Корректор дыхания с биологической обратной связью

Корректор дыхания с биологической обратной связью

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к медицинской технике и найдет применение в немедикаментозном лечении психосоматических заболеваний по принципу биологической обратной связи путем синхронизации ритма дыхания пациента с эталонным ритмом, формируемым аппаратом. Разработанный аппарат эффективен в лечении бронхиальной астмы, вегетососудистой дистонии, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, системного ожирения.

В настоящее время одним из перспективных направлений лечения психосоматических заболеваний являются методы немедикаментозной терапии, основанные на принципе биологической обратной связи (БОС). Сущность этих методов лечения заключается в обучении пациентов произвольному управлению дыханием с помощью аппаратных средств визуализации процесса дыхания: т.н. корректоров дыхания.

Известен аппарат для коррекции дыхания (прибор контроля дыхания “РИТМ” (проспект завода “Радиоприбор”, Санкт-Петербург, производство с 1988 г.), содержащий датчик дыхания и электронный блок.

Датчик дыхания закрепляется ремнем на брюшной стенке пациента и регистрирует дыхательные движения. Сигнал с датчика поступает на электронный блок.

Электронный блок содержит схему и два сигнализатора: световой индикатор (сигнальную лампу) и двухтональный звуковой сигнализатор.

Аппарат работает следующим образом. В фазе вдоха включается сигнальная лампа, а звуковой сигнализатор издает сигнал высокого тона. В фазе выдоха сигнальная лампа гаснет, а звуковой сигнализатор издает сигнал низкого тона. В фазе дыхательной паузы звуковой сигнализатор “молчит”. Такой алгоритм работы позволяет пациенту отслеживать ритм своего дыхания, например урежать его во время приступа бронхиальной астмы, когда ритм дыхания учащается.

Недостатком прибора является отсутствие возможности оценивать, насколько пациенту удалось нормализовать дыхание, то есть в какой степени длительность вдоха, выдоха, паузы и частота дыхания близки к значениям физиологической нормы.

Известен также аппарат для коррекции дыхания с биологической обратной связью, содержащий контроллер, связанный двунаправленной многоразрядной шиной с блоком индикации и блоком установки параметров эталонного дыхания. Выход контроллера подключен к третьему входу усилителя-преобразователя, четвертый вход которого подключен к выходу регулятора усиления, пятый вход - к выходу датчика дыхательных движений, а выход - к второму входу контроллера. Устройство содержит также блок питания, первый выход которого подключен к первым входам контроллера, блока индикации, датчика дыхательных движений и усилителя-преобразователя, второй вход которого подключен к второму выходу блока питания (патент РФ №2215472, А 61 В 5/08).

При лечении бронхиальной астмы данный аппарат позволяет задавать эталонные параметры нормального дыхания для пациента и осуществлять оптимальное управление этими параметрами в процессе лечения. При этом схемотехническое решение аппарата и его программное обеспечение исключают возможность задания врачом несовместимых сочетаний параметров дыхания, поскольку каждому устанавливаемому значению частоты дыхания соответствуют физиологически обоснованные оптимальные значения длительности вдоха, выдоха и паузы. Это обеспечивает безопасность и повышает эффективность лечения.

Работа данного аппарата и соответствующие методики лечения пациентов основаны на обеспечении синхронизации ритма собственного дыхания пациента и эталонного ритма. Степень этой синхронизации определяется самим пациентом визуально путем сравнения высоты светящихся столбиков линейных индикаторов, индицирующих ритм собственного дыхания и эталонный ритм.

Применение данного аппарата в клинической практике подтвердило его безопасность и эффективность при лечении. В то же время были выявлены возможные пути его дальнейшего схемотехнического и методического усовершенствования.

Процесс непрерывного визуального сравнения пациентом непрерывно изменяющихся высот обоих столбиков индикаторов достаточно сложен. Это обусловливает определенную затяжку процесса обучения пациента синхронизации ритма дыхания и эталонного ритма и определенное ограничение эффективности лечения.

Настоящее изобретение решает задачу повышения эффективности лечения психосоматических заболеваний за счет ускорения процесса синхронизации ритма дыхания пациента с эталонным ритмом.

