Цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки

Реферат: Об'єкт винаходу. Цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки. Галузь застосування. Винахід належить до медицини, зокрема до вимірювання параметрів мікроциркуляції крові в пальцях людини, зокрема до приладів медицинської спектрофотометрії. Суть винаходу. Цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки, що включає в собі мікрокомпресор, компаратор напруги, електромагнітний клапан стравлення тиску повітря, мікроконвертор, клавіатуру, оперативний запам'ятовуючий пристрій, мультиплексор, формувач сигналу управління, цифровий друкуючий пристрій, загальну шину, рідинно-кришталевий індикатор, годинник реального часу і подільник частоти, лічильний вхід якого з'єднаний з виходом генератора годинника реального часу, причому рідинно-кришталевий індикатор і годинник реального часу через загальну шину підключені до порту Р2 мікроконвертора, порт Р1 якого підключений до цифрових входів-виходів клавіатури, послідовний порт SPI з'єднаний зі входом оперативного запам'ятовуючого пристрою, вихід і вхід порту ПП прийому-передачі даних підключені, відповідно, до першого входу і першого виходу мультиплексора, вхід керування якого з'єднаний з виходом "д" порту Р0 мікроконвертора, третій та другий виходи мультиплексора з'єднані з входами цифрового друкуючого пристрою та формувача сигналу управління, третій та другий входи підключені, відповідно, до других виходів цифрового друкованого пристрою та формувача сигналу управління, вхід і вихід якого призначені для зв'язку з персональним комп'ютером, сенсор тиску, компаратор напруги, першій вхід якого з'єднаний з першим входом порту Р0 мікроконвертора і підключений до виходу сенсора тиску, перший формувач інформативних сигналів, що включає в собі заземлений електрод, який з'єднаний з об'єктом дослідження (пальцем людини), манжету, перший та другий генератори потоків оптичного випромінювання з довжинами хвиль 1 і 2, відповідно, що діють на об'єкт дослідження, перше та друге керовані джерела струму, виходи яких підключені до входів керування першого та другого генераторів потоків оптичного випромінювання, оптично з'єднаний з об'єктом дослідження фотоприймач, вихід якого UA 104803 C2 (12) UA 104803 C2 підключений до входу вимірювального каналу, вихід якого є виходом "а" першого формувача інформативного сигналу, перший вхід другого керованого генератора струму є другим (аналоговим) входом керування першого формувача інформативного сигналу і підключений до порту DA1 мікроконвертора, від відомих відрізняється тим, що в нього додатково введені другий формувач інформативного сигналу, керований подільник напруги, послідовно включені між собою датчик дихання і узгоджувальний підсилювач, логічний елемент "2x2I", перший та другий цифро-аналогові перетворювачі, виходи яких з'єднаний, відповідно, з входом управління керованого подільника напруги і другим входом компаратора напруги, входи-виходи цифро-аналогових перетворювачів підключені через загальну шину до цифрових входів-виходів порту Р1 мікроконвертора, другий аналоговий вихід порту DA2 якого з'єднаний з другим входом другого формувача інформативного сигналу, входи "к" і "л" якого підключені до відповідних виходів подільника частоти, чий лічильний вхід з'єднаний з виходом генератора годинника реального часу, вихід вимірювального каналу другого формувача інформативного сигналу підключений через керований подільник напруги до входу "б" порту Р0 мікроконвертора, перший вхід "вх.1" формувача інформативного сигналу з'єднаний з першим виходом хрестовини, другий вихід якої підключений до першого входу першого формувача інформативного сигналу, третій вихід з'єднаний з входом електромагнітного клапану стравлення тиску повітря, вхід керування якого підключений до виходу "н" порту Р3 мікроконвертора, вхід хрестовини, як й вхід сенсора тиску, з'єднаний через трійник з виходом мікрокомпресора, вхід керування якого підключений до прямого виходу тригера, лічильний вхід якого з'єднаний з виходом компаратора напруги, входи установки нуля та одиниці тригера підключені, відповідно, до виходів "ж" і "з" порту Р3 мікроконвертора, а входи керування "в" і "г" рідинно-кришталевого індикатора з'єднані з однойменними виходами "в" і "г" порту Р0 мікроконвертора, вхід "е" якого підключений до виходу узгоджучого підсилювача, вихід "н" порту Р3 мікроконвертора з'єднаний з входом управління логічного елементу 2x2I, входи якого підключені, відповідно, до прямого та інверсного виходів подільника частоти, виходи "к" та "л" логічного елементу 2x2I з'єднані з відповідними входами керування "к" та "л" першого та другого формувачів інформативного сигналу, які, відповідно, є першими входами керування вимірювального каналу і першого джерела струму та другими входами керування вимірювального каналу та другим входом другого керованого джерела струму відповідно. Цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки відрізняється тим, що вимірювальний канал включає в собі підсилювач, два синхронних детектори, два фільтри нижніх частот, диференційний підсилювач та третій фільтр нижніх частот, вихід якого є виходом "а" вимірювального каналу, вхід з'єднаний з виходом диференційного підсилювача, прямий та інверсний входи якого підключені до виходів, відповідно, першого та другого синхронних детекторів, входи керування яких є входами "к" і "л" вимірювального каналу (і блока перетворення взагалі), входи синхронних детекторів об'єднані між собою, через підсилювач з'єднані з входом вимірювального каналу і є входом блока перетворення. Технічний результат: запропонований цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки забезпечує високу точність вимірювань, розширення функціональних можливостей, відображення інформації у вигляді "Діагностичної карти" та забезпечення метрологічного контролю за станом оптичної системи та вимірювального каналу. UA 104803 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до оптичних методів діагностики, зокрема до неінвазивної медицинської спектрофотометрії, і може бути використаний для створення цифрових вимірювачів параметрів процесів мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини, що представляють собою досліджувані периферичні мікроциркуляторні русла, та параметрів кривої мікрогемодинаміки. Відомі цифрові вимірювачі параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки (см., наприклад, Анализаторы микроциркуляции крови лазерные. Режим доступа: http://www.ua.all.biz/buy/goods/?group=1063949), що включають в собі мікроконвертор чи сигнальний процесор, клавіатуру, оперативний запам'ятовуючий пристрій, мультиплексор, формувач сигналу управління, загальну шину, рідкокристалічний індикатор і годинник реального часу, з яких останні два функціональні блоки через загальну шину підключені до порту Р2 мікроконвертора, порт Р1 якого підключений до цифрових входів-виходів клавіатури, послідовний порт SPI з'єднаний зі входом оперативного запам'ятовуючого пристрою, вихід і вхід порту ПП прийому-передачі даних підключені, відповідно, до першого входу і першого виходу мультиплексора, вхід керування якого з'єднаний з виходом "д" порту Р0 мікроконвертора, третій та другий виходи мультиплексора з'єднані з входами цифрового друкуючого пристрою та формувача сигналу управління, третій та другий входи підключені, відповідно, до других виходів цифрового друкованого пристрою та формувача сигналу управління, вхід і вихід якого призначені для зв'язку з персональним комп'ютером, формувач інформативних сигналів, що включає в собі об'єкт дослідження, джерело потоку оптичного випромінювання, кероване джерела струму, оптично з'єднаний з об'єктом дослідження фотоприймач, вихід якого з'єднаний з входом вимірювального каналу, вихід якого підключений до порту DA1 мікроконвертора. Відомому вимірювачу притаманні недостатня точність вимірювання, обмежені функціональні можливості по причині відсутності режиму роботи "мікроциркуляція крові під дією тиску", обмежений вигляд "Діагностичної карти" (з обмеженою кількістю інформативних параметрів) по причині реалізації іншого методу вимірювання та обробки даних тощо. Відомий цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки (див. Патент РФ на полезную модель №: 97197. Мокрова Дарья Всеволодовна (RU), Аксенов Евгений Тимофеевич (RU), Кафидова Галина Александровна (RU)/ Устройство для измерения параметров микроциркуляции крови. Классификация по МПК: G01P). Режим доступа: http://bankpatentov.ru/node/42824. Устройство для измерения параметров микроциркуляции крови), що включає в собі джерело когерентного оптичного випромінювання, об'єктив, блок реєстрації інтенсивності спекл-поля, який включає в собі послідовно розташовані діафрагму, фотодетектор і з'єднаний з ним підсилювач сигналу з цифровим виходом; пристрій також містить блок обробки вихідного сигналу, підключений до блока реєстрації інтенсивності спекл-поля, відрізняється тим, що блок реєстрації інтенсивності спекл-поля також містить світловий фільтр, причому всі елементи пристрою за виключенням блока обробки вихідного сигналу, включені в єдиний корпус. Відомий цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки не забезпечує достатньої точності вимірювань, має обмежені функціональні можливості по причині відсутності режиму роботи "мікроциркуляція крові під дією тиску", а також обмежений вигляд "Діагностичної карти" (з обмеженою кількістю інформативних параметрів) по причині реалізації іншого способу вимірювання та обробки даних тощо. Відомий цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки (див. В.