Барокамера для медицинских исследований

 

Использование: медицинская техника, в частности устройства и измерительная аппаратура барокамер, применяемых для проведения сеансов оксигенобаротерапии и других исследовательских работ. Сущность изобретения: предлагается барокамера для медицинских исследований, содержащая герметичный корпус с установленной в нем платформой для размещения пациента. Барокамера содержит системы регулирования микроклимата и давления, измерительную систему для контроля параметров газовой среды и физиологических показателей пациента, а также центральный пульт управления с программно-вычислительным устройством. Особенностью предлагаемой барокамеры является подвижная установка плоской платформы на дугообразное основание с возможностью ее наклона и выдвижения, наличие датчиков наклона, устройства нагружения платформы с тягами управления. Причем устройство нагружения позволяет регулировать жесткость и углы наклона платформы как самим пациентом, так и персоналом, находящимся вне барокамеры. Пациент имеет возможность проводить различные физические упражнения с нормируемым усилием; при этом в режиме постоянного мониторинга производится замер параметров атмосферы, физиологических показателей, текущая и интегральная оценка влияния физических упражнений и воздействия переменных параметров атмосферы, а также положения пациента. Барокамера позволяет использовать ее и при проведении исследований над животными. 6 п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а точнее к устройствам и измерительной аппаратуре барокамер, например, применяемых для проведения сеансов оксигенобаротерапии и других исследовательских работ.

Известны медицинские барокамеры индивидуального пользования, содержащие герметичный корпус с входным люком, смотровыми окнами и лежаком для размещения пациента, причем кроме специальной аппаратуры для поддержания заданных давления и состава среды, имеется специальное устройство для поворота корпуса барокамеры на заданный угол /1/.

К недостаткам указанных барокамер следует отнести невозможность проведения в них нормируемых физических упражнений и перемещений, измеряемых дистанционно, а также необходимость подъема всего корпуса барокамеры при наклонах.

Известна также барокамера для исследований, содержащая, в том числе, герметичный корпус с входным люком и смотровыми окнами, установленную в нем подвижную платформу для размещения биологического объекта, систему регулирования микроклимата и давления с исполнительными органами, измерительную систему для регистрации параметров газовой среды, контроля за работой исполнительных показателей исследуемого объекта с размещенными на нем датчиками, и пульт управления, подключенный к элементам системы регулирования и измерения /2/.

Недостатком данной барокамеры является ограничение возможностей, связанных с изучением влияния ортостаза, неприспособленность для проведения сеансов баротерапии с человеком, сложность конструкции.

В качестве прототипа принята барокамера, содержащая, в том числе, герметичный корпус с входным люком и смотровыми окнами, платформу для размещения биологического объекта, установленную с возможностью перемещения на основании вдоль продольной оси корпуса, 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 /3/.

Недостатком данной камеры является ограничение возможностей изучения влияния ортостаза и нагрузок на состояние биологического объекта при проведении сеансов баротерапии.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет воспроизведения нормируемых нагрузок и ортстатистических перемещений человека в условиях ограниченного объема барокамеры и предварительной оценки влияния баропроцедур на состояние объекта исследования, а также повышение удобств эксплуатации.

Указанная цель достигается тем, что в барокамере основание платформы установлено в корпусе на дугообразных опорах и снабжено устройством нагружения и наклона и датчиком углового перемещения, включенным в измерительную систему, а платформа снабжена приводом осевого перемещения, содержащим не менее чем пару опорных катков, установленных на выдвижных опорах.

Кроме этого, предусмотрено, что устройство нагружения и наклона платформы выполнено в виде балансировочного груза, установленного с возможностью продольного перемещения и фиксации по направляющей, закрепленной на основании вдоль платформы или в виде расположенных по обе стороны относительно продольной оси корпуса поворотных рычагов, каждый из которых закреплен в промежуточной опоре, шарнирно и герметично установленной в корпусе барокамеры, при этом конец рычага, расположенный в полости барокамеры посредством тяги соединен с платформой, а размещенный за пределами корпуса конец рычага снабжен мерным грузом и фиксатором углового поворота относительно регулировочной шкалы. Также предусмотрено, что она снабжена поручнями, закрепленными на внутренней поверхности корпуса барокамеры.

