Спирометрия

     Барабанный волюмоспирометр (рис. 2.2, а) является водяным. В нем используется поворотный колокол (барабан), установленный на подшипниках (на рисунке не показаны) и размещенный в затворной жидкости, заполняющей цилиндрический корпус спирометра. Через входную и выходную линии и узел клапанов внутренняя измерительная полость Vи спирометра соединяется с пациентом. При дыхании пациента колокол поворачивается. При этом увеличивается или уменьшается степень его погружения в воду. Показания спирометра считывают по положению стрелки на шкале, а с помощью измерительного преобразователя угловых перемещений могут быть выведены на регистрацию. Диапазон измерений такого спирометра составляет от 1 до 6, 8 и 10 л, а основная относительная погрешность — ±5 %. 
 

 

Рис. 2.2. Схемы волюмоспирометров:

1 — вода; 2— барабан; 3— стрелка; 4— шкала; 5— входная линия; 6— узел клапанов; 7— выходная линия; 8— корпус; 9— передаточный механизм; 10— тангенциальная турбинка; 11— каплеуловитель (конденсатор); 12 — рычажный механизм; 13 — пластина; 14 — кран; 15 — дроссель сброса; 16 — обратный клапан; 17— мех; 18 — сильфон; 19— недеформируемая нить; 20— ролики; 21 — противовес; 22 — основание 

     Турбинные волюмоспирометры (рис. 2.2, б) относят к сухим или безводным. Спирометр представляет собой миниатюрный турбинный счетчик с тангенциальной турбинкой. Газ поступает от пациента через каплеуловитель (конденсатор). Под действием кинетической энергии потока, поступающего в спирометр газа, тангенциальная турбинка совершает вращательное движение. С осью турбинки соединен передаточный механизм, с помощью которого уменьшается число оборотов турбинки, суммарное число оборотов, совершенное ею за время выдоха, отражается угловым перемещением стрелки по шкале. Последняя проградуирована в литрах, что позволяет определить объем выдыхаемого газа. Диапазон измерений составляет 0—6 или 0—8 л, а основная относительная погрешность — ± (3—5) %.

     Основным элементом мехового спирометра, показанного на рис. 2.2, в, является мех (мешок), в который при дыхании через конденсатор поступает воздух, причем в мех поступает только часть выдыхаемого газа, а другая его часть сбрасывается в атмосферу через постоянный по сопротивлению дроссель. Поступление воздуха во внутреннюю полость меха приводит к его раздуванию, а перемещение верхней стенки меха через воспринимающую пластину, рычажный механизм и передаточный механизм вызывает перемещение стрелки по шкале. Сброс газа из меха после измерения осуществляется через двухходовой кран.

     Более совершенными спирометрами, снабженными мехом, являются так называемые клиновые спирометры, имеющие достаточно сложную конструкцию. Здесь выдыхаемый газ попадает в камеру, ограниченную двумя металлическими крышками, соединенными шарниром вдоль одного края. Пространство между этими крышками ограничено мехом, образующим стенки камеры. Одна из крышек, в которой находится входное отверстие, прикреплена к корпусу прибора, а другая способна свободно отклоняться и перемещаться относительно первой. Когда газ поступает в камеру спирометра или выходит из нее, подвижная крышка перемещается и компенсирует тем самым изменение объема газа в камере. Такой спирометр обычно снабжается измерительным преобразователем перемещений подвижной крышки в электрический сигнал.

     Существуют безводные волюмоспирометры — поршневые спирометры, в которых изменяемый объем камеры образуется парой цилиндр — поршень, а под действием изменяющегося объема газа происходит перемещение поршня.

     Схема сильфонного волюмоспирометра показана на рис. 2.2, г. Здесь выдыхаемый газ вводится через каплеуловитель в камеру, образованную внутренней полостью легкого сильфона, который укреплен на жестком основании. К сильфону через недеформируемую нить, размещенную в роликах, прикреплен противовес, который снабжен стрелкой. При поступлении газа в камеру или при отводе его из камеры возникает деформация сильфона, что вызывает перемещение противовеса, и стрелка показывает значение объема газа в камере. Диапазон измерений такого спирометра составляет 0,5—7 л, а основная относительная погрешность — ±3%. 

2.2 Флоуспирометры

    Наибольшее распространение получили потоковые спирометры. Они работают в так называемой открытой системе, т.е. пациент дышит через трубку по открытому контуру, не испытывая дополнительно сопротивление дыханию, как при обычной спирометрии.

