ПОРТАТИВНЫЙ АППАРАТ РЕГИСТРАЦИИ ЭПИЗОДОВ АПНОЭ

Устройство относится к медицине, в частности к пульмонологии и может быть использовано при стационарном лечении для постоянного или эпизодического мониторинга дыхания, персоналом «Скорой помощи» при транспортировке угрожаемых по апноэ больных, в домашних условиях при уходе и наблюдении за больными.
Наиболее распространенным методом диагностики обструктивного апноэ является полисомнография - метод длительной регистрации различных функций человеческого организма в период ночного сна (пат RU №2197893 «Способ диагностики и коррекции расстройств дыхания во время сна» Бабак С.Л., Брусов А.В., 2000 г.). По результатам анкетирования и сомнологической регистрации с учетом ранее установленных базовых симптомов-маркеров болезни и граничных величин значимости полимнографических показателей проводят градацию симптомов и верикацию сомнографических параметров, определяют степень тяжести дыхательного расстройства и в зависимости от последней проводят терапевтическую, стоматологическую или хирургическую коррекцию, а при крайне тяжелом течении болезни - неинвазивную вентиляцию легких. Оценку степени тяжести заболевания и объема хирургического и/или стоматологического воздействия выполняют ступенчато, изменяя объем воздействия согласно ступени лечебного уровня. Способ предусматривает определение критериев целесообразности назначения и оценку эффективности проведения неинвазивной вентиляции легких, хирургического лечения, стоматологической коррекции.
Методы полисомнографии позволяют показать наличие или отсутствие синдрома сонного апноэ.
Известен датчик дыхания на пьезоэлектриках (пат. RU №2218082 «Датчик дыхания Бакусова Л.М.»), применяемый для контроля параметров дыхания в норме и патологии. Датчик содержит чувствительный элемент, соединенный через электрические контакты с регистратором. Чувствительный элемент представляет собой тонкую пластину пьезоэлектрика с нанесенными на ее поверхности металлическими электродами, по меньшей мере один из электродов выполнен в виде напыленной тонкой пленки, а электроды выполнены из разнородных
электропроводящих материалов с различными коэффициентами теплового расширения.
Благодаря выполнению электрод тонкопленочным и пьезокерамической пластины в виде тонкого слоя толщиной не более 0,1 мм, нагрев и охлаждение их происходит за короткое время, значительно меньшее дыхательного цикла. В результате этого инерционность чувствительного элемента мала и практически не сказывается на точности регистрации процесса дыхания.
Датчик для измерения температуры выдыхаемого воздуха (AC SU №974998 «Датчик Агаркова для измерения температуры выдыхаемого воздуха», 1982 г.).
Датчик используется в аппаратуре исследования функции внешнего дыхания, позволяет проводить функционально-нагрузочные пневмотермические пробы с выдыханием холодного и горячего воздуха с целью выявления скрытых форм недостаточности кондиционирующей функции дыхательного аппарата и тем самым повышает качество функциональной диагностики.
Датчик содержит термоэлемент, термозащитную камеру, влагозащитную сетку, корпус с пазом для зубов и клапан. Для измерения температуры выдыхаемого воздуха датчик помещают в полость рта и фиксируют зубами в месте расположения паза. Далее проводят измерение температуры выдыхаемого воздуха в конце максимального выдоха.
Метод полиграфии во сне трудоемкий, требует дорогостоящей крупногабаритной аппаратуры и соответствующих условий для выполнения.
Сейчас уделяется большое внимание важности упрощения полисомнографии с учетом большой распространенности синдрома обструктивного апноэ, когда лечение бывает преимущественно домашним, и когда больные сами должны контролировать эффективность терапии и обезопасить себя от внезапной смерти во сне.
Все большее распространение получают компактные мониторы. Эти приборы контролируют различные параметры во время сна (например, дыхательные усилия и результирующий их поток воздуха, частоту пульса и насыщение крови кислородом, величину носового непрерывного положительного давления и положение тела). Отечественных приборов подобного рода неизвестно.
Существующие датчики дыхания имеют следующие недостатки:
конструкция не позволяет использовать их длительное время из-за раздражения кожи, заметных следов на коже, помех спящему;
- могут быть применимы только к приборам и аппаратам для лечения и обследования в стационаре;
- используются только в структуре крупногабаритных непереносных приборов;
- работа от сети.
Целью создания полезной модели - разработка портативного аппарата для регистрации апноэ.
Разрабатываемое устройство должно было обеспечивать быструю и точную регистрацию эпизодов остановки дыхания датчик должен быть удобен и не мешать спящему, легко одеваться и сниматься, не раздражать кожу и не оставлять после себя заметных следов даже при регулярном и длительном использовании.
Аппарат закрепляют на голове пациента, при этом датчик должен находиться над его верхней губой.
