RU2750236C1 - Система для поддержания дыхательной функции посредством нейростимуляции пациентов, подключенных к аппаратам искусственной вентиляции легких - Google Patents

Система для поддержания дыхательной функции посредством нейростимуляции пациентов, подключенных к аппаратам искусственной вентиляции легких Download PDF

Info

Publication number
RU2750236C1
RU2750236C1 RU2020121136A RU2020121136A RU2750236C1 RU 2750236 C1 RU2750236 C1 RU 2750236C1 RU 2020121136 A RU2020121136 A RU 2020121136A RU 2020121136 A RU2020121136 A RU 2020121136A RU 2750236 C1 RU2750236 C1 RU 2750236C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
parameters
data
ventilator
pulse shaping
Prior art date
Application number
RU2020121136A
Other languages
English (en)
Inventor
Евгений Александрович Горемыкин
Евгений Валерьевич Грудович
Ерджаник Абрамян
Игорь Александрович Лавров
Original Assignee
Евгений Александрович Горемыкин
Игорь Александрович Лавров
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Александрович Горемыкин, Игорь Александрович Лавров filed Critical Евгений Александрович Горемыкин
Priority to RU2020121136A priority Critical patent/RU2750236C1/ru
Priority to PCT/RU2021/050173 priority patent/WO2021262042A1/en
Priority to US18/008,875 priority patent/US20230233782A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2750236C1 publication Critical patent/RU2750236C1/ru

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H31/00—Artificial respiration or heart stimulation, e.g. heart massage
    • A61H31/02—"Iron-lungs", i.e. involving chest expansion by applying underpressure thereon, whether or not combined with gas breathing means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/021—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes operated by electrical means
    • A61M16/022—Control means therefor
    • A61M16/024—Control means therefor including calculation means, e.g. using a processor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/0003—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure
    • A61M16/0006—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure with means for creating vibrations in patients' airways
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3601—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation of respiratory organs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/36014—External stimulators, e.g. with patch electrodes
    • A61N1/3603—Control systems
    • A61N1/36031—Control systems using physiological parameters for adjustment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/3606—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system adapted for a particular treatment
    • A61N1/3611—Respiration control
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/0003—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure
    • A61M2016/0015—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure inhalation detectors
    • A61M2016/0018—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure inhalation detectors electrical
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/0003—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure
    • A61M2016/003—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure with a flowmeter
    • A61M2016/0033—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure with a flowmeter electrical
    • A61M2016/0036—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure with a flowmeter electrical in the breathing tube and used in both inspiratory and expiratory phase
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/10—Preparation of respiratory gases or vapours
    • A61M16/1005—Preparation of respiratory gases or vapours with O2 features or with parameter measurement
    • A61M2016/102—Measuring a parameter of the content of the delivered gas
    • A61M2016/1025—Measuring a parameter of the content of the delivered gas the O2 concentration
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/10—Preparation of respiratory gases or vapours
    • A61M16/1005—Preparation of respiratory gases or vapours with O2 features or with parameter measurement
    • A61M2016/102—Measuring a parameter of the content of the delivered gas
    • A61M2016/103—Measuring a parameter of the content of the delivered gas the CO2 concentration
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/05—General characteristics of the apparatus combined with other kinds of therapy
    • A61M2205/054—General characteristics of the apparatus combined with other kinds of therapy with electrotherapy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/35—Communication
    • A61M2205/3546—Range
    • A61M2205/3569—Range sublocal, e.g. between console and disposable
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/35—Communication
    • A61M2205/3576—Communication with non implanted data transmission devices, e.g. using external transmitter or receiver
    • A61M2205/3584—Communication with non implanted data transmission devices, e.g. using external transmitter or receiver using modem, internet or bluetooth
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/35—Communication
    • A61M2205/3576—Communication with non implanted data transmission devices, e.g. using external transmitter or receiver
    • A61M2205/3592—Communication with non implanted data transmission devices, e.g. using external transmitter or receiver using telemetric means, e.g. radio or optical transmission
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/50—General characteristics of the apparatus with microprocessors or computers
    • A61M2205/502—User interfaces, e.g. screens or keyboards
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/50—General characteristics of the apparatus with microprocessors or computers
    • A61M2205/502—User interfaces, e.g. screens or keyboards
    • A61M2205/505—Touch-screens; Virtual keyboard or keypads; Virtual buttons; Soft keys; Mouse touches
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2230/00—Measuring parameters of the user
    • A61M2230/08—Other bio-electrical signals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2230/00—Measuring parameters of the user
    • A61M2230/40—Respiratory characteristics
    • A61M2230/42—Rate
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2230/00—Measuring parameters of the user
    • A61M2230/40—Respiratory characteristics
    • A61M2230/43—Composition of exhalation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2230/00—Measuring parameters of the user
    • A61M2230/40—Respiratory characteristics
    • A61M2230/46—Resistance or compliance of the lungs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2230/00—Measuring parameters of the user
    • A61M2230/60—Muscle strain, i.e. measured on the user

