Катетерный датчик для измерения линейной скорости кровотока

Катетерный датчик для измерения линейной скорости кровотока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Л.Д.Дудкин, А.С.Скорохватов, В.А.Симонов, В.АЛ."вндрийЬв,-- :

Л.С.Стильбанс и Э,И.Шер !

Э Ф

1

Всесоюзный научно-исследовательский HkGTMT " — -=-= клинической и экспериментальной хирургии (72) Авторы изобретения (7l ) Заявитель (54) КАТЕТЕРНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ

ЛИНЕЙНОЙ СКОРОСТИ КРОВОТОКА

Изобретение относится к медицинс кому приборостроению, а именно к катетерным датчикам для измерения линейной скорости кровотока, основанным на применении термочувствитель" .ных элементов, и может быть применено при регистрации быстродействующих значений скорости движения биожидкостей в медицинском приборо" строении, в частности при измерении линейной скорости кровотока.

Известен датчик, основанный на применении метода электромагнитной флоуметрии и содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде измерительной индуктивной петли, помещаемой в кровеносном сосуде, токо-провода, внешний постоянный магнит и катетер (1) ° Недостатком указанного датчика являетсп то, что иэ-за принципиальной невозможности измерения электро" магнитным датчиком таких существенных по величине компонент кровотока как вихревые tloTQKH циркуляции, не обеспечивается необходимая точность измерений при регистрации быстродействующих значений скорости: кровотока; иэ-эа выполнения датчика без средств стабилизации положения иэ." мерительной индуктивной петли относительно поля внешнего магнита и наличия в кровеносном сосуде пульсаций крови, вызывающих смещение этой петли от выб

10 ранного положения, не обеспечивается необходимая точность измерений и усложняется процесс калибровки датчика.

Наиболее близким к предлагаемому является катетерный датчик для измерения линейной скорости кровотока, содержащий термочувствительный элемент, нагреватель, токопровода и катетер 2).

Недостатками укаэанного датчика является то, что из-эа выполнения термочувствительного элемента из термистора и принципиальной невоэ20

3 92351 можности обеспечения быстрого изме-нения температуры всей его массы, а также из-за наличия у термистора изоляционной оболочки из стекла, ухудшающий процесс теплопередачи между нагревателем, термистором и потоком крови, не обеспечивается необходимая малая тепловая инерционность датчика, что не позволяет изме, рять мгновенные значения скорости кровотока; из-за выполнения датчика без средств, уменьшающих паразитные утечки тепла от термистора по его токопроводам, не обеспечивается изотропность теплового поля !5 термистора при регистрации быстропеременных значений скорости кровотока, что предопределяет недостаточную точность измерений.

Цель изобретения — уменьшение тепловой инерционности датчика и повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что термочувствйтельный элемент выполнен в виде дифференциальной металлополупроводниковой термопары, опорный спай которой снабжен аккумулятором, масса в которого выбрана из соотношения в,8m, где

my - масса полупроводника, выполненного в виде стержня с соотношением

его длины к диаметру как 20:1.

На чертеже приведена принципиальная схема датчика.

Катетерный датчик для измерения

35 линейной скорости кровотока содержит термочувствительный элемент, выполненный в виде металлополупроводниковой термопары из поликристалла 1, например теллурида висмута, в форме стержня с соотношением его длины к диаметру не менее, чем

20: 1, и медные токопровода 2. Термопара имеет два спая 3 и 4. Спай 3, контактирующий с кровью, ввиду ток45 сичности материалов термопары, покрыт никелей. Непосредственно у спая

3 на поверхности поликристалла 1 расположен нагреватель 5. К нагревателю 5 присоединены токопроводящие провода 6.. Небольшая часть поликристалла 1 вместе со спаем 4 llo мещена в тепловом аккумуляторе 7, изготовленным в виде сплошного медного цилиндра со сквозными отверстия.ми для токопроводов 2 и 6 и несквозным отверстием под поликристалл 1.

Масса теплового аккумулятора 7 долж-; на превосходить массу поликристал9 4 ла 1.не менее чем в 8 раз, чтобы обе с пе чи т ь те пло вой дрейф си гнала не более 15 мкВ/мин. Термочувствительный элемент помещен в катетер

8 и загерметизирован в нем с помощью полиуретана 9, причем спай 3, контактирующий с кровью, остается открытым. Конечные размеры датчика определяются, в основном, габаритами поликристалла 1 и диаметром катетера. Длина катетерного датчика вместе с токопроводами 2 и 6 не критичны и выбираются по необходимости, так как датчик является активным устройство с очень малым внутренним сопротивлением, порядка нескольких долей Ома, и обладает высокой электромагнитной совместимостью.

