CC BY
61
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №1 (107) 2012
"ДК 615 823 д. н.клыпин
Г.И. НЕЧАЕВА И. В. ДРУК
Омский государственный технический университет Омская государственная медицинская академия
ПЕРСОНАЛЬНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ПРОФИЛАКТИКИ ВАРИКОЗА И ХРОНИЧЕСКОЙ СЕРДЕЧНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ
В статье исследованы возможности создания персональных медицинских приборов для профилактики хронической сердечной недостаточности, варикоза, лечения лимфостаза, послеоперационных отеков конечностей. Показано, что подобные приборы могут быть созданы на основе электроактивных полимеров. Ключевые слова: профилактика ХСН, лимфодренаж, электроактивные полимеры, ЭАП.
Разработка ведется при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках выполнения Государственного контракта П 16512.11.2118.
Область исследований относится к медицине, а именно к профилактике варикозного расширения вен и хронической венозной недостаточности, и может быть использована для усиления регионарного кровотока, лимфодренажа и увеличения оттока крови из венозных сосудов, в том числе для послеоперационной реабилитации и для индивидуального использования любым человеком.
Еще в прошлом веке великий физиолог Рудольф Вирхов среди других причин внутрисосудистого тром-бообразования называл и замедление кровотока. Чаще всего такое замедление кровотока наблюдается в нижних конечностях, поскольку компенсаторные механизмы организма, призванные противодействовать силе тяжести крови, не справляются с этой работой. Этому могут способствовать множество факторов, связанных с профессиональной деятельностью человека, с патологией в зоне конечностей, наконец, с процессом лечения других заболеваний.
Наиболее эффективным из методов, побуждающих восстановление в конечности нормального лимфо- и кровотока, является массаж с помощью различных массажеров. Самым распространенным в настоящее время является автоматический массаж с помощью пневмомассажеров (прессотерапии). Однако этот метод является дорогостоящей салонной процедурой, поэтому разработка портативного массажного прибора для персонального использования является весьма актуальной. Рассмотрим существующие технические решения в области прессотера-пии.
Известен серийно выпускаемый пневмомассажер для индивидуального использования [1], в котором используются компрессор, однокамерная манжета, шланг для подачи воздуха, блок управления компрессией и режимом работы, панель управления. Данный прибор имеет один режим массажа — одновременное сдавливание конечности всей манжетой, что вполне достаточно для профилактики венозной недоста-
точности, но недостаточно для лечения гемостазов и варикозов.
Недостатком данного решения является низкая функциональность, что может приводить к застою крови и лимфы в конечностях.
Известно другое техническое решение прибора для пневмомассажа [2] — использование многосекционной манжеты. Большинство серийно выпускаемых профессиональных аппаратов для прессотера-пии [3] используют данное решение. Подобный прибор содержит компрессор, пневмораспределитель, многосекционную манжету и блок управления клапанами. Блок управления включает в себя таймер сеанса и секций, блок контроля, дешифратор команд и панель управления.
Достоинством такого решения является возможность проведения лимфодренажа конечностей путем перемежающей и прерывистой компрессии благодаря раздельной регулировке давления в разных камерах манжеты.
Недостатками данного решения являются:
— большая конструктивная сложность, что приводит к низкой надежности;
— наличие большого количества шлангов пневмораспределителя, идущих к каждой камере манжеты, что приводит к неудобству использования.
Общими недостатками рассмотренных устройств являются:
— невозможность индивидуального использования в режиме постоянного ношения из-за больших габаритов и массы.
— невозможность мобильного использования из-за необходимости сетевого электропитания компрессора;
— исполнение манжеты в виде чулка, надеваемого на всю конечность, не дает возможности производить хирургические операции на этой конечности;
— необходимость использования манжет разного размера для пациентов разной конституции.
Рис. 1
Наиболее близким по функциональному наполнению к разрабатываемому прибору является серийно выпускаемый портативный пневмомассажер [4] с возможностью индивидуального использования и постоянного скрытого ношения благодаря малой массе и небольшим габаритам. Данный прибор может использоваться при проведении операций на конечности, обеспечивая вспомогательное кровообращение. Прибор содержит однокамерную манжету шириной 50 мм, насос, блок управления компрессией и режимами работы, источник питания в виде батареи, причем все узлы прибора интегрированы в одном конструктиве.