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к системе для поддержания дыхательной функции посредством нейростимуляции пациентов, подключенных к аппаратам искусственной вентиляции легких. Система содержит блок связи с аппаратом искусственной вентиляции легких. Система включает блок человеко-машинного интерфейса, блок обработки, хранения и управления, блок алгоритмический, блок формирования импульсов. Система имеет блок электродов электромиографии и блок электродов стимуляции. Блок связи с аппаратом искусственной вентиляции легких включает интерфейс связи, выполненный с возможностью приема данных о параметрах работы аппарата искусственной вентиляции легких и датчиков, определяющих количество углекислого газа, количество кислорода в крови пациента, объем поступающего в легкие воздуха, частоту вдоха и частоту выдоха, и передачи данных в блок управления аппарата искусственной вентиляции легких о параметрах работы блока формирования импульсов. Блок человеко-машинного интерфейса содержит средства ввода данных для управления блоком формирования импульсов и средства вывода информации. Блок обработки, хранения и управления связан с обеспечением получения и передачи данных с блоком связи с аппаратом искусственной вентиляции легких и блоком человеко-машинного интерфейса, а также с алгоритмическим блоком, вход которого связан с выходом блока электромиографии, а выход - с блоком формирования электрических импульсов на блок электродов стимуляции. Алгоритмический блок выполнен с возможностью синхронизации получаемых данных от ЭМГ датчиков и выходных данных, передаваемых на блок формирования импульсов. Блок формирования импульсов выполнен с возможностью формирования импульсов для стимуляции межреберных мышц, диафрагмы, абдоминальных мышц, шейного и грудного отделов спинного мозга с различными параметрами импульсов для каждого типа мышц. Техническим результатом является безопасный для пациента и медицинского персонала контроль дыхания у пациентов с острым нарушением дыхания при заболеваниях вирусного или бактериального происхождения. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к устройствам, входящим в состав комплекса контроля дыхания пациентов, которым необходима искусственная вентиляция легких. Комплекс представляет собой систему, состоящую из устройства генерации импульсов (УГИ), интегрированного с системами искусственной вентиляции легких (ИВЛ или BiPAP).
Из уровня техники известны следующие решения.
Известно устройство для искусственной вентиляции легких, включающее стимуляцию межреберных мышц, диафрагменный стимулятор, реагирующие на периодические сигналы для стимулирования работы диафрагмы, и блок управления, соединенный с вышеупомянутыми стимуляторами для генерации первого периодического сигнала и второго периодического сигнала таким образом, чтобы установить одновременное движение межреберных мышц и диафрагмы (патент США 5678535, опубликованный 21.10.1997).
Также известно устройство для лечения расстройства дыхания, содержащее: имплантируемый электрод, выполненный с возможностью имплантации, чтобы стимулировать мышцы, связанные с дыханием пациента и вызывать реакцию диафрагмы; и электрический стимулятор, соединенный с имплантируемым электродом и запрограммированным протоколом электрической стимуляции, направленным на увеличение функциональной остаточной емкости в легких пациента; где стимулятор имеет электрическую связь с имплантируемым электродом, чтобы тем самым подавать электрически стимулирующий сигнал в соответствии с протоколом электрической стимуляции (патент США №9259573, опубликованный 16.02.2016).
Недостаток известного решения заключается в том, что в нем не предусмотрен обмен данными с системами для искусственной вентиляции легких, используемых при тяжелых течениях респираторных заболеваний.
Наиболее близким аналогом патентуемого решения является устройство, включающее в себя генератор электрического сигнала, электроды, имплантированные в диафрагму пациента, для приложения электростимуляции к диафрагме. Генератор представляет собой четырехканальное устройство, которое позволяет независимо управлять амплитудой, частотой, временем и шириной импульса, подающегося на соответствующий электрод (патент США 8406885, опубликованный 26.03.2013). Данное устройство генерации импульсов предлагается использовать одновременно с механической искусственной вентиляцией легких, синхронизировав стимулирующие импульсы с фазами дыхания с помощью аппарата ИВЛ, для этого генератор импульсов подключен к датчикам дыхания, давления, и т.д.
Недостаток известного технического решения состоит в отсутствии обратной связи между генератором импульсов и аппаратом ИВЛ, а также отсутствии контроля функционального состояния мышечного аппарата, что влечет за собой низкую эффективность решения проблемы негативных побочных эффектов, проявляющихся у пациентов, прошедших или проходящих аппаратную ИВЛ.
Техническая проблема, решаемая разработкой данной системы, заключается в необходимости расширения арсенала технических средств, направленных на устранение негативных побочных эффектов, вызванных инвазивной ИВЛ, включающих:
