Аппаратно-программный комплекс для оценки состояния системы регуляции дыхания и способ его использования



Аппаратно-программный комплекс для оценки состояния системы регуляции дыхания и способ его использования
Аппаратно-программный комплекс для оценки состояния системы регуляции дыхания и способ его использования
Аппаратно-программный комплекс для оценки состояния системы регуляции дыхания и способ его использования
Аппаратно-программный комплекс для оценки состояния системы регуляции дыхания и способ его использования

Владельцы патента RU 2550127:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации-Институт медико-биологическх проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ-ИМБП РАН) (RU)

Группа изобретений относится к области медицины и может быть использована для оценки состояния системы регуляции дыхания. Разработанный аппаратно-программный комплекс предназначен для применения в поликлинических условиях, в ограниченных замкнутых объемах, пребывание человека в которых может быть сопряжено с изменениями чувствительности дыхательного центра к дыхательным газам (O2 и CO2) в измененной газовой среде, а также в специализированных научно-исследовательских учреждениях для проведения экспериментов с целью исследования кардиореспираторной системы человека. Разработанный комплекс состоит из трех блоков: блока газораспределения (A1), блока подачи газов (A2), блока сбора, обработки данных и управления системой (A3). Блок A1 представляет собой замыкаемый и размыкаемый дыхательный контур. В состав блока входят следующие основные элементы, соединенные между собой посредством трубок: металлическая емкость с мешком, вентилятор, химический поглотитель углекислого газа (ХП), регулятор потока через ХП, система клапанов и трехходовых кранов, шлангов, клапанной коробки, а также устройство, выполненное с возможностью реализации биологической обратной связи (БОС) посредством отметки испытуемым своего состояния и передачи данных о состоянии в терминальное устройство блока A3. Блок подачи газов выполнен с возможностью регулируемой подачи в блок A1 газов посредством электроуправляемого дросселя, причем в качестве подаваемых газов используются атмосферный воздух, атмосферный воздух с увеличенным или уменьшенным содержанием кислорода. Блок сбора, обработки данных и управления системой включает терминальное устройство с программным обеспечением, реализующим управление движением газов и их параметрами в блоке A1, причем данное управление возможно в ручном, автоматическом режиме; а также с учетом сигналов, полученных с устройства БОС; датчики концентраций газов, датчики потоков, датчики измерения физиологических параметров, информация с которых посредством преобразователя передается в терминальное устройство. Способ оценки состояния системы регуляции дыхания с помощью разработанного аппаратно-программного комплекса включает выполнение ряда этапов. Вначале реализуется подготовительный этап, в котором осуществляется дозированная подача газов из блока подачи газов (A2) в блок газораспределения (A1), причем во время подачи в блок A1 газов и в ходе всего возвратного дыхания осуществляется непрерывное их перемешивание в дыхательном контуре посредством работы нагнетателя воздуха. Далее выполняется этап оценки состояния системы регуляции дыхания, для чего испытуемый подключается к респиратору, соединенному с клапанной коробкой через фильтр, и выполняет дыхание через рот при перекрытом носовом проходе, причем вдох производится через шланг вдоха, выдох - через шланг выдоха. Причем вначале этапа оценки состояния системы регуляции дыхания АПК приводится в режим свободного дыхания, при котором дыхательный контур замкнут, а испытуемый выполняет дыхание атмосферным воздухом через шланги вдоха и выдоха, систему трехходовых кранов, при этом определяют величины парциального кислорода, углекислого газа в альвеолярном воздухе и вентиляции легких испытуемого. Затем в режиме свободного дыхания выполняется маневр произвольной гипервентиляции вплоть до достижения заданного безопасного газового состава выдыхаемого воздуха. После чего посредством переключения трехходовых кранов испытуемый переходит в режим возвратного дыхания, перед которым испытуемый выполняет глубокий выдох в атмосферу, затем осуществляет вдох-выдох из контура. При этом испытуемый дышит из пространства бокса вне мешка, одновременно атмосферный воздух входит и выходит из мешка через датчик воздушного потока, тем самым измеряются параметры вентиляции легких. В заключение с помощью переключения трехходовых кранов выполняется переход в режим свободного дыхания. Достигаемый результат заключается в обеспечении безопасной, объективной и развернутой оценки работы системы регуляции дыхания человека. Указанные результаты достигаются за счет возможности использования только собственного метаболического углекислого газа для оказания гиперкапнического воздействия; использования принципа управления комплексом посредством обратной связи; использования генератора кислорода для заполнения системы гипероксической смесью и дозированной подачи кислорода в систему, применяемых в тесте дыхания гипероксической газовой смесью и при поддержании в системе постоянной концентрации кислорода (изооксическая газовая смесь); автоматизации измерений. 2 н. и 29 з.п. ф-лы, 4ил.

 

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для оценки состояния системы регуляции дыхания. Разработанный аппаратно-программный комплекс предназначен для применения в поликлинических условиях, в ограниченных замкнутых объемах, пребывание человека в которых может быть сопряжено с изменениями чувствительности дыхательного центра к дыхательным газам (O2 и CO2) в измененной газовой среде, а также в специализированных научно-исследовательских учреждениях для проведения экспериментов с целью исследования кардиореспираторной системы человека.

Нарушения внешнего дыхания, возникающие при хронических обструктивных болезнях легких, при астме и других заболеваниях составляют значительную часть социально значимых заболеваний. При этих и других заболеваниях часто возникают расстройства регуляции дыхания. Компенсация дыхательной недостаточности в значительной степени определяется характеристиками системы регуляции дыхания. Хотя в настоящее время разработаны методики определения чувствительности дыхания человека к углекислому газу и кислороду, они практически не используются, так как требуют выполнения большого количества манипуляций. Кроме того, важной проблемой остается плохая сопоставимость результатов, полученных с помощью разных методик.

