RU2020866C1

RU2020866C1 - Electron tonometer

Info

Publication number: RU2020866C1
Authority: RU
Inventors: Е.В. Мартынов; А.В. Колчин; А.Г. Мустафин; В.М. Гаврилов
Original assignee: Казанский государственный технический университет им.А.Н.Туполева; Ульяновское конструкторское бюро приборостроения
Priority date: 1990-12-04
Filing date: 1990-12-04
Publication date: 1994-10-15

Abstract

FIELD: medical equipment. SUBSTANCE: tonometer has compression cuff, pressure transducer, pulse wave detector, pressure source, indication and registration unit, additional acoustic transducer, band-pass filter, linear rectifier, voltage-to-frequency converter, counters, digital-to-analog converters, measurement timers, pulse pressure sources. Compression cuff, into which acoustic detector and pulse wave detector are disposed, is put onto hand of patient before start moment of measurements. Tonometer specifies preset pressure in the cuff in automatic mode and measures and indicates systolic, diastolic pressure and pulse. EFFECT: improved precision of measurement; reduced time of measurement; improved comfort. 2 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для измерения параметров сердечно-сосудистой системы - артериального давления крови и пульса человека и животных. The invention relates to medical equipment and can be used to measure parameters of the cardiovascular system - blood pressure and pulse of humans and animals.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее компрессионную манжету, датчик пульсовой волны с усилителем, источник давления с блоком управления, датчик давления с дифференциальным усилителем, полосовой фильтp, блок индикации и регистрации. The closest in technical essence is a device containing a compression cuff, a pulse wave sensor with an amplifier, a pressure source with a control unit, a pressure sensor with a differential amplifier, a bandpass filter, an indication and registration unit.

Однако в устройстве недостаточная помехозащищенность и точность измерений вследствие наличия дрейфа нуля, проведения измерения в режиме декомпрессии, что вызывает необходимость существенно превышать (не менее, чем на 20-30 мм рт.ст.) систолическое давление, что увеличивает время измерения и снижает точность измерения. However, the device lacks noise immunity and measurement accuracy due to the presence of a zero drift, measurements in the decompression mode, which necessitates significantly exceed (not less than 20-30 mm Hg) systolic pressure, which increases the measurement time and reduces the measurement accuracy .

Цель изобретения - повышение точности измерения и помехозащищенности. The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurement and noise immunity.

На фиг. 1 представлена электрическая структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы. In FIG. 1 is an electrical block diagram of a device; in FIG. 2 - timing charts.

Устройство содержит датчик 1 давления, датчик 2 пульсовой волны, акустический датчик 3, компрессионную манжету 4, источник 5 давления, формирователь 6 импульсов, соединенный с блоком 7 запуска, дифференциальный усилитель 8, соединенный с датчиком 1 и цифроаналоговым преобразователем 9, усилитель 10, подключенный к выходу датчика 2, первый таймер 11, через блок 12 управления соединенный с источником 5 давления, триггер 13, соединенный с таймером 11, третий формирователь 14 импульсов, через второй полосовой фильтр 15 соединенный с датчиком 3, линейный выпрямитель 16, входом соединенный с выходом усилителя 8 и входом схемы 17 сравнения, первый полосовой фильтр 18, второй таймер 19, триггер 20 запуска источника давления, четвертый ключ 21, включенный с ним параллельно третий таймер 22, преобразователь 23 напряжение-частота, первый и второй формирователи 24, 25 импульсов, третий ключ 26, второй, третий и четвертый счетчики 27, 28, 29, первый ключ 30, входами через преобразователь 23 соединенный с выпрямителем 16 и через формирователь 24 с выходом схемы 17 сравнения, а выходом - с первым счетчиком 31, элемент 32 задержки включенный между формирователем 25 и вторым ключом 33, индикаторы 34, 35 и 36, соединенные соответственно с индикаторами 34, 35, 36. The device comprises a pressure sensor 1, a pulse wave sensor 2, an acoustic sensor 3, a compression cuff 4, a pressure source 5, a pulse shaper 6 connected to the trigger unit 7, a differential amplifier 8 connected to the sensor 1 and a digital-to-analog converter 9, an amplifier 10 connected to the output of the sensor 2, the first timer 11, through the control unit 12 connected to the pressure source 5, the trigger 13 connected to the timer 11, the third pulse shaper 14, through the second band-pass filter 15 connected to the sensor 3, a linear rectifier a sampling device 16, connected to the output of the amplifier 8 and the input of the comparison circuit 17, a first bandpass filter 18, a second timer 19, a trigger 20 for triggering a pressure source, a fourth switch 21, a third timer 22 connected in parallel with it, a voltage-frequency converter 23, the first and the second pulse shaper 24, 25, the third key 26, the second, third and fourth counters 27, 28, 29, the first key 30, with inputs through the converter 23 connected to the rectifier 16 and through the shaper 24 with the output of the comparison circuit 17, and the output with the first counter 31, delay element 32 in for prison between the generator 25 and the second key 33, LEDs 34, 35 and 36 connected respectively to the indicators 34, 35, 36.

