Измеритель артериального давления электронный своими руками
Сейчас большую популярность получили цифровые автоматические и полуавтоматические тонометры. Они гораздо проще в использовании, чем механические и имеют довольно точные показатели.
Что касается автоматических тонометров, то они самые простые в использовании. Для их работы, достаточно надеть манжету на руку, и нажать соответствующую кнопку. Все остальное сделает сам прибор.
Полуавтоматический прибор работает по такому же принципу, единственное, чем он отличается от первого, так это то, что воздух нагнетается не компрессором, а резиновой грушей вручную.
Хотя автоматические приборы кажутся более привлекательными, они имеют свои недостатки. Один из них – это обязательное использование элементов питания высокого качества, и на большую емкость. Такие батареи имеют более высокую цену, чем обычные, но их использование необходимо, так как воздушный компрессор требует достаточной мощности для своей работы.
Для работы полуавтомата, достаточно иметь батареи среднего сегмента, которых хватает на 2-3 года использования. Ещё одним плюсом этих приборов является то, что при замене резиновой груши не потребуется больших средств и усилий. Ремонт же компрессора, может влететь в копеечку, что не всегда оправдывает средства. Иногда, в таких случаях лучше купить новый прибор.
Полуавтоматический тонометр может прослужить верой и правдой несколько лет, но со временем и у него тоже могут появляться разные проблемы.Обусловлено это износом некоторых элементов, особенно тех, которые чаще всего используются. Понятно, что ремонтировать резиновую грушу или шланг нет никакого смысла. Это касается и измерительной манжеты. Из-за их невысокой стоимости и распространения их можно приобрести в одном из магазинов медтехники.
Что же касается электроники, то тут есть способы самостоятельного ремонта вышедших из строя элементов и компонентов схемы.
На фото 1 тонометр microlife, у которого проблема с включением. Если сказать точнее, то для его запуска, требуется несколько раз нажать кнопку «ВКЛ» при этом делая пальцем круговые движения.
Рис. 1. Тонометр, у которого проблема с включением
Хотя прибору уже более трех лет он прекрасно работает. Единственным недостатком является эта кнопка, которая в самый неподходящий момент не хочет выполнять свою функцию. Это может раздражать человека, у которого и так плохое самочувствие.
Эту проблему можно легко исправить. Достаточно просто заменить кнопку или пропаять ее контакты. Перед тем, как делать заключение о неисправности тонометра, его работу следует проверить, установив новые элементы питания. Только если после этого ничего не изменилось, тогда можно подумать о ремонте.
Итак, начать следует с разборки корпуса.
Рис. 2. Разбираем корпус
Для этого открываем батарейный отсек (рисунок 2) и достаём оттуда все элементы питания. В этом отсеке нужно поискать винт крепления двух половин корпуса. В этом тонометре он скрыт под гарантийной пломбой (рисунок 3).
Рис. 3. Находим винт крепления
Вскрываем пломбу и откручиваем винт.
Рис. 4. Откручиваем винт
В этом приборе он один, но бывают случаи, когда их несколько.
Если один из них останется не открученным, то в этом случае при разборке можно сломать весь корпус. Убедившись, что все винты удалены, пробуем разделить две половины корпуса с помощью отвертки или лезвия ножа (рисунок 5).
Рис. 5. Разделяем 2 половины корпуса
Делать это нужно осторожно, помогая при этом пальцами рук. Сняв крышку корпуса, аккуратно извлекаем плату и переворачиваем ее.
Рис. 6. Извлекаем плату
Чтобы ничего не мешало, вынимает тройник трубки с паза в корпусе (рисунок 7 и 8).
Рис. 7. Вынимаем тройник трубки
Рис. 8
Теперь имеется доступ к местам пайки выводов проблемной кнопки.
Рис. 9. Печатная плата тонометра
Если смотреть по печатной плате, то два плеча кнопки запараллеленны, для улучшения контакта. При подключении к выводам кнопки мультиметра в режиме измерения сопротивления и включенной кнопке (рисунок 10 и 11), прибор показал разрыв цепи, хотя должно быть наоборот. Лишь при надавливании щупами на места пайки, изредка появлялась цепь.