Датчик работает следующим образом.

После введения датчика через. поверхностно расположенные артерию или вену в глубоко лежащий сосуд, поликристалл 1 со спаями 3 и 4" в течение 40-60 с приобретает температуру крови, например, 37 С. Затем от источника питания со стабилизированным напряжением 1,2 8 по токопроводам 6 подводится электрический ток к нагревателю 5, который повышает температуру спая 3 до 38-38,5 С. В результате возникшей на спаях 3 и 4 разницы температур в 1-1,5 С, термопара датчика генерирует термо ЭДС, яв.ляющуюся полезным сигналом. При наличии в сосуде кровотока спай охлаждается кровью и величина генерируемого сигнала уменьшается по обратно пропорциональной зависимости от скорости кровотока. Иными словами, чем интенсивнее кровоток, тем интенсивнее охлаждение спая 3 термопары и тем меньше величина генерируемого сигнала. Сигнал от датчика по токопроводам 2 передается непосредственно на регистратор.

Использование принципа работы термопары, заключающегося в нагревании или охлаждении только ее спая, позволяет получать у датчика заданную частотную характеристику, так как масса спая 3, контактирующего с кровью, весьма мала и необходимые в процессе измерений температурные изменения этого спая происходят с незначительной тепловой инерционностью.Спай,4, находящийся внутри катетера, выполняет функцию опорного спая дифференциальной термопа5 ры и постоянство его температуры обеспечивается как формой поликристалла 1, так и наличием теплового аккумулятора 7, который уменьшает неблагоприятные действия возникающих тепловых флуктуаций,. в результате чего повышается точность измерений и уменьшается до 101,5 мкВ/мин тепловой дрейф сигнала.

Конструкция датчика и использован- 10 ные при его изготовлении материалы, контактирующие с кровью, позволяют осуществлять стерилизацию датчика как промывкой дезинфецирующими раст" ворами, так и в паровых и воздушных .15 стерилизаторах. Датчик работоспособен практически срабу после его . введения в кровеносный сосуд, а также в течение длительного времени, измеряемого часами, в.непрерывном режиме работы. Ввиду незначительного перегрева спая 3 датчика по отношению к крови и применения .низковольт .ного питания для нагревателя 5 ис-". пользование датчика практически безопасно для пациентов.

9235

Формула изобретения

Катетерный датчик для измерения линейной скорости кровотока, содержащий катетер, в котором размещен термочувствительный элемент, снабzs, женный нагревателем, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью умень« шения тепловой инерционности м повы" шения точности измерений, термочувствительный элемент выполнен в виде зв дифференциальной металлополупроводниковой термопары, onopHb»A спай которой снабжен аккумулятором, масса шд которого выбрана из соотношения ва у8ап, где е --. масса полупроводника, выполненного в виде стержня с соотношением его длины к диаметру как 20:1.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ткаченко Б.И. Методы исследования кровообращения. Л., "Наука", 1976, с.27-30.

2. Hisener А.О. "Thermores1stor for rate measuring" "Canad T. Тес»»п", :,ч. 32, 195»», V 6, »»2-47.

Благодаря указанному выполнению термочувствительного элемента датчика, введению в его конструкцию теплового аккумулятора,.а также использованию высокоэффективного термоэлектрического материала, обеспечивается в 5-10 раэ,повышение точности измерений быстропеременных значений сигнала, в 30-50 раз быстродействие датчика и существенное упрощение схем усиления и регистрации сигнала.

Таким образом, изобретение может найти широкое применение в медицинском приборостроении в качестве датчика для регистрации скоростей движения биожидкостей в организме чело-, 1

19 6 века,и животных, в частности для регистрации линейной скорости крово тока в кровеносных сосудах как больших, так и малых диаметров, включая сосуды головного мозга, почек и других органов, а также легких и сердца.

Простота конструкции датчика, его малые габариты, его невысокая стои" мость, обеспечение измерения как средних, так и мгновенных значений скорости кровотока с повышенной точностью датчика, его функционирование как активное устройство выгодно отли. чают предлагаемое устройство от известных.

923519

Составитель Е.Сыс

Техред И. Гайду Корректор Г.Решетник

Редактор И.Тркей

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4,Заказ 2656/7 Тираж 717, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д,4/5