Устройство для адаптивного контроля за дыханием и сердечными сокращениями

 

Устройство для адаптивного контроля за дыханием и сердечными сокращениями содержит последовательно соединенные датчик 1 сигнала сердечных сокращений, блок 2 выделения сигнала частоты сердечных сокращений, блок 6 измерения параметров частоты сердечных сокращений, индикатор, задатчик 10 длительности фаз дыхательного цикла. Блок 6 измерения параметров частоты сердечных сокращений выполнен в виде последовательно соединенных счетного триггера 7, управляемого генератора 8 и реверсивного счетчика 9. При этом задатчик 10 длительности фаз дыхательного цикла содержит задающий генератор 11, коммутатор 12, счетчик 14 импульсов, задатчик 13 коэффициента пересчета. Индикатор 15 включает в себя блок индикации текущих значений частоты сердечных сокращений, блок 17 индикации фазы вдоха, блок 18 индикации паузы после вдоха, блок 19 индикации фазы выдоха и блок 20 индикации паузы после выдоха. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области медицины, а именно к устройствам для лечения больных с нарушениями деятельности дыхательной и сердечно-сосудистой систем и может быть использовано в клиниках, поликлиниках, санаториях и др. лечебно-профилактических учреждениях, а также на дому в качестве тренажера для коррекции вегетативных функций организма.

Наиболее близким является устройство для контроля за дыханием и сердечными сокращениями по патенту США N 4580575, 1986. Это известное устройство, принятое за прототип настоящего изобретения, включает датчик сигнала сердечных сокращений, одновременно несущий информацию о дыхании, блок выделения сигнала частоты сердечных сокращений, блок измерения параметров частоты сердечных сокращений и индикатор. Недостатком прототипа является отсутствие возможности направленно задавать пациенту ритм дыхания или подстраивать ритм дыхания под внутренние физиологические потребности организма, управляющие функцией дыхания. У пациента отсутствует возможность самоконтроля за правильностью выполнения дыхательных упражнений и для адаптивного регулирования функции дыхания требуется присутствие врача или методиста.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи обеспечения пациента информацией в реальном времени о требуемом ритме дыхания (длительность вдоха, выдоха, паузы) для самоконтроля при выполнении дыхательных упражнений по принципу БОС с целью повышения эффективности лечения и снижения нагрузки на медперсонал во время процедур. Согласно изобретению это достигается тем, что в устройство для контроля за дыханием и сердечными сокращениями, содержащее датчик сигнала сердечных сокращений, блок выделения сигнала частоты сердечных сокращений, блок измерения параметров частоты сердечных сокращений и индикатор, введен задатчик длительности фаз дыхательного цикла, выход которого соединен со вторым входом индикатора, а вход синхронизации с выходом блока выделения сигнала частоты сердечных сокращений.

Блок измерения параметров частоты сердечных сокращений может быть выполнен в виде последовательно соединенных счетного триггера, управляемого генератора и реверсивного счетчика.

Задатчик длительности фаз дыхательного цикла содержит задающий генератор, соединенный через коммутатор с первым входом счетчика импульсов, ко второму входу которого подключен задатчик коэффициента пересчета, причем второй вход коммутатора соединен с входом синхронизации задатчика длительности фаз дыхательного цикла.

Индикатор содержит блок индикации текущих значений частоты сердечных сокращений, подключенный к первому входу индикатора, а также блок индикации фазы вдоха, блок индикации паузы после вдоха, блок индикации фазы выдоха и блок индикации паузы после выдоха, входы которых соединены со вторым входом индикатора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена блок-схема варианта реализации устройства. Блок-схема включает: датчик 1 сигнала сердечных сокращений, блок 2 выделения сигнала частоты сердечных сокращений, содержащий блок 3 усилителей, пороговое устройство 4 и формирователь 5 импульсов, блок 6 измерения параметров частоты сердечных сокращений, содержащий счетный триггер 7, управляемый генератор 8 и реверсивный счетчик 9, задатчик 10 длительности фаз дыхательного цикла, содержащий задающий генератор 11, коммутатор 12, задатчик 13 коэффициента пересчета, счетчик 14 импульсов, включающий 4 разряда (С1-С4), индикатор 15, содержащий блок 16 индикации текущих значений частоты сердечных сокращений, блок 17 индикации фазы вдоха, блок 18 индикации паузы после вдоха, блок 19 индикации фазы выдоха и блок 20 индикации паузы после выдоха.

