Электронное устройство для подбора ингаляционных устройств на основании оценки преодоления сопротивлению воздушного потока на вдохе и пиковых скоростей вдоха или выдоха Российский патент 2025 года по МПК A61B5/87 A63B23/18 

Изобретение относится к области медицины, а именно к медицинской технике и пульмонологии, и может быть использовано для тренировки и анализа дыхания пациента, для индивидуального подбора ингаляционных устройств, тренировки их правильному использованию, тренировки дыхательных мышц и паттернов дыхания по специальным методикам для пациентов с хроническими заболеваниями органов дыхания, при реабилитации (послеоперационной, постковидной), тренировке использования ингаляторов для больных астмой и хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ), при отказе от курения, для спортсменов и для улучшения психофизического состояния.

В 2022 году общая заболеваемость ХОБЛ в России составила 777297 человек. Повторную инвалидность вследствие ХОБЛ в 2021 году получили 42634 человека. Бронхиальной астмой в нашей стране болеет до 5% населения, значительная часть из которых - дети.

В настоящее время большое внимание уделяется так называемым безлекарственным методам лечения и укрепления здоровья и, в частности, различным методам дыхательных упражнений, хорошо зарекомендовавших себя в лечении не только бронхолегочных заболеваний, но и сердечно-сосудистой патологии, заболеваний почек, желудочно-кишечного тракта, хронических воспалительных процессов и т.д.

В связи с этим в России, странах ближнего и дальнего зарубежья большое распространение получили различного типа ингаляционные устройства и, в том числе, электронные дыхательные тренажеры, позволяющие облегчить освоение дыхательных упражнений и способствующие существенному улучшению терапевтического эффекта, но, несмотря на это, на сегодняшний день отсутствуют устройства универсального предназначения и использования.

Кроме того, больше половины больных допускают серьезные ошибки при ингаляции с помощью порошковых ингаляторов, а при использовании аэрозольных ингаляторов выполняют ингаляции с ошибками до 90% больных. Ошибки при выполнении ингаляционного маневра способствуют существенному уменьшению доставки препарата в дыхательные пути [1, 2].

Известен способ подбора порошковых ингаляционных устройств с помощью сбора анамнеза от пациента, оценки нутритивного статуса, оценки физического статуса, оценки силы дыхательной мускулатуры [3].

Однако данный способ имеет ряд недостатков, т.к. он является субъективным, не предоставляет информацию о пиковой инспираторной скорости потока и инспираторной кривой с учетом предустановленного сопротивления, которые необходимы для преодоления сопротивления дозированных порошковых ингаляторов и доставки эффективной дозы препарата в нижние дыхательные пути.

Известен электронный дыхательный тренажер [4], создающий градуированное (Powerbreathe Medic IMT) или постоянное (Theshold IMT) сопротивление воздушному потоку без обратной связи.

Недостатком данного электронного дыхательного тренажера является то, что создаваемого им сопротивления недостаточно для комплексной тренировки дыхательных мышц, так как отсутствуют изменения сопротивления, и нет имитации сопротивления одного или нескольких ингаляционных устройств, применяющихся для лечения пациентов.

Известен прибор для индивидуального подбора ингаляционного устройства (in-check) [5], представляющий собой механическое устройство с пятью фиксированными вариантами сопротивления. Устройство дает приблизительную оценку способности пациента сделать вдох с достаточным потоком.

Недостатком данного прибора является то, что сила сопротивления не настраивается и показывает только одно значение - максимальную силу вдоха при заданном сопротивлении, в том числе у данного устройства нет возможности ведения дневника наблюдения, а заданные сопротивления сильно отличаются от сопротивлений существующих ингаляторов, что дает грубую оценочную характеристику ингалятора.

Различные ингаляционные устройства требуют разной техники ингаляции, прежде всего разной скорости вдоха. В настоящее время в арсенале врачей отсутствует электронный дыхательный тренажер, позволяющий на основе измерения объективных параметров рекомендовать наиболее подходящий для конкретного пациента ингалятор. Данное решение врачи вынуждены принимать эмпирически. Разработка нового электронного дыхательного тренажера позволит врачу делать персонализированный выбор ингаляционного устройства, которым пациент сможет пользоваться максимально эффективно и безопасно.

