ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ТРЕНАЖЕР

Дыхательный тренажер
Полезная модель относится к медицине, а именно к физиотерапевтическим устройствам, используемым для тренировки дыхательной мускулатуры, а также для профилактики и лечения заболеваний.
Известен дыхательный тренажер (RU 2196612 С1 51) МПК А61М 16/00, опубл. 20.01.2003) состоящий из составного корпуса со сквозными отверстиями, средств для регулирования сопротивления дыханию, клапанного устройства вдоха и выдоха. В составном корпусе выполнено одно или более дополнительное сквозное отверстие для вдоха и одно или более дополнительное сквозное отверстие для выдоха.
Недостатком этого тренажера является невозможность отслеживания параметров дыхания во время применения тренажера. В результате процесс тренировки дыхательной системы контролируется субъективными ощущениями пациента, что может не только не улучшить, но и ухудшить состояние здоровья. Кроме того, изменение сопротивления вдоху и выдоху требует разборки и последующей сборки составного корпуса тренажера.
Известен дыхательный тренажер с биологической обратной связью (RU 91765 U1 G01N 33/15 (2006.01) опубл. в бюл. №6 27.02.2010), позволяющий проводить разного вида дыхательные тренировки с отслеживанием измеряемых физиологических показателей, в том числе при повышенном сопротивлении вдоху и выдоху. Тренажер содержит дыхательный узел, насадку с дополнительной диафрагмой для увеличения сопротивления дыханию, блок измерения пульса, блок измерения постоянного потенциала головного мозга, блок измерения скорости потока воздуха, имеется вывод информации на жидкокристаллический индикатор или на персональный компьютер.
2
Недостатком этого устройства является то, что создание сопротивления дыханию требует набора дополнительных насадок, установка которых производится вручную.
Наиболее близким решением является дыхательный тренажер (RU 115668 МПК А61М 16/00 опубл. Бюл. №13 10.05.2012) содержащий загубник, дыхательную трубку с установленными в ней датчиками давления, связанный с персональный компьютером (устройство управления); автоматический регулятор сопротивления дыханию, состоящий из регулируемого дросселя, установленного в дыхательной трубке, и исполнительного устройства, причем выход исполнительного устройства соединен с регулируемым дросселем, а вход - с персональным компьютером через микроконтроллер, также дыхательная трубка содержит группу датчиков давления, состоящую из относительного и вакуумного датчиков давления, соединенную с персональным компьютером через последовательно соединенные фильтр нижних частот и микроконтроллер.
Недостатками этого дыхательного тренажера является отсутствие возможности проведения своевременной оценки и корректировки работы основных составляющих блоков тренажера.
Технической задачей данной полезной модели является создание дыхательного тренажера с повышенной отказоустойчивостью путем внедрения устройства самодиагностики, обеспечивающего контроль состояния исполнительного устройства и быстрое восстановление системы при возникновении возмущающих воздействий, вызванных сбоем по питанию, что снижает риск баротравмы.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в дыхательный тренажер содержащий загубник, соединенный с дыхательной трубкой, содержащей регулируемый дроссель и датчики давления, которые соединены с фильтром нижних частот, который соединен с устройством 3
управления, при этом выход устройства управления соединен с исполнительным устройством, выход которого соединен с регулируемым дросселем, дополнительно введено устройство самодиагностики, имеющее связи с устройством управления и исполнительным устройством, при этом устройство самодиагностики содержит в себе часы реального времени и датчик температуры, выходы которых соединены непосредственно с устройством управления, а также источник питания, подключаемый к устройству управления через схему, включающую в себя датчик тока, два преобразователя напряжения и два компаратора, при этом один из выходов с датчика тока и устройства управления подключены непосредственно к исполнительному устройству.
Полезная модель поясняется схемами, где на фиг. 1 изображена структурная схема дыхательного тренажера, на фиг. 2 - структурная схема устройства самодиагностики.
Дыхательный тренажер содержит загубник 1 соединенный с дыхательной трубкой 2, содержащей регулируемый дроссель 3 и датчики давления 4, которые соединены с фильтром нижних частот 5, выход которого соединен со вторым входом устройства управления 6. Выход устройства управления 6 соединен с первым входом исполнительного устройства 7, выход которого соединен с регулируемым дросселем 3. Первый вход устройства управления 6 связан с первым выходом устройства самодиагностики 8, обеспечивающего контроль состояния питающего напряжения, подаваемого на устройство управления 6, и состояния исполнительного устройства 7.
