Портативная телеметрическая система регистрации параметров внешнего дыхания спортсмена в реальном времени и дыхательная трубка пловца для ее осуществления

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам диагностики параметров дыхания в процессе плавания и в наземных условиях. Портативная телеметрическая система регистрации параметров дыхания спортсмена в реальном времени включает дыхательную трубку пловца, в полости которой установлен чувствительный элемент дыхания, соединенный через блок обработки сигналов с передающим устройством, средства крепления блока обработки сигналов и передающего устройства, связанного телеметрическими каналами связи с приемным устройством, соединенным с компьютером для обработки полученных сигналов. Дыхательная трубка, состоящая из корпуса, выполнена с возможностью крепления на голове пловца. Использование изобретения позволит обеспечить удобство и безопасность регистрации параметров дыхания в процессе плавания в реальном времени и повысить эффективность тренировки. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к спортивной медицине, а именно к портативным телеметрическим системам контроля дыхания пловца в процессе плавания и к плавательным приспособлениям: спортивным дыхательным трубкам для пловцов, закрепляемых на голове, и может быть использована в спортивных тренировках, для научных исследований, в диагностических целях, а также при оценке спортивных возможностей пловца и готовности его к соревнованиям.

Известен автономный носимый монитор температуры, пульса и частоты дыхания, содержащий малогабаритный приборный блок в виде двух частей: измерительной и приемопередающей, датчики, соединяющие кабели, разъемы, выполненные на плоской стороне измерительной и приемопередающей частей для их электрического и механического соединения, нагрудный пояс с плечевыми лямками (см. патент РФ на промышленный образец №53227, МКПО 24-01, опубл. 16.09.2003 г.).

Монитор не имеет возможности применения в процессе плавания.

Известна диалоговая система для измерения физиологических параметров типа нормы пульса, кровяного давления и т.д., пользователя в движении, содержащая один или более датчиков ускорения или силы для закрепления на теле пользователя, монитор, беспроводный передатчик, типа инфракрасного, акустического или радиопередатчика, для передачи взвешенного сигнала с датчика на монитор, выполненного с возможностью диалогового видеопоказа, записью и показа уровня физиологических личных параметров в течение долгого времени (см. патент США №5524637, МПК A61B 5/103, A61B 5/22, опубл. 11.06.1996 г.).

Систему сложно адаптировать для анализа параметров дыхания пловца.

Известен портативный спирометр для контроля нескольких параметров дыхания, содержащий чувствительный элемент в виде съемного многоразового или одноразового турбинного датчика, электронный блок обработки сигналов с индикатором результатов (см. патент №WO 9718753, A61B 5/08, опубл. 29.05.97 г.).

Портативный спирометр применим только в стационарных условиях.

Известна система бесконтактной непрерывной регистрации частоты дыхания человека в процессе его деятельности, включающая акселерометрический датчик, выполненный с возможностью крепления зажимом на кармане его нательного белья в проекции сердца, источник питания и запоминающее устройство, выполненные с возможностью крепления на нательном белье и/или одежде, при этом запоминающее устройство через систему передачи сигналов соединено с компьютером для обработки сигналов (см. патент РФ на полезную модель №73772, МПК A61B 5/02, опубл. 10.06.2008 г.).

Известную систему сложно применить для динамического контроля дыхания в плавании. Она обеспечивает контроль одного параметра дыхания - частоту дыхания, что недостаточно для комплексного анализа дыхательной системы пловца.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является портативная телеметрическая система регистрации параметров дыхания спортсмена в реальном времени, включающая чувствительный элемент дыхания, уставленный в маску для лица, соединенный через блок обработки сигналов с передающим устройством, средства крепления блока обработки сигналов и передающего устройства, приемное устройство, соединенное с компьютером для обработки полученных сигналов (см. патент WO №9853732, A61B 5/00; A61B 5/024, опубл. 03.12.98 г. прототип).

Известная система имеет только наземное применение. Таким образом, все известные системы контроля физиологических параметров дыхания не адаптированы к процессу плавания.

