В. М. Большов, А. М. Романовская, Н. А. Котова

АВТОМАТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ КОСВЕННЫМ МЕТОДОМ

Всесоюзный научно-исследовательский и испытательный институт медицинской техники, Москва

Артериальное давление (АД) — один из важных показателей состояния сердечно-сосудистой системы и всего организма в целом. В связи с этим измерение его является обязательным при врачебном контроле. Автоматизация процессов измерения АД облегчает труд медицинского персонала, обеспечивает возможность повышения точности измерения и непосредственного ввода данных в устройства автоматической обработки медико-биологической информации. Уже в течение длительного времени ведется поиск наиболее приемлемых вариантов конструкций таких измерителей в направлении дальнейшего повышения точности измерений АД, помехозащищенности схемы измерителя, меньшей зависимости его показаний от индивидуальных особенностей организма пациента, простоты и удобства эксплуатации. Именно эти цели преследовались при разработке автоматического измерителя АД модели ППВ-01.

В известных автоматических измерителях АД наиболее широко используются два метода косвенного измерения: звуковой метод Н. С. Короткова и метод обработки пульсовой волны. В измерителе ППВ-01 применен метод, при котором в качестве критерия для определения максимального и минимального давлений в манжете используется один из признаков пульсового колебания тканей под дистальным краем компрессионной манжеты.

Образец типичной записи этих колебаний в режиме декомпрессии, зарегистрированных преобразователем с малой постоянной времени (t = 0,05с), приведен на рис. 1. Если давление в манжете (кривая б) превышает максимальное давление АД, то кровоток под манжетой отсутствует и датчик воспринимает лишь колебания тканей предплечья, обусловленные проникновением при систоле порций крови под проксимальный край манжеты. В пределах компрессионного давления, соответствующих максимальному и минимальному значениям АД, воспроизводимые пульсовые колебания артерии под манжетой имеют крутые анакротические участки (длительностью менее 10 мс) с предшествующим отрицательным колебанием. При декомпрессии до уровней ниже диастолического АД крутизна анакротических (положительных) участков уменьшается, а предшествующая отрицательная часть исчезает [1].

Рис. 1 Пульсовой сигнал с датчика ДТК-1М (а) и давление в компрессионной манжете (б).

В основу работы автоматического измерителя ППВ-01 положено изменение крутизны положительной части пульсовой волны [2, З].

Преимуществами используемого метода являются: высокая помехозащищенность по отношению к внешним акустическим шумам, возможность проведения измерений при умеренной двигательной активности пациента, отсутствие необходимости точного подбора места установки датчика и возможность закрепления его на манжете.

Селекция информативных признаков пульсового колебания осуществляется устройством, функциональная схема которого приведена на рис. 2. На вход этого устройства поступают сигналы с датчика типа ДТК-1М, который конструктивно объединен с компрессионной манжетой. После усиления сигналы поступают на входы узкополосного активного фильтра и амплитудного селектора. В моменты пульсовых колебаний, имеющих анакротическую часть с большой крутизной, на выходе узкополосного фильтра формируются сигналы, показанные на рис. 3, в, а на выходе амплитудного селектора — прямоугольные импульсы (рис. 3, г). Порог селектора выбирается таким, чтобы селектор не срабатывал от акустической помехи с уровнем до 90 дБ. Сигнал с выхода узкополосного фильтра после формирования поступает на один вход схемы совпадения, на второй вход которой поступает сигнал с амплитудного селектора. Таким образом, лишь при наличии участка с высокой крутизной достаточной амплитуды на выходе блока селекции формируется управляющий сигнал.

Рис. 2. Блок-схема автоматического измерителя артериального давления ППВ-01.

Цикл работы всего ППВ-01 осуществляется следующим образом. При нажатии кнопки “Пуск” или при подаче от внешнего устройства электрического импульса с помощью компрессора в манжету быстро (за 5—10 с) нагнетается воздух до предельного давления, заданного оператором, после чего начинается медленная декомпрессия (3—4 мм рт. ст. в секунду) и измерение АД.

Блок селекции в моменты существования пульсовых колебаний с информативными признаками, т. е. в интервале от максимального до минимального артериального давления, формирует сигналы, поступающие в блок логики.

Первый же импульс дает команду на запоминание давления в манжете, которое в этот момент равно систолическому артериальному давлению. С приходом каждого последующего сигнала с блока селекции происходит запоминание текущего значения давления в блоке памяти ППВ-01. При достижении значения диастолического давления прекращается поступление импульсов с выхода блока селекции и в блоке памяти остается то значение давления, которое соответствовало моменту прихода последнего импульса от блока селекции. По окончании поступления этих импульсов медленная декомпрессия продолжается еще в течение некоторого времени (около 4 с) с целью выявления аускультативного зазора, после чего давление в компрессионной манжете автоматически сбрасывается, а в блоке индикации высвечиваются значения систолического и диастолического давления. Измеренное значение сохраняется до следующего цикла.

Рис. 3. Временная диаграмма работы прибора ППВ-01.

а — давление в компрессионной манжете; б — сигнал ДТК-1М с аккустическими помехами, усиленный усилителем; в — сигнал с узкополосного фильтра; г — сигнал формирователя фильтра; д — сигнал формирователя амплитудного селектора; е.—сигнал схемы совпадения.

Создание автоматического измерителя АД потребовало разработки и промышленного освоения ряда элементов, определяющих метрологические и эксплуатационные характеристики измерителя. К числу таких элементов относятся датчик пульсовых колебаний, датчик давления в манжете и компрессор.

В качестве датчика пульса использован широкополосный датчик типа ДТК-1М, представляющий собой пьезоэлектрический преобразователь, в корпусе которого размещен предусилитель на полевом транзисторе.

В качестве датчика давления в манжете используется кварцевый пьезо-резонансный преобразователь давления с частотным выходом, разработанный Всесоюзным научно-исследовательским и испытательным институтом медицинской техники совместно с Московским инженерно-физическим институтом. Принцип работы преобразователя основан на эффекте изменения собственной частоты кварцевого силочувствительного резонатора, который под действием механического усилия изменяет собственную частоту пропорционально прикладываемой механической силе. Изменение давления преобразуется посредством мембраны в перемещение связанного с ней стержня, на котором закреплены два резонатора, включенные в схемы автогенераторов, работающих на частоте порядка 10 МГц. Сигналы с автогенераторов поступают на смеситель, который выделяет разностную частоту, пропорциональную прикладываемому усилию.

Выходным параметром преобразователя давления является частота, что в значительной мере упрощает обработку сигнала, так как при этом вместо аналого-цифрового преобразователя используется счетчик импульсов. Нелинейность преобразования не превышает 1%, крутизна преобразования составляет 15 Гц/мм рт. ст.

Образцы прибора ППВ-01 прошли медицинские испытания, в том числе при массовом обследовании населения. Одновременно с автоматическим измерением АД прибором проводилось измерение АД врачом на той же руке известным методом по Короткову - Рива-Роччи (у 95 пациентов разного пола и возраста). Точное совпадение систолического значения давления при этом наблюдалось в 41 случае, диастолического - в 53 случаях. Расхождения 5 мм рт. ст. по значениям систолического давления наблюдались в 44 случаях, диастолического - в 34 случаях, расхождения 10 мм рт. ст. - соответственно в 9 и 8 случаях, 15 мм рт. ст. - в 1 случае при измерении систолического значения АД.

Потребляемая мощность, Вт 30

Масса прибора, кг 8