Рис. 10. Проверка мультиметром
Рис. 11
Это указывало на дефект пайки, вследствие чего и не было точного срабатывания контакта. Иногда, со временем вокруг вывода детали образуется микротрещина, которая невооруженным глазом может быть не видна. Особенно это касается электронных компонентов, которые греются или подвержены механическому воздействию. Например, та самая кнопка, о которой говорилось выше.
Если бы кнопка оказалась нерабочей, то ее можно заменить на аналогичную из старой техники. Например, с передней панели тюнера спутникового телевидения или другой нерабочей аппаратуры (рисунок 12).
Рис. 12. Пример, где взять кнопку
Также, такие кнопки продаются на радиорынке или интернет магазине электронных комплектующих. В этом случае проблема состояла именно в папке, и менять кнопку не было особой потребности.
Пропаять выводы кнопки можно паяльником мощностью — 25 Вт. Паяльник с большей мощностью может перегреть дорожки и спровоцировать их отслоение. Также, работать им не совсем удобно, из-за толстого жала.
Для достижения хорошего результата пайки, необходимо использовать качественный флюс. Самый простой — это канифоль, растворенная в спирте. Можно использовать обычную канифоль.
Итак, покрываем места пайки флюсом (рисунок 13) и нагрев инструмент, пропаиваем места соединения выводов кнопки (рисунок 14).
Рис. 13. Покрываем флюсом
Рис. 14. Используем паяльник
Олова при этом не понадобится, так как достаточно будет того, что на плате.
После завершения пайки, протираем эти места ватой, смоченной в спирте или одеколоне. Это уберет мусор и излишки флюса.
Далее, соединяем щупы мультиметра с этими выводами, и нажав кнопку смотрим на результат.
Рис. 15. Итог пайки
Плата должна «сесть» на направляющие пластмассовые шпильки (рисунок 16).
Рис. 16. Устанавливаем обратно плату тонометра
Далее, держатель трубок необходимо установить в соответствующий паз. Накрываем плату верхней крышкой, и с усилием защелкиваем корпус.
Рис. 17. Держатель трубок устанавливаем в паз
Закручиваем винт в батарейном отсеке.
Рис. 18. Закручиваем винт
Ставим элементы питания и пробуем включить прибор.
Рис. 19. Тонометр заработал! Ремонт закончен.
Тонометр включается с первого раза, а это значит, что проблема с кнопкой решена.
Источник
Одним из интересных профилей применения современного МК, безусловно, является медицина. Спектр приборов здесь достаточно широк, начиная от простых термометров, где можно применить простой STM8L с ЖК экраном, заканчивая навороченными кардио-мониторами, измерителями ЭКГ, холтерами с возможностями дистанционного сбора и отправки информации по эйзернет или беспроводно с коек пациентов прямо в кабинет глав-врачу. Сегодня мы поговорим о возможности применения МК STM32 при неинвазивном измерении артериального давления осциллометрическим методом. Всех заинтересованных прошу под кат.
Введение
Сегодня «золотым стандартом» измерения артериального давления принято считать метод «тонов Н.С. Короткова», признанный Всемирной Организацией Здравоохранения. Однако не следует забывать, что это косвенный метод измерения кровяного давления. Безусловно, измерение АД происходит с некоторой погрешностью, определяемой упругостью стенок артерии и мягких тканей, амплитудой и формой пульсовой волны и другими факторами, индивидуальными для каждого человека. Если отказаться от округлений и точно использовать цену деления манометра, то мы увидим разницу между соседними измерениями и при пользовании механическим прибором. Считывание показаний манометра на слух также выполняется с некоторой ошибкой, зависящей от индивидуальных особенностей человека — быстроты реакции, наличия навыков и т. д. В итоге погрешность ручных тонометров складывается из трёх составляющих: самого метода, точности манометра и ошибки определения момента считывания показаний. Реально её величина может составлять до 15 мм рт. ст.! На результаты измерений влияет также скорость нагнетания воздуха в манжету, скорость стравливания и величина давления, создаваемого в манжете. Если прибавить ещё и естественные колебания артериального давления, то разница между двумя соседними измерениями может быть ещё большей.
