Электростимулятор дыхания Советский патент 1989 года по МПК A61H31/00 

сд

о

ОС)

схэ

N9

Изобретение относится к медицине, а именно к электростимуляторам дыхания.

Цель изобретения - повышение продолжительности стимуляции за счет синхронизации стимуляции и дыхательных движений.

На чертеже показана схема устройства.

Электростимулятор дыхания содержит триггер 1, элемент ИЛИ-НЕ 2, счетчик 3, цифроаналоговый преобразователь 4, формирователь 5 стимулирующих импульсов, усипряжение также равно приблизительно нулю. При вдохе больного происходит растяжение поверхности тела, на котором установлен датчик дыхательных движений, т. е. происходит увеличение расстояния между светоизлучателем 18 и фотоприемником 17, в результате чего ток фотоприемника 17, создаваемый световым потоком светоизлуча- теля 18, уменьшается, что вызывает уменьшение напряжения на конденсаторе 20, разлитель 6 мош,ности, электроды 7, датчик 8 0 рядный ток которого уменьшает напряжение дыхательных движений, компаратор 9, ге- на выходе операционного усилителя 21, ох- нератор 10 тактовых импульсов, интегратор ваченного через резистор 19 отрицательной 11, синхронизатор 12, дифференциатор 13, обратной связью, и на выходе интегратора элемент И 14, одновибратор 15.11. Выход синхронизатора 12 «опроккдываетДатчик 8 дыхательных движений содер- (5 низкое напряжение. Логический нуль жит резистор 16, фотоприемник 17, свето- излучатель 18 и дифференцируюш,ий элемент, образованный резистором 19, конденсатором 20 и операционным усилителем 21.

Электростимулятор дыхания работает еле

20

30

дующим образом.

Дыхательные попытки больного воспринимаются датчиком 8 дыхательных движений, вырабатывающим сигнал, пропорциональный объему дыхания. Этот сигнал через интегратор 11 поступает на вход синхро- 25 низатора 12, который в ответ на каждую дыхательную попытку формирует синхроимпульс. Синхроимпульсы поступают на вход формирователя 5 стимулируюш,их импульсов, в котором каждый отрицательный перепад синхроимпульса вызывает появление на выходе пачки импульсов, в которой частота импульсов меняется по закону, обеспечивающему мoдe IИpoвaниe физиологического вдоха пациента. Эти пачки импульсов поступают на вход усилителя 6 мощности и после усиления через электроды 7 подаются на диафрагму. Амплитуда импульсов прямо пропорциональна величине напряжения на управляющем входе усилителя 6 мощности. Изменение амплитуды возможно в пределах от нуля до максимальной величины, требуемой организму, по линейному закону.

Формирование напряжения на управляющем входе усилителя 6 мощности происходит следующим образом.

Протекание тока от источника питания через резистор 16 и светоизлучатель 18 вызывает свечение последнего.

Светоизлучатель 18 оптически связан с фотоприемником 17. Световой поток от свето- излучателя 18, попадаемый в фотоприемник 17, вызывает в нем ток, который заряжает конденсатор. 20. В исходном состоянии, т. е. при фиксированнрм расстоянии между светоизлучателем 18 и фотоприем- НИКОМ 17 начальный ток фотоприемника 17 обеспечивает заряд конденсатора 20 до начальной величины напряжения О. На выходе

с выхода синхронизатора поступает на вход установки нуля триггера 1 и счетчика 3 и разрешает их работу. Сигнал логического ну ля с выхода триггера 1 поступает на один вход элемента ИЛИ-НЕ 2 и разрешает прохождение импульсов с выхода генератора 10 тактовых импульсов через второй вход элемента ИЛИ-НЕ 2, где они инвертируются и поступают на счетный вход счетчика 3. Каждый положительный перепад данной импульсной последовательности изменяет код на выходе счетчика 3, причем изменение происходит по линейному закону, так как частота импульсов с выхода генератора 10 тактовьЕх импульсов постоянна, а скорость изменения кода прямо пропорциональна данной частоте. Линейное изменение кода на выходе счетчика 3 вызывает линейное изменение напряжения на выходе цифроана- логового преобразователя 4, т. е. преобразователя код-напряжение. Это напряжение, поступая на управляющий вход усилителя

