Имитационная модель руки человека для поверки средств измерений артериального давления и частоты сердечных сокращений

Имитационная модель руки человека для поверки средств измерений артериального давления и частоты сердечных сокращений

Реферат

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к контрольно-измерительной аппаратуре, и используется в составе поверочной установки для метрологической аттестации измерителей артериального давления и частоты сердечных сокращений.

Известна установка для поверки автоматизированных средств измерений артериального давления и частоты пульса (Патент RU №2210974, А61В 5/02, опубл. 27.08.03, Бюл. №24) - [1], в которой модель руки представлена в виде эластичного цилиндра, имитирующего верхнюю треть плеча, на который надевается компрессионная манжета поверяемого средства измерения. Пульсации давления на манжету создаются стержнем электромагнита, выполненного с упором в эластичное дно цилиндра, с частотой, задаваемой кварцевым генератором частоты.

Здесь пульсации давления передаются на компрессионную манжету через весь цилиндр, имитирующий руку, тогда как в реальном процессе кровообращения пульсации давления передаются только по артерии. Также необходимо отсоединение компрессионной манжеты от поверяемого средства измерения для подключения компрессионной манжеты и поверяемого средства измерения через элемент подсоединения к пневмосистеме установки, тогда как у ряда типов средств измерений отсоединение манжеты конструктивно не предусмотрено, и, следовательно, провести поверку такого прибора на этой установке невозможно.

Известна установка для комплектной поверки измерителей артериального давления и частоты сердечных сокращений по патенту RU №2223031, А61В 5/02, опубл. 10.02.04, Бюл.№4 - [2], в которой модель руки представляет собой эластичную трубку, жестко связанную с цилиндром, имитирующую верхнюю треть плеча и выполненную из эластичного материала. Эластичная трубка содержит дополнительный цилиндр, выполненный из эластичного материала, к которому плотно соприкасается стержень электромагнита для создания периодических колебаний в эластичной трубке. Частота колебаний создается кварцевым генератором частоты и контролируется рабочим эталоном давления и частоты.

Однако такое исполнение модели вносит существенную методическую составляющую погрешности, связанную с отходом от реального моделируемого процесса.

Известна установка для комплектной поверки измерителей артериального давления и частоты сердечных сокращений по патенту RU №2301020, А61В 5/02, G01L 27/00, опубл. 20.06.07 Бюл. №17 - [3], в которой модель руки человека представляет собой эластичную трубку, находящуюся в полости цилиндра, имитирующего верхнюю треть плеча, на которую надевается компрессионная манжета поверяемого сфигмоманометра. Для поддержания постоянных значений давления в эластичной трубке предусмотрен регулятор давления, пульсации в котором создаются источником пульсаций давления, выполненным в виде насоса и генератора переменного расхода. Контроль давления и частоты колебаний осуществляются рабочими эталонами давления и частоты.

Однако данная модель применима только для поверки сфигмоманометров с манжетой на плечо.

Наиболее близким к заявляемому изобретению и совпадающим с ним по назначению является модель руки человека для поверки измерителей артериального давления и частоты сердечных сокращений (Патент RU №87341, А61В 5/02, G01L 27/00, опубл. 10.10.09, Бюл. №28) - [4].

Данное устройство содержит два измерительных модуля, представляющих собой два отдельных цилиндра, имитирующих верхнюю и нижнюю трети плеча, в которых размещены эластичные трубки, имитирующие артерии в верхней и нижней трети плеча соответственно.

В эластичной трубке, имитирующей плечевую артерию руки человека, установлен запорно-регулирующий байпасный элемент для постоянного поддержания давления в первом измерительном модуле. Вторая эластичная трубка дополнительно содержит запорно-регулирующий элемент для поддержания постоянного давления и частоты сердечных сокращений в измерительном модуле, используемом для поверки сфигмоманометров с манжетами в нижней трети плеча. Первый измерительный модуль предназначен для поверки измерителей артериального давления и частоты сердечных сокращений с манжетой в верхней трети плеча, второй - для поверки приборов с манжетой в нижней трети плеча, при этом полости цилиндров выполнены с возможностью их гидравлического объединения. Для этого в имитационной модели руки человека предусмотрена установка соединительного запорно-регулирующего элемента, гидравлически объединяющего два цилиндра. Все это дает возможность проводить поверку сфигмоманометров в верхней трети плеча и нижней трети плеча на одном и том же устройстве как одновременно, так и по отдельности.

