Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано для измерения и мониторинга амплитудных и частотно-временных характеристик дыхания.The invention relates to the field of medical technology and can be used to measure and monitor the amplitude and time-frequency characteristics of respiration.
Известен способ и устройство [1] регистрации артериального пульса и частоты дыхания, включающие регистрацию перемещения тканей участка тела, обусловленных комбинированным воздействием кровотока и дыхания с последующим выделением полезного сигнала, отличающийся тем, что участок тела дистанционно облучают электромагнитными волнами сверхвысокой частоты в диапазоне 10-100 ГГц доплеровским локатором, отфильтровывают низкочастотные составляющие, обусловленные перемещениями исследуемого участка, раскладывают сигнал на квадратурные составляющие и регистрируют изменение фазы сигнала. Недостатками способа и реализующего его устройства являются высокая сложность программно-аппаратной реализации, крайне низкая чувствительность, которая выражается в малом доплеровском сдвиге частот относительно частоты излучения, наличие воздействия электромагнитного излучения на пациента в области сверхвысоких частот.A known method and device [1] for recording arterial pulse and respiratory rate, including recording the movement of tissues of a body part due to the combined effect of blood flow and respiration followed by the selection of a useful signal, characterized in that the body part is remotely irradiated with ultra-high frequency electromagnetic waves in the range of 10-100 GHz with a Doppler locator, filter out the low-frequency components due to the displacements of the investigated area, decompose the signal into quadrature composition They record and record the phase change of the signal. The disadvantages of the method and the device implementing it are the high complexity of the software and hardware implementation, extremely low sensitivity, which is expressed in a small Doppler frequency shift relative to the radiation frequency, the presence of electromagnetic radiation on the patient in the region of microwave frequencies.
Также известен способ и реализующее его устройство [2] регистрации ритмов дыхания, включающий дистанционное облучение участков тела пациента сигналом и обработку излученного и отраженного сигналов для выделения дыхательной и пульсовой составляющих, отличающийся тем, что облучение производят суммой двух ультразвуковых сигналов с различающимися частотами f1 и f2, разность между которыми связывают с колебаниями участков тела пациента, после чего измеряют текущие изменения фазового сдвига между огибающими переданного и отраженного сигналов, соответствующего колебаниям участка тела пациента, и в результате обработки результатов измерений выделяют ритмы дыхания и сердцебиения. Недостатками способа и реализующего его устройства являются повышенные требования к точности позиционирования источника и приемника ультразвукового излучения, зависимость фазового сдвига от качества отражающей поверхности, влияние переотраженного сигнала на точность определении микроперемещений тела пациента в процессе дыхания.Also known is a method and a device implementing it [2] for registering breathing rhythms, including remote irradiation of parts of the patient’s body with a signal and processing the emitted and reflected signals to extract the respiratory and pulse components, characterized in that the irradiation is performed by the sum of two ultrasonic signals with different frequencies f 1 and f 2, the difference between which is associated with fluctuations in the patient's body portions, after which the current changes measured phase shift between the reflected and transmitted envelopes Sig fishing corresponding fluctuations patient's body portion, and a result of processing measurement results is isolated breathing and heart rhythms. The disadvantages of the method and the device that implements it are the increased requirements for the accuracy of positioning of the source and receiver of ultrasonic radiation, the dependence of the phase shift on the quality of the reflecting surface, the influence of the re-reflected signal on the accuracy of determining the micro-movements of the patient's body during breathing.
Наиболее близким к заявляемому является способ, реализованный в устройстве для измерения частоты дыхания [3], в котором используется датчик силы, размещенный между эластичным ремнем и основанием пряжки с фторопластовой направляющей, причем угол между плоскостью фторопластовой направляющей и плоскостью датчика должен быть выдержан с учетом коэффициента трения ремня о фторопластовую направляющую. В процессе дыхания оператора его грудная клетка расширяется и сжимается в такт вдоха и выдоха. При этом эластичный ремень то удлиняется, то сжимается, а усилия, возникающие в ремне с различной силой, сжимают датчик силы. Частота изменений усилий, выдаваемая датчиком силы, соответствует частоте дыхания оператора. Недостатками изобретения является необходимость наличия специального конструктивного элемента - пряжки, обеспечивающей требуемый угол между плоскостью фторопластовой направляющей и плоскостью датчика, а также высокая стоимость датчиков силы работающих на сжатие и обладающих допустимой для использования в указанном устройстве чувствительностью и точностью.Closest to the claimed is a method implemented in a device for measuring the respiratory rate [3], which uses a force sensor located between the elastic belt and the base of the buckle with a fluoroplastic guide, and the angle between the plane of the fluoroplastic guide and the plane of the sensor must be maintained taking into account the coefficient belt friction on the PTFE guide. In the process of the operator’s breathing, his chest is expanding and contracting to the inhale and exhale. In this case, the elastic belt is elongated, then compressed, and the forces arising in the belt with different forces compress the force sensor. The frequency of the force changes generated by the force sensor corresponds to the respiratory rate of the operator. The disadvantages of the invention are the need for a special structural element - buckle, which provides the required angle between the plane of the fluoroplastic guide and the plane of the sensor, as well as the high cost of force sensors working in compression and having sensitivity and accuracy acceptable for use in the specified device.
