Прибор для оценки функционального состояния дыхательных мышц пациента

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к устройствам определения функционального состояния дыхательных мышц пациента. Технический результат заключается в повышении полноты полученной информации за счет более точного измерения давления на вдохе. Прибор содержит загубник, клапанную коробку с инспираторным и экспираторным клапанами и преобразователь давления в цифровой сигнал, подключенный к персональному компьютеру. Новым в полезной модели является наличие электромагнитного клапана, установленного на входе инспираторного воздуховода и соединенного с блоком управления, вход которого в свою очередь, соединен с выходом компьютера, снабженного программой формирования сигнала через определенный интервал времени (мс) в зависимости от фазы дыхательного цикла. В свою очередь компьютер снабжен программой вычисления индекса функционального состояния инспираторных мышц iTT по формуле: iTT=P_0,1/MIP×Ti/Tt; сравнения iTТ с нормальным значением iTТ_н и формирования заключения о состоянии дыхательных мышц на экране компьютера. 1 з.п.. 1 илл.

Предлагаемая полезная модель относится к медицинской технике, а именно к устройствам для оценки функционального состояния дыхательных мышц пациента. Прибор может быть использован для регистрации параметров сократительной активности инспираторных дыхательных мышц в функциональной диагностике и в научных исследованиях. Портативность и автономность устройства позволяет проводить диагностику в полевых условиях. Прибор был разработан сотрудниками лаборатории физиологии дыхания и лаборатории информационных технологий и математического моделирования ФГБУ науки Института физиологии им. И.П.Павлова РАН.

Известно устройство для регистрации параметров дыхания по а.с. СССР 1219050, МКИ А61В 5/08, опубл. 23.03.1986, содержащее дыхательную маску, впускной и выпускной клапан, датчик давления, термостат.Достоинством устройства является то, что информация с датчиков сразу преобразуется для регистратора. Недостатком - громоздкость конструкции и недостаточная точность проводимых с его помощью измерений.

Известен также аппарат оценки функционального состояния дыхательных мышц по пат. РФ 2422082, МПК А61В 5/00, опубл. 27.06.2011. Прибор содержит мембранный мановакуумметр, жесткую закрытую емкость и соединенные между собой шлангами тройник и загубник.

Прибор имеет малые вес и габариты, что позволяет его использовать в полевых условиях. Но при этом в нем не предусмотрена возможность регистрации полученных измерений и их запоминания, что в ряде случаев необходимо для проведения последующих вычислений.

Из известных решений по технической сущности и назначению наиболее близким аналогом к предлагаемому устройству является прибор Micro RPM, выпускаемый фирмой Micro Medical Ltd (Великобритания), каталог CAT No: RPM01. Устройство, выбранное за прототип, предназначено для измерения максимального инспираторного (MIP) и экспираторного (МЕР) давлений на уровне ротовой полости. Оно содержит загубник, воздуховод, инспираторный и экспираторный клапаны, преобразователь давления, процессор. На корпусе прибора расположен жидкокристаллический дисплей, на котором визуализируются результаты каждого измерения в сантиметрах водяного столба. Для проведения автоматизированного анализа полученных результатов исследования прибор Micro RPM имеет возможность подключения к компьютеру.

Прибор действует следующим образом. Для определения максимального статического давления на вдохе (MIP) переключатель на передней панели прибора передвигают из положения «OFF» в положение MIP/MEP. В исходном положении прибора на дисплее высвечивается «0». Для определения максимального инспираторного давления пациенту необходимо сделать полный выдох (до уровня остаточного объема легких) и затем максимально возможный вдох против перекрытого инспираторным клапаном воздуховода, при этом он должен удерживать это состояние в течение как минимум 2 секунд. Через секунду на дисплее появится результат максимального инспираторного давления. После каждого измерения переключатель передвигают в положение «OFF». Соответственно для определения максимального экспираторного давления пациент после глубокого вдоха (до величины общей емкости легких) должен сделать максимально сильный выдох. Сила дыхательной мускулатуры может быть оценена путем определения величины MIP и МЕР. Результат вычисляется после проведения 3-х попыток для вдоха и выдоха с перерывами между попытками не менее 1 минуты.

