RU2049425C1

RU2049425C1 - Device and method for training and treating cardiovascular system and breathing sensor to be used in the device

Info

Publication number: RU2049425C1
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Захаров; Борис Евгеньевич Смирнов; Василий Федорович Цыганок
Original assignee: Сергей Михайлович Захаров; Борис Евгеньевич Смирнов; Василий Федорович Цыганок
Priority date: 1992-01-29
Filing date: 1992-01-29
Publication date: 1995-12-10

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: device has computer and a number of trainers each having mechanical trainer and microcomputer controlling the patient programmed training. The patient state description data are taken by means of heart beat rate and breathing phases transducers and electrocardiogram. Patient electrocardiogram is represented on the computer display screen, when any trouble symptom appears. The device provides for high precision in discriminating respiration phases. Breathing phase transducer has weighted two-input summator with input weights being equal to 1.0 and 0.5, two temperature code converters with autobalanced bridge, first of which is connected to 1.0 input through limiting amplifier and the second one is connected to the 0.5 weighted summator through inverter, voltage doubler and limiting amplifier. This kind of connection enables the error caused by environment temperature deviations to be reduced and severe mistakes in respiration phase discrimination to be excluded. Method for training and treating cardiovascular system involves additionally measuring pulse wave propagation time arrhythmia coefficient, electrocardiogram T-segment shift, respiration phase durations. Upon the values deviating from the reference values, changes in cardiogram are analyzed and decisions are taken based on the analysis results to continue or stop training. EFFECT: reduced risk of worsened health state. 8 cl, 13 dwg

Description

Изобретение относится к медицине, в частности к устройствам профилактики и лечения заболеваний сердечно-сосудистой системы. Кроме того, изобретение может использоваться в качестве спортивного тренажера. The invention relates to medicine, in particular to devices for the prevention and treatment of diseases of the cardiovascular system. In addition, the invention can be used as a sports simulator.

В настоящее время в медицине для профилактики заболеваний сердечно-сосудистой системы, а также для лечения больных, перенесших такие заболевания, наряду с медикаментозным лечением широко применяют лечение дозированными физическими нагрузками. Одназначно доказано, что механотерапия существенно снижает фактор риска после операций на сердце, после инфаркта миокарда, инсульта. Currently, in medicine for the prevention of diseases of the cardiovascular system, as well as for the treatment of patients who have undergone such diseases, along with drug treatment, treatment with dosed physical activity is widely used. It has been specifically proven that mechanotherapy significantly reduces the risk factor after heart surgery, after myocardial infarction, stroke.

Важнейшую роль при механотерапии играют точность дозирования нагрузки и контроля за состоянием больного. The most important role in mechanotherapy is played by the accuracy of dosing the load and monitoring the patient's condition.

Известен целый ряд устройств, в которых дозированная нагрузка задается с помощью спортивного тренажера, а контроль за состоянием пациента производится по частоте сердечных сокращений. A number of devices are known in which the dosed load is set using a sports simulator, and the patient is monitored by the heart rate.

Известный тренажер содержит велотренажер, датчик частоты сердечных сокращений, закрепленный на пациенте, задатчики верхних границ физиологической и тренировочной частот сердечных сокращений и нижней тренировочной частоты сердечных сокращений, устройство сравнения выходных сигналов датчика частоты сердечных сокращений пациента и каждого задатчика, видеозвуковое устройство, два индикатора и биостимулятор. При частоте сердечных сокращений пациента между верхней и нижней границами включено видеозвуковое устройство и пациент работает на велотренажере комфортно, при превышении верхней физиологической границы велотренажер отключается, включается биостимулятор, чтобы способствовать снижению частоты сердечных сокращений до нормы. The known simulator contains an exercise bike, a heart rate sensor mounted on a patient, adjusters of the upper boundaries of the physiological and training heart rate and lower training heart rate, a device for comparing the output signals of the heart rate sensor of the patient and each presenter, a video sound device, two indicators and a biostimulator . At the patient’s heart rate between the upper and lower boundaries, a video audio device is turned on and the patient works comfortably on the exercise bike, when the upper physiological limit is exceeded, the exercise bike is turned off, the biostimulator is turned on to help reduce the heart rate to normal.

Тренажер не позволяет дозировать нагрузку во время тренировки и поэтому имеет ограничения при использовании его для лечения сердечно-сосудистой системы. The simulator does not allow dosing the load during training and therefore has limitations when using it to treat the cardiovascular system.

В известном тренажерном устройстве, содержащем последовательно соединенные датчик физиологических параметров, блок преобразования и блок измерения, а также последовательно соединенные датчик скорости, блок преобразования и блок измерения, последовательно соединенные пульт оператора, блок записи и считывания программ, блок управления и узел нагрузки, видеомагнитофон, подключенный к блоку преобразования скорости и блоку записи и считывания программ, и блок преобразования информации, к входам которого подключены выходы блоков измерений и видеомагнитофона, а к выходу-индикатор, имеется возможность во время тренировки изменить нагрузку и программу тренировки и обеспечивается контроль за частотой дыхания и частотой сердечных сокращений пациента. In a known training device comprising a physiological parameters sensor, a conversion unit and a measurement unit connected in series, as well as a speed sensor, a conversion unit and a measurement unit, an operator console, a program recording and reading unit, a control unit and a load unit, a video recorder, connected in series connected to the speed conversion unit and the program recording and reading unit, and the information conversion unit, to the inputs of which the outputs of the units are measured th and VCR, and to the output indicator, it is possible to change during exercise stress and exercise program and to monitor respiratory rate and heart rate of the patient.

Однако и это устройство мало пригодно для использования его в качестве тренировочно-терапевтического для сердечно-сосудистой системы, так как в нем отсутствует корреляция дозированной нагрузки с функциональным состоянием пациента. However, this device is also not very suitable for use as a training therapeutic for the cardiovascular system, since it does not correlate the dosage load with the functional state of the patient.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является система для тренировки и лечения сердечно-сосудистой системы [1] состоящая из ряда тренажеров, каждый из которых предъявляет переменную тренировочную (рабочую) нагрузку соответствующему пациенту, и из устройства управления, состоящего из центрального управляющего процессора, который оперативно подключен к каждому тренажеру, преобразователя частоты сердечных сокращений и преобразователя тренировочной рабочей нагрузки для каждого пациента, причем центральный управляющий процессор управляет работой каждого тренажера в соответствии с заранее заданными и заранее введенными тренировочными уровнями и целевыми диапазонами для каждого пациента, причем центральный управляющий процессор может быть подключен к дистанционно расположенным тренажерам. Каждый тренажер включает нагрузочное устройство (спортивный тренажер "беговая дорожка") и управляющее устройство, содержащее микропроцессор, дисплей и блок ввода-вывода. Система работает следующим образом. Заранее для каждого пациента определяется целевая частота сердечных сокращений, соответствующая оптимальной тренировочной нагрузке для этого пациента, и длительность тренировки. Время тренировки разбивается на три периода. В первом, подготовительном, нагрузка плавно увеличивается до тех пор, пока частота сердечных сокращений не достигнет значения целевой, после чего начинается второй, рабочий период, во время которого частота сердечных сокращений поддерживается равной целевой частоте. В третьем периоде, восстановительном, нагрузка плавно снижается до тех пор, пока частота сердечных сокращений не снизится до заданной, после чего тренажер отключается. Целевая частота сердечных сокращений и время тренировки могут устанавливаться как самим пациентом, так и центральным управляющим процессором. Closest to the proposed device is a system for training and treatment of the cardiovascular system [1] consisting of a number of simulators, each of which presents a variable training (work) load to the corresponding patient, and from a control device consisting of a central control processor that is operatively connected to each simulator, heart rate converter and training workload converter for each patient, with a central control processor controls the operation of each simulator in accordance with predetermined and previously entered training levels and target ranges for each patient, and the central control processor can be connected to remotely located simulators. Each simulator includes a load device (sports treadmill) and a control device containing a microprocessor, a display and an input-output unit. The system operates as follows. For each patient, the target heart rate corresponding to the optimal training load for this patient and the duration of the training are determined in advance. Training time is divided into three periods. In the first, preparatory, the load gradually increases until the heart rate reaches the target value, after which the second, working period begins, during which the heart rate is maintained at the target frequency. In the third recovery period, the load gradually decreases until the heart rate drops to a predetermined one, after which the simulator turns off. The target heart rate and training time can be set both by the patient and the central control processor.

