RU171354U1 - Дыхательный тренажер - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области медицины, а именно к пульмонологии, и может быть использована в программах комплексной терапии и профилактики бронхо-легочных заболеваний. Корпус с двумя отверстиями для вдыхаемого-выдыхаемого воздуха, снабженный мундштуком со стороны первого из отверстий, в котором выделены блок электроники, перекрытый крышкой блока, и цилиндрическая камера, сообщенная с блоком электроники посредством канала проводки и перекрытая крышкой камеры. Оба отверстия выполнены в боковой стенке цилиндрической камеры. На оси цилиндрической камеры во втулке расположен пневмотахометр, снабженный крыльчаткой, выполненной с возможностью вращения при обратно-поступательном движении воздуха через мундштук и второе отверстие. Установленный в камере пневмотахометр и терморезистивный датчик через канал проводки подключены к блоку операционных усилителей, связанному с микроконтроллером, к которому подключен USB интерфейс передачи данных во внешнее вычислительное устройство. Достигаемый технический результат заключается в портативности устройства, при условии повышения разрешающей способности датчиков, контролирующих скоростные параметры потоков воздуха.

Description

Полезная модель относится к области медицины, а именно к пульмонологии, и может быть использована в программах комплексной терапии и профилактики бронхо-легочных заболеваний.

Современные стратегии лечения и профилактики бронхо-легочных заболеваний, таких как хронической обструктивной болезни легких, бронхиальной астмы, хронического бронхита и др., предусматривают программы легочной реабилитации, которые включают в себя в том числе дозированные физические тренировки мышц верхнего плечевого пояса и дыхательной мускулатуры, что доказано приводит к уменьшению выраженности клинических проявлений заболеваний, улучшению качества жизни больных, снижает потребность в специальной медицинской помощи, включая уменьшение частоты амбулаторных визитов, вызовов скорой помощи, уменьшение частоты обострений заболевания и связанных с ними госпитализаций. Кроме того, тренировки дыхательной мускулатуры способствуют уменьшению потребности в медикаментах, позволяют увеличить срок ремиссии хронических бронхо-легочных заболеваний, повысить степень контроля над заболеваниями.

Из уровня техники известен дыхательный тренажер с биологической обратной связью (RU 2345795, 10.02.2009), содержащий маску для дыхания, дыхательный шланг и незамкнутый сосуд с отверстием для трубки, соединенные последовательно. Дыхательная маска выполнена в ротоносовом исполнении, а дыхательный шланг выполнен в виде гофрированной трубки. Сосуд выполнен в варианте четырехсекционной камеры, которая состоит из шлюзовой секции, первой и второй перепускных секций и накопительной секции, причем гофрированная трубка соединена со шлюзовой секцией, которая через обе перепускные секции соединена с накопительной секцией.

В данном тренажере лечебный эффект достигается за счет увеличения количества углекислого газа во вдыхаемом воздухе, что приводит к гиперкапнии, оказывающей определенное влияние на метаболические процессы, тонус сосудов, воздействие на дыхательный центр, но не улучшает параметры функции внешнего дыхания, такие как объем форсированного выдоха, форсированную жизненную емкость легких и др. Программы легочной реабилитации направлены как раз на улучшение указанных параметров функции внешнего дыхания в результате тренировки дыхательной мускулатуры, что невозможно при применении данного устройства. Более того, при тяжелом течении хронических бронхо-легочных заболеваний часто наблюдается хроническая гипоксия и использование подобных устройств у таких пациентов может быть просто противопоказано. Кроме того, данное устройство представляется достаточно сложным с конструктивной точки зрения и громоздким, а именно предполагается установка сразу двух пневмотахометров, один из которых контролирует параметры вдоха, другой параметры выдоха, а также накопительной секции, объем которой доходит до 2000 мл.

Из уровня техники известен дыхательный тренажер (RU 2245170, 27.01.2005), состоящий из мундштука-воздуховода, корпуса с крышкой, шарика и седла с центральным отверстием, образующими обратный клапан. Обратный клапан выполнен с возможностью закрытия на выдохе, его седло выполнено внутри корпуса в форме конического углубления в нем и центрального отверстия, в корпусе дополнительно выполнены перепускные каналы, под шариком установлена перфорированная мембрана для ограничения хода шарика. Перепускные каналы выполнены с возможностью регулирования их площади на выдохе или на вдохе или одновременно на вдохе и выдохе и содержат средство регулирования площади перепускных каналов. Средство регулирования площади перепускных каналов выполнено в виде совмещенных радиальных отверстий в корпусе и кольце и/или крышке, а крышка и/или кольцо выполнены с возможностью ограниченного поворота относительно корпуса. Перфорированная мембрана выполнена с возможностью поджатия шарика к седлу.