Т. Кондратов. Проблеми неінвазивного вимірювання параметрів процесу мікроциркуляції крови в пальцях кінцівок людини і шляхи їх вирішення. Режим доступу: http://www.nbuv.gov.ua/portal/Natural/Vtot/2012_2/42kon.pdf), що включає в собі мікрокомпресор, електромагнітний клапан стравлення тиску, мікрокомпресор, мікроконвертор, клавіатуру, оперативний запам'ятовуючий пристрій, периферійні пристрої, сенсор тиску, фотоприймач, синхронний детектор, об'єкт дослідження (палець людини), манжету, перше та друге джерела потоків оптичного випромінювання з довжинами хвиль  1 і  2 , відповідно, що діють на об'єкт дослідження, перше та друге керовані джерела струму, виходи яких підключені до входів керування першого та другого генераторів потоків оптичного випромінювання, оптично з'єднаний з об'єктом дослідження фотоприймач, вихід якого підключений до входу синхронного детектора, вихід якого підключений до порту Р0 мікроконвертора, цифрові порти якого з'єднані з цифровими входами-виходами першого та другого джерел струму. Відомому цифровому вимірювачу параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки притаманні недостатня точність 1 UA 104803 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вимірювання, обмежені функціональні можливості по причині відсутності другого блока перетворення, обмежений вигляд "Діагностичної карти" (з обмеженою кількістю інформативних параметрів) по причині не можливості порівняння даних, що отримані синхронно у той же момент часу і при тих же умовах зовнішнього середовища та відсутність метрологічного контролю за станом оптичної системи та вимірювального каналу блоків перетворення, що призводить до появи, за часом та при зміні дестабілізуючих факторів оточуючого середовища, додаткових похибок вимірювання. Поставлена технічна задача створення такого цифрового вимірювача параметрів мікроциркуляції крові в пальцях людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки, який забезпечував би підвищення точності вимірювань, розширення функціональних можливостей, відображення інформації у вигляді "Діагностичної карти" з багатьма параметрами та показниками, забезпечення метрологічного контролю за станом оптичної системи та вимірювального каналу блоків перетворення. Для підвищення інформативності і точності у запропонованому цифровому вимірювачі параметрів мікроциркуляції крові в пальцях людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки реалізовано новітній спосіб вимірювання, що запропонований автором. Згідно з цим способом повинно здійснюватися вимірювання додаткових інформативних параметрів процесу мікроциркуляції крові: час кровонаповнення "пустих" чи не повністю наповнених кров'ю периферичних сосудів, середню швидкість та час кровонаповнення у різних фазах процесу, максимальне значення сигналу кровонаповнення, потужність потоків оптичного випромінювання на робочих довжинах хвиль, дрейф нуля оптико-електронного, каналу, вимірювання частоти дихання та пульсу, синхронізація процесів встановлення тиску з фазами частоти дихання та пульсової хвиля з метою виключення їх дії на результати вимірювань тощо. Поставлена технічна задача досягається тим, що цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки, що включає в собі мікрокомпресор, компаратор напруги, електромагнітний клапан стравлення тиску, мікроконвертор, клавіатуру, оперативний запам'ятовуючий пристрій, мультиплексор, формувач сигналу управління, цифровий друкуючий пристрій, загальну шину, рідкокристалічний індикатор, годинник реального часу і подільник частоти, лічильний вхід якого з'єднаний з виходом генератора годинника реального часу, причому рідкокристалічний індикатор і годинник реального часу через загальну шину підключені до порту P2 мікроконвертора, порт Р1 якого підключений до цифрових входів-виходів клавіатури, послідовний порт SPI з'єднаний зі входом оперативного запам'ятовуючого пристрою, вихід і вхід порту ПП прийому-передачі даних підключені, відповідно, до першого входу і першого виходу мультиплексора, вхід керування якого з'єднаний з виходом "д" порту Р0 мікроконвертора, третій та другий виходи мультиплексора з'єднані з входами цифрового друкуючого пристрою та формувача сигналу управління, третій та другий входи підключені, відповідно, до других виходів цифрового друкованого пристрою та формувача сигналу управління, вхід і вихід якого призначені для зв'язку з персональним комп'ютером, сенсор тиску, компаратор напруги, перший вхід якого з'єднаний з першим входом порту Р0 мікроконвертора і підключений до виходу сенсора тиску, перший формувач інформативних сигналів, що включає в собі заземлений електрод, який з'єднаний з об'єктом дослідження (пальцем людини), манжету, перше та друге джерела потоків оптичного випромінювання з довжинами хвиль  1 і  2 , відповідно, що діють на об'єкт дослідження, перше та друге керовані джерела струму, виходи яких підключені до входів керування першого та другого генераторів потоків оптичного випромінювання, оптично з'єднаний з об'єктом дослідження фотоприймач, вихід якого підключений до входу вимірювального каналу, вихід якого є виходом "а" першого формувача інформативного сигналу, перший вхід другого керованого генератора струму є другим (аналоговим) входом керування першого формувача інформативного сигналу і підключений до порту DA1 мікроконвертора, від відомих відрізняється тим, що в нього додатково введені другий формувач інформативного сигналу, керований подільник напруги, послідовно включені між собою датчик дихання і узгоджувальний підсилювач, логічний елемент "2x2I", перший та другий цифро-аналогові перетворювачі, виходи яких з'єднаний, відповідно, з входом управління керованого подільника напруги і другим входом компаратора напруги, входи-виходи цифро-аналогових перетворювачів підключені через загальну шину до цифрових входів-виходів порту Р2 мікроконвертора, другий аналоговий вихід порту DA2. якого з'єднаний з другим входом другого формувача інформативного сигналу, входи "к" і "л" якого підключені до відповідних виходів подільника частоти, чий лічильний вхід з'єднаний з виходом генератора годинника реального часу, вихід вимірювального каналу другого формувача інформативного сигналу підключений через керований подільник напруги до входу "б" порту Р0 мікроконвертора, перший вхід "вх.1" 2 UA 104803 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 формувача інформативного сигналу з'єднаний з першим виходом хрестовини, другий вихід якої підключений до першого входу першого формувача інформативного сигналу, третій вихід з'єднаний з входом електромагнітного клапану стравлення тиску повітря, вхід керування якого підключений до виходу "н" порту Р3 мікроконвертора, вхід хрестовини, як й вхід сенсора тиску, з'єднаний через трійник з виходом мікрокомпресора, вхід керування якого підключений до прямого виходу тригера, лічильний вхід якого з'єднаний з виходом компаратора напруги, входи установки нуля та одиниці тригера підключені, відповідно, до виходів "ж" і "з" порту Р3 мікроконвертора, а входи керування "в" і "г" рідинно-кришталевого індикатора з'єднані з однойменними виходами "в" і "г" порту Р0 мікроконвертора, вхід "е" якого підключений до виходу узгоджуючого підсилювача, вихід "н" порту Р3 мікроконвертора з'єднаний з входом управління логічного елементу 2x2I, входи якого