Барокамера для медицинских исследований

 

Использование: медицинская техника, в частности устройства и измерительная аппаратура медицинских барокамер. Сущность изобретения: предлагаемая барокамера для медицинских исследований позволяет в условиях ограниченного объема выполнять физические упражнения, осуществлять оценку влияния положения объекта при автоматизированном контроле его состояния и автоматизированном управлении работой барокамеры. 3 п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а точнее к устройствам и измерительной аппаратуре медицинских барокамер индивидуального пользования, например, применяемых при проведении сеансов оксигенобаротерапии в лечебных и исследовательских целях.

Известны медицинские барокамеры для индивидуального лечения кислородом или его смесью с другими газами, содержащие специальную аппаратуру и установленный на тележке корпус для размещения пациента с подвижными элементами, например входным люком, откидным колпаком или подъемным корпусом. Указанные подвижные элементы снабжены поворотными механизмами с приводами перемещения, например, выполненными в виде пневматических цилиндров, соединенных с источниками подачи сжатого воздуха. Наличие подвижных механизмов обеспечивает повышение удобств эксплуатации при размещении пациента внутри барокамеры /1,2/.

К недостаткам указанных барокамер следует отнести резко ограниченные возможности перемещения пациента внутри барокамеры во время сеанса, отсутствие практических возможностей проведения в ней физических упражнений, их строгого нормирования, введение активных нормируемых физико-терапевтических нагрузок, например, при оценке устойчивости пациента к баротерапии, контроля за состоянием и положением пациента, с учетом изменения параметров состава и давления газа.

Известна барокамера для оценки и профилактики токсического действия кислорода при оксигенобаротерапии, содержащая герметичный корпус с входным люком и смотровыми окнами, платформу для размещения биологического объекта, пульт управления, систему регулирования с исполнительными органами, источником газовой среды, вентилями для ее впуска и выпуска, регуляторами расхода и состава газа, измерительную систему для регистрации среды в барокамере и состояния объекта с датчиками физиологических параметров, закрепленных на нем /3/.

Недостатками барокамеры являются невозможность осуществления нормируемых двигательно-физических воздействий на объект в условиях ограниченного объема барокамеры и переменных параметров атмосферы, невозможность контроля за положением объекта, производимой работой, отклика на эти воздействия и автоматического управления всей системой в целом, с учетом осуществляемых воздействий.

Исходя из решаемой задачи и конкретной реализации за прототип рассматриваемого технического решения была выбрана барокамера, содержащая герметичный цилиндрический корпус с входным люком, смотровыми окнами и направляющими, платформу для размещения биологического объекта, систему регулирования микроклимата и давления с исполнительными органами, включенными в измерительную систему с датчиками регистрации параметров газовой среды и контроля физиологических параметров исследуемого объекта, и блок управления с программно-вычислительным устройством /4/.

Основными недостатками известной барокамеры являются ограничение возможностей осуществления нормируемых физический воздействий, изменения положения объекта, его наклона или возвратно-поступательных движений, отсутствие контроля за положением объекта, производимой работой, реакцией объекта на перемещения и воздействия, отсутствие автоматического управления всей системой в целом.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно расширение функциональных возможностей устройства за счет нормируемого воспроизведения различных физических и двигательных упражнений, оценки влияния положения объекта и его изменения в условиях ограниченного объема барокамеры и переменных параметров атмосферы при постоянном контроле за состоянием биологического объекта и работой барокамеры. Указанная цель достигается тем, что в барокамере направляющие расположены на нижней внутренней поверхности корпуса во взаимно перпендикулярных направлениях, платформа выполнена в виде двух шарнирно соединенных створок, каждая из которых связана с приводом перемещения и снабжена датчиком углового положения и перемещения, платформа расположена на основании, установленном с возможностью перемещения по направляющим посредством задатчика перемещения и взаимодействия с датчиками положения, при этом подвижные элементы платформы и основания снабжены ограничителями перемещения и фиксаторами, а на внутренней поверхности корпуса барокамеры установлены поручни для взаимодействия с объектом. Кроме этого, платформа соединена с корпусом барокамеры упругой связью, выполненной с возможностью отсоединения и снабженной измерителем силы ее нагружения, подключенным к входу вычислительного устройства, а барокамера снабжена источниками световой и звуковой сигнализации, расположенными внутри барокамеры и на пульте блока управления, а также их контактными переключателями, расположенными на поручнях.

