RU115668U1

RU115668U1 - RESPIRATORY SIMULATOR

Info

Publication number: RU115668U1
Application number: RU2011138598/14U
Authority: RU
Inventors: Наталия Валериевна Ивахно; Ольга Викторовна Меркулова
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2012-05-10

Abstract

Дыхательный тренажер, содержащий загубник, дыхательную трубку с установленным в ней датчиком давления, микроконтроллер, связанный с персональным компьютером, отличающийся тем, что в него введен автоматический регулятор сопротивления дыханию, состоящий из регулируемого дросселя, установленного в дыхательной трубке, и исполнительного механизма, причем выход исполнительного механизма соединен с регулируемым дросселем, а вход - с персональным компьютером через микроконтроллер, также дыхательная трубка содержит группу датчиков давления, состоящую из относительного и вакуумного датчиков давления, соединенную с персональным компьютером через последовательно соединенные фильтр нижних частот и микроконтроллер. A breathing simulator containing a mouthpiece, a breathing tube with a pressure sensor installed in it, a microcontroller connected to a personal computer, characterized in that an automatic breathing resistance regulator is introduced into it, consisting of an adjustable throttle installed in the breathing tube and an actuator, and the output the actuator is connected to an adjustable throttle, and the input is connected to a personal computer through a microcontroller, and the breathing tube also contains a group of pressure sensors, consisting of relative and vacuum pressure sensors, connected to a personal computer through a series-connected low-pass filter and a microcontroller.

Description

Полезная модель относится к медицине, а именно к физиотерапевтическим устройствам, используемым для тренировки дыхательной мускулатуры, а также для профилактики и лечения различных заболеваний.The utility model relates to medicine, namely to physiotherapeutic devices used to train the respiratory muscles, as well as for the prevention and treatment of various diseases.

Известен дыхательный тренажер [патент РФ №2196612 по классу A61M 16/00], состоящий из составного корпуса со сквозными отверстиями, средств для регулирования сопротивления дыханию, клапанного устройства вдоха и выдоха. В составном корпусе выполнено одно или более дополнительное сквозное отверстие для вдоха и одно или более дополнительное сквозное отверстие для выдоха.Known breathing simulator [RF patent No. 2196612 in class A61M 16/00], consisting of a composite housing with through holes, means for regulating breathing resistance, valve inspiratory and expiratory devices. In the composite housing, one or more additional through holes for inspiration and one or more additional through holes for exhalation are made.

Недостатком этого тренажера является невозможность отслеживания параметров дыхания во время применения тренажера. В результате процесс тренировки дыхательной системы контролируется субъективными ощущениями пациента, что может не только не улучшить, но и ухудшить состояние здоровья. Кроме того, изменение сопротивления вдоху и выдоху требует разборки и последующей сборки составного корпуса тренажера.The disadvantage of this simulator is the inability to track breathing parameters during the use of the simulator. As a result, the process of training the respiratory system is controlled by the subjective sensations of the patient, which can not only not improve, but also worsen the state of health. In addition, changing the resistance to inhalation and exhalation requires disassembly and subsequent assembly of the composite body of the simulator.

Наиболее близким по техническому решению к заявленному тренажеру является дыхательный тренажер с биологической обратной связью [патент РФ №91765 по классу G01N 33/15], позволяющий проводить разного вида дыхательные тренировки с отслеживанием измеряемых физиологических показателей, в том числе при повышенном сопротивлении вдоху и выдоху.The closest technical solution to the claimed simulator is a breathing simulator with biological feedback [RF patent No. 91765 in class G01N 33/15], which allows for various types of breathing exercises with tracking measured physiological parameters, including with increased resistance to inhalation and exhalation.