35 6 МОШ.НОСТИ, вызывает рост амплитуды импульсов на его выходе по линейному закону со скоростью, определяемой частотой импульсов генератора 10 тактовых импульсов. При достижении амплитуды пороговод,, го значения, при котором наступает электростимуляция диафрагмы, происходит резкое увеличение сокращения диафрагмы, которое вызывает резкое увеличение напряжения на выходе операционного усилителя 21 и появление отрицательного импульса на выходе

45 дифференциатора 13. Данный импульс пост- тупает на вход компаратора 9, в результате чего на его выходе формируется прямоугольный импульс. Порог срабатывания компаратора 9 выбирается таким образом, чтобы компаратор не опрокидывался при со50 краплении диафрагмы от спонтанного входа, т. е. без электростимуляции дыхания. Кроме того, во избежание «ложного срабатывания импульс с выхода компаратора 9 проходит через элемент И 14 на вход триггера 1 именно в момент стимуляции диафоперационного усилителя 21 напряжение при- рагмы. Это обеспечивается тем, что на выхоблизительно равно нyлю на выходе интег-де одновибратора 15 формируются импульсы,

ратора 11 присутствует это малое напря-длительность которых превышает длительжение, на выходе дифференциатора 13 на-ность стимулирующих импульсов. Так как ийпряжение также равно приблизительно нулю. При вдохе больного происходит растяжение поверхности тела, на котором установлен датчик дыхательных движений, т. е. происходит увеличение расстояния между светоизлучателем 18 и фотоприемником 17, в результате чего ток фотоприемника 17, создаваемый световым потоком светоизлуча- теля 18, уменьшается, что вызывает уменьшение напряжения на конденсаторе 20, разрядный ток которого уменьшает напряжение на выходе операционного усилителя 21, ох- ваченного через резистор 19 отрицательной обратной связью, и на выходе интегратора 11. Выход синхронизатора 12 «опроккдывает низкое напряжение. Логический нуль

с выхода синхронизатора поступает на вход установки нуля триггера 1 и счетчика 3 и разрешает их работу. Сигнал логического ну ля с выхода триггера 1 поступает на один вход элемента ИЛИ-НЕ 2 и разрешает прохождение импульсов с выхода генератора 10 тактовых импульсов через второй вход элемента ИЛИ-НЕ 2, где они инвертируются и поступают на счетный вход счетчика 3. Каждый положительный перепад данной импульсной последовательности изменяет код на выходе счетчика 3, причем изменение происходит по линейному закону, так как частота импульсов с выхода генератора 10 тактовьЕх импульсов постоянна, а скорость изменения кода прямо пропорциональна данной частоте. Линейное изменение кода на выходе счетчика 3 вызывает линейное изменение напряжения на выходе цифроана- логового преобразователя 4, т. е. преобразователя код-напряжение. Это напряжение, поступая на управляющий вход усилителя

6 МОШ.НОСТИ, вызывает рост амплитуды импульсов на его выходе по линейному закону со скоростью, определяемой частотой импульсов генератора 10 тактовых импульсов. При достижении амплитуды порогового значения, при котором наступает электростимуляция диафрагмы, происходит резкое увеличение сокращения диафрагмы, которое вызывает резкое увеличение напряжения на выходе операционного усилителя 21 и появление отрицательного импульса на выходе

дифференциатора 13. Данный импульс пост- тупает на вход компаратора 9, в результате чего на его выходе формируется прямоугольный импульс. Порог срабатывания компаратора 9 выбирается таким образом, чтобы компаратор не опрокидывался при сокраплении диафрагмы от спонтанного входа, т. е. без электростимуляции дыхания. Кроме того, во избежание «ложного срабатывания импульс с выхода компаратора 9 проходит через элемент И 14 на вход триггера 1 именно в момент стимуляции диафрагмы. Это обеспечивается тем, что на выхоформационный вход триггера 1 соединен с положительной шиной источника питания, то положительный перепад, поступающий с выхода компаратора на тактовый вход триггера 1, вызывает опрокидывание его выхода из состояния логического «О в состояние логической «1, которая, поступая на один вход элемента ИЛИ-НЕ 2, устанавливает его выход в состояние логического «О и «запрещает прохождение импульсов с выхода генератора 10 тактовых импульсов через элемент ИЛИ-НЕ 2 на счетный вход счетчика 3 для изменения кода на его выходах. Изменение напряжения на управляющем входе усилителя 6 мощности прекращается, прекращается изменение амплитуды импульсов на выходе усилителя 6 мощности и осуществляется электростимуляция дыхания с постоянной амплитудой импульсов до окончания пачки импульсов.

