ИЗМЕРЕНИЕ АД БЕЗМАНЖЕТНЫМ ТОНОМЕТРОМ С ОПТОЭЛЕКТРОННЫМ ДАТЧИКОМ ПУЛЬСОВЫХ КОЛЕБАНИЙ Писарев А.П.,Писарев М.А.,Голобокова Е.М.

ИВС ПГУ


Номер: 12-6
Год: 2016
Страницы: 100-104
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Текст научной статьи

Обзор методов измерения артериального давления (АД) показывает, что подавляющее большинство промышленно выпускаемых тонометров независимо от их назначения (для измерения АД по пальцу, по запястью или по предплечью) используют для создания внешнего компенсирующего давления пневматическую манжету. Применение манжеты помимо несомненных достоинств имеет и ряд недостатков: 1. Манжета сильно ослабляет сигнал пульсовых колебаний, по которому фиксируются моменты уравновешивания, помимо демпфирующего действия мягких тканей конечности, амплитуда сигнала пульсовых колебаний снижается также за счет большого отношения объема манжеты и объема части артерии, заключенной под манжетой. 2. В случае автоматической накачки манжеты в конструкции тонометра должен быть предусмотрен компрессор, что удорожает эксплуатацию тонометра. 3. Из-за индивидуальных и возрастных различий пациентов приходится ориентироваться на определенный размер конечности. В свете изложенного является актуальной задача создания безманжетного тонометра [1,23]. Для проверки принципиальной возможности функционирования такого тонометра нами была предложена и проверена конструкция, схематично представленная на рис.1. Рис.1 - Конструкция безманжетного пальцевого тонометра с оптоэлектронным датчиком пульсовых колебаний Вдоль левой стенки корпуса в специальных направляющих скользит подвижный кронштейн в форме буквы «П», положенной набок. На верхней горизонтальной части кронштейна прикреплен прижим с закругленным углублением. Пружина стремится опустить кронштейн вниз, оказывая тем самым давление на фалангу пальца, помещенного между прижимом и манжетой (нами оставлено такое название для данной детали тонометра, так как функционально ее назначение аналогично назначению воздушной манжеты в традиционных тонометрах). Манжета представляет собой ленту из мягкого материала, концы которой прикреплены к двум проволочным дужкам, так что при помещении пальца на манжету, последняя охватывает его с трех сторон. Дужки могут свободно поворачиваться вокруг своих осей, входящих в отверстия прямоугольного основания, закрепленного на конце консольной тензометрической балки. Таким образом, консольная балка, как и в вышеописанном варианте конструкции, воспринимает давление пальца в процессе измерения. Основное отличие рассматриваемого технического решения состоит в том, что пульсовые колебания воспринимаются в данном случае с помощью оптопары. Для этого в манжету по одну сторону от пальца вмонтирована микролампочка, а по другую - фототранзистор. Переменная составляющая фототока с точностью до постоянного коэффициента повторяет кривую объемного расширения артерии, по которой и фиксируются моменты достижения внешним компенсирующим давлением значений систолического и диастолического АД. Процесс измерения АД осуществляется в следующей последовательности. С помощью дужек подвижная часть перемещается вверх, тем самым создавая первоначальный натяг пружины, а также создавая возможность вставить палец (третью фалангу) в пространство между прижимом и манжетой. Одновременно с перемещением вверх подвижного кронштейна происходит сжатие сильфона, при этом воздух из сильфона выталкивается через специальный выпускной клапан. После помещения пальца дужки отпускаются, и под действием пружины начинается процесс медленного повышения давления на палец со стороны прижима подвижного кронштейна. Скорость изменения давления определяется скоростью наполнения сильфона воздухом через специальный впускной канал в основании сильфона. Скорость зависит от усилия, развиваемого пружиной, и длины (при постоянном сечении) впускного канала. Скорость может регулироваться за счет изменения длины впускного канала. Для нормального функционирования системы регулирования скорости изменения давления, очевидно, необходимо выполнить условие: F(t) < S.p, (1) где F(t) - сила, развиваемая пружиной; S - площадь поперечного сечения сильфона; p - атмосферное давление. Неравенство (1) должно быть сильным, так как это упрощает конструкцию регулируемого канала впуска воздуха в сильфон. Нами применялось простейшая конструкция в виде резьбового отверстия в основании сильфона (высота его подбиралась надлежащим образом), в которое ввинчивался на необходимую глубину винт. Таким образом, канал для впуска