ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР ДЫХАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК A61N1/36 A61H31/00 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к схемам для электротерапии с помощью стимулирующего воздействия на диафрагмальные мышцы переменным импульсным электрическим током, подводимым через контактные электроды.

Известен стимулятор дыхания по а. с. N 1189449 (опубл. в БИ N 41 от 07.11.85), содержащий усилитель, воздействующие электроды, входные электроды, селектор R-зубца, генератор, первый и второй счетчик, делитель частоты, D-триггер, первую и вторую схему ИЛИ-НЕ, схему пересчета и модулятор. В данном устройстве стимулирующий сигнал формируется в соответствии со значениями частот сердечных сокращений. Недостатком устройства является отсутствие эффективной синхронной стимуляции дыхания (синхронной с дыхательными попытками больного).

Известен синхронной электростимулятор дыхания по а. с. N 1292774 (опубл. в БИ N 8 от 28.02.87), содержащий формирователь сигналов стимуляции, датчик дыхательных движений, триггер, линию задержки, генератор тактовых импульсов, элемент ИЛИ-НЕ, счетчик и цифроаналоговый преобразователь. Недостатком устройства является появление асинхронных стимулирующих сигналов (асинхронных дыхательной попытке пациента) при "ложных" срабатываниях датчика дыхательных движений при движении грудной клетки, не связанной с началом вдоха.

Известен электростимулятор дыхания по а. с. N 1228853 (опубл. в БИ N 17 от 07.05.86), наиболее близкий по существенным признакам к предлагаемому изобретению. Он содержит датчик (термодатчик, фиксирующий прохождение газа через верхние дыхательные пути), синхронизатор, генератор, формирователь стимулирующего сигнала и электроды. Данный электростимулятор позволяет проводить синхронную (синхронно дыхательным попыткам больного) и асинхронную (асинхронно дыхательным попыткам больного) электростимуляцию, которая автоматически включается при отсутствии сигнала с датчика в течение заданного времени. Недостатком устройства является появление асинхронных стимулирующих сигналов при ложных срабатываниях датчика дыхания (из-за побочных воздушных потоков или слабого спонтанного дыхания больного).

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности и надежности устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что в электростимулятор дыхания, содержащий последовательно соединенные первый датчик и первый синхронизатор, последовательно соединенные генератор, формирователь стимулирующих сигналов и электроды, дополнительно введены последовательно соединенные второй датчик и второй синхронизатор, схемы 3 ИЛИ, 3 И-НЕ, 2 И, а также счетчик.

Эти элементы связаны между собой следующим образом: выход счетчика соединен с собственным входом разрешения и первыми входами схем 3 ИЛИ и 3 И-НЕ, вторые входы которых соединены с выходом первого синхронизатора, а третьи - с выходом второго синхронизатора, выход схемы 3 ИЛИ соединен с первым входом схемы 2 И, выход схемы 3 И-НЕ - со вторым входом схемы 2 И и входом сброса счетчика, выход схемы 2 И соединен с входом управления формирователя стимулирующего сигнала, а генератор - со счетным входом счетчика.

Введение этих элементов позволяет исключить формирование стимулирующего сигнала при ложном срабатывании одного из датчиков вследствие, например, воздействия внешних воздушных потоков, дрожании мышц грудной клетки при электростимуляции или каких-то других причин. Это обеспечивается следующим образом.

Выходы первого и второго датчика соединены с входом первого и второго синхронизатора соответственно. Оба синхронизатора на каждую дыхательную попытку больного (возрастание амплитуды электрического сигнала на выходе датчика) формируют на выходе синхроимпульс. С выходов синхронизаторов синхроимпульсы поступают одновременно на схему 3 ИЛИ и схему 3 И-НЕ, которые управляются общим сигналом, формируемым счетчиком. Далее синхроимпульсы суммируются схемой 2 И, с выхода которой поступают на вход формирователя стимулирующих сигналов, который формирует по каждому синхроимпульсу пачку стимулирующих импульсов заданной амплитуды и подает их на электроды, располагаемые на конкретных участках тела больного для электростимуляции диафрагмы.

В штатном режиме работают оба датчика, и на инверсном выходе счетчика удерживается сигнал логической единицы за счет поступления на вход сброса счетчика синхроимпульсов с выхода схемы 3 И-НЕ, которые будут иметь место только в случае совпадения по времени сигналов с обоих датчиков. Таким образом исключается формирование стимулирующего сигнала при ложном срабатывании одного из датчиков.

