SU1766421A1 - Электростимул тор дыхани - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к медицинской технике, з именно к э ектростимул торам дыхани , и может быть использовано в ме- дицинсксй практике дл  электростимул ции диафрагмы или диафрагмальных нервов у больных, страдающих дыхательной недостаточностью с целью нормализации дыхани , а также в реанимации и интенсивной терапии. Цель изобретени  - повышение стимул ции безопасности при отказе датчика дыхани  путем ограничени  скорости изменени  длительности стимул ции Датчик 1 дыхани  фиксирует дыхательные попытки больного, т.е. при каждой дыхательной попытке на выходе датчика 1 дыхани  формируетс  электрический импульс Частота дыхани  больного за определенный промежуток времени запоминаетс  и по данной

Description

Изобретение относитс  к области медицинской техники, а именно, к электростимул торам дыхани , и может быть использовано в медицинской практике дл  электростимул ции диафрагмы или диаф- рагмальных нервов у больных с дыхательной недостаточностью с целью нормализации дыхани , а также в реанимации и интенсивной терапии.

Известен электростимул тор дыхани  поа.с. № 1351611,кл. А 61 N 1/36, содержащий суммирующий счетчик, вычитающий счетчик, делитель частоты, схему сравнени , первый элемент И, схему пересчета, группу элементов И, формирователь импу- льсов, группу управл ющих сигналов. Недостатком устройства  вл етс  отсутствие синхронной (синхронно дыхательным попыткам больного) стимул ции,

Известен электростиму тор дыхани  по а. с. № 1292774, кл. А 61 Н 31/00, который содержит формирователь стимулирующих импульсов, усилитель мощности, электроды и цепь обратной св зи, котора  выполнена в виде датчика дыхательных движений, ком- паратора, триггера, линии задержки, элемента ИЛИ-НЕ, счетчика, цифро-аналогового преобразовател , генератора такто- .вых импульсов. Недостатком устройства  вл етс  отсутствие автоматической уста- новки требуемой организму длительности пачки импульсов.

Известно устройство наиболее близкое по технической сущности к предлагаемому решению и вз тое авторами за прототип. Это электростимул тор дыхани  по а, с. № 1255151, кл. А 61 1/36, 1986 г., который содержит последовательно соединенные вычитающий счетчик, схему сравнени  и первую схему И, первый суммирующий счетчик, выходы которого подключены к входам схемы сравнени , и делитель частоты , вход которого соединен с входом вычитающего счетчика, другой вход которого подключен к выходу схемы сравнени , а так- же он снабжен последовательно соединенными датчиком дыхани , второй схемой И,

вторым суммирующим счетчиком, запоминающим устройством, мультиплексором и RS-триггером, выход которого подключен к второму входу делител  частоты и входу первого суммирующего счетчика, последовательно соединенными Т-триггером и третьей схемой И, выход которой подключен к второму входу первого суммирующего счетчика, инвертором, вход которого соединен с вторым входом второй схемы И и входом делител  частоты, а его выход - с вторым входом RS-триггера, схемой задержки , вход которой подключен к выходу дат- чика дыхани , управл ющему входу запоминающего устройства и вторым входом Т-триггера, первой и третьей схем И, а выход - к второму входу второго суммирующего счетчика, а также усилителем мощности , вход которого подключен к выходу первой схемы И, причем выход делител  частоты соединен с мультиплексором, второй вход Т-триггера подключен к выходу первого суммирующего счетчика, а выход - к выходу схемы сравнени . На выходе датчика дыхани  формируютс  положительные импульсы, длительность которых равна длительности вдоха пациента. Данна  длительность записываетс  в запоминающем устройстве. При формировании текущего стимулирующего сигнала используетс  половина длительности вдоха, записанного в запоминающем устройстве, дл  формировани  линейно-ступенчатого нарастани  частоты от начального до конечного значени  в течение данного времени. Длительность текущего стимулирующего сигнала определ етс  длительностью текущего вдоха, фиксируемого датчиком дыхани .

