Способ для измерения параметров дыхания и устройство для его осуществления

Способ для измерения параметров дыхания и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано для измерения и мониторинга амплитудных и частотно-временных характеристик дыхания.

Известен способ и устройство [1] регистрации артериального пульса и частоты дыхания, включающие регистрацию перемещения тканей участка тела, обусловленных комбинированным воздействием кровотока и дыхания с последующим выделением полезного сигнала, отличающийся тем, что участок тела дистанционно облучают электромагнитными волнами сверхвысокой частоты в диапазоне 10-100 ГГц доплеровским локатором, отфильтровывают низкочастотные составляющие, обусловленные перемещениями исследуемого участка, раскладывают сигнал на квадратурные составляющие и регистрируют изменение фазы сигнала. Недостатками способа и реализующего его устройства являются высокая сложность программно-аппаратной реализации, крайне низкая чувствительность, которая выражается в малом доплеровском сдвиге частот относительно частоты излучения, наличие воздействия электромагнитного излучения на пациента в области сверхвысоких частот.

Также известен способ и реализующее его устройство [2] регистрации ритмов дыхания, включающий дистанционное облучение участков тела пациента сигналом и обработку излученного и отраженного сигналов для выделения дыхательной и пульсовой составляющих, отличающийся тем, что облучение производят суммой двух ультразвуковых сигналов с различающимися частотами f₁ и f₂, разность между которыми связывают с колебаниями участков тела пациента, после чего измеряют текущие изменения фазового сдвига между огибающими переданного и отраженного сигналов, соответствующего колебаниям участка тела пациента, и в результате обработки результатов измерений выделяют ритмы дыхания и сердцебиения. Недостатками способа и реализующего его устройства являются повышенные требования к точности позиционирования источника и приемника ультразвукового излучения, зависимость фазового сдвига от качества отражающей поверхности, влияние переотраженного сигнала на точность определении микроперемещений тела пациента в процессе дыхания.

Наиболее близким к заявляемому является способ, реализованный в устройстве для измерения частоты дыхания [3], в котором используется датчик силы, размещенный между эластичным ремнем и основанием пряжки с фторопластовой направляющей, причем угол между плоскостью фторопластовой направляющей и плоскостью датчика должен быть выдержан с учетом коэффициента трения ремня о фторопластовую направляющую. В процессе дыхания оператора его грудная клетка расширяется и сжимается в такт вдоха и выдоха. При этом эластичный ремень то удлиняется, то сжимается, а усилия, возникающие в ремне с различной силой, сжимают датчик силы. Частота изменений усилий, выдаваемая датчиком силы, соответствует частоте дыхания оператора. Недостатками изобретения является необходимость наличия специального конструктивного элемента - пряжки, обеспечивающей требуемый угол между плоскостью фторопластовой направляющей и плоскостью датчика, а также высокая стоимость датчиков силы работающих на сжатие и обладающих допустимой для использования в указанном устройстве чувствительностью и точностью.

Результат изобретения - это возможность реализации недорогого, конструктивно простого устройства измерения параметров дыхания, неинвазивного, комфортного для пациента и обладающего относительно высокой точностью. Указанное достигается за счет использования оптического сканирующего датчика, расположенного в направляющей и регистрирующего перемещение участка не растяжимого шнура, опоясывающего грудную клетку пациента. Взаиморасположение элементов устройства и грудной клетки пациента в аксиальной плоскости представлено на чертеже.

Устройство содержит таймер 1, блок обработки 2, оптический сканирующий датчик 3, направляющую 4, кронштейн 5, не растяжимый шнур 6, упругий элемент 7, кушетку 8. К блоку обработки 2 подключен таймер 1 и оптический сканирующий датчик 3. Направляющая 4 с помощью кронштейна 5 крепится к кушетке 8. Оптический сканирующий датчик 3 устанавливается внутрь направляющей 4. Не растяжимый шнур 6 опоясывает грудную клетку пациента 9, крепиться одним концом к кушетке 8, а другим к упругому элементу 7. При этом не растяжимый шнур 6 проходит сквозь направляющую 4. Упругий элемент 7 также прикреплен к кушетке 8. В исходном состоянии выдоха упругий элемент 7 растянут на минимальную величину, достаточную для плотного прилегания не растяжимого шнура 6 к грудной клетке пациента 9. Упругий элемент 7 растягивается при вдохе и сжимается при выдохе, а участок не растяжимого шнура 6 осуществляет перемещение, которое непрерывно во времени регистрируется оптическим сканирующим датчиком 3 и передается на блок обработки 2, где выполняется вычисление амплитудных и частотно-временных характеристик дыхания, с учетом временных интервалов, фиксируемых таймером 1.

Контакт не растяжимого шнура 6 с телом пациента 9 осуществляется без инвазивного вмешательства. При практическом исполнении изобретения в качестве оптического сканирующий датчика 3 может быть взят стандартный оптический датчик компьютерной мыши, например ADNS-5050 (Avago Technologies), обладающей относительно высокой разрешающей способностью более 800 точек на дюйм и цифровым интерфейсом, обеспечивающим передачу сведений о перемещении участка не растяжимого шнура 6 на блок обработки 2, реализация которого возможна, например, посредством типового микроконтроллера. В качества не растяжимого шнура 6 может быть использован не эластичный ремень регулируемой длины, настраиваемый с учетом размера грудной клетки конкретного человека в состоянии исходного положение выдоха.

Таким образом, предложены способ и устройство для его осуществления, заключающийся в непрерывной регистрации с помощью оптического сканирующего датчика перемещений участка не растяжимого шнура 6 во времени, где время измеряется с помощью таймера, что в конечном итоге позволяет регистрировать движение грудной клетки человека в процессе дыхания и вычислять амплитудные и частотно-временные характеристики дыхания.

1. Устройство для измерения параметров дыхания, включающее в свой состав последовательно соединенные таймер, блок обработки и оптический сканирующий датчик, размещенный в направляющей, прикрепленной с помощью кронштейна к кушетке, кроме того, через направляющую проходит нерастяжимый шнур, опоясывающий грудную клетку пациента, при этом один конец нерастяжимого шнура крепиться к кушетке, на которой лежит пациент, а другой конец нерастяжимого шнура соединяется с упругим элементом, который также крепиться к кушетке.

2. Способ измерения параметров дыхания, заключающийся в том, что оптический сканирующий датчик непрерывно во времени регистрирует перемещение участка нерастяжимого шнура, определяемое движением грудной клетки пациента в процессе дыхания, и передает данные о перемещении нерастяжимого шнура на блок обработки, который выполняет вычисление относительных перемещений грудной клетки во времени путем привязки текущего положения участка нерастяжимого шнура к временному интервалу, информация о котором поступает от таймера, с целью расчета значений амплитудных и частотно-временных параметров дыхания.