Окклюзионный плетизмограф
Полезная модель направлена на повышение удобства в работе и точности измерения объемной скорости кровотока. Указанный технический результат достигается тем, что изменение объема конечности в ходе исследования регистрируется с помощью устройства измерения, состоящего из трех оптических блоков. Оптические блоки укреплены на круглом каркасе так, что они образуют вершины равностороннего треугольника в плоскости, в которой проводится измерение площади сечения исследуемой конечности. Диаметр каркаса больше самого большого диаметра конечности любого пациента. Каждый оптический блок, выполненный в виде лазерного излучателя и устройства обработки изображения, ориентирован в плоскости кольцевого каркаса на поверхность конечности.
Полезная модель относится к области медицинских измерительных приборов и представляет собой устройство для измерения объемной скорости кровотока в конечности человека.
В основу работы прибора положен принцип окклюзионной плетизмографии. Он состоит в следующем. Человек, у которого измеряется объемная скорость кровотока ложится или садится так, чтобы обеспечить максимальную неподвижность. Исследуемая часть тела человека помещается в устройство регистрации изменения объема (плетизмограф) и закрепляется для предотвращения смещений. Проксимальнее исследуемой части тела накладывают окклюзионную манжету. Изменение объема фиксируется самописцем или с помощью электронного устройства, формируя т.н. плетизмограмму. На плетизмограмме сначала наблюдают (фиг.1) пульсовые волны в исследуемой конечности при отсутствии воздуха в манжете (участок I). Далее резко повышают давление в манжете, создавая венозную окклюзию (участок II). Когда давление сравнивается с давлением крови в венах Рв, вены перекрываются, отток крови из исследуемой конечности прекращается, ее кровенаполнение начинает возрастать. Исследуемая часть тела увеличивается в объеме, и соответственно возрастает сигнал на плетизмограмме (участок III). Скорость нарастания сигнала пропорциональна скорости притока крови к исследуемой конечности. Поэтому значение ctga характеризует пропускную способность кровеносных сосудов и величину объемной скорости кровотока в исследуемой конечности. Любым удобным способом производится измерение угла а и соответствующие математические преобразования, результатом которых и является объемная скорость кровотока в исследуемой конечности. При достижении достаточного количества отсчетов участка III на плетизмограмме давление в манжете сбрасывается до нуля.
Классическая конструкция плетизмографа представляет собой сосуд с жидкостью или газом, в котором герметично помещается исследуемая конечность человека, и по колебаниям уровня жидкости или давления газа находится изменение объема конечности. Перемещения воспринимающей части плетизмографа преобразуются различными способами: фотоэлектрическим, тензометрическим, механо-электронным, емкостным, физико-химическим. Наибольшее практическое применение получили фотоэлектрический и тензометрический способы преобразования объемных изменений в электрические величины.
В качестве прототипа нами выбран плетизмограф с оптическим регистратором объема вытесняемой исследуемой конечностью жидкости. Оптический датчик регистрирует смещение мениска жидкости в стеклянной трубке, соединенной с сосудом с жидкостью, в который помещена исследуемая кончность. Свет от источника излучения в таком датчике падает на стеклянную трубку с жидкостью с одной стороны, а образованная мениском граница света и тени с другой стороны регистрируется на фоточувствительной бумаге, перемещаемой с заданной скоростью перпендикулярно расположению стеклянной трубки, в результате чего на бумаге фиксируется плетизмограмма [1].
К недостаткам прототипа относится неудобство эксплуатации, обусловленное большими размерами и массой, необходимостью контакта исследуемой конечности с жидкостью, необходимость регулярной замены герметизирующих элементов (через несколько измерений), необходимость тщательной чистки и дезинфекции сосуда с жидкостью и герметизирующих элементов; для исследуемых конечностей разного размера необходимы различные герметизирующие элементы. Кроме этого, при измерении жидкость оказывает давление на исследуемую конечность, что снижает точность измерения.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является повышение удобства в работе и точности измерения объемной скорости кровотока.
Сущность заявляемого технического решения заключается в следующем. Изменение объема конечности в ходе исследования (плетизмограмма) регистрируется с помощью устройства измерения объема конечности и компьютера, выполненного с возможностью анализа плетизмограммы и расчета объемной скорости кровотока. Устройство измерения объема конечности состоит из трех оптических блоков и устройства обработки. Оптические блоки укреплены на круглом каркасе так, что они образуют вершины равностороннего треугольника в плоскости, в которой проводится измерение площади сечения исследуемой конечности. Диаметр каркаса больше самого большого диаметра конечности любого пациента. Каждый оптический блок, выполненный в виде лазерного излучателя, коллимирующей оптики, фокусирующй оптики, преобразователя изображения в электрический сигнал, устройства обработки электрического сигнала. / Световой поток лазерного излучателя ориентирован в плоскости кольцевого каркаса на поверхность конечности. Плоскость кольцевого каркаса устанавливается перпендикулярно продольной оси конечности. Электрический сигнал с выхода каждого оптического блока подается на вход устройства обработки, выход которого соединен с компьютером.
