RU2040207C1

RU2040207C1 - Device for measuring arterial blood pressure and variable-capacitance transducer

Info

Publication number: RU2040207C1
Application number: RU93009423A
Authority: RU
Inventors: Алексей Алексеевич Сиволапов; Энергий Дмитриевич Бровкович; Марина Энергиевна Бровкович
Original assignee: Алексей Алексеевич Сиволапов; Энергий Дмитриевич Бровкович; Марина Энергиевна Бровкович
Priority date: 1993-02-18
Filing date: 1993-02-18
Publication date: 1995-07-25

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: device has two transducers and processor and control unit. The transducers are located at some distance from one another over the artery under study. Information from transducers enters processor and control unit. The processor unit has peak detector, phase comparator, device adjusting distance between the transducers, analog comparator, analog-to-digital transducer, microcomputer, reprogrammed permanent memory device, programmed timer, display device and digital-to-analog transducer. On receiving pulse wave passage moment and pulse wave amplitude information from the transducers as well as the distance, which the wave passes, when moving from one transducer to the other one, processor unit calculates the speed of the wave movement and the arterial blood pressure and records the so obtained results on a data medium (paper, magnetic tape). The device is easily combinable with radiotelemetric system to enable, for example, to perform long distance control of the arterial blood pressure level in the organisms of transport vehicle drivers, operators and others. The pulse wave transducers are capacitive, having conducting arch-shaped springy plates having elliptic shape in side view. One of the plates is covered with a dielectric film layer. A contact unit is mounted on the external side. EFFECT: prevented emergency situations; individual control of blood pressure at home and on the working place, without using the help of medical personnel. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике и может найти применение в клинической практике для измерения динамики изменения артериального давления по скорости распространения пульсовой волны у больных, страдающих артериальными гипертензиями. The invention relates to medical equipment and may find application in clinical practice for measuring the dynamics of changes in blood pressure by the speed of pulse wave propagation in patients suffering from arterial hypertension.

В части устройства для измерения артериального давления наиболее близким по технической сущности является способ и аппарат для измерения скорости распространения пульсирующей артериальной волны для диагностики заболеваний артерии [1]
Аппарат состоит из двух датчиков, расположенных на определенном расстоянии друг от друга над исследуемой артерией. Датчики передают в электронный блок обработки электрический сигнал, несущий информацию о моменте прохождения пульсовой волны в месте, где они установлены, моменты прохождения пульсовой будут сдвинуты друг относительно друга во времени. Этот сдвиг будет пропорционален скорости распространения пульсовой волны. В блоке обработки, с помощью фазового компаратора, производится сравнение фаз пульсовой волны, поступающей от датчиков и по разности фаз определяют время распространения пульсовой волны. Время распространения пульсовой волны с помощью аналого-цифрового преобразователя преобразуют в цифровой код, который поступает в ЭВМ. С помощью ЭВМ производится расчет скорости распространения пульсовой волны по программе, введенной в ЭВМ. В ЭВМ также вводится расстояние между датчиками.In terms of the device for measuring blood pressure, the closest in technical essence is a method and apparatus for measuring the propagation velocity of a pulsating arterial wave for the diagnosis of arterial diseases [1]
The device consists of two sensors located at a certain distance from each other above the studied artery. The sensors transmit an electric signal to the electronic processing unit that carries information about the moment of passage of the pulse wave in the place where they are installed, the moments of the pulse will be shifted relative to each other in time. This shift will be proportional to the velocity of the pulse wave. In the processing unit, using the phase comparator, the phases of the pulse wave coming from the sensors are compared and the propagation time of the pulse wave is determined by the phase difference. The propagation time of the pulse wave using an analog-to-digital Converter is converted into a digital code, which is fed to the computer. Using a computer, the pulse wave propagation velocity is calculated according to a program introduced into the computer. The computer also introduces the distance between the sensors.

