УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДЫХАТЕЛЬНОГО ГАЗООБМЕНА Российский патент 1995 года по МПК A61B5/08 

Описание патента на изобретение RU2033750C1

Изобретение может быть использовано в системах функциональной диагностики внешнего дыхания и кровообращения и позволяет измерять мгновенные значения концентрации кислорода во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе и определять коэффициент использования кислорода организмом как минимум за один дыхательный цикл.

Известно устройство для измерения параметров газового обмена (заявка Японии N 63-21495, 1988, кл. А 61 В 5/08), содержащее датчик концентрации кислорода, функцию которого выполняет газоанализатор, и регистрирующую систему.

Однако это устройство не позволяет проследить за изменениями концентрации кислорода в течение одной фазы выдоха. Точность измеpений удовлетворяет предъявляемым требованиям, но время измерения при этом составляет не менее 5 с.

Известно также устройство для измерения интенсивности газообмена у людей и животных, содержащее датчик концентрации кислорода и регистрирующую систему. Концентрация кислорода во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе измеряется с помощью анализатора кислорода на твердом электролите с подогревом до необходимой температуры. Однако газоанализаторы этого типа обладают низким быстродействием, обусловленным механизмом диффузии кислорода в твердом электролите и не могут быть использованы для динамического контроля за концентрацией кислорода.

Цель изобретения создание устройства для измерения параметров дыхательного газообмена, например коэффициента использования кислорода, позволяющего измерять данный параметр в каждом дыхательном цикле, а также исследовать динамику изменения концентрации кислорода в фазе выдоха. При этом обеспечивается требуемая точность измерения, быстродействие, устраняется пневматическое сопротивление потоку воздуха при дыхании.

В основу работы устройства заложен принцип измерения концентрации газа по тушению люминесценции.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Устройство для измерения параметров дыхательного газообмена содержит датчик концентрации кислорода. Чувствительный элемент датчика выполнен в виде тонкой пластины из алюминия, на которую нанесен люминесцентный слой толщиной 10-20 мкм, что обеспечивает малое время диффузии кислорода в люминесцирующий слой, и, как следствие быстродействие датчика лучше, чем 0,2 с.

Люминесцентный слой состоит из оксидной пленки с введенными органическими комплексами металлов группы платины, что обусловлено значением их спектрально-люминесцентных характеристик. Органические комплексы металлов группы платины представляют собой металлоорганические соединения, молекулы которых включают атомы металла, органические фрагменты (лиганды) и противоионы.

Оптимальные результаты получаются, если в качестве органических комплексов металлов группы платины в оксидную пленку введены Ru(bpy)3Cl2 или Ru(Ph2Phen)3Cl2, поскольку они по совокупности спектрально-люминесцентных и эколого-экономических характеристик удовлетворяют в большей степени, чем другие.

Конкретный органический комплекс выбирается в зависимости от диапазона измерения концентрации кислорода.

Датчик концентрации кислорода может быть расположен в корпусе и обращен люминесцентным слоем к электронно-оптической системе возбуждения и фотоприем- нику.

В непосредственном контакте с чувствительным элементом датчика концентрации кислорода находится нагревательный элемент, который способствует стабилизации характеристик чувствительного элемента и предотвращает его запотевание при контакте с выдыхаемым воздухом.

Электронно-оптическая система возбуждения может быть выполнена, в частности, в виде осветителя, соединенного со стабилизирующим устройством. В качестве осветителя можно использовать любую оптическую систему, способную вызвать люминесценцию. При выборе более совершенного осветителя с точки зрения стабильности излучения необходимость в стабилизирующем устройстве отпадает. Световой поток с длиной волны излучения λ1 направляется на поверхность чувствительного элемента датчика. Возбужденная этим световым потоком люминесценция λ2 воспринимается фотоприемником. Кроме фотоприемника в состав регистрирующей системы входят датчик скорости воздушного потока и процессор. Фотоприемник и датчик скорости воздушного потока соединены с процессором, в котором происходит обработка поступивших от них сигналов, через блоки усиления и преобразования в цифровую форму.

Такая компоновка прибора обеспечивает требуемую точность измерения и быстродействие. Устранению пневматического сопротивления потоку воздуха способствуют вышеописанные специфические особенности датчика.

Изобретение отличается от прототипа чувствительным элементом датчика, наличием электронно-оптической системы возбуждения и схемой построения регистрирующей системы.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для измерения параметров дыхательного газообмена.