В процессе тренировки пациент имеет возможность визуально наблюдать на дисплее тренажера значение частоты сердечных сокращений. Система имеет защитные механизмы с тем, чтобы нагрузки пациентов не могли выйти из-под контроля. При превышении частоты сердечных сокращений максимального значения, тренажер отключается, а на центральный управляющий процессор подается сигнал тревоги. During training, the patient has the opportunity to visually observe the value of the heart rate on the display of the simulator. The system has protective mechanisms so that patient loads cannot get out of control. If the heart rate exceeds the maximum value, the simulator turns off, and an alarm is sent to the central control processor.

Система имеет широкие возможности, позволяет одному квалифицированному врачу наблюдать одновременно за лечебной тренировкой нескольких пациентов. The system has wide capabilities, allows one qualified doctor to simultaneously monitor the therapeutic training of several patients.

Однако эффективность этой системы и ее возможности сужаются из-за сравнительно высокого фактора риска, так как автоматический контроль за физическим состоянием пользователя осуществляется только по частоте сердечных сокращений, а целевая частота сердечных сокращений не учитывает моментных изменений этого состояния. However, the effectiveness of this system and its capabilities are narrowed due to a relatively high risk factor, since the user's physical condition is automatically controlled only by the heart rate, and the target heart rate does not take into account momentary changes in this state.

Целью изобретения является создание устройства для тренировки и лечения сердечно-сосудистой системы, в котором обеспечивается контроль за физическим состоянием пациента по частоте сердечных сокращений и по изменению его электрокардиограммы и скорости распространения пульсовой волны, что снижает фактор риска в процессе тренировки, а также обеспечение режима биологической обратной связи по частоте и фазам дыхания, что повышает эффективность тренировки и ускоряет восстановление (реабилитацию) при лечении. The aim of the invention is to provide a device for training and treatment of the cardiovascular system, which provides control over the physical condition of the patient by heart rate and by changing his electrocardiogram and the propagation speed of the pulse wave, which reduces the risk factor during training, as well as providing a biological regimen feedback on the frequency and phases of breathing, which increases the effectiveness of training and accelerates recovery (rehabilitation) during treatment.

Упомянутые цели достигаются тем, что в устройство для тренировки и лечения сердечно-сосудистой системы, содержащее блок управления, соединенный с рядом тренажеров, который включает в себя электронно-вычислительную машину и подключенные к ней дисплей, накопитель на магнитных дисках и интерфейс, а каждый тренажер содержит преобразователь частоты сердечных сокращений, микрокомпьютер, индикатор, интерфейс, подключенный к преобразователю нагрузки, соединенному с нагрузочным блоком, интерфейс электронно-вычислительной машины через линию связи соединен с интерфейсом тренажеров, дополнительно содержит в каждом тренажере микроконтроллер, блок гальванической развязки, преобразователь электрокардиограммы и преобразователь фаз дыхания, причем преобразователи частоты сердечных сокращений, фаз дыхания и электрокардиограммы подключены к микроконтроллеру, который через устройство гальванической развязки соединен с интерфейсом тренажера. These goals are achieved by the fact that in the device for training and treatment of the cardiovascular system, containing a control unit connected to a number of simulators, which includes an electronic computer and a display connected to it, a magnetic disk drive and an interface, and each simulator contains a heart rate converter, a microcomputer, an indicator, an interface connected to a load converter connected to the load unit, an electronic computer interface via a line with the ligature is connected to the simulator interface, additionally contains a microcontroller, a galvanic isolation unit, an electrocardiogram converter and a respiratory phase converter in each simulator, and the heart rate, respiration and electrocardiogram transducers are connected to the microcontroller, which is connected to the simulator interface via a galvanic isolation device.

Преобразователь электрокардиограммы содержит последовательно соединенные датчик электрокардиограммы, усилитель с дискретно перестраиваемой полосой и управляемым коэффициентом усиления, преобразователь напряжение-код, первый регистр и дешифратор адреса, а также второй регистр, разрядные выходы которого соединены с управляющими входами усилителя, входы дешифратора адреса соединены с шиной адреса микроконтроллера, разрядные выходы первого регистра и разрядные входы второго регистра соединены с шиной данных микроконтроллера, вход считывания первого регистра и вход записи второго регистра соединены с шиной управления микроконтроллером. The electrocardiogram converter contains a serially connected electrocardiogram sensor, an amplifier with a discretely tunable band and a controlled gain, a voltage-code converter, a first register and an address decoder, as well as a second register, the bit outputs of which are connected to the amplifier control inputs, the addresses of the address decoder are connected to the address bus the microcontroller, the bit outputs of the first register and the bit inputs of the second register are connected to the data bus of the microcontroller, the input with ityvaniya first register and second register write input connected to a bus control microcontroller.

Преобразователь фаз дыхания содержит последовательно соединенные датчик фаз дыхания, регистр и дешифратор адреса, входы которого соединены с шиной адреса микроконтроллера, разрядные выходы регистра с шиной адреса микроконтроллера, разрядные выходы регистра соединены с шиной данных, а вход считывания с шиной управления микроконтроллера. The respiratory phase converter contains a respiration phase sensor, a register and an address decoder, the inputs of which are connected to the microcontroller address bus, the register bit outputs with the microcontroller address bus, the register bit outputs are connected to the data bus, and the read input with the microcontroller control bus.

Нагрузочный блок выполнен в виде велоэргометра, а преобразователь нагрузки содержит датчик скорости, связанный с велоэргометром, и последовательно соединенные микроконтроллер, цифроаналоговый преобразователь и задатчик нагрузки, выход датчика скорости соединен с входом микроконтроллера, задатчик нагрузки связан с велоэргометром, шина ввода/вывода микроконтроллера соединена с блоком интерфейса тренажера. The load block is made in the form of a bicycle ergometer, and the load transducer contains a speed sensor connected to the bicycle ergometer and a microcontroller connected in series, a digital-to-analog converter and a load controller, the output of the speed sensor is connected to the input of the microcontroller, the load sensor is connected to the bicycle ergometer, the microcontroller input / output bus is connected to simulator interface unit.

В предлагаемом устройстве для тренировки и лечения сердечно-сосудистой системы используется датчик фаз дыхания, который сам является объектом изобретения. In the proposed device for training and treatment of the cardiovascular system, a respiratory phase sensor is used, which is itself an object of the invention.

Известно устройство для исследования параметров дыхания, содержащее термочувствительный датчик, выполненный в виде полого с отверстиями в торцах, усеченного конуса из поляризованного сегнетоэлектрического материала, с внешней и внутренней сторон которого расположены электроды, покрытые слоем изоляционного материала и соединенные через усилитель с регистратором. Это устройство имеет малые габариты, отличается простотой, но не может быть использовано в устройстве для тренировки и лечения сердечно-сосудистой системы из-за низкого быстродействия, инерционности и низкой точности выделения пауз на входе и выходе. A device for researching respiration parameters is known, comprising a temperature-sensitive sensor made in the form of a hollow cone with holes in the ends, a truncated cone made of polarized ferroelectric material, on the outer and inner sides of which there are electrodes coated with a layer of insulating material and connected through an amplifier to a recorder. This device has small dimensions, is simple, but cannot be used in the device for training and treating the cardiovascular system due to the low speed, inertia and low accuracy of the allocation of pauses at the input and output.

Датчик фаз дыхания [2] содержит датчик дыхания, выполненный в виде трубки, в которой размещены нагреватель, два терморезистора, образующие с двумя резисторами измерительный мост, последовательно соединенные дифференциальный усилитель, дифференциальное звено, усилитель-ограничитель, инвертор, триггер Шмитта, RS-триггер, дешифратор и регистратор, а также второй триггер Шмитта, включенный между усилителем ограничителем и вторым входом RS-триггера, выходы RS-триггера дополнительно соединены с входами дешифратора, входы которого соединены с регистратором. Этот датчик позволяет выделить все фазы дыхания, имеет достаточно высокое быстродействие, однако он не может использоваться в устройстве для тренировки и лечения сердечно-сосудистой системы из-за низкой точности регистрации фаз дыхания и наличия грубых ошибок из-за случайных срабатываний триггеров Шмитта. The respiratory phase sensor [2] contains a respiratory sensor made in the form of a tube in which a heater is placed, two thermistors that form a measuring bridge with two resistors, a differential amplifier, a differential link, an amplifier-limiter, an inverter, a Schmitt trigger, an RS trigger , the decoder and the recorder, as well as the second Schmitt trigger, connected between the amplifier limiter and the second input of the RS-trigger, the outputs of the RS-trigger are additionally connected to the inputs of the decoder, the inputs of which are connected to the istratorom. This sensor allows you to select all phases of respiration, has a fairly high speed, but it cannot be used in the device for training and treating the cardiovascular system due to the low accuracy of recording the phases of respiration and the presence of gross errors due to random triggers of Schmitt triggers.

