УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНХРОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СЕРДЕЧНО-ДЫХАТЕЛЬНОГО СИНХРОНИЗМА И ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ У ЧЕЛОВЕКА

Предлагаемая полезная модель относится к медицине и физиологии и направлена на получение комплекса данных о регуляторно-адаптивных возможностях организма человека путем интеграции сведений о параметрах сердечно-дыхательного синхронизма и внешнего дыхания, что особенно важно для обследования пациентов со сниженной дыхательной функцией.
Аналоги предлагаемой системы: прибор «ВНС-Микро» ООО «Нейрософт», спирограф «СпироС-100» ООО «Альтоника».
Прибор «ВНС-Микро» ООО «Нейрософт» включает микропроцессор АЦП «ВНС-Микро», кабель отведений ЭКГ (для отведений от конечностей), 4 многоразовых прижимных электрода ЭКГ на конечности (Италия), датчик пневмограммы ДДТ-4-20, программное обеспечение «Поли-Спектр» с подключенным модулем «Поли-Спектр-Ритм». Прибор обеспечивает синхронную запись пневмограммы и электрокардиограммы, позволяет проводить анализ вариабельности ритма сердца и вариабельности длительности дыхательного цикла (Михайлов В.М. Вариабельность ритма сердца: опыт практического применения. - Иваново, 2007. - 288 с.).
Таким образом, прибор «ВНС-Микро» ООО «Нейрософт» не дает возможности учета наиболее информативных параметров сердечно-дыхательного синхронизма и параметров внешнего дыхания, информативность такой диагностики адаптивного статуса организма значительно ниже получаемой при помощи предлагаемой полезной модели.
Спирограф «СпироС-100» ООО «Альтоника» автоматически производит измерение и расчет таких показателей функции внешнего дыхания, как жизненная емкость легких (ЖЕЛ), форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ), пиковая объемная скорость (ПОС), максимальная объемная скорость воздуха на уровне выдоха 25% ФЖЕЛ (МОС25%), МОС50%, МОС75%), средняя объемная скорость форсированного выдоха, вычисленная в интервале измерения от 25 до 75% ФЖЕЛ (СОС25-75), СОС75-85%, объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1), индекс Тиффно (ИТ), максимальная вентиляция легких (МВЛ), минутный объем дыхания (МОД), частота дыхания (ЧД), дыхательный объем (ДО), резервный объем вдоха (РОвд) и выдоха (РОвыд). В комплект прибора входят: спирограф, преобразователь воздушного потока, комплект мундштуков, термобумага, зажим для носа, блок питания от сети (одновременно является зарядным устройством для аккумулятора), калибровочный шприц 3 л.
Спирограф «СпироС-100» измеряет только 18 параметров внешнего дыхания, не дает возможности сохранять на ПК результаты проб, мундштук прибора не позволяет соединить его с датчиком пневмограммы «Системы для определения сердечно-дыхательного синхронизма у человека» для обеспечения одновременной записи параметров внешнего дыхания и сердечно-дыхательного синхронизма для углубленной диагностики регуляторно-адаптивного статуса пациентов.
Спирограф микропроцессорный портативный СМП-21/01-«Р-Д», «Система для определения сердечно-дыхательного синхронизма у человека».
Спирограф микропроцессорный портативный СМП-21/01-«Р-Д» предназначен для качественной и количественной оценки изменений функционального состояния легких, применяется в медицинских учреждениях различного профиля для исследования на основе спирометрии механических свойств аппарата вентиляции легких человека (данные из Государственного реестра средств измерений). Спирограф микропроцессорный портативный СМП-21/01-«Р-Д» обеспечивает возможность: измерения и вычисления 4 параметров ЖЕЛ, 19 параметров ФЖЕЛ, 26 параметров «петля поток-объем», 7 параметров МОД и 3 параметра МВЛ; автоматического расчета индивидуальных норм пациента, формирование заключительного протокола обследования. Корпус основного блока и датчика изготовлен из ударопрочного пластика. В состав спирографа входит датчик воздушного потока фирмы «Vitalograph», выполненный на основе трубки Флейша. Датчик обеспечивает высокую точность измерения и имеет малое сопротивление дыханию пациента. Данный спирограф обеспечивает отображение результатов обследования на монохромном ЖК-дисплее.
