Капнограф

Капнограф — прибор для измерения и графического отображения содержания углекислоты в воздухе, выдыхаемом пациентом. Углекислота содержится в крови в растворенном виде и в процессе дыхания выделяется через легкие. Измеряя парциальное давление углекислоты в выдыхаемом воздухе, можно оценить её количество в крови пациента. В организме содержится физиологически обусловленное количество углекислоты (нормой считается парциальное давление 38 мм рт.ст.). При искусственной вентиляции лёгких, когда дыханием пациента управляет аппарат, необходимо контролировать режим вентиляции для поддержания в организме необходимого уровня углекислоты. Использование капнографа необходимо для того, чтобы избежать гипокапнии и гиперкапнии. Капнографы (и капнометры) используются в анестезиологии и реаниматологии для контроля состояния пациента во время искусственно вентиляции легких, в функциональной диагностике - для определения состояния дыхательной системы, в амбулаторной практике - для контроля резких изменений дыхательной системы (апноэ и др.).

Пневмотахограф

Пневмотахографы регистрируют объемную скорость и объем вдыхаемого и выдыхаемого пациентом воздуха при спокойном и форсированном дыхании. Прибор преобразует расход воздуха в электрический сигнал и обрабатывает его, записывая данные в виде кривой. Этот метод редко применяется как самостоятельное исследование, чаще — в сочетании с другими методами оценки состояния дыхательной системы.

Основное значение при проведении этого исследования имеет измерение кривой “поток — объем форсированного воздуха”. Этот специальный термин, используемый врачами, означает, что особое внимание обращается на ту часть кривой, которая соответствует различным этапам форсированного выдоха. Это позволяет выявить ранние стадии заболеваний, сопровождающихся нарушением проходимости бронхов, например бронхиальной астмы, бронхоэктатической болезни, профессиональных заболеваний легких, хронических обструктивных бронхитов.

Современные пневмотахографы оснащены различными устройствами, позволяющими получать дополнительные характеристики функции внешнего дыхания.

1.2 Патентные исследования

Патентные исследования позволяют выявить ближайшие аналоги и провести сравнение нескольких вариантов изделий или приборов, сделать выбор методов и средств для построения оптимальной структуры разработки и обосновать принятое решение. По теме своего дипломного проекта мною было рассмотрено и проанализировано три патента.

1. Пат. 2392853 Российская Федерация, МПК A61B5/08, A61B5/02, G01S13/00

Устройство дистанционного определения параметров дыхания и сердцебиения. Патентообладатели: Закрытое акционерное общество "НаноПульс", Терье Хауан. Заявка: 26.09.2008. Дата начала отсчета срока действия патента: 26.09.2008

Изобретение относится к медицинским диагностическим способам исследования физиологических функций живых организмов, в частности к радиолокационным сверхширокополосным способам диагностики параметров дыхания и сердцебиения пациентов.

Рисунок 1.2.1 Блок-схема устройства дистанционного определения параметров дыхания и сердцебиения.

1. Способ дистанционного определения параметров дыхания и сердцебиения, включающий

формирование периодической последовательности СВЧ радиоимпульсов определенной длительности;

формирование зондирующих радиоимпульсов из СВЧ радиоимпульсов;

формирование опорных радиоимпульсов из СВЧ радиоимпульсов;

формирование из опорных радиоимпульсов радиоимпульсов, сдвинутых по фазе на 90° относительно опорных радиоимпульсов;

излучение зондирующих радиоимпульсов в сторону обследуемой части тела объекта;

прием в интервалах между зондирующими радиоимпульсами отраженных от обследуемого объекта радиоимпульсов;

корреляцию каждого отраженного радиоимпульса с опорным радиоимпульсом с последующим выделением низкочастотной составляющей последовательности выходных сигналов корреляции, соответствующей комбинации сигналов, вызванных механическими перемещениями обследуемого объекта и сигнала, вызванного неподвижными объектами, включая подстилающую поверхность, находящимися в зоне излучения зондирующих импульсов; корреляцию каждого отраженного радиоимпульса со сдвинутым по фазе на 90° радиоимпульсом с последующим выделением низкочастотной составляющей последовательности выходных сигналов корреляции, соответствующей комбинации сигналов, вызванных механическими перемещениями обследуемого объекта и сигнала, вызванного неподвижными объектами, включая подстилающую поверхность, находящимися в зоне излучения зондирующих импульсов;

определение наличия сигнала, соответствующего движущемуся объекту, включающего сигнал, соответствующий движению грудной клетки обследуемого объекта с учетом возможного перемещения обследуемого объекта при его облучении зондирующими радиоимпульсами;

определение наличия сигнала, соответствующего движению грудной клетки;

компенсацию сигнала отраженного от неподвижных объектов, включая подстилающую поверхность, на которой находится обследуемый объект, расположенных в зоне излучения зондирующих импульсов;

выделение сигнала, соответствующего движению грудной клетки с определением закона движения грудной клетки во времени;

децимацию с усреднением сигнала, соответствующего движению грудной клетки с возможностью обеспечения требуемой точности измерения параметров дыхания и сердцебиения;