Однако представленный аппарат имеет недостатки:
аппарат измеряет только скорость распространения пульсовой волны и не измеряет артериальное давление, при котором распространяется пульсовая волна; это требует при постановке диагноза проводить дополнительные исследования;
так как датчики аппарата состоят из излучателей и приемников инфракрасного излучения, которые контролируют прохождение между ними пульсовой волны, то в случаях, когда кожный покров плохо пропускает инфракрасное излучение, измерения проводить невозможно.However, the presented apparatus has disadvantages:
the device measures only the propagation velocity of the pulse wave and does not measure the blood pressure at which the pulse wave propagates; this requires additional studies when making a diagnosis;
since the sensors of the device consist of emitters and receivers of infrared radiation that control the passage of a pulse wave between them, in cases where the skin is poorly transmits infrared radiation, measurements cannot be made.

В части датчика для измерения пульсовой волны, наиболее близким по технической сущности является датчик частоты пульса [2] содержащий две гибких электропроводных пластины, покрытие изоляционным слоем. Работа датчика основана на пьезоэлектрическом эффекте. In terms of the sensor for measuring the pulse wave, the closest in technical essence is the heart rate sensor [2] containing two flexible conductive plates, coated with an insulating layer. The operation of the sensor is based on the piezoelectric effect.

Однако данный датчик не позволяет обеспечить измерение артериального давления длительное время, т.е. в динамике с необходимой точностью в заданном диапазоне и чувствительностью. However, this sensor does not allow for the measurement of blood pressure for a long time, i.e. in dynamics with the necessary accuracy in a given range and sensitivity.

Целью предлагаемого изобретения является измерение среднего артериального давления в динамике при одновременном измерении скорости распространения пульсовой волны. The aim of the invention is to measure the average blood pressure in the dynamics while measuring the speed of propagation of a pulse wave.

Это достигается тем, что устройство содержит два емкостных датчика, расположенных на определенном расстоянии друг от друга, воспринимающих поперечные колебания стенок артерии и силу этих колебаний, что позволяет получить информацию о фазе и амплитуде колебания и затем посредством электронного блока обработки, оснащенного однокристальной микро-ЭВМ и репрограммируемым запоминающим устройством, автоматически измерить среднее артериальное давление и скорость распространения пульсовой волны. This is achieved by the fact that the device contains two capacitive sensors located at a certain distance from each other, perceiving lateral vibrations of the artery walls and the strength of these vibrations, which allows to obtain information about the phase and amplitude of the oscillation and then through an electronic processing unit equipped with a single-chip microcomputer and a reprogrammable memory device, automatically measure the average blood pressure and pulse wave velocity.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства измерения скорости распространения пульсовой волны и среднего артериального давления; на фиг. 2 конструкция датчика; на фиг. 3 расположение датчиков над исследуемой артерией. In FIG. 1 shows a functional diagram of a device for measuring the propagation velocity of a pulse wave and mean arterial pressure; in FIG. 2 sensor design; in FIG. 3 location of sensors above the investigated artery.