Целью изобретения является создание высокочувствительного, малогабаритного, экономичного регистратора фаз дыхания, имеющего высокую точность регистрации пауз дыхания перед входом и выходом. The aim of the invention is the creation of a highly sensitive, small-sized, economical respirator of the phases of respiration, having a high accuracy of recording respiration pauses before entry and exit.

Это достигается тем, что в датчик фаз дыхания, содержащий усилитель-ограничитель, инвертор, аналого-цифровой преобразователь и датчик дыхания, выполненный в виде трубки, в которой размещены два терморезистора, включены два преобразователя температура-напряжение с автобалансным мостом, второй усилитель-ограничитель, аналогичный первому, удвоитель напряжения, двухвходовый весовой сумматор с весами входов 1,0 и 0,5, а трубка датчика дыхания разделена на две камеры, проходную, в которой размещен первый терморезистор, и глухую, в которной размещен второй терморезистор, при этом каждый терморезистор включен в цепь положительной обратной связи соответствующего автобалансного моста, выход первого преобразователя температура-напряжение через первый усилитель-ограничитель соединен с весовым входом 1,0 весового сумматора, выход второго преобразователя температура-напряжение через последовательно соединенные удвоитель напряжения, второй усилитель-ограничитель и инвертор соединен с весовым входом 0,5 весового сумматора, выход весового сумматора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя. This is achieved by the fact that in the respiratory phase sensor, containing an amplifier-limiter, an inverter, an analog-to-digital converter and a respiratory sensor made in the form of a tube in which two thermistors are placed, two temperature-voltage converters with an autobalanced bridge, a second amplifier-limiter are included similar to the first one, voltage doubler, two-input weight adder with input weights 1.0 and 0.5, and the respiratory sensor tube is divided into two chambers, a passage, in which the first thermistor is placed, and a blind one, in which size a second thermistor is connected, each thermistor connected to the positive feedback circuit of the corresponding auto-balance bridge, the output of the first temperature-voltage converter through the first limiter amplifier connected to the weight input 1.0 of the weight adder, the output of the second temperature-voltage converter through voltage doubler connected in series , the second amplifier-limiter and inverter is connected to the weight input of 0.5 weight adder, the output of the weight adder is connected to the input analog-to-digital of the converter.

Самостоятельным объектом изобретения является способ тренировки и лечения сердечно-сосудистой системы с использованием предлагаемого устройства. An independent object of the invention is a method for training and treatment of the cardiovascular system using the proposed device.

Известен способ лечения больных, перенесших инфаркт миокарда, описанный в статье М.Г.Николашвили и др. "Применение велотренажерной системы на стационарном этапе реабилитации больных ИМ". Актуальные вопросы кардиологии. Сборник научных трудов. Институт клинической и экспериментальной кардиологии г. Тбилиси, 1988 г. стр. 64-70. There is a method of treating patients after myocardial infarction described in the article by M. G. Nikolashvili and others. "The use of the exercise system at the stationary stage of rehabilitation of patients with myocardial infarction." Actual issues of cardiology. Collection of scientific papers. Institute of Clinical and Experimental Cardiology, Tbilisi, 1988, pp. 64-70.

По этому способу через 1,5 ч после лечебной гимнастики проводились тренировки на велоэргометре при тренировочной нагрузке, равной 30-35% от пороговой. According to this method, 1.5 hours after medical gymnastics, exercises were conducted on a bicycle ergometer with a training load equal to 30-35% of the threshold.

Тренировочный пульс (целевая частота сердечных сокращений) рассчитывался по формуле:
Р_тр Р_п + 60% (Р_макс Р_п), где Р_тр тренировочный пульс;
Р_п пульс покоя;
Р_макс максимальный пульс, полученный при велоэргометрии.Training pulse (target heart rate) was calculated by the formula:
R _tr R _p + 60% (R _max R _p ), where R _tr training pulse;
P _n pulse of rest;
P _{max is the} maximum heart rate obtained with bicycle ergometry.

Целевая частота сердечных сокращений поддерживалась при тренировке на одном уровне в течение 3-5 мин. Недостаток этого способа в том, что в процессе тренировки больные сразу выходили на тренировочную нагрузку, которая поддерживалась постоянной до конца тренировки, поэтому эффективность лечения оказалась недостаточно высокой, а в одном случае результаты оказались даже хуже, чем в контрольной группе. The target heart rate was maintained during training at the same level for 3-5 minutes. The disadvantage of this method is that in the process of training, patients immediately went to the training load, which was maintained constant until the end of the training, so the effectiveness of treatment was not high enough, and in one case the results were even worse than in the control group.

Способ тренировки и лечения сердечно-сосудистой системы [1] состоит из следующих операций:
размещают пациента на механическом тренажере, тренировочная нагрузка которого может оперативно изменяться;
подключают преобразователь частоты сердечных сокращений (ЧСС) к пациенту;
подключают преобразователь тренировочной нагрузки к тренажеру;
непрерывно следят за ЧСС пациента рекурсивной выборкой сигнала, соответствующего ЧСС пациента за ряд последовательных отрезков времени;
усредняют сигналы по ряду последовательных отрезков времени выборки для обеспечения точности;
определяют целевую частоту сердечных сокращений для тренировочных и лечебных целей пациента;
определяют тренировочный период времени для пациента;
приводят в действие тренажер для предъявления переменной тренировочной нагрузки пациенту;
постепенно увеличивают тренировочную нагрузку, чтобы увеличить ЧСС пациента в течение периода разогрева;
устанавливают начало отсчета времени тренировочного периода, когда текущая ЧСС окажется в пределах предварительно определенного диапазона ЧСС;
увеличивают, уменьшают или поддерживают тренировочную нагрузку для поддержания текущей ЧСС пациента в заранее заданных пределах вблизи целевой ЧСС в течение тренировочного периода и предотвращения как недогрузки, так и перегрузки;
постепенно снижают рабочую нагрузку по окончании тренировочного периода до тех пор, пока текущая ЧСС не снизится до предварительно заданного уровня;
осуществляют контроль за тем, чтобы ЧСС пациента находилась в приемлемых границах во время тренировки и автоматически отключают нагрузку, если текущая ЧСС существенно изменится, превышая заданные пределы.The method of training and treatment of the cardiovascular system [1] consists of the following operations:
place the patient on a mechanical simulator, the training load of which can be rapidly changed;
connect a heart rate converter (HR) to the patient;
connect the training load converter to the simulator;
continuously monitor the patient’s heart rate by recursively sampling the signal corresponding to the patient’s heart rate over a series of consecutive time intervals;
Averaging signals over a series of consecutive sampling times to ensure accuracy;
determine the target heart rate for training and therapeutic purposes of the patient;
determine the training period of time for the patient;
driving a simulator for presenting a variable training load to a patient;
gradually increase the training load to increase the patient’s heart rate during the warm-up period;
set the start time of the training period when the current heart rate is within the predefined range of heart rates;
increase, decrease or maintain the training load to maintain the patient’s current heart rate within predetermined limits near the target heart rate during the training period and to prevent both underload and overload;
gradually reduce the workload at the end of the training period until the current heart rate drops to a predetermined level;
they monitor that the patient’s heart rate is within acceptable limits during training and automatically turn off the load if the current heart rate changes significantly, exceeding the specified limits.

Этот способ имеет более высокую эффективность, так как в период разогрева пациент адаптируется к нагрузке, а после тренировки постепенно выходит из тренировочного режима. Однако из-за того, что контроль во время тренировки ведется только по частоте сердечных сокращений, сравнительно велика вероятность возникновения функциональных нарушений сердечно-сосудистой системы во время и после тренировки. This method has higher efficiency, since during the warm-up period the patient adapts to the load, and after training gradually leaves the training regime. However, due to the fact that control during training is conducted only by heart rate, the probability of occurrence of functional disorders of the cardiovascular system during and after training is relatively high.

Целью изобретения является снижение фактора риска при тренировке и лечении сердечно-сосудистой системы с использованием дозированной физической нагрузки, а также повышение эффективности тренировки и ускорение восстановления (реабилитации) при лечении сердечно-сосудистой системы за счет обеспечения оптимального режима дыхания. The aim of the invention is to reduce the risk factor during training and treatment of the cardiovascular system using dosed physical activity, as well as increasing the effectiveness of training and accelerating recovery (rehabilitation) in the treatment of the cardiovascular system by ensuring optimal breathing.