Известны следующие устройства для оценки состояния системы регуляции дыхания:

- для оценки ответа дыхательного центра в условиях гипербарии (Яхонтов Б.О., Шулагин Ю.А. Вентиляторная реакция на CO2 у водолазов при действии различных гипербарических факторов. В кн.: "Гипербарическая медицина", материалы VII Международного Конгресса по гипербарической медицине, 2-6 сентября 1981, т.2, Изд, "Наука", М., 1983 г., с.195-198; Суворов А.В. Внешнее дыхание и газообмен человека во время длительного пребывания в условиях гипербарии. Дисс. на соиск. уч.ст.к.м.н., Москва, ИМБП, 1986, 137 с.);

- аппаратно-программный комплекс (АПК) для определения влияния гиперкапнии на вентиляцию человека (Шулагин Ю.А., Дьяченко А.И., Ермолаев Е.С., Гончаров А.О. Разработка метода оценки чувствительности дыхания человека к углекислому газу для применения в гравитационной физиологии // Технологии живых систем, 2012. Том 9, №10, стр.14-22; Eugene S. Ermolaev, Alexander I. Dyachenkol, Yury A. Shulagin, Alexander O. Goncharov, Artem V. Demin. Effect of head-down human body position on chemoreflex control of Breathing // М. Long (Ed.): World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, IFMBE Proceedings, vol.39, pp.2068-2071, 2012. www.springerlink.com. ISSN: 1680-0737.)

- аппаратно-программная экспериментальная установка для определения влияния гипоксии и гиперкапнии на вентиляцию человека в условиях невесомости (Prisk, G. Kim, Ann R. Elliott, and John B. West. Sustained microgravity reduces the human ventilatory response to hypoxia but not to hypercapnia. J Appl Physiol 88: 1421-1430, 2000).

- аппаратно-программный комплекс (АПК) для определения влияния кислорода и углекислого газа на вентиляцию человека (Duffin, J., 2007. Measuring the ventilatory response to hypoxia. J. Physiol. 584, p.285-293.), развивающий классический метод Read D.J.C. A clinical method for assessing the ventilatory response to carbon dioxide. // Aust. Ann. Med. 1967, V.16, N 1, P.20-32.

Однако проведенные экспериментальные исследования дыхания с участием водолазов при моделировании глубоководных погружений и микрогравитации, в космическом полете выявили новые факты, указывающие на необходимость дополнительного исследования регуляции дыхания, в том числе у водолазов и у космонавтов в ходе космического полета. В частности, в космическом полете выявлено увеличение продолжительности задержки дыхания, причины которого остаются гипотетическими.

Известные устройства-аналоги имеют следующие недостатки:

1) необходимо дополнительное оборудование, в частности баллоны со сжатым углекислым газом и кислородом, что не позволяет использовать устройство в условиях, не допускающих использования баллонов;

2) скорости нарастания концентрации CO2 и снижения концентрации O2 определяются объемом мешка, трубок и легких человека, а также скоростью потребления кислорода и выделения углекислого газа, поэтому не могут произвольно варьироваться. Различия указанных характеристик обследуемых приводят к различию скоростей нарастания CO2, что может привести к ошибочной интерпретации результатов.

3) плохая сопоставимость результатов, полученных с помощью разных методик.

Недостатки аналогов устранены в разработанном комплексе.

Задачей, решаемой в изобретении, явилась разработка аппаратно-программного комплекса, предназначенного для исследования системы регуляции дыхания человека, устраняющего недостатки аналогов.

Достигаемый результат заключается в обеспечении безопасной, объективной и развернутой оценки работы системы регуляции дыхания человека.

Технический результат достигается за счет:

- возможности использования только собственного метаболического углекислого газа для оказания гиперкапнического воздействия;

- использования принципа управления комплексом посредством обратной связи, под которой подразумевается управление потоком газовой смеси через химический поглотитель ХП (15) или байпас за счет вентилятора (12) (вентилятора). При этом величины потоков через ХП (15) и байпас зависят от содержаний углекислого газа и кислорода в контуре, а также вентиляции человека. Производительность (поток) вентилятора (12) подстраивается под собственную вентиляцию человека так, чтобы человек не ощущал сопротивления контура вентиляции;

- использования генератора кислорода для заполнения системы гипероксической смесью и дозированной подачи кислорода в систему, применяемых в тесте дыхания гипероксической газовой смесью и при поддержании в системе постоянной концентрации кислорода (изооксическая газовая смесь);

- автоматизации измерений.

Разработанный комплекс состоит из трех блоков:

A1 - Блок газораспределения.

A2 - Блок подачи газов.

A3 - Блок сбора, обработки данных и управления системой

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 представлена схема АПК.

На Фиг.2. представлена функциональная схема работы АПК.

На фиг.1и фиг.2 обозначено:

1) - датчик воздушного потока,

2) - фильтр,

3) - загубник,

4) - клапанная коробка,

5) - газозаборник газоанализатора,

6) - штанга,

7) - шланг,

8) - планшет,

9) - трехходовой кран,

10) - четырех ходовой кран (смыкает/размыкает контур),

11) - бокс с мешком,

12) - нагнетатель воздуха с электроприводом,

13) - медицинский столик,

14) - трехходовой кран с электроприводом,

15) - химический поглотитель CO2 (ХП),

16) - блок управления электроприводом,

17) - блок питания,

18) - блок формирования газовой смеси,

19) - электроуправляемый дроссель,

20) - подставка под терминальное устройство,

21) - терминальное устройство,

22) - блок беспроводной передачи данных,

23) - газоанализаторы,

24) - аналого-цифровой преобразователь (АЦП),

25) - патрубок.

Фиг.3. Определение вентиляционной реакции на CO2 при гипоксически-гиперкапническом возвратном дыхании:

A - парциальное давление O2,

B - парциальное давление CO2,

C - скорость дыхательного потока,

D - пример анализа вентиляционной реакции испытателя.

Фиг.4. Определение вентиляционной реакции на CO2 при гипероксически-гиперкапническом возвратном дыхании:

A - парциальное давление O2,

B - парциальное давление CO2,

C - скорость дыхательного потока,

D - пример анализа вентиляционной реакции испытуемого.