Основным недостатком данного тренажера является отсутствие возможности подключения к электронному вычислительному устройству, такому как персональный, планетный компьютер, или смартфон и полное отсутствие биологической обратной связи. Как следствие - отсутствие контроля над выполнением упражнений. Как и предыдущий (RU 2345795, 10.02.2009), данный тренажер создан для увеличения концентрации углекислого газа во вдыхаемом воздухе в процессе тренировки и не решает задачи тренировки дыхательной мускулатуры.

Из уровня техники известен дыхательный тренажер (RU 139260, 10.04.14 - прототип), включающий корпус, загубник, регулируемое отверстие для прохождения воздуха. Причем регулируемое отверстие для прохождения воздуха, снабженное задвижкой и шкалой выдыхаемого воздуха, выполнено на корпусе, содержит расположенный в корпусе датчик давления с закрепленным на нем кулачком, подпружиненным пружиной, с возможностью воздействовать им на нормально разомкнутые контакты пуска для их замыкания, при котором через блок соединения устройства включается видеопроигрыватель.

Из недостатков данного устройства можно отметить то, что в качестве средств анализа потока выдыхаемого воздуха используется датчик давления с возможностью замыкания контактов с разрешающей способностью всего в 2 значения, что не дает полную информацию о процессе дыхания. В конструкции данного тренажера отсутствует возможность анализа характеристик потока вдыхаемого воздуха, что не позволяет тренировать испираторные мышцы.

Нами решалась задача создания тренажера инспираторной и экспираторной дыхательной мускулатуры под контролем биологической обратной связи, позволяющей отслеживать уровень предполагаемой тренировочной нагрузки и степень ее достижения в реальном времени в процессе тренировочной сессии, расширение показаний для тренировок, включая среднетяжелое и тяжелое течение бронхо-легочных заболеваний за счет индивидуальных уровней тренировочных нагрузок без использования опасного эффекта гиперкапнии и гипоксии.

Достигаемый технический результат заключается в обеспечении портативности устройства, при условии повышения точности контроля скоростных параметров потоков воздуха, что достигается за счет:

- использования пневмотахометра, снабженного крыльчаткой, и терморезистивного датчика, обеспечивается возможность определения направления потока воздуха (вдоха - выдоха) с использованием только одного пневмотахометрического датчика;

- расположение отверстия для приема и выпуска воздушного потока позволяет производить вдох-выдох без остановки и смены направления движения пневмотахометрического датчика, что экономит время при выполнении упражнений и позволяет сохранять темп дыхания, делает нагрузку на дыхательную мускулатуру равномерной;

- микроконтроллер обеспечивает сбор, обработку и передачу информации о процессе дыхания в режиме реального времени с разрешающей способностью 10 бит или 1024 значения, что обеспечивает более полную информацию о паттерне дыхания.

Разработанный нами тренажер (фиг. 1, 2, 3, 4) содержит корпус (на чертеже не обозначен) с двумя отверстиями для вдыхаемого-выдыхаемого воздуха, снабженный мундштуком со стороны первого из отверстий, в котором выделены блок электроники, перекрытый крышкой блока, и цилиндрическая камера, сообщенная с блоком электроники посредством канала проводки и перекрытая крышкой камеры. Оба отверстия выполнены в боковой стенке цилиндрической камеры (на чертеже не обозначена). На оси цилиндрической камеры во втулке расположен пневмотахометр, снабженный крыльчаткой, выполненной с возможностью вращения при обратно-поступательном движении воздуха через мундштук и второе отверстие. Установленный в камере пневмотахометр и терморезистивный датчик через канал проводки подключены к блоку операционных усилителей, связанному с микроконтроллером, к которому подключен USB интерфейс передачи данных во внешнее вычислительное устройство.

Крыльчатка выполнена в виде цилиндра с 6-10 лопастями, перекрытого с одной стороны, в которой имеется отверстие для оси пневмотахометра.

Второе отверстие выполнено в виде щели, расположенной параллельно оси цилиндрической камеры.

