УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТУЮ СИСТЕМУ
DEVICE FOR IMPACT ON CARDIOVASCULAR SYSTEM

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при лечении и профилактике заболеваний сердечно-сосудистой системы, а также при тренировке выносливости при физических нагрузках.
2
Заболевания сердечно-сосудистой системы являются тяжелой патологией и их лечение обычно сводится к назначению пациенту различного рода фармакологических препаратов (Кэри Ч. и др. «Терапевтический справочник Вашингтонского университета», М., «Практика», 2000 г.). Однако известны и немедикаментозные способы лечения этих заболеваний. Так, известно устройство для внешней противопульсации (контрпульсации), работа которого синхронизирована с ритмом сердечной деятельности. Это устройство содержит источник сжатого газа, например воздушный компрессор с максимальным давлением до 0,2 МПа, ресивер положительного давления, ресивер отрицательного давления, газораспределительные устройства, подключенные к компрессионным манжетам. Устройство также содержит блок управления периодом наполнения/опорожнения манжет, анализатор ЭКГ, АД, насыщения крови кислородом (SpO) и устройство визуализации измеряемых и управляемых параметров (RU 2135216 С1, Вазомедикал Инк, 27.08.1999).
Известно также устройство, содержащее источник сжатого воздуха, подключенный через ресивер с ограничителем давления и газораспределительные устройства к закрепляемым на теле пациента окклюзионным компрессионным манжетам, снабженным датчиками давления, блок измерения параметров сердечно-сосудистой системы, связанный с блоком управления и индикации (RU 2282465 С2, КОНСТЭЛ, 27.08.2006). Основным недостатком устройства является необходимость применения высоконапорного компрессора, что значительно увеличивает энергопотребление и массогабаритные параметры устройства.
Устройство по патенту (WO 2007008201 (A1), PICKETT et al., 18.01.2007 - ближайший аналог изобретения) содержит источник сжатого воздуха, ресивер положительного давления, газораспределительные устройства, подключенные к компрессионным манжетам, источник высокого давления в виде мини-компрессора для управления клапанами газораспределительного устройства. Устройство содержит клапан, обеспечивающий сброс давления из ресивера. Устройство также содержит регулятор давления, блок управления периодом наполнения манжет, анализатор ЭКГ и блок визуализации измеряемых и управляющих параметров.
Указанное устройство не позволяет осуществлять эффективное управление процедурой наружной контрпульсации при изменении физиологических параметров пациента, поскольку не позволяет управлять раздельно величиной импульса давления в компрессионных манжетах. Последнее снижает функциональные возможности устройства.
Настоящее изобретение направлено на повышение лечебного эффекта при осуществлении процедуры наружной контрпульсации и сокращение сроков реабилитации при заболеваниях сердечно-сосудистой системы.
Устройство для воздействия на сердечно-сосудистую систему содержит источник сжатого воздуха, который через ресивер с ограничителем давления и газораспределительные устройства подключен к закрепляемым на теле пациента компрессионным манжетам, источник высокого давления, анализатор ЭКГ и устройство регистрации плетизмограммы, связанные с блоком управления и индикации.
Устройство характеризуется тем, что введен ресивер отрицательного давления, а каждое газораспределительное устройство содержит четыре электромеханических распределителя и датчик давления в компрессионной манжете, связанные с блоком управления и индикации, два пневмомеханических клапана быстрого выхлопа, причем управляющие входы пневмомеханических клапанов быстрого выхлопа связаны через электромеханические распределители с источником высокого давления, выход одного из пневмомеханических клапанов быстрого выхлопа связан с соответствующей компрессионной манжетой, а выход другого - с ресивером отрицательного давления.
Устройство может характеризоваться тем, что дополнительно содержит измеритель артериального давления, связанный с блоком управления и индикации, выполненным с возможностью коррекции давления в компрессионных манжетах в зависимости от текущего значения артериального давления.
Устройство может характеризоваться также тем, что дополнительно содержит измеритель частоты сердечных сокращений, связанный с блоком управления и индикации, выполненным с возможностью прекращения воздействия при выходе текущего значения частоты сердечных сокращений за установленные пределы.
Устройство может характеризоваться также и тем, что ресивер отрицательного давления снабжен обратным клапаном быстрого сброса давления и подпружиненным обратным клапаном, соединяющим упомянутый ресивер с атмосферой.
