УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ И ЗАПИСИ ПНЕВМОГРАММЫ

Область техники
Полезная модель относится к устройствам для регистрации дыхательных циклов человека и передачи их на компьютерное устройство, что достигается путем сопоставления температуры выдыхаемого и вдыхаемого воздуха с температурой окружающей среды, электронным преобразованием полученного сигнала с последующей его передачей по каналу связи для записи в электронном виде, а также для отображения на экране в виде пневмограмм и/или компьютерных игр. Устройство и его программное обеспечение обеспечивают одновременное отображение записанных и текущих дыхательных циклов в одном стандартизированном масштабе.
Техническим результатом является возможность проведения респираторного биоуправления: а) путем произвольной подстройки дыхания, отображаемого в виде текущей пневмограммы, в соответствии с предварительно записанной пневмограммой; б) путем проведения компьютерных игр, в которых управление осуществляется с помощью дыхания, а игровым результатом является совпадение текущей пневмограммы с предварительно записанной пневмограммой.
Биоуправление или адаптивное биоуправление представляет собой известный психофизиологический метод произвольного изменения физиологических параметров в соответствии с какими-то заданными величинами. В основе метода лежит принцип биологической обратной связи, поэтому в англоязычной литературе он известен как BioFeedback method (1). Респираторное биоуправление отличается тем, что в качестве управляемых параметров используются показатели системы внешнего дыхания, например, пневмограмма, отражающая структуру дыхательного цикла (2).
Уровень техники
В настоящее время для мониторинга дыхания и респираторного биоуправления используют отдельные датчики для каждой ноздри для обнаружения потока дыхания, электронные схемы для усиления и повышения обнаруженного сигнала и стереонаушники доводящие эту информацию до ушей пользователя (3) (Патент США №4924876, 1990 г.). Недостатком полезной модели является отсутствие мундштука, который формирует поток и защищает датчики от сторонних окружающих потоков, что существенно снижает точность отображения структуры дыхательных циклов, а также невозможность записи и последующего воспроизведения дыхательных циклов одновременно с текущей записью дыхания.
Известен так же датчик, используемый для тренировки дыхания в виде грудного ремня (4) (Патент Китай №201543180 U, 2010 г.) состоящий из датчика растяжения и упругой соединительной полосы. При дыхании грудная клетка изменяет свою геометрию и данные о дыхании предаются на компьютер. Недостатками полезной модели является то, что дополнительные артефакты движения тела вносят помехи в полезный сигнал дыхания, а также невозможность записи и последующего воспроизведения дыхательных циклов одновременно с текущей записью дыхания.
Известен так же датчик, используемый для мониторинга потока воздуха, проходящего через дыхательные пути, который не чувствителен к влаге или/и не контактирует с кожей (5) (Патент США №5195529, 1993 г.). Датчик, согласно изобретению, располагается возле носовых входов. Недостатком метода являются отсутствие мундштука, который формирует поток. Кроме того, устройство не предусматривает запись и последующее воспроизведение дыхательных циклов одновременно с текущей записью дыхания.
Известен также орально-назальный датчик дыхания (6) (Патент Китай №202446085 U, 2012 г.) крепящийся на голову с установкой собственно чувствительного элемента перед носом и ртом. Данная полезная модель стесняет движения головы и создает дискомфорт для человека, а отсутствие мундштука, формирующего поток, снижает точность отображения пневмограммы. Кроме того, устройство не позволяет записывать и воспроизводить дыхательные циклы одновременно с текущей записью дыхания.
Известен способ мониторинга дыхания с помощью набора дыхательных датчиков (7) (Патент США №5069222, 1991 г.). В соответствии с данным изобретением, датчик работает только вместе с монитором и предназначен для определения дыхания человека. Связь устройства обеспечивает подключение выходных сигналов от первого и второго элементов, реагирующих на дыхание, к монитору и позволяет монитору отображать дыхание, которое определяют первый и второй элементы, чувствительные к дыханию. Недостатком, как и у предыдущих устройств, является отсутствие мундштука, формирующего поток, и невозможность записывать и воспроизводить дыхательные циклы одновременно с текущей записью дыхания.