Вторая задача, которую будет решать новый, предлагаемый изобретением электронный дыхательный тренажер - обучение пациентов правильной технике использования ингалятора. Пульмонологи хорошо знают, что более половины пациентов не умеют правильно использовать свой ингалятор: нарушают последовательность действий, делают вдох недостаточной или избыточной силы. Это значительно снижает эффективность применения лекарственного препарата и увеличивает риск нежелательных явлений.

Третья область применения предлагаемого электронного дыхательного тренажера - мониторирование функции внешнего дыхания, прежде всего в домашних условиях. Это позволит своевременно распознавать начинающееся обострение заболевания и принимать необходимые меры, а возможное подключение электронного дыхательного тренажера к смартфону позволит своевременно получать телемедицинскую консультацию лечащего врача.

Также предлагаемый электронный дыхательный тренажер планируется применять для тренировок дыхательной системы здоровых людей, спортсменов или любителей спорта с целью профилактики респираторных заболеваний.

Технический результат предлагаемого изобретения - улучшение эффективности и безопасности лечения, а также повышение качества жизни пациентов путем быстрого подбора требуемого ингалятора, в том числе при помощи тренировки, помогающей пациенту в обучении правильному использованию ингалятора для получения всего объема лечебной дозы доставляемых в дыхательные пути лекарственных препаратов, а также тренировка дыхательной мускулатуры по заданным методикам, профилактика заболеваний легких путем измерения пиковых показателей воздушного потока, объемно-скоростных параметров функции внешнего дыхания, воспроизведение предустановленных режимов изменения сопротивления.

Технический результат достигается тем, что электронное устройство для подбора ингаляционных устройств на основании оценки преодоления сопротивлению воздушного потока на вдохе и пиковых скоростей вдоха или выдоха, содержащее корпус с торцом, включающим разъем для установки одноразовой турбины, одноразовую турбину, оптический блок на плате управления с датчиками для считывания показаний воздушного потока вдоха или выдоха пациента в каждый момент времени, одноразовый мундштук, соединенный с диафрагмой, закрепленной на подшипнике выполненной с возможностью управления сервоприводом через шестерни, плату процессора, сенсорный дисплей, блок аккумуляторов и антенну усилитель, при этом диафрагма выполнена съемной с возможностью изменения сопротивления воздушного потока в ручном или автоматическом режимах и с возможностью определения пиковых скоростей вдоха или выдоха при заданном внутреннем сопротивлении электронного устройства, а электронное устройство выполнено с возможностью тренировки использованию подобранных ингаляционных устройств и с возможностью тренировки дыхательной мускулатуры.

Изобретение работает следующим образом.

Электронный дыхательный тренажер содержит корпус, один торец которого имеет разъем для установки одноразовой турбины. При помощи оптического блока с крыльчатки считываются показания воздушного потока вдоха/выдоха пациента в каждый момент времени. Для подбора ингаляционного устройства и/или проведения дыхательной тренировки используется диафрагма. В ручном или автоматическом режиме задаются параметры изменения сопротивления, после чего в соответствии с программой подбора/тренировки изменяется сопротивление путем уменьшения/увеличения рабочего отверстия диафрагмы. Использование тренировочных предустановленных программ дают возможность усиления дыхательных мышц как для увеличения дыхательной активности, так и для тренировки использования определенных, подобранных врачом ингаляционных устройств.

Мундштук 2, соединенный с диафрагмой 10, закрепленной на подшипнике 8 и управляемой через шестерни 12 сервоприводом 11 обеспечивают точную настройку сопротивления воздушного потока, что подтверждается оптическими датчиками на плате управления 16.

Воздушный поток, проходя через одноразовый мундштук, попадает в блок сопротивления, регулируемый шаговым двигателем посредством зубчатой передачи, далее воздух проходит по трубке и попадает в измерительный блок, где вращает крыльчатку, находящуюся в турбине, скорость вращения крыльчатки и направление вращения считываются датчиками, и передается на плату процессора, где обрабатывается согласно предустановленной программе, при этом шаговый двигатель, измерительная плата и дисплей подключена через плату процессора к аккумуляторной батарее.

