Стимулятор дыхания

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) 111) 51 А 51)4 Аб ОБРЕТЕНИ ТВУ(21) 38 (22) 05 (46) 07 (71) От исследо о ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВИ 7686 7/28-14.09.86. Бюл. В 33деление Всесоюзного научивательского института эле механики(56) Авторское свидетельство СССРМф 1215165, кл. Н 03 К 3/04, 1983.(54)(57) СТИМУЛЯТОР ДЫХАНИЯ, содержащий последовательно соединенныевычитающий счетчик, схему сравненияи первую схему И, первый суммирующийсчетчик, выходы которого подключенык входам схемы сравнения, и делительчастоты, вход которого соединен свходом вычитающего счетчика, другойвход которого подключен к выходусхемы сравнения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшениявентиляции легких путем автоматического изменения частоты и длительностипачки,электростимулов, он снабженпоследовательно соединенными датчиком дыхания, второй схемой И, вторым суммирующим счетчиком, запоминающим устройством, мультиплексором и КЯ- триггером, выход которого подключен к второму входу делителя частоты и входу первого суммирующего счетчика, последовательно соединенными Т-триггером и третьей схемой И, выход которой подключен к второму входу первого суммирующего счетчика, инвертором, вход которого соединен с вторым входом второй схемы И и входом делителя частоты, а его вы" вход - с вторым входом КБ-триггера, схемой задержки, вход которой подключен к выходу датчика дыхания, управляющему входу запоминающего устройства и вторым входам Т-триггера, первой и третьей схем И, а выход - к второму входу второго суммирующего ее счетчика, а также усилителем мощности, вход которого подключен к выходу первой схемы И, причем выход делителя частоты соединен с мультиплексором, второй вход Т-триггера М подключен к выходу первого суммиру аЛ ющего счетчика, а выход - к входуф схемы сравнения. аЮСйИзобретения относится к медицине,а именно к стимуляторам .дыхания.Цель изобретения - улучшениявентиляции легких путем автоматического изменения частоты и длительности пачки электростимулов.На фиг. 1 изображена структурнаясхема стимулятора дыхания; на фиг, 2 -график закона изменения частоты импульсов, 1 ОУстройство содержит первый счетчик 1, вычитающий счетчик 2, делительЭ частоты, схему 4 сравнения, первуюсхему И 5, датчик б дыхания, вторуюсхему И 7, схему 8 задержки, второй 15суммирующий счетчик 9, запоминающееустройство 10, мультиплексор 11, инвертор 12, КБ-триггер 13, третьюсхему И 14, Т-триггер 15 и усилитель16 мощности. 20Стимулятор дыхания работает следующим образом,На выходе датчика 6 дыхания формируются положительные импульсы,длительность которых равна длительности вдоха пациента (датчик Фиксирует скорость потока вдыхаемого воздуха).Предположим, что в исходном состоянии на выходе датчика 6 дыхания з 0присутствует логический "0" (соответствует выдоху пациента), которыйзапрещает прохождение сигнала черезпервую схему И 5. На выходе устройства 17 присутствует состояние логи"ческого "О" и стимуляция дыхания отсутствует, На выходе запоминающегоустройства 10 записан двоичный код,соответствующий длительности предыдущего вдоха пациента, который открывает один из ключей К мультиплексора 11. Через данный открытый ключодин из выходов делителя 3 частотыподключен к Б-входу КБ-триггера 13и на его выходе формируется импульсная последовательность с периодомТ, равным Т = = х Кд, (1), где1УэР. - эталонная частота; Кд, - коэффициент пересчета делителя 3 из нулевого состояния на его выходах досостояния логической "1" на выходе,подключенного к открытому к данныймомент ключу К мультиплексора 11.