Это достигается тем, что в способе тренировки и лечения сердечно-сосудистой системы, состоящем в том, что перед началом лечения исследуют общеклиническое и функциональное состояние сердечно-сосудистой системы пациента, толерантность пациента к физическим нагрузкам и определяют значения тренировочных нагрузок и соответствующие им значения целевых частот сердечных сокращений, продолжительность тренировки и характер изменения нагрузки во время тренировки, перед началом каждой тренировки измеряют артериальное давление и регистрируют электрокардиограмму, после чего в период разогрева постепенно увеличивают нагрузку на пациента с помощью тренажера до начальной тренировочной нагрузки, затем во время тренировки постоянно измеряют текущее значение частоты сердечных сокращений пациента, изменяют тренировочную нагрузку в соответствии с выбранным характером изменения, сранивают текущее значение частоты сердечных сокращений с целевой частотой, соответствующей значению тренировочной нагрузки и по результатам сравнения изменяют тренировочную нагрузку, поддерживая частоту сердечных сокращений в пределах заданного значения, постепенно уменьшают нагрузку перед окончанием тренировки до снижения текущей частоты сердечных сокращений до предварительно заданного значения, после чего прекращают работу на тренажере, дополнитель перед началом тренировки измеряют и регистрируют коэффициент аритмии, время запаздывания пульсовой волны относительно R-зубца электрокардиограммы, определяют тренировочный ритм дыхания, во время тренировки постоянно измеряют текущее значение коэффициента аритмии, время запаздывания пульсовой волны относительно R-зубца электрокардиограммы, отклонение текущего значения частоты сердечных сокращений от значения целевой частоты сердечных сокращений, смещение сегмента ST в электрокардиограмме, а также постоянно сигнализируют пациенту об отклонении текущей частоты сердечных сокращений от целевой и об отклонении текущего ритма дыхания от заданного тренировочного, при этом если текущее значение коэффициента аритмии больше зарегистрированного перед тренировкой или отклонение текущей частоты сердечных сокращений от целевой в течение заданного времени будет превышать заданную величину, то регистрируют текущую электрокардиограмму, сравнивают ее с записанной до начала тренировки и по результатам сравнения принимают решение о продолжении или прекращении тренировки. Если время запаздывания пульсовой волны относительно R-зубца будет меньше заданной величины, то измеряют артериальное давление у пациента и по результатам измерения принимают решение о продолжении или прекращении тренировки, если же смещение сегмента ST в электрокардиограмме превышает заданную величину, то немедленно прекращают тренировку. This is achieved by the fact that in the method of training and treatment of the cardiovascular system, which consists in the fact that before starting treatment, the general clinical and functional state of the patient’s cardiovascular system, the patient’s exercise tolerance are examined and the values of training loads and the corresponding target frequencies are determined heart rate, the duration of the workout and the nature of the load changes during the workout, before the start of each workout, blood pressure is measured and recorded an electrocardiogram, after which, during the warm-up period, the patient’s load is gradually increased using the simulator to the initial training load, then during the training the patient’s current heart rate is constantly measured, the training load is changed in accordance with the chosen nature of the change, and the current heart rate is saved from target frequency corresponding to the value of the training load and according to the results of the comparison, change the training load, maintaining the hour heart rate within the specified value, gradually reduce the load before the end of the workout until the current heart rate decreases to the preset value, then stop working on the simulator, the arrhythmia is measured and recorded before the start of the workout, the pulse wave lag time relative to the R wave electrocardiograms, determine the training rhythm of breathing, during training, the current value of the arrhythmia coefficient is constantly measured, the delay time pulse wave relative to the R-wave of the electrocardiogram, the deviation of the current value of the heart rate from the value of the target heart rate, the shift of the ST segment in the electrocardiogram, and also constantly signal the patient about the deviation of the current heart rate from the target and the deviation of the current breathing rhythm from the preset training in this case, if the current value of the arrhythmia coefficient is higher than that recorded before training or the deviation of the current heart rate from the target within the predetermined time exceeds the predetermined value, then the current record electrocardiogram, compare it with the stored prior to training and the comparison decide the continuation or termination of exercise. If the time delay of the pulse wave relative to the R-wave is less than the specified value, then the patient's blood pressure is measured and the results of the measurement are decided to continue or stop training, if the ST segment offset in the electrocardiogram exceeds the specified value, then the training is stopped immediately.

Кроме того, во время тренировки измеряют длительность каждой фазы дыхания пациента и сигнализируют пациенту об отклонении их от тренировочной на каждом цикле дыхания. In addition, during training, the duration of each phase of the patient’s breathing is measured and the patient is informed of their deviation from the training on each breathing cycle.

Определяют отношение длительности фазы "вдох" к длительности фазы "выдох" на каждом цикле дыхания, сравнивают его с заранее заданным и, если оно больше заданного более чем в трех циклах подряд, отключают нагрузку, регистрируют текущую электрокардиограмму, сравнивают ее с зарегистрированной до начала тренировки и по результатам сравнения принимают решение о продолжении тренировки. The ratio of the duration of the inhalation phase to the duration of the exhalation phase on each breath cycle is determined, it is compared with a predetermined one and, if it is more than the specified one in more than three cycles in a row, the load is disconnected, the current electrocardiogram is recorded, and it is compared with the one registered before training and according to the results of the comparison, they decide to continue the training.

На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого устройства для тренировки и лечения сердечно-сосудистой системы; на фиг. 2 структурная схема преобразователя частоты сердечных сокращений; на фиг. 3 структурная схема преобразователя время-код; на фиг. 4 структурная схема преобразователя электрокардиограммы; на фиг. 5 структурная схема преобразователя фаз дыхания; на фиг. 6 структурная схема преобразователя нагрузки; на фиг. 7 структурная схема датчика фаз дыхания; на фиг. 8 структурная схема устройства для тренировки и лечения сердечно-сосудистой системы, реализованной на микроЭВМ ZX-Спектрум; на фиг. 9 структурная схема программы управления и контроля электронно-вычислительной машины; на фиг. 10 структурная схема программы тренировки микрокомпьютера; на фиг. 11 алгоритм определения Р_ср, t_а, смещения сегмента ST и К_а; на фиг. 12 алгоритм определения фаз дыхания; на фиг. 13 алгоритм контроля тренировочной нагрузки.In FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed device for training and treatment of the cardiovascular system; in FIG. 2 is a block diagram of a heart rate converter; in FIG. 3 block diagram of the time-code converter; in FIG. 4 block diagram of an electrocardiogram transducer; in FIG. 5 is a structural diagram of a respiratory phase converter; in FIG. 6 is a structural diagram of a load converter; in FIG. 7 is a structural diagram of a respiratory phase sensor; in FIG. 8 is a structural diagram of a device for training and treating a cardiovascular system implemented on a ZX-Spectrum microcomputer; in FIG. 9 is a structural diagram of a control and monitoring program for an electronic computer; in FIG. 10 block diagram of a microcomputer training program; in FIG. 11 algorithm for determining P _cf , t _a , segment displacement ST and K _a ; in FIG. 12 algorithm for determining the phases of respiration; in FIG. 13 algorithm for controlling the training load.

Устройство (фиг. 1) содержит блок управления 1, который состоит из электронно-вычислительной машины (ЭВМ) 2 и подключенных к ней дисплея 3, накопителя на магнитных дисках (НДМ) 4, интерфейса 5. The device (Fig. 1) contains a control unit 1, which consists of an electronic computer (computer) 2 and a display 3 connected to it, a magnetic disk drive (NDM) 4, interface 5.

ЭВМ 2 через интерфейс 5 связана с рядом тренажеров, каждый из которых содержит микрокомпьютер 6 с индикатором 7, интерфейс 8, блок гальванической развязки (БГР) 9, микроконтроллер 10, преобразователь нагрузки 11, нагрузочный блок 12, преобразователь 13 частоты сердечных сокращений, преобразователь 14 электрокардиограммы, преобразователь 15 фаз дыхания. Computer 2 through interface 5 is connected to a number of simulators, each of which contains a microcomputer 6 with indicator 7, interface 8, galvanic isolation unit (BGR) 9, microcontroller 10, load converter 11, load block 12, heart rate converter 13, converter 14 electrocardiograms, transducer of 15 phases of respiration.

