УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗВУКОВОЙ СТИМУЛЯЦИИ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Полезная модель относится к области медицинской техники и может применяться для повышения функциональных резервов организма при интенсивных нагрузках, а также при создании медицинских приборов, используемых для профилактики и лечения заболеваний органов дыхания.
Наиболее близким аналогом, известным из уровня техники, является устройство для импедансных исследований функции внешнего дыхания (патент на полезную модель RU 148484, опубл. 10.12.2014), которое включает волновод-интерферометр, один конец которого оборудован открытой трубкой для герметичного сочленения с загубником, а другой конец оборудован громкоговорителем, соединенным с генератором полигармонических сигналов, причем в двух точках боковой поверхности волновода-интерферометра установлены измерительные микрофоны, соединенные с вычислителем через аналого-цифровой преобразователь. Недостатком этого технического решения является невозможность его применения для звуковой стимуляции дыхательной системы.
Технической задачей полезной модели является расширение арсенала устройств для звуковой стимуляции дыхательной системы.
Решение технической задачи обеспечивается тем, что устройство для звуковой стимуляции дыхательной системы включает волновод-интерферометр, один конец которого оборудован открытой трубкой для герметичного сочленения с загубником, а другой конец оборудован громкоговорителем, установленным в сабвуфер с подключенным конусообразным концентратором звука, причем в двух точках боковой поверхности волновода-интерферометра установлены измерительные микрофоны, соединенные через аналого-цифровой преобразователь с вычислителем, к которому подключены сигнальное табло и пульсоксиметр.
Расстояние от любого микрофона до конца волновода-интерферометра, как правило, превышает пять его диаметров.
min
max
min
max
Расстояние между измерительными микрофонами, как правило, находится в диапазоне c/(40·f)≤L≤c/(2·f), где c - скорость звука в воздухе, м/с; f и f - минимальная и максимальная частота диапазона обследования, Гц.
Каждый измерительный микрофон, предпочтительно - конденсаторный, обеспечивающий линейную частотную характеристику во всем диапазоне частот полигармонического сигнала и обладающий чувствительностью не менее 50 мВ/Па.
Расстояние между измерительными микрофонами, как правило, составляет 1,7 м.
Диапазон частот полигармонического сигнала, как правило, составляет от 10 Гц до 52 Гц.
Полигармонический сигнал, как правило, образован набором тональных сигналов с шагом по частоте 4 Гц.
Диаметр поперечного сечения волновода-интерферометра, как правило, равен 7 см.
Толщина стенки волновода-интерферометра, как правило, составляет 2-3 мм.
Вычислитель, предпочтительно, оборудован клавиатурой для управления исследованием, экраном для вывода результатов исследования, печатающим устройством и накопителем с энергонезависимой памятью для документирования его результатов.
Вычислитель, как правило, оборудован передатчиком, осуществляющим передачу результатов исследования на внешнее цифровое устройство по радиоканалу.
Загубник, предпочтительно, выполнен из картона с возможностью одноразового применения.
Загубник может быть выполнен из нетоксичного полиэтилена с возможностью стерилизации.
Для лучшей фиксации загубник может быть выполнен с фиксатором в виде резиновой ленты.
Для лучшей фиксации загубник может быть выполнен с фиксатором в виде застежки-липучки.
Для безопасности использования устройство загубник оборудован стоматологическим ободом.
Для универсального применения устройства открытая трубка, предпочтительно, обеспечивает герметичное сочленение с загубником, длина которого составляет от 10 до 25 мм.
Для универсального применения устройства открытая трубка, предпочтительно, обеспечивает герметичное сочленение с загубником, диаметр которого составляет от 1 до 4 см.
Для удобства эксплуатации устройство может быть дополнительно оборудовано звуковыми колонками или наушниками для выдачи команд пациенту.
Минимальный диаметр конусообразного концентратора звука, предпочтительно, составляет 70 мм.
Максимальный диаметр конусообразного концентратора звука, предпочтительно, составляет 350 мм.
Технический результат, достигаемый заявленной совокупностью признаков, заключается в обеспечении возможности персонифицированной звуковой стимуляции дыхательной системы человека.
