Устройство для измерения локального кровотока

Патент 923520

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

(72) Авторы изобретенмя

Ф.M.Tèùåíõî и С,Н,Кулагин (7!) Заявнтель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛОКАЛЬНОГО

КРОВОТОКА

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для исследования гемодинамики и может быть использовано для исследования кровоснабжения органов и тканей методом теплового клиренса.

Известно устройство для измерения локального кровотока, которое содержит дифференциальную термопару, источник подогрева с блоком управления, усилитель, источник опорного напряжения, блок сравнения, триггер и счетчик импульсов 1).

Недостатком известного устройства является малое быстродействие, обусловленное тем, что измеряется не те3% кущее значение логарифмического декремента затухания, а время полувыведения, которое в норме равно 8-10 с, а при патологии может составить 50100 с ° Реальная кривая клиренса теп20

/ ла в тканях и кровеносных сосудах .живого организма слагается из нескольких экспоненциальных кривых, ха2 рактеризукнцихся различными величина- ми Х, что вызвано изменениями локального кровотока вследствие воздействия на организм динамических нагрузок, фармакологических средств, психологических, факторов и т.п. Так как известное устройство не позволяет получать текущие значения, то это приводит к потере ценной диагностической информации. Кроме того, результатом измерения известным устройством является промежуточное значениевремя полувыведения, величину же локального кровотока необходимо дополнительно вычислять, что также при-, водит к увеличению времени получения конечного результата измерения.

Цель изобретения - сокращение времени проведения измерения путем многократных измерений текущего значения логарифмического декремента за тухания при однократном введении тепловой энергии.

3 92352

Поставленная цель достигается

1 тем, что в устройстве для изиерения локального кровотока, содержащем дифференциальную термопару, соединенную с источником подогрева, усилитель и последовательно соединенные источник опорного напряжения, блок сравнения и триггер и первый счетчик импульсов, имеется блок вычисления текущего значения логарифмического, 16 декремента затухания, соединенный с выходом усилителя и выходом триггера, а выход этого блока соединен с первым счетчиком импульсов.

При этом блок вычисления текуще- 35 го значения логарифмического декремента затухания выполнен в виде последовательно соединенных преобразова-i теля аналог-частота импульсов, второго счетчика импульсов, первого ре- 2о гистра, второго регистра и первого счетчика-регистра, последовательно соединенных второго счетчика-регистра, третьего регистра и преобразователя код-частота импульсов, и пос- в ледовательно соединенных генератора импульсов, делителя частоты и схемы задержки, причем выход генератора импульсов соединен также с вторым входом преобразователя код-частота щ импульсов. выход делителя частоты соединен также с вторыми входами второго и третьего регистра, выход схемы задержки соединен с первым входом второго счетчика-регистра и вторыми входами второго счетчика импульсов и первого регистра, второй, третий и четвертый входы второго счетчика-регистра соединены с выходом триггера, преобразователя аналогчастота импульсов и выходом второго счетчика импульсов, а выход преобразователя код-частота импульсов соединен с вторым входом первого счетчика-регистра.

На чертеже изображена структурная схема устройства для измерения локального кровотока.

Устройство содержит дифференциальную термопару 1, соединенную с источ-.

S0 ником подогрева, усилитель 2 постоянного тока, блок 3 сравнения, содержащий схемы сравнения с опорными напряжениями U и 0,1U источ;ник 4 опорного напряжения, триггер

5 управления токовым ключом 6 источника подогрева, который кроме токового ключа 6 содержит источник 7 то0 4 ка и нагревательный элемент 8, находящийся в тепловои контакте с одним из териоспаев дифференциальной термопары 1. К выходу усилителя 2 подключен преобразователь 9 аналогчастота импульсов, выход которого соединен со счетными входами счетчика 10 импульсов и счетчика-регистра li, Инверсные информационные выходы счетчика 10 подключены к информационным входам счетчика-регистра 11 и первого регистра 12, прямые динамические входы синхронизации которых соединены между собой, а также с инверсным динамическим входом обнуления счетчика 10 и выходом схемы 13 задержки. Иверсные информационные выходы счетчика-регистра 11 подключены к информационным входам регистра 14, информационные выходы которого соединены с информационными входами преобразователя 15 код-частота импульсов. Выход преобразователя, 15 код-частота подключен к счетному входу счетчика-регистра 16, информационные входы которого соединены с информационными выходами регистра

17, а выход импульса переполнения счетчика-регистра 16 соединен с его же входом синхронизации и входом счетчика 18 импульсов, работающего . в режиме измерения частоты импульсов. Вход схемы 13 задержки соединен с выходом делителя 19 частоты и прямыми динамическими входаии синхронизации регистров 14 и 17. Вход делителя 19 соединен со счетным входом преобразователя 15 код-частота и выходом генератора 20 иипульсов.