Электронный дыхательный тренажер дополнительно содержит беспроводный передатчик 18 для непрерывной передачи данных.

В зависимости от модификации предлагаемый электронный дыхательный тренажер может управляться с помощью дисплея, кнопок либо со смартфона/компьютера.

Электронный дыхательный тренажер может дополнительно содержать программное приложение, исполняемое на удаленном устройстве и конфигурированное для выполнения этапов: получение указанных данных через приемник на удаленном устройстве, обработка данных, отображение по меньшей мере части данных в реальном времени на экране удаленного устройства и, опционально, сравнение данных в реальном времени с сохраненными данными о дыхании заданной индивидуальной процедуры дыхания.

Электронный дыхательный тренажер может содержать электронный модуль для определения относящихся к дыханию данных пациента. Этот электронный модуль определяет параметры упражнения, при этом данные могут быть сохранены в памяти для будущего доступа и/или данные могут быть переданы в программное приложение и сохранены и/или обработаны на удаленном устройстве или в облаке. Электронный модуль, таким образом, передает настройки и данные в программное обеспечение, например на ПК, планшет, смартфон и/или на облачный сервер.

Дополнительной задачей является создание электронного дыхательного тренажера и анализатора, которые способствуют улучшению как спортивных тренировочных упражнений, так и тренировочных упражнений для пения, реабилитации при заболеваниях легких и т.д.

Электронный блок встроен для измерения данных сеансов упражнений, таких как время, продолжительность и настройки сопротивления потоку воздуха. Это позволяет пользователю мгновенно оптимизировать выдох и вдох в течение сеанса упражнений.

Программное приложение, исполняемое на удаленном устройстве, или любой вычислительный блок может быть использовано для вычисления относящихся к дыханию данных. Это позволяет пользователю корректировать тип дыхания для следующего сеанса упражнений. Приложение также может рекомендовать, на основе анализа, сеансы упражнений для улучшения состояния дыхания. Рекомендация предоставляется для различных профилей упражнений. Это позволяет пользователю делать долгосрочные улучшения состояния дыхания.

Изобретение поясняется чертежами и схемами.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлен предлагаемый электронный дыхательный тренажер в общем виде, где на фиг. 2 указано направление потока воздуха через электронный дыхательный тренажер.

На фиг. 3 представлена схема электронного дыхательного тренажера с указанием позиций, где: турбина 1, мундштук 2, ручка съемного блока диафрагмы 3, передняя часть корпуса 4, задняя часть корпуса 5.

На фиг. 4 представлен электронный дыхательный тренажер (вид с торца) с указанием позиций, где: турбина 1, ручка съемного блока диафрагмы 3, передняя часть корпуса 4, сенсорный дисплей 6.

На фиг. 5 представлен электронный дыхательный тренажер с указанием места разреза А-А.

На фиг. 6 представлен разрез А-А с указанием позиций, где: турбина 1, мундштук 2, ручка съемного блока диафрагмы 3, сенсорный дисплей 6, установочная платформа диафрагмы 7, подшипник 8, платформа диафрагмы 9, диафрагма 10, сервопривод 11, шестеренки 12, контакт для беспроводной зарядки 13, плата управления беспроводной зарядкой 14, блок аккумуляторов и антенна усилитель 15, плата управления 16, Bluetooth-модуль 18.

На фиг. 7 представлен электронный дыхательный тренажер с указанием места разреза Б-Б.

На фиг. 8 представлен разрез Б-Б с указанием позиций, где: ручка съемного блока диафрагмы 3, установочная платформа диафрагмы 7, диафрагма 10, сервопривод 11, шестеренки 12, плата управления 16, концевые датчики 17.

На фиг. 9 представлен электронный дыхательный тренажер с указанием места разреза В-В.

На фиг. 10 представлен разрез В-В с указанием позиций, где: сервопривод 11, беспроводная зарядка 13, плата управления беспроводной зарядкой 14, блок аккумуляторов и антенна усилитель 15.