Блок газораспределения (A1)

Блок газораспределения представляет собой замыкаемый и размыкаемый дыхательный контур. В состав блока входят следующие основные элементы, соединенные между собой посредством трубок:

1) металлическая емкость с мешком (11),

2) вентилятор (12),

3) химический поглотитель углекислого газа (ХП) (15),

4) регулятор потока (14) через ХП (15),

5) система клапанов и трехходовых кранов, шлангов, клапанной коробки (4),

6) устройство (8), выполненное с возможностью реализации биологической обратной связи (БОС) посредством отметки испытуемым своего состояния и передачи данных о состоянии в терминальное устройство (21) блока A3.

Элементы (A1) соединены между собой трубками большого сечения, что обеспечивает малое сопротивление дыханию. Блок наполняется дыхательной газовой смесью определенного состава. Газораспределение регулируется выбором направлений потоков путем переключения системы трехходовых кранов (9), скоростью потока и начальными параметрами наполняемой газовой смеси в контуре. Небольшой рабочий объем дыхательного контура (35 литров) при отключенном ХП (15) обеспечивает высокую скорость наполнения системы углекислым газом, регулируемое сечение потока через ХП (15) и байпас посредством электроуправляемого крана (14) и скорость потока посредством вентилятора (12) позволяют варьировать скорость наполнения системы в широком диапазоне.

Блок сбора, обработки данных и управления системой (A3)

В состав блока входят следующие основные элементы:

1) терминальное устройство (21) с программным обеспечением, реализующим управление движением газов и их параметрами в блоке A1,

2) газоанализаторы (23),

3) датчики воздушных потоков (1),

4) датчики измерения физиологических параметров, информация с которых посредством аналого-цифрового преобразователя АЦП (24) передается на терминальное устройство (21).

Данный блок выполнен с возможностью аппаратно-программного управления газовым составом дыхательной смеси и оценки состояния системы регуляции дыхания.

Работа на АПК выполняется в два этапа: подготовительный этап и этап оценки состояния системы регуляции дыхания.

Этап оценки состояния системы регуляции дыхания производится последовательно в двух режимах работы АПК.

Задаваемыми с помощью аппаратно-программного управления режимами являются:

1) Режим дыхания атмосферным воздухом, в котором реализуются и исследуются следующие маневры: спокойное дыхание, задержка дыхания, гипервентиляция и восстановление после возвратного дыхания.

2) Режим возвратного дыхания, в котором реализуются и исследуются следующие маневры: а) гипоксически-гиперкапническое, гипоксически-изокапническое, гипероксически-гиперкапническое, изооксически-гиперкапническое, гипоксически-пойкилокапническое возвратное дыхание;

б) задержка дыхания, гипервентиляция.

АПК позволяет провести тесты, включающие последовательно разные режимы дыхания:

1) Тест «Определение вентиляционной реакции на CO2 при гипоксически-гиперкапническом возвратном дыхании», включающий спокойное дыхание атмосферным воздухом, гипервентиляцию атмосферным воздухом, гипоксически-гиперкапническое возвратное дыхание, спокойное дыхание атмосферным воздухом. На фиг.3 приведен пример выполнения теста.

2) Тест «Определение вентиляционной реакции на CO2 при гипероксически-гиперкапническом возвратном дыхании», включающий спокойное дыхание атмосферным воздухом, гипервентиляцию атмосферным воздухом, гипероксически-гиперкапническое возвратное дыхание, спокойное дыхание атмосферным воздухом. На фиг.4 приведен пример выполнения теста.

3) Прочие необходимые тесты.

Преимущества предложенного комплекса и проводимых с его помощью тестов заключаются в следующем: без применения баллонов со сжатым газом удается быстро получить характеристики состояния (хемочувствительности) системы регуляции дыхания при различных воздействиях. Например, найденные на фиг.3D параметры A и B линейной аппроксимации зависимости вентиляции легких Vi от PCO2 характеризуют состояние (хемочувствительность) системы регуляции дыхания к CO2 при гипоксически-гиперкапническом воздействии. Анализ зависимости вентиляции от PCO2 вполне оправдан, так как уровень PO2 не опускается ниже 60 мм рт.ст. Поэтому гипоксия изменяет только чувствительность к CO2, но не является существенным действующим фактором, который мог бы вносить самостоятельный вклад в вентиляцию легких.

При дыхании гипероксической смесью выключаются периферические рецепторы синокаротидной рефлексогенной зоны. Остается только вклад центральных (медуллярных) хеморецепторов. На фиг.4D дается оценка параметров A и B, характеризующих этот вклад.

Другие дополнительные тесты с разными уровнями парциальных давлений кислорода и углекислого газа позволят идентифицировать зависимость вентиляции от альвеолярных/артериальных парциальных давлений газов с учетом неаддитивности влияния гипоксии и гипероксии (т.е. наличия компоненты вентиляции, связанной как с парциальным давлением кислорода, так и с парциальным давлением углекислого газа).

Блок подачи газов (A2)

Данный блок обеспечивает регулируемую подачу в блок A1 газовой смеси посредством электроуправляемого дросселя (19). В состав блока входит блок формирования газовой смеси (18), в качестве которого может использоваться генератор кислорода, причем для генерации кислорода используется любой генератор кислорода, в том числе может быть адсорбционный генератор кислорода, при этом заполнение блока A1 углекислым газом может происходить только за счет газа, выделяющегося у обследуемого человека в результате собственного метаболизма.

Кроме того, в АПК реализованы следующие конструктивные особенности.

Дыхательный контур вмонтирован в передвижной медицинский столик (13) на колесиках с тормозом, исключающим передвижение столика во время проведения экспериментов.

В конструкции установки предусмотрены площадки для установки газоанализаторов (23) и контейнера для специальных переходников, запасных частей и прочих деталей.

Установка оборудована подставкой (20) под терминальное устройство (21), которая легко складывается и крепится ремнями к боковой стороне установки для удобной транспортировки.

Установка оборудована штангой-держателем (6) для клапанной коробки (4), подключаемой к испытуемому. Штанга-держатель (6) позволяет перемещать и закреплять клапанную коробку в пространстве относительно испытуемого, что позволяет проводить исследования в различных позах и условиях, не причиняя неудобства испытуемому.

Конструкцией предусмотрен специальный кронштейн непосредственно перед испытуемым под планшет (8) или панель со шкалой для субъективной оценки испытуемым нагрузки на свое дыхание во время тестов с использованием индекса по Боргу.