Однако данная модель мало чувствительна к изменению небольших давлений в первом и во втором измерительных модулях.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении чувствительности и точности измерения поверяемых средств.

Технический результат достигается тем, что в имитационной модели руки человека для поверки средств измерений артериального давления и частоты сердечных сокращений, содержащей первый цилиндр, который имитирует верхнюю треть плеча, для присоединения компрессионной манжеты сфигмоманометра на плечо, в котором размещена эластичная трубка с запорно-регулирующим элементом, имитирующая артерию верхней трети плеча, второй цилиндр, который имитирует нижнюю треть плеча, для присоединения компрессионной манжеты сфигмоманометра на запястье, в котором размещена эластичная трубка с запорно-регулирующим элементом, имитирующая артерию в нижней трети плеча, запорно-регулирующий элемент соединительный, гидравлически объединяющий первый и второй цилиндры, новым является то, что эластичная трубка второго цилиндра выполнена в виде трех параллельных эластичных трубок с запорно-регулирующими элементами, а эластичная трубка первого цилиндра содержит дополнительный запорно-регулирующий элемент. Эластичные трубки второго цилиндра выполнены разного диаметра. В байпасной трубке во втором цилиндре установлен запорно-регулирующий элемент.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, где:

1 - первый цилиндр, имитирующий верхнюю треть плеча;

2 - второй цилиндр, имитирующий нижнюю треть плеча;

3 - эластичная трубка, имитирующая артерию верхней трети плеча;

4 - эластичная трубка, имитирующая артерию нижней трети плеча;

5 - первый запорно-регулирующий элемент первого измерительного модуля;

6 - запорно-регулирующие элементы второго измерительного модуля;

7 - запорно-регулирующий элемент второго измерительного модуля;

8 - запорно-регулирующий элемент байпасной трубки;

9 - второй запорно-регулирующий элемент первого измерительного модуля;

10 - байпасная трубка;

11 - перегородка;

12 - запорно-регулирующий элемент соединительный.

Имитационная модель руки для поверки средств измерения артериального давления и частоты сердечных сокращений состоит из двух измерительных модулей, представляющих собой цилиндры 1 и 2, выполненные из эластичного материала, в которых размещены эластичные трубки 3 и 4, имитирующие соответственно артерии верхней и нижней трети плеча. Цилиндры 1 и 2 разделены перегородкой 11, в которой установлен запорно-регулирующий элемент соединительный 12. Цилиндр 1 для присоединения компрессионной манжеты сфигмоманометра на плечо содержит эластичную трубку, имитирующую артерию верхней трети плеча 3, в которой установлены два запорно-регулирующих элемента 5 и 9. В цилиндре 2 для присоединения компрессионной манжеты сфигмоманометра на запястье установлена эластичная трубка 4, имитирующая артерию нижней трети плеча, с запорно-регулирующим элементом 7. Эластичная трубка 4 выполнена в виде трех параллельных эластичных трубок с тремя запорно-регулирующими элементами 6.

С целью повышения чувствительности и точности передачи пульсаций рабочей жидкости на компрессионные манжеты поверяемых средств измерений в цилиндрах 1 и 2 содержится различное число эластичных трубок соответственно. В эластичной трубке 3, имитирующей артерию верхней трети плеча, установлены: запорно-регулирующий элемент 9 для точного поддержания давления, позволяющий изменять амплитудный спектр измерительного сигнала в первом измерительном модуле, и запорно-регулирующий элемент 5 для регулирования расхода рабочей жидкости.

Эластичная трубка 4 выполнена в виде трех параллельных эластичных трубок, имитирующих сосуды нижней трети плеча, выполненных различного диаметра с целью повышения чувствительности во втором измерительном модуле. Запорно-регулирующие элементы 6, установленные на трех параллельных трубках, регулируют расход рабочей жидкости и поддерживают в них установленное давление, что позволит изменять сопротивление потока в трубках, а также моделировать сложные периодические колебания входного сигнала во втором измерительном модуле.

Цилиндр 2 дополнительно содержит байпасную трубку 10 с запорно-регулирующим элементом 8 для регулирования расхода во втором измерительном модуле.

Цилиндры 1 и 2 разделены перегородкой 11, в которой установлен запорно-регулирующий элемент соединительный 12, который выполняет функцию гидравлического объединения цилиндров 1 и 2, выравнивая соответствующие давления в цилиндрах 1 и 2 для более точной передачи пульсаций рабочей жидкости на компрессионные манжеты поверяемых средств измерений.