- развитие инфекционных осложнений,
- вследствие того, что больные с хроническими и острыми нарушениями дыхания остаются подключенными к аппарату ИВЛ значительно дольше, давление, увеличение силы, количества и скорости подачи кислорода приводит к повреждению тканей легких и ограничивает насыщение крови кислородом,
- повреждение альвеол в некоторых случаях отлично от острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС) (70-80% в Италии), несмотря на ИВЛ, концентрация кислорода в крови остается низкой,
- развитие слабости и атрофии дыхательных мышц после нескольких дней нахождения на ИВЛ,
- атрофия и снижение контрактильной способности диафрагмы,
- баротравма легких.
Основная задача проекта заключается в разработке безопасной для пациента и медицинского персонала технологии контроля дыхания у пациентов с острым нарушением дыхания при заболеваниях вирусного или бактериального происхождения, например, COVTD-19, двусторонней пневмонии, туберкулеза, а также в случаях хронического нарушения дыхания при травме спинного мозга, травме грудной клетки, гиповентиляционном синдроме центрального генеза, черепно-мозговой травме с признаками дыхательной недостаточности различной степени тяжести, критическом снижении резервного дыхания, неэффективности дыхания (патологическое состояние, когда при МОД более 15 л/мин. и при нормальном или несколько повышенном CO2 не достигается адекватное насыщение артериальной крови кислородом) и т.д., за счет неинвазивной или минимально инвазивной нейростимуляции (далее по тексту: система; система «Нейролегкие»; комплекс или комплекс «Нейролегкие»).
Технический результат предлагаемого способа заключается в лечении патологий органов дыхания, достигаемым восстановлением и поддержанием дыхательной функции у пациентов, проходящих процедуры искусственной вентиляции легких, путем выработки нормального двигательного стереотипа со стороны групп мышц, отвечающих за дыхание, за счет вычисления оптимального режима стимулирующих воздействий на нервно-мышечный аппарат пациента до достижения заданных (нормативных) параметров дыхательных событий для каждого пациента путем обмена данными устройства генерации стимулирующих импульсов с аппаратом искусственной вентиляции легких.
Сочетание стимуляции дыхательной мускулатуры и центров, регулирующих дыхание, реализуется с помощью стимуляции следующих зон:
- межреберные мышцы;
- диафрагма;
- абдоминальные мышцы;
- шейный отдел спинного мозга;
- грудной отдел спинного мозга.
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции системы для поддержания дыхательной функции посредством нейростимуляции пациентов, подключенных к аппаратам искусственной вентиляции легких, содержащей блок связи с аппаратом искусственной вентиляции легких, блок человеко-машинного интерфейса, блок обработки, хранения и управления, блок алгоритмический, блок формирования импульсов, блок электродов электромиографии и блок электродов стимуляции, при этом блок связи с аппаратом искусственной вентиляции легких включает интерфейс связи, выполненный с возможностью приема данных о параметрах работы аппарата искусственной вентиляции легких и датчиков, определяющих количество углекислого газа, количество кислорода, объем поступающего в легкие воздуха, частоту вдоха и частота выдоха, и передачи данных в блок управления аппарата искусственной вентиляции легких о параметрах работы устройства генерации импульсов, блок человеко-машинного интерфейса содержит средства ввода данных для управления устройством и средства вывода информации, блок обработки, хранения и управления связан с обеспечением получения и передачи данных с блоком связи с аппаратом искусственной вентиляции легких и блоком человеко-машинного интерфейса, а также с алгоритмическим блоком, вход которого связан с выходом блока ЭМГ, а выход - с блоком формирования электрических импульсов на блок электродов стимуляции, при этом алгоритмический блок выполнен с возможностью синхронизации получаемых данных от ЭМГ датчиков и выходных данных, передаваемых на блок формирования импульсов.
В частных случаях осуществления изобретения данные о параметрах работы аппарата искусственной вентиляции легких включают в себя количество углекислого газа, количество кислорода в организме пациента, объем поступающего в легкие воздуха, частота вдоха и частота выдоха.
В частных случаях осуществления изобретения данные о параметрах работы блока формирования импульсов включают параметры, характеризующие режим работы стимулирующих электродов.
В частных случаях осуществления изобретения данные о параметрах работы блока формирования импульсов включают параметры, характеризующие данные, получаемые от ЭМГ системы.
В частных случаях осуществления изобретения данные о параметрах работы блока формирования импульсов включают параметры, характеризующие параметры настройки блока формирования импульсов, статистические параметры и параметры режима работы.