Устройство может характеризоваться, кроме того, тем, что блок управления и индикации выполнен в виде двухуровневого контура управления, при этом верхний контур управления выполнен на основе персонального компьютера с возможностью анализа физиологических сигналов состояния пациента и формирования управляющих команд для нижнего контура управления, выполненного в виде микропроцессорного контроллера для формирования сигналов управления газораспределительными устройствами.
Устройство может характеризоваться и тем, что блок управления и индикации выполнен с возможностью регулировки задержки начала нагнетания давления в компрессионные манжеты относительно R-зубца ЭКГ.
Устройство может характеризоваться также тем, что верхний контур управления выполнен с возможностью анализа параметров вариабельности сердечного ритма ЭКГ и расчета интегрального показателя активности регуляторных систем пациента.
Устройство может характеризоваться также и тем, что блок управления и индикации выполнен с возможностью задержки начала нагнетания давления в каждую компрессионную манжету, расположенную проксимально, относительно компрессионных манжет, расположенных дистально.
Технический результат изобретения - улучшение качества независимого управления величиной импульса давления в манжетах и временными параметрами воздействия по каждой группе манжет и возможность организации двухуровневого управления режимами и параметрами воздействия.
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:
на фиг.1 показана блок-схема устройства;
на фиг.2 - схема расположения датчика плетизмограммы, электродов для снятия ЭКГ, манжеты для измерения АД и компрессионных манжет на теле пациента;
на фиг.3 - блок-схема газораспределительного устройства;
на фиг.4 - временная диаграмма подачи импульсов давления при реализации задержки начала нагнетания давления в компрессионные манжеты, расположенные проксимальнее, относительно начала нагнетания давления в манжеты, расположенные дистальнее;
на фиг.5 - алгоритм функционирования блока управления и индикации при реализации режима задержки, показанного на фиг.4.
Устройство воздействия на сердечно-сосудистую систему (фиг.1) содержит: источник 10 сжатого воздуха, например компрессор фирмы Becker модель DT 4.40, содержащий встроенный регулятор-ограничитель уровня выходного давления, ресивер 12, газораспределительные устройства 16 по числу компрессионных манжет, источник 18 высокого давления, например мини-компрессор фирмы Thomas модель 7006, ресивер 20 отрицательного давления, блок 26 управления и индикации, блок 28 измерения физиологических параметров пациента. Пневматические магистрали показаны сплошной линией, электрические связи - пунктиром.
К ресиверу 20 подключены подпружиненный обратный клапан 22 и клапан 24 для быстрого сброса давления из ресивера 20 в атмосферу. Клапан 22 служит для задания уровня отрицательного давления в ресивере 20.
Устройство содержит размещаемые на теле пациента (фиг.2) электроды 29 для снятия ЭКГ, компрессионную манжету 30 для измерения артериального давления, пальцевой датчик 31 для измерения плетизмограммы, например от пульсоксиметра, соединенные соответственно с анализатором 281 ЭКГ, измерителем 282 артериального давления, устройством 283 регистрации плетизмограммы. Устройства 281-283 входят в блок 28 измерения физиологических параметров пациента и связаны отдельно или вместе с помощью цифрового или аналогового интерфейса с блоком 26 управления и индикации.
На области ягодиц закрепляется компрессионная манжета 32, на нижних конечностях закреплены бедренные манжеты 33 и манжеты 34 голени, соединенные с соответствующими газораспределительными устройствами 16.
Для реализации метода наружной контрпульсации к одному газораспределительному устройству 16 подключаются параллельно бедренные манжеты 33, к другому устройству 16 подключаются параллельно манжеты 34 голени, а манжета 32 ягодиц подключается к третьему газораспределительному устройству 16.
Каждое из газораспределительных устройств 16 (фиг.3) содержит электромеханические распределители 161 и 162 управления пневмомеханическим клапаном 165 быстрого выхлопа для нагнетания давления в манжету, электромеханические распределители 163 и 164 управления пневмомеханическим клапаном 167 быстрого выхлопа для сброса давления из манжеты, датчик 166 давления в манжете. Пневматический вход клапана 165 через ресивер 12 соединен с источником 10. Управляющий пневматический вход клапана 165 соединен с пневматическим выходом распределителя 161, пневматический выход которого соединен с ресивером отрицательного давления 20 либо с атмосферой, и пневматическим выходом распределителя 162, пневматический вход которого соединен с источником высокого давления 18. Пневматический выход устройства 165 соединен с соответствующей компрессионной манжетой.
