ПОРТАТИВНАЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ И ДЫХАТЕЛЬНАЯ ТРУБКА ПЛОВЦА ДЛЯ ЕЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к спортивной медицине, а именно к портативным телеметрическим системам контроля дыхания пловца в процессе плавания и к плавательным приспособлениям: спортивным дыхательным трубкам для пловцов, закрепляемых на голове, и может быть использована в спортивных тренировках, для научных исследований, в диагностических целях, а также при оценке спортивных возможностей пловца и готовности его к соревнованиям.
Известен автономный носимый монитор температуры, пульса и частоты дыхания, содержащий малогабаритный приборный блок в виде двух частей: измерительной и приемопередающей, датчики, соединяющие кабели, разъемы, выполненные на плоской стороне измерительной и приемопередающей частей для их электрического и механического соединения, нагрудный пояс с плечевыми лямками (см. патент РФ на промышленный образец №53227, МКПО 24-01, публ. 16.09.2003 г.).
Монитор не имеет возможности применения в процессе плавания.
Известна диалоговая система для измерения физиологических параметров типа нормы пульса, кровяного давления и т.д., пользователя в движении, содержащая один или более датчиков ускорения или силы для закрепления на теле пользователя, монитор, беспроводный передатчик, типа инфракрасного, акустического или радио-передатчика, для передачи взвешенного сигнала с датчика на монитор, выполненного с возможностью диалогового видео показа, записью и показа уровня физиологических личных параметров в течение долгого времени (см. патент США №5524637, МПК А61 В5/103, А61 В5/22, публ. 11.06.1996 г.).
Систему сложно адаптировать для анализа параметров дыхания пловца.
Известен портативный спирометр для контроля нескольких параметров дыхания, содержащий чувствительный элемент в виде съемного многоразового или одноразового турбинного датчика, электронный блок обработки сигналов с индикатором результатов (см. патент № WO 9718753, А61 В5/08, публ. 29.05.97 г.).
Портативный спирометр применим только в стационарных условиях.
Известна система бесконтактной непрерывной регистрации частоты дыхания человека в процессе его деятельности, включающая акселерометрический датчик, выполненный с возможностью крепления зажимом на кармане его нательного белья в проекции сердца, источник питания и запоминающее устройство, выполненные с возможностью крепления на нательном белье и/или одежде, при этом запоминающее устройство через систему передачи сигналов соединено с компьютером для обработки сигналов (см. патент РФ на полезную модель №73772, МПК А61 В 5/02, публ. 10.06. 2008 г.).
Известную систему сложно применить для динамического контроля дыхания в плавании. Она обеспечивает контроль одного параметра дыхания - частоту дыхания, что недостаточно для комплексного анализа дыхательной системы пловца.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является портативная телеметрическая система регистрации параметров дыхания спортсмена в реальном времени, включающая чувствительный элемент дыхания, уставленный в маску для лица, соединенный через блок обработки сигналов с передающим устройством, средства крепления блока обработки сигналов и передающего устройства, приемное устройство, соединенное с компьютером для обработки полученных сигналов (см. патент WO №9853732, А61 В5/00; А61 В5/024, публ. 03.12.98 г. - прототип).
Известная система имеет только наземное применение.
Таким образом, все известные системы контроля физиологических параметров дыхания не адаптированы к процессу плавания.
Известны выпускаемые промышленностью дыхательные трубки для пловца, содержащие корпус с силиконовым загубником и средством крепления в виде пластикового налобника с кольцевым держателем и ремешком (см. фиг/1а - «Трубка передняя SCN-83S» фирмы Akvilon, http://www.czar.rn/subcats.php; фиг.16 - «S-665 - Finis Center Mount Snorkel» фирмы FINIS, Inc.; «Дыхательная трубка Mad Wave», КНР, http://www.swimshop.ru/images/snorkelmv.jpg; «Трубка TUSA Platina Hyperdry SP-110», http://www.paradive.ru/shop/catalog/details/1449).
У дыхательных трубок две основные части: это загубник и корпус трубки. Загубник имеет анатомическую форму и выполняется из мягкого силикона, который без затруднений позволяет удерживать трубку во рту. Отличительной особенностью трубок для скоростного плавания в ластах является размещение их по центру лба, а не сбоку головы, что позволяет беспрепятственно сложить и вытянуть руки за головой. Дыхательная трубка удерживается на голове пловца при помощи налобника с ремешка из резины.
