Устройство для исследования дыхательной системы Советский патент 1991 года по МПК A61B5/08 

.А

Фиг.1

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и может быть использовано для определения характеристик дыхательной системы методом форсированных осцилляции,

Цель изобретения - повышение точности измерения параметров дыхательной системы при различных значениях объема и давления воздуха в легких путем создания ступенчато-возрастающего дозированного давления в тракте измерения.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - график зависимости статического давления от времени.

Устройство содержит генератор 1 электрических колебаний, электромеханический преобразователь 2, первый пневмотракт 3, источник 4 потока воздуха, датчик 5 скорости воздушного потока, датчики 6 и.14 дав- ления, усилители 7, 9 и 15, полосовые фильтры 8 и 10, аналого-цифровой преобразователь 11 с коммутатором, блок 12 управ- ления и обработки данных, дыхательный мешок 13, фильтры 16 и 17 нижних частот, электромагнитный клапан 18, второй пневмотракт 19 и загубник 20.

Устройство работает следующим образом.

При определении характеристик меха- ники дыхания с помощью генератора 1 и электромеханического преобразователя 2 создают пульсирующий поток воздуха, который смешивается с естественным дыханием человека, и регистрируют комплекс- ные параметры пульсирующей скорости потока и пульсирующего давления, установившегося в системе пневмотракт - легкие. Дыхание человека проходит через пневмотракт 3 в дыхательный мешок 13. Пульсирующий поток содержит частоты в диапазоне, равном примерно 4-50 Гц, и объемы пульсирующего потока, равные 1-5 мл. Измерение комплексных параметров скорости потока и давления на различных частотах получают, например, используя алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ), реализуемого в блоке 12 управления и обработки данных. К пульсирующему потоку и дыханию человека в пневмотракте 3 подмешивается еще постоянный поток смещения со скоростью 0,4-0,8 л/с, вырабатываемый источником 4 потока воздуха.

Генератор 1 электрических колебаний вырабатывает псевдослучайный сигнал с шириной спектра от 4 до 50 Гц. который преобразуется электромеханическим преобразователем 2 в колебания воздуха в пневмотракте 3. В качестве электромагнитного преобразователя может быть применен, например, электродинамический громкоговоритель. Дыхание человека поступает в пневмотракт 3 через загубник 20.

В пневмотракт 3 поступают пульсирующие колебания потока воздуха, которые попадают в легкие человека и смешиваются с потоком дыхания. Объемная скорость потока воздуха в пневмотракте 3 и пульсирующее давление в нем преобразуются в электрические сигналы датчиком 5 скорости воздушного потока и датчиком 6 давления. Эти сигналы усиливаются усилителями 7 и 9 соответственно и подаются на полосовые фильтры 8 и 10, имеющие полосу пропускания, равную 4-50 Гц, в результате чего подавляются частоты естественного дыхания и частоты выше верхней граничной частоты пульсаций. Кроме того, сигнал пневмотахог- раммы с усилителя 7 подается на фильтр 17 нижних частот с частотой среза, равной 1,5- 2 Гц, для выделения сигнала, соответствующего скорости потока вдоха-выдоха пациента.

Пневмотракт 3 связан с дыхательным мешком 13 (обьем дыхательного мешка равен 50-60 л), выход которого через пневмотракт 19 подключен к выходу датчика 6 давления, входу датчика 14 давления, выход которого связан с атмосферой, и входу электромагнитного клапана 18, при открывании которого (при подаче с блока 12 управляющего сигнала) пневмотракт 19 соединяется с атмосферой. Поскольку в дыхательном мешке 13 происходит усреднение (интегрирование) давления в пневмотракте 3, то давление в пневмотракте 19 соответствует среднему значению давления в пневмотракте 3, который связан с легкими испытуемого. Поэтому выходной сигнал датчика 14 давления пропорционален среднему значению давления в пневмотракте 3, а выходной сигнал датчика 6 давления пропорционален пульсирующему давлению в пневмотракте 3 относительного среднего значения. Величину среднего давления в пневмотракте 3 при постоянном потоке воздуха, поступающего от источника 4 потока воздуха, можно регулировать с помощью электромагнитного клапана 18.

Выходной сигнал датчика 14 давления усиливается усилителем 15 и усредняется фильтром 16 нижних частот. Выходные сигналы полосовых фильтров 8 и 10 и фильтров 16 и 17 нижних частот поступают на входы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 11, в состав которого входит коммутатор, управляемый сигналами, поступающими с блока 12 управления и обработки данных.