Решение поставленной задачи достигается следующим образом.

Корректор дыхания с биологической обратной связью, содержащий контроллер, связанный двунаправленной многоразрядной шиной с блоком индикации и блоком установки параметров эталонного дыхания, выход контроллера подключен к третьему входу усилителя-преобразователя, четвертый вход которого подключен к выходу регулятора усиления, пятый вход - к выходу датчика дыхательных движений, а выход - к второму входу контроллера, и блок питания, первый выход которого подключен к первым входам контроллера, блока индикации, датчика дыхательных движений и усилителя-преобразователя, второй вход которого подключен к второму выходу блока питания, согласно настоящему изобретению блок индикации снабжен индикатором рассогласования ритма дыхания, который соединен с двунаправленной многоразрядной шиной блока индикации.

Согласно изобретению в патентуемом корректоре дыхания индикатор рассогласования ритма дыхания может иметь различные конструктивные реализации. В частности, индикатор рассогласования ритма дыхания может быть выполнен в виде акустического блока, который содержит генератор звуковых сигналов с пьезокерамическим звуковым излучателем, выполненные с возможностью генерации звуковых сигналов высокого или низкого тона в зависимости от замедления или учащения дыхания пациента.

Синхронизатор ритма дыхания может быть выполнен также в виде светодиодного блока, содержащего два светодиода различного цвета, например желтого и зеленого, подключаемых в зависимости от замедления или учащения дыхания.

Технический результат изобретения заключается в сокращении сроков и повышении эффективности лечения психосоматических заболеваний путем синхронизации ритма дыхания пациента и эталонного ритма. Патентуемый корректор дыхания с БОС позволяет существенно сократить длительность процесса синхронизации и оптимизировать для пациента его проведение за счет использования различных по конструктивной реализации индикаторов рассогласования ритма дыхания (визуального или акустического).

Сущность изобретения поясняется примером реализации корректора дыхания с биологической обратной связью и чертежами, на которых представлены:

фиг.1 – блок-схема аппарата;

фиг.2 - пример реализации блока индикации 2;

фиг.3 - пример реализации блока установки параметров эталонного дыхания 3;

фиг.4 (а, б) - варианты реализации индикатора рассогласования ритма дыхания 11;

фиг.5 - укрупненная блок-схема алгоритма работы аппарата.

Корректор дыхания с БОС содержит (фиг.1) связанные общей двунаправленной многоразрядной шиной контроллер 1, блок индикации 2 и блок установки параметров эталонного дыхания 3. Выход контроллера 1 подключен к третьему входу усилителя-преобразователя 4, четвертый вход которого подключен к выходу регулятора усиления 6, пятый вход - к выходу датчика дыхательных движений 5. Выход усилителя-преобразователя 4 подключен к второму входу контроллера 1.

Корректор дыхания содержит блок питания 7, первый выход которого подключен к первым входам контроллера 1, блока индикации 2, датчика дыхательных движений 5, усилителя преобразователя 4. Второй выход блока питания 7 подключен ко второму входу усилителя-преобразователя 4.

Контроллер 1 предназначен для управления блоком индикации 2 и блоком установки параметров эталонного дыхания 3 (см. укрупненную блок-схему алгоритма работы аппарата - фиг.5). Контроллер 1 содержит блок памяти, в ячейках которой хранятся триады значений длительности вдоха, выдоха и паузы для каждого фиксированного значения частоты эталонного дыхания. Он может быть реализован на основе микросхемы АТ89С51 (пример схемотехнической реализации контроллера 1 см. “Аппарат с биологической обратной связью для коррекции дыхания “Биокорд-01”. Паспорт АФИН 941514.007ПС).

Блок индикации 2 обеспечивает отображение дыхательной активности пациента, эталонную дыхательную активность и установленное значение частоты эталонного дыхания. Он содержит подключенные к двунаправленной многоразрядной шине и первому входу блока питания 7 (фиг.2) линейный индикатор 8 дыхания пациента, линейный индикатор 9 эталонного дыхания, линейный индикатор 10 частоты эталонного дыхания и индикатор рассогласования ритма дыхания 11. Индикаторы 8, 9, 10 представляют светодиодные сборки и реализованы на основе микросхем DC-10GWA.