Возможность регистрации ЭМГ и данные протокола искусственной вентиляции легких позволяет организовать процедуру контроля дыхательной функции методом электростимуляции мышц, участвующих при самостоятельном дыхании, с максимальной эффективностью. Регистрация ЭМГ, контроль параметров дыхания и синхронизация стимулирующего воздействия в соответствии с дыхательными событиями (вдох, выдох, задержка дыхания) обеспечивает качественное лечение дыхательной недостаточности и сокращение сроков реабилитации после прекращения процедур аппаратной вентиляции легких. При этом контроль функционального состояния мышечного аппарата пациента (по регистрируемым ЭМГ сигналам), дает возможность выбора оптимальной амплитуды стимулирующих воздействий на мышечные ткани, а контроль режима ИВЛ позволяет выбрать как амплитуду, так и темп электронейростимуляции (частота, длительность сигнала), получаемой пациентом во время реабилитационной процедуры. Получаемые данные с внешних датчиков, содержащие информацию о режимах работы аппаратов ИВЛ, а также с датчиков ЭМГ, содержащих информацию о сокращении мышц пациента в целевых группах мышц, передаются в блок обработки данных, где получаемые данные сравниваются с заданными параметрами (определяемыми для каждого пациента индивидуально в зависимости от возраста, веса, роста и т.д.) и рассчитываются параметры сигнала стимуляции для достижения соотвествия реальных и заданных параметров дыхания (объем, ритм, содержание газов в организме). При этом наличие обратной связи от устройства генерации к аппарату ИВЛ обеспечивает контроль параметров дыхания в зависимости от параметров стимуляции, где при отсутствии улучшения показателей дыхательных характеристик после стимуляции, блок управления аппарата ИВЛ подает запрос к устройству генерации на изменение параметров стимуляции и/или меняет параметры работы аппарата ИВЛ.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее.
Фиг. 1 - общая схема взаимодействия между компонентами комплекса, в состав которого входит устройство генерации импульсов.
Фиг. 2 - структурная схема устройства генерации импульсов для системы контроля дыхания у пациентов, подключенных к аппаратам искусственной вентиляции легких.
Фиг. 3 - схема подключения внешних устройств к блоку человеко-машинного интерфейса.
Фиг. 4 - схема подключения электродов к устройству генерации импульсов для системы контроля дыхания у пациентов, подключенных к аппаратам искусственной вентиляции легких.
Фиг. 5 - схема подключения электродов к устройству генерации импульсов для системы контроля дыхания у пациентов, подключенных к аппаратам искусственной вентиляции легких.
Фиг. 6 - схема подключения электродов к устройству генерации импульсов для системы контроля дыхания у пациентов, подключенных к аппаратам искусственной вентиляции легких.
Устройство генерации импульсов (далее УТИ) является компонентом комплекса «Нейролегкие». Обобщенная структура взаимодействия между компонентами комплекса «Нейролегкие» показана на фиг. 1.
Основное функциональное назначение устройства УГИ:
- Получение информации от внешних систем;
- Передача информации внешним системам;
- Формирование и выдача электрических импульсов, с установленными электрическими и временными характеристиками на внешние подключаемые электроды;
- Регистрация электрической активности мышц (8-канальная ЭМГ-система);
- Обеспечение человеко-машинного интерфейса для ввода настроечных параметров, а также отображение информации о работе комплекса (через Устройство параметрирования и отображения).
Для выполнения вышеуказанных функций в конструкции УТИ предусмотрен следующий набор блоков: блок обработки, хранения и управления 1, блок связи с аппаратом внешними системами 2, блок человеко-машинного интерфейса (ЧМИ) 3, блок алгоритмический 4, блок формирования импульсов 5, блок электромиографии 6. Кроме того, должна быть обеспечена передача информации во внешние системы (так называемая «обратная связь»). Передаваемая информация должна описывать режимы работы устройства УГИ и отдельных ее компонентов. Наборы параметров, передаваемых с УГИ во внешние системы настраиваются в зависимости от типа подключаемого внешнего устройства и необходимости.
В основном можно выделить 3 группы параметров:
- параметры выходные для УГИ (характеризующие режим работы электродов);
- параметры входные для УГИ (характеризующие ЭМГ систему);
- параметры внутренние УГИ (режим работы, настроечные параметры, статистические и др.).
Для обеспечения функции синхронизации процессов стимуляции с дыхательной функцией в схеме устройства предусмотрен модуль обработки сигналов, получаемых от аппарата искусственной вентиляции легких. Передача информации от внешних систем выполняется с использованием электрических интерфейсов (Ethernet, RS232, USB и др.). Тип интерфейса, параметры обмена, а также протокол обмена устанавливается в зависимости от наличия таковых во внешних системах. Блок связи с внешними системами 2 в своем составе должен содержит аппаратные и программные модули. Аппаратные модули отвечают за физическую реализацию выбранного интерфейса. Программные модули являются частью встроенного программного обеспечения и представляет собой набор драйверов соответствующих протоколов.