выделение из сигнала, соответствующего движению грудной клетки, сигнала, вызванного сердцебиением;

определение частоты сердцебиения;

выделение из сигнала, соответствующего движению грудной клетки, сигнала, вызванного дыханием;

определение частоты дыхания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что суммарная длительность зондирующего и опорного радиоимпульсов равна длительности СВЧ радиоимпульса.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выделение сигнала, соответствующего движущемуся объекту, включает:

определение в каждом промежуточном временном интервале из заданного временного интервала min и max амплитуд сигнала;

определение в каждом промежуточном временном интервале разности max и min амплитуд сигнала и сравнение ее с предварительно определяемым порогом;

выделение сигнала, превышающего пороговое значение.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что верхняя граница заданного временного интервала определяется предварительно заданной наиболее низкой частотой дыхания обследуемого объекта.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что промежуточный временной интервал определяется максимальной скоростью перемещения обследуемого объекта.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что величина порога определяется максимальным значением шумов аппаратуры измерения.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что выделение сигнала, соответствующего движению грудной клетки, включает:

определение на границах заданного временного интервала амплитуд сигнала;

определение разности амплитуд в каждом измерении и сравнение ее с предварительно определяемым порогом;

выделение сигнала, не превышающего пороговое значение.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что заданный временной интервал определяется максимально допустимой скоростью перемещения обследуемого объекта.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что величина порога определяется минимально возможной величиной отражения зондирующих радиоимпульсов от обследуемого объекта и максимально возможной частотой дыхания обследуемого объекта.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что определение частоты сердцебиения включает:

определение локальных максимумов сигнала, соответствующего сердцебиению, на временном интервале, границы которого задаются минимальной и максимальной частотой сердцебиения обследуемого объекта;

определение временных интервалов между соседними локальными максимумами сигнала, соответствующего сердцебиению, являющихся периодами мгновенной частоты сердцебиения;

построение гистограммы из значений периодов мгновенной частоты сигнала, соответствующего сердцебиению.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что определение частоты дыхания включает:

определение локальных максимумов сигнала, соответствующего дыханию, на временном интервале, границы которого задаются минимальной и максимальной частотой дыхания обследуемого объекта;

определение временных интервалов между соседними локальными максимумами сигнала, соответствующего дыханию, являющихся периодами мгновенной частоты дыхания;

построение гистограммы из значений периодов мгновенной частоты сигнала, соответствующего дыханию.

2. Пат. 77148 Российская федерация, МПК A61B5/08   

Устройство для записи и оценки параметров дыхания. Патентообладатели: Порецкова Галина Юрьевна, Порецков Михаил Евгеньевич. Дата начала отсчета срока действия патента: 27.05.2008. Опубликовано: 20.10.2008

Полезная модель относится к области медицины, а именно к медицинским инструментам, используемым при оценке параметров систем организма человека и может быть использована для выяснения характера дыхания и его нарушений у детей, например, для выявления гиперреактивности бронхов или характера одышки, путем записи и оценки частоты и качества дыхания для точной и своевременной диагностики отклонений.

Известно устройство для исследования газообмена и механики дыхания, содержащее спирометры вдоха и выдоха, маску, клапана поглотителя углекислоты и систему регулирования.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции и трудоемкость использования при оценке параметров дыхания у детей (1).

Известно устройство для аускультации, содержащее головку, звукопровод и наушники (2).

Недостатком данного устройства является невозможность записи и субъективность интерпретации результатов исследования.

Известно устройство для клинических исследований, содержащее звукоприемную головку и слуховые трубки (3).

Недостатком данного устройства является недостаточная точность результатов исследования.

Известно устройство для диагностических исследований, содержащее головку, звукопроводы и оголовье (4).

Недостатком данного устройства является неудобство обследования детей раннего возраста.

Известно устройство для клинических исследований, содержащее звукоприемную головку, звукопровод и ушной наконечник (5).

Недостатком данного устройства является недостаточная точность результатов исследования.

Известно также устройство для клинических исследований пациентов, содержащее звукоприемную головку и звукопроводы (6).

Недостатком данного устройства является неудобство его использования и недостаточная точность исследования в общеобразовательных учреждениях при профилактических осмотрах.

Целью создания полезной модели является повышение удобства использования и получение возможности выявления нарушений дыхания (гиперреактивности, характера одышки) для точной и своевременной диагностики отклонений со стороны органов дыхания, как у больных детей, так и при профилактических осмотрах в детских образовательных учреждениях у детей раннего возраста и подростков.

Эта цель достигается тем, что свободный конец звукопровода соединен с микрофоном цифрового звукозаписывающего устройства.

Сравнение предлагаемого устройства с другими, известными в области медицины, показало его соответствие параметрам полезной модели.

Полезная модель поясняется графическим материалом, на котором изображено предлагаемое устройство.

Предлагаемое устройство содержит цифровое звукозаписывающее устройство 1, снабженное микрофоном 2, который соединен со свободным концом звукопровода 3 звукоприемной головки стетоскопа 4.

Детали устройства могут быть выполнены из биологически и химически инертного, например, полимерного, материала, что позволяет проводить его антисептическую обработку.