Достоинствами данного решения являются:
— возможность использования при постоянном ношении, во время длительных путешествий для устранения застоя крови и лимфы, во время операций для вспомогательного кровообращения;
— регулировка диаметра манжеты позволяет использовать ее для людей разной конституции.
Недостатками данного решения являются:
— малая ширина манжеты, что позволяет производить массаж ограниченных участков конечности;
— малая функциональность, поскольку исполнение манжеты в виде одной камеры не дает возможность проводить перемежающую и прерывистую компрессию.
Общим недостатком всех массажеров, использующих пневматический способ прессотерапии, является использование компрессора и надувной манжеты — механических узлов. Это приводит к малой надежности и небольшому ресурсу устройства. Как правило, ресурс манжеты при постоянном использовании не превышает 2 лет.
В настоящее время во всем мире активно разрабатываются электроактивные полимеры (ЭАП) — материалы с уникальными свойствами. Эти полимеры, в частности, способны изменять свои геометрические размеры под действием электричества. Например, выпускаемые датской фирмой Бап1:о88 ЭАП производятся в виде пленки толщиной в десятки микрон, способной удлиняться при воздействии напряжения не менее чем на 5 % [5]. При разработке прибора используется именно это свойство ЭАП-пленки, для создания переменного давления на конечность чело-
века. На рис. 1 приведена зависимость удлинения ЭАП «Бап1:о88 PolyPower» от подаваемого напряжения при фиксированной нагрузке.
Задачей разработки является расширение функциональных возможностей прибора для профилактики хронической сердечной недостаточности (ХСН) за счет использования нескольких независимых манжет, увеличение надежности прибора и увеличение технологичности его изготовления за счет перехода от пневматического способа создания давления к использованию ЭАП, а также уменьшение массы и габаритов прибора (рис. 1).
Разрабатываемый прибор отличается от аналогов тем, что он дополнительно содержит, как минимум, одну манжету, преобразователь напряжения питания, узлы регулировки напряжения, причем манжеты выполнены раздельными и изготовлены с использованием ЭАП, а количество узлов регулировки напряжения равно общему числу манжет.
Манжета может быть выполнена с использованием нескольких слоев ЭАП-пленки, в зависимости от нужной величины давления.
Преобразователь напряжения питания, блок управления, источник питания и узлы регулировки напряжения могут быть выполнены в едином конструктиве с одной из манжет.
Сущность разработки поясняется функциональной схемой прибора (рис. 2).
Прибор для профилактики ХСН содержит манжеты М1 и М2, узлы регулировки напряжения У1 и У2, преобразователь напряжения питания 1, блок управления компрессией и режимами работы 2, панель управления 3, источник питания 4.
Панель управления 3 включает органы управления и индикатор.
Узлы регулировки напряжения У1 и У2, преобразователь напряжения питания 1, блок управления компрессией и режимами работы 2, панель управления 3, источник питания 4 интегрированы с манжетой М1 в едином конструктиве 5.
Манжеты М1 и М2 могут включать несколько слоев ЭАП-пленки 6 в зависимости от нужной величины создаваемого на конечность давления.
Приведенная на рис. 2 схема предназначена для работы с одной или двумя манжетами. Для увеличения
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №1 (107) 2012 ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №1 (107) 2012
количества обслуживаемых манжет до Мк нужно увеличить количество узлов регулировки напряжения до Ук.
Увеличение надежности и технологичности по сравнению с прототипом достигается за счет того, что манжеты М1 и М2 выполнены из ЭАП-пленки и не подвергаются растяжению нагнетаемым воздухом, функции электромеханического изделия — компрессора выполняет преобразователь напряжения питания 1, выполненный в виде высокотехнологичной, надежной и миниатюрной интегральной схемы. Для увеличения технологичности изготовления и увеличения ремонтопригодности устройства все манжеты могут быть выполнены одинаковыми и взаимозаменяемыми. Увеличение функциональности достигается за счет применения нескольких (как минимум, двух) манжет. В отличие от пневматических камер, манжеты с использованием ЭАП-пленки могут быть выполнены практически любого размера и конфигурации, например, для массажа пальцев, стопы и т.п.