    В настоящее время наиболее совершенными флоуспирометрами являются спирометры, в составе которых имеется цифровое вычислительное устройство и соответствующие устройства ввода-вывода. Такие флоуспирометры называют цифровыми микропроцессорными или компьютерными.

    Различными  фирмами выпускаются карманные, переносные и стационарные цифровые флоуспирометры с различными информационными возможностями. Все флоуспирометры содержат блок измерения объемного расхода и блок обработки и отображения информации.

    В простейших моделях флоуспирометров, например, в карманных спирометрах, оба блока размещаются в общем корпусе.

    На  рис. 2.3, а показана упрощенная схема цифрового флоуспи-рометра. Как видно из рисунка, такой спирометр содержит два названных выше блока. При этом в блоке измерения расхода располагается тот или иной датчик расхода (пневмотахометрический датчик). Здесь применяют различные дроссельные, ультразвуковые, тепловые, турбинные датчики, а также датчики скоростного напора. В некоторых моделях флоуспирометров датчики расхода нагреваются с помощью электронагревателя для предотвращения конденсации в них паров воды, содержащихся в выдыхаемом газе (система нагревания для упрощения рисунка не показана). 
 

      
 

Рис. 2.3. Схема цифрового флоуспирометра:

1 — блок измерения расхода; 2 — прищепка; 3— блок обработки и отображения информации; 4 — устройство измерения сигнала датчика расхода; 5— датчик давления; 6,7 — электронные усилители; 8— мультиплексор и аналого-цифровой преобразователь; 9— цифровое вычислительное устройство; 10 — устройство отображения информации; 11 — клавиатура;12—принтер 

     Цифровые флоуспирометры позволяют на основе измерений объемной скорости и вычисления объема газа определить наряду с основными показателями классической спирометрии пиковые, мгновенные и средние значения объемной скорости, соответствующие 25, 50 и 75 % ФЖЕЛ, и некоторые другие показатели. Значения этих показателей выводятся по окончании обследования на экран дисплея. 

2.3  Датчик для измерения временных параметров внешнего дыхания      

В настоящее время существует большое количество методов измерения параметров дыхания с хорошей аппаратурной реализацией. Актуальным остается вопрос конструкции датчиков для измерения временных параметров дыхания, которые должны надежно работать длительное время при пробах с физической нагрузкой, не создавая при этом серьезных помех.

     Наиболее перспективными являются косвенные методы, где используется изменение давления вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, которое преобразуется в частоту импульсов. При этом появление импульсов при изменении давления при вдохе и выдохе определяет фазы при вдохе, выдохе, а также время задержки дыхания, что очень важно при пробах с задержкой дыхания после вдоха или после выдоха. 

                                        

Рис. 2.4.  Конструкция датчика: 
1 - корпус датчика; 2 - зажимные патрубки мембраны; 3 - мембраны; 4 - клапаны с флажком; 5 - светодиоды; 6 - фотоприемники; 7 - возвратные пружины клапанов. 
б) Внешний вид мембраны. в) Внешний вид клапана с направляющей и флажком.      

Датчик в этом устройстве выполнен на основе кислородной маски используемой в анестезиологии. Конструктивно датчик показан на рис.2.4. Датчик из корпуса (1), в который вмонтированы два светодиода (5) и два фотоприемника (6). Две мембраны (3) и два клапана (4). Причем один из них работает на выдох, а другой на вдох.

     После вдоха и выдоха клапаны возвращаются в исходное положение возвратными пружинами (7). Это необходимо для определения задержки дыхания после вдоха и выдоха. Мембраны плотно прижимаются к корпусу датчика зажимными патрубками вдоха и выдоха (2). 

 

 

  3 СПИРОГРАФЫ

  Различают спирографы открытого и закрытого  типа. Последние могут быть с компенсацией и без компенсации потребляемого кислорода. В аппаратах открытого тина происходит дыхание атмосферным воздухом без учета потребления кислорода, что упрощает исследование и обслуживание приборов. В спирографах закрытого типа испытуемый дышит воздухом из герметичного дыхательного контура, что требует обязательного применения химического поглотителя углекислоты, но позволяет определить минутное потребление кислорода. При этом кривая спирограммы постепенно смещается из-за уменьшения объема газа.

  Для увеличения времени исследования на спирографах закрытого типа возможно постепенное добавление в дыхательную систему кислорода по мере его расходования, причем основная кривая будет горизонтальной, а количество добавленного газа записывается в виде дополнительной линии на спирограмме.