На фиг. 11 представлен электронный дыхательный тренажер с указанием места разреза Г-Г.

На фиг. 12 представлен разрез Г-Г с указанием позиций, где: турбина 1, мундштук 2, сенсорный дисплей 6, установочная платформа диафрагмы 7, подшипник 8, платформа диафрагмы 9, диафрагма 10, плата управления беспроводной зарядкой 14, плата управления 16, концевые датчики 17, Bluetooth-модуль 18.

На фиг. 13 представлен общий вид электронного дыхательного тренажера на зарядной платформе.

Предлагаемый электронный дыхательный тренажер соответствует критерию «промышленная применимость», поскольку используется в повседневной деятельности врача пульмонолога (терапевта) для оценки способности преодоления сопротивлению на вдохе и подбора ингаляционного устройства в зависимости от состояния пациента. При применении предлагаемого электронного дыхательного тренажера повышается легочная депозиции препарата и эффективность терапии, как и приверженнось к терапии. Предлагаемый электронный дыхательный тренажер позволяет определить возможности пациента и при заданном сопротивлении осуществить дыхательный маневр, достаточный для получения полной дозы препарата. Предлагаемый электронный дыхательный тренажер проводит тесты скорости инспираторного потока пациента, перебирая предустановленные сопротивления, соответствующие существующим ингаляционным устройствам. Исходя из этих показателей, врач выносит решение о применении определенного ингаляционного устройства по известным показателям сопротивления и необходимой скорости вдоха.

Процедура подбора ингаляционного устройства, основанная на использовании предлагаемого изобретения, повышает эффективность терапии и, в конечном итоге, качество жизни пациента. После каждого исследования блок диафрагмы проходит дезинфекцию, что исключает возможность заражение других пациентов.

Предлагаемый электронный дыхательный тренажер позволяет дистанционно мониторировать функции внешнего дыхания у пациентов с хронической патологией дыхательных путей и, как итог, снижать количество обострений, тем самым снижать затраты здравоохранения на лечение обострений и госпитализацию. При постоянном использовании электронного дыхательного тренажера в домашних условиях пациент может обратить внимание на изменение функции внешнего дыхания и заблаговременно обратится к врачу, что позволит избежать критичных ситуаций и сохранить здоровье пациента.

Предлагаемый электронный дыхательный тренажер позволяет проводить респираторную тренировку больных и здоровых людей в домашних условиях и, как итог, повышать эффективность работы системы дыхания, качество жизни, увеличивать резистентность организма к внешним патогенам, тренировать кардиореспираторное сопряжение, нейрорегуляторные эффекты (модуляция тонуса блуждающего нерва). Исходя из первоначальных тестов, пациент выставляет цель, которую хочет достичь. На протяжении выставленного временного интервала с помощью программы тренировки постепенно, достигая подцелей, пациент улучшает свои показатели функции внешнего дыхания до достижения поставленной цели.

Таким образом, применение предлагаемого настоящим изобретением электронного дыхательного тренажера может найти практическое применение сразу по трем направлениям: персонифицированный подбор ингаляционного устройства, дистанционный и/или самостоятельный домашний мониторинг функции внешнего дыхания, тренировка дыхательной мускулатуры по заданным методикам.

Уникальность и новизна электронного дыхательного тренажера заключается в том, что он решает проблему объективного выбора ингалятора и одновременно с этим мультифункционален.

Предлагаемый электронный дыхательный тренажер прост в освоении и не требует специальных навыков для работы с ним, а благодаря его применению врач сможет обоснованно назначить пациенту оптимальное ингаляционное устройство.

Список использованных источников

1. Price D, David-Wang A, Cho SH, Ho JC, Jeong JW, Liam CK, Lin J, Muttalif AR, Pemg DW, Tan TL, Yunus F, Neira G. Time for a new language for asthma control: results from REALISE Asia. Journal of Asthma and Allergy 2015 Sep; 8: 93-103.

