CS272057B1 - Blood pressure automatic non-invasive meter - Google Patents

Description

Vynález se týká automatického neinvazivního měřiče krevního tlaku, tj. přístroje pro sledování krevního tlaku u člověka v arteriích stlačitelných z povrchu pomocí tlakové manžety nebo peloty, opatřené pletysmografickým snímačem, například fotoelektrickým nebo impedančním, který je zapojen přes nejméně jeden zesilovač a fázový korektor k elektro-tlakovému převodníku. Všechny tyto součásti tvoří uzavřený obvod servosystému, který neustále a okamžitě mění tlak v tlakové manžetě, čímž se objem arterie udržuje na hodnotě, odpovídající nulové tenzi arteriální stěny. Tlak v tlakové manžetě potom neustále sleduje okamžitou hodnotu tlaku intraarteriálního.

Podobné přístroje jsou známé z patentové literatury, například čs. patent č. 133205, USA patent č. 4510940 a z článků v lékařských a technických časopisech. Dosud známé přístroje však buď nemají automatické počáteční nastavení pracovního bodu a zesílení servosystému, nebo nemají korekci těchto parametrů během měření. Je sice již známé řešení s takovou korekcí, ale korekce se provádí s krátkodobým přerušením měření. Je známé dále řešení s druhým snímačem umístěným na jiné oběhově rovnocenné oblasti, takže jsou potřebné snímače dva. Známé přístroje umožňují měření krevního tlaku také jen na cévách prstu, popřípadě jiné snadno prosvítitelné oblasti, není však možné kontinuální měření na jiných, zejména větších arteriích.

Uvedené nevýhody odstraňuje automaticky neinvazivní měřič krevního tlaku v arteriích stlačitelných z povrchu, jehož tlaková manžeta nebo pelota, opatřená pletysmografickým snímačem, je zapojena přes alespoň jeden zesilovač, fázový korektor a přepínač na elektro-tlakový převodník, přičemž tyto části tvoří uzavřenou smyčku základního servosystému, který je opatřen obvodem pro automatické nastavení a řízení pracovního bodu a zesílení základního servosystému.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že k obvodu základního servosystému je připojen generátor tlakových vibrací o frekvenci vyšší, než je kmitočet nejvyšší harmonické složky tepové vlny krevního tlaku a dále korekční obvod, jehož vstup je připojen buď přímo, nebo přes alespoň jeden zesilovač základního servosystému k pletysmografickému snímači a jehož výstup je připojen k součtovému členu základního servosystému.

Podle vynálezu přístroj obsahuje tedy, na rozdíl od dosud známých podobných přístrojů, generátor vytvářející tlakové vibrace, které jsou superponovány na základní průběh tlaku v tlakové manžetě nebo pelotě, a korekční obvod, který kontinuálně sleduje oscilace cévního objemu, vyvolané těmito tlakovými vibracemi a z jejich amplitudy anebo fáze odvozuje v průběhu každého tepu korekční signál. Korekční signál se po integraci zavádí do základního obvodu servosystému a tak neustále upravuje jeho pracovní bod, tj. stupeň stlačení cévy, na které se měření provádí. Korekční obvod ve skutečnosti měří souběžně s měřením krevního tlaku tzv. dynamickou cévní poddajnost, která výrazně souvisí s tenzi cévní stěny, a nastavuje tuto tenzi na hodnotu, která je optimální pro transmurální přenos tlaku. Na podobném základě, tj. měření objemových cévních oscilací vyvolaných tlakovými vibracemi pracuje i obvod pro automatické řízení zesílení podle vynálezu. Pletysmograf ický snímač tlakové manžety nebo pelo.ty přitom používá, na rozdíl od dosud známých podobných přístrojů, reflexní fotoelektrické pletysmografie.