Конструкция является быстро разборной, что позволяет продезинфицировать ее отдельные части после длительных экспериментов.

Конструкция предусматривает мешок-чехол, полностью закрывающий установку, что обеспечивает защиту от загрязнений при транспортировке или длительном хранении.

Работа АПК для оценки состояния системы регуляции дыхания реализуется следующим образом.

Перед исследованием выполняется подготовительный этап, в котором осуществляется дозированная подача газов из блока подачи газов (A2) в блок газораспределения (A1). Характеристики газовой смеси контролируются с интерфейса АПК. После наполнения системы газовой смесью дыхательный контур замыкается, вентилятор (12) непрерывно перемешивает смесь в дыхательном контуре, а поток через ХП (15) перекрыт посредством крана с электроприводом (14). Обратный клапан исключает самопроизвольное поглощение углекислого газа из контура при перекрытом ХП (15).

Далее выполняется этап оценки состояния системы регуляции дыхания, при этом испытуемый подключается к респиратору (3), подключенному к клапанной коробке (4) через фильтр (2). Дыхание производится через рот, носовой проход перекрывается. Вдох производится через шланг вдоха, выдох - через шланг выдоха (7). В режиме свободного дыхания дыхательный контур замкнут, а испытуемый подключен через шланги вдоха и выдоха (7), систему кранов (9) на атмосферу. Датчики газоанализатора (23) и датчик воздушного потока (1) регистрируют состав газовой смеси и дыхательный поток при свободном дыхании.

АПК мгновенно переходит в режим возвратного дыхания переключением кранов (9), при этом испытуемый подключается к дыхательному контуру. Нерастяжимый мешок в металлическом боксе (11) изменяет объем в соответствии с дыхательными циклами человека. Подключенный к мешку датчик воздушного потока (1) позволяет регистрировать дыхательный поток испытуемого.

Испытуемый начинает режим возвратного дыхания после глубокого выдоха в атмосферу. Затем он делает вдох из контура. Так как контур представляет собой замкнутую систему определенного объема, то во время вдоха ранее спавшийся нерастяжимый мешок раздувается на объем вдоха. Затем человек делает выдох в контур. При этом мешок спадает на объем выдоха в контур. Таким образом, совершаются дыхательные циклы во время возвратного дыхания вплоть до переключения на дыхание атмосферным воздухом.

Мешок связан с атмосферой через датчик воздушного потока (1). Так как суммарный объем газа в мешке и газа, находящегося в боксе вне мешка, всегда равен объему бокса, то объем вдоха и выдоха в пространство бокса вне мешка вызывает изменение объема мешка, равное объему вдоха и выдоха. При этом из мешка через датчик воздушного потока проходит атмосферный воздух постоянного состава, что обеспечивает точную регистрацию дыхательных объемов и вентиляции испытуемого. Непосредственная регистрация дыхательного потока в контуре не обеспечивает точную регистрацию потока, так как в ходе возвратного дыхания состав воздуха в контуре изменяется, а характеристики датчика воздушного потока зависят от состава воздуха. Величины дыхательных объемов и вентиляции далее используются для оценки состояния системы регуляции дыхания человека. Режим возвратного дыхания продолжается вплоть до отказа или до достижения заданного состава воздуха в дыхательном контуре.

Вентилятор (12) обеспечивает непрерывный поток в контуре, равномерное перемешивание газовой смеси и уменьшает сопротивление дыханию испытуемого при вдохе и выдохе, подстраивая производительность вентилятора (12) под собственную вентиляцию человека.

После завершения режима возвратного дыхания АПК переходит в режим дыхания атмосферным воздухом, при этом испытуемый снова переключается на атмосферу с помощью кранов (9).

Для продувки дыхательного контура четырехходовой кран (10) размыкает контур, а вентилятор (12) в течение нескольких минут продувает его.

В контуре предусмотрен патрубок (25) для взятия проб газа из контура во время эксперимента, вмонтированный в контур последовательно с вентилятором (12). Патрубок (25) может быть использован для подключения к нему газозаборника газоанализаторов (5), датчика давления и при необходимости подключения к нему блока подачи газов (A2).

Для управления АПК на терминальное устройство (21) устанавливается соответствующее программное обеспечение, кроме того, система предусматривает и ручной режим управления. Программное обеспечение позволяет задавать автоматический режим управления параметрами газовой смеси в контуре, при этом изменение потока через ХП (15) и скорость потока в системе, а также переключение на свободное дыхание выполняются автоматически в зависимости от парциальных давлений кислорода и углекислого газа, скорости нарастания и вентиляции испытуемого. Это позволяет системе подстраиваться под испытуемого и задавать одинаковое воздействие на испытуемых.

В системе предусмотрен ручной режим управления, позволяющий вносить корректировки в режим работы АПК, в управление скоростью потока и регуляции потока через ХП (15), а также для преждевременной остановки эксперимента.

Программное обеспечение позволяет:

- регистрировать сигналы с датчиков (23) и (1);

- обрабатывать получаемый сигнал;

- регулировать поток через ХП (15);

- регулировать поток от генератора кислорода (18);

- регулировать поток в контуре и через ХП (15) посредством датчика воздушного потока (1), находящегося у ХП (15).

Оценка эмоционального состояния человека и его ощущений, вызванных вентиляционной реакцией до проведения эксперимента и после окончания периода возвратного дыхания, а также во время возвратного дыхания, обеспечивается программным обеспечением, установленным на устройство - планшет (8), расположенный на кронштейне перед испытуемым. Данные с планшета (8) посредством беспроводной связи (22) передаются на терминальное устройство (21).

На планшете (8) инсталлируется программное обеспечение для регистрации субъективных данных о самочувствии испытуемого. Для оценки эмоционального состояния человека и его ощущений, вызванных вентиляционной реакцией до проведения эксперимента и после окончания периода возвратного дыхания испытуемому предлагается ответить на вопросы теста по субъективной оценке состояния организма. Во время теста испытуемый оценивает нагрузку на дыхание с использованием индекса нагрузки по Боргу (тест оценки отдышки).