Известны выпускаемые промышленностью дыхательные трубки для пловца, содержащие корпус с силиконовым загубником и средством крепления в виде пластикового налобника с кольцевым держателем и ремешком (см. фиг.1а - «Трубка передняя SCN-83S» фирмы Akvilon, http://www.czar.ru/subcats.php; фиг.1б - «S-665 - Finis Center Mount Snorkel» фирмы FINIS, Inc.; «Дыхательная трубка Mad Wave», КНР, http://www.swimshop.ru/images/snorkelmv.jpg; «Трубка TUSA Platina Hyperdry SP-110», http://www.paradive.ru/shop/catalog/details/1449).

У дыхательных трубок две основные части: это загубник и корпус трубки. Загубник имеет анатомическую форму и выполняется из мягкого силикона, который без затруднений позволяет удерживать трубку во рту. Отличительной особенностью трубок для скоростного плавания в ластах является размещение их по центру лба, а не сбоку головы, что позволяет беспрепятственно сложить и вытянуть руки за головой. Дыхательная трубка удерживается на голове пловца при помощи налобника с ремешка из резины.

Известна дыхательная трубка для пловца, содержащая корпус без загубника и средство крепления его в виде ремешка с налобником, соединенным с кольцевым держателем (фиг.1-в изображает трубку на http://www.krasnikita.com/Archive/articles/fins.htm).

Спортсмены применяют дыхательные трубки длиной по внутреннему радиусу не более 48 см, изготовленные из пластиковой трубы с внутренним диметром не менее 20 мм. Во избежание натирания десен вследствие вибрации трубки при высоких скоростях загубники пловцами, как правило, не используются, а край трубки удерживается во рту зубами. Трубки для скоростных видов подводного спорта размещаются по линии носа для лучшей обтекаемости, разнообразны по форме и требуют применения специальной маски или очков. Трубка предназначена для обеспечения дыхания при плавании по поверхности воды без необходимости поднимать голову для вдоха. Дыхание через трубку комфортно и безопасно при плавании вблизи поверхности. Указанные известные трубки имеют низкий вес.

Известны дыхательные трубки пловца, содержащие корпус, выполненный с загубником и фронтальным креплением на лбу пловца с помощью налобника с кольцевым держателем и ремешком (см. патент США №7234461, МПК A61B 18/08, B63C 11/16, B63C 11/20, опубл. 08.12.2005 г. и патент США №7047965, МПК B63C 11/16, B63C 11/02, опубл. 23.05.2006 г.).

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является дыхательная трубка для скоростного плавания, выполненная с фронтальным креплением на лбу пловца ремешком, имеющим налобник с кольцевым держателем (см. заявку США №2007199565, МПК B63C 11/16, опубл. 30.08.2007 г. - прототип).

Все вышеуказанные известные дыхательные трубки не обеспечивают возможность регистрации параметров дыхания пловца, что снижает эффективность их эксплуатации.

Технический результат комплексной системы регистрации параметров внешнего дыхания в реальном времени заключается в создании простой системы контроля дыхания, позволяющей легко регистрировать параметры дыхания в процессе плавания и в наземных условиях, обеспечивающей эффективность тренировки.

Технический результат изобретения дыхательной трубки в обеспечении удобства и безопасности регистрации параметров дыхания в процессе плавания и повышении эффективности тренировки и эксплуатации дыхательной трубки.

Безопасность применения заявляемой системы и дыхательной трубки гарантируется возможностью применения одноразовых датчиков потока воздуха.

Технический результат достигается тем, что в портативную телеметрическую систему регистрации параметров дыхания спортсмена в реальном времени, включающую чувствительный элемент дыхания, соединенный через блок обработки сигналов с передающим устройством, средства крепления блока обработки сигналов и передающего устройства, связанного телеметрическими каналами связи с приемным устройством, соединенным с компьютером для обработки полученных сигналов, введена дыхательная трубка пловца, при этом чувствительный элемент дыхания установлен в полости указанной трубки.

Предпочтительно чувствительный элемент дыхания выполнить в виде цифрового турбинного датчика потока воздуха.

Целесообразно дыхательную трубку выполнить со средством ее крепления на лбу пловца для скоростного плавания в виде налобника с кольцевым держателем и ремешком.

