Измеритель артериального давления электронный своими руками

Одним из интересных профилей применения современного МК, безусловно, является медицина. И спектр приборов здезь достаточно широк — начиная от простых градусников, 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. С такими задачами вполне может справиться МК STM32. Тем более, эта серия сейчас пополнилась еще и новым F4 :).

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. У Freescale есть даже хороший аппноут, где популярно разжовано, как измерять тоны Короткова в манжете. Но! Как именно анализировать полученную огибающую — информации нету. 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…

TODO
Если желание написать свой тонометр всё-же не отпало, то приступим.

Что потребуется для измерителя АД:
1) STM32 VL Discovery;
2) Датчик давления MPXV5050GP (модель взята из Freescale BPM Application Note, в Вашем случае м.б. другая модель);
3) Усилок LM358 (лучше, конечно, взять рейл-ту-рейловый);
4) Какой-нибудь индикатор — на чем показывать давление;
5) Помпа с моторчиком от китайского тонометра или груша от бабушкиного тонометра;
6) Если все-таки Вы взяли помпу с моторчиком из тонометра, Вам понадобится клапан медленного стравливания из того же тонометра;
7) Аварийный клапан (по вкусу);
8) Манжета;
9) SD карточка с картоприемником (или microSD с адаптером, к которому не жалко подпаяться).

Рис.1 — Схема подключения кишков «классическая»

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 стравить остаточное давление в манжете.

Рис.2 — Схема измерительного каскада

Сигнал с датчика давления состоит из «биений» и постоянной составляющей давления в манжете. Т.о. на канал ADC1 мы подаем медленно стравливаемое давление в манжете, операционным усилителем вылавливаем переменную составляющую тонов Короткова и подаем их на канал ADC2.

Рис.3 — Постоянная составляющая

Рис.4 — тоны Короткова (SBP — систолическое давление, DBP — диастолическое давление, MBP — среднее артериальное давление)

Рис.5 — Информация, записанная на SD карту в ходе измерения.

На Рис.5 видно:
— стравливание у меня ступенчатое;
— Тоны Короткова (пулсации давления в манжете) записываюся полностью
— на лету вычисляется огибающая тонов.

Почему именно ступеньки? 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. Можно вообще реализовать измерение на восходящем участке давления в манжете:
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.

Рис.6 — Обработанная огибающая, постоянная составляющая и результаты измерения (Ряд 2 — верхнее давление, Ряд 3 — нижнее)

Немного видяшек. Прибор, к которому подключен разрабатываемый тонометр — «симулятор человека с заданным артериальным давлением». Давление можно выбирать из пресетов. Затем прибор имитирует сердцебиения, 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! 🙂

Автор статьи: Иван Анатольевич Кузнецов. Любое копирование и распространение материала только с разрешения автора.