Устройство для исследования дыхательной системы

 

Устройство для исследования дыхательной системы, позволяет повысить точность измерения характеристик дыхательной,системы 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

COi03 СОВЕТСКИХ сОциАлистических

РЕСПУБЛИК (5П5 А 6". В 5/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4460953/14 (22) 15.07.88 (46) 30.05.91. Бюл. N 20 (72) А.И.Дьяченко, Г.Л.Ноткин и В.С.Слюсарь (53) 615.47(088.8) (56) Michaetson Е.D. et а!. Pulrnonari

Mechanics by Spectral Analysis of Forced

Random Noise. — The joUrna1 of Clinical

Investigation, 1975, v. 56, р, 1210-1230, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ (57) Устройство для исследования дыхательной системы, позволяет повысить точность измерения характеристик дыхательной,системы при использовании метода форсированных осцилляций — осцилляторного сопротивления, растяжимости, инерционности и др. Дыхательная система человека через загубник 20 связана с пневмотрактом

3 (ПТ), который через дыхательный мешок... Ж, 1651857 А1

13, ПТ 19 и электромагнитный клапан (чМК}

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, 3

1651857

15

30

50

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и может быть использовано для определения характеристик дыхательной системы методом форсированных осцилляций, Цель изобретения — повышение точности измерения параметров дыхательной системы при различных значениях обьема и давления воздуха в легких путем создания ступенчато-возрастающего дозированнога 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 давления, усилители 7, 9 и 15, полосовые фильтры 8 и 10, аналого-цифровой преобразователь 11 с коммутатором, блок 12 управления и обработки данных, дыхательный мешок 13, фильтры 16 и 17 нижних частот, электромагнитный клапан 18, второй пневмотракт 19 и загубник 20.

Устройство работает гледующим образом, При определении характеристик механики дыхания с помощью генератора 1 и электромеханического преобразователя 2 создают пульсирующий поток воздуха, который. смешивается с естественным дыханием человека, и регистрируют комплексные параметры пульсирующей скорости потока и пульсирующего давления, установившегося в системе пневмотракт— легкие. Дыхание человека проходит через пневмотракт 3 в дыхательный мешок 13.

Пульсирующий поток содер>кит 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 гром- коговоритель, 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 пневмотахограммы с усилителя 7 подается на фильтр 17 нижних частот с частотой среза, равной 1,52 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 элекгромагнитного 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, Б первой фазе после подклю1651857

i чения испытуемого к пневмотракту 3 через загубник 20 в системе пневмотракта 3— легкие начинает возрастать статическое давление(фаза 1, на фиг. 2), которое измеряется блоком 12 через датчик 14 давленич, 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 анабилизации, в результате чего за счет периодического открывания и закрывания электромагнитного клапана 18 статическое давление в системе поддерживается в пределах Рст1 — Рст1 (фаза П на фиг. 2). При достижении заданного уровня давления rio 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 клапан 18 закрывается и статическое давление в системе начинает нарастать до нового заданного уровня Рс 2 (фаза И! на фиг 2), при достижении которого опять включают режим стабилизации давления и начинают вычислять параметры дыхания (фаза IV на фиг. 2).

Последнюю фазу измерений проводят на уро" íå Р >п, 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 атмосферйому.

Формула изобретения устройство для исследования дыхательной системы, содержащее первый пневмотракт с загубником, последовательно соединенные датчик скорости воздушного

45 по-ока, вход которого подключен к первому пневмотракту рядом с загубником, первый усилитель и первый полосовой фильтр; последовательно соединенные первый датчик давления, первый вход которого подключен к первому пневмотракту, второй усилитель и второй полосовай Фильтр, последовательно соединенные генератор электрических колебаний и электромеханический преобразователь, 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; о т л и ч à ю щ ее с я тем, что, с целью повышения то;ности 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:йервым и вторым пневмотрактами, 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 аналогоцифрового преобразователя с коммутатором, адресный вход которого подключен к первому выходу блока управления и обработки данных. второй вход которого соединен с входом управления электромагнитного клапана. t 651857

Составитель А.Фальцман

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M.Ìàêñèìèøèíåö

Редактор A.Ðåâèí

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1728 Тираж 456 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5