1. Автоматизированный аппаратно-программный комплекс для оценки состояния системы регуляции дыхания, включающий
блок газораспределения (A1), вмонтированный в передвижной медицинский столик на колесиках с тормозом и соединенный с респиратором,
блок подачи газов (A2),
блок сбора, обработки данных и управления системой (A3),
при этом
блок газораспределения (A1), выполненный в виде замыкаемого и размыкаемого дыхательного контура, состоящего из соединенных между собой посредством трубок: металлической емкости с мешком, вентилятора (12), химического поглотителя (ХП) (15), регулятора потока (14) через ХП (15), систему клапанов и трехходовых кранов, шлангов (7), клапанной коробки (4), причем регуляция газораспределения в контуре обеспечивается посредством переключения системы трехходовых кранов (9), а также устройства (8), выполненного с возможностью реализации биологической обратной связи (БОС), посредством отметки испытуемым своего состояния, и передачи данных в терминальное устройство блока A3,
блок подачи газов (A2), выполнен с возможностью регулируемой подачи в блок A1 газов посредством электроуправляемого дросселя (19), причем в качестве подаваемых газов используются атмосферный воздух, атмосферный воздух с увеличенным или уменьшенным содержанием кислорода,
блок сбора, обработки данных и управления системой (A3) включает терминальное устройство (21) с программным обеспечением, реализующим управление движением газов и их параметрами в блоке A1, причем данное управление возможно в ручном, автоматическом режиме; а также с учетом сигналов, полученных с устройства БОС (8); датчики концентраций газов, датчики потоков, датчики измерения физиологических параметров, информация с которых посредством преобразователя передается в терминальное устройство (21).

2. Устройство по п.1, в котором в качестве химического поглотителя ХП (15) использован известковый химический поглотитель (ХПИ).

3. Устройство по п.1, в котором в состав блока A2 дополнительно включен генератор кислорода.

4. Устройство по п.3, в котором в качестве генератора кислорода используется адсорбционный генератор кислорода.

5. Устройство по п.1, в котором программное обеспечение для терминального устройства (21) блока A3 выполнено с возможностью контроля поглощения углекислого газа, подачи газов в контур до или во время проведения исследования.

6. Устройство по п.1, в котором программное обеспечение терминального устройства (21) реализовано с возможностью задания режима дыхания, предназначенного для тестирования дыхательной функции.

7. Устройство по п.6, в котором задаваемыми режимами дыхания являются: режимы возвратного дыхания: гипоксически-гиперкапнический, гипоксически-нормокапнический, нормоксически-гиперкапнический, гипероксически-гиперкапнический; или комбинация возвратного дыхания и задержек дыхания; или режим свободного дыхания.

9. Устройство по п.1, в котором управление параметрами газов, такими как изменение потока через ХП (15), скорость потока газов в системе, потока через дроссель (19) блока A2, переключение на режим свободного дыхания, осуществляется автоматически с учетом парциальных давлений кислорода и углекислого газа, скорости потока и вентиляции испытуемого.

10. Устройство по п.1, в котором в состав блока A2 дополнительно включены баллон с сжатым газом или газами или баллоны со сжатыми газами, подключенные через редуктор.

11. Устройство по п.1, в котором нагнетатель воздуха (12) выполнен в виде пропеллера на магнитной муфте.

12. Устройство по п.1, в котором в дыхательный контур вмонтирован патрубок (25).

13. Устройство по п.12, в котором патрубок (25), выполнен с возможностью дополнительного подключения во время проведения исследования блока A2 для регулируемой подачи газов в контур.

14. Устройство по п.12, в котором патрубок (25) выполнен с возможностью взятия проб из контура во время исследования.

15. Устройство по п.12, в котором патрубок (25) выполнен с возможностью подключения к нему газозаборника (5), газоанализаторов (23), датчика давления.

16. Устройство по п.1, в котором ручной режим управления подразумевает возможность задания скорости потока и регуляции потока через ХП, а также преждевременной остановки исследования.

17. Устройство по п.1, в котором блок A3 выполнен с возможностью регистрации и обработки сигналов с датчиков регулирования скорости потока через ХП (15) и в контуре.

18. Устройство по п.1, в котором передвижной медицинский столик (13) дополнительно содержит кронштейн под устройство (8) для БОС.

19. Устройство по п.1, в котором устройство (8) для БОС выполнено в виде шкалы субъективной оценки испытуемым нагрузки на дыхание во время исследования.

20. Устройство по п.1, в котором устройство (8) для БОС выполнено с возможностью демонстрации в режиме on-line испытуемому заданных дыхательных маневров.

21. Устройство по п.1, в котором для размещения терминального устройства (21) на передвижном медицинском столике (18) на колесиках с тормозом в составе столика дополнительно имеется подставка (20).

22. Устройство по п.21, согласно которому подставка (20) выполнена складной, с возможностью крепления к боковой поверхности столика.

23. Устройство по п.1, в котором для размещения клапанной коробки (4) в составе передвижного медицинского столика (13) на колесиках с тормозом дополнительно имеется подвижная штанга-держатель (6).

24. Устройство по п.1, в котором в конструкции передвижного медицинского столика (13) на колесиках с тормозом имеются площадки для установки газоанализаторов (23) и контейнера для переходников, запасных частей и иных деталей.

25. Устройство по п.1, в котором дополнительно в состав комплекса включается мешок-чехол для закрытия передвижного медицинского столика (13) на колесиках с тормозом.