Устройство работает следующим образом. Перед началом измерения компрессионная манжета 4 устанавливается на руке пациента выше локтевого сустава. При этом датчик пульсовой волны 2 и акустический датчик 3 размещаются в манжете 4 и через чехол манжеты и одежду пациента или непосредственно контактируют с телом пациента в области артерии. The device operates as follows. Before starting the measurement, the compression cuff 4 is mounted on the patient’s arm above the elbow joint. In this case, the pulse wave sensor 2 and the acoustic sensor 3 are located in the cuff 4 and through the cuff cover and the patient’s clothes or directly contact the patient’s body in the artery.

После подачи электропитания производится выставка электронных узлов устройства в исходное положение, при этом обнуляются счетчики 27, 28, 29, 31 и таймеры 11, 19,22. После формирования команды запуска с узла запуска 7 на выходе формирователя импульса запуска 6 формируется единичная команда, по которой открывается первый ключ 30 и дается разрешение на запись первого счетчика 31, при этом на выходе усилителя 8 формируется напряжение, пропорциональное отклонению выходного сигнала датчика давления 1, от заданного нулевого уровня, это напряжение с помощью линейного выпрямителя 16 вне зависимости от знака преобразуется в напряжение одного знака и подается на вход преобразователя напряжение - частота 23, где преобразуется в последовательность импульсов, которые через открытый ключ 30, заполняют первый счетчик 31. After applying the power supply, the electronic components of the device are exposed to their initial position, while the counters 27, 28, 29, 31 and timers 11, 19.22 are reset. After generating the start command from the start node 7, a single command is generated at the output of the start pulse shaper 6, by which the first key 30 is opened and permission is given to write the first counter 31, while the output of the amplifier 8 generates a voltage proportional to the deviation of the output of the pressure sensor 1 from a given zero level, this voltage with the help of a linear rectifier 16, regardless of the sign, is converted to a voltage of one sign and fed to the input of the converter voltage - frequency 23, where It is formed into a sequence of pulses which via a public key 30 is filled with a first counter 31.

Формируемый в счетчике 31 двоичный код поступает на вход цифроаналогового преобразователя 9, с выхода которого напряжение поступает на второй вход дифференциального усилителя 8. Усилитель 8, преобразователь 23, ключ 30, счетчик 31 и преобразователь 9 образуют контур уравновешивания с отрицательной обратной связью, поэтому при заполнении счетчика 31, на вход усилителя 8 будет подаваться напряжение, компенсирующее отклонение выходного сигнала датчика давления 1 от заданного нулевого уровня. После того, как отклонение будет скомпенсировано с выхода усилителя 8, напряжение будет равно нулю, срабатывает схема сравнения 17, на ее выходе образуется сигнал, преобразуемый формирователем 24, в единичный импульс, закрывающий первый ключ 30 и запрещающий запись в счетчик 31. При этом на выходе счетчика 31 устанавливается код, обеспечивающий посредством цифроаналогового преобразователя 9 компенсацию отклонения выходного сигнала датчика от заданного нулевого уровня, на весь цикл измерения электронного автоматического тонометра. The binary code generated in the counter 31 is fed to the input of the digital-to-analog converter 9, from the output of which the voltage is supplied to the second input of the differential amplifier 8. The amplifier 8, converter 23, key 30, counter 31, and converter 9 form a balancing circuit with negative feedback, therefore, when filling counter 31, the input of the amplifier 8 will be supplied with a voltage compensating for the deviation of the output signal of the pressure sensor 1 from a predetermined zero level. After the deviation is compensated from the output of amplifier 8, the voltage will be zero, the comparison circuit 17 is triggered, a signal is generated at its output, converted by the driver 24 into a single pulse, closing the first key 30 and prohibiting writing to the counter 31. the output of the counter 31 is set to a code that ensures by means of a digital-to-analog converter 9 compensation of the deviation of the sensor output signal from a predetermined zero level for the entire measurement cycle of the electronic automatic blood pressure monitor.