Нагрузочный блок 12 соединен с интерфейсом 8 через преобразователь 11. Преобразователи 13, 14 и 15 соединены с интерфейсом 8 через микроконтроллер 10 и УГР 9. Интерфейсы 8 всех тренажеров подключены к линии связи с интерфейсом 5. The load unit 12 is connected to the interface 8 through the converter 11. The converters 13, 14 and 15 are connected to the interface 8 through the microcontroller 10 and the UGR 9. The interfaces 8 of all simulators are connected to the communication line with the interface 5.

Преобразователь 13 (фиг. 2) содержит последовательно соединенные датчик пульса 16, преобразователь 17 время-код, регистр 18 и дешифратор адреса 19. Входы регистра 18 "установка в 0" и "запись" соединены с управляющими выходами преобразователя 17, вход регистра 18 "считывание" подключен к шине управления микроконтроллера 10, входы дешифратора 19 подключены к шине адреса микроконтроллера 10, разрядные выходы регистра 18 к шине данных микроконтроллера 10. Converter 13 (Fig. 2) contains serially connected pulse sensor 16, converter 17 time-code, register 18 and address decoder 19. The inputs of register 18 "set to 0" and "record" are connected to the control outputs of converter 17, the input of register 18 " reading "is connected to the control bus of the microcontroller 10, the inputs of the decoder 19 are connected to the address bus of the microcontroller 10, the bit outputs of the register 18 to the data bus of the microcontroller 10.

Преобразователь 17 (фиг. 3) содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов (ГТИ) 20 и счетчик 21, к входу "уст ановка в 0" которого подключена цепочка из последовательно соединенных формирователя импульсов 22, формирователя 23 заднего фронта импульса и элемента задержки 24, выходы формирователей 22 и 23 соединены с входами "установка в 0" и "запись" регистра 18, разрядные выходы счетчика 21 с разрядными входами регистра 18. The Converter 17 (Fig. 3) contains a series-connected clock pulse generator (GTI) 20 and a counter 21, to the input "set to 0" which is connected to a chain of series-connected pulse shaper 22, the shaper 23 of the leading edge of the pulse and the delay element 24, outputs shapers 22 and 23 are connected to the inputs "set to 0" and "record" of the register 18, the bit outputs of the counter 21 with the bit inputs of the register 18.

Преобразователь 14 (фиг. 4) содержит последовательно соединенные датчик электрокардиограммы 25, усилитель 26 с дискретно перестраиваемой полосой и управляемым коэффициентом усиления, преобразователь напряжение-код 27, первый регистр 28 и дешифратор адреса 29, а также второй регистр 30, разрядные выходы которого подключены к входам управления усилителя 26. Разрядные выходы регистра 28 и разрядные входы регистра 30 соединены с шиной данных микроконтроллера 10, входы дешифратора адреса 23 соединены с шиной адреса микроконтроллера 10, вход считывания регистра 28 и вход записи регистра 30 соединены с шиной управления микроконтроллера 10. The converter 14 (Fig. 4) contains a serially connected electrocardiogram sensor 25, an amplifier 26 with a discretely tunable band and a controlled gain, a voltage-code converter 27, a first register 28 and an address decoder 29, as well as a second register 30, the bit outputs of which are connected to the control inputs of the amplifier 26. The bit outputs of the register 28 and the bit inputs of the register 30 are connected to the data bus of the microcontroller 10, the inputs of the address decoder 23 are connected to the address bus of the microcontroller 10, the read input histra 28 and register entry 30 are connected to the control bus of microcontroller 10.

Преобразователь 15 (фиг. 5) содержит последовательно соединенные датчик фаз дыхания 31, регистр 32 и дешифратор адреса 33. С микроконтроллером 10 соединены разрядные выходы регистра 32 с шиной данных, входы дешифратора адреса 33 с шиной адреса, вход считывания регистра 32 с шиной управления. The Converter 15 (Fig. 5) contains a series-connected respiratory phase sensor 31, a register 32 and an address decoder 33. With the microcontroller 10 are connected the digital outputs of the register 32 with a data bus, the inputs of the address decoder 33 with the address bus, the read input of register 32 with the control bus.

Преобразователь 11 (фиг. 6) содержит микроконтроллер 35, соединенный входом через датчик скорости 35, а выходом через цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 36 и задатчик нагрузки 37 с нагрузочным блоком 12. Converter 11 (Fig. 6) contains a microcontroller 35 connected by an input through a speed sensor 35, and by an output through a digital-to-analog converter (DAC) 36 and load regulator 37 with a load unit 12.

Устройство для тренировки и лечения сердечно-сосудистой системы предназначена для использования в лечебных центрах, санаториях, центральных поликлиниках при одновременной реабилитации множества больных с различными стадиями заболеваний. Устройство обслуживается одним врачом в смену. В качестве примера практической реализации устройства описана система, реализованная на микроЭВМ типа ZX-Спектрум. The device for training and treatment of the cardiovascular system is intended for use in treatment centers, sanatoriums, central clinics while rehabilitation of many patients with various stages of the disease. The device is serviced by one doctor per shift. As an example of the practical implementation of the device, a system is described that is implemented on a ZX-Spectrum microcomputer.

На фиг. 8 приведена структурная схема устройства, в которой в качестве ЭВМ 2 используется микроЭВМ типа ZX-Спектрум с накопителем на магнитных дисках 3, дисплеем 4 типа 32ВТЦ201 и интерфейсом 5 типа RS232, в качестве нагрузочного блока 12 велотренажер типа ВЭТО5С, в качестве микрокомпьютера 6 микроЭВМ типа ZX-Спектрум с индикатором 7 типа 32ВТЦ201 и интерфейсом 8 типа RS232, в качестве микроконтроллера 10 и блока гальванической развязки 9 однокристальная микроЭВМ КР1816ВЕ35 и ретранслятор сигналов интерфейса RS232 с трансформаторной развязкой с изоляцией по ГОСТ 12.2.075-76 класс 11BF, в качестве преобразователей 11, 13, 14 и 15 блоки, структурные схемы которых соответствуют приведенным на фиг. 2, 3, 4, 6 и 7. In FIG. Fig. 8 shows a block diagram of a device in which a ZX-Spectrum microcomputer with a magnetic disk drive 3, a 32VTTs201 type 4 display and an RS232 type 5 interface is used as a computer 2, a VETO5S exercise bike is used as a load block 12, and a 6 microcomputer of a microcomputer type is used ZX-Spectrum with an indicator 7 of type 32ВТЦ201 and an interface of type 8 RS232, as a microcontroller 10 and a galvanic isolation unit 9, a single-chip microcomputer KR1816BE35 and a signal repeater of the RS232 interface with transformer isolation with isolation in accordance with GOST 12.2.075-76 Lass 11BF, as the transducers 11, 13, 14 and 15 units, which correspond to block diagrams of FIG. 2, 3, 4, 6 and 7.

Устройство для тренировки и лечения сердечно-сосудистой системы работает следующим образом. A device for training and treatment of the cardiovascular system works as follows.

На магнитных дисках ЭВМ 2 записаны управляющая программа тренировки, программа редакции нагрузок, библиотека нагрузок по функциональным классам пациентов, исходные данные о каждом пациенте. Все управление происходит в диалоговом режиме с использованием простейших процедур. On the magnetic disks of the computer 2 the control program for training, the program for editing loads, the library of loads for the functional classes of patients, the initial data for each patient are recorded. All control takes place online using the simplest procedures.

После загрузки программного обеспечения возможно два варианта работы программы. Программа редактирования нагрузок предназначена для создания библиотеки программ, необходимых для задания нагрузок пациентам, занимающимся на тренажерах. After downloading the software, there are two options for the program. The load editing program is designed to create a library of programs necessary to set the loads for patients involved in simulators.

Нагрузки относят к трем основным функциональным классам: легкие при щадящем режиме, средние при щадяще-тренирующем режиме, интенсивные при тренирующем режиме. В том случае, когда пациенту нужно задать какой-то особый, неординарный вариант нагрузки, запланирован подраздел в функциональных классах "ПРОЧИЕ". Loads are classified into three main functional classes: lungs in a sparing mode, medium in a sparing-training mode, intense in a training mode. In the case when the patient needs to ask some special, extraordinary load option, a subsection is planned in the functional classes “OTHER”.

Виды нагрузок в функциональных классах подразделяются на нагрузки постоянной мощности, непрерывно возрастающие, ступенчато возрастающие прерывистые, ступенчато возрастающие непрерывные, двухуровневые ступенчатые, непрерывно возрастающие спадающие и т.д. The types of loads in the functional classes are divided into loads of constant power, continuously increasing, stepwise increasing intermittent, stepwise increasing continuous, two-level stepwise, continuously increasing decreasing, etc.