Для проведения исследований над животными на платформе дополнительно расположена клетка, выполненная в виде туннеля, соизмеримого с туловищем животного и установленного с возможностью перемещения по продольным направляющим.

Таким образом, данная барокамера при ограниченных размерах позволяет размещать пациента или иной биологический объект как в горизонтальном, так и в наклонном положении, и при этом регулировать угол наклона, измеряя его текущее значение. При этом пациент, взявшись за поручни и прилагая определенное усилие, способен сам изменять положение платформы, совершая при этом определенную работу, которая может быть измерена. Таким образом, предлагаемая барокамера при относительно небольших переделках по сравнению с существующими позволяет значительно расширить их возможности.

Изобретение поясняется чертежами и схемами.

На фиг. 1 изображен общий вид барокамеры для медицинских исследований, продольный разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 вариант выполнения выдвижных катков и балансировочного груза; на фиг.4 вариант реализации системы регулирования газовой среды с исполнительными органами; на фиг.5 вариант реализации схемы измерения и управления с программно-вычислительным устройством типа ЭВМ.

Барокамера для медицинских исследований содержит герметичный, например, цилиндрический корпус 1, выполненный из металла, с входным откидным люком 2 сферической формы и смотровыми окнами 3 для наблюдения за пациентом (не показан). Внутри барокамеры имеется платформа 4, выполненная в виде лежака прямоугольной формы с дугообразными опорами 5 в продольном, а возможно и поперечном, направлениях. Для выдвижения платформы 4 из барокамеры предусмотрены опорные катки 6, например, телескопического или рычажного типа, с элементами управления их выдвижения (не показаны). В частности, такие выдвижные элементы могут быть выполнены в виде пневмоцилиндров 7, которые автоматически выдвигают катки 6 при изменении давления в барокамере и, следовательно, в полостях пневмоцилиндров, которые также могут быть соединены и с системой подачи газа.

Для опирания пациента при наклонах предусмотрены поручни, закрепленные на внутренней поверхности корпуса 1 и на платформе 4, а также, возможно, опоры для ног 9, выполненные в виде небольшого упора. Для наклона и регулировки положения платформы предусмотрены балансировочный груз 10, который может перемещаться вручную или за счет привода по продольной штанге 11, закрепленной на основании 5, а также тяги 12 нагружения, которые могут быть внизу шарнирно прикреплены к краям платформы 4 и вверху соединены с поворотными рычагами 13 передачи усилий. Каждый из поворотных рычагов 13 шарнирно закреплен на промежуточных герметичных шаровых опорах 14, установленных в корпусе 1 барокамеры. При этом один из концов рычага 13 связан с тягой 12, а другой выведен за пределы барокамеры и соединен, например, с мерным грузом заданной массы.

Для дистанционного измерения угла наклона платформы 4 на ней установлен, по крайней мере, один датчик 15 угла наклона. В случае жестких тяг 12 и рычагов 13 такие датчики могут быть установлены на них, контролируя по их положению угол наклона платформы 4. Для измерения физиологических параметров на платформе 4 могут находиться датчики 16 физиологических параметров, например датчики для измерения частоты пульса, электроды для снятия электрокардиограммы и другие. Такие датчики должны входить в комплект барокамеры и иметь специальные приспособления для их закрепления на пациенте, а также гибкие изолированные электрические выходы на измерительную аппаратуру, находящуюся вне барокамеры. Конкретный перечень таких датчиков определяется требованиями медиков и условиями комплектации и эксплуатации.