Поскольку открытый ключ К, мультиплексора 11 определяется кодом навыходе запоминающего устройства 10,который, в свою очередь, определяется длительностью предыдущего вдохато К определяется длительностью предыдущего вдоха К= м, где м - коэФфициент преобразования длительности вдоха в коэффициент деления 3 частоты - веЛичина постоянная, имеющая единицу измерения 1/с. Постоянство,коэффициента м достигается за счет выбора в качестве делителя 3 частоты счетчика с линейным изменением коэффициента пересчета из нулевого состояния в состояние логической "1" при поочередном открывании ключей мультиплексора 11, начиная с К 1 и кончая К, например, счетчик Джонсона.Формирование импульсной последовательности на выходе КБ-триггера 13 осуществляется следующим образом,Импульсы эталонной частоты Р непрерывно поступают на тактовый вход делителя 3 частоты и положительным перепадом изменяют с течением времени состояние на его выходах, а именно логическая 1 поочередно появляется от разряда к разряду, начиная с младшего. При появлении логической "1" на выходе подключенного к открытому ключу К. мультиплексора 11 она поступает на Б-вход КБ-триггера 13 (при этом на его К-входе через инвертор 12 поступает сигнал логического 0), устанавливает его выход в состояние логической "1", которая устанавливает в нулевое состояние выходы делителя 3 частоты и на Б- вход КЯ-триггера 13 поступает сигнал логического "О", который не изменяет его выходного состояния, тем самым обеспечивается "надежное" обнуление выходов делителя .3 частоты. Отрицательным перепадом импульса эталонной частоты Г (логическим "0"), который, инвертируясь, поступает на К-выход КБ-триггера 13, выход КБ-триггера 13 устанавливается в состояние логического "О" и разрешает работу делителя 3 частоты. Таким образом,на выходе КБ-триггера 13 формируются импульсы с периодом, определяемым формулой (1) и длительностью, равной длительности положительных импульсов эталонной частоты Г . На прямом выходе Т-триггера 15 присутствует сигнал логической "1", так как на входе установки единицы (входе Б) - сигнал логического "0", а на выходах первого суммирующего счетчика 1 присутствует1255 В качестве счетчиков 1 и 2 исполь зуются двоичные счетчики, работающиев режиме сложения и вычитания. Таккак код на выходах первого суммиру 3сигнал логического "О", так как наего входе установки нуля (К-входе)сигнал логического "0". С появлениемсигнала логической "1" на выходе датчика 6 дыхания, что соотвеТствуетначалу вдоха, на выход первой схемыИ 5 поступают импульсы с выхода схемы 4 сравнения, которые, формируясьпо длительности и усиливаясь по амплитуде в усилителе 16 мощности, пос Отупают на выход устройства и вызывают сокращение диафрагмы посредствомвоздействия через электроды непосредственно на диафрагму или диафрагмальные нервы. 15Рассмотрим формирование импульсовна выходе схемы 4 сравнения,Логическая "1" с выхода датчика 6дыхания, поступая на К-вход первого-На вход вычитания въчитающегосчетчика 2 .с входа эталонной частотыустройства непрерывно поступает пос"ледовательность импульсов эталонной 25частоты следования и каждый импульсвызывает уменьшение кода на его выходах, а на вход сложения первогосуммирующего счетчика 1 непрерывнопоступает последовательность нмпуль- Зрсов с частотой следования в коэффициент К , меньшей эталонной частотыс выхода КБ-триггера 13 и каждыйимпульс вызывает увеличение кодана его выходах. Коды на выходах пер- Звого суммирующего счетчика 1 с логической "1" на выходе Т-триггера 15сравниваются поразрядно с кодами навыходах вычитающего счетчика 2 схе-.мой 4 сравнения и при совпадении ко Одов на выходе схемы 4 сравнения появляется логическая "1", которая повходу установки вычитающего счетчика 2 устанавливает на его выходахначальный код и выход схемы 4 сравнения возвращается в исходное состояние логического "О", формируятем самым положительный импульс.Следующее совпадение кодов на выходах первого суммирующего счетчика 1 50и на выходах вычитающего счетчика 2вызывает появление на выходе схемы 4сравнения положительного импульсаи т.д.2 .юКЭапач . бьч.- начальный ког, навыходах вычитающего счетчика 2.