Работа устройства осуществляется в несколько фаз В первой фазе после подключения испытуемого к пневмотракту 3 через загубник 20 в системе пневмотракта 3 - легкие начинает возрастать статическое давление (фаза I, на фиг. 2), которое измеряется блоком 12 через датчик 14 давления, усилитель 15, фильтр 16 нижних частот и АЦП 11, вход которого в этом случае по команде с блока 12 подключен к выходу фильтра 16 нижних частот. При достижении заданного уровня статического давления Рст1 включают режим амабилизации, в результате чего за счет периодического открывания и закрывания электромагнитного клапана 18 статическое давление в системе поддерживается в пределах РСт1 - Рст1 (фаза Н на фиг. 2). При достижении задаг)чого уровня давления по команде с блока 12 управления и обработки данных происходит последовательный опрос входов АЦП 11, в результате чего в блок 12 поступает информация, позволяющая вычислить объемы вдоха-выдоха, осцилляторное сопротивление, растяжимость, инерционность легких и другие необходимые параметры.

После окончания вычислений кгапан 18 закрывается и статическое давление в системе начинает нарастать до нового заданного уровня Рст2 (фаза II на фиг ) при достижении которого опять включают режим стабилизации давления и начинают вычислять параметры дыхания (фаза IV на фиг. 2).

Последнюю фазу измерений проводят на уровне РстП, не превышающем 20 см водяного столба, чтобы не повредить легкие,

После измерения характеристик механики дыхания на всех уровнях статического давления клапан 18 открывается и давление в пневмотракте 3 возвращается к атмосферному.

Формула изобретения Устройство для исследования дыхательной системы, содержащее первый пневмот- ракт с загубником, последовательно соединенные датчик скорости воздушного

потока, вход которого подключен к первому пневмотракту рядом с загубником, первый усилитель и лерэый полосовой фильтр, по- следоватегьно соединенные пзрвый датчик

давления, первый вход которого подключен к первому пневмотракту, второй усилитель и второй полосовой фильтр, последовательно соединенные генератор электрических колебаний и электромеханический преобразоватепь, выход которого подключен к первому пневмотракту, источник потока воздуха, выход которого соединен с первым пневмотрактом, а также первый фильтр нижних частот вход которого подключен к

выходу первого усилителя-, отличающееся гем, что, с целью повышения точности измерения параметров дыхательной системы при различных значениях объема и давления воздуха в легких путем создания

ступенчато-возрастающего дозированного давления в тракте измерения, оно снабжено вторым пневмотрактом, электромагнитным клапаном вход которого подключен к второму пневмотракту, а выход соединен с атмосферой, дыхательным мешком, установленным между первым и вторым пнеемотрактами, последовательно соединенными вторым датчиком давления, первый вход которого подключен к второму

входу первого датчика давления и второму пневмотракту, а второй вход соединен с атмосферой, третьим усилителем и вторым фильтром нижних частот, аналого-цифровым преобразователем с коммутатором, информационные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго полосовых фильтров и первого и второго фильтров нижних частот, блоком управления и обработки данных, информационный

вход которого соединен с выходом аналого- цифрового преобразователя с коммутатором, адресный вход которого подключен к первому выходу блока управления и обработки данных, второй вход которого соединен с входом управления электромагнитного клапана

Per.,

fbrf

i a ш a

Устройство для исследования дыхательной системы, позволяет повысить точность измерения характеристик дыхательной,сис- темы при использовании метода форсированных осцилляции - осцилляторного сопротивления, растяжимости, инерционности и др. Дыхательная система человека через загубник 20 связана с пневмотрактом 3 (ПТ), который через дыхательный мешок 13, ПТ 19 и электромагнитный клапан (ЭМК) 18 связан с атмосферой. С помощью генератора 1 электрических колебаний, генерирующего шумовой сигнал в диапазоне частот 4-50 Гц, и электромеханического преобразователя 2 в ПТ 3 создаются пульсации давления, а источник 4 потока воздуха позволяет создать некоторое постоянное избыточное давление, которое можно регулировать путем открывания и закрывания ЭМК 18. Датчик (Д) 5 преобразует скорость воздушного потока в ПТ 3 в электрический сигнал, который усиливается усилителем 7 и разделяется полосовым фильтром (ПФ) 8 с полосой пропускания 4-50 Гц и фильтром 17 нижних частот (ФНЧ) с частотой среза 1,5- 2,5 Гц на два сигнала, первый из которых несет информацию о пульсациях скорости воздушного потока, а второй - о ее среднем значении, Д 6 и 14 давления дают информацию о пульсирующем давлении и среднем давлении в системе.2 ил. Ё

Риг 2