Преобразователь напряжения питания 1 служит для получения максимально допустимого напряжения на обкладках ЭАП-пленки 6 из напряжения источника питания 4. Узлы регулировки напряжения У1 и У2 служат для изменения напряжения на обкладках ЭАП-пленки 6 манжет М1 и М2 от максимально допустимого до минимального значения, что соответствует изменению длины ЭАП-пленки 6 от максимальной до минимальной и аналогичному изменению диаметра манжеты. Изменение напряжения производится блоком управления 2 в соответствии с режимом работы, выбранным пользователем на панели управления 3. При изменении напряжения на обкладках ЭАП-пленки 6 манжет М1 и М2 происходит изменение длины ЭАП-пленки 6 и изменение давления на конечность. Источник питания 4, выполненный в виде стандартной батареи, служит для электропитания всех узлов устройства.
Персональный прибор для профилактики ХСН работает следующим образом. Предварительно на конечность надевается манжета М1 со встроенной электронной частью 5, а также желаемое число независимых манжет М2. Каждая манжета плотно закрепляется на конечности с помощью застежек любого известного типа. Независимые манжеты М2 подключаются к выходам узлов регулировки напряжения У2. Пользователь выбирает нужный режим работы на панели управления 3. В соответствии с выбранным режимом блок управления 2 с помощью уз-
лов регулировки напряжения У1, У2 начинает изменять напряжение на обкладках ЭАП-пленки 6 в манжетах М1 и М2, регулируя этим давление каждой манжеты на конечность. Существует возможность задать амплитуду и длительность воздействия, длительность паузы, скорость изменения и спада давления в каждой манжете. За счет этого возможна организация таких режимов, как перемежающая и прерывистая компрессия в разных участках конечности, «бегущая волна» и т.п., что создает увеличение венозного потока и устранение застоя крови и лимфы, а также способствует ускоренному снятию отеков конечностей [6].
Кроме того, повышение функциональности прибора по сравнению с пневмомассажерами состоит в следующем. В пневмомассажерах максимальный уровень давления может быть задан только одинаковым для всех камер манжеты. В разрабатываемом приборе возможно задание разных уровней максимального давления для каждой манжеты. Данная функция может быть востребована при устранении локальных отеков одновременно с массажем всей конечности; удержании объема крови в конечности при острых кро-вопотерях (например, для нижней конечности — верхней манжетой бедра); в любых других случаях, когда требуется получить разность максимальных давлений по длине конечности.
Персональный прибор для профилактики ХСН может использоваться для разных целей. В виде моноблока с одной манжетой прибор можно использовать для длительного постоянного скрытого ношения, например, под брюками, для профилактики венозных нарушений при длительном статичном состоянии человека (перелеты, вождение транспорта, послеоперационная реабилитация). При подключении дополнительных манжет прибор может использоваться как профессиональный массажер для терапевтических целей (усиление венозного кровотока, лимфодренаж, вспомогательное кровообращение и т.д.).
Рассмотренная совокупность конструктивных и схемотехнических решений позволит увеличить функциональность прибора для профилактики ХСН, увеличить его надежность и технологичность изготовления одновременно со снижением его массы и габаритов.
Дополнительный положительный эффект в предлагаемом решении состоит в раздельном изготовлении манжет, что позволяет оставлять между ними зазор любой ширины, например, при проведении операций на конечностях, а также позволяет надевать на разные конечности для одновременного массажа конечностей.
Управление режимами работы прибора может производиться дистанционно, например, для регулирования кровотока в интраоперационный период. Для этого прибор оснащается средствами беспроводной передачи данных, например, модулем Bluetooth или GSM. Приборы, оснащенные таким способом, могут быть интегрированы в систему дистанционного по-лифункционального мониторинга состояния жизнедеятельности человека, разворачиваемую на базе любого лечебно-профилактического учреждения.
На данное техническое решение подана заявка на патент РФ на изобретение № 2011132896 «Устройство для прессотерапии», приоритет от 04.08.2011 г.
Библиографический список
1. Доктор Жизнь DL2002B — Домашний аппарат для прессотерапии. [Электронный ресурс]. — URL: http://
www.loza.ru/item/Categories/103/Item/961/ (дата обращения:
29.09.2011).