Přístroj podle vynálezu má ve srovnání se stávajícími přístroji tohoto druhu řadu výhod. Korekce pracovního bodu a zesílení je kontinuální, tj. měření krevního tlaku probíhá bez periodického přerušování, jak to vyžaduje například přístroj podle USA patentu č. 4510940. Korekce je odvozena ze signálu téhož snímače, který zajištuje funkci základního servosystému a nevyžaduje tedy použití dalšího, druhého snímače. Korekce je velmi účinná a rychlá, takže přístroj podle vynálezu nepotřebuje žádný algoritmus pro počáteční nastavení pracovního bodu. Použití reflexního fotoelektrického pletysmografu podle vynálezu jako snímače arteriálního objemu umožňuje neinvazivní sledování krevního tlaku nejen na prstových, ale i na jiných povrchově přístupných arteriích.

CS 272057 Bl

Příklad provedení vynálezu a princip jeho funkce je znázorněn na připojených výkresech, kde na obr. 1 je blokové schéma základního uspořádání, na obr. 2 je blokové schéma konkrétního provedení a na obr. 3 je diagram funkce přístroje podle vynálezu.

Základní uspořádání ukazuje obr. 1. Tlaková manžeta 2> opatření pletysmografickým snímačem 2 cévního objemu, obklopuje měřenou oblast 2· Pletysmografický snímač 2 je připojen přes součtový člen 4. k zesilovači 2i který je spojen s elektro-tlakovým převodníkem 6. Tlaková manžeta 1 je připojena fluidickým vedením jednak k elektro-tlakovému převodníku 6, jednak ke generátoru ]_ tlakových vibrací. K výstupu zesilovače 2 J^e dále připojen korekční obvod 8, jehož výstup, je spojen se součtovým členem

Funkce přístroje spočívá v tom, že tlaková manžeta 2, součtový člen _4, zesilovač 5 a elektro-tlakový převodník 2 tvoří smyčku základního servosystému, který udržuje objem arterií měřené oblasti 2 na konstantní hodnotě okamžitými změnami tlaku v tlakové manžetě 2· Artérie je přitom stlačena tak, že cévní stěna má nulovou tenzi. Jedině za této podmínky totiž odpovídá tlak v tlakové manžetě 2 tlaku intraarteriálnímu. Tento stav se testuje pomocí tlakových vibrací, vytvářených generátorem 7. tlakových vibraci, přičemž korekční obvod 2 vytváří potřebný korekční signál. Ten se přivádí v odpovídající polaritě k součtovému členu _4 a neustále upravuje stupeň stlačení cévního objemu tak, aby byla splněna podmínka nulové tenze cévní stěny.

Příklad konkrétního provedení přístroje podle vynálezu ukazuje blokové schéma na obr. 2. Tlaková manžeta 2 js přiložena na vhodnou oblast, jako například prst, zápěstí, spánkovou krajinu a podobně, kde je arterie 12 uložena v měkké tkáni proti přirozenému podkladu, například kosti 13, nebo umělé nepoddajné podložce. Na vnitřním listu 2 tlakové manžety 2 j^e umístěn světelný zdroj 10 a čidlo 11 tak, že arterie 12 se nachází v jejich blízkosti, popřípadě mezi nimi. Čidlo 11 je připojeno přes prvý součtový člen 14 k prvnímu zesilovači 15, jehož výstup je propojen přes druhý přepínač 21 a první integrátor'22 s opačnou polaritou zpět k prvnímu součtovému členu 2*· Výstup prvního zesilovače 15 je dále připojen k druhému zesilovači 16 s elektronickým řízením zisku, ten potom je spojen přes fázový korektor 17 a dále přes první přepínač. 18 a druhý součtový člen 19 s elektro-tlakovým převodníkem £, spojeným s tlakovou manžetou 2 ^a elektromanometrem 20.· Výstup prvního zesilovače 15 je dále připojen k úzkopásmovému zesilovači 25, jeho výstup potom přes první detektor 26 k vyhodnocovacímu obvodu 27, spojenému s druhým přepínačem 21. Ovládací vstup vyhodnocovacího obvodu 27 je připojen k výstupu druhého zesilovače 16. Výstupní signál druhého zesilovače 16 je také přiveden přes horní propust 28 a druhý detektor 29 k druhému integrátoru 30, jehož výstupní napětí řídí zisk druhého zesilovače 16. První přepínač 18 a druhý přepínač 21 jsou ovládány vnějším signálem, přivedeným na řídicí vstup 21· První přepínač 18 je spojen s napětovým zdrojem 23, druhý součtový člen 19 s oscilátorem 24.