Таким образом, предлагаемая барокамера для медицинских исследований позволяет в условиях ограниченного объема выполнять нормируемые физические и двигательные упражнения, осуществлять оценку влияние положения объекта при автоматизированном контроле его состояния и автоматизированном управлении работой барокамеры.

Изобретение поясняется чертежами и схемами.

На фиг. 1 изображен общий вид барокамеры для медицинских исследований, продольный разрез (в варианте индивидуального использования для человека); на фиг. 2 показано сечение А-А фиг.1; на фиг.3 сечение Б-Б фиг.1; на фиг.4 показан вариант реализации системы регулирования газовой среды с рядом исполнительных и управляющих органов; на фиг.5 доказан вариант реализации схемы измерения и управления (комплексная схема).

Рассматриваемый вариант индивидуальной барокамеры для медицинских исследований содержит герметичный цилиндрический корпус 1, выполненный, например, из металла, с входным откидным люком 2 сферической формы и смотровыми окнами 3 для наблюдения за пациентом (не показан). Внутри барокамеры имеется подвижная платформа 4, выполненная с подвижным основанием 5, например, в виде жесткого цилиндрического сегмента, установленного в корпусе 1 на опорные ролики 6, и с опорным ложем, например, состоящим из продольных направляющих (показаны условно), закрепленных на основании 5, и верхней подвижной части 7 стола, непосредственно предназначенной для размещения пациента.

Верхняя часть 7 стола состоит из двух плоских створок 8, связанных между собой в области крепления к раме или основанию 5 петлевым шарниром 9. При этом каждая створка 8 опирается на полозья и опоры толкателей задатчиков 10 вертикальных перемещений, что обеспечивает свободу независимого подъема и поворота створок вокруг горизонтальной оси шарнира 9. В исходном положении обе створки могут быть зафиксированы при расположении в одной плоскости. В свою очередь опорные, например, шариковые ролики 6 подвижного основания 5 установлены в барокамере в поперечных направляющих 11, выполненных, например, в виде неглубоких прямолинейных канавок (пазов) на внутренней нижней части корпуса 1, что обеспечивает поперечное (с наклоном) перемещение платформы 4. Таким образом, верхняя часть стола 7 с пациентом может совершать сложные перемещения с несколькими степенями свободы. Для обеспечения поперечных вынужденных перемещений основания 5 имеются задатчики 12 поперечных перемещений. Задатчики 10 и 12 перемещений могут быть, например, выполнены в виде надувных сильфонных камер или пневмоцилиндров, рабочие полости которых связаны через подводящие трубопроводы и управляющие пневмоустройства с источниками давления (см. далее). Для дополнительной фиксации верхней части 7 стола (с пациентом) относительно корпуса 1 в заданном положении и ограничения одной или нескольких степеней свободы предусмотрено наличие ряда стопоров (фиксаторов) 13, например, выполненных в виде тормозных накладок, взаимодействующих с роликами 6, шарнирами 9, толкателями задатчиков 10 и 12 перемещений, управляемых непосредственно или дистанционно, типа ручного тормоза. Общее число и выполнение фиксаторов 13, как и задатчиков перемещений, определяется конкретно для каждого исполнения барокамеры.

Для контроля перемещений и определения текущего положения платформы 4 и верхней части стола 7 имеется несколько датчиков 14 углового положения и датчиков 15 перемещения, подключенных к общей измерительной системе. Для фиксации и определения положения пациента в процессе проведения баропроцедуры и физических упражнений на платформе 4 имеются привязные ремни кресельного типа (не показаны), Для измерения физиологических параметров и текущего состояния пациента в барокамере имеется набор датчиков 1 физиологических параметров ( например, электроды для снятия электрокардиограммы и электроэнцефалограммы, датчики для измерения частоты пульса и частоты дыхания, датчик фотоплетизмограммы и другие). Причем сами датчики имеют приспособления для закрепления их на пациенте и гибкие изолированные электрические выходы на измерительную аппаратуру, находящуюся вне камеры (обобщенно показаны на фиг.5). Конкретный перечень датчиков зависит от условий комплектации, конкретных условий и требований медицинского персонала.

Для обеспечения возможности проведения статических физических упражнений в условиях барокамеры и их нормирования предусмотрено наличие съемной упругой связи 17 платформы 4 с корпусом 1, выполненной, например, в виде тарированной пружины растяжения-сжатия, снабженной измерителем 18 силы. При этом, для удобства эксплуатации, сам измеритель 18 силы может быть установлен на внешней части барокамеры и подключен к общей измерительной системе, а ручной съем показаний и определение усилий может быть осуществлен пациентом по перемещению платформы и растяжению или сжатию тарированной пружины.