В данном устройстве используются последовательное соединение двух измерительных модулей 1 и 2 (участков поверки сфигмоманометров с манжетами, накладываемыми на верхнюю и нижнюю треть плеча), запорно-регулирующий элемент 8 байпасной трубки 10, а также запорно-регулирующие элементы 6. Использование отрегулированных в соответствующем режиме запорно-регулирующих элементов 6, запорно-регулирующего элемента 7 эластичной трубки 4, имитирующей артерию в нижней трети плеча, запорно-регулирующего элемента 8 байпасной трубки 10 позволяет с высокой степенью точности передать пульсации рабочей жидкости на компрессионные манжеты поверяемых средств измерений, моделируя артериальное и капиллярное кровообращения. Все это позволяет с достаточной точностью приблизить технические процессы измерения артериального давления и частоты сердечных сокращений.

Устройство работает следующим образом.

В эластичную трубку 3 первого измерительного модуля нагнетается рабочая жидкость с заданными давлением и частотой пульсаций. Регулирование расхода жидкости и изменение амплитудного спектра сигнала в эластичной трубке 3 первого измерительного модуля осуществляется запорно-регулирующими элементами 5 и 9 при закрытом запорно-регулирующем элементе 7.

Во втором измерительном модуле регулирование давления и расхода жидкости в эластичной трубке 4 достигается запорно-регулирующими элементами 6 и 7 при закрытом запорно-регулирующем элементе 9, в котором с целью изменения амплитудного спектра измерительного сигнала и повышения чувствительности предусмотрено разделение на три трубки различного диаметра.

Рабочая жидкость протекает как через трубку 3, имитирующую артерии верхней трети плеча, так и через трубку 4, имитирующую артерии нижней трети плеча. Для изменения искомого перепада давления и расхода жидкости в эластичных трубках 3 и 4 во втором измерительном модуле предусмотрена байпасная трубка 10 с запорно-регулирующим элементом 8.

В процессе движения жидкости через гидросистему двух измерительных модулей измеряемое давление и частоту сердечных сокращений воспринимают как поверяемые сфигмоманометры, так и рабочие эталоны давления и частоты, результаты которых сопоставляются друг относительно друга (на фиг.1 не показано).

Для исключения влияния дополнительной составляющей погрешности измерения давления и частоты сердечных сокращений в двух измерительных модулях введена перегородка 11 между цилиндрами 1 и 2. Запорно-регулирующий элемент соединительный 12 обеспечивает гидравлическое объединение цилиндров 1 и 2 для более точной передачи пульсаций рабочей жидкости на компрессионные манжеты поверяемых средств измерений при поверке сфигмоманометров как с манжетой на плечо, так и на запястье, выравнивая давление в них.

Использование трех эластичных трубок с запорно-регулирующими элементами дает возможность регулировать сопротивления потока жидкости в данных трубках, моделировать различный спектр выходных сигналов, что позволит повысить чувствительность устройства, а также позволяет с достаточной точностью приблизить технические процессы измерения артериального давления и частоты сердечных сокращений, происходящие при поверке, к реальным процессам измерения артериального давления и частоты сердечных сокращений у человека.

Таким образом, предложено устройство, которое может применяться как для поверки автоматизированных сфигмоманометров с манжетой на плечо, так и для поверки автоматизированных сфигмоманометров с манжетой на запястье. При этом решение данного устройства несложно в исполнении, просто и надежно в работе.

1. Имитационная модель руки человека для поверки средств измерений артериального давления и частоты сердечных сокращений, содержащая первый цилиндр, который имитирует верхнюю треть плеча, для присоединения компрессионной манжеты сфигмоманометра на плечо, в котором размещена эластичная трубка с запорно-регулирующим элементом, имитирующая артерию верхней трети плеча, второй цилиндр, который имитирует нижнюю треть плеча, для присоединения компрессионной манжеты сфигмоманометра на запястье, в котором размещена эластичная трубка с запорно-регулирующим элементом, имитирующая артерию нижней трети плеча, запорно-регулирующий элемент соединительный, гидравлически объединяющий первый и второй цилиндры, отличающаяся тем, что эластичная трубка второго цилиндра выполнена в виде трех параллельных эластичных трубок с запорно-регулирующими элементами, эластичная трубка первого цилиндра содержит дополнительный запорно-регулирующий элемент, а во втором цилиндре выполнена байпасная трубка, снабженная запорно-регулирующим элементом.

2. Имитационная модель по п.1, отличающаяся тем, что эластичные трубки второго цилиндра выполнены разного диаметра.