Длительность изменения частоты следования импульсов на выходе схемы 4 сравнения сопределяется длительностью присутствия логической "1" на выходе Т-триггера 15 и равна гда Кнач.сыч Ь х 2Р аг р эхмх где и - число разрядов вычитающего счетчика 2. 151 4ющего счетчика 1 увеличивается, а код на выходах вычитающего счетчика 2 уменьшается, причем со скоростью в К, большей, то время, за которое происходит изменение кода на выходах .вычитающего счетчика 2 от начального состояния до момента совпадения с кодом на выходах первого суммирующего счетчика 1, уменьшается от совпадения к совпадению, т.е. частота импульсов на выходе схемы 4 сравнения увеличивается от импульса к импульсу по линейно-ступенчатому закону, так как скорости изменения кодов на выходах первого суммирующего счетчика 1 и вычитающего счетчика 2 постоянны.Т-триггер 15 работает в режиме сложения совместно с первым сумми.рующим счетчиком 1 и они вместе составляют и-разрядный суммирующий счетчик, причем выход Т-триггера 15 представляет собой старший и-й разряд. При появлении логического "0" на вьпсоде Т-триггера 15, что соответ ствует состоянию логического .0" на всех разрядах первого суммирующего счетчика 1, он поступает через третью схему И 14 на вход установки нуля первого суммирующего счетчика 1, подтверждая тем самым состояние логиИ 1 фческого О на его выходах и запрещая его работу, т.е, изменение кода на его выходе. На всех выходах п-разрядного суммирующего счетчика таким образом присутствует логическая "1" и частота формируемых импульсов на выходе схемы 4 сравнения Г остаетсяь постоянной и равнаРм. = -" и тогда, подставляя в л а Формулу (2), получаем- 0,5 аПо окончании положительного импульса на выходе датчика дыхания (соответствует окончанию вдоха пациента) на вход первой схемы И 5 поступает сигнал логического "0" и на выходе устройства появляется сигнал логического0" (стжчуляция отсутствует). Отрицательным перепадом код с выходов второго суммирующего счетчика 9, соответствующий длительности текущего вдоха, записывается в запоминающее устройство 10, и через задержку, определяемую схемой 8 задержки, выходы второго суммирующего счетчика 9 устанавливаются в состояние логического "О". Логический "0", поступая на Б-выход Т-триггера 15, устанавливает его выход в состояние логической "1" и схема возвращается в исходное состояние,Таким образом, на выходе устройства формируется пачка импульсов с изменением частоты импульсов в пачке по законупоказанному на Фиг. 2.12 Выбором коэФФициента м можно регулировать длительность нарастания частоты импульсов в пачке, Наиболее оптимальным значением м, моделирующим Физиологический вдох, является,зна- чение 55151ЬНа графике показан случай, когдадлительность текущего вдоха большепредыдущего. Лля того, чтобы последующий за длительным вдохом искусственный вдох моделировался близкимк естественному, максимальная величина длительности предыдущей пачкиимпульсов, записывающаяся в запоминающее устройство 10, ограничиваетсявеличиной приблизительно 1.5 с,хотя значение ее может быть значительно большим. Значения й и Есохраняются при изменении длительности пачки и равны:15Гнач с. апач. Вы ч. Г 2.К апач. ьыч.20 где Кчач- код установленный в%исходном состояниисхемы на выходе суммирующего п-разрядногосчетчика,25 Пачка формируется строго по потребности вдоха и закон изменениячастоты следования импульсов в пачкемоделирует требуемую скорость потокагаза при вдохе. Эти условия позволяЗО ют моделировать искусственный вдох,максимально приближенный к естественному, не вызывая при этом физиологических неудобств у больного иусталости, стимулирующих диафрагмальных нервов или диафрагмы.1255151 щего АЬх Составитель Б, ПоповТехред Л. Сердюкова Корректор Т. Кол Патрушева едакт аказ 4739 5 Тирах 6 одписно ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4 ектная, 4 роиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ухгор