підключені, відповідно, до прямого та інверсного виходів подільника частоти, виходи "к" та "л" логічного елементу 2x2I з'єднані з відповідними входами керування "к" та "л" першого та другого формувачів інформативного сигналу, які, відповідно, є першими входами керування вимірювального каналу і першого джерела струму та другими входами керування вимірювального каналу та другим входом другого керованого джерела струму відповідно. Цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки, від відомих відрізняється тим, що вимірювальний канал включає в собі підсилювач, два синхронних детектори, два фільтри нижніх частот, диференційний підсилювач та третій фільтр нижніх частот, вихід якого є виходом "а" вимірювального каналу, вхід з'єднаний з виходом диференційного підсилювача, прямий та інверсний входи якого підключені до виходів, відповідно, першого та другого синхронних детекторів, входи керування яких є входами "к" і "л" вимірювального каналу (і блока перетворення взагалі), входи синхронних детекторів об'єднані між собою, через підсилювач з'єднані з входом вимірювального каналу і є входом блока перетворення. На Фіг. 1 наведена функціональна схема цифрового вимірювача параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки, де використані наступні позначення: 1 і 2 - перший та другий формувачі інформативного сигналу, що включає в собі: вимірювальний канал 3; перший та другий керовані джерела струму 4 і 5; перший та другий генератори потоків оптичного випромінювання 6 і 7; фотоприймач 8; заземлений електрод 9; манжету 10; об'єкт дослідження (палець людини) 11; 12 - керований подільник напруги; 13 - тригер; 14 - компаратор напруги; 15 - мікрокомпресор; 16 - трійник; 17 сенсор тиску; 18 - хрестовина; 19 - клапан стравлення тиску повітря; 20 - мікроконвертор; 21 клавіатура; 22 і 23 - перший та другий цифро-аналогові перетворювачі; 24 - подільник частоти; 25 - годинник реального часу; 26 - рідкокристалічний перетворювач; 27 - оперативний запам'ятовуючий пристрій; 28 - загальна шина; 29 - мультиплексор; 30 - цифровий друкуючий пристрій; 31 - формувач сигналу управління, 32 - датчик дихання; 33 - узгоджувальний підсилювач. При цьому блоки 6, 7 і 8 є складовими частинами сенсорних блоків С1 і С2 формувачів інформативного сигналу 1 і 2 відповідно (див. на Фіг. 1 виділені пунктирною лінією блоки 6, 7 і 8). На Фіг. 2 наведена функціональна схема вимірювального каналу, де 35 - підсилювач; 36 і 37 - перший та другий синхронні детектори; 38 і 39 - фільтри нижніх частот; 40 - диференційний підсилювач; 41 - третій фільтр нижніх частот. На Фіг. 3 наведений графічний портрет процесу мікроциркуляції крові в мікроциркуляторних руслах (пальців лівої та правої руки). На Фіг. 4 наведена діагностична карта результатів дослідження мікроциркуляторних русел пальців лівої та правої руки пацієнта. Причому, цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки, що включає в собі мікрокомпресор 15, компаратор напруги 14, електромагнітний клапан стравлення тиску повітря 19, мікроконвертор 20, клавіатуру 21, оперативний запам'ятовуючий пристрій 29, мультиплексор 29, формувач сигналу управління 31, цифровий друкуючий пристрій 30, загальну шину 28, рідкокристалічний індикатор 26, годинник реального часу 25 і подільник частоти 24, лічильний вхід якого з'єднаний з виходом генератора годинника реального часу 25, причому рідкокристалічний індикатор 26 і годинник реального часу 25 через загальну шину 28 підключені до порту Р1 мікроконвертора 20. Порт Р1 мікроконвертора 20 підключений до цифрових входів-виходів клавіатури 21, послідовний порт SPI з'єднаний зі входом оперативного запам'ятовуючого пристрою 27, вихід і вхід порту ПП прийому-передачі даних підключені, відповідно, до першого входу і першого виходу мультиплексора 29, вхід керування якого з'єднаний з виходом "д" порту Р0 мікроконвертора 20. 3 UA 104803 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Третій та другий виходи мультиплексора 29 з'єднані з входами цифрового друкуючого пристрою 30 та формувача сигналу управління 31, третій та другий входи підключені, відповідно, до других виходів цифрового друкуючого пристрою 30 та формувача сигналу управління 31, вхід і вихід якого призначені для зв'язку з персональним комп'ютером. Цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки включає в собі також сенсор тиску 17, компаратор напруги 14, перший вхід якого з'єднаний з першим входом порту Р0 мікроконвертора 20 і підключений до виходу сенсора тиску 17, перший формувач інформативних сигналів 1, що включає в собі заземлений електрод 9, який з'єднаний з об'єктом дослідження (пальцем людини) 11, манжету 10, перший та другий генератори 6 і 7 потоків оптичного випромінювання з довжинами хвиль  1 і  2 , відповідно, що діють на об'єкт дослідження 11, перше та друге керовані джерела струму 4 і 5, виходи яких підключені до входів керування першого та другого генераторів потоків оптичного випромінювання 6 і 7 та оптично з'єднаний з об'єктом дослідження 11 фотоприймач 8. Вихід фотоприймача 8 підключений до входу вимірювального каналу 3, вихід якого є виходом "а" першого формувача інформативного сигналу 1. Перший вхід другого керованого генератора струму 5 є другим (аналоговим) входом керування (вх. 2) першого формувача інформативного сигналу 1 і підключений до порту DA1 мікроконвертора 20. Від відомих цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки відрізняється тим, що в нього додатково введені другий формувач інформативного сигналу 2, керований подільник напруги 12, послідовно включені між собою датчик дихання 32 і узгоджувальний підсилювач 33, перший та другий цифро-аналогові перетворювачі 22 і 23, виходи яких з'єднані, відповідно, з входом управління керованого подільника напруги 12 і другим входом компаратора напруги 14. Входи-виходи цифро-аналогових перетворювачів 22 і 23 підключені через загальну шину 28 до цифрових входів-виходів порту Р2 мікроконвертора 20. Другий аналоговий вихід порту DA2 мікроконвертора 20 з'єднаний з другим входом другого формувача інформативного сигналу 2, входи "к" і "л" якого підключені до відповідних виходів подільника частоти 24, чий лічильний вхід з'єднаний з виходом генератора годинника реального часу 25. Вихід вимірювального каналу 3 другого формувача інформативного сигналу 2 підключений через керований подільник напруги 12 до входу "б" порту Р0 мікроконвертора 20. Перший вхід "вх. 1" другого формувача інформативного сигналу 2 з'єднаний з першим виходом хрестовини 18, другий вихід якої підключений до першого входу першого формувача інформативного сигналу 1, третій вихід з'єднаний з входом електромагнітного клапану 19 стравлення тиску повітря, вхід керування якого підключений до виходу "н" порту Р3 мікроконвертора 20. Вхід хрестовини 18, як й вхід сенсора тиску 17, з'єднаний через трійник 16 з виходом мікрокомпресора 20, вхід керування якого підключений до прямого виходу тригера 13, лічильний вхід якого з'єднаний з виходом компаратора напруги 14. Входи установки нуля та одиниці тригера 13 підключені, відповідно, до виходів "ж" і "з" порту Р3 мікроконвертора 20, а входи керування "в" і "г" рідинно-кришталевого індикатора 16 з'єднані з однойменними виходами "в" і "г" порту Р0 мікроконвертора 20, вхід "е" якого підключений до виходу узгоджувальний підсилювача 33. Вихід "н" порту Р3 мікроконвертора 20 з'єднаний з входом управління логічного елементу "2x2I" 34, входи якого підключені, відповідно, до прямого та інверсного виходів подільника частоти 24. Виходи "к" та "л" логічного елементу "2x2I" 34 з'єднані з відповідними входами керування "к" та "л" першого та другого формувачів 1 і 2 інформативного сигналу, які, відповідно, є першими входами керування вимірювального каналу 3 і першого джерела струму 4 та другими входами керування вимірювального каналу 3 та другим входом другого керованого джерела струму 5 відповідно. Цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки за п. 1, від відомих відрізняється також тим, вимірювальний канал 3 включає в собі підсилювач 35, два синхронних детектори 36 і 37, два фільтри нижніх частот 38 і 39, диференційний підсилювач 40 та третій фільтр нижніх частот 41. Вихід третього фільтру нижніх частот 41 є виходом "а" вимірювального каналу 3, вхід з'єднаний з виходом диференційного підсилювача 40, прямий та інверсний входи якого підключені до виходів, відповідно, першого та другого синхронних детекторів 36 і 37. Входи керування першого