Для измерений усилий и фиксации платформы 4 при заданном угле наклона на внешней стороне корпуса барокамеры могут быть установлены дугообразные кронштейны 17 со шкалами 16 угла поворота и фиксаторами 19 положения. На внешних частях рычагов 13 могут быть установлены ручки для удобства их поворота, а шкалы 18 могут быть оборудованы и дистанционными датчиками поворота. Кроме этого, внутри барокамеры могут быть установлены источники 20 и 21 звуковой и световой сигнализации, а также контактные гермопереключатели 22 управления и сигнализации, расположенные преимущественно 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 изображен на схеме (фиг.4). Система регулирования содержит один или несколько источников 23 газовой среды (баллоны с газом для дыхания, компрессоры и др.), магистральные трубопроводы 24, установленные на них регулировочные вентили 25 впуска и выпуска газа, редукторы 26, дроссели 27 (регуляторы расхода), электропневмоклапаны 26 и другие исполнительные органы, управляемые вручную или дистанционно. Для автоматического регулирования расхода и состава газа, поддержания заданного давления 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 характеристик систем и физиологических параметров пациента барокамера снабжена измерительной системой с пультом управления 31 и центральным программно-вычислительным устройством 32 (ПВУ или ЭВМ) с общей информационно-управляющей шиной 33 ввода-вывода. В качестве ПВУ может быть использована персональная ЭВМ, например, типа PC/AT 286/287 с аналоговым и цифровым входами, с накопителем на магнитных дисках и принтером, при этом помимо датчиков 16 физиологических параметров к блоку 33, например, могут быть подключены датчики 34 характеристик среды в барокамере, датчики 15 угла наклона платформы, выходы цепей гермопереключателей 22 управления и сигнализации, источников 20 и 21 звуковой и световой сигнализации и других по необходимости. Для приведения сигналов к единому уровню и виду в системе предусмотрены нормирующие усилители 35 и преобразователи 36. На пульте управления помимо дисплейного устройства 37 могут быть установлены дополнительные синхронизаторы и сигнализаторы 38 и 39 звуковой и световой сигнальной системы, сблокированные с источниками 20 и 21, а также накопитель 40 на магнитных дисках и принтер 41.

Следует отметить, что вышеназванные приборы и устройства указаны в описании только как пример реализации барокамеры, которые могут иметь и иные схемы. Существенными следует считать лишь совокупность элементов и связей, указанных в формуле, необходимых и достаточных для решения поставленной задачи.

В этом плане следует отметить возможность данной барокамеры производить исследования с животными, например с собаками. При этом существенной доработки барокамеры не требуется. Необходимо лишь установить на платформе 4 специальную клетку 42 туннельного типа. Клетка 42 должна быть выполнена под размер животного, плотно (с небольшим прижимом) прилегая к нему, и может быть установлена подвижно в продольных направляющих по направлению возможного наклона. Непосредственно на клетке может находится, например, ошейник с необходимыми датчиками 16 и другие датчики. При проведении исследований над животными значительная часть аппаратуры может быть изменена или отсутствовать.

Барокамера работает следующим образом.

При проведении баросеанса с человеком (пациентом) особое внимание уделяют безопасности работы всех систем и состоянию здоровья пациента. До проведения сеанса уточняют его программу, объем медицинских измерений, мероприятия в тех или иных прогнозируемых ситуациях, включая аварийные. При управлении с помощью ЭВМ все эти данные вводят в нее, проверяют готовность систем и программного обеспечения к работе.

В исходном состоянии платформа 4 выдвинута из барокамеры и находится на катках 6, опущенных до необходимого уровня, например, с помощью пневмоцилиндров 7. На пациенте в положении стоя или лежа на платформе 4 закрепляют необходимые датчики 16 и подключают их к ПВУ 32. В положении лежа проверяют надежность закрепления датчиков на пациенте и их работу с помощью ЭВМ, а также, возможно, и датчика 15 угла наклона в зависимости от его типа. Затем платформу с пациентом на катках 6 как тележку (возможно двухколесную) вкатывают в барокамеру. Далее убирают катки 6 с помощью пневмоцилиндров 7, убирают кабели и проводку в отведенные для этого места, натягивают тяги 12, например, с помощью рычагов 13, приводя платформу 4 в горизонтальное положение, устанавливают показания датчиков на ЭВМ, устанавливают нулевое положение отчета на шкале 18. Затем при необходимости перемещают балансировочный груз 10, устанавливая примерно равновесное положение или перераспределяя нагрузку на тяги 12 в заданном отношении. Закрывают люк 2 и включают с помощью ПВУ 32 системы барокамеры для работы по заданной программе. Одновременно оператор ведет визуальный контроль за пациентом через окна 3 и с пульта 31.