Устройство для звуковой стимуляции дыхательной системы используется в медицинской практике в интересах увеличения жизненной емкости легких за счет открытия резервных альвеол и увеличения площади поперечного сечения бронхиол вследствие воздействия на дыхательную систему высокоинтенсивными звуками на резонансных частотах. На резонансе, когда реактивное сопротивление дыхательной системы равно нулю, давление воздействующей звуковой волны распространяется по воздушным каналам на всю глубину воздухоносных путей, достигает альвеол, что приводит к их раскрытию, а также к увеличению площади поперечного сечения бронхиол.
Устройство для звуковой стимуляции дыхательной системы работает следующим образом.
1) Человека усаживают на стул (на табурет, в кресло и т.п.), в его ротовую полость устанавливают загубник, контролируя при этом положение языка так, чтобы он не перекрывал сечение загубника и надгортанник. При проведении измерений человек свободно дышит носом.
2) Загубник герметично сочленен с концом волновода, другой конец которого оборудован громкоговорителем, который установлен в сабвуфер с подключенным концентратором звука (конус от большего диаметра к меньшему), соединенным с генератором полигармонических сигналов звуковой частоты. В двух точках боковой поверхности волновода установлены измерительные микрофоны так, чтобы:
расстояние от любого микрофона до конца волновода превышало 5 диаметров волновода;
расстояние между микрофонами L удовлетворяло соотношению:
min
max
c/(40·f)≤L≤с/(2·f),
min
max
где c - скорость звука в воздухе (340 м/с), f и f - минимальная и максимальная частота диапазона обследования в Гц.
3) Из сабвуфера в волновод подают полигармонический звуковой сигнал, образованный набором тональных сигналов, одновременно в вычислитель через аналого-цифровой преобразователь передают информацию с двух измерительных микрофонов.
4) Обрабатывая зарегистрированную информацию, в компьютере для каждой частоты полигармонического сигнала определяют:
1
2
- уровни звукового давления в двух точках волновода (P и P) и разность фаз сигналов, регистрируемых измерительными микрофонами на каждой частоте (φ);
- модуль комплексного коэффициента отражения (r) звуковых колебаний для каждой частоты:
,
1
2
где N=P/P - соотношение уровней звукового давления в измерительных микрофонах на каждой частоте, k=2π/λ - волновое число (пространственная частота), L - расстояние между измерительными микрофонами;
- коэффициент поглощения для каждой частоты
2
α=1-r;
- комплексный импеданс дыхательного тракта для каждой частоты
Z=R+jY,
где R - резистанс (активная компонента импеданса), Y - реактанс (реактивная компонента импеданса):
, ,
где θ - фаза комплексного коэффициента отражения
2
θ=arctg[(2NsinkL·(NcoskL-cosφ))/(N-1-2NcoskL(NcoskL-cosφ))].
0
5) Определяют резонансную частоту (f), на которой реактанс (Y) изменяет знак с отрицательного на положительный, а при ее отсутствии - среднее арифметическое двух смежных частот звукового сигнала, на меньшей из которых знак реактанса отрицательный, а на большей - положительный.
Невозможность определения резонансной частоты свидетельствует о негерметичности сочленения загубника с концом волновода. В этом случае необходимо повторить измерения, устранив нарушения условий их проведения.
0
0
6) Для резонансной частоты f определяют значения коэффициента поглощения (α) и рассчитывают диапазон сканирования частоты по частотной зависимости коэффициента поглощения, по правилу снижения коэффициента α на 3 дБ (в 1,4 раза) от максимального значения.
7) Определив диапазон сканирующих частот, проводят звуковую стимуляцию дыхательной системы человека. При этом контролируют обязательное носовое дыхание человека и синхронизацию ритма дыхания (вдох-выдох) с изменением частоты сканирующего сигнала. На фазе выдоха частота увеличивается от минимального до максимального значения, а на фазе вдоха - частота уменьшается от максимального до минимального значения. Ритм дыхания человека синхронизируют со скоростью изменения частоты звукового сигнала (сканирующая частота). Устройство оснащено световым табло, на который с вычислителя выводят информацию о требуемом ритме дыхания: когда пациенту следует делать выдох и вдох.
9) Для контроля состояния человека в процессе стимуляции используют пульсоксиметр, позволяющий оценить частоту сердечных сокращений и уровень насыщения кислородом крови.
Устройство для звуковой стимуляции дыхательной системы изготовлено, испытано с положительным результатом на базе ГНЦ РФ - Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна.
Предложенное устройство следует использовать для повышения функциональных (физиологических) резервов организма. Устройство может быть реализовано предприятиями (организациями) медицинской промышленности.