та другого синхронних детекторів 36 і 37 є входами "к" і "л" вимірювального каналу 3 (і формувача інформативного сигналу взагалі). Входи синхронних 4 UA 104803 C2 5 10 детекторів 36 і 37 об'єднані між собою і через підсилювач 35 з'єднані з входом вимірювального каналу 3 і є входом формувача інформативного сигналу 1 чи 2. Сутність запропонованого технічного рішення полягає в наступному. Після включення живлення, всі функціональні блоки встановлюються в початковий стан. Рідкокристалічний індикатор 26 ніякої інформації не видає. Годинник реального часу 25 вказує поточний час. При відсутності об'єкту дослідження 11 (пальців людини у манжеті 10), формувачі 1 і 2 інформативного сигналу встановлюються в режим метрологічного самоконтролю і підготовки до вимірювань з метою вирівнювання коефіцієнтів передачі обох вимірювальних каналів 3 з фотоприймачем 8. Припустимо, що функція перетворення оптико-електронного вимірювального каналу 3 є лінійною і описується рівнянням величин Ux  S Ф x  U , л зм (1) Ф x - потік оптичного випромінювання; Sл - крутість перетворення, причому S  Sл 1   л  , a S л - номінальне значення крутості перетворення,  л - відносне відхилення л крутості перетворення під дією зовнішніх дестабілізуючих факторів; U - зміщення функції зм перетворення, причому U  Uзм   ад , Uзм - номінальне значення зміщення,  ад зм де 15 20 25 30 35 40 45 50 55 адитивна похибка перетворювання, що є складовою напруги зміщення. Сучасні вимоги щодо новітніх способів вимірювання, що реалізуються у приладах шостого та сьомого поколінь, потребують необхідність проведення додаткових вимірювань інформативних сигналів, що характеризують стан вимірювального каналу. Тому у сучасних цифрових вимірювачах параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки передбачається виконання додаткових вимірювальних операції. Цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки реалізує спосіб неінвазивного визначення параметрів процесів мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини, що запропонований проф. Кондратовим В.Т. Цей спосіб оснований на формуванні потоків червоного та інфрачервоного випромінювання з довжинами хвиль  1 і  2 з однаковою напівшириною смуг перепускання   0 1   2   0  . Це необхідно для забезпечення однакової потужності потоків оптичного випромінювання при однаковими за значенням смугами перепускання 0 . Причому довжину хвилі  1 вибирають такою, при якій коефіцієнти поглинання гемоглобіну та оксигемоглобіну крові були б практично рівними між собою з заданою похибкою, тобто k г1  k о1  k 1 . Як правило, довжину хвилі  2 вибирають такою, при якій коефіцієнти поглинання меланіну для європейця та афроамериканця були б практично рівними між собою (з заданою похибкою), тобто k є2  k а2  k 2 . Рекомендується вибрати довжину хвилі  2  1400 нм, на якій відносний коефіцієнт відбивання шкіри дорівнює 0,05. Запропонований цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки відрізняється від відомих тим, що спочатку потоками інфрачервоного та червоного оптичного випромінювання почергово діють на фотоприймачі 8 сенсорних блоків С1 та С2 при відсутності в них пальців. Амплітуди вихідних сигнали вимірювальних каналів 3 першого формувача 1 інформативних сигналів безпосередньо, а другого (2) - через керований подільник напруги 12, перетворюються у коди чисел. За заданою програмою цифрові значення вихідних сигналів порівнюються між собою. Апріорі отримані напруги вирівнюють між собою і підсилюють (нормують) до наперед заданого значення  0 . При вимірюваннях, у випадках не рівності отриманих значень вихідних сигнали U вимірювальних каналів 3, змінюють коефіцієнт передачі керованого подільника напруги 12 до забезпечення рівності зазначених сигналів. Керування коефіцієнтом передачі здійснюється вихідною напругою цифро-аналогового перетворювача 22, який підключений до порту P2 через загальну шину 28. Цифрові сигнали, що поступають на цифро-аналоговий перетворювач 22 формуються за програмою, що записана у мікроконверторі 20. За результатами порівняння судять про відповідність значень коефіцієнтів передачі вимірювальних каналів апріорі встановленим. Після цього сенсорні блоки С1 та С2 і манжети 10 надівають на пальці людини і здійснюють почергове опромінення пальців лівої та правої руки людини потоками інфрачервоного та червоного оптичного випромінювань заданої потужності. Вихідні інформативні сигналі (різницеві 5 UA 104803 C2 5 10 15 20 25 30 35 напруги), що поступають на входи "а" і "б" порту Р0 мікроконвертора 20, перетворюються у коди чисел і аналізуються. При їх нерівності, встановлюють струм I2 , що живить генератор 7 потоку оптичного випромінювання формувачів 1 і 2 інформативних сигналів, до рівня, при якому перетворені у різницеву напругу потужності відбитих потоків оптичного випромінювання різних довжин хвиль будуть рівні між собою на зазначених входах "а" і "б". Слід зазначити, що управління керованими джерелами струму 5 формувачів 1 і 2 інформативного сигналу здійснюється шляхом формування на виході портів DA1 і DA2 (що є виходами вбудований цифро-аналогових перетворювачів) мікроконвертора 20 відповідних напруг керування. їх значення визначається за заданою програмою. Вони забезпечують таку зміну струму через генератори 5 оптичного випромінювання, при якому має місце зміна потужності до моменту забезпечення рівності різницевих напруг. Отримані чисельні значення напруг керування запам'ятовуються, відображаються на екрані рідинно-кришталевого індикатора 26 і порівнюються з апріорі заданими допустимими значеннями цих напруг у вигляді метрологічних чисел. Слід пояснити, що значення метрологічних чисел або значення напруг з заданими відхиленнями їх від оптимальних значень, як правило, отримують у час введення приладу в експлуатацію. Ці значення є зразковими. Тому значення напруг, що отримані в конкретний період експлуатації приладу, порівнюють з зразковими. При наявності різниці між напругами здійснюється зміна робочого струму через генератор 7 потоку оптичного випромінювання (лазерний діод) до значень, при яких генерується потік оптичного випромінювання заданої (нормованої за значенням) потужності. Це скорочує витрати на повірку приладів і дає можливість своєчасного отримання інформації про стан приладу. Проведення описаних додаткових тактів вимірювань дає можливість порівнювати стан джерел монохроматичного випромінювання за значеннями напруг керування, які пропорційні струмам через ці джерела (наприклад, через лазерні діоди). Після вирівнювання сигналів, що отримані в результаті відбиття від пальців та перетворення у різницеві напруги потоків оптичного випромінювання з різними довжинами хвиль (вирівнюванні проникливої спроможності потоків оптичного випромінювання) відбитих від пальців, при однакових коефіцієнтах передачі вимірювальних каналів, зазначеними потоками почергово діють на ті чи інші пальці правої та лівої руки людини (при наявності та при знятті граничного значення тиску) сформованими потоками червоного та інфрачервоного випромінювання протягом заданого інтервалу часу t  , за яким має місце поглинання потоків оптичного випромінювання не окисленим гемоглобіном крові та меланіном. Оскільки поглинання потужності потоку оптичного випромінювання здійснюється за законом Ламберта-Бугера-Бера, то напруга на виході вимірювального каналу 3 може бути записана наступним чином U x  S Ф 0 e л 40 45  k г C x  k м C   C x  k p l e  U , зм (2) де Ф0 - нормований за значенням потужності потік оптичного випромінювання з заданою довжиною хвилі  1 чи  2 та напівшириною полоси перепускання  , що генерується генератором оптичного випромінювання. Причому Ф 0  S фI0 , а S ф - крутість перетворення струму I0 у потік Ф0 . Потік оптичного випромінювання Ф0 поступає через поверхневий шар кінцівки (меланін) на капілярну кров і поглинається гемоглобіном крові; k г - коефіцієнт поглинання гемоглобіну крові; k м - коефіцієнт поглинання меланіну; C - загальна концентрація гемоглобіну і меланіну; C x - концентрація гемоглобіну; k p - коефіцієнт розсіювання (вважаємо що k p не залежить від довжини хвилі, а залежить від структури об'єкту); le  Ve / s e - ефективна товщина слою меланіну та гемоглобіну, що дорівнює відношенню ефективного об'єму Ve простору, що 50 зондується, до ефективної площі s e світлової плями. Незважаючи на те, що функція перетворення (1) вимірювального каналу 3 є лінійною, залежність вихідної напруги від концентрації гемоглобіну є нелінійною функцією (2). 