Второе отверстие расположено в стенке цилиндрической камеры на противоположной относительно оси камеры стороне.

Первое и второе отверстия расположены относительно друг друга на боковой поверхности камеры таким образом, что обеспечивается одностороннее вращение крыльчатки при обратно-поступательном движении воздуха в цилиндрической камере.

В качестве терморезистивного датчика могут быть использованы, например, два термистора EWTF05-223H3R-N производства E-way technology, соединенные последовательно и подключенные к блоку усилителей.

Терморезистивный датчик выполнен с возможностью измерения температуры вдыхаемого-выдыхаемого воздушного потока.

В качестве пневмотахометрического датчика может быть использован, например, бесколлекторный вибромотор QX-6D-N-112055 производства QX-motor, работающий в режиме генератора тока.

Определение вдоха или выдоха и скорости воздушного потока осуществляется за счет изменений на терморезистивном датчике в совокупности с изменениями на пневмотахометрическом датчике. При выдохе значения на терморезистивном датчике растут, при вдохе падают.

Канал проводки выполнен с возможностью крепления терморезистивного датчика.

Разработанное нами устройство проиллюстрировано на фиг. 1-4:

Фиг. 1. Дыхательный тренажер

Фиг. 2. Вид дыхательного тренажера в разрезе

Фиг. 3. Общий вид дыхательного тренажера

Фиг. 4. Блок-схема дыхательного тренажера

Обозначения на фигурах:

1. Пневмотахометр

2. Ось пневмотахометра

3. Цилиндрическая втулка крепления пневмотахометра

4. Крыльчатка пневмотахометра

5. Отверстие для приема и выпуска воздушного потока

6. Места установки крепежных саморезов

7. Канал проводки

8. Крышка блока электроники

9. Крышка цилиндрической камеры

10. Блок электроники

11. Мундштук (МК)

12. Терморезистивный датчик

13. Блок операционных усилителей

14. Микроконтроллер

15. USB интерфейс передачи данных

Тренажер работает следующим образом.

Пациент подносит тренажер ко рту и плотно прижимает мундштук 11 к губам, после чего производит последовательно повторяющиеся маневры вдох-выдох. Данные о скорости и температуре воздушного потока попадают из датчиков 1 и 12 в блок усилителей и далее в микроконтроллер, для передачи через USB интерфейс в компьютер, где происходит их визуализация в виде графиков или элементов компьютерной игры. Сила и скорость потоков вдыхаемого и выдыхаемого воздуха контролируется визуально по достижению индивидуального предполагаемого максимально возможного их уровня для данной тренировочной сессии.

Claims (6)

1. Дыхательный тренажер, содержащий корпус с двумя отверстиями для вдыхаемого-выдыхаемого воздуха, снабженный мундштуком со стороны первого из отверстий, в котором выделены блок электроники, перекрытый крышкой блока, и цилиндрическая камера, сообщенная с блоком электроники посредством канала проводки и перекрытая крышкой камеры, при этом оба отверстия выполнены в боковой стенке цилиндрической камеры, на оси цилиндрической камеры во втулке расположен пневмотахометр, снабженный крыльчаткой, выполненной с возможностью вращения при обратно-поступательном движении воздуха через мундштук и второе отверстие, установленный в камере пневмотахометр и терморезистивный датчик через канал проводки подключены к блоку операционных усилителей, связанному с микроконтроллером, к которому подключен USB интерфейс передачи данных во внешнее вычислительное устройство.

2. Дыхательный тренажер по п. 1, характеризующийся тем, что крыльчатка выполнена в виде цилиндра с 6-10 лопастями, перекрытого с одной стороны, в которой имеется отверстие для оси пневмотахометра.

3. Дыхательный тренажер по п. 1, характеризующийся тем, что второе отверстие выполнено в виде щели, расположенной параллельно оси цилиндрической камеры.

4. Дыхательный тренажер по п. 1, характеризующийся тем, что второе отверстие расположено в стенке цилиндрической камеры на противоположной относительно оси камеры стороне.

5. Дыхательный тренажер по п. 1, характеризующийся тем, что первое и второе отверстия расположены относительно друг друга на боковой поверхности камеры таким образом, что обеспечивается одностороннее вращение крыльчатки при обратно-поступательном движении воздуха в цилиндрической камере.

6. Дыхательный тренажер по п. 1, характеризующийся тем, что канал проводки выполнен с возможностью крепления терморезистивного датчика.

Images