Устройство содержит емкостные датчики 1 и 2 пульсовой волны, электрически связанные с преобразователями 3 и 4 емкость-напряжение, которые передают информацию о колебаниях стенки артерии в виде электрических напряжений на пиковой детектор 5 и фазовый компаратор 6. Пиковый детектор 5 преобразует амплитуду колебаний входного электрического сигнала в постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде колебаний. Фазовый компаратор 6 измеряет величину разности фаз пульсовой волны. Задатчик 7 задает напряжение, пропорциональное расстоянию между датчиками. Блок питания 8 обеспечивает питающими напряжениями функциональные узлы устройства (связи его не показаны с целью упрощения). Тактовый генератор 9 обеспечивает синхронное взаимодействие всех функциональных узлов устройства посредством выдачи синхроимпульсов, аналоговый коммутатор 10 принимает на свои входы напряжения с пикового детектора 5, фазового компаратора 6 и задатчика расстояния 7. Репрограммируемое запоминающее устройство 11 хранит программу вычисления скорости распространения пульсовой волны и среднего аpтериального давления, законы преобразования входных величин и константы и выставляет всю эту информацию на информационную шину. Аналого-цифровой преобразователь 12 преобразует постоянные напряжения, поступающие на его вход, в цифровой код и выставляет его на общую шину по команде с микро-ЭВМ 13. Однокристальная микро-ЭВМ 13 производит вычисление измеряемых величин и управление процессом измерения. Программируемый таймер 14 программируется и выдает информацию об отсчитанном интервале времени, индикаторное устройство 15 получает по команде с микро-ЭВМ результат вычисления и представляет его в удобном для пользователя виде. Цифро-аналоговый преобразователь 16 преобразует полученную по команде с микро-ЭВМ цифровую информацию в аналоговую. The device contains capacitive sensors 1 and 2 of the pulse wave, electrically connected with the transducers 3 and 4 of the capacitance-voltage, which transmit information about oscillations of the artery wall in the form of electrical voltages to the peak detector 5 and the phase comparator 6. Peak detector 5 converts the amplitude of the oscillations of the input electrical signal into a constant voltage proportional to the amplitude of the oscillations. The phase comparator 6 measures the phase difference of the pulse wave. The setter 7 sets the voltage proportional to the distance between the sensors. The power supply unit 8 provides power supply to the functional units of the device (its connections are not shown with the aim of simplification). The clock generator 9 provides synchronous interaction of all functional units of the device by issuing clock pulses, the analog switch 10 receives voltage inputs from its peak detector 5, phase comparator 6 and distance adjuster 7. Reprogrammable memory 11 stores a program for calculating the propagation velocity of the pulse wave and mean blood pressure , laws of transformation of input quantities and constants and exposes all this information to the information bus. An analog-to-digital converter 12 converts the constant voltages supplied to its input into a digital code and puts it on a common bus on command from a microcomputer 13. A single-chip microcomputer 13 calculates the measured values and controls the measurement process. Programmable timer 14 is programmed and provides information about the counted-down time interval, the indicator device 15 receives, upon command from a microcomputer, a calculation result and presents it in a user-friendly form. The digital-to-analog converter 16 converts the digital information received upon command from the micro-computer into analog.

Датчики пульсовой волны 1 и 2 состоят из двух проводящих дугообразных прямоугольных пластин, 17 и 18 (фиг. 2). Пластина 17 опорная, пластина 18 воспринимающая. Воспринимающая пластина снабжена контактным элементом 19. Пластины 17 и 18 электрически изолированы друг от друга диэлектрической пленкой, например тонким слоем лака, нанесенным на пластину 18, скреплены диэлектрическим клеем и соединены с преобразователем 3 или 4 проводами 20. В совокупности профиль пластин образует эллипс при их жестком закреплении друг с другом. The pulse wave sensors 1 and 2 consist of two conductive arcuate rectangular plates, 17 and 18 (Fig. 2). The support plate 17, the receiving plate 18. The sensing plate is equipped with a contact element 19. The plates 17 and 18 are electrically isolated from each other by a dielectric film, for example, a thin layer of varnish deposited on the plate 18, fastened with dielectric adhesive and connected to the transducer 3 or 4 wires 20. Together, the plate profile forms an ellipse when they rigidly fastening to each other.

Датчики 1 и 2 крепятся над исследуемой артерией закрепителем 21 (например, лейкопластырем, фиг. 3). Sensors 1 and 2 are mounted above the test artery with a fixative 21 (for example, adhesive tape, Fig. 3).

