SU980713A1

SU980713A1 - Device for electric stimulating of respiration

Info

Publication number: SU980713A1
Application number: SU813290140A
Authority: SU
Inventors: Геннадий Сергеевич Лескин; Юрий Николаевич Огурцов; Юрий Васильевич Шинкаренко; Михаил Абович Белиловский
Original assignee: Московский областной научно-исследовательский клинический институт им.М.Ф.Владимирского
Priority date: 1981-05-14
Filing date: 1981-05-14
Publication date: 1982-12-15

Description

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для электрической стимуляции дыхания, оно найдет применение в медицинской практике при восстановлении дыхания, а также при лечении ост- 5 рой и хронической дыхательной недостаточности .The invention relates to medical equipment, namely to devices for electrical stimulation of respiration; it will find application in medical practice in the restoration of respiration, as well as in the treatment of acute and chronic respiratory failure.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для электростимуляции ды- <0 хания, содержащее датчик дыхания, синхронизатор, формирователь стимулирующих импульсов и стимулирующие электроды Г1 3.The closest in technical essence to the proposed is a device for electrical stimulation of breathing <0, containing a respiratory sensor, synchronizer, stimulating pulse shaper and stimulating electrodes G1 3.

Однако в известном устройстве ’5 отсутствуют средства автоматического поиска двигательных точек диафрагмы или диафрагмального нерва, что не позволяет эффективно использо20 вать устройство в случаях экстренной необходимости, например, для реанимации. Кроме того, отсутствие средств стабилизации воздействия за2 трудняет использование устройства при длительной стимуляции, в процессе которой неизбежны вызванные движениями больного частые смещения активного электрода с двигательной точки.However, the known device ’5 lacks the means of automatically searching for the motor points of the diaphragm or phrenic nerve, which does not allow the device to be effectively used in cases of emergency, for example, for resuscitation. In addition, the lack of means to stabilize the effect of Z2 makes it difficult to use the device during prolonged stimulation, during which frequent displacements of the active electrode from the motor point caused by patient movements are inevitable.

Цель изобретения - повышение эффективности электрической стимуляции дыхания путем автоматического поиска двигательных точек диафрагмы или диафрагмального нерва и стабилизации воздействия на них.The purpose of the invention is to increase the efficiency of electrical respiration stimulation by automatically searching for the motor points of the diaphragm or phrenic nerve and stabilizing the effect on them.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, для электростимуляции, содержащее датчик дыхания, первый выход которого через синхронизатор соединен с формирователем импульсов, первым выходом подключенным к пассивному электроду, и активные электроды снабжено коммутатором и блоком управления, первый вход которого соединен с вторым выходом датчика дыхания, второй вход - с первым выходом формирователя импульсов, аThis goal is achieved in that the device for electrical stimulation, containing a breathing sensor, the first output of which is connected via a synchronizer to a pulse shaper, the first output connected to a passive electrode, and the active electrodes are equipped with a switch and a control unit, the first input of which is connected to the second output of the breathing sensor , the second input - with the first output of the pulse shaper, and

980713 . 4 выход - с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с вторым выходом формирователя импульсов.980713. 4 output - with the first input of the switch, the second input of which is connected to the second output of the pulse shaper.

Кроме того, коммутатор выполнен в виде последовательно соединенных $ кольцевого счетчика и блока аналоговых ключей, в котором вход каждого из ключей соединен с вторым выходом формирователя импульсов, а выход - с соответствующим контактом ак- ю тивного электрода.In addition, the switch is made in the form of a series-connected $ ring counter and an analog key block, in which the input of each key is connected to the second output of the pulse shaper, and the output to the corresponding contact of the active electrode.

