Кардиореспираторное устройство контроля

 

Изобретение относится к портативной медицинскрой технике и предназначено для слежения за значениями пульса и частоты дыхания при физиологических исследованиях и тренировках самим исследуемым или спортсменом. Задачей изобретения является обеспечение автономного проведения физиологических исследований (тренировок) испытуемым или спортсменом путем проведения или оценки ситуации и принятия рещений на основе знания величин частот пульса и дыхания в любые моменты времени. Кардиораспираторное устройство контроля по одному из вариантов выполнения содержит контактные электроды 1, соединные с входами канала 2 выделения частоты пульса и канала 3 выделения частоты дыхания, выходы которых соединены с входами 4 и 5 блока 6 наблюдения за указанными параметрами. Вход 4 блока 6 является выходом первого управляемого формирователя 7 звуковой частоты, вход 5 блока 6 является выходом второго управляемого формирователя 8 звуковой частоты. Вход 9 первого формирователя 7 частоты соединен с неподвижным контактом 10 управляемого переключателя 11, а выход 12 второго формирователя 8 - с неподвижным контактом 13 этого переключателя. Выход 9 формирователя 7 соединен с входом делителя 14 частоты, выход 15 которого соединен с управляющим входом 16 переключателя 11 и с входом одновибратора 17. Подвижный контакт 18 управляемого переключателя 11 соединен с контактом 19 управляемого выключателем 20, управляющий вход 21 которого соединен с выходом одновибратора 17, а контакт 22 - с источником звука 23. 2 с. и. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к портативной медицинской технике и предназначено для слежения за значениями пульса и частоты дыхания при физиологических исследованиях и тренировках самим исследуемым или спортсменом.

Известно, что при физиологических исследованиях и тренировках спортсменов требуется совместная оценка изменения параметров пульса и дыхания для принятия решения и дальнейшем проведении эксперимента или изменении нагрузки. В ряде случаев такая оценка и принятие решения должны проводиться самим испытуемым или спортсменом для выполнения установленного задания.

Известно кардиореспираторное устройство контроля, содержащее датчики и блоки выделения сигналов сердца и дыхания, выходы которых соединены со входом устройства тревоги. Недостатком его является то, что оно обеспечивает только контроль выхода значений пульса и частоты дыхания за заданные пределы и не позволяет определить абсолютные значения этих величин в любой требуемый момент времени.

Наиболее близким к предложенному является каpдиореспираторное устройство контроля (реопневмографический преобразователь), содержащее канал выделения частоты пульса и канал выделения частоты дыхания, выходы которых соединены через радиотелеметрическую систему с регистраторами контролируемых величин. Недостатком прототипа является то, что при его использовании оценка и принятие решения о дальнейшем проведении испытаний (тренировки) могут проводиться только оператором в месте приема данных радиотелеметрии и требуется наличие обратного канала связи от оператора к испытуемому для передачи принятого решения. Сам испытуемый (спортсмен) без канала связи не имеет данных о величинах пульса и частоты дыхания. Это усложняет и удорожает систему, ограничивает возможности проведения автономных испытаний и тренировок самим спортсменом (испытателем).

Задачей изобретения является обеспечение автономного проведения физиологических исследований и тренировок самим испытуемым или спортсменом путем проведения ими оценки ситуации и принятия решений на основе знания величин частот пульса и дыхания в любые моменты времени.

Для решения поставленной задачи в кардиореспираторном устройстве контроля, содержащем канал выделения частоты пульса и канал выделения частоты дыхания, выходы которых соединены с входами блока наблюдения за указанными параметрами, в блок наблюдения за параметрами введены источник звука, управляемый выключатель, одновибратор, формирователь импульсов, управляемый переключатель и два управляемых формирователя звуковых частот, вход каждого из которых является одним из входов блока наблюдения за параметрами, выход одного из формирователей звуковых частот соединен с одним из неподвижных контактов управляемого переключателя, выход другого с другим неподвижным контактом этого переключателя, выход формирователя импульсов соединен с входом одновибратора и с управляющим входом управляемого переключателя, подвижный контакт которого соединен с одним из контактов управляемого выключателя, управляющий вход которого соединен с выходом одновибратора, а другой контакт с входом источника звука. Кроме того, указанное кардиореспираторное устройство контроля отличается тем, что формирователь импульсов выполнен в виде делителя частоты, а его вход соединен с выходом одного из формирователей звуковых частот.