Результат изобретения - это возможность реализации недорогого, конструктивно простого устройства измерения параметров дыхания, неинвазивного, комфортного для пациента и обладающего относительно высокой точностью. Указанное достигается за счет использования оптического сканирующего датчика, расположенного в направляющей и регистрирующего перемещение участка не растяжимого шнура, опоясывающего грудную клетку пациента. Взаиморасположение элементов устройства и грудной клетки пациента в аксиальной плоскости представлено на чертеже.The result of the invention is the ability to implement an inexpensive, structurally simple device for measuring respiration parameters, non-invasive, comfortable for the patient and having relatively high accuracy. This is achieved through the use of an optical scanning sensor located in the guide and detecting the movement of a section of an inextensible cord encircling the patient’s chest. The relative position of the device elements and the patient’s chest in the axial plane is shown in the drawing.
Устройство содержит таймер 1, блок обработки 2, оптический сканирующий датчик 3, направляющую 4, кронштейн 5, не растяжимый шнур 6, упругий элемент 7, кушетку 8. К блоку обработки 2 подключен таймер 1 и оптический сканирующий датчик 3. Направляющая 4 с помощью кронштейна 5 крепится к кушетке 8. Оптический сканирующий датчик 3 устанавливается внутрь направляющей 4. Не растяжимый шнур 6 опоясывает грудную клетку пациента 9, крепиться одним концом к кушетке 8, а другим к упругому элементу 7. При этом не растяжимый шнур 6 проходит сквозь направляющую 4. Упругий элемент 7 также прикреплен к кушетке 8. В исходном состоянии выдоха упругий элемент 7 растянут на минимальную величину, достаточную для плотного прилегания не растяжимого шнура 6 к грудной клетке пациента 9. Упругий элемент 7 растягивается при вдохе и сжимается при выдохе, а участок не растяжимого шнура 6 осуществляет перемещение, которое непрерывно во времени регистрируется оптическим сканирующим датчиком 3 и передается на блок обработки 2, где выполняется вычисление амплитудных и частотно-временных характеристик дыхания, с учетом временных интервалов, фиксируемых таймером 1.The device comprises a timer 1, a processing unit 2, an optical scanning sensor 3, a guide 4, an arm 5, a non-extensible cord 6, an elastic element 7, a couch 8. A timer 1 and an optical scanning sensor 3 are connected to the processing unit 2. Guide 4 with a bracket 5 is attached to the couch 8. The optical scanning sensor 3 is installed inside the guide 4. The non-extensible cord 6 encircles the chest of the patient 9, fastens at one end to the couch 8 and the other to the elastic element 7. In this case, the non-extensible cord 6 passes through the guide 4. Elastic The element 7 is also attached to the couch 8. In the initial state of exhalation, the elastic element 7 is stretched to a minimum value sufficient to snugly fit the non-extensible cord 6 to the chest of the patient 9. The elastic element 7 is stretched by inhalation and is compressed during exhalation, and the portion is not extensible cord 6 carries out movement, which is continuously recorded in time by an optical scanning sensor 3 and transmitted to processing unit 2, where the amplitude and frequency-time characteristics of respiration are calculated, taking into account the time intervals recorded by timer 1.
Контакт не растяжимого шнура 6 с телом пациента 9 осуществляется без инвазивного вмешательства. При практическом исполнении изобретения в качестве оптического сканирующий датчика 3 может быть взят стандартный оптический датчик компьютерной мыши, например ADNS-5050 (Avago Technologies), обладающей относительно высокой разрешающей способностью более 800 точек на дюйм и цифровым интерфейсом, обеспечивающим передачу сведений о перемещении участка не растяжимого шнура 6 на блок обработки 2, реализация которого возможна, например, посредством типового микроконтроллера. В качества не растяжимого шнура 6 может быть использован не эластичный ремень регулируемой длины, настраиваемый с учетом размера грудной клетки конкретного человека в состоянии исходного положение выдоха.Contact non-extensible cord 6 with the body of the patient 9 is carried out without invasive intervention. In the practical embodiment of the invention, the optical optical sensor of a computer mouse, for example ADNS-5050 (Avago Technologies), with a relatively high resolution of more than 800 dpi and a digital interface that provides the transfer of information about the movement of a stretch of non-extensible region, can be taken as an optical scanning sensor 3 cord 6 to the processing unit 2, the implementation of which is possible, for example, by means of a typical microcontroller. As a non-extensible cord 6, a non-elastic belt of adjustable length can be used, which can be adjusted taking into account the size of the chest of a particular person in the state of the initial exhalation position.
Таким образом, предложены способ и устройство для его осуществления, заключающийся в непрерывной регистрации с помощью оптического сканирующего датчика перемещений участка не растяжимого шнура 6 во времени, где время измеряется с помощью таймера, что в конечном итоге позволяет регистрировать движение грудной клетки человека в процессе дыхания и вычислять амплитудные и частотно-временные характеристики дыхания.Thus, the proposed method and device for its implementation, which consists in continuous recording using an optical scanning sensor displacements of the plot of the non-extensible cord 6 in time, where time is measured using a timer, which ultimately allows you to register the movement of the human chest during breathing and calculate the amplitude and time-frequency characteristics of respiration.