Кроме того, блок управления выполнен в виде компаратора, вход которого соединен с вторым выходом датчика дыхания,а выход через элемент бло- »5 кяровки соединен с.первым входом генератора счетных импульсов,второй вход которого соединен с первым выходом формирователя импульсов,а выход - с входом кольцевого счетчика коммута- . тора.In addition, the control unit is made in the form of a comparator, the input of which is connected to the second output of the breathing sensor, and the output through the block of 5–5 kirovki is connected to the first input of the counter pulse generator, the second input of which is connected to the first output of the pulse shaper, and the output is with an input of the ring counter of commute -. Torah.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства.The drawing shows a structural electrical diagram of the device.

Устройство содержит датчик дыхания 1, первый выход которого через j синхронизатор 2 соединен с формирователем импульсов 3» первым выходом подключенным к пассивному электроду -4, активные электроды 5> коммутатор 6 и блок 7 управления, при- . чем коммутатор 6 выполнен в виде соединенных между собой кольцевого счетчика 8 и блока 9 аналоговых ключей, каждый из которых соединен входом с вторым выходом формирователя 3 импульсов, а выходом' - с соответствующими контактами активного электрода 5. Схема управления коммутатором выполнена в виде компаратора; 10, вход которого соединен с вторым выходом датчика дыхания 1, а выход через элемент блокировки ‘11 соединен с первым входом генератора 12 счетных импульсов, второй вход которого соединен с первым выходом формирователя импульсов 3, а выход - с входом кольцевого счетчика 8.The device contains a respiratory sensor 1, the first output of which through j synchronizer 2 is connected to the pulse shaper 3 ”by the first output connected to the passive electrode -4, active electrodes 5> switch 6 and control unit 7, with-. than the switch 6 is made in the form of interconnected annular counter 8 and block 9 analog keys, each of which is connected by an input to the second output of the pulse shaper 3, and the output '- with the corresponding contacts of the active electrode 5. The control circuit of the switch is made in the form of a comparator; 10, the input of which is connected to the second output of the respiratory sensor 1, and the output through the blocking element ‘11 is connected to the first input of the counter pulse generator 12, the second input of which is connected to the first output of the pulse shaper 3, and the output to the input of the ring counter 8.

I 'I '

Датчик 1 дыхания служит для измерения дыхательного объема и выполнен, например, в виде пневмотахографической трубки, соединенной с вторичным преобразователем давления в электрический сигнал.The respiratory sensor 1 is used to measure tidal volume and is made, for example, in the form of a pneumotachographic tube connected to a secondary pressure transducer into an electrical signal.

Синхронизатор 2 служит для синхронизации ритма электростимуляции с ритмом собственного дыхания больного и представляет собой пороговую схему.Synchronizer 2 serves to synchronize the rhythm of electrical stimulation with the rhythm of the patient’s own breathing and is a threshold scheme.

Формирователь 3 импульсов предназначен для формированйя серий стимулирующих импульсов и выполнен в виде работающего в ждущем режиме релаксационного генератора, а также имеет средства регулирования длительности и амплитуды серий, позволяющие в процессе регулировать, соответственно, длительность входа и дыхательный объем.The 3 pulse shaper is designed to form a series of stimulating pulses and is made in the form of a relaxation generator operating in the standby mode, and also has means for controlling the duration and amplitude of the series, which allow, in the process, to adjust the duration of entry and tidal volume.

Пассивный электрод 4 предназначен для подведения стимулирующих импульсов к выбранному для воздействия участку тела и выполнен в виде эластичной пластины из электропроводящего материала.The passive electrode 4 is designed to bring stimulating pulses to the selected area of the body and is made in the form of an elastic plate of electrically conductive material.

Многоконтактный активный электрод 5 служит для подведения стимулирующих импульсов к двигательным точкам дифрагмы или диафрагмального нерва, выполнен в виде многоконтактной матрицы, которая может иметь различные конструктивные решения.The multi-contact active electrode 5 serves to bring stimulating pulses to the motor points of the diaphragm or phrenic nerve, made in the form of a multi-contact matrix, which can have various design solutions.