Чувствительный элемент дыхания предпочтительно расположить в полости дыхательной трубки не выше кольцевого держателя налобника.

Предпочтительно дыхательную трубку выполнить с загубником. Блок обработки сигналов представляет собой микропроцессор.

Целесообразно блок обработки сигналов и передающее устройство выполнить с водонепроницаемыми корпусами.

Ремешок выполнен с возможностью крепления блока обработки сигналов и передающего устройства.

Технический результат достигается тем, что в дыхательную трубку пловца, включающую корпус и выполненную с возможностью крепления на голове, введен чувствительный элемент дыхания, причем указанный элемент размещен в ее полости.

Предпочтительно чувствительный элемент дыхания выполнить в виде цифрового турбинного датчика потока воздуха.

Целесообразно иметь средство крепления дыхательной трубки на лбу пловца для скоростного плавания, выполненное в виде налобника с кольцевым держателем и ремешком.

Чувствительный элемент дыхания предпочтительно расположить в полости дыхательной трубки не выше кольцевого держателя налобника.

Предпочтительно дыхательную трубку выполнить с загубником.

При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному, а следовательно, предложенное решение соответствует критерию "новизна". Сущность изобретения не следует явным образом из известных решений, следовательно, предложенное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1-а, б, в показаны образцы серийно выпускаемых спортивных дыхательных трубок для пловцов, предназначенных для скоростного плавания. На фиг.2 изображен турбинный датчик потока. На фиг.3 показан вариант схемы портативной комплексной телеметрической системы регистрации параметров дыхания спортсмена в реальном времени. На фиг.4 показан другой вариант указанной системы. На фиг.5 показана спортивная дыхательная трубка без загубника с турбинным датчиком потока. На фиг.6 показана дыхательная трубка с загубником и турбинным датчиком потока, установленная на голове пловца при плавании.

Портативная телеметрическая система регистрации параметров дыхания в реальном времени включает (фиг.3) дыхательную трубку 1 пловца с чувствительным элементом дыхания (фиг.2) в ее полости, выполненным в виде цифрового датчика 2 потока воздуха, соединенного через блок 3 обработки сигналов с передающим устройством 4. В упрощенном варианте система имеет приемное устройство 5, соединенное с компьютером 6 для обработки полученных сигналов. В другом варианте реализации система (фиг.4) может иметь дополнительно капнометр 7 и оксиметр 8, соединенные с блоком 3 обработки сигналов.

Дыхательная трубка 1 (фиг.5, 6) пловца имеет средства крепления к голове в виде налобника 9 с кольцевым держателем 10 из эластичного материала и ремешком 11. В налобнике 9 кольцевой держатель 10 обеспечивает фиксацию дыхательной трубки 1 по центру лица пловца (вдоль носа между глазами). Ремешок 11 выполнен с возможностью регулирования его натяжения на голове пловца. Ремешок 11 применяется также в качестве средства крепления блока 3 обработки сигналов и передающего устройства 4 (фиг.6).

Чувствительный элемент может быть выполнен, например, в виде съемного цифрового турбинного датчика 2 потока воздуха (фиг.2), содержащего корпус 12 цилиндрической формы из пластмассы с установленной по его оси крыльчаткой 13. Цифровой турбинный датчик 2 потока воздуха может иметь одноразовое или многоразовое применение в зависимости от конструкции его крепления в дыхательной трубке 1. Предпочтительно использовать переходные герметичные втулки, (не показаны), обеспечивающие возможность установки корпуса 12 турбинного датчика 2 потока воздуха в разрезе спортивной дыхательной трубки 1 (фиг.5, 6). Корпус 12 предпочтительно выполнить из прозрачного материала для видимости состояния крыльчатки 13. Сборно-разборное соединение указанного датчика 2 с дыхательной трубкой 1 обеспечивает возможность его замены при необходимости. Для предлагаемой системы пригодны съемные цифровые турбинные датчики 2 потока воздуха, в том числе однанаправленные, характеризующиеся высокой точностью измерений и применяемые, например, в ручном микроспирометре MicroGP (General Practician) фирмы Micro Medical (Великобритания). Датчик имеет малый вес и нечувствителен к изменениям влажности и температуры. Это позволит не калибровать его длительное время. Датчик 2 потока воздуха стерилизуют при необходимости. Для этого его отсоединяют от дыхательной трубки 1 и помещают либо в теплую мыльную воду, либо в холодный стерилизационный раствор на 15 минут (без спирта или хлоридов), а затем промывают в воде.

