Устройство для измерения параметров внешнего дыхания Советский патент 1980 года по МПК A61B5/08 

1

Изобретение относится к области медицинской техники и предназначено для функциональной диагностики органов дыхания.

Известно устройство для измерения параметров внешнего дыхания, содержащее измерительный преобразователь дыхания 1.

Однако известное устройство не обеспечивает достоверности информации о параметрах дыхания, измеряемых за один цикл.

Целью изобретения является повышение достоверности информации.

Это достигается тем, что в уст-ройство введены две последовательно соединенные схемы сравнения, преобразователь длительностей входа и выхода, два интегратора, ключевая схема с цепями коммутации, схема совпадения и выходное устройство. Причем входы преобразователя длительностей входа и выхода и первоЙ схемл сравнения подсоединены к выходу измерительного преобразователя дыхания, ебросопые входы двух интеграторов и выходного устройства подк.пючены к выходу первой схе№1 сравнения, а сигнальный вход

второго интегратрра через цепи коммутации ключевой схемы подключен к выходу измерительного преобразователя дыхания и к выходу первого интегратора, сигнальный вход которого подключен к выходу преобразователя длительностей входа и выхода, при этом выход второго интегратора подсоединен ко второму входу второй

0 схемы сравнения, а выходы преобразователя длительностей входа-и выхода и второй схемы сравнения подключены через схему совпадения к сигнальному входу выходного устрой5-ства.

На чертеже изображена структурная схема устройства, для измерения параметров внешнего дыхания,

Устройство содержит измеритель0ный преобразователь 1 дыхания, в качестве которого могут быть использованы, например, пневмотахометр, прёссоспирограф, плетизмог5раф, йлстродействующие газоангшизаторы, преобразователь 2 длительностей входа и выхода, в качестве которого может быть использовано реле, управляемое потоком дыхания, схеим 3, 4 сравнения, причем в

0

состав схемы 4 сравнения входят нуль-индикатор 5 и триггер 6, интеграторы 7 и 8, из которых интегратор 7 служит для интегрирования интервала времени цикла дыхания, а интегратор 8 для интегрирования текущих значений параметров. Ключевая схема 9 включает схему 10 совпадения и реле 11 с цепями 12, 13 и 14 коммутации в исходное устройство 15 входят генератор 16, схема 17 и счетчик 18.

При измерении среднего значения объемной скорости воздушного потока дыхания за цикл дыхания предлагаемое устройство работает следующим образом.

Электрический сигнал, пропорциональный объемному расходу воздушного потока дыхания, снимаемый с выхода измерительного преобразователя 1 дыхания, например пневмотахографа, поступает на входы схемы 3 сравнения, преобразователя 2 и через цепи 12, 13 реле 11 на вход интегратора 8, обеспечивающего интегрирование расхода воздушного потока дыхания. Напряжение на выходе интегратора 8 на входе имеет положительное значение и пропорционально объему вдыхаемого воздуха.

В некоторый момент времени сигНсш потока дыхания переходит через нуле:;ой уровень, вызывающий срабатывания схемы 3 сравнения, выходной импульс которой, поступая в цепи сброса интеграторов 7 и 8, триггера 6 и счетчика 18 устанавливает их выходные величины в нулевые состояния, причем нулевой потенциал на выходе триггера 6, поступающий на первый вход схемы 10 совпадения, является для нее разрешающим.

Ограниченное до постоянного уровня напряжение сигнала потока дыхания преобразователем 2 на вдохе име ет форму прямоугольного импульса положительного значения, продолжительность которого равна длительности вдоха. Это напряжение поступает на второй вход схемы 10 совпадения, накладывает на нее запрет, а также, поступая на вход интегратора 7, интегрируется им в заданном интервале времени, в результате чего выходное напряжение на интеграторе 7 пропорционально продолжительности вдоха и имеет отрицательное значение.

В следующий момент происходит смена вдоха на выдох. В связи с этим на выходе преобразователя 2 скачкообразно устанавливается нулевой уровень напряжения, который на выдохе обеспечит режим хранение интегратору 7 и даст разрешение схеме совпадения, выходной сигнал которой, поступая на управляющий вход реле 11 ключевой схекы

9, вызовет разлыкание цепей 12 и 13 и замьлканне 13 и 14. При этом вход интегратора 8 подключается к выходу интегратора 7. Отрицательное напряжение постоянной величины на выходе интегратора 7 времени, поступая на вход интегратора 8 параметра, вызывает линейный разряд последнего, в связи с чем на его выходе формируется линейно-падающее напряжение, поступгиощее на вход схемы 4 сравнения, входом которой является вход нуль-индикатора 5. Далее величина линейно-падгиощего напряжения сравняется с нулевым уровнем. В этот момент срабатывает нуль-ин-дикатор 5 и переключает триггер 6 в состояние, при котором на выходе триггера 6 устанавливается положительное напряжение, накладывающее запрет на вход схемы 10 совпадения.

