имитационная модель руки человека для поверки средств измерений артериального давления и частоты сердечных сокращений
Классы МПК: | G09B23/28 в медицине |
Автор(ы): | Каратаев Робиндар Николаевич (RU), Сойко Алексей Игорьевич (RU), Хрунина Александра Игоревна (RU), Галимов Фарид Мисбахович (RU), Хаматов Марат Халимович (RU), Синицын Игорь Николаевич (RU), Каратаев Оскар Робиндарович (RU), Каратаев Олег Робиндарович (RU), Михайлишин Владимир Иванович (RU), Мифтахутдинова Фарида Равилевна (RU), Аскарова Алсу Якуповна (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ"(КНИТУ-КАИ) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2010-12-13 публикация патента:
20.07.2012 |
Изобретение относится к контрольно-измерительной аппаратуре и используется в составе поверочной установки для метрологической аттестации измерителей артериального давления и частоты сердечных сокращений. Имитационная модель содержит первый цилиндр 1, который имитирует верхнюю треть плеча, для присоединения компрессионной манжеты сфигмоманометра на плечо, в котором размещена эластичная трубка 3 с запорно-регулирующим элементом, имитирующая артерию верхней трети плеча. Второй цилиндр 2 имитирует нижнюю треть плеча для присоединения компрессионной манжеты сфигмоманометра на запястье, в котором размещена эластичная трубка 4 с запорно-регулирующим элементом 7, имитирующая артерию нижней трети плеча, запорно-регулирующий элемент соединительный 12, гидравлически объединяющий первый и второй цилиндры. Эластичная трубка второго цилиндра выполнена в виде трех параллельных эластичных трубок с запорно-регулирующими элементами 6. Эластичная трубка 3 первого цилиндра 1 содержит дополнительный запорно-регулирующий элемент 9. Во втором цилиндре 2 выполнена байпасная трубка 10, снабженная запорно-регулирующим элементом 8. Технический результат состоит в повышении точности измерений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Формула изобретения
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.
Описание изобретения к патенту
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.