В свою очередь пневматический вход клапана 167 соединен с соответствующей компрессионной манжетой, а управляющий пневматический вход клапана 167 соединен с пневматическим выходом распределителя 163, пневматический вход которого соединен с источником 18 высокого давления, и пневматическим выходом распределителя 164, пневматический вход которого соединен с ресивером 20 отрицательного давления.
Вместо источника 18 высокого давления на вход распределителя 163 допускается подавать сжатый воздух от ресивера 12 с целью уменьшения расхода воздуха от источника 18.
Пневматический выход устройства 167 соединен с входом ресивера 20. Пневматический вход датчика 166 давления соединен с соответствующей компрессионной манжетой, а электрический выход, также как и электрические входы распределителей 161-164, соединены с блоком 26 управления и индикации.
Блок 26 реализует двухуровневый контур управления. Верхний контур управления выполнен на основе персонального компьютера с возможностью анализа физиологических сигналов состояния пациента и формирования управляющих команд для нижнего контура управления. Нижний контур выполнен в виде микропроцессорного контроллера для формирования сигналов управления газораспределительными устройствами 16.
Устройство работает следующим образом.
После закрепления всех компрессионных манжет и измерительных датчиков на теле пациента включают электропитание. Верхний уровень управления измеряет и анализирует физиологические параметры пациента, поступающие с блока 28. Информация, полученная в результате измерения и анализа, отображается на экране, что позволяет врачу выбрать режим воздействия.
Сначала запускается источник 18 высокого давления для создания управляющего давления (~150 кПа), затем запускается источник 10 сжатого воздуха. В процессе роста давления в ресивере 12 распределителем 162 подаются импульсы управляющего давления для запирания клапана 165, при этом распределитель 161 закрыт. В этот же период времени для соединения манжет с ресивером 20 через клапан 167 распределитель 164 соединяет управляющий вход клапана 167 с ресивером 20 при закрытом распределителе 163.
После получения сигнала о создании в ресивере 12 необходимой величины давления устройство в соответствии с временной диаграммой (фиг.4) обеспечивает выполнение алгоритма функционирования (фиг.5).
R
0
1
2
3
Блок 26 управления и индикации использует выход анализатора ЭКГ блока 28 для определения момента времени T пика текущего R-зубца ЭКГ. Спустя установленное время t задержки блок 26 формирует сигнал управления для подачи давления в манжеты 34, размещаемые на конечностях дистально, например на голени. Далее с задержкой t во времени после подачи давления в манжеты 34 голени блок 26 формирует сигнал управления для подачи давления манжеты 33, размещаемые на конечностях более проксимально, например на бедрах. Затем с задержкой t после момента подачи давления в манжеты 33 бедер блок 26 формирует сигнал управления для подачи давления в еще более проксимальную манжету 32, например на ягодицах. По прошествии интервала t времени после подачи давления в манжеты 34 голени блок 26 формирует сигнал управления для сброса давления во всех манжетах 32-34 одновременно.
Создание импульса давления в конкретной компрессионной манжете обеспечивается следующим образом.
Для отключения манжеты от ресивера 20 отрицательного давления на распределитель 164 подается управляющее напряжение, которое отключает управляющий вход клапана 167 от ресивера 20, и подается напряжение на распределитель 163. При этом давление от источника 18 или ресивера 12 поступает на управляющий вход клапана 167, и он отключает манжеты от ресивера 20 отрицательного давления.
После этого на распределитель 161 подается короткий импульс (около 30 мс) управляющего напряжения от блока 26, соединяя на это время управляющий вход клапана 165 с ресивером 20 отрицательного давления либо с атмосферой и сбрасывая на нем запирающее давление. Клапан 165 открывается, и сжатый воздух из ресивера 12 поступает в манжету. Для прекращения подачи воздуха в манжеты на распределитель 162 подается короткий импульс (около 15 мс) управляющего напряжения от блока 26. Распределитель 162 открывается, создавая запирающее давление на управляющем входе клапана 165.
Управление процессом нагнетания давления в манжету осуществляется блоком 26 по сигналу обратной связи от датчика 166 давления в компрессионной манжете. По окончании нагнетания газораспределительное устройство 16 переходит в режим хранения давления в манжете, которое удерживается до момента сброса. При этом манжета оказывается отключенной как от ресивера 12, так и от ресивера 20.
Для сброса давления распределитель 164 открывается, соединяя управляющий вход клапана 167 с ресивером 20. Клапан 167 открывается, и воздух из манжеты поступает в ресивер 20.
Отрицательное давление в ресивере 20 позволяет уменьшить время сброса избыточного давления из манжет (сократить длительность заднего фронта импульса компрессии), что важно для увеличения эффективности воздействия на сердечно-сосудистую систему.