Устройство самодиагностики 8 включает в себя источник питания 9, рассчитанный на +12 В, первый выход которого соединен с первым преобразователем напряжения 10, первый выход которого соединен с первым компаратором 11, выход которого связан с четвертым входом 4
устройства управления 6. Второй выход первого преобразователя напряжения 10 связан с входом второго преобразователя напряжения 12, первый выход которого соединен с входом второго компаратора 13, выход которого подан на пятый вход устройства управления 6, а второй выход второго преобразователя напряжения 12 связан с шестым входом устройства управления 6. Второй выход источника питания 9 связан с датчиком тока 14, первый выход которого связан с седьмым входом устройства управления 6, второй выход которого связан с исполнительным устройством 7. Часы реального времени 15 связаны с третьим входом устройства управления 6, датчик температуры 16 связан с восьмым входом устройства управления 6.
Работа дыхательного тренажера с учетом вышеприведенного описания происходит следующим образом.
В ходе тренировки пациент дышит через дыхательную трубку 2 с загубником 1. Давление в ротовой полости на вдохе и выдохе фиксируется с помощью датчиков давления 4. Величина давления в виде электрического сигнала пропускается через фильтр нижних частот 5 и преобразуется в цифровую форму в устройстве управления 6, где происходит расчет параметров дыхания пациента и формируется сигнал управления на исполнительное устройство 7, воздействующее на регулируемый дроссель 3.
Устройство самодиагностики 8 осуществляет контроль состояния исполнительного устройства 7 через датчик тока 14, первый выход которого соединен с седьмым входом устройства управления 6, а второй выход с исполнительным устройством 7, на вход датчика тока 14 поступает напряжение +12 В от источника питания 9. Датчик температуры 16, установленный вблизи или на корпусе исполнительного устройства 7, соединен с восьмым входом устройства управления 6. Устройство 5
управления 6, осуществляя анализ сигналов с датчика тока 14 и датчика температуры 16, обеспечивает защиту исполнительного устройства 7 от перегрузки и перегрева и позволяет повысить отказоустойчивость тренажера, своевременно регулируя скорость работы исполнительного устройства.
Напряжение с источника питания 9 поступает на первый преобразователь напряжения 10, осуществляющий преобразование напряжения с +12 В до +5 В. При подаче напряжения с первого выхода первого преобразователя напряжения 10 на вход первого компаратора 11, настроенного на предельное минимальное питающее напряжение +4,25 В на выходе первого компаратора 11, при уровне входного напряжения ниже того, на которое настроен компаратор, формируется сигнал в виде логической единицы, который подается на четвертый вход устройства управления 6 и сигнализирует о сбое первичного электропитания, что позволяет в энергонезависимой памяти устройства управления заблаговременно сохранить текущие данные о положении дроссельной заслонки, величине давления в дыхательном контуре, значении энергонезависимых часов реального времени 15. Второй преобразователь напряжения 12, соединенный со вторым входом первого преобразователя напряжения 10 преобразует входное напряжение +5 В в +3,3 В, необходимое для питания устройства управления 6 и подаваемое со второго выхода второго преобразователя напряжения 12 на шестой вход устройства управления 6. Второй компаратор 13, на вход которого подано напряжение +3,3 В с первого выхода второго преобразователя напряжения 12, настроен на предельно допустимое питающее напряжение +3 В устройства управления 6. При снижении уровня входного напряжения относительно предельно допустимого, второй компаратор 13 на выходе вырабатывает логическую единицу, осуществляющую перезапуск устройства управления 6. При автоматическом перезапуске устройства 6
управления 6, так как сработала схема сигнализации сбоя первичного электропитания и промежуточные данные были сохранены, происходит восстановление работы всех параметров системы с того момента времени, где произошел сбой по питанию в том случае, если анализ сохраненного и текущего значений часов реального времени 15 показывает разницу менее одной секунды. Если разница между этими значениями превышает одну секунду, это указывает на начальное включение дыхательного тренажера и устройство управления 6 начинает работу с исходного состояния.
Таким образом, применение данной полезной модели повышает отказоустойчивость тренажера путем внедрения устройства самодиагностики, обеспечивающего контроль состояния исполнительного устройства и быстрое восстановление системы при возникновении возмущающих воздействий, вызванных сбоем по питанию, что снижает риск получения баротравмы пациентом и повышает эффективность применения дыхательных тренажеров.