26. Способ оценки состояния системы регуляции дыхания с помощью аппаратно-программного комплекса по п.1, включающий
выполнение подготовительного этапа, в котором осуществляется дозированная подача газов из блока подачи газов (A2) в блок газораспределения (A1), причем во время подачи в блок A1 газов и в ходе всего возвратного дыхания осуществляется непрерывное их перемешивание в дыхательном контуре посредством работы нагнетателя воздуха (12);
далее выполняется этап оценки состояния системы регуляции дыхания, для чего испытуемый подключается к респиратору (3), соединенному с клапанной коробкой (4) через фильтр (2), и выполняет дыхание через рот при перекрытом носовом проходе, причем вдох производится через шланг вдоха, выдох - через шланг выдоха (7);
вначале этапа оценки состояния системы регуляции дыхания АПК приводится в режим свободного дыхания, при котором дыхательный контур замкнут, а испытуемый выполняет дыхание атмосферным воздухом через шланги вдоха и выдоха (7), систему трехходовых кранов (9); при этом определяют величины парциального кислорода, углекислого газа в альвеолярном воздухе и вентиляции легких испытуемого,
затем в режиме свободного дыхания выполняется маневр произвольной гипервентиляции вплоть до достижения заданного безопасного газового состава выдыхаемого воздуха,
после чего посредством переключения трехходовых кранов переходит в режим возвратного дыхания, перед которым испытуемый выполняет глубокий выдох в атмосферу, затем осуществляет вдох-выдох из контура, при этом испытуемый дышит из пространства бокса (11) вне мешка, одновременно атмосферный воздух входит и выходит из мешка через датчик воздушного потока (1), тем самым измеряются параметры вентиляции легких,
в заключении выполняется с помощью переключения трехходовых кранов переход в режим свободного дыхания.

27. Способ по п.26, в котором дополнительно в процессе выполнения возвратного дыхания задается парциальное давление углекислого газа в контуре посредством увеличения или уменьшения скорости потока через ХП (15), с помощью электроуправляемого крана (14), вентилятора (12) и датчика потока у ХП.

28. Способ по п.26, в котором дополнительно в процессе выполнения возвратного дыхания регулируется скорость потока газов, подаваемых в контур, с помощью электроуправляемого дросселя (19), подключенного к патрубку (25).

29. Способ по п.26, в котором дополнительно в процессе выполнения возвратного дыхания выполняются дыхательные тесты, направленные на определение хемочувствительности системы регуляции дыхания, причем тесты реализуются за счет задания состава газов в контуре в начале возвратного дыхания и регулирования состава газов в процессе возвратного дыхания.

30. Способ по п.29, в котором в качестве тестов выполняют: тест на оценку вентиляционной реакции человека на гиперкапнию, сочетанную с гипоксией; тест на оценку пойкилокапнической вентиляционной реакции человека на гипоксию; тест на оценку вентиляционной реакции человека на гиперкапнию гипероксической газовой смесью.

31. Способ по п.26, в котором дополнительно в процессе выполнения подготовительного этапа при наполнении контура газами из A2 осуществляется очистка газов от углекислого газа путем прохождения газов в контуре через открытый ХП (15).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для подбора индивидуальной диетотерапии в лечебно-профилактических учреждениях. Для этого пациент в течение 7 суток ведет дневник профиля физической активности с регистрацией времени пассивного и активного времени суток taкт, tпac..

Изобретение относится к области медицины, а именно к терапии и профессиональной патологии, и может быть использовано для диагностики начальных проявлений нарушения здоровья у стажированных рабочих, контактирующих с комплексом неблагоприятных факторов: низкая положительная температура воздуха, высокая относительная влажность, тяжелый труд и напряженный трудовой процесс, высокие уровни шума, гипогеомагнитное поле, высокие значения объемных активностей радона в зоне дыхания рабочих, обслуживающих железнодорожный тоннель.
Изобретение относится к медицине, а именно к педиатрии. Определяют: величину пиковой скорости выдоха (ПСВ), л/мин, и должное значение пиковой скорости выдоха (ПСВД), л/мин; возраст ребенка (В) - количество полных лет, рост (Р) в см, массу тела (М) в кг с точностью до 0,1 кг; устанавливают коэффициенты: половой принадлежности (Π) - 1 для мужского пола, 0 - для лиц женского пола; тяжесть течения заболевания (ТЗ) - 1 легкое течение БА, 2 среднетяжелое течение БА, 3 тяжелое течение БА; получение базисной терапии (БТ) - 1 ребенок получал терапию в течение года, предшествующего обследованию, 0 не получал; степень тяжести приступа БА (ТП) - 1 легкая степень приступа, 2 среднетяжелая степень, 3 тяжелая степень.

Изобретение относится к пульмонологии и позволяет локализовать и одновременно определить местоположение источников дополнительных дыхательных шумов, а именно свистов, в легких человека.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к системам и способам отображения информации о вентиляции легких. Система содержит устройство ввода и процессор.

Группа изобретений относится к медицине. Определяют растяжимость легких субъекта, который по меньшей мере частично самостоятельно осуществляет вентиляцию.

Группа изобретений относится к медицине. Определяют растяжимость легких субъекта, который по меньшей мере частично самостоятельно осуществляет вентиляцию.

Группа изобретений относится к медицине, в частности к онкологии, и касается диагностики рака легкого у человека. Способ заключается в исследовании состава выдыхаемого воздуха.

Группа изобретений относится к медицинской технике. Система для контроля легочной гиперемии у субъекта содержит устройство поддержания давления, выполненное с возможностью создания потока дыхательного газа под давлением для его подачи в дыхательные пути субъекта в зависимости от алгоритма лечения, используемого для управления параметрами упомянутого потока под давлением; интерфейс пользователя, выполненный с возможностью обеспечения взаимодействия пользователя с системой; процессоры, выполненные с возможностью реализации множества компьютерных программных модулей.

Группа изобретений относится к ветеринарии. При обнаружении повышенного уровня активности лошади генерируют терапевтический сигнал для усиления по меньшей мере одной мышцы, вовлеченной в смещение лорингеальной анатомической структуры относительно верхних дыхательных путей лошади.