Дыхательная трубка 1 выполнена с возможностью переднего центрального (фронтального) крепления на голове пловца для скоростного спортивного поверхностного плавания. При этом она может быть выполнена без загубника (фиг.5) с концом 14, выполненным с возможностью установки в рот пловца при плавании, или с загубником 15 (фиг.6) прямой формы, как в трубках на фиг.1-а, в, и крепится на лбу пловца ремешком 11. Возможно применение боковых трубок с креплением к маске (не показано).

Длина дыхательной трубки 1 и ее диаметр могут быть различными (длинная меньше заливается водой и брызгами, но больший объем воды надо выдувать из нее при выныривании; большой диаметр обеспечивает меньшее сопротивление потоку воздуха, но увеличивает объем воды для выдувания). Таким образом, большой диаметр дыхательной трубки 1 облегчает дыхание, но создает трудности в очистке от воды. Большая длина уменьшает вероятность попадания в трубку воды, но увеличивает мертвое воздушное пространство (часть объема, который остается в трубке и легких с большим содержанием углекислого газа). Это привело к стандартизации размеров дыхательных трубок: длина - 350-450 мм, внутренний диаметр 18-25 мм. В нижней или средней части дыхательной трубки 1 размещают специальные клапаны, выпускающие воду и воздух из нее, но не впускающие их обратно, что значительно облегчает усилие, необходимое для ее продувания (не показано).

Блок 3 обработки сигналов с чувствительного элемента представляет собой микропроцессор с низковольтным источником постоянного тока (батарейка). Соединительные провода, в том числе от датчика 2 потока воздуха, блок 3 обработки сигналов и передающее устройство 4 выполнены с водонепроницаемыми оболочками и корпусами с антикоррозионным покрытием. Общий вес их не более 150 г.

Ремешок 11 выполнен с возможностью крепления блока 3 обработки сигналов и передающего устройства 4. В других возможных вариантах реализации изобретения очки 16 для плавания и/или шапочка пловца (не показана) также могут быть использованы в качестве средств крепления указанного блока 3 и передающего устройства 4.

Перед проведением контроля дыхания цилиндрический пластмассовый корпус 12 одноразового турбинного датчика 2 потока воздуха с крыльчаткой 13 закрепляется в разрезе дыхательной трубки 1 посредством, например, переходных герметичных втулок (не показаны).

Блок 3 обработки сигналов и передающее устройство 4 закрепляются на ремешке 11 (фиг.6). Для их закрепления ремешок 11 может иметь специальный герметичный карман с застежкой и/или специальным зажимом.

Таким образом, в течение регистрации интегрального сигнала с датчика 2 потока воздуха пловец не ограничен в передвижениях, в связи с чем непрерывная запись может быть проведена как в состоянии покоя, так и в процессе выполнения пловцом своей спортивной деятельности в полном объеме.

В процессе плавания на тренировках проводят регистрацию интегрального сигнала колебаний воздуха в дыхательной трубке 1 пловца, вызванных потоками воздуха на вдохе-выдохе, приводящими к соответствующим изменениям скорости вращения крыльчатки 13 цифрового датчика 2 потока воздуха, которые фиксируются и обрабатываются блоком 3 обработки сигналов. Частота вращения крыльчатки 13 пропорциональна скорости потока, а число оборотов - объему пришедшего воздуха. Результаты обработки передаются для анализа с передающего устройства 4 на приемное устройство 5 через телеметрические каналы связи или записываются на флэш-карту и могут оцениваться в реальном времени.