Для проведения тренировок при повышенном сопротивлении дыханию указанный тренажер содержит дыхательный узел в виде загубника, ротоносовой маски или носового наконечника, дыхательную трубку, соединенные в единый сосуд переменной емкости дыхательный шланг и незамкнутый накопительный сосуд, насадку с дополнительной диафрагмой для увеличения сопротивления дыханию, устанавливаемую на выходе дыхательной трубки или незамкнутого накопительного сосуда, блок измерения пульса, блок измерения постоянного потенциала головного мозга, блок измерения скорости потока воздуха с дифференциальным датчиком давления и с размещенной посередине дыхательной трубки измерительной диафрагмой, по бокам от которой находятся отверстия, соединенные с дифференциальным датчиком давления. Информация об измеряемых показателях отображается на жидкокристаллическом индикаторе или на персональном компьютере, что позволяет отслеживать динамику физиологических показателей.For training with increased resistance to breathing, the specified simulator contains a breathing unit in the form of a mouthpiece, a nasal mask or a nasal tip, a breathing tube, a breathing hose connected to a single vessel of variable capacity and an open storage vessel, a nozzle with an additional diaphragm for increasing breathing resistance, which is installed at the outlet respiratory tube or open storage vessel, pulse measurement unit, constant brain potential measurement unit, ism measurement unit rhenium air flow rate with the differential pressure sensor and a breathing tube disposed in the middle of the measuring diaphragm, the sides of which holes are connected to a differential pressure sensor. Information about the measured indicators is displayed on a liquid crystal display or on a personal computer, which allows you to track the dynamics of physiological indicators.

Недостатком этого устройства является то, что создание сопротивления дыханию требует набора дополнительных насадок, установка которых производится вручную.The disadvantage of this device is that the creation of breathing resistance requires a set of additional nozzles, which are installed manually.

Технической задачей данной полезной модели является автоматизация процесса регулирования сопротивления дыханию на вдохе и/или выдохе.The technical task of this utility model is to automate the process of regulating breathing resistance on inhalation and / or exhalation.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в дыхательный тренажер, содержащий загубник, дыхательную трубку с установленным в ней датчиком давления, микроконтроллер, связанный с персональным компьютером, введен автоматический регулятор сопротивления дыханию, состоящий из регулируемого дросселя, установленного в дыхательной трубке, и исполнительного механизма, причем выход исполнительного механизма соединен с регулируемым дросселем, а вход - с персональным компьютером через микроконтроллер, также для контроля эффективности тренировки дыхательной мускулатуры дыхательная трубка содержит группу датчиков давления, состоящую из относительного и вакуумного датчика, соединенную с персональным компьютером через последовательно соединенные фильтр нижних частот и микроконтроллер.The solution to this problem is provided by the fact that in the breathing simulator containing a mouthpiece, a breathing tube with a pressure sensor installed in it, a microcontroller connected to a personal computer, an automatic breathing resistance regulator is introduced, consisting of an adjustable throttle installed in the breathing tube and an actuator, moreover, the output of the actuator is connected to an adjustable throttle, and the input is connected to a personal computer through a microcontroller, also to monitor the effectiveness renirovki respiratory muscles breathing tube group comprises pressure sensors consisting of relative and vacuum sensor connected to the personal computer via series-connected low-pass filter and a microcontroller.

Введение в дыхательный тренажер автоматического регулятора сопротивления дыханию обеспечивает автоматизацию процесса регулирования сопротивления дыханию на вдохе и/или выдохе.Introduction to the breathing simulator of an automatic regulator of breathing resistance provides automation of the process of regulating breathing resistance on inhalation and / or exhalation.

На фиг.1 приведена структурная схема дыхательного тренажера. Дыхательный тренажер содержит загубник 1, соединенный с дыхательной трубкой 2, содержащей относительный датчик давления 3 и вакуумный датчик давления 4, которые соединены с входом фильтра нижних частот 5, выход которого соединен с входом микроконтроллера 6, выход которого - соединен с персональным компьютером 7. Выход персонального компьютера 7 соединен с исполнительным механизмом 8 через микроконтроллер 6, а выход исполнительного механизма 8 соединен с регулируемым дросселем 9.Figure 1 shows the structural diagram of a breathing simulator. The breathing simulator contains a mouthpiece 1 connected to a breathing tube 2 containing a relative pressure sensor 3 and a vacuum pressure sensor 4, which are connected to the input of the low-pass filter 5, the output of which is connected to the input of the microcontroller 6, the output of which is connected to a personal computer 7. Output the personal computer 7 is connected to the actuator 8 through the microcontroller 6, and the output of the actuator 8 is connected to an adjustable inductor 9.