Группа изобретений относится к медицинской диагностике. Способ чрезкожной капнометрии включает следующие операции: к точке измерения присоединяют конец воздухозаборной трубки, полученную газовую смесь с углекислотой прокачивают вдоль поверхности дистиллированной воды, залитой в диэлектрическую емкость, измеряют значения электропроводности воды после контакта с газовой смесью и определяют концентрацию углекислого газа по измеренным значениям электропроводности воды, используя предварительно полученные калибровочные данные. Устройство содержит измерительную диэлектрическую емкость, снабженную воздухозаборными трубками, воздушный насос, согласующее устройство, соединенное с персональным компьютером. Измерительная диэлектрическая емкость частично заполнена дистиллированной водой. В воду погружены два электрода из нержавеющей стали и терморезистор, выводы которых соединены с входами согласующего устройства. Выходы согласующего устройства соединены с входами персонального компьютера. Одна воздухозаборная трубка соединяет измерительную емкость и воздушный насос. Вторая - предназначена для соединения с участком поверхности кожи, на котором выполняется капнометрия. Изобретения позволяют проводить капнометрию в течение неограниченного времени без прогрева кожи. 2 н. п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к медицине, диагностике, может быть использовано для комплексной скрининг-оценки состояния здоровья пациентов. Аппаратно-программный комплекс оценки функциональных резервов организма включает хотя бы одно терминальное устройство (ТУ) пациента - компьютер с загруженным программным приложением для психологического тестирования, хранилищем данных с базами данных (БД) пациентов, их антропометрических показателей, результатов выполненных тестов, БД тестов, БД текстовых, графических и звуковых объектов, используемых в тестах. ТУ пациента снабжено компьютерной мышью с возможностью выбора и перемещения графического объекта из одного положения в другое на мониторе во время тестирования; снабжено звуковыми платами и динамиками для воспроизведения звуковых сигналов, платами видеоадаптеров для воспроизведения графической информации при выполнении тестов и/или по итогам их выполнения. ТУ врача соединено проводной или беспроводной связью с ТУ пациента и содержит: модуль анализатора вариабельности сердечного ритма с возможностью оценки кардиоинтервалограммы, обеспечивающей распознавание R-зубцов, расчет ЧСС, расчет числа учтенных R-R интервалов и параметров их вариабельности; модуль биоимпедансометрии внутренних сред организма с возможностью оценки состава тела; модуль спирометрии с возможностью оценки функции внешнего дыхания; модуль осциллометрического анализатора параметров кровообращения с возможностью оценки центральной гемодинамики; модуль пульсоксигемометра с возможностью оценки фотоплетизмограммы. Модули выполнены с возможностью подключения к пациенту соответствующих датчиков и получения от них через аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) соответствующих значений параметров пациента. Все полученные при обследовании значения физиологических и психологических параметров пациента поступают в блок аналитической обработки данных с возможностью перевода полученных значений параметров в единую десятибалльную шкалу и формирования интегральных показателей для оценки функциональных резервов организма. Изобретение обеспечивает быстрое и адекватное проведение диспансеризации лиц различных категорий в любых условиях без использования дополнительного оборудования, с интегральной количественной оценкой функциональных резервов организма человека по основным системам, унификацию оценки уровня функциональных резервов, компактность, транспортабельность и технологичность исследований. 6 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для неинвазивного и неионизирующего контроля состояния легочных тканей. Способ включает излучение широкополосного кодированного акустического сигнала, прием сигнала не менее чем одним расположенным на поверхности грудной клетки измерительным акустическим датчиком, построение графика модуля взаимно-корреляционной функции сигналов, выделение и определение по графику величин задержек максимумов взаимно-корреляционной функции с последующим картированием легких. При этом излучение осуществляют высокочастотным акустическим сигналом с нижней частотой 10 кГц и шириной полосы частот не менее 9 кГц с поверхности грудной клетки, прием сигнала дополнительно осуществляют референсным датчиком, размещенным в точке излучения, построение графика производят по модулю огибающей взаимно-корреляционной функции откликов референсного и измерительного датчиков, а картирование проводят по относительным амплитудам максимумов графика и/или скоростям распространения звука, определенным по расстоянию между референсным и измерительными датчиками и величинам задержек максимумов от момента излучения, при этом учитывают максимумы со средней скоростью звука менее 400 м/с. Технический результат состоит в повышении пространственного разрешения выявления малоразмерных очаговых изменений легочной ткани за счет выявления локальных зон снижения или увеличения воздухонаполнения легочной ткани. 3 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к медицине, а именно к эндокринологии, и может быть использовано для диагностики ранних стадий микроангиопатии у больных сахарным диабетом. Для этого проводят капилляроскопию в покое с последующей оценкой структурных изменений состояния капилляров. Дополнительно проводят капилляроскопию и оксигенометрию с четырьмя функциональными пробами с воздействием физических факторов на исследуемую конечность - окклюзия манжетой, проба с холодовым воздействием, проба с тепловым воздействием, проба с поднятием конечности вверх. После каждой из проб определяют показатель оксигенации SaO2 и время восстановления показателей капилляроскопии до исходных значений t. После окклюзии манжетой - SaO2оккл. и tоккл.. После холодового воздействия - SaO2хол. и tхол.. После теплового воздействия - SaO2тепл. и tтепл. После поднятия конечности вверх - SaO2вверх и tввepx. При SaO2оккл. - 85-90%, tоккл. <20 секунд, SaO2хол. >95%, tхол. <5 минут, SaO2тепл. >95%, tтепл. <4 минуты 30 секунд, SaO2вверх - 85-90%, tввepx <15 секунд - диагностируют начальную стадию микроангиопатии. При SaO2оккл. - 80-85%, tоккл. - 20-30 секунд; SaO2хол. - 87-95%, tхол. - 5 минут - 6 минут 30 секунд; SaO2тепл. - 90-95%, tтепл. - 4 минут 30 секунд - 5 минут; SaO2вверх - 78-85%, tввepx - 15-25 секунд - диагностируют умеренную стадию микроангиопатии. При SaO2оккл.<80%, tоккл.>30 секунд; SaO2хол. <87%, tхол. >6 минут 30 секунд; SaO2тепл. <90%, tтепл. >5 мин; SaO2вверх <78%, tвверх> 25 секунд - диагностируют выраженную стадию микроангиопатии. Способ обеспечивает наиболее точную диагностику микроангиопатий у данной категории пациентов за счет комплексной оценки микроциркуляторного русла на ранних стадиях заболевания, обусловленной определением уровня резервных возможностей капилляров. 2 табл., 2 пр.