Блок человеко-машинного интерфейса 3 (далее ЧМИ) обеспечивает интерфейс между пользователем и комплексом «Нейролегкие». Через данный блок выполняется управление/параметрирование/ настройка комплекса в разных режимах его работы. Также данный блок применяется для вывода всей информации комплекса «Нейролегкие» пользователю. Блок ЧМИ 3 обеспечивает работу в двух основных режимах: режим настройки/параметрирования, режим мониторинга. На фиг. 3 условно показаны варианты использования блока ЧМИ 3 в описанных режимах, где в режиме мониторинга 16 ЧМИ 3 включает подключенный через интерфейс HDMI 13 средство вывода информации 11 и средство ввода информации 12, подключенное через интерфейс USB 14.
Режим настройки/параметрирования 17 используется оператором комплекса для ввода необходимых настроечных параметров, задачи режимов работы для конкретно выбранного случая. Данный режим позволяет пользователю системы (а именно медицинскому персоналу, отвечающему за лечение пациента) управлять комплексом, задавать необходимые значения параметров. В этих целях используется подключенный через интерфейс USB 14 персональный компьютер PC 15 (рекомендовано к использованию - переносной PC) под управлением ОС. Для выполнения описанных действий на PC должно быть установлено Host-приложение.
Режим мониторинга применяется для процесса контроля за состоянием пациента, а также работой всего комплекса. Для режима настройки/параметрирования, а именно для вывода информации должен использоваться устройство вывода информации 11 (внешний монитор). Подключение к устройству УГИ осуществляется через графический интерфейс. Передача видеосигнала с параметрами 720р@50/60 Гц.
Дополнительно для режима настройки/параметрирования предусмотрена возможность ввода (корректировки) установленных параметров работы в реальном времени. Для выполнения данной задачи необходимо предусмотреть подключение устройства ввода информации 12 через интерфейс (USB или другой) 14.
Блок обработки, хранения и управления 1 является основным блоком в устройстве УГИ и обеспечивает прием, хранение и передачу всех данных поступающих в/из комплекса, осуществляет математическую обработку, вычисление, управление и контроль за работой всех составных блоков устройства УГИ. Блок 1 представляет собой совокупность программно-аппаратных средств - вычислительную машину, основными модулями которой являются: микропроцессор, оперативная память (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), системная или кросс-плата, контроллеры шины. Программные средства блока 1: операционная система; управляющая программа; встроенное ПО (для некоторых вариантов исполнения).
Основой для реализации аппаратных средств могут быть выбраны базовые платы с процессорными модулями: SOM (System On Module); ЕТХ; uProcessor модули; PICO; SMARC или др.
Блок алгоритмический 4 отвечает за реализацию алгоритмов работы комплекса, а именно за формирование и выдачу электрических импульсов, с установленными электрическими и временными характеристиками на внешние подключаемые электроды 9.
Дополнительно блок 4 выполняет функцию приема и обработки данных полученных от ЭМГ. Данный блок является программным блоком. Выделен отдельно из всех остальных программных компонентов системы, т.к. предназначен для выполнения основных алгоритмов работы комплекса «Нейролегкие».
Блок формирования импульсов 5 отвечает за формирование электрических импульсов с требуемыми характеристиками (сила тока, напряжение, частота, скважность, форма импульса и т.д.) и представляет собой аппаратный блок аналогового каскада выходов (не менее 8 каналов для подключения внешних электродов 9).
Импульсы используются для стимуляции следующих мышц:
- Межреберные мышцы; Диафрагма;
- Абдоминальные мышцы;
- Шейный и грудной отделы спинного мозга.
Для каждого из указанных типов мышц параметры электрических импульсов отличаются. Кроме того, параметры электрических импульсов для определенной группы мышц отличаются для каждого пациента и рассчитываются каждый раз отдельно в зависимости от возраста, роста, веса пациента, его общего состояния, получаемых данных о сокращении мышц при стимуляции, режиме работы аппарата ИВЛ, данных датчиков содержания газов O2 и CO2 в крови (например, оптических спектрометрических датчиков), респираторной частоты, объема воздуха, поступающего в легкие, рассчитываемые с помощью данных, получаемых от датчиков потока и давления.
Количество каналов для подключения электродов в устройстве УГИ - не менее 8 каналов.
Для каждого из каналов предусмотрена возможность выдачи электрических импульсов со следующими характеристиками:
- Минимальная длительностью импульса - 1 мс;
- Диапазон частот заполнение импульса модулированным сигналом - от 100 Гц до 10 кГц (с шагом 10 Гц);
- Диапазон силы тока - от 20 до 150 мА.
Управление блоком 5 осуществляет Блок алгоритмический 4, который пересылает информацию об параметрах электрического импульса. Блок формирования импульсов 5 выполняет исключительно генерацию.