Инструктор (врач) поочередно вызывает на экран дисплея графики нагрузок, относящиеся к функциональному классу пациента, выбирает из них тот, который по его мнению наиболее подходит для тренировки. The instructor (doctor) alternately calls up the load schedules related to the functional class of the patient on the display screen, selects the one that, in his opinion, is most suitable for training.

Если необходимо создать новый график нагрузки, то инструктор (врач) переводит программу в режим редактирования. В этом случае на экране индицируются только координатные оси графика (по вертикальной проценты от максимальной нагрузки, по горизонтальной время тренировки в минутах). Используя джойстик и перемещая маркер по полю графика, инструктор вырисовывает планируемую нагрузку, а затем заносит ее график в библиотеку программ нагрузок. If it is necessary to create a new load schedule, the instructor (doctor) puts the program into edit mode. In this case, only the coordinate axes of the graph are displayed on the screen (vertical percent of the maximum load, horizontal horizontal training time in minutes). Using the joystick and moving the marker along the graph field, the instructor draws the planned load, and then enters its graph into the load program library.

Программа проведения тренировки состоит из двух частей (программ), которые взаимодействуют между собой и работают в различных ЭВМ: программа управления и контроля работает в ЭВМ 2 врача, программа тренировки в микрокомпьютере 6 тренажера. The training program consists of two parts (programs) that interact with each other and work in different computers: the control and monitoring program works in the computer of 2 doctors, the training program in the microcomputer 6 of the simulator.

Программа управления и контроля ЭВМ 2 выполняет следующие функции:
выбор и задание графика нагрузки каждому пациенту и пересылка выбранных программ тренировки на рабочие места пациентов;
контроль за поступлением тревожных сообщений с рабочего места пациента;
запрос результатов тренировки и ЭКГ с рабочего места пациента, от которого поступило тревожное сообщение;
фиксация результатов тренировки каждого пациента на магнитном диске.The computer control and monitoring program 2 performs the following functions:
selecting and setting a load schedule for each patient and forwarding selected training programs to patients'workplaces;
monitoring the receipt of alarm messages from the patient's workplace;
request for training results and ECG from the patient’s workplace from which an alarm message was received;
recording the results of each patient’s training on a magnetic disk.

На фиг. 9 приведена возможная структурная схема программы управления и контроля ЭВМ 2. In FIG. Figure 9 shows a possible block diagram of a computer control and monitoring program 2.

Управление программой осуществляется джойстиком или с клавиатуры (Р вправо, О влево, А вниз, G вверх, ENTER гашетка). После загрузки программы на экране монитора появляется основное "меню", содержащее режимы "загрузка", "ввод", "данные", "Контроль ТС", "Контроль ЭКГ", "ИТОГИ". The program is controlled by the joystick or from the keyboard (P right, O left, A down, G up, ENTER trigger). After downloading the program, the main “menu” appears on the monitor screen containing the modes “download”, “input”, “data”, “Vehicle monitoring”, “ECG monitoring”, “RESULTS”.

В режиме "Загрузка" программа определяет включенные рабочие места пациента и поочередно в каждое рабочее место загружает программу управления тренировкой. Затем в режиме "ввод" вводятся исходные данные для программы тренировки: имя пациента, максимально допустимая нагрузка N_макс, максимально допустимое давления АДмакс, график изменения нагрузки во времени N F(T), время тренировки Т_тр, включая период разогрева Т_раз и период восстановления Твосс, максимально допустимая частота сердечных сокращений Р_макс. Программа рассчитывает значения тренировочных нагрузок и соответствующие им целевые частоты сердечных сокращений N_тр и Р_тр, минимальное время распространения пульсовой волны t_a мин, соответствующее допустимому давлению АДмакс, после чего N_тр F(T), Р_тр F(T), t_aмин, Р_макс и имя пациента передаются в микрокомпьютер 6. После поступления из микрокомпьютера 6 сигнала готовности к работе исходные данные перед началом тренировки записываются на магнитный диск и(или) распечатываются. Одновременно записывается ЭКГ. После того, как будут введены данные на все рабочие места пациентов, включается режим контроля тревожных сообщений с рабочих мест пациентов. При обнаружении тревожного сообщения от какого-либо рабочего места пациента программа переходит в режим "контроля ЭКГ", вызываются исходные данные (ИД) с этого рабочего места, текущее значение частоты сердечных сокращений Р, нагрузки N, время распространения пульсовой волны t_a и текущая электрокардиограмма ЭКГ выводятся на экран видеомонитора, одновременно индицируются исходные данные и ЭКГ, снятые перед тренировкой. Врач анализирует насколько значимы изменения, вызвавшие тревожное сообщение, и по результатам этого анализа принимает решение прекратить ли тренировку, продолжить ли ее в прежнем режиме, или же после изменения нагрузки. Если принимается решение продолжить тренировку с корректировкой исходных данных, то программа переходит в режим "ввод". По окончании тренировки программа работает в режиме "ИТОГИ". В этом режиме на магнитный диск записываются результаты тренировки каждого пациента.In the "Download" mode, the program determines the included patient workstations and, in turn, loads a workout management program into each workplace. Then, in the "input" mode, the initial data for the training program is entered: patient name, maximum allowable load N _max , maximum allowable pressure ADmax, load change graph over time NF (T), training time T _Tr , including warm-up period T _times and recovery period Twoss, maximum permissible heart rate P _max . The program calculates the values of the training loads and the corresponding target heart rate N _tr and P _tr , the minimum pulse wave propagation time t _a min, corresponding to the admissible pressure ADmax, after which N _tr F (T), P _tr F (T), t _a min, R _max and the patient’s name are transferred to the microcomputer 6. After the ready-to-work signal from the microcomputer 6 is received, the initial data are written to a magnetic disk and / or printed out before starting the workout. An ECG is recorded at the same time. After the data on all patient workstations are entered, the control mode of alarm messages from patient workstations is activated. When an alarm message is detected from a patient’s workstation, the program enters the “ECG control” mode, initial data (ID) from this workstation, the current value of the heart rate P, load N, the pulse wave propagation time t _a and the current electrocardiogram are called up ECGs are displayed on the screen of the video monitor, at the same time the initial data and the ECG taken before training are displayed. The doctor analyzes how significant the changes that caused the alarm message are, and according to the results of this analysis, he decides whether to stop the training, whether to continue it in the previous mode, or after changing the load. If a decision is made to continue the training with the adjustment of the initial data, then the program goes into the "input" mode. At the end of the workout, the program works in the "RESULTS" mode. In this mode, the results of each patient’s training are recorded on a magnetic disk.

Прежде чем описать программу, выполняемую микропроцессором 6, опишем работу преобразователей 11, 13, 14, 15. Before describing the program executed by microprocessor 6, we describe the operation of converters 11, 13, 14, 15.

Преобразователь 13 (фиг. 2) преобразует сигнал датчика 16 пульса в код, значение которого соответствует длительности кардиоцикла (R-R интервала). Фотоплетизмографический датчик 16 пульса закрепляется на мочке уха. Формирователь 22 импульса при нарастании пульсовой волны до определенного уровня формирует импульс длительностью около 100 мс, которым регистр 18 устанавливается в нулевое состояние. Формирователь 23 заднего фронта по окончании импульса установки нуля формирует импульс записи, с помощью которого в регистр 18 записывается код состояния счетчика 21, который подсчитывает количество тактовых импульсов генератора 20 между двумя импульсами установки в "нуль" счетчика 21, которые формируются формирователем 23 и задерживаются элементом 24. Таким образом, в регистре 18 хранится код текущего значения длительности кардиоцикла. Перед записью каждого нового кода регистр 18 около 100 мс находится в нулевом состоянии. The Converter 13 (Fig. 2) converts the signal of the pulse sensor 16 into a code whose value corresponds to the duration of the cardiocycle (R-R interval). The photoplethysmographic pulse sensor 16 is attached to the earlobe. The pulse generator 22 when the pulse wave rises to a certain level generates a pulse with a duration of about 100 ms, by which the register 18 is set to zero. The trailing edge generator 23 at the end of the zero-setting pulse generates a recording pulse, with the help of which a status code of the counter 21 is recorded in the register 18, which counts the number of clock pulses of the generator 20 between two zero pulses of the counter 21, which are generated by the former 21 and are delayed by the element 24. Thus, in the register 18 is stored the code of the current value of the duration of the cardiocycle. Before writing each new code, register 18 is about 100 ms in the zero state.