Электронный тонометр, в принципе, должен был быть лишен всех этих недостатков, т.к. измерение тонов происходит с помощью самой-же манжеты, а обработка осуществляется с помощью ряда запатентованных алгоритмов и методик. Однако, практика показывает, что в ряде случаев электронный тонометр дает устойчивое расхождение с показаниями ручного тонометра. Как следствие — на сегодняшний день у людей сложилось стойкое мнение — «электронные тонометры врут — лучше врача со ртутным измерителем давления никто не измерит!» Опыты показали, что большая погрешность измерения вызвана исключительно неумением рядового обывателя пользоваться данным прибором, а именно, правильно одевать манжету. Правильно одетая манжета — залог получения хорошей огибающей тонов Короткова и успешного нахождения характерных точек на огибающей.
Где копать
Литературы по методике нахождения АД по огибающей тонов в интернете достаточно много [1], [2], [3], [4], [5]. У Freescale есть даже хороший appnote, где популярно описано, как измерять тоны Короткова в манжете. Но! Как именно анализировать полученную огибающую — информации практически нигде нет. Каждый производитель тонометров лепит по-своему, хотя общая методика просматривается четко. Достаточно зайти на freepatentsonline.com и набрать в поиске non invasive blood pressure, и Вы получите достаточно информации чтобы написать заготовку тонометра. Но! Дальше-хуже. Экстрасистолы, артефакты, и другие страшные слова встают на пути к точным результатам осциллометрии…
Сборка измерительного стенда
Если желание собрать свой тонометр всё-же не отпало, то приступим.
… У нас было две манжеты, горстка операционных усилителей, несколько датчиков давления, пара клапанов и микроконтроллер. Единственное что вызывало у меня опасение — это MEMS датчики давления. Я знал, что рано или поздно мы перейдем и на эту дрянь…
Что потребуется для измерителя АД:
1) Плата с МК STM32F1xx (подойдёт STM32 VL Discovery с STM32F100RBT6 на борту);
2) Датчик давления MPXV5050GP (модель взята из Freescale BPM Application Note, в Вашем случае м.б. другая модель);
3) Интегральный ОУ LM358 (LM324) (лучше, конечно, взять рейл-ту-рейловый);
4) Какой-нибудь индикатор — на чем показывать давление (если нет индикатора — можно смотреть результаты в watch при отладке);
5) Помпа с моторчиком от китайского тонометра или груша от бабушкиного тонометра;
6) Если все-таки Вы взяли помпу с моторчиком из тонометра, Вам также понадобится клапан медленного стравливания из того же тонометра;
7) Аварийный клапан (по вкусу — нужен для быстрого стравливания остатков воздуха в манжете после проведения измерения);
8) Манжета тонометрическая;
9) SD карточка с картоприемником (или microSD с адаптером, к которому не жалко подпаяться).
Рисунок 1 — Схема пневмотракта для измерения АД
Давайте попытаемся разобраться в том, что мы сейчас только-что собрали. Пневмо-схема очень простая. Помпа служит для накачки манжеты, после чего воздух начинает медленно стравливаться нерегулируемым клапаном с очень маленьким отверстием. При этом следует учесть, что аварийный клапан должен быть закрыт — иначе Вы ничего не накачаете! По завершению измерения давления, можно открыть аварийный клапан и быстро стравить остаточное давление в манжете.