Кольцевой счетчик 8 служит для управления блоком аналоговых ключей 9. Разрядность кольцевого счетчика 8 определяется числом аналоговых ключей блока 9, при этом выход каждого разряда соединен с цепью управления одного из ключей блока 9» которые служат для коммутации контактов активного электрода 5 и поочередного подключения их к выходу формирователя импульсов 3.The ring counter 8 is used to control the block of analog keys 9. The capacity of the ring counter 8 is determined by the number of analog keys of block 9, while the output of each bit is connected to the control circuit of one of the keys of block 9 ”, which serve to switch the contacts of the active electrode 5 and connect them to pulse shaper output 3.

Компаратор 10 служит для сравнения величины сигнала,(поступающего» от датчика 1 дыхания, с предварительно установленной пороговой величиной, а также для формирования сигнала управления генератором 12 счетных импульсов .The comparator 10 is used to compare the magnitude of the signal (incoming) from the respiratory sensor 1, with a predetermined threshold value, as well as to generate a control signal for the generator 12 counting pulses.

Генератор 12 счетных импульсов выполнен в виде одновибратора и служит для запуска кольцевого счетчика 8.The generator 12 of the counting pulses is made in the form of a single vibrator and serves to start the ring counter 8.

Элемент блокировки 11 предназначен для управления работой генератора 12 счетных импульсов и выполнен на одновибраторе.The locking element 11 is designed to control the operation of the generator 12 counting pulses and is made on a single vibrator.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Активный электрод 5 фиксируется в области двигательной точки. При чрезкожной стимуляции диафрагмы или диафрагмального нерва - на грудной клетке или на шее больного, при трансвенозной стимуляции диафрагмального нерва - в полой вене в месте наиболее близкого прохождения нерва. Пассивный электрод 4 располагается накож5 но так, что стимулирующие импульсы, проходя между электродами 4 и 5, охватывают область расположения двигательной точки.The active electrode 5 is fixed in the area of the motor point. With percutaneous stimulation of the diaphragm or phrenic nerve - on the chest or neck of the patient, with transvenous stimulation of the phrenic nerve - in the vena cava at the site of the closest passage of the nerve. The passive electrode 4 is located on the skin5 so that the stimulating pulses passing between the electrodes 4 and 5 cover the locus of the motor point.

Дыхательные попытки больного воспринимаются датчиком 1 дыхания, вырабатывающим электрический сигнал, пропорциональный объему дыхания. Сиг компаратора 10, в результате срабатывания которого запускается схема блокировки 11. Блокирующий импульс поступает на генератор 12 счетных ₅ импульсов и запирает его. Формирование счетных импульсов, а следовательно, и коммутация контактов активного электрода 5 прекра нал поступает на входы синхронизатора 2 и компаратора 10 блока 7, to уровни срабатывания которых задаются I врачом-оператором до начала воздействия. При этом·порог срабатывания синхронизатора 2 задается из условия его запуска при любой, даже слабой, и дыхательной попытке больного, а порог срабатывания компаратора 10 задается так, что он работает только при возрастании дыхательного объема, вызванном электростимуляцией. эдThe patient’s respiratory attempts are sensed by the respiratory sensor 1, which generates an electrical signal proportional to the volume of breathing. The sig of the comparator 10, as a result of the operation of which the blocking circuit 11 is started. The blocking pulse is supplied to the generator 12 of the counting ₅ pulses and locks it. The formation of the counting pulses, and, consequently, the switching of the contacts of the active electrode 5, stops at the inputs of the synchronizer 2 and comparator 10 of block 7, to the triggering levels of which are set by the operator physician I before the exposure begins. In this case, the trigger threshold of the synchronizer 2 is set from the condition of its launch in case of any, even weak, and respiratory attempt of the patient, and the response threshold of the comparator 10 is set so that it only works when the tidal volume increases due to electrical stimulation. ed

Синхроимпульсами, сформированными синхронизатором 2, в такт дыхательным попыткам больного запускается формирователь 3 импульсов.The sync pulses generated by the synchronizer 2, in time with the patient's respiratory attempts, the 3 pulse shaper is started.