Клапан 24 для быстрого сброса давления, выполненный, например, в виде обратного клапана, обеспечивает дополнительное уменьшение времени сброса избыточного давления в манжетах в момент их соединения с ресивером 20, так как добавляет дополнительный путь сброса положительного давления в манжетах. Кроме того, он обеспечивает сброс давления из пневматической системы устройства после прекращения его работы.
В этом состоянии газораспределительное устройство 16 пребывает до момента начала следующего импульса компрессии:
а) управляющий вход клапана 165 отключен распределителем 161 от ресивера 20 отрицательного давления или от атмосферы, и отключен распределителем 162 от источника 18 высокого давления, и
б) управляющий вход клапана 167 отключен распределителем 163 от источника 18 высокого давления или ресивера 12, и соединен распределителем 164 с ресивером 20 отрицательного давления.
В результате манжеты отключены клапаном 165 от ресивера 12 и соединены клапаном 167 с ресивером 20.
Воздействие на сердечно-сосудистую систему пациента посредством патентуемого устройства осуществляется следующим образом.
На пациента накладывают электроды 29 для снятия ЭКГ, компрессионную манжету 30 для измерения артериального давления, пальцевой датчик 31 для измерения плетизмограммы, например от пульсоксиметра, соединенные с блоком 28 измерения физиологических параметров пациента, который содержит анализатор ЭКГ 281, измеритель артериального давления 282, устройство регистрации плетизмограммы 283.
На область ягодиц закрепляется компрессионная манжета 32, на нижних конечностях закрепляют бедренные манжеты 33 и манжеты 34 голени, соединенные с соответствующими газораспределительными устройствами 16.
С помощью блока 26 запускают процедуру воздействия на сердечно-сосудистую систему, в частности в режиме наружной контрпульсации. Информация, полученная в результате измерения и анализа блоком 28 измерения физиологических параметров пациента, отображается на экране блока 26, что позволяет врачу выбрать режим воздействия. По методикам воздействия на сердечно-сосудистую систему, в частности в режиме наружной контрпульсации (см., например, «Метод наружной контрпульсации в лечении больных ишемической болезни сердца». Методические рекомендации./Под ред. Л.А.Бокерия, НЦ ССХ им. А.Н.Бакулева РАМН, М., 2005), блок 26 управления и индикации в ручном или автоматическом режиме корректирует параметры воздействия, такие как времена задержек между R-пиком ЭКГ и началом импульсов компрессии в манжетах 32-34, а также значения давления компрессии в манжетах 32-34 во время импульсов.
Целью регулирования является достижение наилучшей с точки зрения методики воздействия физиологической реакции сердечно-сосудистой системы. Регулирование осуществляется подстройкой амплитудно-временных параметров импульсов компрессии с использованием в качестве обратной связи сигнал плетизмограммы с датчика 31.
Кроме того, с помощью измерителя частоты сердечных сокращений, связанного с блоком 26 управления и индикации, последний в ручном или автоматическом режиме прекращает процедуру воздействия при выходе текущего значения частоты сердечных сокращений за установленные пределы.
Для расширения диапазона интенсивности воздействия на сердечно-сосудистую систему целесообразно осуществлять воздействие не на каждый кардиоцикл, для чего устройство позволяет осуществлять подачу импульсов давления в компрессионные манжеты с пропусками так, чтобы отношение количества циклов компрессии к количеству кардиоциклов лежало в диапазоне 1/1-1/4.
В процессе проведения процедуры воздействия на сердечно-сосудистую систему, в частности в режиме наружной контрпульсации, верхний контур управления блока 26 обеспечивает анализ параметров вариабельности сердечного ритма, обработку статистических, геометрических, корреляционных и частотных параметров сердечного ритма сердечно-сосудистой системы, а также рассчитывает значение интегрального показателя активности регуляторных систем (ПАРС) пациента.
Указанный выше анализ проводится в соответствии с методическими рекомендациями, подготовленными решением Комиссии по клинико-диагностическим приборам и аппаратам Комитета по новой медицинской технике МЗ РФ (протокол №4 от 11 апреля 2000 г.).
Анализ проводится с целью получения диагностических данных об эффекте процедуры воздействия на сердечно-сосудистую систему.
Испытания устройства показали, что оно позволяет повысить лечебный эффект процедуры наружной контрпульсации. Введение двухуровневого управления параметрами процедуры расширяет функциональные свойства устройства, увеличивает информативность процесса.