Устройство для исследования дыхательной системы

(72) А.И.Дьяченко, Г.Л.Нсарь ин и В.С.Слю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Мсйаезоп Е,О. ет а. РовопагМес)апсз Ьу Ярессга Апаузз о 1 Рогсеб Вапиров йозе. - ТЬе оцгпа о 1 С(иса пчезт 9 атоп, 1975, ч. 56, р, 1210-1230,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ(57) Устройство для исследования дыхательной системы, позволяет повысить точностьизмерения характеристик дыхательной,системы при использовании метода форсированных осцилляций - осцилляторногосопротивления, растяжимости, инерционности и др. Дыхательная система человекачерез загубник 20 связана с пневмотрактом3 (ПТ), который через дь)хательный 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 Б несет информацию о пульсациях скорости, воздушного потока, а второй - о ее среднем значении, Д 6 и 14 давления дают информа.цию о пульсирующем давлении и среднем давлении в системе. 2 ил,10 15 20 30 35 40 45 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 следующим образом,При определении характеристик механики дыхания с помощью генератора 1 и электромеханического преобразователя 2 создают пульсирующий потоквоздуха, 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 содержит 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 вэлектрические сигналы датчиком 5 скоростивоздушного потока и датчиком 6 давления. Эти сигналы усиливаются усилителями 7 и 9 соответственно и подаются на полосовыефильтры 8 и 10, имеющие полосу пропускания, равную 4 - 50 Гц, в результате чего подавляются частоты естественного дыханияи частоты выше верхней граничной частоты пульсаций, Кроме того, сигнал пневмотахограммы с усилителя 7 подается на фильтр 17нижних 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 открываниикоторого (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 входыаналого-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, В первой фазе после подклю 16518571 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 Рст 1 включают режим анабилизации, в результате чего за счет периодического открывания и закрывания электромагнитного клапана 18 статическое давление в системе поддерживается в пределах Рст 1 - Рст 1 (фаза И на фиг, 2), При достижении заданного уровня давления по команде с блока 12 управления и обработки данных происходит последовательный опрос входов АЦП 11, в результате чего в блок 12 поступает информация, позволяющая вычислить обьемы 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 уровнй Рст 2 (фаза И 1 на фиг 2), при достижении которого опять включают режим стабилизации давления и начинают вычислять параметры дыхания фаза В на фиг. 2).Последнюю фазу измерений проводят на уровне Ртп, 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 изобретен ияУстройство для исследования дыхательной системы, содержащее первый пневмотракт с загубником. последовательно соединенные датчик скорости воздушного 5 10 15 20 25 30 35 40 45 по ока, вход которого подключен к первому пневмотракту рядом с эагубником, 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 а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения то;ности измерения параметров дыхательной системы при различных значениях обьема и давления воздуха в легких, путем создания ступенчато-возрастающего дозированного давлений 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.1651857 стпст, лст Яст Я Рст,6 т,Составитель А,фальцмТехред М.Моргентал Редактор А.Ревин рректор М.Максимишинец оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 1728 Тираж 456 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5