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Устанавливаются емкостные датчики 1 и 2 над исследуемой артерией на определенном расстоянии L (фиг. 3). Пульсовая волна вызывает поперечные колебания стенок артерии, эти колебания сжимают и отпускают пластины датчиков 17 и 18. Это приводит к тому, что при сжатии емкость конденсатора, образованного ими, увеличивается, а при отпускании емкость конденсатора уменьшается. Изменения емкости, зафиксированные датчиками 1 и 2, преобразователи 3 и 4 преобразуют в пропорциональные изменения электрического напряжения. Контактный элемент 19 обеспечивает более плотную связь со стенкой артерии воспринимающей пластины 18, что увеличивает чувствительность датчиков 1 и 2 к колебаниям стенки артерии. Напряжения с преобразователей 3 и 4 поступает на входы фазового компаратора 6, измеряющего разность фаз колебаний пульсовой волны и преобразующего его в пропорциональное постоянное напряжение. Разность фаз колебаний пульсовой волны в точности равна времени распространения пульсовой волны между датчиками 1 и 2, таким образом, на выходе фазового компаратора 6 напряжение пропорционально времени распространения пульсовой волны. Capacitive sensors 1 and 2 are installed above the studied artery at a certain distance L (Fig. 3). The pulse wave causes transverse vibrations of the artery walls, these vibrations compress and release the plates of the sensors 17 and 18. This leads to the fact that when compressed, the capacitance of the capacitor formed by them increases, and when released, the capacitance of the capacitor decreases. Changes in capacitance detected by sensors 1 and 2, converters 3 and 4 are converted into proportional changes in electrical voltage. The contact element 19 provides a more tight connection with the artery wall of the receiving plate 18, which increases the sensitivity of the sensors 1 and 2 to vibrations of the artery wall. The voltage from the converters 3 and 4 is supplied to the inputs of the phase comparator 6, which measures the phase difference of the oscillations of the pulse wave and converts it into a proportional constant voltage. The phase difference of the oscillations of the pulse wave is exactly equal to the propagation time of the pulse wave between the sensors 1 and 2, thus, at the output of the phase comparator 6, the voltage is proportional to the propagation time of the pulse wave.

С преобразователя 3 напряжение, строго соответствующее изменениям пульсовой волны, поступает на пиковый детектор 5, который преобразует амплитуду колебаний поступающего напряжения в постоянное напряжение, пропорциональное величине амплитуды пульсовой волны. From the converter 3, the voltage strictly corresponding to changes in the pulse wave is supplied to the peak detector 5, which converts the amplitude of the incoming voltage into a constant voltage proportional to the amplitude of the pulse wave.

С помощью задатчика 7 (например потенциометра, у которого закреплена на движке шкала, проградуированная в линейных единицах (м), устанавливается величина постоянного напряжения, пропорционального расстоянию между датчиками 1 и 2. Using the adjuster 7 (for example, a potentiometer with a scale calibrated in linear units (m) mounted on the engine, a constant voltage is set proportional to the distance between the sensors 1 and 2.

Таким образом, с пикового детектора 5, фазового компаратора 6 и с задатчика 7 на аналоговый коммутатор 10 поступают напряжения, несущие информацию соответственно о величине амплитуды пульсовой волны, времени распространения пульсовой волны и расстояния, пройденного волной за это время. Аналоговый коммутатор 10 по команде, поступающей с аналого-цифрового преобразователя 12, поочередно подключает на вход его выходы пикового детектора 5, фазового компаратора 6, задатчика 7. Аналого-цифровой преобразователь 12 преобразует поступающие напряжения в соответствующий им цифровой код, который по общей длине поступает в микро-ЭВМ 13, которая, пользуясь программой, константами, характеризующими законы преобразования измеряемых величин, и константами, характеризующими пациента, записанными в репрограммируемом постоянном запоминающим устройстве 11, производит вычисление скорости распространения пульсовой волны и среднего артериального давления. Результаты вычислений поступают на индикаторное устройство 15 и на регистратор 16 через цифро-аналоговый преобразователь. Индикаторное устройство 15 выдает результат измерения скорости распространения пульсовой волны и среднего артериального давления для непосредственного наблюдения за пациентом, в удобном для пользователя виде. Регистратор 16 выдает результаты измерения путем регистрации на носителе (например, бумаге, магнитной ленте и т.д.) и в цифровом виде для дальнейшей автоматической обработки результатов на более мощных ЭВМ. Thus, from the peak detector 5, the phase comparator 6, and from the master 7 to the analog switch 10, voltages are received that carry information, respectively, about the amplitude of the pulse wave, the propagation time of the pulse wave, and the distance traveled by the wave during this time. The analog switch 10, on a command from the analog-to-digital converter 12, alternately connects the outputs of the peak detector 5, phase comparator 6, setter 7. The analog-to-digital converter 12 converts the incoming voltages into the corresponding digital code, which is supplied along the total length in microcomputer 13, which, using the program, constants characterizing the laws of conversion of the measured quantities, and constants characterizing the patient, recorded in a reprogrammed read-only memory device 11 calculates the pulse wave velocity and mean arterial pressure. The calculation results are sent to the indicator device 15 and to the recorder 16 through a digital-to-analog converter. The indicator device 15 provides a measurement result of the pulse wave velocity and mean blood pressure for direct observation of the patient, in a user-friendly manner. The registrar 16 provides the measurement results by recording on a medium (for example, paper, magnetic tape, etc.) and in digital form for further automatic processing of the results on more powerful computers.