Нештатный режим возникает в случае отсутствия в течение заданного времени T1 сигнала от одного из датчиков. При этом прекращается поступление синхроимпульсов с выхода схемы 3 И-НЕ на вход сброса счетчика, и на инверсном выходе последнего появляется сигнал логического "0", который по входу разрешения останавливает счетчик. Сигнал логического "0" с инверсного выхода счетчика запрещает прохождение синхроимпульсов через схему 3 И-НЕ и разрешает их прохождение через схему 3 ИЛИ. В результате процесс электростимуляции не прекращается при отсутствии сигнала от одного из датчиков, которое может быть обусловлено, например, отказом, случайным или намеренным отсоединением и т.п.

При выходе из строя двух датчиков дыхания синхроимпульсы не формируются и не поступают на схему 2 И, на выходе которой, следовательно, также не образуется управляющий сигнал для формирователя стимулирующих импульсов. Таким образом, в этом случае формирователь стимулирующего сигнала работает в асинхронном режиме, т.е. не связанном с дыхательными попытками больного.

На фиг. 1 представлена функциональная схема заявляемого изобретения.

1. Первый датчик.

2. Первый синхронизатор.

3. Генератор.

4. Формирователь стимулирующих сигналов.

5. Электроды.

6. Второй датчик.

7. Второй синхронизатор.

8. Схема 3 ИЛИ.

9. Схема 3 И-НЕ.

10. Схема 2 И.

11. Счетчик.

На фиг. 2 представлен вариант схемы исполнения формирователя стимулирующего сигнала (4) (по аналогии с прототипом по а. с. N 1228853).

Описание функциональной схемы заявляемого изобретения
Первый датчик (1) воспринимает дыхательные попытки пациента и вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный объему дыхания. Он может быть выполнен, например, в виде термистора со схемой измерения, который фиксирует прохождение газа через верхние дыхательные пути (как в прототипе, а. с. N 1228853).

Первый синхронизатор (2) представляет собой формирователь синхроимпульсов по сигналу с датчика, например, мультивибратор в ждущем режиме (как в прототипе, а. с. N 1228853).

Генератор (3) может быть выполнен, например, по схеме генератора тактовых сигналов.

(Справочник. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах.

Пухальский и Новосельцева. Москва 1990 г., стр. 98).

Формирователь стимулирующих импульсов (4) может быть реализован по той же электрической схеме, что и прототип. На фиг. 2 представлена его схема. В качестве электродов (5) могут использоваться, например, электроды марки "Провод-электрод дыхательный наружный" ПЭДН, ТУ 16-500.024-83.

"Второй датчик (6) преобразует изменение геометрических размеров грудной клетки при дыхательных попытках пациента в электрический сигнал. Он может быть выполнен, например, в виде оптоэлектронного преобразователя, закрепленного на грудной клетке пациента с помощью растягивающейся при дыхании ленты (как в а. с. N 1292774).

Второй синхронизатор (7) выполнен так же, как и первый синхронизатор (2).

Счетчик (11) может быть построен, например, на основе счетчика Джонсона (К561ИЕ8).

Описание работы устройства
В исходном состоянии на выходе счетчика (11) присутствует сигнал логической единицы, поступающий на вход разрешения счетчика (11) и разрешающий его работу. Элемент 3 ИЛИ (8) не пропускает на выход сигналы с датчиков (1 и 2) через синхронизаторы (2, 7), поступающие соответственно на его второй и третий входы, т. к. на его первом входе с выхода счетчика (11) поступил сигнал логической "1". А через элемент 3 И-НЕ (9) сигналы с выходов синхронизаторов (2, 7) при одновременном срабатывании первого и второго датчиков (1 и 2), поступившие соответственно на его первый и второй входы (на третьем входе - сигнал логической "1" от счетчика), проходят на выход. Т.е. при их совпадении на выходе формируется сигнал логического "0", который поступает на второй вход элемента 2 И (10), на первом входе которого присутствует сигнал логической "1" с выхода элемента 3 ИЛИ(8). Этот сигнал проходит на выход схемы 2 И (10) и поступает на вход формирователя стимулирующего сигнала (4), который формирует на своем выходе сигнал, который через электроды (5) воздействует на биологический объект и вызывает искусственный вдох. Одновременно появление сигнала на выходе 3 И-НЕ каждый раз обнуляет счетчик (11) и удерживает на его выходе сигнал логической "1".