Funkce přístroje je řízena prvním přepínačem 18 a druhým přepínačem 21. Před vlastním měřením je nutno uvést první přepínač 18 i druhý přepínač 21 do polohy 2· V této poloze je smyčka základního servosystému rozpojena, tlak v tlakové manžetě 2 odpovídá napětí nastavenému v napěíovém zdroji 23 a obvod automatického nulování je uzavřen, tzn. první integrátor 22 postupně kompenzuje stejnosměrnou složku fotoelektrického napětí čidla 21> které odpovídá objemu arterie 12. Po několika sekundách dojde k vynulování výstupního napětí prvního zesilovače 15 a první přepínač 18 i druhý přepínač 21 se uvedou do polohy b. Pokud by byl korekční signál na výstupu vyhodnocovacího obvodu 27 nulový, nebude se výstupní napětí prvního integrátoru 21 měnit a servosystém bude udržovat fotoelektrický signál z čidla 11, který odpovídá objemu arterie 12, na počáteční hodnotě. Za této situace vyvolá jakákoli změna cévního objemu okamžitou změnu tlaku v tlakové manžetě 2> která objemovou změnu vyrovná, a to při vhodném nastavení zisku druhého zesilovače 16 a zásluhou fázového korektoru 17, který má vlastnosti regulátoru PID, téměř beze zbytku. Pokud byl počáteční objem zvolen tak, aby cévní stěna měla nulovou tenzi, odpovídá tlak v tlakové manžetě 2) ^a tedy i výstupní napětí elektromanometru 20 v každém okamžiku intraarteriálnímu tlaku.

CS 272057 Bl

Prakticky však lze vhodný počáteční cévní objem, tj. pracovní bod servosystému určit jen obtížně, a kromě toho je známo, že se jeho hodnota během měření může měnit. V přístroji podle vynálezu se proto požadovaný pracovní bod automaticky vyhledává a neustále koriguje tím způsobem, že se na zaznamenávanou tlakovou křivku superponují.nevelké tlakové vibrace, jejichž frekvence je vyšší, než jakákoli frekvence přirozeně obsažená v tepové vlně krevního tlaku. Zdrojem těchto tlakových vibrací je oscilátor 24, jehož výstupní periodické napětí z fázového korektoru 17, a elektro-tlakový převodník £ potom generuje požadovaný tlakový průběh. Superponované tlakové vibrace v tlakové manžetě 1 potom vyvolávají malé, ale měřitelné oscilace objemu arterie 12, které jsou zachyceny spolu.s původním fotoelektrickým signálem čidlem 11, zesíleny prvním zesilovačem 15. potom odděleny a dále zesíleny úzkopásmovým zesilovačem 25, naladěným na frekvenci oscilátoru 24, a detekovány prvním detektorem 26. Výstupní signál tohoto detektoru odpovídá fyziologické veličině, nazývané dynamická cévní poddajnost - DVC -, která výrazně závisí na tenzi arteriální stěny.

Jak ukazuje obr. 3, zbytková odchylka fotoelektrického signálu, tj. malé zvětšení cévního objemu - křivka 3 - na začátku každého tepu, je provázena charakteristickou změnou DVC - křivka 4 - v závislosti na nastavení pracovního bodu servosystému. V části A obr. 3 je znázorněna situace, kdy pracovní bod je nesprávně nastaven tak, že cévní objem - křivka 3 - je udržován na příliš vysoké hodnotě. Registrovaný tlak - křivka 2 - je potom nižší, než skutečný intraarteriální tlak - křivka 1 - a DVC - křivka 4 - jeví na začátku každého tepu výchylku směrem dolů. Opačný případ ukazuje část C obr. 3. Když jsou cévy servosystému příliš stlačeny, jak ukazuje nízká poloha křivky 3, a systém měří nesprávně vysoký tlak - křivky 1 a 2 - potom.DVC - křivka 4 - na začátku tepu nápadně vzroste, kdežto v ostatní dobu má nízkou hodnotu. Při správném nastavení pracovního bodu - část B obr. 3 - má cévní objem - křivka 3 - střední hodnotu, DVC - křivka 4 - nemá výraznější výchylky a registrovaný tlak - křivka 2 - je identický s tlakem íntraarteriálním.