В другом варианте в кардиореспираторном устройстве контроля, содержащем канал выделения частоты пульса и канал выделения частоты дыхания, выходы которых соединены с входами блока наблюдения за указанными параметрами, в блок наблюдения за параметрами введены источник звука, управляемый выключатель, одновибратор, формирователь импульсов, управляемый формирователь звуковых частот и управляемый переключатель, два неподвижных контакта которого являются входами блока наблюдения за параметрами, подвижный контакт соединен со входом формирователя звуковых частот, выход которого соединен с одним из контактов управляемого выключателя, выход формирователя импульсов соединен с управляющим входом управляемого переключателя и с входом одновибратора, выход которого соединен с управляющим входом управляемого выключателя, другой контакт которого соединен с входом источника звука.

В кардиореспираторное устройство контроля по любому из двух указанных вариантов введен трехпозиционный переключатель, на одном из неподвижных контактов которого имеется положительный, на другом отрицательный потенциал, а третий неподвижный контакт и подвижный контакт включены в цепь между выходом формирователя импульсов и управляющим входом управляемого переключателя.

В известное устройство введены известные сами по себе элементы (переключатели, одновибратор, формирователь импульсов, формирователи звуковых частот), соединенные неизвестным ранее образом, что свидетельствует о наличии новизны устройства.

Новая совокупность признаков обеспечивает звуковую сигнализацию поочередно о частотах пульса и дыхания с перерывом между ними и при одинаковой фиксированной продолжительности времени, в течение которого появляются звуковые сигналы того и другого параметра, различаемые по высоте звука. Подсчет числа модуляций (периодов) изменения высоты звука любого параметра в течение известного времени его появления, например, десяти секунд, позволяет определить абсолютную величину этого параметра.

Сигнализация устройством поочередно о величинах частот пульса и дыхания является новым техническим эффектом, получаемым при осуществлении изобретения. Этот технический эффект одинаково обеспечивается при использовании обоих указанных вариантов устройства, связанных таким образом единством изобретательского замысла.

На фиг. 1 показана блок-схема одного из вариантов устройства; на фиг. 2 схема другого варианта устройства; на фиг. 3 диаграммы напряжений на элементах схемы, где U_х напряжение на элементе блок-схемы с номером х, F₀' и F₀'' средние значения частот на выходах формирователей звуковых частот, F₂₃ частота звука источника звука 23 (44), t время.

В примере выполнения кардиореспираторного устройства контроля по первому варианту (фиг. 1), оно содержит контактные электроды 1, соединенные с входами канала 2 выделения частоты пульса и канала 3 выделения частоты дыхания, выходы которых соединены с входами 4 и 5 блока 6 наблюдения за указанными параметрами. Вход 4 блока 6 является входом первого управляемого формирователя 7 звуковой частоты, вход 5 блока 6 является входом второго управляемого формирователя 8 звуковой частоты. Выход 9 первого формирователя 7 частоты соединен с неподвижным контактом 10 управляемого переключателя 11, а выход 12 второго формирователя 8 с неподвижным контактом 13 этого переключателя. Выход 9 формирователя 7 соединен также с входом делителя 14 частоты, выход 15 которого соединен с управляющим входом 16 переключателя 11 и с входом одновибратора 17. Подвижный контакт 18 управляемого переключателя 11 соединен с контактом 19 управляемого выключателя 20, управляющий вход 21 которого соединен с выходом одновибратора 17, а контакт 22 с источником звука 23.