Ближайшим аналогом является устройство, описанное в научно-исследовательской работе (Гришин О.В., Коваленко Ю.В., Гришин В.Г., Вариабельность легочного газообмена и дыхательного ритма // Физиология человека. 2012. Т.38. №2. С.87-93). Оно содержит наушники, электронный преобразователь, канал связи с компьютерным устройством, гибкую гарнитуру, формирующую поток воздуха трубку с термодатчиком, подвижное крепление между трубкой и гарнитурой, позволяющее получить пневмограмму, которую можно записывать и воспроизводить.
Однако описанная конструкция не имеет второго термодатчика, измеряющего температуру окружающего воздуха, что не обеспечивает одновременного воспроизведения записанной пневмограммы с текущей пневмограммой в одном стандартизированном масштабе, что делает невозможным проведение респираторного биоуправления, а также разрабатывать компьютерные игры, управляемые дыханием.
Раскрытие полезной модели
Задачей устройства для записи и отображения дыхательных циклов в виде пневмограмм и компьютерных игр является возможность одновременного воспроизведения записанной пневмограммы с текущей пневмограммой в одном стандартизированном масштабе, что делает возможным проведение респираторного биоуправления, а также разработку компьютерных игр, управляемых дыханием.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для записи и отображения дыхательных циклов в виде пневмограмм и компьютерных игр, содержащем наушники. электронный преобразователь, канал связи с компьютерным устройством, гибкую гарнитуру, формирующую поток воздуха трубку с термодатчиком (Д-1), подвижное крепление между трубкой и гарнитурой, согласно полезной модели имеется второй термодатчик (Д-2), расположенный в корпусе наушников, и программное обеспечение.
Д-1 - датчик температуры вдыхаемого и выдыхаемого воздуха и Д-2 - датчик температуры окружающего воздуха. Оба датчика выполнены на основе высокочувствительного, малоинерционного термосенсора с реакцией на изменение температуры менее 1 секунды, что обеспечивает высокую точность отображения дыхательных циклов в виде текущей и записанной пневмограмм.
Измерение температуры термодатчиком трубки (Д-1) позволяет измерять амплитуду вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. При этом одновременное измерение температуры окружающего воздуха термодатчиком Д-2 позволяет учитывать изменения этой температуры для преобразования амплитуды каждой записанной и текущей пневмограммы в один стандартизированный масштаб. Это обеспечивает одновременное воспроизведение текущей пневмограммы и любой записанной пневмограммы в одном стандартизированном масштабе, что является необходимым условием респираторного биоуправления.
Устройство размещается на голове как обычные наушники (фиг.1) и состоит из (фиг.1, 2):
a) прибора на основе наушников (1) с гибкой гарнитурой (2) и трубкой, формирующей поток (3),
b) термодатчика Д-2 (4), расположенного в наушниках (1);
c) подвижного крепления между трубкой и гарнитурой (5), которое обеспечивает поворот трубки вокруг оси гарнитуры, что позволяет регулировать ее положение для удобного размещения непосредственно у входа в носовой ход,
d) термодатчика Д-2 (6), находящегося внутри трубки (3),
e) съемного мундштука (7), находящегося на конце трубки (3).
f) канала связи с компьютерным устройством в двух вариантах - радиоканал и проводной канал
g) программного обеспечения для связи с компьютерным устройством (персональным компьютером, ноутбуком, планшетом, смартфоном и др.), преобразовании дыхательных циклов в электронные файлы и приведение их к одному стандартному масштабу для раздельного и одновременного отображении в виде пневмограмм, а также в виде управляемых дыханием компьютерных игр.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 изображено:
1 - наушники с электронным преобразователям 2 - гибкая гарнитура,
3 - трубка, содержащая мундштук, формирующая поток воздуха, 4 - расположение второго термодатчика в наушниках, 5 - подвижное крепление.
На фиг.2 изображено:
3 - трубка с мундштуком, 5 - подвижное крепление, 6 - термодатчик, измеряющий температуру вдоха и выдоха (Д-1), 7 - съемный мундштук, вставленный в трубку, формирующую поток.
