PL227044B1 - Sposób pomiaru sygnału elektrycznej impedancji krwi oraz układ pomiarowy sygnału elektrycznej impedancji krwi - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru sygnału elektrycznej impedancji krwi w komorze krwistej pulsacyjnej protezy wspomagania serca i układ pomiarowy sygnału elektrycznej impedancji krwi. Sposób pomiaru sygnału elektrycznej impedancji krwi polega na tym, że monitoruje się zmiany objętościowe w komorze krwistej protezy wspomagania serca (2) w trakcie pracy, która to komora (2) zmienia swoją objętość, co z kolei wywołuje zmiany przekroju przewodnika, który tworzy wypełniająca komorę (2) krew, przy czym zjawisko przewodności objętościowej ma dominujący wpływ na kształt i amplitudę sygnału impedancji, natomiast zmienność rezystywności krwi wywołana reorganizacją przestrzenną erytrocytów podczas napływu i wyrzutu krwi wpływa na kształt sygnału impedancji jedynie w krótkich odcinkach czasu odpowiadających otwieraniu i zamykaniu zastawek komory krwistej protezy (2).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru sygnału elektrycznej impedancji krwi w komorze krwistej pulsacyjnej protezy wspomagania serca i układ pomiarowy sygnału elektrycznej impedancji krwi, znajdujący zastosowanie w monitorowaniu pracy protezy i nadzorze medycznym objętościowych parametrów wspomagania, takich jak objętość wyrzutowa i minutowa protezy, które to są powszechnie stosowanymi wskaźnikami pompowania krwi.

Znane metody bioimpedancyjne polegają na wykorzystaniu zjawiska zmiany impedancji elektrycznej krwi podczas jej pulsacyjnego przepływu przez badany obszar. Sinusoidalny prąd aplikacyjny o stałej amplitudzie i częstotliwości kilkudziesięciu kiloherców przepuszczany przez krew powoduje powstanie napięcia, które po wzmocnieniu, filtracji i demodulacji jest rejestrowane jako sygnał impedancji. Krew dzięki osoczu, które jest elektrolitem, wykazuje cechy przewodnika. Krew jest jednak zawiesiną niejednorodną, a erytrocyty nie przewodzą prądu elektrycznego w zakresie wykorzystywanych częstotliwości. W przepływającej pulsacyjnie krwi występują dwa zjawiska odpowiedzialne za powstanie zmiennego w czasie sygnału impedancyjnego: zjawisko przewodności objętościowej i zjawisko zmiany rezystywności krwi. Zjawisko przewodności objętościowej występuje na skutek zmian objętości badanego ośrodka pod wpływem napływania i odpływu krwi. Zmiany rezystywności krwi następują na skutek zmiany orientacji przestrzennej erytrocytów w trakcie przepływu.

Sposób pomiaru sygnału elektrycznej impedancji krwi według wynalazku, polega na tym, że zmiany objętościowe w komorze krwistej protezy wspomagania serca monitorowane są w trakcie pracy za pomocą elektrod pomiarowych. Komora krwista protezy wspomagania serca zmienia swoją objętość, co z kolei wywołuje zmiany przekroju przewodnika, który tworzy wypełniająca komorę krew. Sygnał napięciowy na rezystorze R_sense podlega wzmocnieniu i demodulacji w detektorze amplitudy, a jego amplituda jest w sposób ciągły porównywana z poziomem referencyjnym U_REF, przy czym sygnał wyjściowy regulatora w układzie mnożącym reguluje amplitudę sygnału z generatora stabilizując amplitudę wyjściowego prądu aplikacyjnego. Zjawisko przewodności objętościowej ma dominujący wpływ na kształt i amplitudę sygnału impedancji, natomiast zmienność rezystywności krwi wywołana reorganizacją przestrzenną erytrocytów podczas napływu i wyrzutu krwi wpływa na kształt sygnału impedancji jedynie w krótkich odcinkach czasu odpowiadających otwieraniu i zamykaniu zastawek komory krwistej protezy.