Группа изобретений относится к животноводству. Способ включает измерение сигнала, связанного с отрыжками жвачного животного, и определение из сигнала количества и/или продолжительности времени отрыжек. Устройство содержит датчик, выполненный с возможностью измерения сигнала, связанного с отрыжками жвачного животного, и устройство управления, выполненное с возможностью определения из сигнала количества и/или продолжительности времени отрыжек и, в частности, выполненное с возможностью осуществления способа. Обеспечивается простой способ и система для определения выделения парникового газа, который является приемлемым для применения в случае больших количеств животных. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам инструментальных методов медицинских исследований, и может быть использовано для контроля дыхательных функций организма. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в получении достоверных количественных измерений. Устройство для определения влажности и температуры выдыхаемого человеком воздуха содержит термостат определенного внутреннего объема с автоматическим поддержанием заданной внутренней температуры, связанную с термостатом камеру переменного калиброванного объема выдыхаемого человеком воздуха, расположенную внутри термостата двухклапанную камеру и размещенный внутри нее датчик измерения температуры, размещенный в термостате датчик влажности воздуха, установленные в термостате клапаны и вентилятор для быстрого перемешивания внутреннего и поступающего в него выдыхаемого человеком воздуха, при этом датчики измерения температуры и влажности связаны с регистрирующим блоком и блоком обработки информации. 9 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к функциональной диагностике дыхательных расстройств во время сна. Проводят мониторинг амплитуды дыхания носоротового потока и уровня сатурации крови кислородом на базовом уровне и во время сна. Регистрируют эпизоды апноэ, гипопноэ и гипопноэ без десатурации. Эпизод апноэ регистрируют при уменьшении амплитуды дыхательного потока на 90% и более от базового уровня, длительностью 10 с и более. Эпизод гипопноэ регистрируют при уменьшении амплитуды дыхательного потока на 30% и более от базового уровня, длительностью 10 с и более, сопровождающемся десатурацией 4% и более. Эпизод гипопноэ без десатурации регистрируют при уменьшении амплитуды дыхательного потока на 30% и более от базового уровня, длительностью 10 с и более, без десатурации. Определяют индекс апноэ/гипопноэ путем суммирования апноэ, гипопноэ и гипопноэ без сатурации. При значении индекса апноэ/гипопноэ 15-29 эпизодов в час диагностируют среднюю степень тяжести синдрома обструктивного апноэ/гипопноэ сна, а при более 30 эпизодах в час - тяжелую степень тяжести. Способ позволяет провести диагностику более точно, просто, снизить стрессогенные факторы, негативно влияющие на качество сна испытуемого за счет учета комплекса показателей апноэ, гипопноэ и гипопноэ без десатурации. 3 ил., 1 пр.

Изобретение относится к медицине, а именно к пульмонологии и кардиологии, и может быть использовано при скрининговой оценке развития хронической обструктивной болезни легких, ассоциированной с наличием артериальной гипертензии. Проводят спирометрию у лиц с артериальной гипертензией. Определяют показатели объема форсированного выдоха за первую секунду FEV1 (ОФВ1), форсированной жизненной емкости легких FVC (ФЖЕЛ) и отношение этих двух показателей FEV1/FVC (ОФВ1 / ФЖЕЛ). При значениях FEV1 (ОФВ1) 85-80% и FEV1/FVC (ОФВ1/ФЖЕЛ) 75-70% прогнозируют риск развития или раннюю стадию хронической обструктивной болезни легких. Способ позволяет эффективно прогнозировать риск развития или раннюю стадию хронической обструктивной болезни легких на фоне артериальной гипертензии, провести своевременное лечение за счет проведения спирометрии у лиц с артериальной гипертензией и оценки оптимальных показателей. 1 табл., 5 пр.

Изобретение относится к области медицины, а именно к педиатрии, пульмонологии, аллергологии, и может быть использовано для прогнозирования формирования бронхиальной астмы у детей раннего возраста, перенесших острый обструктивный бронхит на фоне перинатального поражения центральной нервной системы постгипоксического генеза легкой степени. Осуществляют компьютерную бронхофонографию и оценку вариабельности сердечного ритма. Определяют доверительные интервалы (ДИ): общей акустической работы дыхания нДж в ДИ 3,26-13,75; коэффициента акустической работы дыхания в высокочастотном диапазоне в ДИ 0,02-0,06; уровня стандартного отклонения от средней величины кардиоинтервалов (SDNN) мс в ДИ 39,8-62,0; квадратного корня из суммы квадратов разности последовательных пар интервалов (RMSSD) мс в ДИ 33,6-57,6; уровня соотношения низкочастотной к высокочастотной составляющей (LF/HF) в ДИ 0,8-1,7. Отсутствие отличий от доверительных интервалов 2-х показателей компьютерной бронхофонографии в сочетании с отсутствием отличий от ДИ 2-х и более параметров вариабельности сердечного ритма свидетельствует о возможности формирования бронхиальной астмы. Способ обеспечивает упрощение и повышение точности прогнозирования формирования бронхиальной астмы в раннем возрасте за счет увеличения объективности и информативности параметров функционального состояния органов дыхания и вегетативной нервной системы. 2 табл., 3 пр.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано при исследовании функции внешнего дыхания. В ротовую полость человека через загубник подают полигармонический звуковой сигнал. Загубник герметично сочленен с концом волновода, другой конец которого оборудован громкоговорителем, соединенным с генератором полигармонического сигнала, обеспечивающим регулировку шага частот тональных сигналов. В двух точках боковой поверхности волновода установлены измерительные микрофоны. Определяют резонансную частоту (f0), на которой реактивная компонента комплексного импеданса дыхательного тракта равна нулю. Определяют значения коэффициента поглощения (α0) и резистанса (R0) на резонансной частоте. Рассчитывают оценку состояния дыхательного тракта (K) по определенной формуле. При K>3 диагностируют патологию дыхательного тракта. Способ позволяет провести объективную диагностику, сократить время и повысить комфортность исследования за счет использования только загубника при исследовании, оценки оптимальных показателей, а также обеспечивает возможность расширения частотного диапазона исследования от 5 Гц до 100 Гц, регулировки шага за счет использования двух микрофонов. 5 з.п. ф-лы, 2 пр.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2015-05-10 2015-05-10T13:09:26
Наверх