Недостатком устройства  вл етс  то, что при отсутствии сигнала с датчика дыхани  (не сработал датчик по каким-либо причинам , например, при слабом спонтанном дыхании) или при задержке вдоха пациента (длительном вдохе), то в запоминающем устройстве записываетс  данна  длительность и при формировании текущего вдоха длительность нарастани  частоты может

быть очень большой величины дл  текущего вдоха, хот  и ограничиваетс  устройством по длительности, потому что частота дыхани  пациента может находитьс  в широких пределах (приблизительно от 6 до 40 дыханий в минуту, см. Анестизиологи  и реаниматологи , № 2, 1985 г. стр. 90) и данное ограничение должно ориентироватьс  на формирование нижнего предела частоты дыхани . Кроме того, окончание стимулирующего сигнала фиксируетс  окончанием текущего вдоха по сигналу, поступающему с датчика дыхани  и при нав занной электростимул ции (длительность вдоха соответствует длительности стимулирующего сигнала) длительность формируемого стимулирующего сигнала может значительно отличатьс  от требуемой организму.

Целью изобретени   вл етс  повышение безопасности стимул ции при отказе датчика дыхани  путем ограничени  скорости изменени  длительности стимул ции.

Необходимость высокой точности установки длительности стымулирующего сигнала св зана с тем, что неправильно выбранна  длительность стимулирующего сигнала не обеспечивает достаточный комфорт процесса стимул ции и приводит к низкой эффективное , и электростимул ции дыхани  а именно, мала  длительность вызывает неполноценный вдох, больша  - приводит к быстрой усталости нервно-мы- шзчного синапса (см. Медицинска  техника. №6, 1936, стр. 19-22). Высока  точность установки , длительности стимулирующего сигнала позволит улучшить вентил цию легких и повысить комфортность процесса лечени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в электростимул тор дыхани , содержащий последовательно соединенные датчик д ы- хани , первый суммирующий счетчик, последовательно соединенные второй суммирующий счетчик, мультиплексор и RS- триггер, последовательно соединенные вычитающий счетчик, элемент сравнени , первый элемент И и усилитель мощности, а также первый делитель частоты и инвертор, выход которого соединен с R-входом RS- триггера, выход которого соединен с R-входом второго суммирующего счетчика, на вход инвертора, на вход первого делител  частоты и счетный вход вычитающего счетчика поступают импульсы эталонной частоты , выход элемента сравнени  соединен с входом установки вычитающего счетчика, выход усилител  мощности  вл етс  выходом устройства, дополнительно введены последовательно соединенные второй депитель частоты, первый и второй D-триг- геры. группа D-триггеров. последовательно

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

соединенные третий суммирующий счетчик и группа элементов И, а также последовательно соединенные дифференциатор, элемент ИЛИ, счетный триггер и второй элемент И, причем на D-вход первого D- триггера поступает сигнал логической 1, а R-вход соединен с выходом второго D-триг- гера и R-входом первого суммирующего счетчика, выходы которого соединены с D- входами группы D-триггеров, выходы которого соединены с управл ющими входами мультиплексора, выход первого D-триггера соединен с тактовым входом группы D-триггеров , выход инвертора соединен с тактовым входом второго D-триггера, выход RS-триггера соединен со вторым входом второго элемента И, выход которого соединен со счет -1ым входом третьего суммирующего счетчика, выходы которого соединены с первой группой входов группы элементов И, выходы которого соединены с входами элемента сравнени , а втора  группа входов - со старшим разр дом выхода третьего суммирующего счетчика и с входом дифференциатора , выход которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ, выход счетного триггера соединен со вторым входом элемента И.

Такое решение позволит:

-обеспечить формирование требуемую дл  организма длительность стимулирующего сигнала;

-повысить эффективность и увеличить длительность непрерывной стимул ции;

-обеспечить высокий комфорт процесса лечени .

Электростимул тор дыхани  содержит датчик 1 дыхани , первый делитель 2 частоты , первый суммирующий счетчик 3. второй суммирующий счетчик 4, мультиплексор 5, RS-триггер 6, вычитающий счетчик 7, элемент 8 сравнени , первый элемент И 9, усилитель 10 мощности, инвертор 12, второй делитель 13 частоты, первый 14 и второй 15 D-триггеры, группу 16 D-триггеров, третий суммирующий счетчик 17. группу элементов И 18, дифференциатор 19, элемент ИЛИ 20, счетный триггер 21 и второй элемент И 22.