Программируемый таймер 14 управляет устройством в реальном времени, например, включает и выключает самописец, регистрирующий результаты измерения, сигнализирует с помощью индикатора наблюдающему о каких-то программируемых событиях. Тактовый генератор 9 синхронизирует все микрооперации устройства. Блок питания 8 обеспечивает все функциональные узлы питающими напряжениями. Programmable timer 14 controls the device in real time, for example, turns the recorder on and off, recording the measurement results, signals using an indicator to the observer about some programmable events. The clock generator 9 synchronizes all microoperations of the device. The power supply unit 8 provides all functional units with supply voltages.

Учитывая, что 20% взрослого населения страдают артериальными гипертензиями, причем повышение артериального давления приводит к таким осложнениям, как инфаркт миокарда, мозговой инсульт, то возникает острая необходимость в разработке эффективных средств контроля и лечения, выше упомянутых заболеваний. Как показывает врачебная практика, лечение этих заболеваний может быть эффективным только при правильном подборе лекарственных средств и их доз, а процесс подбора лекарственных средств и доз является процессом длительным и требует постоянного наблюдения за больным посредством измерения его артериального давления. Артериальное давление является одним из показателей, объективно оценивающим состояние больного и результата воздействия лекарственного средства. Эпизодические измерения не дают полной информации о динамических колебаниях артериального давления и его быстрых изменениях. Given that 20% of the adult population suffer from hypertension, and an increase in blood pressure leads to complications such as myocardial infarction, cerebral stroke, there is an urgent need to develop effective means of control and treatment of the diseases mentioned above. As medical practice shows, the treatment of these diseases can be effective only with the correct selection of drugs and their doses, and the process of selecting drugs and doses is a long process and requires constant monitoring of the patient by measuring his blood pressure. Blood pressure is one of the indicators that objectively assess the condition of the patient and the result of exposure to the drug. Occasional measurements do not provide complete information about the dynamic fluctuations in blood pressure and its rapid changes.

Таким образом, данное устройство, измеряющее артериальное давление длительное время (сутки, недели и более) и регистрирующее результат на носителе (бумага, магнитно-запоминающий материал и т. д.), при просмотре которого можно сделать заключение о ходе лечения, решает указанные выше задачи. Thus, this device, which measures blood pressure for a long time (day, week or more) and records the result on a medium (paper, magnetic storage material, etc.), when viewed from which it is possible to draw a conclusion about the course of treatment, solves the above tasks.

Claims

1. A device for measuring blood pressure, containing the first and second pulse wave sensors and a processing unit, consisting of a phase comparator, analog-to-digital converter, a clock generator and a power supply, characterized in that the pulse wave sensors are capacitive, and introduced into the processing unit connected in series are the first converter capacitance voltage, a peak detector and an analog switch, the second input of which is connected to the output of the phase comparator, the first input of which is connected to the second the output of the first converter is voltage capacitance, the inputs are connected to the outputs of the first pulse wave sensor, the master is connected to the third input of the analog switch, the second voltage is the voltage converter, the inputs are connected to the outputs of the second pulse wave sensor, the output to the second input of the phase comparator, the input unit is interconnected -information output, an indicator device and a registrar, the inputs and outputs of the analog switch and the information input-output unit are interconnected, and their inputs Synchronizing connected to outputs of the clock generator and with similar input capacitance voltage converters.

2. The device according to claim 1, characterized in that the information input / output unit includes a storage device, an analog-to-digital converter, a programmable timer and a microcomputer, interconnected by synchronization inputs connected to the output of the clock generator, and information inputs and outputs through an information bus connected to an indicator device and a recorder.

3. A capacitive sensor containing electrically conductive plates rigidly fixed to one another, characterized in that the plates are made of rectangular springy arched, forming an ellipse in the aggregate, moreover, a contact element is fixed on the outside of one of the plates and this plate is covered with a dielectric film.