Прибор Micro RPM имеет карманные размеры и прост в использовании, что позволяет его применять как в лабораторных, так и в полевых условиях. Однако в нем не предусмотрена возможность измерения величины инспираторного давления в начале естественного вдоха, а, конкретнее, в первые 90-110 мс, а также продолжительности вдоха и общей продолжительности дыхательного цикла, что необходимо для получения более полной информации о функциональном состоянии инспираторных дыхательных мышц. Кроме того, оценить состояние дыхательных мышц в конкретный момент времени по абсолютной величине MIP и МЕР, которая измеряется этим прибором, невозможно, т.к. не существует должных показателей величин MIP и МЕР в силу их высокой вариабельности у разных индивидуумов. Необходимо проводить многократные сравнительные измерения у одного и того же пациента через определенные промежутки времени (неделя, месяц, год).

Заявляемое устройство позволяет получить новый по сравнению с прототипом технический результат, заключающийся в увеличении полноты информации о функциональном состоянии дыхательных мышц, за счет более точного измерения давления на вдохе. Кроме того оно позволяет оперативно выводить заключение о состоянии дыхательных мышц пациента на экран компьютера.

Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков. Прибор для оценки функционального состояния дыхательных мышц пациента, (содержащий, так же как прототип, загубник, клапанную коробку с инспираторным и экспираторным клапанами, и преобразователь давления в цифровой сигнал, подключенный к персональному компьютеру), в отличие от прототипа, дополнительно содержит электромагнитный клапан, установленный на входе инспираторного воздуховода и соединенный с блоком управления, вход которого в свою очередь, соединен с выходом компьютера, снабженного программой формирования сигнала через определенный интервал времени (мс) в зависимости от фазы дыхательного цикла. В свою очередь компьютер снабжен программой вычисления индекса функционального состояния инспираторных мышц по формуле: iTT=P _0,1/MIP×Ti/Tt, где P_0,1 - пиковая величина давления, развиваемого на фоне перекрытия инспираторного воздуховода на 90-110 мс после начала вдоха, MIP - максимальное инспираторное давление, Ti - продолжительность вдоха, Tt - общая продолжительность дыхательного цикла; сравнения iTT с нормальным значением IТТ _н и формирования заключения о состоянии дыхательных мышц на экране компьютера.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в обеспечении более полной оценки состояния дыхательных мышц пациента на основании измерения данных, необходимых для вычисления индекса функционального состояния инспираторных мышц по известной формуле: iTT=Р_0,1/MIP×Ti/Tt. Это в свою очередь достигается, во-первых, за счет возможности измерения Р_0,1 при помощи перекрытия воздуховода в первые 90-110 мс естественного вдоха пациента с помощью команд, заложенных в программном обеспечении компьютера и передаваемых с компьютера на блок управления электромагнитным клапаном, и во-вторых, за счет возможности вычисления времени полезного дыхательного цикла (отношение длительности инспираторной активности дыхательных мышц к общей длительности дыхательного цикла). Кроме того заложенная в компьютер программа позволяет оперативно вычислять искомую величину и выводить заключение о состоянии дыхательных мышц пациента на экран компьютера после каждого измерения.

Сравнение предлагаемого устройства с прототипом показало, что поставленная задача решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие заявляемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».

Сущность технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена блок-схема заявляемого прибора. В соответствии с представленной схемой прибор содержит: загубник 1, клапанную коробку 2, преобразователь давления в цифровой сигнал 3, персональный компьютер 4, блок управления электромагнитным клапаном 5, соленоид электромагнитного клапана 6. На рисунке А означает, что контур вдоха закрыт, В - контур вдоха открыт.

