Приборы для инвазивного измерения давления крови и параметров пульсовой волны

Одним из важных показателей деятельности сердечнососудистой системы является давление в венах и артериях. Наиболее точные измерения этих показателей обеспечиваются инвазивными методами с помощью катетерных датчиков, которые чаще всего вводятся в лучевую артерию. Это обусловлено хорошей её доступностью и возможностью обеспечения коллатерального(обходного) кровотока в конечностях.

В датчиках могут быть использованы малогабаритные мембраны, упругие деформации которых преобразуются в электрический сигнал с помощью чувствительных элементов. В качестве таких элементов в датчиках давления крови используются различные типы первичных преобразователей (тензометрические, емкостные, пьезоэлектрические, полупроводниковые), трансформирующие величину давления, воздействующую на мембрану, в изменение его электрических характеристик (сопротивления, емкости, напряжения…)

Датчик, с помощью которого давление преобразуется в электрический сигнал, может непосредственно вводиться в артерию или вену и располагаться на другом конце катетера.

Во втором расположении датчика для работы с крупными сосудами катетер выполняют из резины, тефлона и полиэтилена. Перед введением в сосуд катетер заполняется физ.раствором.

При введении датчика внутрь сосуда можно получить значительно лучшие динамические характеристики.

Рис.1. Схема датчика, в котором механические перемещения мембраны модулируют световой поток, который далее преобразуется в электрический сигнал.

В катетере датчика располагается 2 тонких светодиода. Пучок света от светодиода через один из световодов попадает на мембрану, расположенную на конце катетера. При деформации мембраны световой поток, попадпющий во второй световод, а затем и в фотодиод, меняется по величине из-за изменения углов падения и отражения. В результате этого электрический сигнал, снимаемый с фотодиода, повторяет колебания мембраны.

Введение третьего световода и второго фотодиода позволяют минимизировать погрешность, вызванную интенсивностью свечения светодиода путем вычисления отношений сигналов, получаемых по двум измерительным каналам.

Этот датчик представляет собой комбинацию механического и оптоэлектронного измерительного преобразователя.

Хорошие метрологические характеристики при измерении кровяного давления обеспечивает оптоволоконный микродатчик со смешанными пучками оптоволокон.

Рис.2. Конструкция оптоволоконного микродатчика.

В этом датчике одно колено раздваивающегося оптического кабеля присоединено к светодиодному источнику света(СИС), а другое к фотоприемнику(ФПр). Кончик, является собственно датчиком давления, представляет собой тонкую металлическую мембрану, закрепленную на общем конце двух пучков оптоволоконного кабеля. Смещение мембраны вызываемое внешним давлением, изменяет долю световой энергии падающего от светодиода и фотодетектора.

Оптическое волокно способно излучать и поглощать свет лишь в некотором пространственном конусе, угол которого равен апертурному углу или числовой апертуре N_А оптоволокна. Оптическое сопряжение светодиода с фотодетектором определяется степенью перекрывания этих двух апертурных углов на мембране датчика давления.

Диаметр волоконно-оптических датчиков составляет 0,5 мм при длине 0,6 м.

Рис.3.Структурная схема тензометрического измерителя давления.

Тензометрический преобразователь использует свойство металлических и полупроводниковых пленок измерять свое электрическое сопротивление при их механических растяжениях.

Деформация F воздействует на чувствительные элементы измерительного моста(ИМ),выполненного представленной на Рисунке 4,который питается от источника тока(ИТ). Выходной мостовой сигнал измерительной цепи усиливается (У1),который имеет дифференциальные входы и регулирует частотную коррекцию входного сигнала,что позволяет уменьшить погрешность и обеспечить согласование измерительного моста с последующими элементами схемы. Во втором усилителе(У2)осуществляется установка нуля, необходимая при тарировке датчика(тарировка – поверка правильности показаний измерительных приборов по контрольным приборам).

Мультиплексор(МС) по сигналу от ПЭВМ или микропроцессора осуществляет цифровую регулировку коэффициента усиления У3,обеспечивая требуемый динамический диапазон работы аналогово-цифрового преобразователя(АЦП).

Рис.4. Электрическая схема измерительной цепи тензометрического датчика.

Обычно измерительная цепь тензометрического датчика выполняется по мостовой схеме с двумя тензометрическими чувствительными элементами(ЧЭ). Один чувствительный элемент распологается у места заделки мембраны, где деформация максимальна. Чувствительные элементы с сопротивлениями R₁ и R₂ включается в соседние плечи. При таком включении, если мост уравновешен, изменение температуры датчика не приводит к появлению выходного сигнала.

Каналами инвазивного измерения давления снабжаются реанимационные мониторы, например: МН01-К1(Парк-2МТ), ВСI 9100, “Advisor”,”Physiogard” SM786PNS.

Комбинированные преобразователи “механическое перемещение – модуляция светового потока – оптоэлектронный преобразователь” используют также в неинвазивных анализаторах пульсовой волны(ПВ),применяемых, например типа “Пульс”.

Рис.5. Укрупненная структурная схема анализатора типа “Пульс”.

В этом анализаторе для измерения давления используется мембранный датчик(МД),приводящийся в соприкосновение с участком кожи, на котором пульсирует сосуд. К мембранному датчику подводится жгут световодов(СВ) с нерегулярной разводкой. Световоды разбиты на две группы: осветительную и приемную, образуя трехполюсник со свойствами информационного преобразователя перемещений – волоконно-оптический измерительный зонд(ВОИП-зонд). Элементарная ячейка из двух световодов – осветительного СВ1 и приемного СВ2 – чувствительна к перемещениям мембраны датчика давления. Диаметр волокон 20…50 мкм. Световой поток формируется световодом(СД) и источником питания(ИП), а принимается фотодиодом(ФД). При изменении расстояния от торца световодов до мембраны изменяется световой поток, регистрируемый фотодиодом.

Сигнал усиливается усилителем пульсовой волны(УПВ),преобразуется в цифровой код с помощью АЦП и через устройство гальванической развязки(ГР) и модуль сопряжения с объектом(МСО) передается в ПЭВМ для дальнейшей обработки и регистрации. Канал регистрации электрокардиосигнала(ЭКС) содержит электрод(ЭЭКС) и усилитель(УЭКС).

Программное обеспечение анализатора состоит из трех блоков. Первый обеспечивает обмен сигналом между прибором и компьютером, развертку сигнала ЭКС и пульсовую волну на мониторе, запись в файл, его разметку и запись на жесткий диск.

Второй блок производит математическую обработку сигналов(разметку и маркировку кардиоциклов, вычисление фазового сдвига между ЭКГ и ПВ сигналами, построение ритмограммы по сигналу ПВ).

Третий блок – регистратура(имеет алфавитную системную структуру), предназначен для хранения и вызова карты пациента.

Дата добавления: 2015-07-02