Известна дыхательная трубка для пловца, содержащая корпус без загубника и средство крепления его в виде ремешка с налобником, соединенным с кольцевым держателем (фиг.1-в изображает трубку на http://www.krasnikita.com/Archive/articles/fins.htm).
Спортсмены применяют дыхательные трубки длиной по внутреннему радиусу не более 48 см, изготовленные из пластиковой трубы с внутренним диметром не менее 20 мм. Во избежание натирания десен вследствие вибрации трубки при высоких скоростях, загубники пловцами, как правило, не используются, а край трубки удерживается во рту зубами.
Трубки для скоростных видов подводного спорта размещаются по линии носа для лучшей обтекаемости, разнообразны по форме и требуют применения специальной маски или очков. Трубка предназначена для обеспечения дыхания при плавании по поверхности воды без необходимости поднимать голову для вдоха. Дыхание через трубку комфортно и безопасно при плавании вблизи поверхности. Указанные известные трубки имеют низкий вес.
Известны дыхательные трубки пловца, содержащие корпус, выполненный с загубником и фронтальным креплением на лбу пловца с помощью налобника с кольцевым держателем и ремешком (см. патент США №7234461, МПК А62 В18/08, В63С11/16, В63С11/20, публ. 08.12.2005 г.и патент США №7047965, МПК В63С11/16, В63С11/02, публ. 23.05.2006 г.).
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является дыхательная трубка для скоростного плавания, выполненная с фронтальным креплением на лбу пловца ремешком, имеющим налобник с кольцевым держателем (см. заявку США №2007199565, МПК В63С11/16, публ. 30.08.2007 г.- прототип).
Все вышеуказанные известные дыхательные трубки не обеспечивают возможность регистрации параметров дыхания пловца, что снижает эффективность их эксплуатации.
Технический результат комплексной системы регистрации параметров внешнего дыхания в реальном времени заключается в создании простой системы контроля дыхания, позволяющей легко регистрировать параметры дыхания в процессе плавания и в наземных условиях, обеспечивающей эффективность тренировки.
Технический результат полезной модели дыхательной трубки в обеспечении удобства и безопасности регистрации параметров дыхания в процессе плавания и повышении эффективности тренировки и эксплуатации дыхательной трубки.
Безопасность применения заявляемой системы и дыхательной трубки гарантируется возможностью применения одноразовых датчиков потока воздуха.
Технический результат достигается тем, что в портативную телеметрическую систему регистрации параметров дыхания в реальном времени, включающую чувствительный элемент дыхания, соединенный через блок обработки сигналов с передающим устройством, средства крепления блока обработки сигналов и передающего устройства, приемное устройство, соединенное с компьютером для обработки полученных сигналов, введена дыхательная трубка пловца, выполненная с возможностью крепления на голове, при этом чувствительный элемент установлен в полости указанной трубки.
Предпочтительно чувствительный элемент выполнить в виде цифрового турбинного датчика потока воздуха.
Целесообразно дыхательную трубку выполнить со средством ее крепления на лбу пловца для скоростного плавания в виде налобника с кольцевым держателем и ремешком.
Чувствительный элемент дыхания предпочтительно расположить в полости дыхательной трубки не выше кольцевого держателя налобника.
Предпочтительно дыхательную трубку выполнить с загубником.
Блок обработки сигналов представляет собой микропроцессор.
Целесообразно блок обработки сигналов и передающее устройство выполнить с водонепроницаемыми корпусами.
Ремешок выполнен с возможностью крепления блока обработки сигналов и передающего устройства.
Технический результат достигается тем, что в дыхательную трубку пловца, включающую корпус и выполненную с возможностью крепления на голове, введен чувствительный элемент дыхания, причем указанный элемент размещен в ее полости.
Предпочтительно чувствительный элемент дыхания выполнить в виде цифрового турбинного датчика потока воздуха.
Целесообразно иметь средство крепления дыхательной трубки на лбу пловца для скоростного плавания, выполненное в виде налобника с кольцевым держателем и ремешком.
Чувствительный элемент дыхания предпочтительно расположить в полости дыхательной трубки не выше кольцевого держателя налобника.
Предпочтительно дыхательную трубку выполнить с загубником.
При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному, а, следовательно, заявленная полезная модель соответствует критерию «новизна».