После окончания регистрации сигналов приемным устройством 5 интегральный сигнал копируют на компьютер 6, а сигнал из микропроцессора блока 3 обработки сигналов удаляют, что дает возможность подготовить систему для последующей записи. Интегральный сигнал, сохраненный в компьютере 6, может быть подвергнут экспресс-анализу с помощью специализированного программного обеспечения. Компьютер 6 использует математическую формулу, чтобы вычислить физиологические параметры дыхания пловца, основанные на его движении в воде. Полученные результаты можно распечатать на принтере. Компьютер 6 позволяет накапливать, хранить и сравнивать результаты в течение долгого времени.

Проведение анализа параметров дыхания, включая частоту дыханий, соотношения вдоха к выдоху, объемов легочной вентиляции за единицу времени, скоростные показатели вдоха и выдоха позволит объективно в реальном времени оценивать динамику состояний системы дыхания и ее функциональные резервы, что дает возможность проводить контролируемую коррекцию тренировок с целью поддержания максимальной работоспособности пловца. Анализ тренировочных записей дает возможность повысить эффективность тренировочного процесса.

Включение в систему капнометра 7 позволит объективно устанавливать гипо- и гипервентиляционные нарушения дыхания методом капнографии. Включение в систему оксиметра 8 позволит определить содержание кислорода в воздухе.

Таким образом, с помощью данной системы реализуют заявленное назначение с достижением вышеуказанного технического результата.

Создание предлагаемой системы и дыхательной трубки пловца не требует больших материальных затрат, так как все составные элементы конструкции, в том числе съемные датчики потока, программное обеспечение выпускаются промышленностью в составе портативных мини-спирометров. При этом турбинный датчик потока воздуха может быть встроен в любую известную спортивную дыхательную трубку (фиг.1) с передним креплением на голове. При этом пловец работает с привычной для него дыхательной трубкой без специального обучения и лишних манипуляций при установке с возможностью определения параметров внешнего дыхания в воде бассейна, так и тренажерном зале.

Заявляемая портативная система и устройство дыхательной трубки просты, безопасны в использовании, позволяют плывущему спортсмену беспрепятственно выполнять гребковые движения и определить параметры легочной вентиляции в условиях непосредственного выполнения упражнений в водной среде, что приведет к достоверности прогнозов спортивных результатов, возможности определения готовности спортсмена к соревнованиям и степени их работоспособности.

1. Портативная телеметрическая система регистрации параметров дыхания спортсмена в реальном времени, включающая чувствительный элемент дыхания, соединенный через блок обработки сигналов с передающим устройством, средства крепления блока обработки сигналов и передающего устройства, связанного телеметрическими каналами связи с приемным устройством, соединенным с компьютером для обработки полученных сигналов, отличающаяся тем, что введена дыхательная трубка пловца, при этом чувствительный элемент дыхания установлен в полости указанной трубки.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что чувствительный элемент дыхания выполнен в виде цифрового турбинного датчика потока воздуха.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что дыхательная трубка снабжена средством ее крепления на лбу пловца для скоростного плавания, выполненным в виде налобника с кольцевым держателем и ремешком.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что чувствительный элемент дыхания расположен в ее полости не выше кольцевого держателя налобника.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что дыхательная трубка выполнена с загубником.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок обработки сигналов с чувствительного элемента дыхания представляет собой микропроцессор.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит капнометр и/или оксиметр, выходы которых подключены к второму и третьему входам блока обработки сигналов.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок обработки сигналов и передающее устройство выполнены с водонепроницаемыми корпусами.

9. Система по п.3, отличающаяся тем, что ремешок выполнен с возможностью крепления блока обработки сигналов и передающего устройства.

10. Дыхательная трубка пловца, включающая корпус и выполненная с возможностью крепления на голове, отличающаяся тем, что введен чувствительный элемент дыхания, причем указанный элемент размещен в ее полости.

11. Трубка по п.10, отличающаяся тем, что чувствительный элемент дыхания выполнен в виде цифрового турбинного датчика потока воздуха.

12. Трубка по п.10, отличающаяся тем, что она снабжена средством ее крепления на лбу пловца для скоростного плавания, выполненным в виде налобника с кольцевым держателем и ремешком.

13. Трубка по п.12, отличающаяся тем, что чувствительный элемент дыхания расположен в ее полости не выше кольцевого держателя налобника.

14. Трубка по п.10, отличающаяся тем, что она выполнена с загубником.