Model i optymalizacja konstrukcji wielofunkcyjnego czujnika ciśnienia krwi

pol Article in Polish DOI: 10.14313/PAR_237/5

send Mirosław Werszko *, Krzysztof Tomczuk *, Radosław Werszko ** * Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczno-Energetyczny, Katedra Kriogeniki i Inżynierii Lotniczej ** Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny, Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn i Układów Mechatronicznych

Download Article

Streszczenie

Przedstawiono model symulacyjny pneumatycznego czujnika typu dotykowego, przeznaczonego m.in. do bezinwazyjnego pomiaru skurczowego i rozkurczowego ciśnienia krwi. Pomiar tych wielkości odbywa się metodą komparacyjną: zmiany ciśnienia krwi, przenoszone przez ścianę tętnicy i skórę na zewnętrzną stronę membrany czujnika, porównywane są z ciśnieniem na jej wewnętrznej stronie, wywieranym przez sprężone powietrze, którego ciśnienie zmienia się liniowo z prędkością 3 mmHg/s. Zrównanie się chwilowych wartości tych ciśnień powoduje spłaszczenie membrany, która na moment otwiera kanał odpowietrzający, gdy jest on zamknięty lub go zamyka, gdy jest otwarty. Chwilowe otwarcia lub zamknięcia kanału powodują załamania regularnego przebiegu ciśnienia porównawczego, przy czym pierwsze i ostatnie z tych załamań określają wartości mierzonych ciśnień. W wyniku badań modelu czujnika, dotychczasowy liniowy przebieg ciśnienia porównawczego został zastąpiony przez przebieg łamany, dzięki czemu zminimalizowano błędy pomiaru ciśnień oraz czasy trwania samego pomiaru (kryteria optymalizacji). Ponadto uproszczono proces pozycjonowania czujnika na ciele badanej osoby: zastosowano czujnik z pierścieniowym odpowietrzaniem zamiast z odpowietrzaniem centralnym, który był stosowany dotychczas.

Słowa kluczowe

komparacyjna metoda pomiaru, pneumatyczny czujnik ciśnienia krwi, pomiar ciśnienia krwi, wzmacniacz typu dysza-przysłona

Modeling and Design Optimisation of Multifunctional Blood Pressure Sensor

Abstract

The paper presents a simulation model of a pneumatic tactile sensor, intended, among others, for non-invasive measurement of systolic and diastolic blood pressure. These values are measured using the comparative method: changes in blood pressure transferred through the artery wall and skin to the outside of the sensor membrane are compared with the pressure on its inside, exerted by compressed air, the pressure of which changes linearly at a rate of 3 mmHg/s. The equalization of the instantaneous values of these pressures causes the flattening of the diaphragm, which momentarily opens the venting channel when it is closed or closes it when it is open. Momentary openings or closings of the channel cause breaks in the regular course of the comparative pressure, the first and last of these breaks determining the values of the pressures measured. As a result of testing the sensor model, the previous linear course of the comparative pressure was replaced by a broken run, thanks to which pressure measurement errors and the duration of the measurement itself were minimised (optimisation criteria). In addition, the process of positioning the sensor on the body of the test person was simplified: a sensor with ring venting was used instead of the central venting that had been used so far

Keywords

blood pressure measurement, comparative method of measurement, nozzle-flapper pneumatic amplifier, pneumatic pressure sensor, sensor with ring venting

Bibliography

  1. Kosek J., Przyrząd do bezinwazyjnego pomiaru fali tętna krwi. Praca doktorska Politechniki Wrocławskiej, 2008.
  2. Tomczuk K., Werszko M., Sąsiadek J.Z., Kosek J., Berny W., Weiser A., Feder-Kubis J., Development of a tonometric sensor for measurement and recording of arterial pressure waveform, “Review of Scientific Instruments”, Vol. 84, 2013, 1–7, DOI: 10.1063/1.4821122.
  3. Werszko M., Tomczuk K., Werszko R., Wielofunkcyjny czujnik ciśnienia krwi. Patent nr PAT.234337.
  4. Werszko M., Tomczuk K., Werszko R., Wielofunkcyjny czujnik ciśnienia krwi, „Pomiary Automatyka Robotyka”, R. 22, Nr 2, 2018, 5–7, DOI: 10.14313/PAR_228/5.
  5. Werszko R., Tomczuk K., Pomiar składowej zmiennej pulsującego ciśnienia powietrza, „Pomiary Automatyka Robotyka”, R. 22, Nr 4, 2018, 13–19, DOI: 10.14313/PAR_230/13.
  6. Werszko M., Kosek J., Problemy bezinwazyjnych pomiarów fali tętna krwi. VII Sympozjum pt. Modelowanie i pomiary w medycynie, Krynica 2005, 101–106.
  7. Werszko M., Tomczuk K., Jędrusyna A., Pneumatic sensors for blood pressure measurement, “Elektronika”, Nr 8–9, 2004, 87–89.
  8. Werszko M., Tomczuk K., Werszko R., Nowe konstrukcje pneumatycznego czujnika ciśnienia krwi. „Pomiary Automatyka Kontrola”, nr 5 bis, 2006.
  9. Beevers D.G., Lip G.Y.H., O’Brien E., ABC of hypertension. British Medical Journal 1987, 1–51.
  10. O’Brien E. i inni, Working Group on Blood Pressure Monitoring of the European Society of Hypertension International Protocol for validation of blood pressure measuring devices in adults. “Blood Pressure Monitoring”, Vol. 7, Nr 1, 2002, 3–17.
  11. O’Rurke M.F., Pauca A., Jiang X.J., Pulse wave analysis. “British Journal of Clinical Pharmacology”, Vol. 51, 2001, 507–522, DOI: 10.1046/j.0306-5251.2001.01400.x.
  12. Siebert J., Molisz A., Centralne ciśnienie tętnicze – tonometria aplanacyjna. „Forum Medycyny Rodzinnej”, Vol. 4, Nr 2, 2010, 141–148.
  13. Instrukcja obsługi czujnika SphygmoCor f-my AtCor Medical Pty Ltd, Sydney