На фиг.1-а,б,в показаны образцы серийно выпускаемых спортивных дыхательных трубок для пловцов, предназначенных для скоростного плавания. На фиг.2 изображен турбинный датчик потока. На фиг.3 показан вариант схемы портативной комплексной телеметрической системы регистрации параметров дыхания спортсмена в реальном времени. На фиг.4 показан другой вариант указанной системы. На фиг.5 показана спортивная дыхательная трубка без загубника с турбинным датчиком потока. На фиг.6 показана дыхательная трубка с загубником и турбинным датчиком потока, установленная на голове пловца при плавании.
Портативная телеметрическая система регистрации параметров дыхания в реальном времени включает (фиг.3) дыхательную трубку 1 пловца с чувствительным элементом дыхания (фиг.2) в ее полости, выполненным в виде цифрового датчика 2 потока воздуха, соединенного через блок 3 обработки сигналов с передающим устройством 4. В упрощенном варианте система имеет приемное устройство 5, соединенное с компьютером 6 для обработки полученных сигналов. В другом варианте реализации система (фиг.4) может иметь дополнительно капнометр 7 и оксиметр 8, соединенные с блоком 3 обработки сигналов.
Дыхательная трубка 1 (фиг.5,6) пловца имеет средства крепления к голове в виде налобника 9 с кольцевым держателем 10 из эластичного материала и ремешком 11. В налобнике 9 кольцевой держатель 10 обеспечивает фиксацию дыхательной трубки 1 по центру лица пловца (вдоль носа между глазами). Ремешок 11 выполнен с возможностью регулирования его натяжения на голове пловца. Ремешок 11 применяется также в качестве средства крепления блока 3 обработки сигналов и передающего устройства 4 (фиг.6).
Чувствительный элемент может быть выполнен, например, в виде съемного цифрового турбинного датчика 2 потока воздуха (фиг.2), содержащего корпус 12 цилиндрической формы из пластмассы с установленной по его оси крыльчаткой 13. Цифровой турбинный датчик 2 потока воздуха может иметь одноразовое или многоразовое применение в зависимости от конструкции его крепления в дыхательной трубке 1. Предпочтительно использовать переходные герметичные втулки, (на фиг не показаны), обеспечивающие возможность установки корпуса 12 турбинного датчика 2 потока воздуха в разрезе спортивной дыхательной трубки 1 (фиг.5,6). Корпус 12 предпочтительно выполнить из прозрачного материала для видимости состояния крыльчатки 13. Сборно-разборное соединение указанного датчика 2 с дыхательной трубкой 1 обеспечивает возможность его замены при необходимости. Для предлагаемой системы пригодны съемные цифровые турбинные датчики 2 потока воздуха, в том числе однанаправленные, характеризующиеся высокой точностью измерений и применяемые, например, в ручном микроспирометре MicroGP (General Practician) фирмы Micro Medical (Великобритания). Датчик имеет малый вес и нечувствителен к изменениям влажности и температуры. Это позволит не калибровать его длительное время. Датчик 2 потока воздуха стерилизуют при необходимости. Для этого его отсоединяют от дыхательной трубки 1 и помещают либо в теплую мыльную воду, либо в холодный стерилизационный раствор на 15 минут (без спирта или хлоридов), а затем промывают в воде.
Дыхательная трубка 1 выполнена с возможностью переднего центрального (фронтального) крепления на голове пловца для скоростного спортивного поверхностного плавания. При этом она может быть выполнена без загубника (фиг.5) с концом 14, выполненным с возможностью установки в рот пловца при плавании, или с загубником 15 (фиг.6) прямой формы, как в трубках на фиг.1-а,в, и крепится на лбу пловца ремешком 11. Возможно применение боковых трубок с креплением к маске (на фиг не показано).
Длина дыхательной трубки 1 и ее диаметр могут быть различными (длинная меньше заливается водой и брызгами, но больший объем воды надо выдувать из нее при выныривании; большой диаметр обеспечивает меньшее сопротивление потоку воздуха, но увеличивает объем воды для выдувания). Таким образом, большой диаметр дыхательной трубки 1 облегчает дыхание, но создает трудности в очистке от воды. Большая длина уменьшает вероятность попадания в трубку воды, но увеличивает мертвое воздушное пространство (часть объема, который остается в трубке и легких с большим содержанием углекислого газа). Это привело к стандартизации размеров дыхательных трубок: длина - 350-450 мм, внутренний диаметр 18-25 мм. В нижней или средней части дыхательной трубки 1 могут быть размещают специальные клапаны, выпускающие воду и воздух и воду из нее, но не впускающие их обратно, что значительно облегчает усилие, необходимое для ее продувания (на фиг. не показано).