Электростимул тор дыхани  работает следующим образом. Датчик 1 дыхани  фиксирует дыхательные попытки больного, т.е. при каждой дыхательной попытке (начале спонтанного вдоха) на выходе формируетс  электрический импульс. Данные импульсы поступают на сч етный вход первого суммирующего счетчика 3 и каждый импульс измен ет код на его выходе. Данный код поступает на D-зходы группы 16 D-триггеров и каждый положительный перепад на его тактовом входе, формируемый через заданный промежуток времени (например, через минуту), передает коде D-входов группы 16 D-триггеров на его выходы и на управл ющие входы мультиплексора 5. При этом на R-вход первого суммирующего счетчика 3 через короткий промежуток времени, равный половине периода сигнала эталонной частоты, поступает импульс (сигнал логической 1 с длительностью, равной периоду сигнала эталонной частоты) и устанавливает его выходы в состо ние логического О. Таким образом, на управл ющих входах мультиплексора 5 через заданный промежуток времени устанавливаетс  код, соответствующий средней частоте дыхани  за задан- ный промежуток времени (например, частота дыханий в минуту). Формирование заданного, промежутка времени и сигналов управлени  по тактовому входу первого суммирующего счетчика 3 и тактовому входу группы 16 D-триггеров осуществл етс  следующим образом. Сигнал эталонной частоты поступает на вход второго делител  13 частоты, коэффициент делени  которого обеспечивает формирование на его выходе импульсов с требуемым периодом (например , равным 1 мин.). Предположим, что второй делитель 13 частоты срабатывает от положительного фронта на его входе. Тогда при положительном фронте сигнала эталон- ной частоты и по влении сигнала логине ской 1 на выходе второго 13 делител  частоты, который поступает на тактовый вход первого D-триггера 14, сигнал логической 1 с D-входа первого D-триггера 14 передаетс  на его выход, на D-вход второго D-триггера 15 и на тактовый вход группы 16 D-триггеров. Последующий отрицательный перепад сигнала эталонной частоты (промежуток времени равен половине периода сиг- нала эталонной частоты), поступа  через инвертор 12 на тактовый вход второго D- триггера 15, передает сигнал логической 1 с D-входа на его выход, который поступает на R-вход первого суммирующего счетчика 3 и на R-вход первого D-триггера 14 и устанавливает его выход в состо ние логического О. Последующий отрицательный перепад сигнала эталонной частоты (через промежуток времени, равный периоду сиг- нала эталонной частоты) передает сигнал логического О с D-входа второго D-триггера 15 на его выход и через заданный промежуток времени (через минуту) процессы повтор ютс . Код на управл ющих входах мультиплексора 5, соответствующий частоте дыхани  за заданный промежуток времени (за минуту),открывает один из ключей К мультиплексора 5, Один из выходов второго суммирующего счетчика 4 через открытый

ключ мультиплексора 5 соедин етс  с S- входом RS-триггера 6, устанавлива  тем самым заданный коэффициент делени  К1 второго суммирующего счетчика 4, поскольку сигнал логической 1 на выходе RS-триггера 6, поступа  на R-вход второго суммирующего счетчика 4, устанавливает его выходы в состо ние логического О и если срабатывание по тактовому входу второго суммирующего счетчика 4 осуществл етс  от положительного фронта сигнала эталонной частоты, проход щего через первый делитель 2 частоты, то через промежуток времени, равный половине периода сигнала эталонной частоты, сигнал логического О эталонной частоты, поступа  через инвертор 12 на R-вход RS-триггера 6, устанавливает его выход в состо ние логическо- ю О и разрешает по R-входу второго суммирующего счетчика 4 его работе (сложению входных импульсов) Последовательность импульсов эталонной частоты поступает на счетный вход вычитающего счетчика 7 непосредственно, а на суммирующий вход третьего суммирующего счегчи- ка 17 (данные счетчики - двоичные Р-разр дные счетчики) - через первый делитель 2 частоты, через делитель частоты с переменным коэффициентом делени  (через второй суммирующий счетчик 4, выполн ющий функции делител  частоты с переменным коэффициентом делени ) и через второй элемент И 22 (при сигнале логической 1 на втором входе второго элемента И 221,При логической 1 на старшем разр де третьего суммирующего счетчика 17 код на выходах группы 18 элементов И соответствует коду на выходах третьего суммирующего счетчика 17, а при логическом О - выходы группы 18 элементов И наход тс  в состо нии логического О независимо от кода на выходах третьего суммирующего счетчика 17. Коды на выходах группы 18 элемеитор И сравниваютс  с кодами вычитающего счетчика 7 элементом 8 сравнени . При совпадении кодов на выходе элемента 8 сравнени  по вл етс  сигнал логической 1, котора  по установочному входу вычитающего счетчика 7 устанавливает на его выходах начальный код, и выход элемента 8 сравнени  возвращаетс  в исходное состо ние логического О, формиру  тем самым положительный импульс. Следующее совпадение кодов на выходах группы 18 элементов И и выходах вычитающего счетчика 7 вызывает по вление на выходе схемы 8 сравнени  очередного положительного импульса и т.д. В процессе работы код на выходах третьего суммирующего счетчика 17 увеличиваетс , а код на