Далее необходимо собрать электрическую схему для управления нашим пневмотрактом. Схема состоит из узла выделения тонов Короткова, узла управления помпой и узла управления клапаном аварийного стравливания. Схемы управления помпой и клапаном очень простые и состоят, фактически из одного NPN транзистора (каждая), которые управляются логическим уровнем микроконтроллера (… любой GPIO). Остановимся поподробнее на схеме выделения тонов по Короткову. Схема реализована на ОУ общего применения LM358, и представляет собой усилитель с полосовым фильтром. Задача данного каскада изолировать постоянную составляющую и выделить т.н. тоны Короткова — пульсации крови в артерии при сокращении сердечной мышцы. Т.о. на аналоговые входы микроконтроллера подаются сигналы непосредственно с аналогового датчика давления и сигнал, выделенный ОУ. Подведём итог: сигнал с датчика давления состоит из «биений» и постоянной составляющей давления в манжете. Т.о. на первый канал АЦП МК мы подаем медленно стравливаемое давление в манжете, операционным усилителем вылавливаем переменную составляющую тонов Короткова и подаем их на другой канал АЦП МК.
Рисунок 2 — Электрическая принципиальная схема измерительной части и управления
На рисунках 3 и 4 приведены осциллограммы на выходах, непосредственно с датчика давления (Рис.3) и на выходе выделяющего ОУ (Рис.4). На рисунке 4 стрелочками показаны «характерные» точки на огибающей тонов Короткова. SBP — Systollic Blood Pressure — Систолическое АД (верхнее давление), MBP — Mean Blood Pressure — среднее давление в артерии, DBP — Dyastollic Blood Pressure — Диастоллическое АД (нижнее давление). О том, как найти эти точки, а значит, определить АД речь пойдёт позже.
Рисунок 3 — Напряжение на выходе датчика давления (цикл накачки воздуха, цикл стравливания)
Рисунок 4 — Напряжение на выходе ОУ. Выделенные тоны по Короткову
Подведём итог. Мы собрали пневмотракт, изготовили электронику для его обслуживания. В следующей части мы поговорим о том, как подключить к этому всему МК с дисплеем и SD картой и начать «слушать» предплечье. Результатом должны стать данные на SD карте, которые мы визуализируем в Excel и попытаемся обработать с помощью простейших алгоритмов расчёта АД.
Рисунок 5 — Данные с датчиков, записанные на SD карту в ходе измерения
На рисунке 5 видно:
— в данном варианте реализации, стравливание у меня ступенчатое;
— тоны Короткова (пулсации давления в манжете) записываюся полностью.
— на лету вычисляется максимальная амплитуда тонов Короткова.
Почему именно ступенчатое стравливание? Дело в том, что при ступенчатом стравливании мы получаем кучу бонусов по измерению. Например, мы можем измерять два тона за одну ступень значения давления в манжете, т.о. фильтруя экстра систолы. Либо, при проблемности полученной огибающей, докачать до интересующего нас участка и померить тоны на нем повторно. Это уже фитча кардиомониторов. Можно вообще реализовать измерение на восходящем участке давления в манжете (накачке):
1) Закрыть клапан;
2) Сделать донакачку на 50 единиц;
3) Померить тоны Короткова;
4) На пункт 2, пока не промеряем всю огибающую, иначе на пункт 5;
5) Произвести вычисления SBP, DBP, исходя из параметров огибающей
6) Вывести результат.
Рисунок 6 — Результат вычисления значений SBP и DBP
Пояснения к рисунку 6:
1) Ряд 1 — сигнал непосредственно с датчика давления — уровень давления в манжете (фаза медленного стравливания);
2) Ряд 2 — Рассчитанное Систолическое значение АД;
3) Ряд 3 — Рассчитанное Диастолическое значение АД;
4) Ряд 4 — Огибающая тонов Короткова ( не сами тоны, а значения амплитуд пиков).
В ходе многочисленных экспериментов (которые длятся и по сей день) выяснилось, что вычисление значения пика тона Короткова является ключевым во всём цикле измерения АД. Чем лучше измеришь огибающую — тем точнее узнаешь значение АД.
Приведу немного видеороликов, поясняющих весь процесс. На всех видео фигурирует прибор, к которому подключен разрабатываемый тонометр — «симулятор человека с заданным артериальным давлением». Давление можно выбирать из пресетов. Затем прибор имитирует сердцебиения (тоны Короткова), а тонометр измеряет огибающую. На втором видео (Part 2) я прогнал тонометр по всем основным режимам симулятора. При гипертонии алгоритм делает донакачку, всё как положено! На третьем видео (Part 3) представлен цикл измерения на реальном человеке (на мне).