В то же время спирограф микропроцессорный портативный СМП-21/01-"Р-Д" не учитывает уровень регуляторно-адаптивных возможностей организма пациента как целостной системы, соответствующий определяемым параметрам внешнего дыхания, что важно для контроля качества лечения, так как комплексная терапия пациента всегда направлена не только на достижение целевых показателей со стороны функции-мишени, но и на увеличение или восстановление общих регуляторных и адаптивных способностей организма пациента.
Ближайший аналог - «Система для определения сердечно-дыхательного синхронизма у человека» (патент №86860 от 20 сентября 2009 года / Покровский В.М., Пономарев В.В., Артюшков В.В., Фомина Е.В., Гриценко С.Ф., Полищук С.В.), включающая объединенные в единый программно-аппаратный комплекс: датчики для записи ЭКГ, датчик пневмограммы, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), например, «ВНС-Микро», соединенные с компьютером, и программное обеспечение с автоматизированным алгоритмом регистрации и фиксирования параметров сердечно-дыхательного синхронизма. Найденные параметры позволяют дать объективную количественную характеристику регуляторно-адаптивного статуса организма человека. Данная система производит одновременную регистрацию электрокардиограммы (ЭКГ) и пневмограммы с программно заданной погрешностью и работает следующим образом: АЦП соединяют с компьютером и через датчики - с человеком; при этом датчики для записи ЭКГ фиксируют на руки и на ноги, а датчик для записи пневмограммы - на голову пациента; систему обеспечивают электропитанием. С помощью компьютера производят запись исходных (фоновых) параметров: частоты дыхания и частоты сердечных сокращений. Производят расчет усредненного показателя фоновых значений. На втором этапе исследования с помощью программы в автоматическом режиме рассчитывают частоту стимулятора, подающего сигналы для формирования пациентом заданного ритма дыхания, на 5% ниже фоновых значений и производят поиск минимальной границы диапазона возникновения сердечно-дыхательного синхронизма, который регистрируют при совпадении частот сердечных сокращений, дыхания и частот стимулятора. Далее частоту стимулятора увеличивают с шагом выше на 5% относительно предыдущего значения до тех пор, пока не будет найдено значение верхней границы сердечно-дыхательного синхронизма. На последнем этапе исследования производят уточнение максимальной и минимальной границы возникновения сердечно-дыхательного синхронизма и расчет ширины диапазона. Затем результаты исследования заносят в таблицу в формате MS Excel, в дальнейшем в каждом отдельном исследовании составляют подобные таблицы с целью определения длительности теста, длительности возникновения сердечно-дыхательного синхронизма, периодов адаптации, регистрации паспортных данных, нозологии. Таблицы позволяют обеспечить возможность сохранения результатов исследования пациента в динамике.
«Система для определения сердечно-дыхательного синхронизма у человека» дает объективную оценку состояния регуляторных и адаптивных систем организма человека. При этом система показывает только амплитуду дыхательных движений, не отражающую величину дыхательного объема и другие параметры внешнего дыхания. Для расширения области применения данной информативной методики, возможностью углубленного обследования пациентов со сниженной дыхательной функцией, уровень диагностики может быть повышен путем интеграции сведений о параметрах сердечно-дыхательного синхронизма, получаемых с помощью описанной выше системы, и параметрах внешнего дыхания, получаемых с помощью спирографа.
Задачами при создании полезной модели являются: обеспечение возможности одновременной диагностики таких важных характеристик организма, как параметры сердечно-дыхательного синхронизма и внешнего дыхания, а также синхронная регистрация этих параметров, что позволит проводить более качественное обследование пациентов со сниженной функцией дыхания и оценку эффективности проводимого лечения путем определения не только восстановления функции-мишени, но и влияния терапии на регуляторно-адаптивный статус пациента; обеспечение учета величины минутной легочной вентиляции и дыхательного объема каждого вдоха при проведении проб методом сердечно-дыхательной синхронизации.
Техническим результатом решения задач явилось создание мобильной «Системы для синхронного определения параметров сердечно-дыхательного синхронизма и внешнего дыхания у человека», в которой «Система для определения сердечно-дыхательного синхронизма у человека» объединена со спирографом, например, спирографом микропроцессорным портативным СМП-21/01-«Р-Д», что обеспечивает возможность анализа параметров внешнего дыхания, соответствующих текущему состоянию регуляторно-адаптивного статуса организма, оцениваемому по параметрам сердечно-дыхательного синхронизма (индексом регуляторно-адаптивного статуса). Совмещение датчика пневмограммы «Системы для определения сердечно-дыхательного синхронизма у человека» со спирографом обеспечивает одновременную регистрацию и выведение на дисплей компьютера (ноутбука) параметров сердечно-дыхательного синхронизма и внешнего дыхания для их комплексного анализа. Также была решена практическая задача учета величины минутного объема легочной вентиляции и дыхательного объема каждого вдоха.