При выдохе больного происходит сжатие движущейся поверхности тела, т. е, уменьшение расстояния между светоизлу- чателем 18 и фотоприемником 17, в результате чего ток фотоприемника 17, создаваемый световым потоком светоизлучате- ля 18, увеличивается, тем самым увеличивая напряжение на конденсаторе 20, зарядный ток которого увеличивает напряжение на выходе операционного.усилителя 21 и на выходе интегратора 11, в результате чего происходит «опрокидывание синхронизатора 12, т. е. на его выходе появляется высокое напряжение, которое по входам установки нуля устанавливает выход триггера 1 и выходы счетчика 3 в состояние логического нуля, на выходе циф- роаналогового преобразователя 4 появляется сигнал логического нуля, который поступа ет на управляющий вход усилителя 6 мощности и устанавливает его выход в состояние логического нуля. Кроме того, появление логической «1 на выходе синхронизатора 2 обеспечивает прекращение формирования импульсной последовательности на выходе формирователя 5 стимулирующих импульсов. При следующем вдохе больного на выходе синхронизатора 12 возникает низкое напряжение и описанный процесс повторяется.

Светоизлучатель 18 и резистор 19, работающие в инфракрасном диапазоне, прак0

тически не реагируют на различного рода помехи.

Предлагаемое устройство, формируя пач- ки импульсов, моделируюш,их физиологический процесс дыхания, позволяет автоматически устанавливать оптимальную амплитуду импульсов, требуемую для эффективного сокращения диафрагмы. Использование датчика дыхательных движений, работаю- щего в инфракрасном диапазоне и имеющего устройство, описанное выще, позволяет обеспечить высокую помехозащищенность устройства в целом и повысить комфортность лечения.

5

Формула изобретения

Электростимулятор дыхания, содержащий датчик дыхательных движений, компаратор, последовательно соединенные формирователь стимулирующих импульсов, усилитель мощности и электроды, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, элемент ИЛИ-НЕ, счетчик и цифроаналоговый преобразователь, выход

5 которого подключен к другому входу усилителя мощности, триггер К-вход которого соединен с R-входом счетчика, а выход подключен к другому входу элемента ИЛИ- НЕ, отличающийся тем, что, с целью повышения продолжительности стимуляции

0 за счет синхронизации стимуляции и дыхательных движений, он содержит последовательно соединенные интегратор и синхронизатор, выход которого подключен к входу формирователя стимулирующих импульсов и R-входам триггера и счетчи5 ка, дифференциатор, элемент И и одновнб- ратор, вход которого подключен к выходу формирователя стимулирующих импульсов, а выход - к одному входу элемента И, другой вход которого соединен с

Q выходом компаратора, а выход подключен к С-входу триггера, выход датчика дыхательных движений подк.лючен к входам интегратора и дифференциатора, выход которого подключен к входу компаратора, а датчик дыхательных движений содержит

5 последовательно соединенные резистор и све- тоизлучатель, а также последовательно соединенные фотоприемник и дифференцирующий элемент, выход которого является выходом датчика дыхательных движений.

Изобретение относится к области медицины, а именно к электростимуляторам дыхания. Цель изобретения - повышение продолжительности стимуляции за счет синхронизации стимуляции и дыхательных движений. Электростимулятор дыхания содержит триггер 1, элемент 2 ИЛИ-НЕ, счетчик 3, цифроаналоговый преобразователь 4, формирователь 5 стимулирующих импульсов, усилитель 6 мощности, электроды 7, датчик 8 дыхательных движений, компаратор 9, генератор 10 тактовых импульсов, интегратор 11, синхронизатор 12, дифференциатор 13, элемент И 14, одновибратор 15. Датчик 8 дыхательных движений содержит резистор 16, фотоприемник 17, светоизлучатель 18 и дифференцирующий элемент, образованный резистором 19, конденсатором 20 и операционным усилителем 21. 1 ил.