Дифференциальная термопара 1 и нагревательный элемент 8 конструктивно выполнен в виде датчика, который устанавливается в область, где измеряется локальный кровоток.

Причем последовательно соединенные преобразователь 9 аналог-частота импульсов, счетчик 10,импульсов, регистры 12 и 17, счетчик-регистр

16, последовательно соединенные счетчик-регистр 11, регистр 14 и преобразователь 15 код-частота импульсов, и последовательно соединенные генератор 20 импульсов, делитель 19 частоты и схема 13 задержки образуют блок вычисления текущего значения логарифмического декремента затухания.

Метод теплового клиренса заключается во введении в исследуемую точ9235

35 ку ткани определенного количества тепла путем импульсной генерации тепла и последующем измерении относительной скорости выведения (клиренса) тепла, характеризующей кроваток в исследуемой точке. При этом выведение тепла из исследуемой точки осуществляется по экспоненциальному закону и усиленный сигнал датчика может быть описан уравнением о

U(t) =KUoE

:-де Оо - сигнал дат чика в начал ьный момент выведения тепла, после прекращения нагрева S$

Л - логарифмический декремент затухания, равный относительнок скорости выведения тепла

К - коэффициент усиления уси- 20 лителя.

Принцип измерения текущего значения логарифмического декремента затухания предлагаемым устройством сос.тоит в следующем. . 2s

Продифференцировав уравнение (1) по времени получим

6 м Л Ь вЂ” =-KU 1е

8t (2)

Отсюда величину логарифмического дек- зо ремента затухания кривой выведения можно определить, разделив уравнение (1) на уравнение (2) . (3)

Для цифрового вычислительного устройства, которым является предла гаемое устройство, уравнение 3 примет вид

М -й о д Н где at - шаг дискретизации;

N; - дискретное значение сигнала при i-вом отсчете;

Й; „ - дискретное значение сигнала 4 при (1+1)-вом отсчете.

Устройство для измерения локального кровотока работает следующим образом.

В исходном состоянии триггер 5, счетчики 10 и 18, счетчик-регистр

11 и регистры 12, 14 и 17 установлены, в нулевое состояние, а счетчик-ре-.:. гистр 16 в единичное состояние, сигнал на выходе усилителя 2, и соответственно, преобразователя 9 аналог-частота отсутствует, Датчик приводят в контакт с исследуемым участ-, ком ткани, и на вход "Пуск" подают сигнал, который устанавливает триггер 5 в единичное состояние, при котором ключ 6 открывается и ток от источника 7 поступает на нагревательный элемент 8. Начинается режим введения тепла, при котором уровень сигнала на выходе усилителя 2 увеличивается и когда достигает величины опорного напряжения 0о, срабаты" вает блок 3 сравнения с опорным. напряжением U, сигнал с выхода которой устанавливает триггер 5 в нуле" все состояние. Ключ 6 закрывается, нагрев термопары прекращается и,начинается режим выведения тепла, при котором ЗДС термопары 1 и соответственно напряженйе на выходе усилителя 2 уменьшаются по затухающей экспоненте (1), текущее значение логарифмического декремента затухания которой измеряется непрерывно следующим образом.

Потейциал с инверсного выхода триггера 5 открывает по входам управ,ления счетчик 10 и счетчик-регистр 11, которые эа время первого -шага дискретизации зарегистрируют число импульсов N< поступивших на их счетные входы с выхода преобразователя 9 аналог-частота. Очередной импульс с выхода схемы 13 задержки своим передним фронтом переписывает по информационным входам из счетчика 10 в счетчик-регистр 11 и регистр 12 число

N „ в обратном коде, а задним фронтом устанавливает счетчик 10 в нулевое состояние. В течение второго вага дискретизации счетчик 10 и счетчик-регистр 11 по счетным входам зарегистрирует число йо, но так как в счетчике"регистре 11 предварительно было записано число М в обратном коде, то после окончания второго шага дискретизации в нем будет записано результирующее число -Й„4 N, которое в обратном коде в виде числа

N1-N g переписывается в регистр 14 очередным импульсом с делителя 19.

Этим же импульсом число и в обрат1

1 ном коде из регистра 12 переписывается в регистр 17, а через время задержки схемы 13 д9 Qgt число "Ny переписывается в счетчик-регистр 11 и регистр 12.