По единичной команде с выхода формирователя импульса запуска 6 с помощью триггера 20 запуска таймера 11 источника давления производится запуск таймера 11 источника давления, при этом с выхода таймера 11 источника давления на вход блока управления 12 источника давления поступает сигнал, по которому на выходе блока 12 управления источника давления появляется напряжение заданной формы, частота и амплитуды, которое подается на источник давления 5, создающий под действием этого напряжения плавное увеличение давления в компрессионной манжете 4 с заданной скоростью. According to a single command, from the output of the trigger pulse generator 6 using the trigger 20 to start the timer 11 of the pressure source, the timer 11 of the pressure source is started, while the output of the timer 11 of the pressure source receives a signal at the input of the control unit 12 of the pressure source, which outputs the signal voltage source appears voltage of a given shape, frequency and amplitude, which is fed to pressure source 5, which creates under the action of this voltage a smooth increase in pressure in the compression cuff 4 s given speed.

При достижении давления в манжете, равного диасталическому на выходе преобразователя напряжения частот 23, пропорционально сигналу с датчика давления 1, устанавливается частота, определяемая диастолическим давлением, с датчика пульсовой волны 2 появляется всплеск напряжения, который после усиления фильтрации с помощью формирователя импульса 25 преобразуется в короткий импульс, который запускает таймер измерения, с выхода которого формируется импульс с длительностью, определяющей масштаб преобразования частоты в код индикации. Под действием этого импульса на заданное время открывается третий ключ 33 и производится заполнение третьего счетчика 28, в котором формируется код, соответствующий давлению диастолы и который в индикаторе 25 преобразуется в цифровое отображение результата измерения диастолического давления. When the pressure in the cuff is reached, equal to the diastolic at the output of the frequency converter 23, proportionally to the signal from the pressure sensor 1, the frequency determined by the diastolic pressure is set, a voltage surge appears from the pulse wave sensor 2, which, after amplification of the filtering using the pulse shaper 25, is converted into a short a pulse that starts a measurement timer, from the output of which a pulse is generated with a duration that determines the scale of the frequency conversion into an indication code. Under the influence of this impulse, a third key 33 is opened for a predetermined time and the third counter 28 is filled, in which a code corresponding to the diastole pressure is generated and which in the indicator 25 is converted to a digital display of the diastolic pressure measurement result.