Устройство работает следующим образом. Сигнал сердечных сокращений от датчика 1, установленного на теле пациента, поступает на блок 2 выделения сигнала частоты сердечных сокращений, где в блоке 3 усилителей происходит его усиление, затем при помощи порогового устройства 4 (например, триггер Шмитта) полезный сигнал отделяется от помех и запускает формирователь импульсов 5, например, одновибратор. Таким образом, на выходе блока 2 выделения сигнала частоты сердечных сокращений появляются импульсы с частотой следования, равной частоте сердечных сокращений пациента. Эти импульсы поступают на вход блока 6 измерения параметров частоты сердечных сокращений, где каждый очередной импульс меняет состояние выхода счетного триггера 7 на противоположное, вызывая появление пачек тактовых импульсов на выходе управляемого генератора 8. Частота тактовых импульсов подобрана таким образом, что к моменту окончания каждой пачки состояние реверсивного счетчика 9 соответствует текущей частоте сердечных сокращений пациента. Перед началом каждой очередной пачки в реверсивном счетчике 9 записывается число N F x 60, где F тактовая частота управляемого генератора 8, соответствующая верхнему пределу измеряемой частоты сердечных сокращений пациента. Так, например, при F 5 Гц N 300 имп/мин. Текущее значение частоты сердечных сокращений непрерывно отображается в числовой и аналоговой форме на индикаторе 15 через блок 16 индикации этого параметра. С помощью блоков 17, 18, 19 и 20 индикации фаз дыхательного цикла в форме, удобной для зрительного или слухового восприятия, последовательно отображаются фазы дыхания, причем длительность каждой фазы устанавливается пропорционально числу сердечных сокращений пациента. Это обеспечивается тем, что сигнал частоты сердечных сокращений поступает с выхода блока 2 на вход синхронизации задатчика 10, в котором далее через коммутатор 12 подается на счетчик 14 импульсов, где и формируется с помощью задатчика 13 коэффициента пересчета в сигнал, пропорциональный дыхательным вариациям частоты сердечных сокращений, отражающим физиологически обусловленный дыхательный ритм. При необходимости отображаемые на блоках 17, 18, 19 и 20 индикации длительности фаз дыхательного цикла устанавливаются в секундах независимо от частоты сердечных сокращений. Для этого связь между блоком 2 выделения сигнала частоты сердечных сокращений и задатчиком 10 длительности фаз дыхательного цикла может быть прервана при помощи коммутатора 12, в этом случае начинает работать задающий генератор 11, частоту колебаний которого можно регулировать от 0 до Г.