Внутри барокамеры также закреплены на корпусе 1 двухсторонние поручни 19, источники 20 и 21 звуковой и световой сигнализации, соответственно, контактные гермопереключатели 22 управления и сигнализации, расположенные на поручнях.

Для управления работой всех основных элементов барокамеры и регулирования параметров газовой среды предусмотрена комплексная система регулирования с исполнительными органами, один из вариантов которой представлен на схеме (фиг.4). Система регулирования содержит один или несколько источников 23 газовой среды (в общем случае баллоны, генераторы, компрессоры, вакуум-аппараты), магистральные трубопроводы 24, установленные на них регулировочные вентили 25 впуска и выпуска газа, редукторы 26, дроссели 27 (регуляторы расхода), электропневмоклапаны 28 и другие исполнительные органы, управляемые вручную или дистанционно. Для автоматического регулирования и поддержания необходимого состава, давления и расхода газа в системе предусмотрен блок 29 регулирования. Для визуального контроля за режимом работы барокамеры предусмотрен ряд индикаторных приборов и датчиков, например манометры 30.

Для регистрации и контроля технических и физиологических характеристик барокамера снабжена комплексной измерительной системой с пультом управления 31 и центральным программно-вычислительным устройством 32 (ПВУ), выполненным по типу мини-ЭВМ с общим информационно-управляющим блоком 33 (шиной) ввода-вывода, содержащим многоканальный информационный вход для ввода разнообразной информации и многоканальный управляющий вывод для выдачи команд на исполнительные органы и блоки системы.

Помимо набора датчиков 16 физиологических параметров пациента (биологического объекта) к блоку 33 ПВУ 32 подключены выходы датчиков 34 характеристик среды в барокамере (датчиков физических параметров, например давления, температуры, влажности), датчиков 14 и 15 положения и перемещения элементов подвижной платформы 4, измерителя 18 силы, выходы параллельных цепей с гермопереключателей 22 управления и сигнализации, с источников 20 и 21 звуковой и световой сигнализации, а при необходимости и с ряда других исполнительных органов. При этом большинство датчиков и сигнализаторов подключены к блоку 33 ПВУ через нормирующие усилители 35 и преобразователи 36 для обеспечения единства уровня входных сигналов.

Для возможности контроля за ходом процесса на пульт 31 управления может быть вынесен, помимо общего дисплейного устройства, ряд контрольных приборов 37 и дополнительных сигнализаторов 38 и 39 звуковой и световой сигнализации, соответственно, сблокированных с источниками 20 и 21.

При проведении разнообразных медицинских исследований с биологическими объектами, например при проведении опытов с животными, барокамера может быть оборудована и снабжена и другими средствами контроля и управления.

Барокамера работает следующим образом.

Перед проведением баросеанса заранее уточняют его программу и объем медицинских измерений, проверяют готовность барокамеры и работу исполнительных органов, особенно связанных с безопасностью системы и пациента. Данные о готовности работы системы заносятся в журнал.

В ЭВМ (ПВУ) вводятся программные данные, установка о программе данного сеанса, управляющие характеристики для штатного и внештатного (аварийного) режима работы. На пульте 31 проверяют работу системы измерения и контроля.

При этом верхняя подвижная часть стола 7 находится в исходном выдвинутом из барокамеры положении и, как правило, зафиксирована в плоском состоянии. Пациент ложится на верхнюю часть стола, на нем устанавливают и закрепляют необходимые датчики 16 физиологических параметров, подключают их к измерительной системе и проверяют работу. Для проведения физических упражнений пациент фиксирует себя привязными ремнями. После проведения подготовительных работ верхнюю часть стола 7 по продольным направляющим 11 устанавливают в барокамеру до рабочего расположения. Затем закрепляют на платформе 4 свободный конец упругой связи 17, устанавливая исходное нулевое значение на измерителе силы 18. Далее закрывают люк 2. Система готова к работе.

Программно с пульта 31 обеспечивают выход на заданный режим, контролируя воспроизведение заданных параметров и работу систем визуально и автоматически. Для оценки подготовки пациента к баропроцедуре при безопасных параметрах атмосферы в барокамере проверяют его состояние, контролируя текущие параметры физиологических сигналов и сравнивая их с допустимыми.