В корпусе 1, через который проходят потоки вдыхаемого (направление А) и выдыхаемого воздуха (направление В), расположен датчик 2 концентрации кислорода с чувствительным элементом в виде алюминиевой пластины с люминесцентным слоем 3 толщиной 15 мкм. Люминесцентный слой 3 содержит оксидную пленку, в которую введены органические комплексы металлов группы платины, например Ru(bpy)3Cl2. Известно, что в выдыхаемом воздухе концентрация кислорода составляет 15% а в атмосферном 21% Экспериментально установлено, что для измерения концентрации кислорода в этом диапазоне оптимальными характеристиками обладает комплекс Ru(bpy)3Cl2. При изменении диапазона измерения концентрации кислорода, например, при исследованиях в барокамерах оптимальными характеристиками обладают комплексы металлов платиновой группы другого состава, например, Ru(Ph2Phen)3Cl2.

Люминесцентное покрытие может быть изготовлено, например, в соответствии со способом изготовления индикаторного покрытия (з-ка N 4812470/25, 1990).

Датчик расположен в стенке корпуса таким образом, что он не оказывает сопротивления потоку воздуха.

С чувствительным элементом датчика 2 в непосредственном контакте находится нагревательный элемент, состоящий из нагревателя 4, например нихромовой спирали, и управляющего устройства 5, например регулятора температуры Ш 4524. Благодаря нагревательному элементу чувствительный элемент датчика поддерживается с точностью ±0,5оС в диапазоне температур 35-40оС. На противоположной стороне корпуса расположена электронно-оптическая система возбуждения и регистрирующая система. Электронно-оптическая система возбуждения содержит осветитель 6, например лампу накаливания, и стабилизирующее устройство 7, например, Б5-49.

Регистрирующая система содержит фотоприемник 8, например, ФЭУ-68, блоки 9 и 10 усиления и преобразования информации в цифровую форму соответ- ственно, например, АЦП-14, процессор 11, например, на базе DВК-2, и датчик 12 скорости воздушного потока, например, пневмотаховалюметр ПТ03-01. Он установлен непосредственно за датчиком концентрации кислорода.

Возможно и другое конструктивное выполнение устройства, например, осветительную систему и фотоприемник можно разместить в отдельном корпусе, который соединить световодами с корпусом датчика.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток с длиной волны излучения соответствующей полосе поглощения использованного в чувствительном элементе датчика люминесцентного слоя (например, 450 нм для люминесцентного слоя Ru(bpy)3Cl2) направляется от осветителя 6 на чувствительный элемент датчика 2 с люминесцентным слоем 3. Интенсивность этого потока стабилизирована с помощью устройства 5. Возбужденная световым потоком люминесценция с длиной волны излучения 650 нм и интенсивностью I(t), зависящей от концентрации кислорода над слоем 3, воспринимается фотоприемником 8, электрический сигнал от которого через блок 9 направляется в процессор 11. Сигнал от датчика скорости воздушного потока 12 через блок 10, также поступает в процессор.

Обработка поступивших в процессор сигналов происходит в несколько этапов. На первом по измеренным значениям I(t) и величине константы тушения К, определенной предварительно при калибровке чувствительного элемента датчика с покрытием, в соответствии с уравнением Штерна-Фольмера находятся мгновенные значения концентрации кислорода в потоке выдыхаемого воздуха
P(t) 1 где t текущее время.

Далее вычисляется разность между значением концентрации кислорода в поступающем к пациенту воздухе Р0 и ее значениями в выдыхаемом воздухе P(t)
Δ P P0 P(t). И, наконец, с учетом скорости воздушного потока V, измеренной с помощью датчика 12, определяется величина использованного в процессе дыхания кислорода
Q P(t)·V(t)·S·dt где t1, t2 моменты времени, соответствующие началу и окончанию выдоха;
S площадь поперечного сечения воздушного потока.

Мгновенные значения концентрации кислорода в потоке выдыхаемого пациентом воздуха могут быть представлены графически в виде кислородной барограммы дыхательного цикла на дисплее и одновременным вычислением коэффициента использования кислорода организмом.

Предложенное устройство позволяет проводить измерения параметров дыхательного газообмена, в частности коэффициента использования кислорода в каждом дыхательном цикле, а также исследовать динамику изменения концентрации кислорода в фазе выдоха. Точность измерений не хуже ±2% быстродействие 0,1 с, практически отсутствует пневматическое сопротивление потоку воздуха при дыхании.

