ПНЕВМОТАХОГРАФ

Полезная модель относится к области медицинской техники и может быть использовано в медицине для фундаментальных исследований.
Наиболее близким к предлагаемому пневмотахографу (прототип) является пневмотахограф ПТ-3, содержащий:
- Трубку Флейша (с подогревом) с тремя отверстиями: два отверстия для определения расхода воздуха, одно - для определения ротового давления. Трубка Флейша последовательно соединена с прерывателем воздушного потока клапанного типа, через который осуществляется внешнее дыхание. - Измерительный блок. Он содержит 2 датчика давления, представляющих дифференциальные манометры. Первый (А) предназначен для определения расхода воздуха по методу переменного перепада давления, датчик имеет два входа. Второй (Б) также имеет два входа: один вход - для восприятия ротового давления (из трубки Флейша), другой - для восприятия внутрипищеводного давления. Отверстия на трубке Флейша катетер пищевода и входы дифференциальных манометров соединены резиновыми трубками, длиной 1 метр.
- Преобразователь сигналов, поступающих от измерительного блока, для передачи на самописец. Он включает в себя: а) блок калибровки дифференциального манометра, используемого для определения расхода воздуха и транспульмонального давления, и б) блок для задания нулевых сигналов перечисленных выше манометров.
- Самописец с чернильными перьями и лентопротяжным механизмом, предназначенный для регистрации кривых, характеризующих расход воздуха, транспульмонального давления и спирограммы.
- Самописец с чернильным пером, двухкоординатный, предназначенный для построения дыхательных петель и эластического гистерезиса.
Пневмотахограф работает следующим образом:
Перед работой прибор калибруют. Для калибровки канала, предназначенного для измерения расхода воздуха на калибровочный вход преобразователя сигналов из блока калибровки подается электрический сигнал, соответствующий расходу воздуха, равного 10 л/с на вдохе и на вдохе.
Калибровку объема проводят вручную, для этих целей использую калибровочный цилиндр, объемом в 1 литр. Для этого калибровочный цилиндр герметично соединен с трубкой Флейша и с помощью поршня производится подача в трубку 1 литра воздуха. Для
калибровки канала, предназначенного для измерения транспульмонального давления, на калибровочный вход преобразователя из блока калибровки подаются электрические сигналы, соответствующие давлению +10 и -10 сантиметров водного столба. А затем на один из входов дифманометра поочередно подается давление, равное 10 см. вод. столба из жидкостного калибровочного сосуда, а второй вход при этом соединяется с атмосферой.
После калибровки прибора, исследуемому пациенту вводят внутрипищеводный зонд, затем пациента через загубник и носовой зажим герметично подсоединяют к трубке Флейша, через которую он спокойно дышит через рот.
Во время исследования можно включать автоматический прерыватель воздушного потока клапанного типа на 0.5 секунд для определения альвеолярного давления.
С помощью дифманометра А определяют расход воздуха. По сигналу, снимаемому с этого же дифманометра, в блоке преобразования определяют изменение объема легких.
С помощью дифманометра Б, в блоке преобразования определяют транспульмональное давление, как разность между давлениями в ротовой полости и внутри пищевода.
Сигналы, характеризующие величину транспульмонального давления, расхода и изменения объема легких из блока преобразования поступают на самописцы.
На лентопротяжном однокоординатном самописце вычерчиваются кривые:
1) изменения объема легких;
2) изменения расхода воздуха;
3) изменения транспульмонального давления.
На двухкоординатном самописце фиксируют дыхательные петли, характеризующие одновременное изменение объема легких и транспульмонального давления
По полученной на самописцах информации вручную, с помощью линейки, планиметра, карандаша, калькулятора производят расчеты работы дыхания, ее фракций, эластического и неэластического сопротивлений, объемных скоростей.
Однако данных пневмотахограф ПТ-3 имеет следующие недостатки:
- Большая трудоемкость процесса получения необходимой информации. Это связано с необходимостью использования ручных методов обработки информации, получаемой с помощью самописцев.
- Не высокая точность определения расхода воздуха, транспульмонального давления и изменения объема легких.
Это связано с низкой чувствительностью дифманометров, их невысоким классом точности, а также погрешностью представления информации на самописцах, которая связана с различной длиной перьев, шириной вычерчиваемой кривой, изношенностью оборудования.
Повышенная погрешность также связна с утечкой давления при передачи давления на манометры, клапанным типом прерывателя воздушного потока, который вносит существенные искажения в момент прерывания.