Особенность данной барокамеры является возможность задания различных внешних нагрузок и перемещений в процессе сеанса, их строгое нормирование и управление. Так по команде системы после расфиксации необходимых стопоров 13 и подачи команды на задатчики 10 и 12 перемещений может быть произведено плавное перемещение элементов платформы 4 по нескольким степеням свободы. Например, может быть воспроизведен режим продольных и поперечных покачиваний с заданной частотой и амплитудой, подъем головы и опускание ног на заданный угол и другие перемещения. Любое положение платформы может быть зафиксировано. По отклику и изменению физиологических параметров можно судить о состоянии пациента, его индивидуальной переносимости данного режима в барокамере. Кроме этого может быть исследовано влияние активной нагрузки и физических упражнений на пациента, платформа 4, как правило, зафиксирована в плоском горизонтальном положении (оперта на раму, створки 8 зафиксированы шарниром 9). Пациент ложится на верхнюю часть 7 стола и, при предполагаемом проведении физических упражнений, фиксирует себя привязными ремнями. При этом положение пациента относительно пластин 8 может быть измерено и эти данные вводятся в ПЭВМ в качестве расчетных для дальнейшего определения текущих координат при изменении положения частей платформы 4. Затем на пациенте устанавливают и закрепляют необходимые датчики 16 физиологических параметров, подключают их к измерительной системе (через герметизированные разъемы) и проверяют работу.

После проведения необходимого цикла подготовительных работ платформу 4 по продольным направляющим 11 (или полу камеры) вкатывают в барокамеру, например, до пересечения роликами 6 поперечных направляющих. Далее закрепляют на платформе 4 свободный конец упругой связи 17 (например, с помощью рычага) и устанавливают исходное нулевое значение на измерителях перемещения 15 и силы 18. Затем закрывают люк 2 и включают систему жизнеобеспечения, подав команду на исполнительные органы системы регулирования. Система готова к работе.

Далее программно с пульта 31 обеспечивают выход системы на заданный режим, контролируя воспроизведение заданных параметров и работу систем визуально и автоматически. Для оценки подготовки пациента к баропроцедуре при безопасных параметрах атмосферы в барокамере проверяют его состояние, контролируя текущие значения физиологических параметров и сравнивая их с допустимыми и исходными.

Особенностью данной барокамеры является и возможность задания различных внешних нагрузок и перемещений в процессе сеанса, их строгое нормирование и управление. Так по команде системы после расфиксации необходимых стопоров 13 и подачи команды на задатчики 10 и 12 перемещений может быть произведено плавное перемещение элементов платформы 4 по нескольким степеням свободы. Например, может быть воспроизведен режим продольных и поперечных покачиваний с заданной частотой и амплитудой, изменение взаимного положения головы и ног, их опускание и подъем на заданный угол и другие перемещения. Любое положение платформы 4 может бить определено и зафиксировано. Зная положение частей платформы, может быть определено и положение пациентов. При этом по отклику и изменению физиологических параметров можно судить о текущем состоянии пациента, его индивидуальной переносимости данного режима в барокамере.

Например, при определении влияния индивидуальной переносимости баропроцедур и оптимизации их параметров, последовательно производят периодические наклоны верхней части 7 платформы на один и тот же угол при различных, ступенчато изменяемых значениях давления и состава газа в барокамере. Аналогичные операции производят и при оценке профессиональной пригодности человека для работы в сложных условиях. При этом, например, при относительном опускании и подъеме головы относительно положения ног при их, соответственно, подъеме и опускании, что имеет место при движении створок 8 в противоположном вертикальном направлении, управляемых задатчиками 10 перемещений, имеет место изменение ряда параметров кровообращения и других. Степень этих изменений во многом зависит от состояния здоровья и тренированности пациента, чувствительности вестибулярного аппарата, и может служить для относительной оценки влияния параметров баропроцедуры на человека, степени его профессиональной пригодности. В отличие от применения активной ортостатической нагрузки, при самостоятельном изменении положения тела пациентом, вариант с пассивным ортостазом методически более совершенен, так как позволяет более строго нормировать перемещения и исключает влияние напряжения скелетных мышц на венозный возврат, позволяет измерять, кроме артериального давления и пульса, другие параметры гемодинамики, например ударный объем сердца, упругость сосудов и другие. Независимость частей составной подвижной системы платформы 4 позволяет осуществлять и более сложные перемещения, например при оценке чувствительности вестибулярного аппарата. При начальном выборе допустимых параметров баропроцедуры осуществляемые перемещения и нагрузки минимальны и увеличиваются по мере испытаний с учетом состояния пациента. В дальнейшем в качестве рекомендуемых могут быть названы параметры баровоздействий, вызывающие наибольшие положительные или минимальные отрицательные реакции организма, что определяется по полученным зависимостям с помощью ПЭВМ.

