Стимулятор дыхания Советский патент 1986 года по МПК A61N1/36 

Изобретения относится к медицине а именно к стимуляторам .дыхания.

Цель изобретения - улучшения вентиляции легких путем автоматического изменения частоты и длитель- ности пачки электростимулов.

На фиг. 1 изображена структурная схема стимулятора дыхания; на фиг. 2 график закона изменения частоты импульсов.

Устройство содержит первый счетчик 1, вычитающий счетчик 2, делител 3 частоты, схему 4 сравнения, первую схему И 5, датчик 6 дыхания, вторую схему И 7, схему 8 задержки, второй суммирующий счетчик 9, запоминающее устройство 10, мультиплексор 11, ип- вертор 12, RS-триггер 13, третью схему И 14, Т-триггер 15 и усилитель 16 мощности.

Стимулятор дыхания работа;ет следующим образом.

На выходе датчика 6 дыхания формируются положительные импульсы, длительность которых равна длитель- ности вдоха пациента (датчик фиксирует скорость потока вдыхаемого воздуха) .

Предположим, что в исходном состоянии на выходе датчика 6 дыхания присутствует логический О (соответствует вьщоху пациента), который запрещает прохождение сигнала через первую схему И 5. На выходе устройства 17 присутствует состояние логи- ческого О и стимуляция дыхания отсутствует . На выходе запоминающего устройства 10 записан двоичный код, соответствующий длительности предыдущего вдоха пациента, который-от- крывает один из ключей К. мультиплексора 11. Через данный открытый ключ один из выходов делителя 3 частоты подключен к S-входу RS-триггера 13 и на его выходе формируется импульс- ная последовательность с периодом

Т , равным Т X Кд; (1), где

ДА-

F,| - эталонная частота; Кд. - коэффициент пересчета делителя 3 из ну- левого состояния на его выходах до состояния логической 1 на выходе, подключенного к открытому к данный момент ключу К- мультиплексора 11. Поскольку открытый ключ К мульти- плексора 11 определяется кодом на выходе запоминающего устройства 10, который, в свою очередь, определяетс

.длительностью предыдущего вдоха пр.ц я определяется длительностью предьщущего вдоха К „ м-Т„„о , где м - коэффициент преобразования длительности вдоха в коэффициент деления 3 частоты - величина постоянная, имеющая единицу измерения 1/с. Постоянство.коэффициента м достигается за счет выбора в качестве делителя 3 частоты счетчика с линейньм изменением коэффициента пересчета из нулевого состояния в состояние логической 1 при поочередном открывании ключей мультиплексора 11, начиная с К1 и кончая KYI , например, счетчик Джонсона.

Формирование импульсной последовательности на выходе RS-триггера 13 осуществляется следующим образом.

Импульсы эталонной частоты F непрерывно поступают на тактовый вхо делителя 3 частоты и положительным перепадом изменяют с течением времен состояние на его выходах, а именно логическая 1 поочередно появляется от разряда к разряду, начиная с младшего. При появлении логической 1 на выходе подключенного к открытому ключу К. мультиплексора 11 она поступает на S-вход RS-триггера 13 (при этом на его R-входе через ин.вертор 12 поступает сигнал логического О), устанавливает его выход в состояние логической 1, которая устанавливает в нулевое состояние выходы делителя 3 частоты и на S- вход RS-триггера 13 поступает сигнал логического О, который не изменяет его выходного состояния, тем самым обеспечивается надежное обнуление выходов делителя .3 частоты. Отрица- тельньм перепадом импульса эталонной частоты F (логическим О), который

.инвертируясь, поступает на R-выход RS-триггера 13, выход RS-триггера 13 устанавлизается в состояние логического О и разрешает работу делителя 3 частоты. Таким образом,на выходе RS-триггера 13 формируются импульсы с периодом, определяемым формулой (1) и длительностью, равной длительности положительных импульсов эталонной частоты F . На прямом выходе Т-триггера 15 присутствует сигнал логической 1, так как на входе установки единищ 1 (входе S) - сигнал логического О, а на выходах первог суммирующего счетчика 1 присутствует

сигнал логического О, так как на его входе установки нуля (R-входе) сигнал логического О. С появлением сигнала логической I на выходе датчика 6 дыхания, что соотве гствует началу вдоха , на выход первой схемы И 5 поступают импульсы с выхода схемы 4 сравнения, которые, формируясь по длительности и усиливаясь по амплитуде в усилителе 16 мощности, по с- тупают на выход устройства и вызьгоа- ют сокращение диафрагмы посредством воздействия через электроды непосредственно на диафрагму или диаф- рагмальные нервы.

Рассмотрим формирование импульсов на выходе схемы 4 сравнения.