Сёрии импульсов, отрегулированные оператором по длительности и амплитуде, с формирователя 3 через пассивный электрод 4, а также через открытый в данный момент один из аналоговых ключей блока 9 и связанный _мс ним контакт активного электрода 5 подаются на стимулируемый участок.Sorii pulses adjusted by the operator of duration and amplitude with a generator 3 through the passive electrode 4, and also through the currently open one of the analog key unit 9, and _m associated with him contact of the active electrode 5 are fed to the stimulated site.

Задним фронтом серии стимулирующих импульсов запускается генератор 12 счетных импульсов. Счетный импульс, поступая на вход кольцевого счетчика 8, сдвигает его на один разряд, в результате чего происходит переключение аналоговых ключей блока 9, и к выходу формирователя 3 импульсов подключается другой контакт активного электрода 5·The trailing edge of a series of stimulating pulses starts the generator 12 counting pulses. The counting pulse, arriving at the input of the ring counter 8, shifts it by one bit, as a result of which the analog keys of block 9 are switched, and another contact of the active electrode 5 is connected to the output of the pulse shaper 3 ·

По окончании прохождения следующей серии стимулирующих импульсов контакты активного электрода 5 снова переключаются. Этот процесс повторяется до тех пор, пока к выходу формирователя 3 импульсов не подключется расположенный непосредственно на двигательной точке диафрагмы или диафрагмального нерва контакт активного электрода 5. В этом случае стимулирующие импульсы вызывают возбуждение диафрагмы и за счет ее сокращения происходит увеличение дыхательного объема. Соответственно возрастает и сигнал, снимаемый с датчика 1 дыхания. Величина сигнала теперь превосходит пороговый уровень щается.At the end of the passage of the next series of stimulating pulses, the contacts of the active electrode 5 are switched again. This process is repeated until the contact of the active electrode 5 located directly on the motor point of the diaphragm or phrenic nerve is connected to the output of the pulse shaper 3. In this case, stimulating pulses cause the diaphragm to be excited and, due to its reduction, an increase in tidal volume. Correspondingly, the signal taken from the respiratory sensor 1 also increases. The magnitude of the signal now exceeds the threshold level.

Если в процессе воздействия, по какой-либо причине (чаще всего из-за движения больного) активный электрод смещается с двигательной точки, то устройство автоматически возобновляет ее поиск, продолжая осуществление эффективной стимуляции. Таким образом, достигается стабилизация воздействия на найденную двигательную точку диафрагмы или диафрагмального нерва.If in the process of exposure, for some reason (most often due to the patient’s movement), the active electrode is displaced from the motor point, the device automatically resumes its search, continuing the implementation of effective stimulation. Thus, stabilization of the effect on the found motor point of the diaphragm or phrenic nerve is achieved.

Устройство позволяет повысить эффективность воздействия за счет автоматизации и ускорения поиска, повышения точности обнаружения двигательных точек диафрагмы или диафрагмального нерва как в начале стимуляции, так и в процессе ее длительного проведения при движениях больного.The device allows to increase the effectiveness of the impact by automating and speeding up the search, increasing the accuracy of detecting the motor points of the diaphragm or phrenic nerve both at the beginning of stimulation and during its long duration during patient movements.

Устройство для электрической стимуляции дыхания может использоваться при лечении различных форм дыхательной недостаточности, обусловленных нарушениями центрального и периферического механизмов регуляции дыхания, при отсутствии поражений легочной ткани и сохранении проводимости дыхательных^ путей, а также в реанимации и интенсивной терапии.A device for electrical respiration stimulation can be used in the treatment of various forms of respiratory failure due to violations of the central and peripheral mechanisms of breathing regulation, in the absence of lung tissue lesions and preservation of the airway conduction, as well as in intensive care and intensive care.