На фиг.2 изображена блок-схема устройства для измерения объема конечности (круглый каркас смотри на фиг.4), где 1 - схематичное изображение поперечного среза исследуемой конечности, 2 - оптический блок, 3 - устройство обработки, 4 - устройство измерения объема конечности. На фиг.3 представлена блок-схема оптического блока, где 1 - схематичное изображение поперечного среза исследуемой конечности, 2 - оптический блок, 5 - лазерный излучатель, 6 - коллимирующая оптика, 7 - фокусирующая оптика, 8 - преобразователь изображения в электрический сигнал, 9 - устройство обработки электрического сигнала.
Устройство измерения объема конечности работает следующим образом. Свет от лазерного излучателя (например, лазерного диода) 5 преобразуется коллимирующей оптикой 6 таким образом, чтобы след на перпендикулярной направлению распространения света плоскости формировалось изображение в виде прямоугольника с длиной, во много раз превышающей толщину. Таким образом, формируется секущая световая плоскость, при помещении в которую исследуемой конечности на последней образуется ярко светящийся контур, повторяющий форму конечности. С помощью фокусирующей оптики 7 изображение святящегося контура формируется на преобразователе изображения в электрический сигнал 8 (например, ПЗС матрице). Электрический сигнал преобразователя изображения в электрический сигнал 8 обрабатывается системой обработки сигнала 9, на информационном выходе которого формируется выходной сигнал оптического блока.
Светящийся контур, формируемый одним оптическим блоком, не является замкнутым, так как освещение секущей световой плоскостью происходит только с одной стороны конечности, поэтому в устройстве измерения объема конечности 4 используется три оптических блока 2. Выходные сигналы от оптических блоков поступают в устройство обработки 3, где информация о форме сечения конечности преобразуется в сигнал, отражающий величину площади сечения конечности, а затем в сигнал, который пропорционален объему конечности, и является выходным сигналом устройства измерения объема конечности 4. Оптические блоки 2 и устройство обработки 3 выполнены как единое целое на круглом каркасе.
Блок-схема окклюзионного плетизмографа в целом представлена на фиг.4. Выходной сигнал устройства измерения объема конечности 4 далее любым удобным способом интерпретируется с помощью персонального компьютера 11, в котором с помощью специальной программы анализируется плетизмограмма на экране монитора 12. С помощью такой программы в случае использования окклюзионнои манжеты 10 можно рассчитывать объемную скорость кровотока.
Источники информации
1. Орлов В.В. Исследование кровообращения методом плетизмографии. С.193-204. В кн.: Методы исследования кровообращения. Под общей редакцией проф. Б.И.Ткаченко. 1976. «Наука». Ленинград. 276 с.
1. Окклюзионный плетизмограф, состоящий из окклюзионной манжеты и устройства для регистрации изменений объема конечности, отличающийся тем, что устройство для регистрации изменений объема конечности состоит из устройства измерения объема конечности, выполненного в виде трех оптических блоков, расположенных на круглом каркасе вокруг исследуемой конечности, соединенных с устройством обработки, и компьютера, выполненного с возможностью анализа плетизмограммы и расчета объемной скорости кровотока.
2. Окклюзионный плетизмограф по п.1, отличающийся тем, что три оптических блока расположены на круглом каркасе вокруг исследуемой конечности таким образом, что они образуют вершины равностороннего треугольника в плоскости, в которой проводится измерение площади сечения исследуемой конечности, и их световой поток ориентирован в плоскости кольцевого каркаса на поверхность конечности.
3. Окклюзионный плетизмограф по п.2, отличающийся тем, что плоскость, в которой проводится измерение площади сечения исследуемой конечности, перпендикулярна продольной оси конечности.
4. Окклюзионный плетизмограф по п.1, отличающийся тем, что оптический блок состоит из лазерного излучателя, коллимирующей оптики, фокусирующей оптики, преобразователя изображения в электрический сигнал, устройства обработки электрического сигнала.
5. Окклюзионный плетизмограф по п.4, отличающийся тем, что лазерный излучатель оптического блока выполнен в виде лазерного диода.
6. Окклюзионный плетизмограф по п.4, отличающийся тем, что преобразователь изображения в электрический сигнал выполнен на основе ПЗС-матрицы.