При вдохе наружный относительно холодный воздух поступает в датчик через специальное боковое отверстие в сменной насадке, и попадает в дыхательный тракт пациента. При выдохе происходит движение нагретого в дыхательном тракте воздуха в обратном направлении.
Выдыхаемый воздух нагревает терморезистор, который находится на пути потока воздуха. При этом происходит разбаланс моста, сигнал разбаланса усиливается операционным усилителем. Вдыхаемый воздух охлаждает терморезистор, его сопротивление увеличивается. Происходит смена полярности сигнала разбаланса моста. После усиления сигнал поступает на вход компаратора, встроенного в микроконтроллер. Компаратор сравнивает входной сигнал с пороговым, напряжение которого практически равно нулю. При напряжении входного сигнала меньше или равного пороговому, таймер-счетчик микроконтроллера отслеживает длительность отсутствия входного сигнала. Если входной сигнал не превышает пороговый в течение 10 секунд, таймер-счетчик генерирует сигнал на вывод микроконтроллера, отвечающего за срабатывание звукового сигнала, это свидетельствует о эпизоде апноэ.
При апноэ температура терморезистора остается постоянной, не происходит изменения температуры воздуха, окружающего термистор. При остановке дыхания более чем на 10 секунд происходит срабатывание звукового сигнала, который предупреждает об опасности апноэ, и вызывает либо пробуждение спящего, либо экстренные меры медицинского персонала по восстановлению дыхания пациента.
Мы в качестве чувствительного элемента датчика использовали термистор, включенный в мостовую схему, реагирующий на изменение температуры вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.
3
t
Мостовую схему, показанную на Фиг.1 можно использовать для термисторов при R=R и при сопротивлении R4, равному сопротивлению термистора в середине диапазона измеряемой температуры.
В разрабатываемом аппарате для регистрации апноэ датчиком является остеклованный бусинковый терморезистор S861 фирмы SIEMENS&MATSUSHITA. Это миниатюрный сенсор для прецизионных температурных измерений и медицинской техники, имеющий изолированные фторопластом никелевые выводы.
п1
п2
п3
Для преобразования сопротивления термистора в напряжение, которое затем подается на АЦП контроллера, используется мостовая схема с терморезистором. Так как терморезистор удален от основного блока аппарата (от усилителя и источника питания), для устранения влияния соединительных проводов используется мостовая схема преобразователя, изображенная на Фиг.2. В этой схеме компенсируется влияние сопротивления соединительных проводов R, R, R и начальное сопротивление датчика.
A
оп
В точку А мостовой схемы подается опорное напряжение E (с помощью повторителя на ОУ1). При этом в точке Б с помощью ОУ2 поддерживается напряжение
B
в результате чего обеспечивается равенство нулю потенциала точки В. Функция передачи для данной схемы имеет вид
(T)
Б
п1
п4
п5
2
Отсюда следует, что сопротивление проводов R-R не влияют на результат преобразования. Для исключения сопротивления R на выходе преобразователя можно включить повторитель напряжения. В данной схеме терморезистор можно включить в любое плечо моста, однако функция передачи будет линейна только по отношению к плечу R.
Данная схема должна обеспечить выполнение двух условий:
ток, протекающий через датчик не должен превышать значение 0,1 А, уровень выходного напряжения должен соответствовать уровню входного сигнала АЦП.
Для увеличения дифференциального напряжения разбалансировки моста до уровня входного сигнала АЦП используется операционный усилитель OPA643U, предназначенный для использования совместно с АЦП. Основными критериями для его выбора послужили высокое быстродействие и малый уровень внутренних шумов.
Предлагаем использовать сменную насадку датчика, которая представляет собой носовую канюлю с трубкой для поступления воздушного потока при выдохе/вдохе ртом и отверстием для поступления воздуха из окружающей среды. Датчик устанавливается над верхней губой пациента.
За основу для изготовления сменной насадки датчика можно взять, например, носовую канюлю фирмы APEXMED (Фиг.3). Она предназначена для однократного применения, изготовлена из нетоксичного поливинилхлорида, имеет прямые термопластичные носовые зубцы, края канюли гладкой закругленной формы.
Термистор закреплен на конце гибкой полой трубки, идущей от основного блока аппарата. Провода термистора, соединяющие его с блоком преобразования, изолированы внутри этой трубки. Сменная насадка фиксируется с помощью зажима с трубкой, на конце которой закреплен термистор, измеряющий температуру вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.
Основной блок аппарата для регистрации апноэ оформлен в пластиковом корпусе, размером не более 5×4×2 см. Он крепится на лбу пациента с помощью резинового ремня, снабженного липучками для надежной фиксации вокруг головы (Фиг.4).
Для аппарата можно использовать корпус для ручных приборов серии ERGO-CASE фирмы OKW.