Прибор работает в четырех режимах:

1 режим - регистрация колебаний давления в клапанной коробке в условиях спокойного дыхания через индивидуальный загубник в течение 2-х минут и измерение продолжительности вдоха (Ti) и общей продолжительности дыхательного цикла (Tt).

2 режим - регистрация и измерение давления в клапанной коробке при выполнении программно-управляемого перекрытия инспираторного воздуховода электромагнитным клапаном. Инспираторный воздуховод перекрывается во время выдоха и открывается через ~100 мс после начала вдоха. Программа измеряет пиковую величину давления, развиваемого на фоне перекрытия в первые доли секунд (P_0,1) после начала вдоха. Пациент производит пять вдохов с перекрытиями. Программа выполняет описанное перекрытие в каждом втором дыхательном цикле, производит 5 замеров P_0,1 и вычисляет среднюю величину давления из произведенных измерений.

3 режим - измерение максимального инспираторного усилия (MIP). Инспираторный воздуховод перекрывается в конце выдоха на уровне функциональной остаточной емкости. Пациент производит глубокий вдох при перекрытом инспираторном воздуховоде (маневр Мюллера). Измеряется пиковая величина развиваемого давления (MIP).

4 режим - автоматическое произведение необходимых расчетов и формирование экспертного заключения. Предварительно в программу вводится нормальное значение iTТн (0,15). Программа вычисляет индекс «iTТ», отражающий функциональное состояние дыхательных мышц, по формуле: iTT=P_0,1/MIP×Ti/Tt и сравнивает его с нормальным значением. Величина iTT, превышающая 0,15, свидетельствует об ухудшении функционального состояния дыхательных мышц. В зависимости от результата сравнения нормального и текущего величин iTT на дисплее появляется надпись: «Норма», «Небольшое ухудшение», «Утомление».

Как указывалось выше, заявляемая полезная модель была создана сотрудниками лаборатории физиологии дыхания и лаборатории информационных технологий и математического моделирования ФГБУ науки Института физиологии им. И.П.Павлова РАН. Прибор был изготовлен и апробирован в лабораторных условиях. Проведенные испытания дали положительный результат, подтвердивший возможность использования прибора в клинике для функциональной диагностики дыхания у больных с заболеваниями органов дыхания, а также для исследования дыхания у здоровых людей, занимающихся специфическими видами трудовой и спортивной деятельности.

При этом за счет новой возможности прибора измерять давления в начале вдоха повышается полнота получаемой с его помощью информации, а программа, заложенная в подключенный к прибору компьютер, позволяет видеть экспертное заключение о состоянии дыхательных мышц пациента на экране компьютера практически сразу после измерения. Предварительный подсчет стоимости изготовления и внедрения прибора показал, что величина ее составит ~20000 руб., что примерно в 2 раза ниже стоимости английского аналога (43580 руб).

1. Прибор для оценки функционального состояния дыхательных мышц пациента, содержащий загубник, клапанную коробку с инспираторным и экспираторным клапанами и преобразователь давления в цифровой сигнал, выход которого подключен к персональному компьютеру, отличающийся тем, что дополнительно содержит электромагнитный клапан, установленный на входе инспираторного воздуховода и соединенный с блоком управления, вход которого в свою очередь соединен с выходом компьютера, снабженного программой формирования сигнала через определенный интервал времени (мс) в зависимости от фазы дыхательного цикла.

2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что компьютер снабжен программой вычисления индекса функционального состояния инспираторных мышц iTТ по формуле:

iTT=P _0,1/MIP·Ti/Tt,

где P_0,1 - пиковая величина давления, развиваемого на фоне перекрытия инспираторного воздуховода на 90-110 мс после начала вдоха,

MIP - максимальное инспираторное давление,

Ti - продолжительность вдоха,

Tt - общая продолжительность дыхательного цикла;

сравнения iTТ с нормальным значением iTT_н и формирования заключения о состоянии дыхательных мышц на экране компьютера.