  3.1 Спирограф СГ-1М

  Спирограф СГ-1М предназначен для определения  объемной скорости потребления кислорода и параметров внешнего дыхания. Исследование производится на чистом кислороде или воздухе с любой заданной концентрацией кислорода, которая поддерживается автоматически.

  Спирограф можно использовать и для определения остаточного объема легких при применении совместно с газоанализатором на гелий.

  Прибор  применяется в клиниках, больницах, научно-исследовательских лабораториях и других лечебных учреждениях.

  Предназначен  для эксплуатации в пределах рабочих  температур от 10 до 35°С и относительной влажности 80% при температуре 25°С.

  Прибор  состоит из двух самостоятельных  дыхательных систем. В каждой из них имеется спирометр, поглотитель углекислого газа, воздуходувка, обеспечивающая циркуляцию воздуха   в системе в одном направлении, независимо от фазы дыхания пациента вдоха или выдоха (рис. 3.1) и воздуховоды.

  

 

Рис.  3.1.  Принципиальная схема спирографа СГ-1М:

СП1 и СП2-спирометры; П1 и П2-поглотители СО2; В1 и В2-воздуходувки; РВ-регулировочный вентиль; МК-магнитный клапан; К-кимограф; ЭЛР-электронное реле; КС -контактный стержень; КП-кран перекрытия; Kl-кран впуска кислорода в левую систему; К2-кран впуска кислорода в правую систему; ПЛ-ползушка левого колокола; ПП-ползушка правого колокола; КЛЛ-кран лицевой левый;  КЛП-кран лицевой правый 

  Прибор  выполнен в виде прямоугольного шкафчика, установленного на трубчатые ножки с поворотными колесами на резиновых шинах. На боковых стенках имеются ручки, при помощи которых прибор перемещается внутри помещения. Передняя стенка съемная, что удобно для монтажа внутренних частей прибора. На передней части имеются четыре патрубка для присоединения резиновых шлангов, идущих к лицевым кранам КЛЛ и КЛП, и ручка установки положения контактного стержня.

  На  левой стенке прибора расположен держатель предохранителя с находящимся в нем предохранителем, шнур для включения в электрическую сеть и клемма для заземления прибора.

  На  правой стенке имеются два штуцера  для подсоединения блока газоанализатор при определении остаточного  объема легких, закрывающихся заглушками во время других исследований.

  Рядом находится резиновая втулка для  впуска гелия из баллона в спирограф.

  На  верхней напели прибора размещены  такие узлы: - два водяных спирометра СП1  и СП2, состоящие каждый из наружного цилиндра с двумя воздушными трубами, водомерного стекла и подвижного цилиндрического колокола диаметром 160 мм, емкостью 7л.

  Две стопки с блоками, по их направляющим линейкам перемещаются ползушки-противовесы ПЛ и ПП, связанные гибкими нитями с колоколами. На ползушках, несущих воронкообразные перья, имеются рычажки для отведения перьев от бумаги и противовес, обеспечивающий их прижим к бумаге во время работы. На ползушке правого колокола ПП укреплен контакт, который при движении колокола скользит по контактному стержню КС и включает и выключает магнитный клапан МК. Два поглотителя углекислого газа П1 и П2, состоящие каждый из наружного корпуса, ведерка с сеткой для поглотителя XII—И и крышки. Крышки крепятся к корпусам четырьмя гайками с фасонными головками.

  Кимограф К для перемещения бумаги, состоящий из подающей катушки, на которой устанавливается рулон бумаги, имеющей в нижней части тормозное устройство для регулирования силы натяжения бумаги, и лентопротяжного механизма, приводимого в движение от электродвигателя. На лентопротяжном механизме расположена зубчатая репка, при помощи которой бумага  отрывается.  Скорость перемещения бумаг—50 н600мм/мин. Два крана К1 и К2, через которые колокола наполняются кислородом или берутся пробы воздуха из систем для анализа, со штуцерами дли присоединении резиновых трубок. Ручки (между кранами KI и К2) регулировочного вентиля подачи кислорода РВ и крана перекрытия КП. отсоединяющего левую систему от правой. Панель управления (в левом переднем углу), на которой расположены шесть выключателей с двумя контрольными лампочками и кнопка экстренного открытия магнитного клапана для перепуска кислорода из левой системы в правую.