Преобразователь 14 электрокардиограммы преобразует электрокардиосигнал, снимаемый со второго стандартного отведения в двоичный код. Электрод, соединенный с левой ногой, подключается к сигнальному входу усилителя 26, электрод, соединенный с правой рукой к корпусу. Усилитель 26 может быть реализован на микросхемах К572ПА1 (управляемый кодом делитель тока) и К140УД12 (операционный усилитель) по схеме, приведенной в Б.Г.Федорков и др. Микроэлектронные цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи. М. "Радио и связь", 1984 г. стр. 47. Полоса пропускания изменяется переключением конденсаторов входной цепи, коэффициент переключением резисторов в цепи обратной связи. Изменение полосы пропускания необходимо для снижения влияния высокочастотных помех, изменение коэффициента усиления необходимо для калибровки преобразователя 14. Управление усилителем 26 осуществляется при тестировании преобразователей перед тренировкой. Выходное напряжение усилителя 2 аналого-цифровым преобразователем 27 преобразуется в код, который записывается в регистр 29. Таким образом, код в регистре 29 соответствует уровню электрокардиосигнала. The electrocardiogram converter 14 converts the electrocardiogram signal taken from the second standard lead into a binary code. An electrode connected to the left foot is connected to the signal input of the amplifier 26, an electrode connected to the body with the right hand. Amplifier 26 can be implemented on chips K572PA1 (code-controlled current divider) and K140UD12 (operational amplifier) according to the circuit shown in B.G. Fedorkov et al. Microelectronic digital-to-analog and analog-to-digital converters. M. "Radio and Communications", 1984, p. 47. The bandwidth is changed by switching the capacitors of the input circuit, the coefficient by switching the resistors in the feedback circuit. Changing the bandwidth is necessary to reduce the influence of high-frequency interference, changing the gain is necessary for calibrating the transducer 14. The amplifier 26 is controlled when testing the transducers before training. The output voltage of the amplifier 2 by an analog-to-digital converter 27 is converted into a code, which is recorded in register 29. Thus, the code in register 29 corresponds to the level of the cardiac signal.

Преобразователь 15 предназначен для преобразования скорости движения воздуха при входе и выходе в код. На выходе датчика 31 фаз дыхания код равен нулю в паузах, больше нуля при выходе и меньше нуля при вдохе. Этот код записывается в регистр 32. The Converter 15 is designed to convert the speed of air movement at the entrance and exit to the code. At the output of the 31 breathing phase sensor, the code is zero in pauses, greater than zero when exiting, and less than zero when inhaling. This code is written to register 32.

Преобразователь 11 предназначен для преобразования кода тренировочной нагрузки в сигнал управления для нагрузочного блока 12. В частности, когда нагрузочный блок представляет собой велоэрготест ВЭТ-05С, управление нагрузкой осуществляется изменением тока электромагнита тормоза, т.е. задатчик нагрузки 37 представляет собой усилитель тока. Микроконтроллер 34 обеспечивает съем информации о скорости педалирования и передачу этой информации в микрокомпьютер 6 для определения реальной нагрузки за время тренировки и передачу кода тренировочной нагрузки из микрокомпьютера 6 в задатчик нагрузки 37. The converter 11 is designed to convert the training load code into a control signal for the load block 12. In particular, when the load block is a BET-05C bicycle ergot test, the load is controlled by changing the current of the brake electromagnet, i.e. load controller 37 is a current amplifier. The microcontroller 34 provides the removal of information on the speed of pedaling and the transfer of this information to the microcomputer 6 to determine the actual load during the training and the transmission of the training load code from the microcomputer 6 to the load master 37.

Если в качестве нагрузочного блока 12 используется механизированная дорожка, то управление нагрузкой осуществляется ступенчатым включением двигателя подъемного устройства и изменением напряжения питания двигателя скорости, а контроль по информации от датчика скорости движения механизированной дорожки. Если в качестве нагрузочного блока используется силовой тренажер, например, устройство для тренировки гребцов или тренажер для занятий общефизической подготовкой с отягощением, то управление нагрузкой осуществляется изменением тока электромагнитной муфты, управляющей натяжением нагрузочной пружины, а контроль по количеству срабатываний датчика движений. If a mechanized track is used as the load block 12, then the load is controlled by stepwise turning on the engine of the lifting device and changing the voltage supply of the speed motor, and control is based on information from the speed sensor of the mechanized track. If a power simulator is used as a load block, for example, a device for training rowers or a simulator for general physical training with weights, then the load is controlled by changing the current of the electromagnetic clutch that controls the tension of the load spring, and control by the number of movements of the motion sensor.

Микроконтроллер 10 обеспечивает последовательный съем информации с преобразователей 13, 14, 15. Частота опроса 100 кГц. Преобразователи 13, 14 опрашиваются поочередно через 20 мс каждый, преобразователь 15 опрашивается через 0,2 с во время опроса преобразователя 14. The microcontroller 10 provides sequential information retrieval from the converters 13, 14, 15. The sampling frequency is 100 kHz. The transducers 13, 14 are interrogated alternately after 20 ms each, the transducer 15 is interrogated after 0.2 s during the interrogation of the transducer 14.

Программа тренировки, возможная структурная схема приведена на фиг. 10, на каждом рабочем месте пациента управляет процессом тренировки с необходимыми тренировочными нагрузками в каждый момент тренировки и обеспечивает контроль и индикацию:
текущей реальной нагрузки;
текущей частоты сердечных сокращений;
отклонения текущей частоты сердечных сокращений от целевой частоты сердечных сокращений;
текущего времени тренировки;
текущего значения времени распространения пульсовой волны;
смещения участка ST электрокардиограммы за время тренировки;
изменения значения коэффициента аритмии;
текущей частоты дыхания;
отклонения текущей частоты дыхания от заданной;
нарушения ритма дыхания.The training program, a possible block diagram is shown in FIG. 10, at each workplace of the patient controls the training process with the necessary training loads at each moment of training and provides control and indication:
current real load;
current heart rate;
deviations of the current heart rate from the target heart rate;
current training time;
current pulse wave propagation time;
displacement of the ST portion of the electrocardiogram during the training;
changes in the value of the arrhythmia coefficient;
current respiratory rate;
deviations of the current respiratory rate from the set;
respiratory rhythm disturbances.

После загрузки программы вначале осуществляется тестирование преобразователей, во время которого происходит проверка работоспособности датчиков 16, 25, 31 и преобразователей 11, 13, 14, 15 и установка параметров усилителя 30. After downloading the program, the transducers are first tested, during which the operability of the sensors 16, 25, 31 and the transducers 11, 13, 14, 15 is checked and the parameters of the amplifier 30 are set.

После тестирования преобразователей в ЭВМ 2 выдаются сигналы готовности к тренировке, параметры состояния сердечно-сосудистой системы пациента перед тренировкой (частота сердечных сокращений Р, время распространения пульсовой волны t_a, электрокардиограмма), которые фиксируются в памяти ЭВМ 2. После этого начинается отсчет времени тренировки.After testing the converters in computer 2, signals of readiness for training are issued, parameters of the patient’s cardiovascular system before training (heart rate P, pulse wave propagation time t _a , electrocardiogram), which are recorded in computer memory 2. After that, the training time starts .

Каждые 20 мс запускается программа контроля частоты сердечных сокращений (Р), времени распространения пульсовой волны (t_a), смещение сегмента ST электрокардиограммы и изменения коэффициента аритмии (К_а).Every 20 ms, a program to control heart rate (P), pulse wave propagation time (t _a ), ST segment shift of the electrocardiogram and changes in the arrhythmia coefficient (K _a ) is launched.

Каждые 10 с запускается программа контроля тренировочной нагрузки (Nтр), частоты дыхания (Д) и фиксации данных тренировки. Одновременно проверяется текущее время тренировки на равенство времени конца тренировки. При равенстве тренировка прекращается и все результаты тренировки из микрокомпьютера 6 переписываются в память ЭВМ 2. Every 10 s, the program starts to monitor the training load (Ntr), respiratory rate (D) and recording of training data. At the same time, the current training time is checked for equality of time at the end of the training. With equality, the training stops and all the training results from the microcomputer 6 are copied to the memory of the computer 2.