Похожие патенты RU2033750C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНДИКАТОРНОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗОВ, ТУШАЩИХ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЮ 1994
  • Лялин Г.Н.
  • Литке С.В.
RU2073850C1
Способ изготовления индикаторного покрытия 1990
  • Литке Сергей Владимирович
  • Лялин Геннадий Натанович
SU1741027A1
СИСТЕМА И СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА СИГНАЛА И КОРРЕКЦИИ СИГНАЛА 2007
  • Ганнсон Пол Б.
  • Пирри Энтони Т.
RU2471156C2
МЕТАЛЛОКОМПЛЕКСЫ ПОРФИРИН-КЕТОНОВ, ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДА В ЖИДКОЙ ИЛИ ГАЗОВОЙ СРЕДЕ И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДА 1992
  • Папковский Д.Б.
  • Пономарев Г.В.
  • Курочкин И.Н.
  • Чернов С.Ф.
RU2064948C1
УСТРОЙСТВО СИГНАЛИЗАЦИИ ПОЖАРО-ВЗРЫВООПАСНОЙ СИТУАЦИИ В ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТАХ 1997
  • Соколов А.С.
  • Рыльцев Н.В.
  • Осин Н.С.
  • Лившиц А.И.
  • Зайцев С.Н.
  • Петров А.В.
RU2138856C1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ СИНДРОМА ОБСТРУКТИВНОГО АПНОЭ/ГИПОПНОЭ СНА 2014
  • Ерошина Елена Владимировна
RU2564902C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ТОКСИКАНТОВ В ВОДЕ, ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ ИЛИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЯХ И ТЕСТ-СИСТЕМА 2012
  • Гребенников Евгений Петрович
  • Белоглазова Наталия Владимировна
  • Горячева Ирина Юрьевна
  • Курбангалеев Вагиз Равилевич
  • Сперанская Елена Сергеевна
  • Шмелин Павел Сергеевич
RU2506586C1
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ВОДОРОДА В ГАЗОВЫХ СМЕСЯХ 2013
  • Калякин Анатолий Сергеевич
  • Фадеев Геннадий Иванович
  • Горбова Елена Владимировна
  • Демин Анатолий Константинович
  • Волков Александр Николаевич
RU2526220C1
Комплексы лантанидов, проявляющие люминесцентные свойства, способ определения концентрации глюкозы на их основе 2022
  • Уточникова Валентина Владимировна
  • Кошелев Даниил Сергеевич
  • Целых Любовь Олеговна
  • Сербинов Олег Анатольевич
RU2813337C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ТОКСИКАНТОВ В ВОДЕ, ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ ИЛИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЯХ И ТЕСТ-СИСТЕМА 2013
  • Гребенников Евгений Петрович
  • Белоглазова Наталия Владимировна
  • Горячева Ирина Юрьевна
  • Курбангалеев Вагиз Равилевич
  • Сперанская Елена Сергеевна
  • Шмелин Павел Сергеевич
RU2547577C1

Реферат патента 1995 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДЫХАТЕЛЬНОГО ГАЗООБМЕНА

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в системах функциональной диагностики внешнего дыхания и кровообращения. Сущность: устройство для измерения параметров дыхательного газообмена содержит датчик концентрации кислорода, нагревательный элемент 4, электронно-оптическую систему возбуждения и регистрирующую систему. Чувствительный элемент датчика концентрации кислорода выполнен в виде тонкой пластины из алюминия, на которую нанесен люминесцентный слой толщиной 10 - 20 мкм из оксидной пленки с введенными органическими комплексами металлов группы пластины. Регистрирующая система содержит фотоприемник 8 и датчик 12 скорости воздушного потока, которые соединены с процессором через блоки 9 и 10 усиления и преобразования соответственно. Устройство позволяет измерять мгновенные значения концентрации кислорода во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе и определять коэффициент использования кислорода организмом как минимум за один дыхательный цикл. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 033 750 C1

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДЫХАТЕЛЬНОГО ГАЗООБМЕНА, содержащее датчик концентрации кислорода с чувствительным элементом, находящимся в контакте с нагревательным элементом, и регистрирующую систему, отличающееся тем, что оно снабжено электронно-оптической системой возбуждения, чувствительный элемент датчика концентрации кислорода выполнен в виде тонкой пластины из алюминия, на которую нанесен люминесцентный слой толщиной 10 20 мкм из оксидной пленки с введенными трисхелатными органическими комплексами металлов группы платины, а регистрирующая система содержит фотоприемник и датчик скорости воздушного потока, каждый из которых через блок усиления и преобразования соединен с процессором. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электронно-оптическая система возбуждения выполнена в виде осветителя, соединенного со стабилизирующим устройством. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве трисхелатного органического комплекса металла группы пластины в оксидную пленку введен Ru(bpy)3Ci2. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве трисхелатного органического комплекса металла группы платины введен Ru(Ph2Phen)3Cl2.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1995 года RU2033750C1

Способ приготовления сернистого красителя защитного цвета 1915
  • Настюков А.М.
SU63A1
Устройство для сортировки каменного угля 1921
  • Фоняков А.П.
SU61A1

RU 2 033 750 C1

Авторы

Литке Сергей Владимирович

Михалевкин Андрей Борисович

Моисеенко Елена Владимировна

Лялин Геннадий Натанович

Макаров Егор Сергеевич

Даты

1995-04-30Публикация

1992-06-03Подача