Устройство для измерения объёма выдыхаемого воздуха

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к средствам инструментальных методов медицинских исследований, и может быть использовано для измерения объемов выдыхаемого человеком воздуха.
Классическим устройством для измерения объемов выдыхаемого воздуха является водяной спирометр [1; с. 130-132], состоящий из двух цилиндров (Фиг. 1). Наружный цилиндр, больший по диаметру, наполняется водой до метки на стекле окошечка, расположенного в верхней части цилиндра. В него погружается вверх дном в виде колокола внутренний цилиндр. Через дно наружного цилиндра по его оси вертикально проходит металлическая трубка, отверстие которой заканчивается выше уровня воды под дном внутреннего колокола. На Фиг. 1 представлена Схема водяного спирометра, где: 1 - наружный цилиндр; 2 - стеклянное окошечко в наружном цилиндре, через которое видна шкала спирометра; 3 - внутренний цилиндр (колокол спирометра); 4 - баллон с воздухом для уравновешивания внутреннего цилиндра в воде; 5 - вода. Снаружи на эту металлическую трубку надевается резиновая трубка с мундштуком, через который испытуемый дышит. Внутренний цилиндр уравновешен в воде прикрепленным к нему снизу баллоном, содержащим воздух; благодаря этому легкое давление выдыхаемого воздуха на дно колокола вызывает его подъем. Высота поднятия колокола пропорциональна объему выдыхаемого воздуха. Этот объем определяется по шкале, которая укреплена на колоколе и видна в стеклянное окошечко. Шкала проградуирована в миллилитрах воздуха. В крышке внутреннего колокола имеется отверстие, которое во время определений должно быть закрыто пробкой. Его открывают только тогда, когда хотят опорожнить спирометр или наполнить его воздухом. Нельзя надавливать на крышку спирометра при закрытой пробке, так как это приведет к выливанию воды из спирометра.
Недостатком водяного спирометра является трудоемкость его настройки и обслуживания.
8 наиболее простых устройствах для сбора выдыхаемого воздуха используется воздухонепроницаемый мешок или «мешок Дугласа». На Фиг. 2 представлено Устройство для сбора выдыхаемого воздуха [2], содержащее: 6 - гофрированные трубки; 7 - загубник; 8 - трехходовой кран; 9 - мешок Дугласа.
Недостатком этого устройства, взятого за прототип, является то, что для определения объема воздуха, собранного в мешке, приходится перегонять его через спирометр, что довольно не удобно в эксплуатации.
Поставленная задача - создание простого, удобного в эксплуатации устройства для сбора и измерения объема выдыхаемого воздуха.
Для решения поставленной задачи предлагаемое устройство для измерения объема выдыхаемого воздуха, включающее мешок для выдохнутого воздуха и гофрированные трубки с загубником, содержит пробку-основание правильной геометрической формы, к краям которой прикреплен полиэтиленовый мешок для выдохнутого воздуха, а в центр вставлена трубка-тройник на один конец которой прикреплен выпускной кран, а на другой - впускной клапан, соединенный с гофрированной полиэтиленовой трубкой и загубником, пробка-основание с мешком вставлена в полую измерительную емкость из прозрачного материала, площадь внутреннего сечения которой соответствует площади внешнего сечения пробки-основания, при этом измерительная емкость имеет поршень для равномерного распределения воздуха, а на внешней стороне измерительной емкости прикреплена измерительная линейка, причем за нулевую точку измерительной линейки принимают край поршня при полностью сжатом мешке.
Устройство по своей конструкции просто в эксплуатации, позволяет довольно точно оценить объем выдохнутого воздуха.
Устройство для измерения объема выдыхаемого воздуха (Фиг. 3) состоит из пробки-основания (10) правильной геометрической формы (для которой легко рассчитывается площадь, например круг или квадрат), к краям которой прикреплен полиэтиленовый мешок (11), а в центр вставлена трубка-тройник (12) на один конец которой прикреплен выпускной кран (13), а на другой - впускной клапан (14), пропускающий воздух только в направлении мешка, соединенный с гофрированной полиэтиленовой трубкой и загубником (15). Эти элементы устройства работают как мешок Дугласа. Пробка-основание с мешком вставлена в полую измерительную емкость (16), сделанную из прозрачного материала, площадь внутреннего сечения которой незначительно превышает площадь внешнего сечения пробки-основания. На внешнюю сторону измерительной емкости прикреплена измерительная линейка (17), а внутри размещен поршень (18) для достижения равномерного распределения воздуха в измерительной емкости (см. Фиг. 4). Расчет объема (V) воздуха в мешке производят по формуле: V=S⋅Р, где S - площадь пробки основания, Р - расстояния измеренное на измерительной шкале от нулевой точки до поршня.
Узлы устройства могут быть выполнены в следующем исполнении: пробка-основание для полиэтиленового мешка, измерительная емкость и поршень из оргстекла; мешок сварен из полиэтилена, крепление мешка к пробке-основанию осуществляется с помощью скотча; трубка-тройник диаметром  дюйма; выпускной кран - сантехнический шаровый кран; впускной клапан мембранного типа, когда мембрана отклоняется и пропускает воздух только в одном направлении; гофрированная трубка и загубник из пластмассы для изготовления медицинских изделий; измерительная линейка на гибкой ленте, наклеивающейся на измерительную емкость.
Предлагаемое устройство для измерения объема выдыхаемого воздуха используют следующим образом. На Фиг. 5 а, б, в, г - представлены фото работы с устройством.
Фиг. 5а. Открывают выпускной кран устройства и выпускают с помощью поршня воздух. Край полностью сжатого мешка, совпадающий с краем поршня принимают за нулевую точку измерительной линейки.
Фиг. 5б. Закрывают выпускной кран и убирают поршень.
Фиг. 5в. Делают выдох в устройство через загубник.
Фиг. 5г. Сжимают поршнем мешок с набранным воздухом до его равномерного распределения в измерительной емкости.
Измеряют расстояние от нулевой точки до поршня. Зная площадь поперечного сечения измерительной емкости рассчитывают объем (V) выдохнутого воздуха: V=Р⋅S, где S - площадь пробки основания, Р - расстояние измеренное на измерительной шкале от нулевой точки до поршня.
Пример. Измерение жизненной емкости легких (ЖЕЛ) или объема воздуха, который может быть выдохнут после максимально глубокого вдоха.
2
Р=26 см, S=158 см, V=26⋅158=4108 мл=4,108 л
Т.е. ЖЕЛ ≈ 4,1 л
Таким образом, предлагаемое устройство, просто по своей конструкции, удобно в эксплуатации, позволяет получить достоверные количественные данные измерения объема выдыхаемого человеком воздуха, что может быть использовано при исследовании дыхательных функций организма.
Литература
1. Руководство к практическим занятиям по курсу нормальной физиологии: Учеб. пособие /Под ред. Э.А Асратяна, А.В. Губарь. - М.: «Государственное издательство медицинской литературы», 1963. - 304 с; с. 130-132. с. 134-135.
2. Руководство к практическим занятиям по нормальной физиологии: Учеб. пособие /Под ред. С.М. Будылиной, В.М. Смирнова. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 336 с; с. 110-111.