Предлагаемое устройство, кроме обеспечения возможности проведения контроля за объемом дыхания и автоматического поиска оптимальных точек для воздействия, позволяет обеспечить стабилизацию воздействия и, тем самым, повысить эффективность и надежность метода электрической стимуляции дыхания.The proposed device, in addition to providing the ability to control the volume of respiration and automatically search for optimal points for exposure, allows for stabilization of exposure and, thereby, to increase the efficiency and reliability of the method of electrical stimulation of respiration.

Устройство просто в работе, так как освобождает врача от трудоемкой и длительной операции поиска двигательных точек, а также от необходимости частой коррекции расположения электродов в процессе длительной стимуляции дыхания.The device is easy to operate, as it relieves the doctor of the time-consuming and lengthy operation of searching for motor points, as well as the need for frequent correction of the location of the electrodes during prolonged respiratory stimulation.

Claims

39 output - with the first input of the switch; the second input of which is connected to the second output of the pulse former. In addition, the switch is designed as a series-connected ring counter and block of analog keys, in which the input of each key is connected to the second output of the pulse former, and the output - with the corresponding contact of the active electrode. In addition, the control unit is designed as a comparator, the input of which is connected to the second output of the breathing sensor, and the output through the block element J is connected to. the first input of the counting pulse generator, the second input of which is connected to the first output of the pulse former, and the output - to the input of the commutator ring counter. The drawing shows the structures on the electrical circuit of the device. The device contains a breath sensor 1, the first output of which is connected via a synchronizer 2 to a pulse shaper 3. A first output is connected to a passive electric RODA active electrodes 5, a switch 6 and a control unit 7, the switch 6 being configured as an annular counter 8 and a block 9 analog keys, each of which is connected with the input to the second output of the pulse former, and the output with the corresponding contacts of the active electrode 5. The switch control circuit is made in the form of a c1mp a | 1; 10 whose input is connected to the second output of the breath sensor 1j and the output through the blocking element 11 is connected to the first input of the generator 12 counting pulses, the second input of which is connected to the first output of the pulse former 3, and the output to the input of the ring counter 8. The breath sensor 1 serves for measuring the tidal volume and is made, for example, in the form of a pneumotachograph tube connected to a secondary pressure transducer into an electrical signal. The synchronizer 2 serves to synchronize the rhythm of electrostimulation with the rhythm of the patient's own respiration and is a threshold scheme. 4 A pulse shaper 3 is designed to form a series of stimulating pulses and is designed as a standby relaxation generator, and also has means for adjusting the duration and amplitude of the series, which allow the input duration and tidal volume to be adjusted respectively in the process. The passive electrode k is designed to apply stimulating pulses to a selected body area and is made in the form of an elastic plate of electrically conductive material. Multi-contact active electrode 5 serves to drive stimulating pulses to the motor points of the diffraction or phrenic nerve, made in the form of a multi-contact matrix, which can have different design solutions. The ring counter 8 serves to control the block of analog switches 9. The ring ring 8 is determined by the number of analog keys of block 9, and the output of each bit is connected to the control circuit of one of the keys of block 9 which are used to switch the contacts of the active electrode 5 and alternately They are assigned to the output of the pulse generator 3. The comparator 10 serves to compare the magnitude of the signal j entering from the respiration sensor 1, with a predetermined threshold value, and also to generate a control signal laziness generator 12 counting pulses. The generator 12 of the counting pulses is designed as a one-shot and serves to start the ring counter 8. The locking element 11 is designed to control the operation of the generator 12 of the counting pulses and is performed on the one-shot. The device works as follows. The active electrode 5 is fixed in the region of the motor point. With transcutaneous stimulation of the diaphragm or phrenic nerve - on the chest or neck of the patient, with transvenous stimulation of the phrenic nerve - in the vena cava in the place of the closest passage of the nerve. The passive electrode C is located on the skin, but so that the stimuli, the passage between electrodes k and 5, cover the area of the moving point. The patient's respiratory attempts are received by the respiration sensor 1, which