При необходимости изменения положения пациента это возможно осуществить несколькими путями. В основном варианте наклон осуществляет оператор вручную. Для этого он освобождает все фиксаторы 19 положения и с помощью рычагов 13 в зависимости от их числа и расположения (возможно от 1 до 4 по углам или по осям платформы 4) изменяет положение платформы 4 на заданный угол, контролируя его по шкале 18 или с пульта. После определенной выдержки этот угол может быть изменен в обратном порядке.

При ручном задании угла наклона самим пациентом указанное производят при освобожденных фиксаторах 19 за счет подтягивания пациента на поручнях 8 с одновременным приложением определенных усилий. Эти усилия могут быть предварительно оценены путем расположения на платформе груза 10 или иного до достижения заданного угла. Информация об угле наклона, затрачиваемых пациентом усилиях, времени воздействия, параметрах давления и состава атмосферы, изменениях физиологических показателей пациента поступает с датчиков в ПВУ 32, где оперативно обрабатывается. Исходя из результатов обработки и проведенных расчетов, программа испытаний может подвергаться коррекции. При закрепленных фиксаторах 19 платформа установлена неподвижно, однако физические усилия пациента могут быть определены и при этом, например, с помощью тензодатчиков, закрепленных на тягах 12 (не показаны).

В другом варианте для задания определенной нагрузки к рычагам 13 может быть прикреплен мерный груз заданной массы. Тогда при отпущенных фиксаторах 19 на платформу 4 действует известное, определенное расположением и общей массой груза, усилие, которое и предлагается преодолевать пациенту, например, взявшись за поручни 8 и толкая платформу 4, возвращая ее в исходное состояние. По величине мерного груза, значениях угла наклона, продолжительности воздействия, текущих параметрах атмосферы и изменению физиологических параметров пациента можно судить о степени подготовленности и его состоянии, что существенно, например, при отборе летчиков, водолазов, альпинистов и других. Такие физические упражнения могут производиться и пациентом, одетым в специальное снаряжение, например противоперегрузочный костюм летчиков.

Возможен вариант, при котором платформа 4 поднята с помощью рычагов 13 над уровнем пола барокамеры и находится в подвешенном маятниковом состоянии, что обеспечивает возможность ее свободного покачивания и наклона.

Переход к обычному стационарному состоянию платформы также не вызывает сложностей. Для этого необходимо лишь выдвинуть подвижные катки 6, например с помощью пневмоцилиндров 7, и зафиксировать платформу с помощью винтовых фиксаторов 19.

По окончанию программы сеанса и его прекращению ПВУ 32 сообщает об этом оператору и подает сигнал о возможности открытия люка, что связано с работой ряда датчиков системы регулирования и контроля за работой исполнительных органов, а также подтверждением равенства давления вне и внутри барокамеры. После открытия люка 2 выдвигают катки 6, отпуская тяги 12, устанавливают при необходимости трап (не показан), приподнимают (в двухкатковом варианте) передний край платформы 4 и выкатывают ее вместе с пациентом из барокамеры, устанавливая затем неподвижно на опоры. Затем снимают с пациента датчики 16 и помогают ему встать. Сеанс окончен. После этого производится необходимая машинная обработка всех результатов и их распечатка.