Основные недостатки пневмотахографа ПТ-3 обусловлены тем, что он создан для прикладного характера измерений, полученные с помощью него результаты можно использовать только в рамках одной парадигмы Дондерса. Полученные с помощью пневмотахографа ПТ-3 результаты не позволяют делать выводы, предположения, выходящие за рамки концепции Дондерса. При этом, те данные, и «артефакты», которые не укладываются в эту парадигму не учитываются или отбрасываются.
Задачей полезной модели является повышение точности, снижение трудоемкости и расширение функциональных возможностей пневмотахографии, за счет возможности получения данных о внутрипищеводном и ротовом давлении.
Поставленная задача достигается пневмотахографом, содержащим:
Трубку Флейша 1 (с подогревом) с тремя отверстиями: два отверстия (2, 3) для определения расхода воздуха, одно (4) - для определения ротового давления. Трубка Флейша (1) последовательно соединена с прерывателем воздушного потока (5) решетчатого типа, через который осуществляется внешнее дыхание.
Измерительный блок содержит 3 датчика давления. Первый (6) представляет собой дифманометр и предназначен для определения расхода воздуха по методу переменного перепада давления, имеет два входа (7, 8), подключаемых к трубке Флейша (1) с помощью резиновых трубок (9). Второй (10) представляет собой мановакууметр и предназначен для определения ротового давления. Третий (11) также является мановакууметром и предназначен для определения внутрипищеводного давления. Мановакууметр (10) подключается к трубке Флейша (1) к отверстию для определения ротового давления (4). Мановакууметр (11) подключается к внутри пищеводному зонду (12) с помощью резиновой трубки (13).Блок калибровочных сигналов (14) с коммутатором (15). Данный блок в режиме работы обеспечивает передачу в вычислительный блок (16) сигналы формируемых датчиками давления (6, 10, 11). В режиме калибровки осуществляет передачу в вычислительный блок (16) калибровочных сигналов. Вычислительный блок (16) выполнен на базе персонального компьютера со встроенным модулем ввода - вывода аналоговых и дискретных сигналов (17).
Программное обеспечение вычислительного блока (16) осуществляет первичную обработку информации, поступающей от датчиков давления (6, 10, 11), определения параметров, характеризующих состояние легких и их графическое представления, а также архивирования результатов исследования пациентов и подготовку заключения по обследованию.
Программное обеспечение предусматривает возможность корректировки процедуры исследования состояния легких по значениям параметров, получаемых в процессе исследования.
Пневмотахограф работает следующим образом:
Перед работой прибор калибруют. Калибровке подлежат каналы измерения расхода воздуха, внутри пищеводного и ротового давления. Калибровка канала, предназначенного для определения расхода воздуха, проводят вручную, для этих целей используют калибровочный цилиндр, объемом 1 литр. В процессе калибровки обеспечивается условие создания постоянного расхода, замеряется время калибровочного цикла и по известному объему калибровочного цилиндра и времени калибровочного цикла определяется величина расхода. Одновременно проводят калибровку канала измерения объема легких. Для калибровки датчиков давления (10, 11) мановакууметров ротового и внутрипищеводного давлений на их входы (18, 19) подают давление +10 и -10 см вод. с помощью жидкостного калибровочного прибора.
После калибровки пневмотахографа исследуемому пациенту вводят внутрипищеводный зонд (12), затем пациента герметично через загубник и носовой зажим подсоединяют к трубке Флейша (1), через которую он спокойно дышит. Во время исследования включают решетчатый прерыватель воздушного потока (5) в автоматическом и произвольном режимах на различные промежутки перекрытия и интервалов между перекрытиями. С помощью датчика давления (6) в виде дифманометра определяют расход воздуха. По сигналу с данного датчика давления (6) в вычислительном блоке (16) рассчитывается объем легких. Датчик давления (10) в виде мановакууметра обеспечивает измерение ротового давления (из трубки Флейша (1)). Датчик давления (11) в виде мановакууметра воспринимает изменение внутрипищеводного давления. Все входы датчиков давления (6, 10, 11) соединены с источниками давлений резиновыми трубками (9), длиной 20 см. Таким образом, на измерительный блок (20) поступает информация об
1) изменении расхода воздуха;
2) изменении давления ротовой полости;
3) изменения внутрипищеводного давления.
Далее информация через блок калибровки (14) и коммутатор (15) поступает в вычислительный блок (16).
В вычислительном блоке (16), после предварительной обработки поступающей информации (фильтрации и проверки достоверности), происходит расчет транспульмонального давления по разнице внутрипищеводного и ротового давлений. Таким образом, на экране монитора вычислительного блока (21) отображается информация об:
1) изменении объема легких;
2) изменении расхода воздуха;
4) изменении транспульмонального давления;
5) изменении ротового давления;
6) изменении внутрипищеводного давления.