На выходе преобразователя 15 кодчастота появляются импульсы частотой f1 i(N<-И 1)р Где oL - коэффициФормула изобретения ного кровотока, содержащее дифференциальную термопару, соединенную с источником подогрева, усилитель и последовательно соединенные источник опорного напряжения, блок сравнения и и триггер и первый счетчик импульсов, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени проведеэо ния измерения путем многократных измерений текущего значения логарифмического декремента затухания при однократном введении тепловой энергии, в нем имеется блок вычисления текущего значения логарифмического декремента затухания, соединенный с выходом усилителя и выходом триггера, а выход этого блока соединен с первым счетчиком импульсов.

2. Устройство по п.l, о т л и40 ч а ю щ е е с я тем, что в нем блок вычисления текущего значения логарифмического декремента затухания выполнен в виде последовательно соединенных преобразователя аналог-частота импульсов, второго счетчика импульсов, 4 первого регистра, второго регистра и

nepeoro счетчика-регистра, последовательно соединенных второго счетчикарегистра, третьего регистра и преобразователя код-частота импульсов,и последоватЬльно соединенных генератора им пульсов, делителя частоты и схемы задержки,причем выход генератора импульcos соединен также с вторым входом преоб(азователя код-частота импульсов, выход делителя частоты соединен также с вторыми входами второго и третьего регистра, выход схемы эадерж7 92352 ент преобразования, равный Д-, а частота генератора 20, равная 10 Гц.

Первый импульс, приходящий на счетный вход счетчика-регистра 16, производит прием в нем числа -N „ из регистра 17. Последующие импульсы производят досчет до нуля, при кото-. ром появляется импульс переноса на выходе счетчика-регистра 16, который поступает на его же вход синхронизации и производит повторный прием числа -N„ из регистра 17. Частота импульсов переноса на выходе счетчика-регистра 16 измеряется счетчиком

18 и равна (5

f1 Clf (й1"й ), Уй1-NO

F --=---------Ы1 й---- =lä Л (5)

" й„NÄ at-й т.е. с учетом сдвига запятой влево на m десятичных разрядов равна измеряемому логарифмическому декременту затухания вначале экспоненциальной зависимости (1).

За время третьего шага дискрети зации в счетчике-регистре 11 к числу -Ng добавится число и и результат в виде числа N N> с инверсных информационных выходов оче-. редным импульсом с делителя 19 частоты будет записан в регистр 14, а в регистр 17 -, число -й из регистра 12, в котором оно хранилось в течение третьего шага дискретизации. Поэтому в течение следующего четвертого шага дискретизации частота импульсов переноса на выходе счетчика-регистра 16,. измеряемая счетчиком 18, будет равна . : М(й -йз) >No.-N м.

1 N N t йт

Аналогично при (!+1) -вом шаге дискретизации частота, регистрируеI мая счетчиком 18, будет равна . ц и.-и. 1 H--H-, 1 1 1 1! (nfl 1, 1 1 (0%Л (g1

i N ((, d48i

I ,т. е. соответствует логарифмическому декременту затухания íà l-вом участке кривой выведения тепла.

При уменьшении сигнала на выходе усилителя 2 до уровня 0.,10О срабатывает схема 3 сравнения с опорным напряжением О,IU< блока 4, сигнал с выхода которого поступает на единичный вход триггера 5 и снова начинается режим введения, а затем выведения тепла и измерения текущего значения логарифмического декремента затухания как описано выше.

0 8

Таким образом, предлагаемое устройство в отличие от известного име- ет более высокое быстродействие и обеспечивает многократные измерения в режиме выведения тепла текущего значения логарифмического декремента затухания, что позволяет следить за динамикой изменения этого показателя и исключить дополнительные вычисления и тем самым сократить время получения конечного результата измерения. Например, при ьй 0,1 с и

То = 10 с обеспечивается более 100 из-! мерений логарифмического декремента затухания, против одного измерения известным устройством.

1. Устройство для измерения локаль9 Ч23520 10 ки соединен с первым входом второго пульсов, а выход преобразователя кодсчетчика-регистра и вторыми входами частота импульсов соединен с вторым второго счетчика импульсов и первого входом первого счетчика-регистра. регистра, второй, третий и четвертый входы второго счетчика-регистра Источники инФорм ции, соединены с выходом триггера, пре- принятые во внимание при экспертизе обраэователя аналог-частота импуль- 1. Авторское свидетельство СССР .сов и выходом второго счетчика им- Ю 556786, кл. А 61 В 5/04, 1977.

ВНИИПИ Заказ 2656/7 Тираж 717 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4