На фиг.3 представлен «скриншот» экрана во время проведения респираторного биоуправления по пневмокоду. Кривая текущей пневмограммы - 8, отображающей процесс дыхания в реальном режиме времени, совпадает по масштабу с воспроизводимой пневмограммой - 9, которая была предварительно записана и сохранена в электронном виде в качестве пневмокода. Процесс респираторного биоуправления заключается в согласовании текущей пневмограммы с воспроизводимой пневмограммой пневмокода, что достигается путем произвольного управления дыханием.
На фиг.4 представлен один из вариантов компьютерной игры, сюжет которой определяется совпадением текущей пневмограммы (дыхание в данный момент времени), представленной тонкой линией - 10, с пневмокодом, представленным в виде широкой полосы (тоннеля) - 11. Совпадение текущей пневмограммы с пневмокодом соответствует набору очков, а выход за границы - набору штрафных очков.
Осуществление полезной модели
Устройство для записи и отображения дыхательных циклов в виде пневмограмм и компьютерных игр работает следующим образом. На первом этапе пользователь готовит пневмокоды положительных эмоций. Для этого устройство (наушники) одевается на голову (фиг.1) так, чтобы формирующая воздушный поток трубка с датчиком Д-1 (6) разместилась в непосредственной близости у носового хода. Затем на компьютере, с которым устройство соединено с помощью канала связи, запускается программное обеспечение. На компьютере монитора появляется текущая пневмограмма, отображаемая в стандартном масштабе. Пользователь самостоятельно или с помощью психолога формирует положительное психоэмоциональное состояние, в течение которого (обычно 2-5 минут) записывается эта текущая пневмограмма в виде электронного файла (пневмокода). На втором этапе с помощью устройства осуществляется респираторное биоуправление.
Программное обеспечение позволяет одновременно с текущей пневмограммой отображать записанную пневмограмму в одном стандартном масштабе (фиг.3). С помощью программного обеспечения можно записывать сколько угодно пневмограмм на фоне различных положительных психоэмоциональных состояний. Пользователь может выбрать любую записанную пневмограмму, чтобы глядя на ее отображение на экране, подстраивать под нее свою текущую пневмограмму. Совмещение текущей пневмограммы с записанной пневмограммой (пневмокодом), которые отображаются в одном стандартном масштабе, позволяют проводить респираторное биоуправление. Респираторное биоуправление можно проводить в виде компьютерной игры, в которой управление осуществляется с помощью текущей пневмограммы, то есть дыханием пользователя, а условия игры определяются записанной пневмограммой. Такие компьютерные игры могут быть установлены на любом индивидуальном электронной устройстве (персональном компьютере, ноутбуке, смартфоне, планшете и др.), что позволяет человеку проводить сеансы респираторного биоуправления в любое удобное время.
Список литературы
1. Штарк М.Б. Некоторые аспекты биоуправления в интерпретации редакторов // Биоуправление - 4. Теория и практика. - Новосибирск: Изд-во «Цэрис», 2002. - С.3-5.
2. Гришин О.В. Психогенная одышка и гипервентиляционный синдром. Ид-во «Манускрипт». Новосибирск. 2012. 224 с.
3. Патент США US №4924876, МПК А61В 5/08, А61В 7/00, 1990 г. Nasal breath monitor.
4. Патент Китай CN 201543180 U, МПК А63В 23/18 2010 г. Respiratory training aid.
5. Патент США US №5195529, МПК G01N 33/497, G01N 27/60, G01P 13/00, 1993 г. Sensor for monitoring respiration.
6. Патент Китай CN 202446085 U, МПК А61В 5/08, 2012 г. Oral-nasal airflow respiratory sensor.
7. Патент США US №5069222, МПК А61В 5/08, А61В 5/097, А61В 5/087, 1991 г. Respiration sensor set.
8. Гришин О.В., Коваленко Ю.В., Гришин В.Г. Вариабельность легочного газообмена и дыхательного ритма // Физиология человека. 2012. Т.38. №2. С.87-93.