Изменения указанных выше параметров могут быть представлены автономно, либо синхронно. По полученной информации рассчитываются и графически отображаются дыхательные петли, петли эластического гистерезиса, не эластического, эластического сопротивлений, кривые общей работы дыхания, ее фракций, активного тонуса легких. Расчет показателей производится автоматически, в режиме реального времени, что позволяет выбирать нужные параметры дыхательных циклов. Это позволяет использовать полученную информацию в суждениях, выходящих за пределы концепции Дондерса.
В отличие от прототипа, предлагаемый пневмотахограф имеет следующие преимущества:
1. При использовании ПТ-3 применяется ручной способ расчета параметров. При использовании предлагаемого пневмотахографа расчет осуществляют автоматически с помощью компьютера в режиме реального времени, за счет чего достигается сокращение времени до 6-8 часов.
2. Предлагаемый пневмотахограф позволяет получить больший объем информации, получаемом при обследовании пациента, чем при использовании предшествующих (приборов) аналогов. Кроме состояния легких прибор позволяет получать информацию о состоянии дыхательной мускулатуры благодаря дополнительной информации о внутрипищеводном давлении. Дополнительная информация о ротовом давлении позволяет судить о состоянии альвеолярного давления.
3. Информация о состоянии легких при использовании прибора ПТ-3 отображалась с помощью самописцев. Один, из которых обеспечивал отображение в виде кривых информацию о: изменении объема, расходе воздуха и изменении транспульмонального давления. Второй позволял отображать дыхательные петли, характеризующие одновременное изменение транспульмонального давления и изменения объема. Результаты расчетов представлялись ручным способом в графическом и табличном виде. В предлагаемом пневмотахографе обеспечена возможность автоматического расчета дополнительных параметров и их представления кроме табличной формы, в форме двумерных и трехмерных графиков с возможностью выделения участков, соответствующих активному легочному тонусу, а также быстрого подбора подходящих дыхательных петель по частоте дыхания и дыхательному объему.
В приборе ПТ-3 заключение оформляется вручную, на основе результатов ручного расчета большинства параметров и их зависимостей. В предлагаемом пневмотахографе врачу предоставляется автоматически сгенерированное заключение с обоснованием тех или иных нарушений и рекомендации по дальнейшему обследованию. При этом предусмотрена возможность корректировки заключения врачом. Печать заключения осуществляется с помощью принтера.
5. Возможностью ведения архива результатов исследования, и его применения для стандартизации нарушений в работе легких, а также для формирования статистических данных для выявленных нарушений.
6. Более высокой точностью измерения изменения объема, транспульмонального давления, расхода воздуха благодаря применению промышленных интеллектуальных датчиков давления серии Метран-100. Для измерения расхода используется датчик разности давлений Метран-100-ДД, имеющий класс точности 0.2. Для измерения ротового и внутрипищеводного давлений используется датчик Метран-100 ДИВ, имеющий класс точности 0.2. Согласно технической документации данные датчики подвергаются поверке 1 раз в 3 года.
7. Возможностью автоматического выбора необходимых параметров дыхательных циклов при разных дыхательных маневрах для их сравнения в одинаковых условиях.
8. Возможностью исключения искажения кривой транспульмонального давления при прерывании воздушного потока прерывателем клапанного типа благодаря тому, что на новом приборе установлен прерыватель воздушного потока решетчатого типа, исключающий возникновение помех при прерывании воздушного потока.
Таким образом, предлагаемый пневмотахограф позволяет сократить время исследования, повысить точность полученных данных, расширить функциональные способности и проводить исследования фундаментального характера в клинике, с учетом возможной механической активности легких и изменения свойств легких функционального характера.
Список литературы:
1. Тетенев К.Ф. Механика дыхания у больных бронхиальной астмой Дисс. Канд. мед. наук 1999, глава «Приборы и материалы».
2. Бодрова Т.Н. Недостаточность внешнего дыхания. Новое представление о структуре не эластического сопротивления легких при различных заболеваниях. Дисс. Докт. мед. наук. - Томск, 1993 глава «Приборы и материалы».
3. Тетенев Ф.Ф. Биомеханика дыхания. Томск, 1981. - 145 с.
4. Тетенев К.Ф. Эластические свойства легких у астматиков с сохраненными основными вентиляционными показателями с точки зрения современных подходов в оценке механики дыхания. Тезисы. Пульмонология. 1999. Приложение. Тезисы 8-го Национального Конгресса по болезням органов дыхания. Москва.
5. Тетенев К.Ф. Поровский Я.В. Механика дыхания у практически здоровых людей, проживающих в зоне воздействия малых доз радиации. Материалы Международной Научной конференции, посвященные 100 - летию Политехнического Университета «Новые подходы к оценке влияния малых доз радиации на человека» 04. 1996. Томск.