выходах вычитающего счетчика 7 уменьшаетс , причем скорость изменени  кодов дл  каждого счетчика посто нна, а отношение их скоростей определ етс  коэффициентом К2 второго суммирующего счетчика 4 и коэффициентом делени  первого делител  2 частоты. В результате на выходе элемента 8 сравнени  при сигнале логической 1 на старшем разр де третьего суммирующего счетчика 17 образуетс  последовательность импульсов с частотой, измен ющейс  по линейно-ступенчатому закону. При сигнале логического О на старшем разр де третьего суммирующего счетчика 17 код на выходах группы 18 элементов И равен О, поэтому число импульсов, требуемых на вход вычитани  счетчика 7 дл  его начальной установки, посто нно и равно минимальному значению, что соответствует максимальной частоте на выходе элемента 8 сравнени .

Рассмотрим формирование сигнала на выходе счетного триггера 21. Предположим, что в исходном состо нии на выходе счетного Триггера 21 присутствует сигнал логического О. Код на выходах третьего суммирующего счетчика 17 не измен етс  поскольку с выхода элемента И 22 поступает сигнал логического О. При срабатывании датчика 1 дыхани  (при начале вдоха больного ) на его выходе по вл етс  импульс (сигнал логической 1), который через элемент ИЛИ 20 поступает на тактовый вход счетного триггера 21 и переводит его выход в состо ние логической 1, котора  разрешает прохождение импульсов через второй элемент И 22 на счетный вход третьего суммирующего счетчика 17 и на. его выходах начинает измен тьс  код, Как только на старшем разр де третьего суммирующего счетчика 17 по витс  сигнал логической 1, то дифференциатор 19 выдел ет положительный фронт данного сигнала и через элемент ИЛИ 20 по тактовому входу счетного триггера 21 устанавливает его выход в состо ние сигнала логического О, т.е. пере водит в исходное состо ние. Таким образом, третий суммирующий счетчик 17 работает в ждущем режиме и при каждом срабатывании датчика 1 дыхани  в течении периода сигнала на его старшем разр де считает до исходного момента (момента по влени  сигнала логической 1 на старшем разр де). Именно в этот период времени (т.к. на выходе счетного триггера 21 присутствует сигнал логической 1, котора  поступает на один вход первого элемента И 9) последовательность импульсов с выхода элемента 8 сравнени  через первый элемент И 9 поступает на вход усилител  10

0

5

мощности, и после усилени  поступает на выход устройства.

Итак, при каждом срабатывании датчика 1 дыхани  на выходе устройства в течение периода сигнала на старшем разр де третьего суммирующего счетчика 17 по вл етс  пачка импульсов, причем как видно из описани  выше, частота следовани  импульсов в первой половине пачки возрастает по линейно-ступенчатому закону, а во второй половине частота посто нна и равна максимальному значению.

Длительность пачек импульсов на выходе устройства равна 1

Т1 -- П Рэ

К 1 К 2 -2Р,

где Рэ - эталонна  частота;

К1 - коэффициент делени  первого делител  частоты 2:

0 К2 - коэффициент делени  второго суммирующего счетчика 4 (т.к. второй суммиру- ющий счетчик 4, мультиплексор 5 и RS-триггер 6, как было показано выше, образуют делитель частоты с управл емым ко5 эффициентом делени );

р - число разр дов третьего суммирующего счетчика 17.

