Стимулятор дыхания

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1255) 51

А1 (50 4 А 61 N 1/36

<4 л (I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3876867/28-14 (22) 05.04.85 (46) 07.09.86. Бюл. Н- 33 (71) Отделение Всесоюзного научноисследовательского института электромеханики (72) В.И.Глухов (53) 615.475(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1215165, кл. Н 03 К 3/04, 1983. (54) (5 7) СТИМУЛЯТОР ДЫХАНИЯ, содержащий последовательно соединенные вычитающий счетчик, схему сравнения и первую схему И, первый суммирующий счетчик, выходы которого подключены к входам схемы сравнения, и делитель частоты, вход которого соединен с входом вычитающего счетчика, другой вход которого подключен к выходу схемы сравнения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения вентиляции легких путем автоматического изменения частоты и длительности пачки,электростимулов, он снабжен последовательно соединенными датчиком дыхания, второй схемой И, вторым суммирующим счетчиком, запоминающим устройством, мультиплексором и RSтриггером, 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 вывход — с вторым входом RS-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 счетчика, а также усилителем мощности, вход которого подключен к выходу первой схемы И, причем выход делителя частоты соединен с мультиплексором, второй вход Т-триггера подключен к выходу первого суммирующего счетчика, а выход — к входу схемы сравнения..1255151

Изобретения относится к медицине, а именно к стимуляторам .дыхания.

Цель изобретения — улучшения вентиляции легких путем автоматического изменения частоты и длитель- 5 ности пачки электростимулов.

На фиг. 1 изображена структурная схема стимулятора дыхания; на фиг. 2— график закона изменения частоты импульсов. 10

Устройство содержит первый счетчик 1, вычитающий счетчик 2, делитель

3 частоты, схему 4 сравнения, первую схему И 5, датчик 6 дыхания, вторую схему И 7, схему 8 задержки, второй 15 суммирующий счетчик 9, запоминающее устройство 10, мультиплексор 11, инвертор 12, RS-триггер 13, третью схему И 14, Т-триггер 15 и усилитель

16 мощности. 20

Стимулятор дыхания работает следующим образом.

На выходе датчика 6 дыхания формируются положительные импульсы, длительность которых равна длитель- 25 ности вдоха пациента (pàò÷èê фиксирует скорость потока вдыхаемого воздуха).

Предположим, что в исходном состоянии на выходе датчика 6 дыхания зо присутствует логический "0" (соответствует выдоху пациента), который запрещает прохождение сигнала через первую схему И 5. На выходе устройства 17 присутствует состояние логи" ческого "0" и стимуляция дыхания отсутствует. На выходе запоминающего устройства 10 записан двоичный код, соответствующий длительности предыдущего вдоха пациента, который от- 4О крывает один из ключей К мультиплек-! сора 11. Через данный открытый ключ один из выходов делителя 3 частоты подключен к S-входу RS-триггера 13 и на его выходе формируется импульсная последовательность с периодом

Т, равным Т = = х Кд; (1), где

1 (У э

Р. — эталонная частота; Кд, — коэффициент пересчета делителя 3 из нулевого состояния íà его выходах до состояния логической "1" на выходе, подключенного к открытому к данный момент ключу К мультиплексора 11.

Поскольку открытый ключ К, мульти- 55 плексора 11 определяется кодом на выходе запоминающего устройства 10, который, в свою очередь, определяется длительностью предыдущего вдоха то К определяется длительностью предыдущего вдоха К

= м.7„„ 1, 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 К1 и кончая

К, например, счетчик Джонсона.

Формирование импульсной последовательности на выходе КЯ-триггера 13 осуществляется следующим образом, I

Импульсы эталонной частоты F 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

1 поступает на S-вход RS-триггера 13 (при этом на его R-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 Sвход RS-триггера 13 поступает сигнал логического "0", который не изменяет его выходного состояния, тем самым обеспечивается "надежное" обнуление выходов делителя .3 частоты. Отрицательным перепадом импульса эталонной частоты F (логическим "0"), который, инвертируясь, поступает Hà R-выход

RS-триггера 13, выход RS-триггера 13 устанавливается в состояние логического "0" и разрешает работу делителя 3 частоты. Таким образом,на выходе RS-триггера 13 формируются импульсы с периодом, определяемым формулой (1) и длительностью, равной длительности положительных импульсов эталонной частоты F . На прямом выходе