2. Пат. 2061456 Российская Федерация, МПК A 61 Н 9/00. Устройство для пневмомассажа / Качанова Л. В., Таршинов И. В., Мельниченко Н. Н., Лукашенко А Н., Седов И. В. ; заявители и патентообладатели Качанова Л. В., Таршинов И. В., Мельниченко Н. Н., Лукашенко А. Н., Седов И. В. — № 93032571/ 14 ; заявл. 22.06.1993 ; опубл. 10.06.1996.
3. Аппарат для прессотерапии Доктор Жизнь Марк МК-400. [Электронный ресурс]. — URL: http://www.medical-club.ru/ 281 (дата обращения: 29.09.2011).
4. Пневмомассажёр Nissei AM-7. [Электронный ресурс]. — URL: http://bestmeteo.ru/product/am-7/(дата обращения:
29.09.2011).
5. DEAP technology for innovative product solutions. [Электронный ресурс]. — URL: http://www.polypower.com/Home. aspx?ID = 243 (дата обращения: 29.09.2011).
6. Малинин, А А Метод «бегущей волны» / А А Малинин // Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Баку-
лева. [Электронный ресурс]. — URL: http://www.acvita.ru/st_bd. html (дата обращения: 29.09.2011).
КЛЫПИН Дмитрий Николаевич, научный сотрудник кафедры «Радиотехнические устройства и системы диагностики» Омского государственного технического университета.
НЕЧАЕВА Галина Ивановна, доктор медицинских наук, профессор (Россия), заведующая кафедрой внутренних болезней и семейной медицины Омской государственной медицинской академии.
ДРУК Инна Викторовна, кандидат медицинских наук, доцент кафедры внутренних болезней и семейной медицины Омской государственной медицинской академии.
Адрес для переписки: lan@omgtu.ru
Статья поступила в редакцию 14.11.2011 г.
© Д. Н. Клыпин, Г. И. Нечаева, И. В. Друк
УДК 681.2.083 д. н. КЛЫПИН
Г. И. НЕЧАЕВА Е. Н. ЛОГИНОВА
Омский государственный технический университет Омская государственная медицинская академия
ПЕРСОНАЛЬНЫЙ ПРИБОР
ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ХРОНИЧЕСКОЙ
СЕРДЕЧНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ
В статье исследованы возможности создания персонального медицинского прибора для диагностики функционального класса хронической сердечной недостаточности. Рассмотрен вариант создания подобного прибора на основе 3-осевого электронного магнитного компаса, дополненного 3-осевым акселерометром. Ключевые слова: диагностика ХСН, относительные координаты, электронный магнитный компас, акселерометр.
Разработка ведется при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках выполнения Государственного контракта П 16.512.112118.
Область исследований относится к медицине, а именно к функциональной диагностике и кардиологии, и может быть использовано для определения функционального класса хронической сердечной недостаточности пациента, оценки эффективности терапии, в том числе при индивидуальном использовании устройства пациентом.
Хронической сердечной недостаточностью (ХСН) страдают от 0,4 % до 2 % взрослого населения. Среди лиц в возрасте старше 75 лет её распространенность может достигать 10 %. С возрастом риск развития сер-дечной недостаточности постепенно возрастает. Сре-ди всех больных, обращающихся в медицинские учреждения России, 38,6 % имеются признаки ХСН. Факторы развития сердечной недостаточности являются потенциально обратимыми. Их устранение или уменьшение могут задержать прогрессирование сер-
дечной недостаточности, а иногда и спасти жизнь больного. Поэтому своевременная диагностика ХСН с целью раннего установления факта наличия сердечной недостаточности или уточнения степени выраженности патологического процесса является крайне актуальной задачей для российской медицины.
Среди множества способов диагностики ХСН наиболее доступным является проведение нагрузочных тестов. Нормальный результат нагрузочного теста у человека практически полностью исключает диагноз ХСН. Для повседневной практики в качестве стандартного рутинного теста для оценки физической толерантности и объективизации функционального статуса больных ХСН рекомендуется тест 6-минутной ходьбы, соответствующий субмаксимальной нагрузке.
Классический способ проведения теста 6-минутной ходьбы (6МХ) выполняется следующим образом
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №1 (107) 2012 ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