Видео 1 — Симулятор пациента, тоны Короткова на осциллографе
Видео 2 — Прогон тонометра по всем пределам АД на симуляторе
Видео 3 — Измерение АД на человеке
Литература:
[1] Oscillometric blood pressure monitor and method employing non-uniform pressure decrementing steps. (US Patent № US5170795);
[2] Determination of oscillometric blood pressure by linear approximation. (US Patent № US5577508);
[3] Method and apparatus for measuring blood pressure by the oscillometric technique. (US Patent № US6719703);
[4] Oscillometric determination of blood pressure. (US Patent № US6893403);
[5] Oscillometric determination of blood pressure. (US Patent № US7311669).
Источник
На сегодняшний день чаще всего давление измеряют электронными
тонометрами. Они удобны, просты в работе, и для работы с ними не нужен
острый слух. Как устроен тонометр? Давайте разберем и посмотрим.
Электронные тонометры удобны, просты в работе, и для работы с ними не нужен острый слух.
На данном виде считаем нужным акцентировать внимание на двух вещах.
Первое. При изучении работы прибора бывают очень полезны надписи
на печатных платах. Обратите внимание на выноску в правом нижнем углу.
На плате рядом с контактными площадками написано Valve 2. Valve на
английском означает «вентиль». Следовательно катушка, припаянная к этим
контактам является вентилем.
Второе касается деталей. На микросхеме (выноска справа в
середине) нанесено названием фирмы, выпустившей тонометр, это означает,
что микросхема специализированная, и изготовлена по спецзаказу, и
следовательно где то использовать ее не получится, да и заказать для
замены невозможно.
Разберем дальше:
Вся пневматика тонометра отчетливо видна. В нижней половине
корпуса цилиндр – компрессор. Воздух, нагнетаемый компрессором в
систему трубок, попадает в датчик давления, вентиль, дроссель и штуцер.
Принцип работы тонометра такой. После включения компрессор
начинает заполнять воздухом манжету. Так как производительность
компрессора во много раз превышает скорость стравливания воздуха через
дроссель, то давлении в манжете растет. Давления постоянно измеряется
датчиком (находится на печатной плате), и как только достигает
определенной величины (например 170 мм. рт. ст.) компрессор
отключается. Давление постепенно падает, так как воздух стравливается
через дроссель. Когда давление сравнивается с величиной «верхнего»
давления в сосудах человека – в пневмосистеме появляются пульсации
давления, с частотой сердечных сокращений. Эти пульсации фиксируются
датчиком давления. Когда давление опускается ниже «нижнего» давления,
пульсации прекращаются. Электроника фиксирует давление, после которого
пропали пульсации. После фиксации «нижнего» давления подается
напряжение на электромагнитный клапан и остатки воздуха из манжеты
очень быстро уходят через открытый клапан. После чего тонометр
показывает результат.
Очень интересной конструкции дроссель:
Для того что бы обеспечить приемлемую величину дросселирования
потока нужно сделать маленькое отверстие. Технологическое оборудование
для создания ровных малых отверстий довольно сложно и дорого, поэтому
производитель решил проблему просто и изящно. Трубочка кончается
пробкой из силикона. В пробке сделана прорезь, а что бы прорезь не
закрывалась,в нее вставлен кусочек тоненькой проволоки. На фотографии
слева проволочка показана с двух ракурсов.
Компрессор:
Принцип действия компрессора ничем не отличается от принципа
действия аквариумного компрессора, только поступательное движение
создается не рычагом с электромагнитом, а системой из колеса и рычага.
Вал вращается, и вращение преобразуется через рычаг, закрепленный на
краю круга, в раскачивание Y образной детали (незнаю как назвать),
которая попеременно сжимает 3 резиновые камеры с клапанами.
Источник
Похожие статьи
Популярные статьи
Источник