6 UA 104803 C2 Згідно з реалізованим способом, потужності відбитих і послаблених потоків інфрачервоного та червоного випромінювання почергового, з частотою к , що формується подільником частоти 24, перетворюють у сигнали u x1t   S k 1Ф 0 t e л  k г1C x  k м1 C   C x  k p l e  U , зм (3) 5 і u x 2 t   S k  2Ф 0 t e л 10 15 25 30 35 40  U , зм (4) де k 1 та k 2 - коефіцієнти передачі оптичного каналу на відповідних довжинах хвиль з урахуванням нерівномірності спектральної характеристики фотоприймача 8. У вимірювальних каналах 3 сигнали (3) і (4) почергово підсилюються за допомогою підсилювача 35 та синхронно детектуються за допомогою синхронних детекторів 36 і 37. Після цього виділяється різницевий сигнал частоти комутації к за допомогою диференційного підсилювача 40, який та усереднюється за допомогою фільтру нижніх частот 41. В результаті отримують різницеву напругу U  S Ф0 e л   20  k г 2 C x  k м 2 C   C x  k p l e  k г1C x  k м1 C   C x  k p l e e  k г 2 C x  k м 2 C   C x  k p l e ,   (5) яку, як вже йшлося, використовують для управління силою струму I2 керованих джерел струму 5 першого та другого формувачів інформативних сигналів 1 і 2. Від цих струмів залежіть потужність потоків оптичного випромінювання на виходах генераторів 7 першого та другого формувачів інформативних сигналів 1 і 2. Змінюють силу струму до моменту рівності потужностей відбитих від кістки пальця та послаблених потоків червоного та інфрачервоного випромінювань на довжинах хвиль  1 і  2 , тобто до забезпечення рівності k 1Ф01  k 2 Ф02   k  Ф0 , де k 1 і k 2 - коефіцієнти перепускання відбитих потоків оптичного випромінювання відповідно, , S ф1 і Sф 2 - крутість перетворення струмів у потужність потоків Ф01  Sф1I1, Ф02  Sф2I2 оптичного випромінювання на довжинах хвиль  1 і  2 . Фіксують встановлені значення напруг керування, що подаються на керовані джерела струмів 5. Це призводить до фіксації й значень потужностей потоків червоного та інфрачервоного випромінювань протягом усього заданого інтервалу часу t  t   60  120 c  . Далі, згідно за командою з мікроконвертора 20, що поступає з виходу "з" порту Р0 на вхід установки одиниці (Уст. 1) тригера 13, вихідний сигнал логічної одиниці якого включає мікрокомпресор 15. Практично миттєво в манжеті 10, що розташована на об'єкті дослідження 11, зростає тиск до апріорі встановленого граничного значення Pг в межах, наприклад, 100 мм. рт. ст. - 500 мм. рт. ст… Цей діапазон значень тиску забезпечує перекриття шляху крові через судини (артерії та вени) різних пальців (мікроциркуляторних русел) різних людей. Одночасно, протягом часу t  , що задається програмою, записаною у мікроконвертор 20, починають вимірювати вихідні різницеві сигнали, що отримані, відповідно для першого та другого пальців (мікроциркуляторних русел): (6)  k C  k C  C  k l  k C  k C  C  k l u x2 t   u 2 t   S Ф0 t e г x 2 м  x 2 p 2 e 2  e г x 2 м  x 2 p 2 e 2  , л     45  k C  k C  C  k l  k C  k C  C  k l u x1t   u1t   S Ф0 t e г x1 м  x1 p1 e1  e г x1 м  x1 p1 e1  , л     (7) де Cx1 і C x 2 - концентрація гемоглобіну у першому та другому пальцях відповідно; k p1 і k p2 - коефіцієнти розсіювання для першого та другого пальців відповідно; l e1 і le2 - ефективні товщини слою меланіну та гемоглобіну для першого та другого пальців відповідно, k г1  k г2  k г та k м1  k м2  k м . 7 UA 104803 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Витримують дію тиску Pг протягом апріорі визначеного часу t т . За звичай час t т  10  30  с. Але цей час може бути вибраним будь-яким, але не більшим ніж 60 с. Після закінчення визначеного часу t т практично раптово знімають дію тиску за командою з виходу "ж" порту Р3 мікроконвертора 20, що поступає на вхід установки нуля (Уст. 0). Цей стан (без дії тиску) витримують протягом часу t в відновлення капілярного і венозного кровотоків до стаціонарного рівня. Як правило час відновлення кровотечі t в повинен бути більшим за час t т дії тиску більше, ніж у 2 рази. За допомогою формувачів інформативного сигналу 1 і 2 потужності потоків червоного випромінювання відбитих від кісток пальців рук людини перетворюються у інформативні сигнали ux1t  і u x 2 t  . Ці сигнали відображають процес мікроциркуляції крові у двох мікроциркуляторних руслах безперервно потягом часу t   t т  t в . З виходів вимірювальних каналів 3 першого та другого формувачів інформативних сигналів 1 і 2 миттєві значення сигналів ux1t  і u x 2 t  поступають на входи "а" і "б" порту P0 мікроконтролера 20, і перетворюються у коди чисел. Отримані коди чисел запам'ятовуються в оперативному запам'ятовуючому пристрою 27. Отримані дані математично оброблюють у мікроконверторі 20 (у тому числі масиви даних фільтрують) за заданою програмою і відображають на екрані рідинно-кришталевого індикатора 26. Особливістю запропонованого цифрового вимірювача параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки є те, що в нього, крім другого формувача інформативних сигналів 2, додатково введені керований подільник напруги 12 та послідовно включені між собою датчик дихання 32, узгоджувальний підсилювач 33, перший та другий цифро-аналогові перетворювачі 22 і 23, з'єднані між собою, як показано на Фіг. 1. Керований подільник напруги 12 призначений для вирівнювання коефіцієнтів перетворення оптичних сигналів у напругу у обох формувачах 1 і 2 інформативних сигналів, тобто для забезпечення метрологічного самоконтролю вимірювальних каналів. Процес вирівнювання здійснюється, як вже відмічалося, при відсутності пальців у сенсорних блоках С1 і С2, що утворені блоками 6, 7 і 8 формувачів 1 і 2, і які формують та приймають потоки оптичного випромінювання. Вирівнювання забезпечується шляхом управління коефіцієнтом передачі подільника напруги 12 за допомогою вихідної напруги першого цифро-аналогового перетворювача 22. На вхід останнього подається цифровий код, що дорівнює різниці дійсних значень вихідних сигналів формувачів 1 і 2 інформативних сигналів при відсутності пальців. При досягнення рівності різниць вихідних сигналів формувачів 1 і 2 інформативних сигналів вхідний код цифро-аналогового перетворювача 22 запам'ятовується у оперативному запам'ятовуючому пристрої 27 на весь час проведення вимірювань. Опорна напруга Uоп порівняння, що поступає на вхід "и" компаратора 14, формується за допомогою додатково встановленого цифро-аналогового перетворювача 23, що підключений до порту Р2 мікроконвертора 20 через загальну шину 28. На входи цифро-аналогового перетворювача 23 по команді з мікроконтролера 20 подається цифровий код числа Nоп , що дорівнює значенню опорної напруги і який записаний у постійну пам'ять мікроконвертора 20. Значення опорної наруги може корегуватися оператором за допомогою клавіатури 21 при налагодженні цифрового вимірювача. Відомо, що лікарі (кардіологи, терапевти та інші) при обстеженнях часто-густо просять затримати дихання, зробити повних вдих чи видих. Тому запропонований цифровий вимірювач забезпечує дослідження мікроциркуляторного русла яка при безперервному диханні, при його різних фазах і при затримки дихання. Відомо, що на результат вимірювання основних показників процесу мікроциркуляції крові впливають дихальні цикли та пульсова хвиля. Їх дія призводить до додатковому тиску на кров, зміни її швидкості, а значить й до зміщення характеристичних точок на кривій процесу мікроциркуляції крові. Тому в цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки введено також послідовно включені датчик дихання 32 і узгоджувальний підсилювач 33, вихід якого з'єднаний з входом "е" порту Р0 мікроконвертора 20. Це забезпечує визначення параметрів мікроциркуляції крові на тільки у фазах повного входу чи видиху, але й у проміжних фазах, наприклад, при затримки 8 UA 104803 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 дихання чи у будь-якої проміжної фази. Все це розширює функціональні можливості цифрового вимірювача. У запропонованому цифровому вимірювачі параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки реалізовано два підходи щодо урахування чи виключення дії дихання та пульсової хвилі на характер кривої процесу мікрогемодинаміки: а) виключенням відповідних складових з інформативних сигналів шляхом обрізання сигналів частоти дихальних циклів та пульсової хвилі за допомогою фільтрів нижніх частот 38, 39 і 41; і б) - шляхом синхронізації початку та кінця дії тиску на судини з фазами дихального циклі та пульсової хвилі. Слід