Блок 3 обработки сигналов с чувствительного элемента представляет собой микропроцессор с низковольтным источником постоянного тока (батарейка). Соединительные провода, в том числе от датчика 2 потока воздуха, блок 3 обработки сигналов и передающее устройство 4 выполнены с водонепроницаемыми оболочками и корпусами с антикоррозионным покрытием. Общий вес их не более 150 г.
Ремешок 11 выполнен с возможностью крепления блока 3 обработки сигналов и передающего устройства 4. В других возможных вариантах реализации изобретения очки 16 для плавания и/или шапочка пловца (на фиг. не показана) также могут быть использованы в качестве средств крепления указанного блока 3 и передающего устройства 4.
Перед проведением контроля дыхания цилиндрический пластмассовый корпус 12 одноразового турбинного датчика 2 потока воздуха с крыльчаткой 13 закрепляется в разрезе дыхательной трубки 1 посредством, например, переходных герметичных втулок (на фиг. не показаны).
Блок 3 обработки сигналов и передающее устройство 4 закрепляются на ремешке 11 (фиг.6). Для их закрепления ремешок 11 может иметь специальный герметичный карман с застежкой и/или специальным зажимом.
Таким образом, в течение регистрации интегрального сигнала с датчика 2 потока воздуха пловец не ограничен в передвижениях, в связи с чем, непрерывная запись может быть проведена как в состоянии покоя, так и в процессе выполнения пловцом своей спортивной деятельности в полном объеме.
В процессе плавания на тренировках проводят регистрацию интегрального сигнала колебаний воздуха в дыхательной трубке 1 пловца, вызванных потоками воздуха на вдохе-выдохе, приводящими к соответствующим изменениям скорости вращения крыльчатки 13 цифрового датчика 2 потока воздуха, которые фиксируются и обрабатываются блоком 3 обработки сигналов. Частота вращения крыльчатки 13 пропорциональна скорости потока, а число оборотов - объему пришедшего воздуха. Результаты обработки передаются для анализа с передающего устройства 4 на приемное устройство 5 через телеметрические каналы связи или записываются на флэш-карту и могут оцениваться в реальном времени.
После окончания регистрации сигналов приемным устройством 5 интегральный сигнал копируют на компьютер 6, а сигнал из микропроцессора блока 3 обработки сигналов удаляют, что дает возможность подготовить систему для последующей записи. Интегральный сигнал, сохраненный в компьютере 6, может быть подвергнут экспресс анализу с помощью специализированного программного обеспечения. Компьютер 6 использует математическую формулу, чтобы вычислить физиологические параметры дыхания пловца, основанные на его движении в воде. Полученные результаты можно распечатать на принтере. Компьютер 6 позволяет накапливать и хранить и сравнивать результаты в течение долгого времени.
Проведение анализа параметров дыхания, включая частоту дыханий, соотношения вдоха к выдоху, объемов легочной вентиляции за единицу времени, скоростные показатели вдоха и выдоха позволит объективно в реальном времени оценивать динамику состояний системы дыхания и ее функциональные резервы, что дает возможность проводить контролируемую коррекцию тренировок с целью поддержания максимальной работоспособности пловца. Анализ тренировочных записей дает возможность повысить эффективность тренировочного процесса.
Включение в систему капнометра 7 позволит объективно устанавливать гипо и гипервентиляционные нарушения дыхания методом капнографии. Включение в систему оксиметра 8 позволит определить содержание кислорода в воздухе.
Таким образом, с помощью данной системы реализуют заявленное назначение с достижением вышеуказанного технического результата.
Создание предлагаемой системы и дыхательной трубки пловца не требует больших материальных затрат, так как все составные элементы конструкции, в том числе съемные датчики потока, программное обеспечение выпускаются промышленностью в составе портативных мини спирометров. При этом турбинный датчик потока воздуха может быть встроен в любую известную спортивную дыхательную трубку (фиг.1) с передним креплением на голове. При этом пловец работает с привычной для него дыхательной трубкой без специального обучения и лишних манипуляций при установке с возможностью определения параметров внешнего дыхания в воде бассейна, так и тренажерном зале.
Заявляемое устройство просто, безопасно в использовании, позволяет плывущему спортсмену беспрепятственно выполнять гребковые движения и определить параметры легочной вентиляции в условиях непосредственного выполнения упражнений в водной среде, что приведет к достоверности прогнозов спортивных результатов, возможности определения готовности спортсмена к соревнованиям и степени их работоспособности.