Сущностью решения является механическое внедрение в мундштук датчика внешнего дыхания спирографа СМП-21/01-«Р-Д», посредством выполнения щелевого надреза в нем, датчика пневмограммы «Системы для определения сердечно-дыхательного синхронизма у человека», который герметично зажимается за счет эластичности мундштука, что объединяет в единый комплекс параллельно соединенные от обследуемого человека к компьютеру (ноутбуку) устройства: прибор «ВНС-Микро» и спирограф микропроцессорный портативный СМП-21/01-«Р-Д».
Схема «Системы для синхронного определения параметров сердечно-дыхательного синхронизма и внешнего дыхания у человека» изображена на рисунке (Приложение), где: 1 - человек, 2 - совмещенный блок датчиков: а - датчик внешнего дыхания спирографа, б - датчик для записи пневмограммы, 3 - датчики для записи электрокардиограммы, 4 - микропроцессор АЦП «ВНС-Микро», 5 - спирограф СМП-21/01-«Р-Д», 6 - компьютер (ноутбук) с программным обеспечением спирографа СМП-21/01-«Р-Д» и «Системы для определения сердечно-дыхательного синхронизма у человека».
Предлагаемую систему используют следующим образом: к компьютеру (ноутбуку) (6) подключают спирограф СМП-21/01-«Р-Д» (5) через USB-порт с переходником USB-COM и микропроцессор АЦП «ВНС-Микро» (4) через USB-порт с датчиками для записи электрокардиограммы (3) и датчиком для записи пневмограммы (2, б). Диагностическое обследование человека проводят сидя при вертикальном положении головы и грудной клетки. На конечности пациента (1) надевают датчики для регистрации электрокардиограммы (3). На крылья носа испытуемого надевают носовой зажим, обработанный дезинфицирующим раствором. Мундштук датчика внешнего дыхания спирографа (2, а) с герметично встроенным в него датчиком для записи пневмограммы (2, б) «Системы для определения сердечно-дыхательного синхронизма у человека» испытуемый плотно обхватывает губами. Осуществляют регистрацию параметров внешнего дыхания и электрокардиограммы в исходном состоянии, затем проводят пробы с задаваемым ритмом дыхания (алгоритм последовательности задаваемых частот определяется программным обеспечением, входящим в «Систему для определения сердечно-дыхательного синхронизма у человека»), регистрируют параметры сердечно-дыхательного синхронизма. Анализ зафиксированных параметров позволяет дать заключение о регуляторно-адаптивном статусе, а также о влиянии на него состояния функции внешнего дыхания.
Система апробирована в исследованиях на 20 пациентах.
Пример: пациент Н., 46 лет, поступил с диагнозом: хроническая обструктивная болезнь легких. Для оценки параметров сердечно-дыхательного синхронизма и соответствующих параметров внешнего дыхания было проведено исследование с помощью «Системы для синхронного определения параметров внешнего дыхания и сердечно-дыхательного синхронизма у человека». На крылья носа испытуемого надели носовой зажим. Обработанный дезинфицирующим раствором мундштук датчика внешнего дыхания спирографа (герметично соединенный с датчиком пневмограммы «Системы для определения сердечно-дыхательного синхронизма у человека») испытуемый плотно обхватил губами. На конечности пациента надели датчики для регистрации электрокардиограммы. Осуществили регистрацию параметров внешнего дыхания и электрокардиограммы в исходном состоянии, провели пробы с задаваемым ритмом дыхания согласно алгоритму, рассчитанному программным обеспечением «Системы для определения сердечно-дыхательного синхронизма у человека», зарегистрировали параметры сердечно-дыхательного синхронизма. Индекс регуляторно-адаптивного статуса пациента при поступлении составил 26,2 при соответствующих ему данных внешнего дыхания: минутный дыхательный объем 6,8 л/мин, индекс Тиффно 65,1%, пиковая объемная скорость на выдохе 3,7 л/мин. Полученные характеристики состояния пациента при поступлении позволили оценить степень падения регуляторно-адаптивных возможностей организма адекватно снижению дыхательной функции.