Регулируемый дроссель тренажера может быть выполнен в виде дросселя кранового типа. В качестве относительного датчика давления может быть выбран один из датчиков, измеряющих избыточное давление в диапазоне от 0 до 10 кПа, а в качестве вакуумного датчика давления - один из датчиков, измеряющих степень разрежения в диапазоне от 0 до 10 кПа, например, датчик компании Motorola MPX5010. Микроконтроллер может представлять собой 8-разрядный микроконтроллер PICmicro. Исполнительный механизм может состоять из шагового двигателя с редуктором.Adjustable throttle simulator can be made in the form of a crane type throttle. As a relative pressure sensor, one of the sensors measuring overpressure in the range from 0 to 10 kPa can be selected, and as a vacuum pressure sensor, one of the sensors measuring the degree of vacuum in the range from 0 to 10 kPa, for example, a Motorola sensor MPX5010. The microcontroller may be an 8-bit PICmicro microcontroller. The actuator may consist of a stepper motor with a gearbox.

Работа дыхательного тренажера с учетом вышеприведенного описания происходит следующим образом.The work of the breathing simulator, taking into account the above description, is as follows.

В ходе тренировки пациент дышит через дыхательную трубку 2 с загубником 1. При выдохе, когда поток воздуха движется в дыхательной трубке со стороны ротовой полости пациента, на участке перед регулируемым дросселем 9, создающим сопротивление потоку, возникает ' давление выше атмосферного. Чем меньше площадь пропускного отверстия регулируемого дросселя, тем выше давление, измеряемое относительным датчиком давления 3. Когда происходит вдох, поток воздуха движется в другую сторону, при этом давление на участке перед дросселем становится ниже атмосферного. Эту разницу давления измеряет вакуумный датчик давления 4. Величина давления в виде электрического сигнала от относительного датчика 3, измеряющего давление в ротовой полости на выдохе, или от вакуумного датчика 4, измеряющего давление в ротовой полости на вдохе, пропускается через фильтр нижних частот 5 и преобразуется в цифровую форму с помощью микроконтроллера 6. Далее информация о давлении в ротовой полости поступает в персональный компьютер 7, где рассчитывается скорость изменения давления в ротовой полости, скорость потока воздуха, время вдоха и выдоха, объем вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, частота и минутный объем дыхания в процессе тренировки, сохраняются полученные данные и на мониторе отображаются графики изменения давления в ротовой полости в течение тренировки. По величине давления в ротовой полости и другим рассчитанным показателям дыхания оператор (в лице пациента или врача) задает команды управления через микроконтроллер 6 исполнительному механизму 8, воздействующему на регулируемый дроссель 9 для изменения площади его пропускного отверстия. Таким образом, обеспечивается автоматизация процесса регулирования сопротивления дыханию на вдохе и/или выдохе.During training, the patient breathes through the breathing tube 2 with the mouthpiece 1. When exhaling, when the air flow moves in the breathing tube from the patient’s mouth, in the area in front of the adjustable throttle 9, which creates resistance to the flow, 'higher than atmospheric pressure arises. The smaller the area of the through-hole of the adjustable throttle, the higher the pressure measured by the relative pressure sensor 3. When inspiration occurs, the air flow moves in the other direction, while the pressure in the area in front of the throttle becomes lower than atmospheric. This pressure difference is measured by a vacuum pressure sensor 4. The pressure in the form of an electrical signal from a relative sensor 3, which measures the pressure in the oral cavity on the exhale, or from a vacuum sensor 4, which measures the pressure in the oral cavity, is passed through a low-pass filter 5 and is converted digitally using a microcontroller 6. Further, information about the pressure in the oral cavity enters a personal computer 7, where the rate of change of pressure in the oral cavity, air flow rate, in inspiratory and expiratory breathing, the volume of inhaled and exhaled air, the frequency and minute volume of breathing during the training, the received data is stored and the monitor displays graphs of changes in pressure in the oral cavity during training. By the magnitude of the pressure in the oral cavity and other calculated respiration indicators, the operator (in the person of the patient or doctor) gives control commands through the microcontroller 6 to the actuator 8, which acts on the adjustable throttle 9 to change the area of its passage opening. Thus, the automation of the process of regulating breathing resistance on inhalation and / or exhalation is provided.

Claims

A breathing simulator containing a mouthpiece, a breathing tube with a pressure sensor installed in it, a microcontroller connected to a personal computer, characterized in that an automatic breathing resistance regulator is introduced into it, consisting of an adjustable throttle installed in the breathing tube, and an actuator, and the output the actuator is connected to an adjustable throttle, and the input is connected to a personal computer through a microcontroller, also the breathing tube contains a group of pressure sensors, consisting of relative and vacuum pressure sensors connected to a personal computer through a low-pass filter and a microcontroller connected in series.