Дистанционность управлений процессом позволяет постоянно следить за ходом процесса, как непосредственно через смотровые окна 3, так и на экране ЭВМ с пульта 31, по программе изменять позу пациента в диапазоне углов наклона до 70^o, ограниченных размерами барокамеры, обеспечивая положения лежа и сидя. Имеется возможность автоматически производить работу задатчиков перемещения 10 за счет их упругости при изменении давления и перепада давления в барокамере и сильфонных камерах задатчиков 10 перемещений.

В режиме активной ортостатической и физической нагрузки пациент при отпущенных стопорах 13, упираясь ногами о корпус барокамеры или взявшись руками за поручни 19, создает определенную физическую нагрузку, которая передается упругой связи 17 и платформе 4, смещая ее относительно исходного положения. Измерение величин смещения, силы и времени воздействия, с учетом наличия в ЭВМ данных предварительных тарировок, позволяет оперативно рассчитывать текущие и интегральные значения произведенной работы, нагрузку мышечной системы, определять относительные изменения физиологических параметров при этом. Относительные значения отклика дают возможность с помощью вычислительных программ определять реакцию организма на указанные нормируемые воздействия, например при одних и тех же перемещениях пациента, произведенной работе, но разных параметрах давления и состава газа в барокамере. При этом циклы активной и пассивной нагрузки могут чередоваться.

Кроме этого, наличие звуковой и световой сигнализации, а также наличие гермопереключателей на поручнях 19 позволяет с помощью ЭВМ и тестовых программ изучать изменение реакции пациента на различные сигналы и команды, осуществлять связь с ним. При этом сигналы с переключателей 19 автоматически сообщаются на пульт 31 (дублируются) и в ПЭВМ, которая фиксирует время и характер ответов, сопоставляет полученные данные с другими данными о состоянии пациента. Существует и ряд других возможностей применения данной барокамеры.

По окончанию сеанса система регулирования возвращает параметры атмосферы в барокамере к нормальным и сообщает оператору о завершении программы. Оператор, убедившись визуально и по прибором в нормализации атмосферы, открывает входной люк 2, отсоединяет упругую связь 17, освобождает фиксаторы роликов 6 (при необходимости) и выкатывает платформу 4 с пациентом из барокамеры. Далее оператор помогает снять с пациента датчики 16 физиологических параметров, после чего заносит данные об окончании сеанса в журнал и производит распечатку машинных результатов испытаний.

Данная барокамера позволяет проводить аналогичные и более сложные испытания и на животных, которых предварительно помещают в специальную клетку.

В целом данная барокамера существенно расширяет возможности медицинских исследований, осуществляемых как при научных исследованиях, так и при лечении ряда заболеваний, а также при профессиональном отборе летчиков, водолазов, шахтеров, высотников и других специалистов.

Формула изобретения

1. Барокамера для медицинских исследований, содержащая герметичный цилиндрический корпус с входным люком, смотровыми окнами и направляющими, платформу для размещения биологического объекта, систему регулирования микроклимата и давления с исполнительными органами, включенными в измерительную систему с датчиками регистрации параметров газовой среды и контроля физиологических параметров исследуемого объекта, и блок управления с программновычислительным устройством, отличающаяся тем, что направляющие расположены на нижней внутренней поверхности корпуса во взаимно перпендикулярных направлениях, платформа выполнена в виде двух шарнирно соединенных створок, каждая из которых связана с приводом перемещения и снабжена датчиком углового положения и перемещения, платформа расположена на основании, установленном с возможностью перемещения по направляющим посредством задатчика перемещения и взаимодействия с датчиками положения, при этом подвижные элементы платформы и основания снабжены ограничителями перемещения и фиксаторами, а на внутренней поверхности корпуса барокамеры установлены поручни для взаимодействия с объектом.

2. Барокамера по п. 1, отличающаяся тем, что платформа соединена с корпусом барокамеры упругой связью, выполненной с возможностью отсоединения и снабженной измерителем силы ее нагружения, подключенным к входу вычислительного устройства.

3. Барокамера по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена источниками световой и звуковой сигнализации, расположенными внутри барокамеры и на пульте блока управления, а также их контактными переключателями, расположенными на поручнях.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5