При отсутствии сигнала с одного из датчиков, на выходе элемента 3 И-НЕ (9), а значит и на входе сброса счетчика (11) постоянно присутствует сигнал логической "1", который позволяет за время T1 по счетному входу счетчика (11) с выхода генератора (3) обеспечить на выходе счетчика (11) сигнал логического "0", который поступает на вход разрешения счетчика (подтверждает логический "0" на выходе счетчика) и запрещает прохождение сигнала с датчиков (1 и 2) через элемент 3 И-НЕ (9) и разрешает по первому входу прохождение сигнала с работающего датчика через элемент 3 ИЛИ (8), который через элемент 2 И (на втором входе которого присутствует сигнал логической "1" с выхода элемента 3 И-НЕ) поступает на формирователь стимулирующего сигнала (4). Формирователь стимулирующего сигнала (4) формирует на своем выходе сигнал, который через электроды (5) воздействует на биологический объект и вызывает искусственный вдох.

При отсутствии сигнала (оба датчика не работают по какой-то причине) с обоих датчиков (1 и 2) через время T2 (см. прототип) на выходе формирователя стимулирующего сигнала (4) формируется сигнал в асинхронном режиме (асинхронно дыхательным попыткам пациента). Данный режим можно считать "аварийным". Этот сигнал может использоваться для запуска световой или звуковой сигнализации. Время T1 с целью исключения случайного несрабатывания одного из датчиков (1 или 2) задается равным нескольким периодам максимального цикла дыхания биологического объекта. Это время пропорционально периоду тактовых импульсов генератора (3) и коэффициенту деления счетчика (11).

Время T2 задается превышающим время T1. Это время пропорционально частоте генератора (3) и коэффициентам деления первого делителя частоты, второго делителя частоты и импульсного счетчика, входящих в схему формирователя стимулирующего сигнала (4).

Таким образом, электростимулятор дыхания надежно работает в синхронном режиме при срабатывании двух датчиков, а также при отказе одного из них. При отказе обоих датчиков электростимулятор дыхания переключается в асинхронный режим.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для электротерапии с помощью стимулирующего воздействия на диафрагмальные мышцы переменным импульсным электрическим током, подводимым через контактные электроды. Сущность изобретения заключается в том, что в электростимулятор дыхания, содержащий последовательно соединенные первый датчик и первый синхронизатор, последовательно соединенные генератор, формирователь стимулирующих сигналов и электроды, дополнительно введены последовательно соединенные второй датчик и второй синхронизатор, схемы 3 ИЛИ, 3 И-НЕ, 2 И, а также счетчик. Введение этих элементов и их соединение между собой и с другими блоками устройства позволяет исключить формирование стимулирующего сигнала при ложном срабатывании одного из датчиков вследствие, например, воздействия внешних воздушных потоков, дрожании мышц грудной клетки при электростимуляции или каких-то других причинах. Данный электростимулятор позволяет проводить синхронную (синхронно дыхательным попыткам больного) и асинхронную (асинхронно дыхательным попыткам больного) электростимуляцию, которая автоматически включается при отсутствии сигнала с датчика в течение заданного времени. Электростимулятор дыхания надежно работает в синхронном режиме при срабатывании двух датчиков, а также при отказе одного из них. При отказе обоих датчиков электростимулятор дыхания переключается в асинхронный режим. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Электростимулятор дыхания, содержащий последовательно соединенные первый датчик и первый синхронизатор, последовательно соединенные генератор, формирователь стимулирующих сигналов и электроды, отличающийся тем, что содержит последовательно соединенные второй датчик и второй синхронизатор, схемы 3 ИЛИ, 3 И-НЕ, 2 И, а также счетчик, выход которого соединен с собственным входом блокировки и первыми входами схем 3 ИЛИ и 3 И-НЕ, вторые входы которых соединены с выходом первого синхронизатора, а третьи - с выходом второго синхронизатора, выход схемы 3 ИЛИ соединен с первым входом схемы 2 И, выход схемы 3 И-НЕ - со вторым входом схемы 2 И и входом сброса счетчика, выход схемы 2 И соединен с входом управления формирователя стимулирующего сигнала, а генератор - со счетным входом счетчика. 2. Электростимулятор дыхания по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй датчики основаны на разных принципах действия.