produces an electrical signal proportional to the respiratory volume. The signal enters the inputs of the synchronizer 2 and the comparator 10 of the block 7, the response levels of which are set by the operator I before the action begins. In this case, the trigger threshold of the synchronizer 2 is set from the condition of its launching at any, even a weak, breathing attempt by the patient, and the trigger threshold of the comparator 10 is set so that it works only with an increase in tidal volume caused by electrostimulation. Sync pulses generated by the synchronizer 2, in time with the respiratory attempts of the patient starts with the shaper 3 pulses. A series of pulses adjusted by the operator in terms of duration and amplitude from former 3 via passive electrode A, as well as through the currently open one of the analog keys of block 9 and the contact of active electrode 5 connected to it, to the stimulated area stimulating pulses a generator of 12 counting pulses is started. The counting pulse, which enters the input of the ring counter 8, shifts it by one bit, as a result of which the analog keys of block 9 are switched and another contact of the active electrode 5 is connected to the output of the pulse generator 3. After the next series of stimulating pulses passes, the contacts of the active electrode 5 is switched again. This process is repeated until the contact of the active electrode 5 located directly but on the motor point of the diaphragm or phrenic nerve is connected to the output of the pulse shaper 3. In this case, the stimulating pulses cause excitation of the diaphragm and, due to its reduction, the respiratory volume increases. Accordingly, the signal from the sensor 1 of respiration also increases. The magnitude of the signal now exceeds the threshold level 36 of the comparator 10, as a result of which the blocking circuit 11 is triggered. The blocking pulse arrives at the generator 12 of the counting pulses and locks it. The formation of the counting pulses, and hence the switching of the contacts of the active electrode 5, is stopped. If during the action, for any reason (most often due to the movement of the patient), the active electrode is displaced from the motor point, the device automatically resumes its search, continuing the implementation of effective stimulation. Thus, stabilization of the effect on the found motor point of the diaphragm or phrenic nerve is achieved. The device makes it possible to increase the efficiency of exposure by automating and speeding up the search, increasing the accuracy of detecting the motor points of the diaphragm or phrenic nerve, both at the beginning of stimulation and during its prolonged conduction during movements of the patient. The device for electrical stimulation of respiration can be used in the treatment of various forms of respiratory failure due to impaired central and peripheral mechanisms of respiratory regulation, in the absence of lung tissue lesions and preservation of conductivity of respiratory tracts, as well as in resuscitation and intensive therapy. The proposed device, in addition to providing the possibility of controlling the volume of respiration and automatic search for optimal points for exposure, allows stabilization of the effect and, thereby, increasing the efficiency and reliability of the method of electrical stimulation of respiration. The device is easy to operate, as it frees the doctor from the time-consuming and lengthy operation of locating motor points, as well as from the need for frequent correction of the location of the electrodes in the process of prolonged stimulation of respiration. Claim 1. A device for electrical stimulation of respiration, comprising a respiration sensor, the first output of which is connected via a synchronizer to a pulse shaper, the first output connected to a passive electric, and active electrodes, in order to increase the efficiency of an electrical stimulus breathing by automatically locating the motor points of the diaphragm or phrenic nerve and stabilizing the effects on them, it is equipped with a switch and a control unit, the first input of which is connected The second input is connected to the first output of the pulse generator, and the second input is connected to the second output of the pulse former.

2. The device according to claim 1, characterized in that the switch is made as a series-connected ring counter and an analog switch block, in which the input of each key is connected to the second output of the pulse former, and the output with the corresponding contacts of the active electrode.

3. The device according to claim 2, characterized in that the control unit is designed as a comparator, the input of which is connected to the second output of the breathing sensor, and the output through the blocking element is connected to the first input of the counting pulse generator, the second input of which is connected to the first output of the pulse former and the output is with the input of a ring counter.

Sources - information taken into account in the examination

1. The patent of France No. 2.305.168, cl. L 61 And 31/00, 1976.