен с входом второго формирователя импульсной последовательности, выход которого соединен с вторым входом ключевой логической схемы И - НЕ, второй вход электронного ключа соединен с четвертым выходом формирователя команд управления, а второй и третий выходы последнего соединены соответственно с входами первого и второго оптоэлектронных преобразователей, первый выход формирователя команд управления соединен с третьим входом ключевой логической схемы И - НЕ, а ее выход подключен к входу счетчика частоты, выход которого соединен с первым входом регистра памяти, а второй вход последнего соединен с пятым выходом формирователя команд управления, выход регистра памяти соединен с индикатором, кнопка пуска подключена к второму и третьему входам формирователя команд управления.