С помощью элемента временной задержки 32, после окончания цикла измерения диастолического давления, формируется импульс, закрывающий третий ключ 33, что препятствует перезаписи результата измерения в счетчике 28 и, следовательно, в индикаторе 35, который отображает результат измерения диастолического давления. Одновременно с появлением каждого из последующих импульсов с таймера 19 измерения открывается второй ключ 26 и производится заполнение второго счетчика 27, в котором формируется код, соответствующий текущему значению давления в манжете на момент срабатывания датчика пульсовой волны. При достижении систолического давления датчик 2 пульсовой волны формирует последний "всплеск" напряжения за один цикл измерения давления, при этом производится заполнение счетчика 27 и в нем формируется код, соответствующий систолическому давлению, который в индикаторе 34 преобразуется в цифровое отображение результата измерения систолического давления. Одновременно с появлением первого импульса с выхода формирователя импульса 25, соответствующего прохождению пульсовой волны, срабатывает триггер источника давления 13, который переводит таймер 11 источника давления (ИД) в режим контроля интервала времени между моментами прохождения пульсовой волны. При этом, если импульсы с выхода формирователя 25 следуют с интервалом τ_и < τ_з, где τ_и - интервал между импульсами; τ_з - заданный интервал времени, то с приходом каждого импульса с формирователя 25, таймер 11 источника давления обнуляется и вновь переводится в режим контроля интервала времени между импульсами. После прохождения последнего импульса за цикл измерения давления с формирователя 25, спустя время с выхода таймера 11 ИД выдается импульс отключения питания от источника давления 5. При этом на первом индикаторе 34 отображается результат измерения систолического давления, а на втором индикаторе - результат измерения диастолического давления.Using the time delay element 32, after the end of the diastolic pressure measurement cycle, an impulse is formed that closes the third key 33, which prevents overwriting the measurement result in the counter 28 and, therefore, in the indicator 35, which displays the result of the diastolic pressure measurement. Simultaneously with the appearance of each of the subsequent pulses from the measurement timer 19, the second key 26 opens and the second counter 27 is filled, in which a code is generated corresponding to the current value of the cuff pressure at the moment the pulse wave sensor is triggered. When systolic pressure is reached, the pulse wave sensor 2 generates the last "surge" in voltage for one pressure measurement cycle, while the counter 27 is filled and a code corresponding to systolic pressure is generated in it, which in the indicator 34 is converted to a digital display of the systolic pressure measurement result. Simultaneously with the appearance of the first pulse from the output of the pulse shaper 25, corresponding to the passage of the pulse wave, the trigger of the pressure source 13 is triggered, which puts the timer 11 of the pressure source (ID) in the control mode of the time interval between the moments of the pulse wave. Moreover, if the pulses from the output of the shaper 25 follow with an interval of τ _and <τ _s , where τ _and is the interval between pulses; τ _s - the specified time interval, then with the arrival of each pulse from the shaper 25, the timer 11 of the pressure source is reset and again transferred to the control mode of the time interval between pulses. After the passage of the last pulse in the pressure measurement cycle from the former 25, after a time from the output of the ID timer 11, a power off pulse is generated from the pressure source 5. At the same time, the first indicator 34 displays the systolic pressure measurement result, and the second indicator displays the diastolic pressure measurement result.

Одновременно с прохождением пульсовой волны, соответствующей диастолическому давлению, импульс с выхода формирователя 35 запускает таймер 22 пульса, который открывает четвертый ключ 31, при этом импульсы напряжения с акустического датчика 3 проходят через второй полосовой фильтр 15, отделяются от низкочастотной и высокочастотной помехи и подаются на формирователь импульсов 14. Второй полосовой фильтр 15 настроен так, что он позволяет с высокой избирательностью выделять сигнал, пропорциональный сердечным сокращением в том случае, если давление в компрессионной манжете выше диастолического. Второй полосовой фильтр 15 формирует импульс, который, проходя через третий формирователь импульсов 14, преобразуется в пачку коротких импульсов, которые через открытый ключ 21 записываются в счетчике 29. Запись импульсов с формирователя 14 в счетчик 29 производится в течение времени измерения, определяемого таймером 22. Введение акустического датчика 3, выделяющего с высокой избирательностью сигналы сердечных сокращений при давлении в компрессионной манжете выше диастолического, позволяет повысить точность измерения пульса, вследствие того, что время измерения пульса не ограничено интервалом времени между измерением систолического и диастолического давления, поскольку акустический датчик 3 позволяет выделять сигнал о сердечных сокращениях и после прекращения сигнала с датчика пульсовой волны, когда давление в компрессионной манжете превышает систолическое давление, как в период работы источника давления, так и после прекращения работы источника давления, когда давление в манжете снижается от максимального до диастолического давления. Simultaneously with the passage of the pulse wave corresponding to the diastolic pressure, the pulse from the output of the driver 35 starts the pulse timer 22, which opens the fourth key 31, while the voltage pulses from the acoustic sensor 3 pass through the second band-pass filter 15, are separated from the low-frequency and high-frequency noise and fed to pulse shaper 14. The second band-pass filter 15 is configured so that it allows with high selectivity to select a signal proportional to the heartbeat if s in the compression cuff diastolic above. The second band-pass filter 15 generates a pulse, which, passing through the third pulse shaper 14, is converted into a packet of short pulses, which are recorded through the public key 21 in the counter 29. The pulses from the shaper 14 are recorded in the counter 29 during the measurement time determined by the timer 22. The introduction of an acoustic sensor 3, emitting with high selectivity heart rate signals at a pressure in the compression cuff above the diastolic one, allows to increase the accuracy of the pulse measurement, as a result that the time of measuring the pulse is not limited by the time interval between the measurement of systolic and diastolic pressure, since the acoustic sensor 3 allows you to select a heartbeat signal even after the signal from the pulse wave sensor stops, when the pressure in the compression cuff exceeds systolic pressure, as during the operation of the pressure source , and after the termination of the pressure source, when the pressure in the cuff is reduced from maximum to diastolic pressure.