Układ pomiarowy sygnału elektrycznej impedancji krwi w przestrzeni komory krwistej protezy, według wynalazku, składa się ze źródła prądu aplikacyjnego, korzystnie sinusoidalnego, połączonego z elektrodami pomiarowymi, które tworzą metalowe pierścienie zastawek wlotowej i wylotowej. Elektrody pomiarowe połączone są z analogową częścią odbiorczą, która z kolei połączona jest z układem przetwarzania analogowo-cyfrowego i wizualizacji sygnału impedancji. Źródło prądu aplikacyjnego, korzystnie o amplitudzie 100 pA i częstotliwości 40 kHz, składa się z generatora napięcia sinusoidalnego, który steruje poprzez źródło prądowe transformatorem, przy czym z uzwojenia wtórnego transformatora płynie prąd aplikacyjny I_A do badanej impedancji Z_X, którego amplituda jest stabilizowana przez układ regulatora PI. Analogowa część odbiorcza toru pomiarowego składa się ze wzmacniacza pomiarowego, wyjściowego filtru pasmowo-przepustowego i demodulatora, korzystnie zrealizowanego na bazie prostownika dwu-połówkowego oraz przetwornika A/C, korzystnie 16-bitowego. Pomiar sygnału impedancji wiąże się z koniecznością zapewnienia dobrego kontaktu elektrycznego pomiędzy układem pomiarowym i badanym medium. Komora wspomagania oraz inne elementy układu przepływu krwi (króćce i kaniule) wykonane są z materiałów izolujących. Metalowe pierścienie zastawek mają natomiast bezpośredni kontakt elektryczny z krwią, co umożliwia ich wykorzystanie w funkcji elektrod pomiarowych. Jednocześnie prąd ze źródła o stałej amplitudzie nie powoduje spadku napięcia na styku elektroda - krew, co daje możliwość zastosowania metody stałoprądowej dwuelektrodowej do pomiaru sygnału impedancji. Pierścienie pełnią więc funkcję zarówno elektrod nadawczych jak i odbiorczych.

Sposób według wynalazku w przykładzie realizacji jest bliżej objaśniony w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu pomiarowego, fig. 2 przedstawia schemat źródła prądu aplikacyjnego, fig. 3 przedstawia schemat analogowej części odbiorczej toru pomiarowego, fig. 4 przedstawia uzyskiwane sygnały impedancji REO w odniesieniu do sygnału ciśnienia NTC mierzonego w króćcu wylotowym komory wspomagania i sygnału A3 pochodzącego z miernika objętościowego natężenia przepływu krwi przy różnych objętościach wyrzutowych komory.

PL 227 044 B1

Sposób pomiaru sygnału elektrycznej impedancji krwi polega na tym, że zmiany objętościowe w komorze krwistej protezy wspomagania serca 2 monitorowane są w trakcie pracy za pomocą elektrod pomiarowych 5 i 6, która to komora 2 zmienia swoją objętość, co z kolei wywołuje zmiany przekroju przewodnika, który tworzy wypełniająca komorę 2 krew, dodatkowo sygnał napięciowy na rezystorze R_sense podlega wzmocnieniu i demodulacji w detektorze amplitudy 10, a jego amplituda jest w sposób ciągły porównywana z poziomem referencyjnym U_REF, przy czym sygnał wyjściowy regulatora 9 w układzie mnożącym reguluje amplitudę sygnału z generatora 7 stabilizując amplitudę wyjściowego prądu aplikacyjnego, przy czym zjawisko przewodności objętościowej ma dominujący wpływ na kształt i amplitudę sygnału impedancji, natomiast zmienność rezystywności krwi wywołana reorganizacją przestrzenną erytrocytów podczas napływu i wyrzutu krwi wpływa na kształt sygnału impedancji jedynie w krótkich odcinkach czasu odpowiadających otwieraniu i zamykaniu zastawek komory krwistej protezy 2.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu pomiarowego, fig. 2 przedstawia schemat źródła prądu aplikacyjnego, fig. 3 przedstawia schemat analogowej części odbiorczej toru pomiarowego, fig. 4 przedstawia uzyskiwane sygnały impedancji REO w odniesieniu do sygnału ciśnienia NTC mierzonego w króćcu wylotowym komory wspomagania i sygnału A3 pochodzącego z miernika objętościowego natężenia przepływu krwi przy różnych objętościach wyrzutowych komory.