зазначити, що дихальна та пульсова складові інформативного сигналу виділяються за заданою програмою шляхом цифрової фільтрації його після досягнення рівності потужностей відбитих потоків червоного та інфрачервоного випромінювання. З метою отримання додаткової інформації про стан пацієнта, вимірюють періоди Tд і Tп (або частоти) дихальної та пульсової складових інформативного сигналу. Одержані значення запам'ятовуються і відображаються на екрані рідинно-кришталевого індикатора 26. Дихальні імпульси додатково відображаються у діагностичній картки на додатковій часовій осі для оцінки характеру та кількості циклів за одну хвилину (60 секунд). Згідно з реалізованим способом, синхронізація початку та кінця процесів миттєвого установлення та зняття граничного значення тиску Pг , за програмою, що записана у постійну пам'ять мікроконвертора 20, здійснюється при безперервному диханні. Причому початковий та кінцевий моменті часу дії граничного тиску встановлюються у ті моменти часу, коли амплітуда пульсової хвилі досягає мінімального (чи максимального) значення. Це забезпечує виключення паразитних імпульсі, що викривляють графік кривої мікроциркуляції крові. Це є ще однією особливістю запропонованого технічного рішення. Введення тригера 13 забезпечує більш широкі можливості щодо управління роботою мікрокомпресора 15, зокрема при аварійних обставинах (наприклад, занадто високого перевищення тиску у манжеті наперед заданого значення, при наявності артефактів тощо). Використання трійника 16 та хрестовини 18, які з'єднані між собою і з іншими функціональними блоками цифрового вимірювача, як показано на Фіг. 1, забезпечує оптимальне включення та стравлення тиску у манжеті 10. За допомогою подільника частоти 24 забезпечується вибір необхідної за значенням частоти к сигналу комутації, що використовується для управління роботою синхронних детекторів 35 і 36 вимірювальних каналів 3. Як вже відмічалося, після дії на пальці потоків інфрачервоного та червоного випромінювання з частотою к , по команді з мікроконвертора 20 потужності відбитих і послаблених гемоглобіном і оксигемоглобіном крові та меланіном потоків інфрачервоного та червоного випромінювань почергово перетворюються у електричні сигнали ux1t  і u x 2 t  , причому протягом проміжку часу t г , який кратний періоду Tд дихального процесу. Це необхідно для точного визначення функції, що характеризує процес мікроциркуляції крові та урахування дії дихального процесу на кровонаповнення капілярів, артерій та вен. Отримані криві (див. Фіг. 3) процесу кровонаповнення при дії тиску й після її виключення аналізуються за заданою програмою. При цьому фіксуються повні фази дихального процесу (див. Фіг. 3, відмітки на осі часу). По програмі, що записана у пам'ять мікроконвертора 20, визначають та запам'ятовують просторово-часові параметри характеристичних точок О, А, В, С, D, Е на графіку процесу мікроціркуляції крові, що відповідають зміні швидкості наповнення судин кров'ю та відновлення кровоточу. Параметри цих точок є найбільш інформативними і використовуються для визначення параметрів та показників процесу мікроциркуляції крові у мікроциркуляторних руслах. За командою "включення мікрокомпресора 15" з мікроконвертора 20, у манжеті 18 практично миттєво встановлюється тиск Pг , що дорівнює одному з встановлених оператором дискретних значень в межах 100 мм. рт. ст.-500 мм. рт. ст. з метою перекриття шляху крові через артерії та вени пальців. Слід зазначити, що при початку дії тиску у фазі вдиху (видиху) і закінчення дії тиску у фазі видиху (вдиху) будуть отримані недостовірні результати. Необхідно, щоб фазі співпадали, тобто початок і кінець дії тиску були у фазі вдиху чи видиху та були прив'язані до фази пульсової хвилі, як буде зазначено нижче. 9 UA 104803 C2 Після миттєвого установлення значення граничного тиску Pг для кожного пальця додатково визначають та запам'ятовують значення часу t к  t1 при u t  U  t 0 при u t  0 адаптації і x 5 10 1 20 25 30 35 40 45 50 0   u x 2 t  у початковий момент t1 дії тиску, тобто ( U1  u x1t1  та U1  u x2 t1  ) (див. Фіг. 3). За програмою, що записана у пам'ять мікроконвертора 20, при заданому значенні граничного тиску, що діє протягом нормованого за значенням часу t p  t 3  t 0 , додатково  t н1 ( t  1  t   t1 і н 2  t 1  t   t1 ) та повільного t н2 ( t 2  t  t і t 2  t  t , де t  і t  - моменти часу н 3 2 н 3 2 н 2 3 3 досягнення сигналами ux1t  і u x 2 t  максимального значення Um ) наповнення судин (капілярів) кров'ю (див. Фіг. 3). Це необхідно для подальшого визначення показників швидкості кровонаповнення судин. За заданою програмою одночасно визначають, перетворюють у коди відповідних чисел та запам'ятовують миттєві значення сигналів у моменти часу t 2 і t 3 , тобто U  ux1t 2  і 2 U  u x2 t 2  та ( U  U  u x1t 3  і U  U  u x2 t 3  (Фіг. 3). 2 3 m 3 m По команді з мікроконвертора 20 виключають дію граничного тиску Pг на кожний палець у момент часу t 3 ( t  і t  ). Обчислюють та запам'ятовують у оперативному запам'ятовуючому 3 3 пристрої 27 значення інтервалу часу швидкого t в1 ( t 1  t  t  і t1  t  t  , де t 4 і t 4  в 4 3 в 4 3 моменти часу зміни швидкості відновлення кровонаповнення) та повільного t в2 ( t 2  t  t в 5 4 і t 2  t  t ) відновлення кровонаповнення судин (артерій та вен) кров'ю. Ці вимірювання в 5 4 необхідно для подальшого визначення показників мікроциркуляції крові. За програмою і за допомогою вбудованого в мікроконвертор 20 цифро-аналогового перетворювача визначають та запам'ятовують у оперативному запам'ятовуючому пристрої 27 миттєве значення сигналів ux1t  і u x 2 t  y момент часу t 4 ( t 4 і t 4 ) зміни швидкості  кровонаповнення. В результаті отримують числові значення напруг U  u x1t 4  і U  u x2 t 4  . 4 4 Аналогічним чином обчислюють та запам'ятовують миттєве значення сигналів ux1t  і u x 2 t  y момент часу t 5 ( t  і t  ) припинення дослідження процесу мікроциркуляції (Фіг. 3). В результаті 5 5 отримують значення напруг U  ux1t 5  і U  u x2 t 5  , що відповідають мінімальним значенням 5 5 інформативних сигналів ux1t  і u x 2 t  . Отримані значення запам'ятовують у оперативному запам'ятовуючому пристрої 27. Після закінчення загального часу t   t т  t в дослідження процесу мікроциркуляції крові або часу t в ( t в   t в1  t в2  ) відновлення капілярного і венозного кровотоку, визначають напругу зміщення Uзм ( U і U ) на виході вимірювального каналу 3 формувачів 1 і 2 зм зм інформативних сигналів при нульових значеннях потужностей потоків інфрачервоного та червоного випромінювань. Це забезпечується шляхом відключення живлення керованих джерел струму 6 і 7 по команді з мікроконтролера 20. Для цього на вхід управління логічного елементі "2 × 2I" поступає сигнал логічного нуля з виходу "н" порту Р3 мікроконвертора 20. В результаті на виходах "к" і "л" з'являється сигнал логічного нуля, що поступає на входи управління першими та другими керованими джерелами струмів 4 і 5 формувачів 1 і 2 інформативних сигналів та виключає ці джерела… Отримані значення напруг зміщення U і зм U за допомогою вбудованого аналого-цифрового перетворювача перетворюються у коди зм чисел і запам'ятовуються. Згідно з програмою обробки даних здійснюється лінійно-кускова апроксимація отриманих графіків процесу мікроциркуляції крові для кожного пальця з використанням координат характеристичних точок А і В, В і С, С і Д, D і Е (див. наприклад, графічні побудови на Фіг. 3 для пальця правої руки). Отримані дані використовуються для подальшого обчислення усереднених параметрів та показників кровотоку у мікроциркуляторних руслах. обчислюють та запам'ятовують значення інтервалів часу швидкого 15 x кровонаповнення "пустих" або не повністю наповнених кров'ю периферичних судин (капілярів та артерій) при раптовому підвищенні тиску в манжеті. Як видно з Фіг. 3, скачок сигналу у початковий момент часу як раз й характеризує цей процес. Далі, за допомогою вбудованого в мікроконтролер 20 аналого-цифрового перетворювача (порт Р0) перетворюють у цифровий код та запам'ятовують миттєві значення сигналів ux1t  і 10 UA 104803 C2 5 10 15 20 25 Дали, згідно з програмою обробки даних, визначають нормований за значенням амплітуди і приведений до одиничного значення або у відсотках інформативний сигнал, що відображає процес мікроциркуляції крові у пальці людини, за рівнянням вимірювань u t   U u t   U зм або  зм Nx t i в.о.  x1 i Nx t i %  x i 100 % , U  U U  U m зм m зм - для пальця правої руки чи одного пальця і u t   U u t   U або зм зм   Nx t i xв.