Временные диаграммы на фиг. 2 иллюстрируют работу предлагаемого электронного тонометра. Timing diagrams in FIG. 2 illustrate the operation of the proposed electronic blood pressure monitor.

На фиг. 2 представлены: временная диаграмма импульсов с выхода второго формирователя импульсов 25 (2), временная диаграмма импульса с выхода таймера ИД 11 (1), временная диаграмма импульса с выхода таймера 22 пульса (3), временная диаграмма импульсов с выхода акустического датчика 3 (4), временная диаграмма импульсов с выхода третьего формирователя импульсов 14 (5). In FIG. 2 presents: a timing diagram of pulses from the output of the second pulse shaper 25 (2), a timing diagram of a pulse from the output of timer ID 11 (1), a timing diagram of a pulse from the output of timer 22 pulses (3), a timing chart of pulses from the output of acoustic sensor 3 (4) ), the timing diagram of the pulses from the output of the third pulse shaper 14 (5).

После подачи команды пуска с блока 7 в момент времени t₁ запускается таймер 11 ИД и с его выхода формируется импульс, разрешающий начало работы источника давления 5 (диаграмма 1).After the start command is issued from block 7 at time t ₁ , the ID timer 11 starts and an impulse is generated from its output, allowing the start of the pressure source 5 (diagram 1).

При достижении в манжете диастолического давления и прохождении первой пульсовой волны в момент времени t₂ по переднему фронту импульса с выхода второго формирователя 25 запускается таймер 22 пульса (диаграмма 3) и производится запись значения диастолического давления в счетчик 28, которое отображается в индикаторе 35.When the cuff reaches diastolic pressure and the first pulse wave passes at time t ₂ along the leading edge of the pulse from the output of the second shaper 25, the pulse timer 22 starts (chart 3) and the diastolic pressure value is recorded in counter 28, which is displayed in indicator 35.

С выхода таймера 22 пульса, поступает импульс, разрешающий прохождение импульсов с третьего формирователя импульсов для записи в четвертый счетчик 29. В момент времени t₃, соответствующий прохождению последней за цикл измерения давления пульсовой волны (диаграмма 2), производится запись систолического давления во второй счетчик 27, которая отображается в индикаторе 34. После появления импульса, соответствующего прохождению последней пульсовой волны, примерно через 1,5 с в момент времени t₄ с таймера 11 источника давления проходит импульс выключения источника давления 5. При этом давление в компрессионной манжете начинает снижаться, однако в промежуток времени после прохождения последнего импульса с датчика 2 пульсовой волны, если время измерения пульса превышает время измерения давления, продолжается запись импульсов в четвертый счетчик 29, где формируется информация о частоте пульса, которая прекращается в момент времени t₅ по команде с таймера пульса 22 (диаграмма 3). С момента времени t₅ в четвертом счетчике 29 формируется информация о частоте пульса, которая отображается в индикаторе 36.From the output of the pulse timer 22, a pulse is received that permits the passage of pulses from the third pulse shaper for recording to the fourth counter 29. At time t ₃ , corresponding to the passage of the last pulse wave pressure measurement cycle (chart 2), the systolic pressure is recorded in the second counter 27 which is displayed in the display 34. When the pulse corresponding to the passage of the last pulse wave after about 1.5 s at time t ₄ from the timer 11, a pressure pulse source passes off pressure source 5. In this case, the pressure in the compression cuff starts to decrease, however, in the interval after the last pulse passes from the pulse wave sensor 2, if the pulse measurement time exceeds the pressure measurement time, recording of pulses in the fourth counter 29 continues, where frequency information is generated heart rate, which stops at time t ₅ at the command of the pulse timer 22 (chart 3). From time t ₅ in the fourth counter 29 is generated information about the heart rate, which is displayed in the indicator 36.