Индикатор рассогласования ритма дыхания 11 может иметь различную конструктивную реализацию. Индикатор 11 может быть выполнен в виде светодиодного блока (фиг.4а), который содержит два светодиода: АЛ307ДМ (желтого свечения) и АЛ307ВМ (зеленого свечения)

Индикатор 11 может быть выполнен в виде в виде акустического блока (фиг.4б), который содержит пьезокерамический излучатель ЗП5.

Блок установки параметров эталонного дыхания 3 содержит подключенные к двунаправленной многоразрядной шине (фиг.3) регуляторы 12 увеличения и уменьшения 13 частоты эталонного дыхания и регулятор 14 установки нуля на индикаторе дыхания пациента. Регуляторы 12, 13 и 14 могут быть выполнены в виде тактовых кнопок типа ПКН-159.

Усилитель-преобразователь 4 обеспечивает усиление сигнала датчика дыхательных движений и согласование уровня сигнала с первым входом контроллера 1. Он может быть выполнен на микросхеме КР 1401УД2А (см. Паспорт, АФИН 941514.007ПС)

Датчик дыхательных движений 5 преобразует механические смещения брюшной стенки пациента, вызванные дыхательными движениями диафрагмы, в электрический аналоговый сигнал. Датчик закрепляют на пациенте в области подреберья нерастяжимым поясом.

Датчик дыхательных движений 5 состоит из капсулы Марея, соединенной с преобразователем давления типа ПДП 300-К. Капсула Марея преобразует механическое перемещение чувствительной мембраны в колебания давления воздуха в корпусе капсулы. Преобразователь давления преобразует колебания давления воздуха в переменное электрическое напряжение, которое подается на четвертый вход усилителя-преобразователя 4.

Регулятор усиления 6 обеспечивает установку необходимого уровня сигнала на выходе усилителя-преобразователя 4 и может быть выполнен в виде переменного резистора типа СП3-4бМ.

Блок питания 7 предназначен для преобразования напряжения сети 220 В 50 Гц в напряжение для питания цепей микросхем контроллера 1, блока цифровой индикации 2, датчика дыхательных движений 5, питания усилителя-преобразователя 4. Блок питания может быть выполнен, например, по схеме, приведенной в Паспорте АФИН 941514.007ПС.

Корректор дыхания с биологической обратной связью используют, например, для лечения бронхиальной астмы, следующим образом.

Датчик дыхательных движений 5 закрепляют на пациенте в области подреберья нерастяжимым поясом. При этом эластичная мембрана датчика 5 соприкасается с брюшной стенкой. Датчик 5 преобразует механические смещения брюшной стенки пациента, вызванные дыхательными движениями диафрагмы, в электрический аналоговый сигнал. Электрический сигнал датчика усиливается, преобразуется в код и отображается на линейном индикаторе 8 дыхания пациента в виде пульсирующего столбика. На параллельно расположенном линейном индикаторе 9 эталонного дыхания отображается в виде такого же столбика эталонное дыхание, формируемое самим аппаратом.

Частоту эталонного дыхания f_э можно устанавливать в интервале 5-25 вдохов в минуту нажатием регуляторов 12 - увеличения и 13 - уменьшения частоты эталонного дыхания. Численное значение эталонной частоты дыхания f_э отображается в виде светящегося сегмента на третьем индикаторе 10 частоты эталонного дыхания. Оно определяется как обратная величина длительности эталонного дыхательного цикла Т_эдц, то есть суммы длительностей эталонных вдоха, выдоха и паузы:

f_э=1/Т_эдц,

где Т_эдц=Т_вд+Т_выд+Т_п

Таким образом,

f_э=1/(Т_вд+Т_выд+Tt_П)

Индикатор рассогласования ритма дыхания 11 работает следующим образом.