о.  x2 i Nx t i x%  x i 100 % , U  U U  U m зм m зм - для пальця лівої руки чи для другого пальця, де t i - дискретні моменти часу перетворення у коди чисел миттєвих значень інформативного сигналу (див. моменти часу t1, t 2 , t 3 , t 4 і t 5 на Фіг. 6); U і U - максимальні m m значення сигналів u x1t i  і u x2 t i  відповідно; U і U - напруга зміщення для першого і зм зм другого сигналів оптико-електронних каналів для пальців лівої і правої руки відповідно; в.о. відносних одиниць. Графік процесу мікроциркуляції крові з відносними змінами (у %) миттєвих значень кривої мікроциркуляції крові й прив'язкою її вершини до істинного порогового значення тиску будується для кожного мікроциркуляторного русла (див. Фіг. 3). Зазначимо, що при відсутності поняття "норма" для усіх людей, неможливо порівнювати результати досліджень за абсолютними значеннями. Усі результати вимірювань, особливо миттєвих значень сигналів ux1t  і u x 2 t  , повинні бути відносними. Тільки відносні дані (краще у відсотках) можна ефективно порівнювати між собою для різних мікроциркуляторних русел, для різних пацієнтів тощо. Згідно з реалізованим способом, обчислюються відносні значення напруг, що отримані в характеристичні моменті часу t1,, t 5 інформативних сигналів ux1t  і u x 2 t  , за рівнянням вимірювань: а) для одного мікроциркуляторного русла (пальця) (позначено одним штрихом) u t   U U  U зм зм  1  x1 1 100 %  1 100 % , U  U U  U m зм m зм u x1t 2   U U  U зм зм 100 %  2 100 % ,   U Um U  U зм m зм u t   U U  U зм зм     x1 3 100 %  3 100 % , 3 m U  U U  U m зм m зм   2 u x1t 4   U U  U зм зм 100 %  4 100 % ,   U Um U  U зм m зм u t   U U  U зм зм   x1 5 100 %  5 100 % , 5 U  U U  U m зм m зм б) для другого мікроциркуляторного русла (пальця) (позначено двома штрихами) u t   U U  U зм зм  1  x2 1 100 %  1 100 % ,   U Um U  U зм m зм   4 30   2 u x2 t 2   U U  U зм зм 100 %  2 100 % , U  U U  U m зм m зм u x2 t 3   U U  U зм зм 100 %  3 100 % ,   U Um U  U зм m зм u t   U U  U зм зм   x2 4 100 %  4 100 % , 4 U  U U  U m зм m зм     3 m 35 u x2 t 5   U U  U зм зм 100 %  5 100 % .   U Um U  U зм m зм Потім за програмою, що записана у постійній пам'яті мікроконвертора 20, обчислюються показники інтегрального шляху кровонаповнення капілярів за рівнянням числових значень виду: а) для одного пальця (позначено одним штрихом)   5 11 UA 104803 C2 k lн1   2  t  12 %, k lн2   2  t  2 2 %, н1 н н2 н k lв1   2  t  12 %, k lв 2   2  t  2 2 %, в1 в в2 в де t 1  t  t1t 2   t  t  t 1  t   t t 2   t  t   ; н н 2 3 2 ; в 4 3 ; в 5 4 ;  ; н1  2  1н2   3  2 в1  3  4 в2   4  5  ; ; ; б) для другого пальця (позначено двома штрихами) 5 2 k lн1  1  t 12 %, k lн2   2  t  2 2 %, н н н2 н 2 k lв1  1  t 12 %, k lв2   2  t  2 2 %, в в в2 в де t1  t  t1t 2   t  t  t1  t   t t 2   t  t   ; н н 2 3 2 ; в 4 3 ; в 5 4 ;    ;    ;    ;    н1  2  1н2   3  2 в1  3  4 в2   4  5  . Після цього обчислюються значення показників швидкості k  ,k  ,k  ,k  швидкого н1 н2 в1 в2 (індекс "1") та повільного (індекс "2") наповнення (індекс "н") судин (капілярів) кров'ю та швидкого (індекс "1") та повільного (індекс "2") відновлення (індекс "в") кровотоку за рівняннями вимірювань: а) для показників швидкості кровотоку у одному мікроциркуляторному руслі (пальці) (позначено одним штрихом)  10 k н1   2  t  12 н1 н % / c , k н2  1 t н   2  t  2 2 н2 н % / c , 2 t н  2  t  12  2  t  2 2 в1 в в2 в % / с , k в2  % / с ; 1 2 t в t в б) для показників швидкості кровотоку у другому мікроциркуляторному руслі (пальці) (позначено двома штрихами) k в1  15 k  н1  2 1  t 12 н н % / c , k  н2  1 t н  2  t  2 2 н2 н % / c ,  2 t н 2 1  t 12  2  t  2 2 в в в2 в % / с , k  в2  % / с , 1  2 t в t в Надалі обчислюється значення показника k R  опору судин тиску крові (у мм. рт. ст./с) у кожній фазі процесу мікроциркуляції для першого та другого мікроциркуляторного русел за рівняннями вимірювань: а) для першого мікроциркуляторного русла (позначено одним штрихом)   Pн1 мм.рт.ст. / с , kRн2  Pн2 мм.рт.ст. / с , k Rн1  1 2 t н t н k  в1  20   Pв1 мм.рт.ст. / с , kRв2  Pв2 мм.рт.ст. / с , t  1 t  2 в в де Pн1   2   1Pн2    3   2 Pв1   3   4 Pв2    4   5    ;     P P P P ; P P ; P P ; б) для другого мікроциркуляторного русла (позначено двома штрихами)   Pн1 мм.рт.ст. / с , kRн2  Pн2 мм.рт.ст. / с , k Rн1   t 1 t  2 н н k Rв1  25   Pв1 мм.рт.ст. / с , kRв2  Pв2 мм.рт.ст. / с , t 1 t  2 в в де Pн1   2   1Pн2    3   2 Pв1   3   4 Pв2    4   5      P P ; P P ; P P ; P P . Після цього обчислюється значення показника пропускної спроможності мікроциркуляторного русла для кожної з чотирьох ділянок за рівняннями вимірювань: а) для першого мікроциркуляторного русла (одного пальця) (позначено одним штрихом) S 1  tg 1   1 / t  1 % / с , S 2  tg 2   2 / t  2 % / с , н н н н н н н н S 1  tg 1   1 / t  1 % / с , S 2  tg 2   2 / t  2 % / с ; в в в в в в в в б) для другого мікроциркуляторного русла (другого пальця) (позначено двома штрихами) k Rв1  30 12 UA 104803 C2 5 S1  tg1  1 / t 1 % / с , S 2  tg 2   2 / t  2 % / с , н н н н н н н н S1  tg1  1 / t 1 % / с , S 2  tg 2   2 / t  2 % / с . в в в в в в в в За рівняннями числових значень визначають асиметрію визначених показників мікроциркуляції крові між одним і другим мікроциркуляторними руслами (пальцями), зокрема: а) коефіцієнт асиметрії   відносних значень напруг, отриманих в характеристичні моменті часу t1,, t 5                 1   1  1100 %,  2   2  1100 %,  3   3  1100 %,   4   4  1100 %,  5   5  1100 %;                 1   2   4   3   5  б) коефіцієнт асиметрії швидкостей кровотоку у порівнювальних мікроциркуляторних руслах 10 15  k     k     k     k      н1   н1  1100 %,   н2   н2  1100 %,   в1   в1  1100 %,   в 2   в2  1100 %;  k    k    k    k    н1   н2   в1   в2  в) коефіцієнт асиметрії показників пропускної спроможності мікроциркуляторних русел для кожної з чотирьох ділянок  S   S   S   S   S1   1  1100 %,  S2   2  1100 %,  S3   3  1100 %,  S4   4  1100 %,  S   S   S   S   1   2   4   3  г) коефіцієнт асиметрії інтегральних шляхів кровонаповнення капілярів для кожної фази процесу мікроциркуляції у порівнювальних мікроциркуляторних руслах,  k     k     k     k      н1   н1  1100 %,   н2   н2  1100 %,   в1   в1  1100 %,   в2   в 2  1100 %,  k    k    k    k    н1   н2   в1   в2  Після проведених обчислень отримані дані відображають у системах координат 100 %, t x    (чи 1 t x  ), PT ,0  та t x 60 ,0 з наступними позначеннями: граничного значення тиску на шкалі , тиску та значень тиску, що відповідають характеристичним моментам часу t1,, t 5 на шкалі 20 25 30 35 40 45 часу системи координат 100 %, t x (чи 1 t x ); всіх імпульсів, що характеризують характер дихання , і число дихальних процесів пацієнта за одну хвилину; характеристичних точок (О, А, В, С, D і Е) кривої мікроциркуляції крові та відповідні моменти часу. Отримані дані структуризують та порівнюють з даними, що отримані у інший час, при інших умовах, для різно- чи однойменних пальців лівої та/або правої руки людини чи з нормованою за значенням параметрів кривою (моделлю) мікроциркуляції чи мікрогемодинаміки крові (див. Фіг. 3). Представлені на Фіг. 3 графічні портрети процесу мікроциркуляції крові в мікроциркуляторних руслах (пальців лівої та правої руки) відображаються на екрані рідиннокришталевого індикатора 26 чи роздруковуються за допомогою друкуючого пристрою 30. Характер дихання за часом і число дихальних процесів пацієнта за одну хвилину відображається на тому ж носієві на додатковій шкалі часу, що прив'язана до шкали часу системи координат 100 %, t x  . За бажанням можливо відображати повільну криву дихального процесу. Все це розширює функціональні можливості запропонованого цифрового вимірювача параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки і підвищує інформативність отриманих даних. За програмою обробки даних уточнюється фактичний час дії t граничного значення тиску т Pг t   t т   Tп  . Отриманий результат запам'ятовується і відображається на екрані т рідинно-кришталевого індикатора 26. Слід відмітити, що процес синхронізації призводить до відхилення заданого часу дії тиску на вельми мале значення, що обумовлено часом очікування співпадіння імпульсів дихання з імпульсами пульсової хвилі. При необхідності за допомогою запропонованого цифрового вимірювача параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки можна визначити індивідуальні до конкретної людини порогові значення тиску Pп  п    г  . Для цього до початку досліджень мікроциркуляторних русел формують P P лінійно зростаючий тиск у манжеті з пальцем протягом часу t в , за який амплітуда Umп пульсової хвилі зменшиться до наперед заданого значення, наприклад до 0,01  0,1Umп . 