Предлагаемое устройство используют следующим образом:

для записи и оценки частоты и характера дыхания головку стетоскопа 4 располагают, например, на расстоянии 3-5 см ото рта ребенка, путем нажатия соответствующих клавиш на цифровом записывающем устройстве 1, производят запись дыхательных шумов в течение определенного времени (от 5 до 60 сек). За счет наличия гибкого звукопровода 3 и микрофона 2, возможно фиксировать дыхание при выраженном беспокойстве и у спящего ребенка. При использовании данного устройства возможно фиксирование не только внешнего дыхания, но и аускультативных шумов. Для чего звукоприемную головку 4 фиксируют на грудной клетке ребенка в точках аускультации. Производят запись на цифровое записывающее устройство 1 при помощи соответствующих клавиш.

Запись дыхания, произведенная при помощи устройства, может храниться в памяти записывающего устройства, воспроизводиться для акустического анализа, в том числе и с использованием прикладных компьютерных программ.

Предлагаемое устройство возможно и целесообразно использовать в условиях отделений патологии детей раннего возраста, пульмонологических отделений, в амбулаторных условиях и при профилактических осмотрах в

образовательных учреждениях. Это устройство позволяет записать и объективно оценить частоту и характер дыхания, а при использовании прикладных компьютерных программ и другие его характеристики. Данное устройство просто в использовании и не требует специальной подготовки медицинских работников.

Устройство для записи и оценки параметров дыхания у детей, содержащее звукоприемную головку, снабженную звукопроводом, отличающееся тем, что свободный конец звукопровода соединен с микрофоном цифрового звукозаписывающего устройства.

Рисунок 1.2.2 Устройство для записи и оценки параметров дыхания.

3. Пат. 2064777 Российская федерация, МПК A61B5/08

Устройство для измеренеия параметров дыхания. Авторы: Максимов Г.И., Сивачев А.В., ШубинН.Т., Корчагина Г.А. Патентообладатель(и): Акционерное общество "ВНИИМП-ВИТА" Заявка: 28.04.1990/ Опубликовано: 10.08.1996

1. Устройство для измерения параметров дыхания, содержащее турбинный преобразователь расхода воздуха с датчиком расхода воздуха и датчиком частоты вращения турбины, соединенным через последовательно включенные формирователь импульсов и схему И с регистратором, а также блок выделения времени выдоха, первый выход которого соединен с вторым входом схемы И, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения параметров дыхания путем снижения влияния переходных процессов на результаты измерения, устройство снабжено блоком управления, блок выделения времени выдоха содержит последовательно соединенные узел фильтрации и узел блокировки, первый выход которого является первым выходом блока, второй выход связан с входом датчика частоты, третий с вторым входом регистратора, причем первый выход схемы И дополнительно соединен с первыми входами блока управления и узла фильтрации, второй вход последнего соединен с вторым выходом схемы И, третий с вторым выходом блока управления, второй выход связан с вторым входом блока управления, первый выход которого соединен с третьим входом схемы И и четвертым входом регистратора, а третий выход с третьим входом регистратора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления содержит стабилизатор питания, пороговую схему и времязадающий узел, причем первый вход пороговой схемы соединен с выходом стабилизатора питания, вход которого объединен с вторым входом пороговой схемы и подключен к источнику питания, выход пороговой схемы является первым выходом блока управления, входы времязадающего узла являются соответствующими входами блока управления, а его первый и второй выходы являются соответственно вторым и третьим выходами блока управления.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регистратор содержит последовательно соединенные делитель импульсов, узел памяти и

индикатор, причем первым входом регистратора является первый вход делителя импульсов, второй вход которого объединен с вторым входом узла памяти и является третьим входом регистратора, а второй и третий входы индикатора являются вторым и четвертым входами регистратора.

Рисунок.2.1.5 Блок-схема устройства для измерения параметров дыхания.

4. Устройство по п.п. 1-3, отличающееся тем, что, с целью измерения объема дыхания за первую секунду, регистратор дополнительно содержит второй узел памяти, подключенный к выходу делителя импульсов, причем его второй вход объединен с вторыми входами делителя импульсов и первого узла памяти, выход соединен с дополнительным информационным входом индикатора, а третий вход является дополнительным пятым входом регистратора, связанным с дополнительным, третьим выходом времязадающего узла.

Вывод

Из приведенных методов и приборов для исследования функции легких наибольшей эффективностью обладает спирометрия. Данный метод исследования функции внешнего дыхания, наряду с доступностью, так же

отличается краткостью исследования, компьютерной обработкой результатов. Позволяет определить широкий спектр заболеваний.

Из приведенных мною трех ближайших аналогов, основным аналогом выбрано устройство дистанционного определения параметров дыхания и сердцебиения. Наряду с другими устройствами, данный прибор позволяет исключить ложные значения, обладет более высокой точностью и достоверностью измерений параметров дыхания и сердцебиения пациентов, за счет повышения фазовой чувствительности диагностики обследуемого объекта, исключением «слепых» зон на всей рабочей дистанции зондирования даже при перемещении обследуемого пациента.