Vyhodnocovací obvod 27 r obr. 2 -, což může být například klíčovaný zesilovač ovládaný signálem zbytkové odchylky, zachytl přechodnou změnu DVC na začátku každého tepu, odvodí z ní chybový signál - křivka 5 na obr. 3, a přivede jej k prvnímu integrátoru 22 - obr. 2 -, jehož výstupní napětí řídí prostřednictvím prvního součtového členu 14 pracovní bod servosystému. Tím se automaticky a neustále koriguje stupeň stlačení arterie 12 tak, aby tenze její stěny byla minimální.

Kontinuální řízení zisku zajišťuje druhý zesilovač 16 - obr. 2 - s elektronicky řízeným zesílením a obvod sestávající z horní propusti 28, druhého detektoru 29 a druhého integrátoru 30. Z výstupního signálu druhého zesilovače 16 se horní propustí 28 vybírají frekvence vyšší, než je nejnižší předpokládaný kmitočet vlastních oscilací servosystému, a také oscilace vyvolané záměrně zavedenými vibracemi tlaku v manžetě. Tyto frekvenční složky se zesílí a detekují druhým detektorem 29 a integrují druhým integrátorem 30, ke kterému je současně přiváděno konstantní napětí určující náležitou hodnotu zisku servosystému. Výstupní napětí integrátoru udržuje neustále zisk druhého zesilovače 16 na hodnotě, která je bezpečně nižší, než hranice vzniku netlumených oscilací servosystému.

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Automatický neinvazivní měřič krevního tlaku pro sledování krevního tlaku v arteriích stlačitelných z povrchu, jehož tlaková manžeta nebo pelota, opatřená pletysmografickým snímačem cévního objemu, je zapojena přes alespoň jeden zesilovač na elektro-tlakový převodník, kteréžto části tvoří uzavřenou smyčku základního servosystému, který je opatřen obvodem pro automatické nastavení a řízení pracovního bodu a zesílení tohoto servosystému, vyznačující se tím, že k obvodu základního servosystému je připojen generátor (7) tlakových vibrací o frekvenci vyšší, než je kmitočet nejvyšší harmonické

   CS 272057 Bl složky tepové vlny krevního tlaku, a dále korekční obvod (8), jehož vstup je připojen buď přímo, nebo přes alespoň jeden zesilovač (5) základního servosystému k pletysmografickému snímači (2) a jehož výstup je připojen k součtovému členu (4) základního servosystému.
2. 2. Automatický neinvazivní měřič krevního tlaku podle bodu 1, vyznačující se tím, že generátor (7) tlakových vibrací je oscilátor (24), jehož výstup je připojen přes druhý součtový člen (19) k elektro-tlakovému převodníku (6), přičemž korekční obvod (B) sestává z úzkopásmového zesilovače (25), naladěného na frekvenci oscilátoru (24), a z prvního detektoru (26), jehož výstup je připojen k vyhodnocovacímu obvodu (27) spojenému s prvním integrátorem (22).
3. 3. Automatický neinvazivní měřič krevního tlaku podle bodu 1, vyznačující se tím, že zesilovač (5) základního servosystému sestává z prvního zesilovače (15) a druhého zesilovače (16) s elektronickým řízením zisku, připojeného přes horní propust (28) k druhému detektoru (29) a druhému integrátoru (30), jehož výstup je připojen na vstup pro řízení zisku druhého zesilovače (16).
4. 4. Automatický neinvazivní měřič krevního tlaku podle bodu 1, vyznačující se tím, že pletysmografický snímač (2) je fotoelektrický reflexní pletysmograf, jehož světelný zdroj (10) a čidlo (11) jsou umístěny na vnitřním listu (9) tlakové manžety (1) nebo peloty nebo na protilehlé pevné podložce v blízkosti měřené arterie (12).