Т.к. Рэ, К1, р - величины посто нные, а К2  вл етс  функцией частоты дыхани  боль0 ного за определенный промежуток времени (например, за минуту), то и длительность пачек импульсов, формируемых устройством  вл етс  функцией собственной частоты дыхани , т.е. измен етс  в соответствии

5 с изменением частоты дыхани  больного. При этом даже не срабатывает датчик 1 дыхани , погрешность требуемой длительности пачки импульсов незначительна. Предположим, что при частоте дыхани 

0 Рдых.20 дых/мин, и отношении вдоха к выдоху (скважности пачек), равном 1:2, на одном из спонтанных вдохов больного не сработал датчик 1 дыхани . Требуема  длительность пачек импульсов (при срабатыва5 ни х датчика дыхани  на каждую дыхательную попытку за минуту)

(с)

Формируема  длительность пачек импуль- 0 сов (датчик дыхани  один раз за минуту не сработал)

,05(с),

Погрешность составл ет 5% и ею можно 5 пренебречь.

В процессе лечени  возможна корректировка отношени  вдоха к выдоху. Это легко осуществить установкой нужного коэффициента делени  первого делител  2

частота (К1) (например, если использовать делитель частоты с регулируемым коэффициентом делени  или выбором делител  частоты из набора делителей с различными коэффициентами делени ).

Предложенное устройство позвол ет запомнить частоту дыхани  больного за определенный промежуток времени и по данной частоте сформировать требуемую длительность пачки импульсов с законом изменени  частоты следовани  импульсов в пачке моделирующим физиологический процесс дыхани .

Таким образом, погрешность формировани  длительности стимулирующего сигна- ла незначительна даже при имеющихс  несрабатывани х датчика дыхани .

Это позвол ет повысить эффективность и увеличить длительность непрерывной стимул ции дыхани  при обеспечении комфор- та процесса лечени .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Электростимул тор дыхани , содержащий датчик дыхани , первый суммирующий счетчик, один вход которого соединен с выходом датчика дыхани , мультиплексор, инвертор , второй суммирующий счетчик, выходы которого подключены к одним входам мультиплексора, RS-триггер, один вход которого соединен с выходами мультиплексора , другой вход - с выходом инвертора, а выход - с одним входом второго суммирующего счетчика, последовательно соединен- ные первый элемент И и усилитель мощности, выход которого  вл етс  выходом электростимул тора, вычитающий счетчик , элемент сравнени , одни входы которого подключены к выходам вычитающего счетчика, а выход соединен с одними

   входами вычитающего счетчика и первого элемента И, а также первый делитель частоты , вход которого подключен к входу инвертора , другому входу вычитающего счетчика и входу эталонной частоты электростимул тора , отличающийс  тем, что, с целью повышени  безопасности стимул ции при отказе датчика дыхани  путем ограничени  скорости изменени  длительности стимул ции , он содержит первый D-триггер, второй D-триггер, один вход которого подключен к выходу первого D-триггера, другой вход - к выходу инвертора, а выход - к одному входу первого D-триггера и другому входу первого суммирующего счетчика, второй делитель частоты, вход которого соединен с входом инвертора, а выход - с другим входом первого D-триггера, группу D-триггеров, одни входы которой подключены к выходам первого суммирующего счетчика, другой вход - к выходу первого D-триггера, а выходы - к другим входам мультиплексора, последовательно соединенные элемент ИЛИ и счетный триггер, последовательно соединенные второй элемент И, третий суммирующий счетчик и группу элементов И, другие входы которой соединены с последним выходом третьего суммирующего счетчика, а выходы - с другими входами элемента сравнени , а также дифференциатор, вход которого подключен к последнему выходу третьего суммирующего счетчика, а выход - к одному входу элемента ИЛИ, другой вход которого соединен с выходом датчика дыхани , причем один вход второго элемента И подключен к выходу RS-триггера, другой вход - к выходу счетного триггера и другому входу первого элемента И, а выход первого делител  частоты соединен с другим входом второго суммирующего счетчика.