Блок формирования импульсов 5 может содержать различный состав подмодулей с различным функциональным назначением. При этом, блок стимуляции содержит блок цифроаналоговых преобразователей, выход каждого из которых соединен через усилитель с электродом из блока электродов 9, посредством которых осуществляется электростимуляция и с которых снимают ЭМГ данные непосредственно во время реабилитационной процедуры (фиг. 4).
Согласно схеме, приведенной на фиг. 5, измерительный блок включает компараторы, точки подключения которого к цепи каждого электрода расположены по обе стороны резистора, подключенного после усилителя, и передает полученное значение на алгоритмический блок.
Согласно схеме, приведенной на фиг. 6, измерительный блок включает модуль генерации тестовых сигналов, содержащий ЦАП, к которому через тестовый усилитель подключен электрод, а также измерительный усилитель, параллельно подключенный к цепи тестового электрода.
В качестве датчиков используются самоклеящиеся многоразовые электроды, включающие подложку из нетканого изоляционного материала, например, полиэтилентерефталата, проводящий элемент и биосовместимый самоклеящийся проводящий гидрогель, и подключаемые к измерительной и стимулирующей цепи посредством штекеров.
Алгоритмический блок 4 осуществляет функцию обработки сигналов ЭМГ, цифровой фильтрации и диагностики, а также, если необходимо, подготовку и отправку обработанных данных ЭМГ, параметров стимуляции для дальнейшей обработки и коррекции параметров стимуляции на блок обработки, хранения и управления.
Устройство генерации представляет собой единый корпус, к которому посредством проводов подключены электроды, блок управления аппарата ИВЛ, датчики дыхательных характеристик и средства ввода и вывода информации (блок человеко-машинного интерфейса). Указанные блоки подключены к контроллеру, включающему модуль обработки сигналов ЭМГ и блок обработки сигналов с датчиков и аппарата ИВЛ. Устройство работает как от сети, во время чего осуществляется зарядка батареи, так и от портативной батареи.
Устройство работает следующим образом.
Вся информация о состоянии прибора, качестве наложения электродов, данных, получаемых от аппарата ИВЛ, и регистрируемых сигналах ЭМГ передается в модуль обработки, хранения и управления с момента включения устройства.
После наложения электродов и включения устройства с помощью клавиатуры, устройство подключает блок регистрации ЭМГ и с помощью алгоритмического модуля оценивается межэлектродный импеданс. В случае несоответствия заданному диапазону импеданса на индикаторе индицируется ошибка по не качественной установке электродов, при этом рекомендуется произвести переустановку электродов и вторичную оценку импеданса.
Программно-аппаратный модуль обработки входных сигналов определяет подключение и работоспособность датчиков 9 стимуляции и снятия ЭМГ, индицирует их работоспособность в устройстве вывода информации 14 и дает возможность программе блока обработки информации синхронизовать с помощью алгоритмического блока работу блока формирования импульсов стимуляции с данными ЭМГ.
Далее оценивается ритм и объем дыхания (насколько оптимально легкие набирают воздух и выдыхают). В этом случае стандартные параметры ритма и объема принимаются за 100%, а реальные подгоняются под них с помощью стимуляции, регулируя частоту, амплитуду и длительность сигнала. Ритм и объем дыхания - более инертный показатель, чем данные от ЭМГ блока, но тем не менее время для достаточного набора данных составляет 1-2 минуты. Получаемые данные по обратной связи от аппарата ИВЛ и датчиков дыхания позволяют подобрать оптимальные параметры стимуляции для данного пациента.
Наконец, оценивается содержание газов (O2 и CO2). Это наиболее инертный параметр, оценка которого в частности зависит от заболевания, состояния легких и кровеносной системы. При получении сигнала о содержании газа, отличающегося от заданного для данного пациента, происходит подбор параметров стимуляции для достижения 100% от заданного содержания газа. Если, несмотря на стимуляцию, от датчиков содержания газа поступает информация о недостаточном количестве необходимого газа в крови, то делается вывод о том, что при текущем состоянии только подбора параметров стимуляции недостаточно, а также необходимо дополнительно регулировать подачу кислорода в организм.
Дальнейший режим работы устройства определяется программой реабилитационной процедуры. Каждая программа имеет свой набор значений параметров стимуляции и предназначена для определенной задачи. С помощью устройства ввода информации 12 возможно оперативное управление стимулирующим воздействием (амплитуда стимуляции). Возможность подключения устройства вывода информации позволяет врачу наблюдать всю информацию, получаемую от датчиков ЭМГ и от внешних систем (аппарата ИВЛ и используемых в нем датчиков O2, CO2, объема поступающего в легкие воздуха, частоту входа/выдоха), формировать сложные синхронизирующие связи и параметры стимуляции в зависимости от сигналов датчиков дыхания, аппарата ИВЛ и ЭМГ, других данных пациента и результаты воздействия стимуляции и, собственно, формировать программу для лечебного и реабилитационного использования устройства.