13 UA 104803 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Отримане порогове значення тиску Pп запам'ятовується, відображається на екрані рідиннокришталевого індикатора 26 і використовується при оцінки якості мікроциркуляції крові у кінцівках при режимі щадної (помірної чи адекватної) дії. При проведенні досліджень стану мікроциркуляції крові у кінцівках людини бажано здійснювати при дискретних значеннях тиску, але не більше порогового на 5-10 мм. рт. ст. У супротивному випадку значний за значенням тиск призведе до невідновлених порушень структури мікроциркуляторного русла, його судин. Отримані результати дослідження мікроциркуляторних русел кінцівок людини структуризують за значенням та формою і відображають на екрані дисплею чи на паперовому носії у вигляді "Діагностичної карти", на якій зображені (Фіг. 4): два графічні портрети процесу мікроциркуляції крові в мікроциркуляторних руслах пальців лівої та/чи правої руки пацієнта в реальному часі; динаміка дихальних циклів на окремій осі поточного часу, що прив'язана по осі часу процесу мікроциркуляції; "висновки" лікаря та результати розрахунків параметрів і показників процесу мікроциркуляції крові для першого та другого мікроциркуляторних русел кінцівок пацієнта. У запропонованому цифровому вимірювачі параметрів мікроциркуляціїкрові в пальцях людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки реалізовано новітній спосіб вимірювання, що запропонований автором. Реалізація цього способу забезпечила підвищення інформативності і точності, а також вимірювання додаткових інформативних параметрів процесу мікроциркуляції крові: час кровонаповнення "пустих" чи не повністю наповнених кров'ю периферичних сосудів, середню швидкість та час кровонаповнення у різних фазах процесу, максимальне значення сигналу кровонаповнення, потужність потоків оптичного випромінювання на робочих довжинах хвиль, дрейф нуля оптико-електронного, каналу, вимірювання частоти дихання та пульсу, синхронізація процесів встановлення тиску з фазами частоти дихання та пульсової хвиля з метою виключення їх дії на результати вимірювань тощо. Таким чином, запропонований цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки забезпечує досягнення поставленої технічної задачі і забезпечує високоточне визначення параметрів та показників процесу мікроциркуляції крові у пацієнтів, розширення функціональних можливостей, отримання більшого об'єму інформації про стан периферійних судин, його структуризацію та графічне представленні даних у новітній, більш інформативній формі у вигляді відповідного документу (Діагностичної картки) та забезпечення метрологічного контролю за станом формувачів інформативних сигналів. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки, що включає: мікрокомпресор, компаратор напруги, електромагнітний клапан стравлення тиску повітря, мікроконвертор, клавіатуру, оперативний запам'ятовуючий пристрій, мультиплексор, формувач сигналу керування, цифровий друкуючий пристрій, загальну шину, рідкокристалічний індикатор, годинник реального часу і подільник частоти, лічильний вхід якого з'єднаний з виходом генератора годинника реального часу, причому рідкокристалічний індикатор і годинник реального часу через загальну шину підключені до порту Р2 мікроконвертора, порт Р1 якого підключений до цифрових входів-виходів клавіатури, послідовний порт SPI з'єднаний зі входом оперативного запам'ятовуючого пристрою, вихід і вхід порту ПП прийому-передачі даних підключені, відповідно, до першого входу і першого виходу мультиплексора, вхід керування якого з'єднаний з виходом "д" порту Р0 мікроконвертора, третій та другий виходи мультиплексора з'єднані з входами цифрового друкуючого пристрою та формувача сигналу керування, третій та другий входи підключені, відповідно, до других виходів цифрового друкованого пристрою та формувача сигналу керування, вхід і вихід якого призначені для зв'язку з персональним комп'ютером, сенсор тиску, компаратор напруги, перший вхід якого з'єднаний з першим входом порту Р0 мікроконвертора і підключений до виходу сенсора тиску, перший формувач інформативних сигналів, що включає в собі заземлений електрод, який з'єднаний з об'єктом дослідження (пальцем людини), манжету, перший та другий генератори потоків оптичного випромінювання з довжинами хвиль 1 і 2, відповідно, що діють на об'єкт дослідження, перше та друге керовані джерела струму, виходи яких підключені до входів керування першого та другого генераторів потоків оптичного випромінювання, оптично з'єднаний з об'єктом дослідження фотоприймач, вихід якого підключений до входу вимірювального каналу, вихід якого є виходом "а" першого формувача інформативного сигналу, перший вхід другого керованого генератора струму є другим 14 UA 104803 C2 5 10 15 20 25 30 35 (аналоговим) входом керування першого формувача інформативного сигналу і підключений до порту DA1 мікроконвертора, який відрізняється тим, що в нього додатково введені другий формувач інформативного сигналу, керований подільник напруги, послідовно включені між собою датчик дихання і узгоджувальний підсилювач, логічний елемент "2x2I", перший та другий цифро-аналогові перетворювачі, виходи яких з'єднані, відповідно, з входом керування керованого подільника напруги і другим входом компаратора напруги, входи-виходи цифроаналогових перетворювачів підключені через загальну шину до цифрових входів-виходів порту Р1 мікроконвертора, другий аналоговий вихід порту DA2 якого з'єднаний з другим входом другого формувача інформативного сигналу, входи "к" і "л" якого підключені до відповідних виходів подільника частоти, чий лічильний вхід з'єднаний з виходом генератора годинника реального часу, вихід вимірювального каналу другого формувача інформативного сигналу підключений через керований подільник напруги до входу "б" порту Р0 мікроконвертора, перший вхід "вх.1" формувача інформативного сигналу з'єднаний з першим виходом триходового розподілювача, другий вихід якого підключений до першого входу першого формувача інформативного сигналу, третій вихід з'єднаний з входом електромагнітного клапану стравлення тиску повітря, вхід керування якого підключений до виходу "н" порту Р3 мікроконвертора, вхід триходового розподілювача, як і вхід сенсора тиску, з'єднаний через двоходовий розподілювач з виходом мікрокомпресора, вхід керування якого підключений до прямого виходу тригера, лічильний вхід якого з'єднаний з виходом компаратора напруги, входи установки нуля та одиниці тригера підключені, відповідно, до виходів "ж" і "з" порту Р3 мікроконвертора, а входи керування "в" і "г" рідкокристалічного індикатора з'єднані з однойменними виходами "в" і "г" порту Р0 мікроконвертора, вхід "е" якого підключений до виходу узгоджучого підсилювача, вихід "н" порту Р3 мікроконвертора з'єднаний з входом керування логічного елемента 2x2I, входи якого підключені, відповідно, до прямого та інверсного виходів подільника частоти, виходи "к" та "л" логічного елемента 2x2I з'єднані з відповідними входами керування "к" та "л" першого та другого формувачів інформативного сигналу, які, відповідно, є першими входами керування вимірювального каналу і першого джерела струму та другими входами керування вимірювального каналу та другим входом другого керованого джерела струму відповідно. 2. Цифровий вимірювач параметрів процесу мікроциркуляції крові в пальцях кінцівок людини та параметрів кривої мікрогемодинаміки за п. 1, який відрізняється тим, що вимірювальний канал включає в собі підсилювач, два синхронних детектори, два фільтри нижніх частот, диференційний підсилювач та третій фільтр нижніх частот, вихід якого є виходом "а" вимірювального каналу, вхід з'єднаний з виходом диференційного підсилювача, прямий та інверсний входи якого підключені до виходів, відповідно, першого та другого синхронних детекторів, входи керування яких є входами "к" і "л" вимірювального каналу (і блока перетворення взагалі), входи синхронних детекторів об'єднані між собою, через підсилювач з'єднані з входом вимірювального каналу і є входом блока перетворення. 15 UA 104803 C2 16 UA 104803 C2 17 UA 104803 C2 Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 18