RU155990U1 - Устройство регистрации эпизодов апноэ и определения его типа - Google Patents

Abstract

Устройство для регистрации эпизодов апноэ и определения его типа, содержащее токовые электроды, потенциальные электроды, генератор тока, дифференциальный усилитель, амплитудный детектор, полосовой фильтр, усилитель сигнала, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены датчик температуры вдыхаемого/выдыхаемого воздуха, усилитель сигнала температурного датчика, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, сигнальное устройство, причём выход датчика температуры вдыхаемого/выдыхаемого воздуха подключен ко входу усилителя сигнала температурного датчика, выход усилителя сигнала температурного датчика подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход усилителя переменного напряжения подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к микроконтроллеру, выход микроконтроллера подключен ко входу сигнального устройства, а микроконтроллер выбран со встроенным блоком цифровой обработки сигналов.

Description

Устройство относится к медицинской технике, а именно к устройствам мониторинга дыхательной функции человека. Данное устройство может быть использовано главным образом для длительного мониторинга дыхания человека во сне с целью обнаружения эпизодов апноэ и определения его типа как в клинических условиях, так и на дому.

Известен портативный аппарат регистрации эпизодов апноэ, включающий чувствительный элемент в виде термистора, регистрирующего температуру вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, и основного блока аппарата, закрепляемого на лбу пациента (патент на полезную модель RU 67424, МПК A61B 5/08, опубликовано 27.10.2007).

Недостатком известного аппарата является возможность ложного обнаружения эпизодов апноэ из-за нарушения носового дыхания (как, например, при остром рините или храпе), а также невозможность определения типа апноэ.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для мониторинга дыхания (Статья К. Kohli et al. Prototype development of an electrical impedance based simultaneous respiratory and cardiac monitoring system for gated radiotherapy // Biomedical Engineering Online (2014), Vol. 13: 144), включающее токовые электроды, потенциальные электроды, генератор тока, дифференциальный усилитель, амплитудный детектор, полосовой фильтр, усилитель сигнала.

Недостатком известного устройства является невозможность дифференциации эпизода обструктивного апноэ от центрального.

В основу полезной модели поставлена задача - увеличить достоверность определения эпизодов апноэ во сне, а также получить возможность определения типа регистрируемых эпизодов апноэ.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройство для мониторинга дыхания, содержащее токовые электроды, потенциальные электроды, генератор тока, дифференциальный усилитель, амплитудный детектор, полосовой фильтр, усилитель сигнала, согласно полезной модели, дополнительно введены датчик температуры вдыхаемого/выдыхаемого воздуха, усилитель сигнала температурного датчика, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, сигнальное устройство, причем выход датчика температуры вдыхаемого/выдыхаемого воздуха подключен ко входу усилителя сигнала температурного датчика, выход усилителя сигнала температурного датчика подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход усилителя переменного напряжения подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к микроконтроллеру, выход микроконтроллера подключен ко входу сигнального устройства, а микроконтроллер выбран со встроенным блоком цифровой обработки сигналов.

Благодаря описанным выше изменениям и дополнениям становится возможным определение типа регистрируемых эпизодов апноэ.

Полезная модель поясняется чертежами, где на чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства для регистрации эпизодов апноэ.

Устройство для регистрации эпизодов апноэ и определения его типа содержит следующие блоки: токовые электроды 1, потенциальные электроды 2, датчик температуры вдыхаемого/выдыхаемого воздуха 3, представляющий собой носовую канюлю и термистор, закрепленный на конце гибкой полой трубки, идущей от основного блока аппарата и включенный в мостовую схему, генератор тока 4, дифференциальный усилитель 5, усилитель сигнала температурного датчика 6, синхронный детектор 7, полосовой фильтр 8, усилитель переменного напряжения 9, АЦП 10, микроконтроллер 11, сигнальное устройство 12. Токовые электроды 1, потенциальные электроды 2 размещаются на грудной клетке, а датчик температуры вдыхаемого/выдыхаемого воздуха 3 - над верхней губой пациента.

В схеме импульсы тока с генератора тока 4 поступают на токовые электроды 1, посредством которых импульсы тока передаются на тело пациента; изменение сопротивления грудной клетки во время циклов вдоха/выдоха приводит к появлению изменяющейся во времени разности электрических потенциалов, которые регистрируются посредством потенциальных электродов 2. Сигнал с выхода генератора тока 4 подается на вход синхронного детектора 7 в качестве опорного. Разность напряжения с потенциальных электродов 2 поступает на вход дифференциального усилителя 5, выход дифференциального усилителя 5 подключен ко второму входу синхронного детектора 7, выход синхронного детектора 7 подключен ко входу полосового фильтра 8, выход полосового фильтра 8 подключен ко входу усилителя переменного напряжения 9, выход усилителя переменного напряжения 9 подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя 10, выход аналого-цифрового преобразователя 10 подключен к микроконтроллеру 11, выход микроконтроллера 11 подключен ко входу сигнального устройства 12, выход датчика температуры вдыхаемого/выдыхаемого воздуха 3 подключен ко входу усилителя сигнала температурного датчика 6, выход усилителя сигнала температурного датчика 6 подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя 10.

Устройство работает следующим образом.