Claims (4)

1. Система для поддержания дыхательной функции посредством нейростимуляции пациентов, подключенных к аппаратам искусственной вентиляции легких, содержащая блок связи с аппаратом искусственной вентиляции легких, блок человеко-машинного интерфейса, блок обработки, хранения и управления, блок алгоритмический, блок формирования импульсов, блок электродов электромиографии и блок электродов стимуляции, при этом блок связи с аппаратом искусственной вентиляции легких включает интерфейс связи, выполненный с возможностью приема данных о параметрах работы аппарата искусственной вентиляции легких и датчиков, определяющих количество углекислого газа, количество кислорода в крови пациента, объем поступающего в легкие воздуха, частоту вдоха и частоту выдоха, и передачи данных в блок управления аппарата искусственной вентиляции легких о параметрах работы блока формирования импульсов, блок человеко-машинного интерфейса содержит средства ввода данных для управления блоком формирования импульсов и средства вывода информации, блок обработки, хранения и управления связан с обеспечением получения и передачи данных с блоком связи с аппаратом искусственной вентиляции легких и блоком человеко-машинного интерфейса, а также с алгоритмическим блоком, вход которого связан с выходом блока электромиографии, а выход - с блоком формирования электрических импульсов на блок электродов стимуляции, при этом алгоритмический блок выполнен с возможностью синхронизации получаемых данных от ЭМГ датчиков и выходных данных, передаваемых на блок формирования импульсов, а блок формирования импульсов выполнен с возможностью формирования импульсов для стимуляции межреберных мышц, диафрагмы, абдоминальных мышц, шейного и грудного отделов спинного мозга с различными параметрами импульсов для каждого типа мышц.
2. Система для поддержания дыхательной функции по п. 1, отличающаяся тем, что данные о параметрах работы блока формирования импульсов включают параметры, характеризующие режим работы стимулирующих электродов.
3. Система для поддержания дыхательной функции по п. 1, отличающаяся тем, что данные о параметрах работы блока формирования импульсов включают параметры, характеризующие данные, получаемые от ЭМГ системы.
4. Система для поддержания дыхательной функции по п. 1, отличающаяся тем, что данные о параметрах работы блока формирования импульсов включают параметры, характеризующие параметры настройки блока формирования импульсов, статистические параметры и параметры режима работы.
RU2020121136A 2020-06-25 2020-06-25 Система для поддержания дыхательной функции посредством нейростимуляции пациентов, подключенных к аппаратам искусственной вентиляции легких RU2750236C1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020121136A RU2750236C1 (ru) 2020-06-25 2020-06-25 Система для поддержания дыхательной функции посредством нейростимуляции пациентов, подключенных к аппаратам искусственной вентиляции легких
PCT/RU2021/050173 WO2021262042A1 (en) 2020-06-25 2021-06-21 System for control and respiratory function maintenance
US18/008,875 US20230233782A1 (en) 2020-06-25 2021-06-21 System for control and respiratory function maintenance