На выходе схемы 10 устанавливается нулевой уровень, от которого выключатся реле 11, а его цепи 13, 14 подсоединяют вход интегратора 8 к выходу измерительного преобразователя 1 дыхания с целью подготовки его к интегрированию следующего цикла дыхания. Сфоркмрованный на выходе схемы 10 положительный импульс прикладывается к входу схемы 17 выходного устройства 15 и разрешает прохождение импульсов генератора 16 через схему 17 на вход счетчика 18.

Продолжительность временного интерваша, сформированного ключевой схемой 9 и снимаемого с выхода схе№л 10, пропорциональна частному от деления объема вдыхаемого воздуха (Vj ) на продолжительность вдоха (Ti).

Можно записать, что

0)

где Л- угол между осью времени и эпюрой линейно-падающего напряжения на выходе интегратора 8.

Из уравнения (1) следует, что

W

V-,.

с другой стороиы Vj можно выразить ,как

(3)

.V,

где UBX.-) входное напряжение интегратора 8, которое является одновременно выходным для интегратора 7.

ex.4Uorp.-T-,, 0)

JQ где UOTP. - напряжение на выходе преобразователя 2.

Так как .const, то вкгражение (4) можно записать в виде

(Щ

и

,.

Из равенства правых частей выражений (2) и (3) следует, что .i-tgcK или с учетом выражения

1б)

,-Т,

Подставляя выражение (б/ в выражение (1) получим, что временный интервал соответствует выражению

-к.W

Число импульсов N на выходе схемы 17 за время t опишется вырЕокением

Yi

N.f-T или Nj- , j(8) - Ч Ч

где i - частота следования импульсов генератора 16.

Гак как i constjTo из выражения (8) 1 , можно обозначить через Kg. Величина Kg - тарировочный коэффициент. Принимая во внимание сказанное, выражение (8) примет вид;

(9)

«v

Если учесть, что объем входа выражается через объемный расход в виде ,.

ViJv,.(t)at . .(to)

где Vi(l) - функции объемного расхода входа, то выражение (9) с учетом выражения (10) примет вид

,(Oai . (м)

Таким образом выражение (11) показывает, что число импульсов, поступивших на вход счетчика 7, прямо пропорционгтьно объему вдоха и обратно -пропорционально продолжительности вдоха. Физический слисл уравнения (9) состоит в том, что число М соответствует средней величине объема воздуха, вдыхаемого человеком в единицу времени.

По окончании интервала t вход интегратора 8 подключается цепями 12, 13 реле 11 к выходу измерительного преобразователя 1 дыхания. Это приводит к интегрированию части выдыхаемого потока воздуха. В момент смены фазы дыхания срабатывает схема 3 сравнения и ее выходной импульс сбрасывает интеграторы 7 и 8, счетчик 18 и триггер 6,в нулевое состояние. Устройство подготовлено для измерения среднего зцачения объемной скорости вдыхаемого воздуха следующего дыхательного

цикла. Процесс измерения далее повторяется,

Измерение предложенным устройст вом среднего значения объемной скорости выдыxae roгo воздуха обеспечивается изменением полярности выходного сигнала измерительного преобразователя 1 дыхания, при этом напряжение сигнала выдоха будет иметь положительное значение, а вдоха - отрицательное. Устройство

0 на выдохе функционирует так же,как и на вдохе.

При измерении средних значений транспульмонального, альвеолярного и пищеводного давлений, концентра5ций кислорода и углекислого газа в выдыхаемом воздухе устройство работает так же, как и при измерении среднего значения объемной скорости воздушного потока дыхания, имеется различие только в типе изме0рительного преобразователя дыхания.

Предлагаемое устройство обеспечивает высокую достоверность информации .

Формула изобретения

5 Устройство для измерения параметров внешнего дыхания, содержащее измерительный преобразователь дыхания, отличающееся тем, что, с целью повышения досто0верности информации, в него введены две последовательно соединенные схемы сравнения, преобразователь длительности вдоха и выдоха, два интегратора, ключевая схема с цепя5ми коммутации, схема совпадения и выходное устройство, причем входы преобразователя длительностей вдоха и выдоха и гТервой схемы сравнения подсоединены к выходу измери0тельного преобразователя дыхания, сбросовые входы двух интеграторов и выходного устройства подключены к выходу первой схемы сравнения, а сигнальный вход второго интегратора через цепи коммутации ключевой

5 схемы подключен к выходу измерительного преобразователя дыхания и к выходу первого интегратора, сигнальный вход которого подключен к выходу преобразователя длительнос0тей вдоха и выдоха, при этом выход второго интегратора подсоединен ко второму входу второй схемы сравнения, а выходы преобразователя длительностей вдоха и выдоха и второй

5 схемы сравнения подключены через схему совпадения к сигнальному входу выходного устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0 1. Соломенцева Т.В. Исследование и разработка метода и средств для экспресс-анализа дыхательной функции при массовых обследованиях. Автореферат на соискание ученой степени кандидата тех. наукам., ВНИИМпИ974

5