В другом варианте исполнения устройства (фиг. 2) блок 6 наблюдения за частотами пульса и дыхания содержит управляемый переключатель 24, неподвижный контакт 25 которого является входом 4 блока 6, а неподвижный контакт 26 входом 5 блока 6. Подвижный контакт 27 переключателя 24 соединен с входом 28 управляемого формирователя 29 звуковой частоты, выход 30 которого соединен с контактом 31 управляемого выключателя 32. Выход 34 формирователя импульсов 33 соединен с входом одновибратора 35 и с неподвижным контактом 36 переключателя 37. Подвижный контакт 38 переключателя 37 соединен с управляющим входом 39 переключателя 24, неподвижный контакт 40 с плюсом источника питания (не показан), а неподвижный контакт 41 с минусом источника питания. Выход одновибратора 35 соединен с управляющим входом 42 выключателя 32, другой контакт 43 которого соединен с источником звука 44.

Переключатель 37 может отсутствовать в схеме, приведенной на фиг. 2, тогда выход 34 формирователя импульсов 33 соединен непосредственно с управляющим входом 39 переключателя 24. С другой стороны, переключатель 37 может быть введен в схему устройства, показанную на фиг. 1, аналогично его расположению на фиг. 2, т.е. между выходом 15 делителя 14 частоты и управляющим входом 16 переключателя 11.

Каждый из управляемых формирователей 7, 8 и 29 звуковых частот является генератором частоты, модулируемой по угловому параметру амплитудой их входных сигналов. Формирователи 7, 8, 29 выполнены в виде управляемых мультивибраторов на транзисторах типа КТ-315. Среднее значение частоты повторения импульсов для формирователя 7 принято равным F₀'1489,5 Гц, для формирователя 8 F₀'' 444,7 Гц. Средняя частота формирователя 29 равна 1489,5 Гц при подключении его входа к каналу 2 выделения частоты пульса и 744,7 Гц при подключении к каналу 3 частоты дыхания. Это определяется имеющимся, как правило, различием комплексных выходных сопротивлений каналов 2 и 3, что учитывается при расчете входных цепей и параметров используемых формирователей частоты, определяющих значения их средних частот. При необходимости в выходную цепь каждого из каналов 2 и 3 может быть введена пассивная или активная схема коррекции выходного сопротивления (на чертеже не показано).

В первом варианте выполнения устройства, приведенном на фиг. 1, делитель 14 может быть подключен не к выходу 12 формирователя 8, а к выходу 9 формирователя 7 (на чертеже не показано). При этом меняется коэффициент деления делителя для обеспечения требуемой продолжительности действия (например 10 с) звукового сигнала каждого из измеряемых параметров (частота пульса или частота дыхания). Длительность паузы между звуковыми сигналами определяется длительностью импульса одновибраторов 17, 35 и выбирается равной, например, 1 с.

Кроме того, устройство по первому варианту (фиг. 1) может иметь вместо делителя частоты 14, вход которого соединен с выходом формирователя 7, формирователь импульсов (33), включенный, как показано на фиг. 2. Использование делителя частоты 14 по сравнению с формирователем импульсов 33 упрощает настройку, обеспечивает несколько меньшие габариты устройства.

В качестве канала 2 выделения частоты пульса может быть использован усилитель ЭКГ с полосой пропускания 7-22 Гц, а в качестве канала 3 выделения частоты дыхания реограф с полосой пропускания 0,1-3 Гц. Делитель частоты 14 выполнен на микросхеме типа 176ИЕ5, одновибраторы 17 и 35 на микросхеме 564ЛЕ5. Источником звука 23 (44) является, например, динамический громкоговоритель. Управляемые переключатели 11, 24 и управляемые выключатели 20 и 32 выполнены в виде КМОП ключей 176 или 564 серии. Формирователь импульсов 33 является автономным спусковым устройством, выполненным с использованием микросхем 564ЛЕ5.