При регистрации собственного дыхания пациента контроллер 1 измеряет длительность интервала времени между моментами начала двух последовательных вдохов: последнего t_i и предпоследнего t_i-1. Этот интервал времени является текущим значением длительности дыхательного цикла пациента:

Т_пi=t_пi-Т_пi-1

Вычисленное значение Т_пi сравнивается с установленным значением Т_эдц путем вычисления разности:

D_i=Т_пi-Т_эдц

Если абсолютное значение разности превышает 10% от длительности эталонного цикла:

| D_i|≥0,1 Т_эдц, то фиксируется рассогласование ритма дыхания.

При этом возможны два случая.

Если D_i>0, то дыхание замедленное, а если D_i<0, то дыхание учащенное.

В первом случае включается светодиод зеленого цвета с надписью “дыши чаще”, а во втором случае - светодиод желтого цвета с надписью “дыши реже”.

При втором варианте реализации индикатора рассогласования ритма в случае D_i>0 генерируется звуковой сигнал высокого тона, а при D_i<0 - сигнал низкого тона.

При фиксации на теле пациента мембрана датчика дыхательных движений 5 прижимается к кожным покровам и в фазе максимального выдоха на датчике возникает некоторый начальный уровень сигнала, отображающийся на шкале в виде нескольких засвеченных сегментов. Этот исходный уровень сигнала принимается за нуль и фиксируется нажатием регулятора 14 установка нуля дыхания пациента. В фазе максимального вдоха сигнал датчика 5 должен отображаться в виде светящегося столбика максимальной высоты. Для установки максимального уровня высоты светящегося столбика на индикаторе 8 служит регулятор 6 усиления. Вращением его ручки в фазе максимального вдоха устанавливают максимальный уровень засветки индикатора 8.

Применение корректора дыхания при лечении бронхиальной астмы заключается в обучении пациента дыханию с пониженной частотой (в замедленном ритме), уменьшенной длительностью вдоха и увеличенной продолжительностью выдоха. В фазе вдоха нормальной глубины вращением регулятора усиления 6 высоту столбика на шкале индикатора 8 дыхания пациента устанавливают на делениях 18-20.

В начальной фазе обучения пациент следит за сигналами индикатора рассогласования ритма дыхания 11 и старается добиться синхронизации собственного ритма с эталонным, то есть добиться того, чтобы светодиоды “чаще” и “реже” не зажигались, или же чтобы не включался звуковой сигнал.

После этого пациент старается синхронизировать фазы движения столбика индикатора 8, отражающего его дыхание, с движением столбика на индикаторе 9 эталонного дыхания так, чтобы движения обоих столбиков вверх (в фазе вдоха) и вниз (в фазе выдоха) были бы синхронными, а их высота одинакова.

Когда пациент добивается синхронизации, тем самым несколько замедлив свое дыхание и “затянув” выдох, он нажимает регулятор 13 уменьшения частоты эталонного дыхания, снижает частоту эталонного ритма, замедляя его и следуя замедленному ритму. Цикл обучения продолжается. Замедление ритма проводят до выхода пациента из состояния гипервентиляции и перехода в состояние нормовентиляции.

Корректор дыхания с биологической обратной связью, содержащий контроллер, двунаправленной многоразрядной шиной связанный с блоком цифровой индикации и блоком установки параметров эталонного дыхания, выход контроллера подключен к третьему входу усилителя-преобразователя, четвертый вход которого подключен к выходу регулятора усиления, пятый вход - к выходу датчика дыхательных движений, а выход - к второму входу контроллера, и блок питания, первый выход которого подключен к первым входам контроллера, блока цифровой индикации, датчика дыхательных движений и усилителя-преобразователя, второй вход которого подключен ко второму выходу блока питания, отличающийся тем, что блок индикации снабжен индикатором рассогласования ритма дыхания, соединенным с двунаправленной многоразрядной шиной блока индикации и первым выходом блока питания, при этом индикатор рассогласования ритма дыхания выполнен в виде светодиодного блока, содержащего два световых диода различного цвета, подключаемых в зависимости от замедления или учащения дыхания, или в виде акустического блока, содержащего генератор звуковых сигналов с пьезокерамическим звуковым излучателем, выполненные с возможностью генерации звуковых сигналов высокого или низкого тона в зависимости от замедления или учащения дыхания.