воздуха в сильфон представляет собой спиралевидную щель переменной регулируемой длины. Меняя глубину ввинчивания винта, можно подбирать необходимую скорость втекания воздуха в сильфон и тем самым скорость перемещения подвижного кронштейна, а в конечном счете скорость компрессирования артерии. Желательно, чтобы внешнее компенсирующее давление было линейной функцией времени [2,128]. Поскольку пружина по мере перемещения подвижного кронштейна меняет свою длину, развиваемое ею усилие уменьшается по мере перемещения кронштейна. Вследствие этого линейность указанной зависимости нарушается. Очевидно, что для уменьшения нелинейности необходимо обеспечить возможно меньшее отношение ∆Lmax/Lmax, где ∆Lmax - изменение длины пружины, соответствующее полному перемещению подвижного кронштейна, Lmax - длина пружины в исходном для измерения АД состоянии. Функциональная схема рассматриваемого варианта тонометра (представлена на рис.2) в ней введен дополнительный канал преобразования сигнала пульсовых колебаний от оптоэлектронного датчика. Рис.2 - Функциональная схема тонометра Сигнал с тензометрического датчика консольной балки поступает на усилитель давления УсД, а сигнал с выхода фототранзистора - на усилитель пульса УсП. Выходы усилителей подключены ко входам микроконтроллера МК. Микроконтроллер запрограммирован на поочередное подключение сигналов с усилителей на вход внутреннего АЦП интегрирующего типа, осуществляющего преобразование с частотой 25 раз в секунду. Выходной код АЦП подается на вход персонального компьютера. Функциональная схема усилителя УсД представлена на рис.3. Рис.3- Функциональная схема усилителя УсД Тензорезисторы R1, R2, R3, R4 включены в мостовую схему ТМ. К верхней точке питающей диагонали моста подключено стабилизированное постоянное напряжение от источника опорного напряжения ИОН. Операционный усилитель ОУ1 инвертирует это напряжение, обеспечивая таким образом симметричное относительно нуля питание мостовой схемы. В результате такого включения операционного усилителя левая точка измерительной диагонали оказывается виртуально заземлена (потенциал ее равен 0 с точностью до напряжения смещения ОУ1). Это, в свою очередь позволяет применить для усиления сигнала с выхода мостовой схемы недифференциальный операционный усилитель УО2 в недифференциальном включении, что уменьшает уровень наводимых помех. Резисторы R5, R6, R7 служат для балансировки мостовой схемы. Коэффициент усиления сигнала с выходя тензомоста определяется соотношением K = R8/Rтм, (2) где Rтм - выходное сопротивление мостовой схемы (без учета высокоомной цепочки балансировочных резисторов оно равно Rтм=( R1+ R2)( R3+ R4)/( R1+ R2+ R3+ R4)). Функциональная схема канала преобразования сигнала с выхода фототранзистора представлена на рис.4. Фототранзистор ФТ работает в режиме заданного напряжения, так как потенциал эмиттера (точка b) зафиксирован на уровне напряжения стабилизации стабилитрона (цепь стабилизации включает гасящее сопротивление R2 и стабилитрон Д, а потенциал коллектора (точка a) с точностью до напряжения смещения операционного усилителя ОУ зафиксирован на уровне нуля. Рис.4 - Функциональная схема канала преобразования сигнала с выхода фототранзистора Изменение светового потока ∆Ф вызывает изменение тока ∆I через фототранзистор. Поскольку потенциалы точек a и b являются фиксированными фиксированным (т.е. токи через резисторы R1 и R2 остаются неизменными), приращение тока ∆I протекает по цепи, включающей элементы Д, ФТ, R3. Следовательно, изменению фототока на величину ∆I соответствует изменение потенциала на выходе ОУ на величину ∆I.R3. Рабочая точка ОУ устанавливается надлежащим подбором номинала резистора R1. Кривая объемных пульсаций артерии, полученная с помощью оптоэлектронного датчика, в основном повторяет характер изменения переменной составляющей давления в компрессионной камере при изменении компенсирующего внешнего давления в процессе измерения АД [3,30]. В отличие от всех известных тонометров в рассматриваемом устройстве измерение АД реализуется не в процесс декомпрессии, а в процессе компрессии артерии. Заметим, что такое решение имеет преимущество перед традиционным за счет того, что конечность пациента подвергается минимально необходимому сжатию, т.е. не выше значения систолического АД. В традиционных же тонометрах декомпрессия начинается от значения внешнего давления, заведомо превышающего систолическое АД, что вносит существенные искажения в гемодинамику артерии [4,3].

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.