Т-триггера 15 присутствует сигнал логической "1", так как на входе установки единицы (входе S) - сигнал логического "0", а на выходах первого суммирующего счетчика 1 присутствует

f255 з сигнал логического "0", так как на его входе установки нуля (R-входе) сигнал логического "0". С появлением сигнала логической "1" на выходе датчика 6 дыхания, что соотвеТствует началу вдоха, на выход первой схемы

И 5 поступают импульсы с выхода схемы 4 сравнения, которые, формируясь по длительности и усиливаясь по амплитуде в усилителе 16 мощности, пос- fp тупают на выход устройства и вызывают сокращение диафрагмы посредством воздействия через электроды непосредственно на диафрагму или диафрагмальные нервы. f5

Рассмотрим формирование импульсов на выходе схемы 4 сравнения.

Логическая "1" с выхода датчика 6 дыхания, поступая на R-вход первого .суммирующего счетчика 1 и на S-вход . 2о

Т-триггера 15, разрешает их работу.

На вход вычитания въ|читающего счетчика 2 .с входа эталонной частоты устройства непрерывно поступает последовательность импульсов эталонной 25 частоты следования и каждый импульс вызывает уменьшение кода на его выходах, а на вход сложения первого суммирующего счетчика 1 непрерывно поступает последовательность нмпуль- 511 сов с частотой следования в коэффициент К ; меньшей эталонной частоты с выхода RS-триггера 13 и каждый импульс вызывает увеличение кода на его выходах. Коды на выходах пер- З вого суммирующего счетчика 1 с логической "1" на выходе Т-триггера 15 сравниваются поразрядно с кодами на выходах вычитающего счетчика 2 схе-. мой 4 сравнения и при совпадении ко- 4О дов на выходе схемы 4 сравнения появляется логическая "1", которая по входу установки вычитающего счетчика 2 устанавливает на его выходах начальный код и выход схемы 4 сравнения возвращается в исходное состояние логического "0", формируя тем самым положительный импульс.

Следующее совпадение кодов на выходах IIepsoro суммирующего счетчика 1 50 и на выходах вычитающего счетчика 2 вызывает появление на выходе схемы 4 сравнения положительного импульса и т.д.

В качестве счетчиков 1 и 2 исполь-55 зуются двоичные счетчики, работающие в режиме сложения и вычитания. Так как код на выходах первого суммиру— начальный код на выходах вычитающего счетчика 2.

Длительность изменения частоты следования импульсов на выходе схемы 4 сравнения „ „ определяется длительностью присутствия логической "1" на выходе Т-триггера 15 и равна гда К ноч Выч

1 аг F э

О-1 2h 1 х 2 = - — — х

XIX где и — число разрядов вычитающего счетчика 2.!

5! 4 ющего 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 f 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 выходе 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 тв ческого 0 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 f остается л постоянной и равна

12 Выбором коэффициента м можно регулировать длительность нарастания частоты импульсов в пачке. Наиболее аптимальным значением м, моделирующим физиологический вдох, является,значение

F м. = - и тогда, подставляя в формулу (2), получаем

0» „, g>

По 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 логического

0" (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 S-выход Т-триггера 15, устанавливает era 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 закону„показанному на фиг. 2.

55151

Ь

На графике показан случай, когда длительность текущего вдоха больше предыдущего. Для того, чтобы последующий за длительным вдохом искус5 ственный вдох моделировался близким к естественному, максимальная величина длительности предыдущей пачки импульсов, записывающаяся в запоминающее устройство 10, ограничивается величиной приблизительно 1.5 с, хотя значение ее может быть значительно большим. Значения f„ и f„ сохраняются при изменении длительности пачки и равны:

15 F

К - + нач - апач. Ьы ч.

2 и

К апач. ьыч.

20 где К

eau g — код установленный в

% исходном состоянии схемы на выходе суммирующего п-разрядного счетчика.

25 Пачка формируется строго по потребности вдоха и закон изменения частоты следования импульсов в пачке моделирует требуемую скорость потока газа при вдохе. Эти условия позволяQQ ют моделировать искусственный вдох, максимально приближенный к естественному, не вызывая при этом физиологических неудобств у больного и усталости, стимулирующих диафрагмальных нервов или диафрагмы.

1255151 цего /дока

Cf а его АЬха

Составитель Б. Попов

Редактор О. ПатрУшева Техред Л.Сердюкова Корректор Т. Колб

Тирах 660

Заказ 4739!5

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ухгород, ул. Проектная. 4