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020121136A RU2750236C1 (ru) 2020-06-25 2020-06-25 Система для поддержания дыхательной функции посредством нейростимуляции пациентов, подключенных к аппаратам искусственной вентиляции легких

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2750236C1 true RU2750236C1 (ru) 2021-06-24

Family

ID=76504913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020121136A RU2750236C1 (ru) 2020-06-25 2020-06-25 Система для поддержания дыхательной функции посредством нейростимуляции пациентов, подключенных к аппаратам искусственной вентиляции легких

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230233782A1 (ru)
RU (1) RU2750236C1 (ru)
WO (1) WO2021262042A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023230868A1 (zh) * 2022-05-31 2023-12-07 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 控制通气设备的方法、通气***和通气设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050021102A1 (en) * 2003-07-23 2005-01-27 Ignagni Anthony R. System and method for conditioning a diaphragm of a patient
US20080208280A1 (en) * 2006-12-22 2008-08-28 Med-El Elektromedizinische Geraete Gmbh Equine Airway Disorders
US20140142652A1 (en) * 2011-01-25 2014-05-22 Apellis Holdings, Llc Apparatus and methods for assisting breathing
US20200164207A1 (en) * 2013-06-21 2020-05-28 Lungpacer Medical Inc. Transvascular diaphragm pacing systems and methods of use

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050021102A1 (en) * 2003-07-23 2005-01-27 Ignagni Anthony R. System and method for conditioning a diaphragm of a patient
US20080208280A1 (en) * 2006-12-22 2008-08-28 Med-El Elektromedizinische Geraete Gmbh Equine Airway Disorders
RU2012153405A (ru) * 2006-12-22 2014-08-10 Мед-Эль Электромедицинише Герэте Гмбх Адаптивная система терапии (варианты) и система терапии аксонов
US20140142652A1 (en) * 2011-01-25 2014-05-22 Apellis Holdings, Llc Apparatus and methods for assisting breathing
US20200164207A1 (en) * 2013-06-21 2020-05-28 Lungpacer Medical Inc. Transvascular diaphragm pacing systems and methods of use

Also Published As

Publication number Publication date
US20230233782A1 (en) 2023-07-27
WO2021262042A1 (en) 2021-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7176773B2 (ja) 経血管横隔膜ペーシング・システム及び使用方法
US20160310730A1 (en) Stimulation system for exercising diaphragm and method of operation thereof
US8200336B2 (en) System and method for diaphragm stimulation
US8428726B2 (en) Device and method of neuromodulation to effect a functionally restorative adaption of the neuromuscular system
US6415183B1 (en) Method and apparatus for diaphragmatic pacing
US8478412B2 (en) Method of improving sleep disordered breathing
JP5231418B2 (ja) 呼吸障害中の神経性刺激のためのシステム
EP2918303B1 (en) Device for external diaphragm pacing and synergistic aspiration with respirator
US9498627B2 (en) Wireless closed-loop and system to detect and treat sleep apnea
US11471683B2 (en) Systems and methods for treating sleep apnea using neuromodulation
JPH08224318A (ja) 上部気道障害を処理するための医療用装置
JP2004081869A (ja) 神経刺激装置
CN103415318A (zh) 使用电阻抗的神经心脏治疗
JP2010502282A (ja) 呼吸によるフィードバックを用いた神経性刺激のためのシステム
DiMarco et al. Inspiratory muscle pacing in spinal cord injury: case report and clinical commentary
JP2021505299A (ja) 呼吸筋を強化するためのシステム及び方法
US12036409B2 (en) Achieving smooth breathing by modified bilateral phrenic nerve pacing
Onders Functional electrical stimulation: restoration of respiratory function
RU2750236C1 (ru) Система для поддержания дыхательной функции посредством нейростимуляции пациентов, подключенных к аппаратам искусственной вентиляции легких
CN111068178A (zh) 膈神经刺激器控制方法、装置和***
JP2022519297A (ja) 睡眠呼吸障害（ｓｄｂ）ケアのための移植アクセス切開部および感知
US20220218980A1 (en) Systems, devices and methods for treating post-infection symptoms of covid-19 using vestibular nerve stimulation
CN118139668A (zh) 控制通气设备的方法、通气***和通气设备