При изготовлении предлагаемого автоматического электронного тонометра цифровые электронные узлы реализуются на базе стандартных электронных компонентов, выполненных по КМОН технологии, в частности микросхемах 176ИЕ4, 561ЛА7. Аналоговые электронные узлы реализуются на базе операционных усилителей, например 140УД6. В реализации электронных узлов в виде микросборок используются безкорпусные аналоги названных микросхем. В качестве датчика пульсовой волны 2 используется пьезокерамический дифференциальный преобразователь, в качестве акустического датчика 3 - пьезокерамический микрофон, в качестве источника 5 давления используется нагнетатель с пьезокерамическим приводом. In the manufacture of the proposed automatic electronic blood pressure monitor, digital electronic components are implemented on the basis of standard electronic components made according to KMON technology, in particular, the 176IE4, 561LA7 microcircuits. Analog electronic nodes are implemented on the basis of operational amplifiers, for example 140UD6. In the implementation of electronic components in the form of microassemblies, caseless analogues of the named microcircuits are used. A piezoceramic differential transducer is used as a pulse wave sensor 2, a piezoceramic microphone is used as an acoustic sensor 3, and a supercharger with a piezoceramic drive is used as a pressure source 5.

Изобретение позволяет существенно повысить точность измерений, отказаться от периодической поверки и регулировки тонометра, гарантируя при этом обеспечение паспортных характеристик точности прибора. Предлагаемое техническое решение позволяет существенно сократить время измерения и снизить дискомфорт пациента при проведении измерений. The invention allows to significantly increase the accuracy of measurements, to abandon the periodic verification and adjustment of the tonometer, while ensuring the certification characteristics of accuracy of the device. The proposed technical solution can significantly reduce the measurement time and reduce patient discomfort during measurements.

Claims

ELECTRONIC TONOMETER, containing a compression cuff, a pulse wave sensor with an amplifier, a pressure source with a control unit, a pressure sensor with a differential amplifier, a first bandpass filter, indication and registration units, characterized in that a linear rectifier, converter, voltage frequency, first key, first counter and digital-to-analog converter, the output of which is connected to the second input of the differential amplifier, the output of which is connected to the input entered with comparison, the second input connected to the ground bus, and the output through the entered first pulse shaper - to the second input of the first key, the first bandpass filter connected in series, the input connected through the amplifier to the pulse wave sensor, the second pulse shaper, the delay element, the second key and the first timer connected via an output unit to a pressure source, a second timer connected in series, a third key, a second counter connected to the first indicator, a third counter, output p connected to the second indicator, a series-connected acoustic sensor, a second band-pass filter, a third pulse shaper, a fourth key with a third timer connected in parallel between its second and third inputs, a fourth counter connected to the third indicator, a trigger unit and a fourth pulse shaper also connected in series, the output connected to the second inputs of the first, second, third and fourth counters, with the third input of the first key and the input of the input trigger trigger source pressure, the output of which is connected to the second input of the first timer, the third input of which is connected to the output of the entered trigger, the input connected to the output of the second pulse shaper and the inputs of the first, second and third timers, while the acoustic sensor and the pulse wave sensor are installed in the compression cuff, with which is connected to a pressure source.