Układ pomiarowy sygnału elektrycznej impedancji krwi w przestrzeni komory krwistej protezy składa się ze źródła prądu aplikacyjnego 1 sinusoidalnego, połączonego z elektrodami pomiarowymi 5 i 6, które tworzą metalowe pierścienie zastawek wlotowej i wylotowej. Elektrody pomiarowe 5 i 6 połączone są z analogową częścią odbiorczą 3, która z kolei połączona jest z układem przetwarzania analogowo-cyfrowego i wizualizacji sygnału impedancji 4. Źródło prądu aplikacyjnego 1 o amplitudzie 100 pA i częstotliwości 40 kHz składa się z generatora napięcia sinusoidalnego 7, który steruje poprzez źródło prądowe 8 transformatorem, przy czym z uzwojenia wtórnego transformatora płynie prąd aplikacyjny lA do badanej impedancji ZX, którego amplituda jest stabilizowana przez układ regulatora PI 9. Analogowa część odbiorcza 3 toru pomiarowego składa się ze wzmacniacza pomiarowego, wyjściowego filtru pasmowo-przepustowego 11 i demodulatora 12 zrealizowanego na bazie prostownika dwu-połówkowego oraz 16-bitowego przetwornika A/C 13.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób pomiaru sygnału elektrycznej impedancji krwi, znamienny tym, że zmiany objętościowe w komorze krwistej protezy wspomagania serca (2) monitorowane są w trakcie pracy za pomocą elektrod pomiarowych (5, 6), która to komora (2) zmienia swoją objętość, co z kolei wywołuje zmiany przekroju przewodnika, który tworzy wypełniająca komorę (2) krew, dodatkowo sygnał napięciowy na rezystorze R_sense podlega wzmocnieniu i demodulacji w detektorze amplitudy (10), a jego amplituda jest w sposób ciągły porównywana z poziomem referencyjnym U_REF, przy czym sygnał wyjściowy regulatora (9) w układzie mnożącym reguluje amplitudę sygnału z generatora (7) stabilizując amplitudę wyjściowego prądu aplikacyjnego.
2. 2. Układ pomiarowy sygnału elektrycznej impedancji krwi w przestrzeni komory krwistej protezy, znamienny tym, że składa się ze źródła prądu aplikacyjnego (1), korzystnie sinusoidalnego, połączonego z elektrodami pomiarowymi (5 i 6), które tworzą metalowe pierścienie zastawek wlotowej i wylotowej, które to elektrody pomiarowe (5 i 6) połączone są z analogową częścią odbiorczą (3), która z kolei połączona jest z układem przetwarzania analogowo-cyfrowego i wizualizacji sygnału impedancji (4), przy czym źródło prądu aplikacyjnego (1), korzystnie o amplitudzie 100 pA i częstotliwości 40 kHz, składa się z generatora napięcia sinusoidalnego (7), który steruje poprzez źródło prądowe (8) transformatorem, przy czym z uzwojenia wtórnego transformatora płynie prąd aplikacyjny lA do badanej impedancji ZX, którego amplituda jest stabilizowana przez układ regulatora PI (9), natomiast analogowa część odbiorcza (3) toru pomiarowego składa się ze wzmacniacza pomiarowego, wyjściowego filtra pasmowo-przepustowego (11) i demodulatora (12), korzystnie zrealizowanego na bazie prostownika dwu-połówkowego oraz przetwornika A/C (13), korzystnie 16-bitowego.
3. 3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że metalowe pierścienie zastawek wlotowej i wylotowej (5 i 6) pełnią funkcję zarówno elektrod nadawczych jak i odbiorczych.