Кардиореспираторное устройство контроля, выполненное по первому варианту (фиг. 1), работает следующим образом. При расположенных на исследуемом (спортсмене) контактных электродах 1 и включенном питании на выходе 4 канала 2 выделения частоты пульса действует напряжение U₄ (фиг. 3), частота положительных импульсов которого соответствует частоте пульса. На выходе 9 управляемого входным напряжением по частоте мультивибратора 7 действует импульсное напряжение U₉, повышение частоты импульсов которого происходит в периоды действия на входе мультивибратора положительных импульсов напряжения U₄. В паузах между положительными импульсами входного напряжения частота выходных импульсов мультивибратора 7 равна высокой (1489,5 Гц) средней частоте F₀'. При замкнутых контактах 10 и 18 управляемого переключателя 11 и замкнутых контактах 19, 22 управляемого выключателя 20 напряжение U₉ действует на входе источника звука, частота звучания F₂₉ которого меняется, как показано на диаграмме. Этот высокий звук с повышениями частоты характеризует частоту пульса. Абсолютное значение частоты пульса получают подсчетом числа повышенной частоты за заданный в схеме интервал звучания (10 с) с умножением на число 6.

На выходе 5 канала 3 выделения частоты дыхания действует напряжение U₅, частота колебаний которого соответствует частоте дыхания. При этом на выходе 12 управляемого мультивибратора 8 действует напряжение U₁₂, частота импульсов которого повторяет изменение амплитуды входного сигнала, изменяясь вокруг низкого (444,7 Гц) среднего значения F₀''. В случае, когда управляемый переключатель 11 будет иметь замкнутыми контакты 13 и 18, а управляемый выключатель 20 контакты 19 и 22, напряжение с выхода формирователя 8 попадает на источник звука 23 и он издает сигнал низкой частоты с повышениями частоты, соответствующими частоте дыхания. Абсолютное значение частоты дыхания получают также подсчетом числа повышений частоты за заданный в схеме интервал звучания (10 с) с умножением на число 6.

Интервалы звучания высокой и низкой частот и пауза между ними определяются работой делителя частоты 14 и одновибратора 17.

С приходом на вход делителя частоты 14 первого из импульсов напряжения U₉ на его выходе начинается импульс напряжения U₁₅ (фиг. 3). Частота деления подобрана так, что длительность импульса на выходе 15 делителя равна 11 с, а интервала между импульсами также 11 с. Во время действия на выходе делителя 14 импульса напряжения, поступающего на вход управляемого переключателя 20, переключатель замыкает контакты 10 и 18, а в паузах между импульсами замыкает контакты 13 и 18. На контакте 19 управляемого выключателя 20 при этом попеременно, в течение 11 с каждое, действуют напряжения то с формирователя звуковой частоты 7 (частота пульса), то с формирователя 8 (частота дыхания). В течение каждого из этих периодов времени с выхода одновибратора 17 на управляющий вход 21 выключателя 20 поступает положительный импульс напряжения U₁₇ длительностью 1 с, размыкая при этом контакты 19, 22 выключателя. Остальное время каждого из периодов (10 с) контакты 19, 22 выключателя замкнуты и сигналы звуковых частот поступают на источник звука 23. Полный вид изменения звучания на выходе кардиореспираторного устройства контроля показан на нижней диаграмме фиг. 3.

В варианте выполнения, показанном на фиг. 2, устройство работает аналогичным образом за исключением того, что формирователь импульсов 33 выдает последовательность импульсов, не синхpонизированную с выходом формирователя звуковой частоты, что имеет место в схеме на фиг. 1. Указанная синхронизация не обязательна, она вызвана в схеме на фиг. 1 только тем, что для получения импульсов длительностью 11 с используется делитель 14 частоты сигнала, взятого с выхода формирователя 7 звуковой частоты. На выходе формирователя импульсов 33 (фиг. 2) действует напряжение, аналогичное показанному на диаграмме U₁₅ фиг. 3. Это напряжение поступает на вход одновибратора 35, подающего на управляющий вход 42 выключателя 32 импульсы напряжения длительностью в 1 с для размыкания контактов 31, 43 этого выключателя, и через замкнутые в нормальном режиме контакты 36, 38 переключателя 37 на управляющий вход 39 переключателя 24 для подключения ко входу 28 формирователя 29 звуковой частоты поочередно с интервалом 11 секунд входов 4 или 5 блока 6, соответствующих выходам каналов 2, 3 выделения частоты пульса и частоты дыхания. Звуковой сигнал источника 44 аналогичен показанному на нижней диаграмме фиг. 3.