Генератор тока 4 формирует прямоугольные импульсы тока, которые через пару токовых электродов 1 поступают на определенный участок тела человека (грудная клетка). Изменение электрического сопротивления данного участка тела, обусловленное изменением объема воздуха в легких, приводит к пропорциональному изменению разности электрических потенциалов на поверхности участка тела. Данная разность потенциалов регистрируется с помощью потенциальных электродов 2, разностный сигнал напряжения поступает на вход дифференциального усилителя 5, где предварительно усиливается. С выхода дифференциального усилителя 5 усиленный сигнал поступает на вход синхронного детектора 7, куда в качестве опорного сигнала также поступает сигнал с выхода генератора тока. В синхронном детекторе 7 происходит удаление из сигнала несущей частоты и выделение респираторного сигнала. С выхода синхронного детектора 7 сигнал поступает на вход полосового фильтра 8, где происходит выделение переменной составляющей респираторного сигнала и фильтрация от высокочастотных помех. Отфильтрованный сигнал дыхания с выхода полосового фильтра 8 поступает на вход усилителя переменного напряжения 9, где дополнительно усиливается. Датчик измерения температуры вдыхаемого/выдыхаемого воздуха 3, чувствительным элементом которого является термистор, включенный в мостовую схему, осуществляет регистрацию разности температур вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, выражающееся в изменении его сопротивления и приводящий к разбалансировке мостовой схемы, в результате чего на выходе датчика формируется переменное напряжение, пропорциональное изменению температуры вдыхаемого/выдыхаемого воздуха. Сигнал с выхода датчик измерения температуры вдыхаемого/выдыхаемого воздуха 3 поступает на усилитель сигнала температурного датчика 6, где происходит его усиление. С выходов усилителя переменного напряжения 9 и усилителя сигнала температурного датчика 6 усиленные сигналы поступают соответственно на первый и второй входы аналого-цифрового преобразователя 10, с выхода которого они передаются в микроконтроллер 11. В оперативной памяти микроконтроллера 11 происходит формирование двух числовых массивов данных: отсчетов регистрируемого респираторного сигнала и отсчетов изменения температуры вдыхаемого/выдыхаемого воздуха, а также выполнение необходимых логических и арифметических операций. Встроенное программное обеспечение микроконтроллера 11 на основе полученных данных реализует алгоритм расчета частоты дыхания, регистрации эпизодов апноэ и определения его типа. В случае длительной остановки дыхания человека, превышающей 20 секунд, с выхода микроконтроллера 11 на вход сигнального устройства 12 поступает управляющий сигнал, включающий сигнальное устройство, в результате чего человек просыпается.

Совместный анализ сигнала дыхания и сигнала, регистрируемого с помощью датчика температуры вдыхаемого/выдыхаемого воздуха, позволяет определить тип зарегистрированного эпизода апноэ. Различают синдромы обструктивного и центрального апноэ, а также смешанную форму апноэ, являющуюся сочетанием двух предыдущих. Причиной обструктивного апноэ служит нарушение проходимости дыхательных путей, в то время как центральное апноэ вызвано нарушением в функционировании центральной нервной системы, контролирующей функцию дыхания. При обструктивном апноэ сна отмечается коллапс дыхательных путей при продолжающихся дыхательных усилиях (функция дыхательного центра сохранена). При центральном апноэ сна (дыхание Чейна-Стокса) отмечается прекращение дыхательных усилий (снижение функции или остановка дыхательного центра) при открытых дыхательных путях. Несмотря на разные причины возникновения, и, следовательно, разные подходы к лечению этих заболеваний, эти два вида апноэ имеют схожую клиническую картину и их невозможно дифференцировать без проведения специального обследования. Регистрация эпизода апноэ происходит при отсутствии изменений в температуре вдыхаемого/выдыхаемого воздуха в течение более 20 секунд. Однако в отличие от центрального апноэ при синдроме обструктивного апноэ, сопровождающегося движениями грудной клетки, огибающая сигнала артериальной пульсации крови не будет постоянной за счет присутствующих мышечных усилий, что в отсутствие канала регистрации температуры вдыхаемого/выдыхаемого воздуха может быть ошибочно расценено программой обработки данных как сигнал дыхания.

Совместная регистрация температуры вдыхаемого/выдыхаемого воздуха и сигнала дыхания позволяет дифференцировать тип зарегистрированного эпизода апноэ, что является ценным диагностическим показателем. Введение новых элементов и их взаимосвязь позволяет расширить функциональные возможности устройства для регистрации сигналов пульсовой волны и дыхательного цикла человека.

Claims (1)

1. Устройство для регистрации эпизодов апноэ и определения его типа, содержащее токовые электроды, потенциальные электроды, генератор тока, дифференциальный усилитель, амплитудный детектор, полосовой фильтр, усилитель сигнала, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены датчик температуры вдыхаемого/выдыхаемого воздуха, усилитель сигнала температурного датчика, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, сигнальное устройство, причём выход датчика температуры вдыхаемого/выдыхаемого воздуха подключен ко входу усилителя сигнала температурного датчика, выход усилителя сигнала температурного датчика подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход усилителя переменного напряжения подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к микроконтроллеру, выход микроконтроллера подключен ко входу сигнального устройства, а микроконтроллер выбран со встроенным блоком цифровой обработки сигналов.

   

Images