Порядок проведения лечебных процедур с помощью данного устройства. После осмотра пациента, записи его анамнестических данных и предварительного разъяснения общего порядка проведения процедур врач проводит занятие по облучению больного диафрагмальному дыханию в сочетании с тренировкой ритмики дыхания в режиме вдох-выдох с постепенным удлинением выдоха и введением пауз. Самоконтроль за правильностью выполнения дыхательных упражнений пациент осуществляет по световым или звуковым сигналам блоков 17, 18, 19 и 20 индикации. После выработки устойчивого диафрагмального дыхания в заданном ритме врач производит наложение датчика 1 сигнала сердечных сокращений на пациента, который теперь, наблюдая текущее значение частоты собственных сердечных сокращений на индикаторе 15 (блок 16), должен добиться синхронизации дыхания и сердечного ритма, то есть восстановления утраченного во время болезни физиологического механизма взаимодействия этих функций. Затем врач ручками регулирования верхнего и нижнего порогов устанавливают границы величин текущих значений частоты сердечных сокращений на максимальное и минимальное значения соответственно. Перед пациентом ставится задача на каждом вдохе и выдохе достигать установленных пределов частоты сердечных сокращений. По мере обучения и выработки у пациента навыков управления дыхательной аритмией сердца врач расширяет установленные ранее границы, преимущественно в сторону брадикардии, и удлиняет фазы дыхания, преимущественно фазу выдоха. В процессе тренировок на фоне стабильного биоуправления по двум каналам биологической обратной связи врач периодически отключает один из каналов, а в последующем и оба канала. Пациент полностью овладел методикой в том случае, если при отключенных каналах биологической обратной связи сохраняется синхронность дыхательного ритма и колебаний текущего значения частоты сердечных сокращений, а амплитуда дыхательной аритмии сердца остается в тех же пределах, что и до отключения каналов.

Возможен и другой вариант проведения лечебной процедуры, при котором после наложения датчика сигнала сердечных сокращений пациенту предъявляется на индикаторе 15 сигнал ритма дыхания, сформированный задатчиком 10 пропорционально колебаниям его собственной частоты сердечных сокращений. Перед пациентом ставится задача синхронизировать фазы дыхательного цикла с задаваемым ритмом. В этом случае происходит адаптивный контроль ритма дыхания, ведущий к увеличению дыхательной аритмии сердца, нормализации взаимоотношений центральной регуляции функций дыхания и кровообращения. По мере выработки у пациента навыков саморегуляции перед ним ставится задача удлинения фаз дыхательного цикла, преимущественно за счет длительности выдоха. При этом задатчик 10 устройства с помощью коммутатора 12 может переводиться в режим задания длительности фаз дыхательного цикла, и процедура продолжается по схеме первого, изложенного выше, варианта.

Процедуры по методике биологической обратной связи с помощью заявляемого устройства для адаптивного контроля за дыханием и сердечными сокращениями длительностью 25-30 минут проводятся регулярно. Курсовое лечение состоит из 10-18 процедур. Конкретные сроки определяются наличием у пациента стойкого навыка биоуравления без обратной связи и клиническими показаниями.

Данное устройство повышает эффективность относительно известных за счет возможности задавать пациенту ритм дыхания, адаптированный к его собственным физиологическим потребностями, и направленно регулировать этот ритм как на этапах обучения методике, так и при дальнейшей работе без постоянного участия врача. Самоконтроль пациента за ритмом дыхания ускоряет освоение методики и достижение лечебного эффекта.

Формула изобретения

1. Устройство для адаптивного контроля за дыханием и сердечными сокращениями, содержащее последовательно соединенные датчик сигнала сердечных сокращений, блок выделения сигнала частоты сердечных сокращений, блок измерения параметров частоты сердечных сокращений и индикатор, отличающееся тем, что в него введен задатчик длительности фаз дыхательного цикла, выход которого соединен с вторым входом индикатора, а вход синхронизации с выходом блока выделения сигнала частоты сердечных сокращений.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем блок измерения параметров частоты сердечных сокращений выполнен в виде последовательно соединенных счетного триггера, управляемого генератора и реверсивного счетчика.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что задатчик длительности фаз дыхательного цикла содержит задающий генератор, соединенный через коммутатор с первым входом счетчика импульсов, к второму входу которого подключен задатчик коэффициента пересчета, причем второй вход коммутатора соединен с входом синхронизации задатчика длительности фаз дыхательного цикла.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что индикатор содержит блок индикации текущих значений частоты сердечных сокращений, подключенный к первому входу индикации, а также блок индикации фазы вдоха, блок индикации паузы после вдоха, блок индикации фазы выдоха и блок индикации паузы после выдоха, входы которых соединены с вторым входом индикатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1