2. Sanchis J, Gich I, Pedersen S; Aerosol Drag Management Improvement Team (ADMIT). Systematic review of errors in inhaler use: has patient technique improved over time? Chest 2016 Aug; 150(2): 394-406.

3. Vogelmeier CF, Criner GJ, Martinez FJ, Anzueto A, Barnes PJ, Bourbeau J et al. Global Strategy for the Diagnosis, Management, and Prevention of Chronic Obstructive Lung Disease 2017 Report. GOLD Executive Summary. Am J Respir Crit Care Med. 2017; 195(5): 557-582. https:/doi.org/10.1164/rccm.201701-0218PP

4. Vázquez-Gandullo E, Hidalgo-Molina A, Montoro-Ballesteros F, Morales-González M, Muñoz-Ramirez I, Arnedillo-Muñoz A. Inspiratory Muscle Training in Patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) as Part of a Respiratory Rehabilitation Program Implementation of Mechanical Devices: A Systematic Review. Int J Environ Res Public Health. 2022 May 3; 19(9): 5564. doi: 10.3390/ijerph19095564. PMID: 35564959; PMCID: PMC9099727.

5. Трушенко H.B., Лавгинова Б.Б., Обухова H.E., Брынза К.A., Нуралиева Г.С., Неклюдова Г.В., Авдеева А.И., Авдеев С.Н. Роль пикового инспираторного потока в подборе ингаляционной терапии у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких. Медицинский Совет. 2023; (20): 84-90. https://doi.org/10.21518/ms2023-388

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к электронному устройству для подбора ингаляционных устройств на основании оценки преодоления сопротивлению воздушного потока на вдохе и пиковых скоростей вдоха или выдоха. Устройство содержит корпус с торцом, включающим разъем для установки одноразовой турбины, одноразовую турбину, оптический блок на плате управления с датчиками для считывания показаний воздушного потока вдоха или выдоха пациента в каждый момент времени. Устройство имеет одноразовый мундштук, соединенный с диафрагмой, закрепленной на подшипнике, выполненной с возможностью управления сервоприводом через шестерни. Устройство включает плату процессора, сенсорный дисплей, блок аккумуляторов и антенну усилитель. Диафрагма выполнена съемной с возможностью изменения сопротивления воздушного потока в ручном или автоматическом режимах и с возможностью определения пиковых скоростей вдоха или выдоха при заданном внутреннем сопротивлении электронного устройства. Электронное устройство выполнено с возможностью тренировки использованию подобранных ингаляционных устройств и с возможностью тренировки дыхательной мускулатуры. Техническим результатом является улучшение эффективности и безопасности лечения, а также повышение качества жизни пациентов путем быстрого подбора требуемого ингалятора, в том числе при помощи тренировки, помогающей пациенту в обучении правильному использованию ингалятора для получения всего объема лечебной дозы доставляемых в дыхательные пути лекарственных препаратов, а также тренировка дыхательной мускулатуры по заданным методикам, профилактика заболеваний легких путем измерения пиковых показателей воздушного потока, объемно-скоростных параметров функции внешнего дыхания, воспроизведение предустановленных режимов изменения сопротивления. 13 ил.

Электронное устройство для подбора ингаляционных устройств на основании оценки преодоления сопротивлению воздушного потока на вдохе и пиковых скоростей вдоха или выдоха, содержащее корпус с торцом, включающим разъем для установки одноразовой турбины, одноразовую турбину, оптический блок на плате управления с датчиками для считывания показаний воздушного потока вдоха или выдоха пациента в каждый момент времени, одноразовый мундштук, соединенный с диафрагмой, закрепленной на подшипнике, выполненной с возможностью управления сервоприводом через шестерни, плату процессора, сенсорный дисплей, блок аккумуляторов и антенну усилитель, при этом диафрагма выполнена съемной с возможностью изменения сопротивления воздушного потока в ручном или автоматическом режимах и с возможностью определения пиковых скоростей вдоха или выдоха при заданном внутреннем сопротивлении электронного устройства, а электронное устройство выполнено с возможностью тренировки использованию подобранных ингаляционных устройств и с возможностью тренировки дыхательной мускулатуры.