Логическая 1 с выхода датчика 6 дыхания, поступая на R-вход первого .суммирующего счетчика 1 и на S-вход Т-триггера 15, разрешает их работу, На вход вычитания вЪгчитающего счетчика 2-е входа эталонной частоты устройства непрерывно поступает последовательность импульсов эталонной частоты следования и каждый импульс вызывает уменьщение кода на его выходах, а на вход сложения первого суммирующего счетчика 1 непрерывно поступает последовательность импульсов с частотой следования в коэффициент меньшей эталонной частоты с выхода RS-триггера 13 и каждый импупьс вызывает увеличение кода на его выходах. Коды на выходах первого суммирующего счетчика 1 с логической 1 на выходе Т-триггера 15 сравниваются поразрядно с кодами на выходах вычитающего счетчика 2 схемой. 4 сравнения и при совпадении кодов на выходе схемы 4 сравнения появляется логическая 1, которая по входу установки вычитающего счетчика 2 устанавливает ва его выходах начальный код и выход схемы 4 сравнения возвращается в исходное состояние логического О, формируя тем самым положительный импульс. Следующее совпадение кодов на выходах первого суммирующего счетчика 1 и на выходах вычитающего счетчика 2 вызывает появление на выходе схемы 4 сравнения положительного импульса и т.д.

В качестве счетчиков 1 и 2 исполь зуются двоичные счетчики, работающие в режиме сложения и вычитания. Так как код на выходах первого суммиру

2551514

ющего счетчика 1 увеличивается, а код на выходах вычитающего счетчика 2 уменьшается, причем со скоростью в большей, то время, за которое J происходит изменение кода на выходах -вычитающего счетчика 2 от начального состояния до момента совпадения с кодом на выходах первого с /ммирую- щего счетчика 1, уменьшается от сов- 10 падения к совпадению, т.е. частота импульсов на выходе схемы 4 сравнения увеличивается от импульса к импульсу по линейно-ступенчатому закону, так как скорости изменения ко- 5 дов на выходах первого сз/ммирующего счетчика 1 и вычитающего счетчика 2 постоянны.

Т-триггер 15 работает в режиме сложения совместно с первым сумми- 20 РУющим счетчиком 1 и они вместе составляют п-разрядный суммирующий счетчик, причем выход Т-триггера 15 представляет собой старший п-й разряд. При появлении логического О 25 на выходе Т-триггера 15, чТо соответ-- ствует состоянию логического ,0 на всех разрядах первого суммирующего счетчика 1, он поступает через третью схему И 14 на вход установки нуля первого суммирующего счетчика 1, под30 t

5

тверждая тем самым состояние логического О на его выходах и запрещая его работу, т.е. изменение кода на его выходе. На всех выходах п-раз- рядного суммирующего счетчика таким образом присутствует логическая 1 и частота формируемых импульсов на выходе схемы 4 сравнения постоянной и равна

остается

40

К

яоч .вы.ч.

/гда К

.8bts.

- начальный ког, на выходах вычитакмцего счетчика 2.

Длительность изменения частоты следования импульсов на выходе схемы 4 сравнения определяется длитель- ностью присутствия логической 1 на выходе Т-триггера 15 и равна

1 „ -h-1

Vqf

FК,. х2

..

X М X I

пП

где п - число разрядов вычитающего счетчика 2.

S

1255

Выбором коэффициента м можно регулировать длительность нарастания частоты 1-гмпульсов в пачке. Наиболее оптимальным значением м, моделирующим физиологический вдох, является, зна- чение

м

li 2

и тогда, подставляя в

формулу (-) , получаем

(-V t-tV

9 np.(,.

По окончании положительного импульса на выходе датчика дыхания (соответствует окончанию вдоха пациента) на вход первой схемы И 5 поступает сиг нал логического О и на выходе устройства появляется сигнал логическог О (стимуляция отсутствует) , Отрицательным перепадом код с вьпсодов второго суммирующего счетчика 9, соответствующий длительности текущего вдоха, записывается в запоминающее устройство 10, и через задержку, определяемую схемой 8 задержки, выходы второго суммирующего счетчика 9 устанавливаются в состояние логического , Логический О, поступая на S-выход Т-триггера 15, устанавливает его выход в состояние логической 1 и схема возвращается в исходное состояние.

Таким образом, на выходе устройства формируется пачка импульсов с изменением частоты импульсов в пачке по закону, показанному на фиг. 2.

516

На графике показан случай, когда длительность текущего вдоха больше предыдущего. Для того, чтобы последующий за длительным вдохом искусственный вдох моделировался близким к естественному, максимальная величина длительности предьщущей пачки импульсов, записывающаяся в запоминающее устройство 10, ограничивается величиной приблизительно 1.5 с, хотя значение ее может быть значительно большим. Значения f и f сохраняются при изменении длительности пачки и равны:

F,

-

К

+ к

Йач. (Ь1 ч.

К

где К

нац

яач.быч.

код,установленный в

исходном состояний схемы на выходе суммирующего п-разрядногр счетчика.

Пачка формируется строго по потребности вдоха и закон изменения частоты следования импульсов в пачке моделирует требуемую скорость потока газа при вдохе. Эти условия позволяют моделировать искусственный вдох, максимально приближенный к естественному, не вызывая при этом физиологических неудобств у больного и усталости, стимулирующих диафрагма льных нервов или диафрагмы.

f fn

Начало теку- 0,51пр. 6д,

щего Вдоха. фuzZ

Редактор С. Патрушева

Составитель Б. Попов Техред Л.Сердюкова

Заказ 4739/5

Тираж 660

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Конец текущего Вдоха

Корректор Т. Колб

Подписное