Если потребуется длительный контроль только одного из параметров (частоты дыхания или частоты пульса), то устройство работает следующим образом. При замыкании вручную переключателем 37 контактов 38 и 41 под действием отрицательного потенциала на управляющем входе 39 переключателя 24 замыкаются его контакты 26 и 27, так что на входе 28 формирователя 29 звуковой частоты постоянно действует сигнал с выхода канала 3 частоты дыхания. На выходе 30 формирователя 29 и на контакте 19 выключателя 32 постоянно действует сигнал, аналогичный сигналу U₁₂ (фиг. 3), характеризующий частоту дыхания. Под действием импульсов длительностью 11 с с выхода формирователя импульсов 33 одновибратор 35 импульсами с его выхода длительностью 1 с обеспечивает с помощью управляемого выключателя 32 прохождение на источник звука 44 звуковой частоты с формирователя 29 продолжительностью по 10 с с паузами 1 с. Т. е. постоянно контролируется только частота дыхания.

В случае замыкания контактов 38, 40 переключателя 37 действие на входе 39 управляемого переключателя 24 положительного напряжения обеспечивает замыкание его контактов 25, 27 и постоянную подачу на вход 28 формирователя 29 сигнала с выхода канала 2 выделения частоты пульса. На выходе 30 формирователя 29 будет действовать сигнал, аналогичный сигналу U₉ (фиг. 3) и при вышеуказанной работе формирователя импульсов 33, одновибратора 35 и управляемого выключателя 32 на источнике звука 44 формируются сигналы, отражающие частоту пульса, длительностью по 10 с с паузами по 1 с. Производится постоянный контроль частоты пульса.

Таким образом, предлагаемое изобретение решает поставленную задачу обеспечить автономное проведение физиологических исследований и тренировок самим испытуемым или спортсменом путем проведения ими оценки ситуации и принятия решений на основе знания величин частот пульса и дыхания в любые моменты времени.

Формула изобретения

1. КАРДИОРЕСПИРАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ, содержащее источник питания, канал выделения частоты пульса и канал выделения частоты дыхания, выходы которых соединены с входами блока наблюдения за параметрами, и включающее в себя формирователь импульсов и индикатор, отличающееся тем, что в блок наблюдения за параметрами введены управляемый выключатель, одновибратор, управляемый переключатель и два управляемых формирователя звуковых частот, вход каждого из которых является одним из входов блока наблюдения за параметрами, выход одного из формирователей соединен с одним из подвижных контактов управляемого переключателя, выход другого - с другим подвижным контактом этого переключателя, выход формирователя импульсов соединен с входом одновибратора и управляющим входом управляемого переключателя, неподвижный контакт которого соединен с одним из контактов управляемого выключателя, управляющий вход которого соединен с выходом одновибратора, а другой контакт - с входом индикатора, выполненного звуковым.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что формирователь импульсов выполнен в виде делителя частоты, а его вход соединен с выходом одного из формирователей звуковых частот.

3. Кардиореспираторное устройство контроля, содержащее канал выделения частоты пульса и канал выделения частоты дыхания, выходы которых соединены с входами блока наблюдения за параметрами, включающего в себя формирователь импульсов и индикатор, отличающееся тем, что в блок наблюдения за параметрами введены управляемый выключатель, одновибратор, управляемый формирователь звуковых частот и управляемый переключатель, два подвижных контакта которого являются входами блока наблюдения за параметрами, неподвижный контакт соединен с входом формирователя звуковых частот, выход которого соединен с одним из контактов управляемого выключателя, выход формирователя импульсов соединен с управляющим входом управляемого переключателя и входом одновибратора, выход которого соединен с управляющим входом управляемого выключателя, другой контакт которого соединен с индикатором, выполненным звуковым.

4. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что в блок наблюдения за параметрами введен трехпозиционный переключатель, к одному из подвижных контактов которого подключен положительный выход источника питания, а к другому - отрицательный, при этом третий подвижный контакт и неподвижный контакт включены между выходом формирователя импульсов и управляющим входом управляемого переключателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3