При экспериментах на животных общий порядок работ примерно сохраняется. Особенностями является содержание животного в клетке и специфика задания физических нагрузок на животное. Для удобства крепления датчиков и стабилизации положения животного клетку 42 выполняют в виде туннеля, расположенного в направлении возможного наклона, и закрепляют на платформе 4. Например, возможен следующий вариант выполнения клетки и ее крепления. Клетку 42 выполняют под размер животного с плотным прилеганием по ширине и небольшим запасом по длине, закрепляя в продольных направляющих с возможностью движения по направлению возможного наклона. При проверке пустая клетка должна свободно скользить вверх-вниз при наклонах платформы 4 в пределах, ограниченных упорами. Животное, например собаку, помещают в клетку стоя с возможным дополнительным креплением ошейником к верхней части клетки. На нем размещают необходимые физиологические датчики, устанавливают платформу 4 с клеткой 42 в барокамере и закрывают люк 2, включив необходимые системы.

В процессе сеанса платформу 4 наклоняют на заданный угол путем поднятия части платформы со стороны головы животного. Это заставляет клетку 42 с животным скользить по направляющим вниз, животное стремиться сохранить заданное положение, затрачивая на это определенное усилие. Одновременно животное проявляет определенное беспокойство. Все указанные изменения приводят и к изменению физиологических параметров, которые регистрируются. При дальнейшем подъеме передней части платформы клетка 42 под действием веса животного и собственного веса скользит вниз до упора, занимая крайнее положение. После этого угол наклона уменьшают до заданного, а животному подают команду или показывают корм, находящийся спереди, что заставляет животное подниматься вверх, двигая клетку и преодолевая сопротивление. Затраченная работа может быть определена, как и изменение физиологических параметров, связанное с этим. При достижении верхней точки параметры атмосферы в барокамере могут быть изменены, передняя часть платформы вновь поднята, клетка при этом возвращена на исходную нижнюю позицию и эксперимент повторен уже при новых параметрах атмосферы. Таким образом, например, можно моделировать в условиях барокамеры подъем животного на "гору". Возможны и другие виды исследований.

В целом, данная барокамера существенно расширяет возможности проведения в ней научных работ, а также вполне пригодна для проведения обычных сеансов баротерапии в специальных условиях и с возможностью выполнения пациентом нормируемых физических нагрузок в условиях индивидуальной барокамеры минимального объема, при незначительных ее доработках. Предполагается предложить данную разработку научным организациям для ее использования.

Формула изобретения

1. Барокамера для медицинских исследований, содержащая герметичный корпус с входным люком и смотровыми окнами, платформу для размещения биологического объекта, установленную с возможностью перемещении на основании вдоль продольной оси корпуса, 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, отличающаяся тем, что основание установлено в корпусе на дугообразных опорах и снабжено устройством нагружения и наклона и датчиком углового перемещения, включенным в измерительную систему, а платформа снабжена приводом осевого перемещения, содержащим не менее чем пару опорных катков, установленных на выдвижных опорах.

2. Барокамера по п.1, отличающаяся тем, что устройство нагружения и наклона платформы выполнено в виде балансировочного груза, установленного с возможностью продольного перемещения и фиксации по направляющей, закрепленной на основании вдоль платформы.

3. Барокамера по п.1, отличающаяся тем, что устройство нагружения и наклона платформы выполнено в виде расположенных по обе стороны относительно продольной оси корпуса поворотных рычагов, каждый из которых закреплен в промежуточной опоре, шарнирно и герметично установленной в корпусе барокамеры, при этом конец рычага, расположенный в полости барокамеры, посредством тяги соединен с платформой, а размещенный за пределами корпуса конец рычага снабжен мерным грузом и фиксатором углового поворота относительно регулировочной шкалы.

4. Барокамера по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена поручнями, закрепленными на внутренней поверхности корпуса барокамеры.

5. Барокамера по п.1, отличающаяся тем, что на платформе дополнительно расположена клетка, выполненная в виде туннеля, соизмеримого с туловищем животного, и установленная с возможностью перемещения по продольным направляющим.

РИСУНКИ

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