Вышеупомянутые программы заканчиваются проверкой на наличие тревожного сигнала. Если он отсутствует, то программы выполняются на последующих циклах. Если имеется тревожный сигнал, то в ЭВМ 2 выдается текущая электрокардиограмма и данные тренировки, дальнейшее выполнение программы приостанавливается и ожидается решение врача. Если по результатам анализа электрокардиограммы и данных тренировки врач принимает решение о продолжении тренировки, то программа будет продолжаться с текущего времени, если будет принято решение о прекращении тренировки, то тренажер выключается и в ЭВМ 2 передаются все результаты тренировки. The above programs end with a check for an alarm. If it is absent, then the programs are executed in subsequent cycles. If there is an alarm, then in computer 2 the current electrocardiogram and training data are issued, further execution of the program is suspended and a doctor’s decision is expected. If, according to the results of the analysis of the electrocardiogram and the training data, the doctor decides to continue the training, then the program will continue from the current time, if a decision is made to stop the training, the simulator is turned off and all the training results are transmitted to computer 2.

Программа контроля Р, t_a, смещения сегмента ST электрокардиограммы и К_а выполняется следующим образом. На каждом двадцатимилисекундном такте с преобразователей 13, 14 считывается содержимое регистров 18 и 28. Содержимое регистра 28 проверяется по трем условиям.The control program P, t _a , the displacement of the ST segment of the electrocardiogram and K _a is performed as follows. At every twenty-second cycle, the contents of registers 18 and 28 are read from the converters 13, 14. The contents of register 28 are checked according to three conditions.

Первое условие позволяет выделить появление R-зубца в электрокардиограмме. Появление R-зубцв выделяется из условия, что уровень электрокардиосигнала (Э) больше половины максимальной амплитуды положительного выброса электрокардиосигнала в электрокардиограмме до начала тренировки, т.е. The first condition allows you to highlight the appearance of the R-wave in the electrocardiogram. The appearance of R-teeth is distinguished from the condition that the level of the electrocardiogram (E) is more than half the maximum amplitude of the positive emission of the electrocardiogram in the electrocardiogram before the start of training, i.e.

Э > Э1 0,5 Э_макс.E> E1 0.5 E _max .

Текущее время этого события позволяет выделить время появления S-зубца в электрокардиограмме. Появление S-зубца выделяется из условия, что через заданное время после выявления R-зубца уровень электрокардиосигнала Э станет меньше заданного порога Э2, который выбирается на 0,1-0,2 мВ больше уровня S-зубца в электрокардиограмме перед тренировкой. Если в течение заданного времени после появления R-зубца не будет выделен S-зубец, то вырабатывается сигнал тревоги. The current time of this event allows us to distinguish the time of appearance of the S-wave in the electrocardiogram. The appearance of the S-wave is distinguished from the condition that, after a predetermined time after the detection of the R-wave, the level of the electrocardiogram E will become less than the specified threshold E2, which is selected 0.1-0.2 mV higher than the level of the S-wave in the electrocardiogram before training. If, within a specified time after the appearance of the R-wave, the S-wave is not highlighted, an alarm is generated.

Третье условие позволяет определить смещение сегмента ST электрокардиограммы в процессе тренировки. В этом случае уровень кардиосигнала Э через заданное время после появления S-зубца сравнивается с аналогичным уровнем электрокардиосигнала Э3 электрокардиограммы до начала тренировки. Разница между двумя уровнями (Э Э3 дЭ) и будет определять смещение сегмента ST. Если это смещение по абсолютной величине будет превышать заданную величину, то вырабатывается тревожный сигнал. The third condition allows you to determine the offset of the ST segment of the electrocardiogram during training. In this case, the level of the cardiac signal E after a specified time after the appearance of the S-wave is compared with the same level of the electrocardiogram E3 of the electrocardiogram before the start of the training. The difference between the two levels (E E3 dE) will determine the ST segment offset. If this shift in absolute value exceeds a predetermined value, an alarm is generated.

Содержимое регистра 18 проверяется по двум условиям. The contents of register 18 are checked under two conditions.

Если содержимое регистра 18 равно нулю, то фиксируется текущее время этого события и оно считывается временем окончания распространения пульсовой волны (t_к). Из этого времени вычитается время начала распространения пульсовой волны и вычисляется текущее время t_a t_k t_н, которое сравнивается с заданным t_a мин. Если текущее время распространения пульсовой волны t_a меньше заданного, то вырабатывается тревожный сигнал.If the contents of register 18 is equal to zero, then the current time of this event is recorded and it is read out by the end time of pulse wave propagation (t _k ). From this time, the start time of the propagation of the pulse wave is subtracted and the current time t _a t _k t _{n is} calculated, which is compared with the specified t _a min. If the current pulse wave propagation time t _{a is} less than the specified one, an alarm is generated.

Если содержимое регистра 18 не равно нулю, то выполняется программа вычисления среднего значения частоты сердечных сокращений (Р_ср) и коэффициента аритмии (К_а).If the contents of the register 18 is not equal to zero, then the program for calculating the average value of the heart rate (P _cf ) and the arrhythmia coefficient (K _a ) is executed.

Содержимое регистра 18 Т_i сравнивается со средним значением длительности кардиоцикла Т_ср. Если Т_i T_ср: > 0,5Т_ср, т.е. текущее значение длительности кардиоцикла значительно отличается от среднего значения, то текущее значение длительности этого кардиоцикла при вычислении среднего значения не учитывается, а отмечается факт появления экстрасистолы. Факты появления экстрасистол подсчитываются и, если их число до окончания вычисления Т_ср превысит заданное число (А > А_кр), то тренировка прекращается и выдается тревожный сигнал.The contents of the register 18 T _{i is} compared with the average duration of the cardiocycle T _cf. If T _i T _cf :> 0.5 T _cf, i.e. the current value of the duration of the cardiocycle is significantly different from the average value, then the current value of the duration of this cardiocycle is not taken into account when calculating the average value, but the fact of the appearance of extrasystole is noted. The facts of the appearance of extrasystoles are calculated and, if their number before the end of the calculation, T _cp exceeds the specified number (A> A _cr ), then the training stops and an alarm is issued.

Если Т_i T_ср: < 0,5 Т_ср, то T_i суммируется с ранее измеренными. Для определения Т_ср суммируется фиксированное (М_кр) количество Т_i. Среднее значение длительности кардиоциклов определяется по формуле
T_ср

Средняя частота сердечных сокращений
Р_ср 60/Т_ср, уд./мин.If T _i T _cf : <0.5 T _cf , then T _{i is} summed with previously measured. To determine T _{cf, a} fixed (M _cr ) amount of T _{i is} summed. The average duration of cardiocycles is determined by the formula
T _cf

Average heart rate

P

_cf. 60 / T _cf. bpm

коэффициент аритмии К_а А/М_кр.arrhythmia coefficient K _a A / M _cr .

Вновь вычисленное Р_ср сравнивается с максимально допустимой для пациента частотой сердечных сокращений Р_макс и, если Р_ср > Р_макс, то вырабатывается тревожный сигнал.The newly calculated P _{cf is} compared with the maximum heart rate P _max for the patient and, if P _cf > P _max , an alarm is generated.

Вновь измеренный К_а сравнивается с значением К_ао, измеренным до тренировки, и если К_а > К_ао, то вырабатывается тревожный сигнал и тренировка прекращается.The newly measured K _{a is} compared with the value of K _ao measured before training, and if K _a > K _ao , an alarm is generated and the training stops.

Программа контроля нагрузки выполняется следующим образом. Через каждые 10 с проверяется соответствие текущей частоты сердечных сокращений тренировочной нагрузке. Из памяти микрокомпьютера 6 извлекаются соответствующие текущему времени значения тренировочной частоты сердечных сокращений Р_тр и тренировочной частоты сердечных сокращений Р_тр и тренировочной нагрузки N_тр. Из преобразователя 11 считывается значение частоты педалирования "w". Код N_тр передается в преобразователь 11 и преобразуется для задания тренировочной нагрузки. Р_тр сравнивается с текущим Р_ср. Если разница между Р_тр и Р_ср не выходит за заданные пределы, то нагрузка сохраняется и в память микрокомпьютера 6 записываются данные тренировки (текущее время, Р_ср, t_a и реальная нагрузка N). Если разница между Р_тр и Р_ср будет превышать предельное значение, то тренировочная нагрузка уменьшается за заданную величину, если Р_ср больше или увеличивается на заданную величину, если Р_ср меньше, и устанавливается время ожидания в одну минуту. Если за это время Р_ср в пределах допуска сравнялось с Р_тр, то тренировка продолжается дальше без изменений, если же нет, то вырабатывается тревожный сигнал. Для того, чтобы пациент лучше контролировал прохождение тренировки, на экране дисплея каждые 10 с отображаются Р_ср, дР Р_тр Р_ср и w.The load control program is as follows. Every 10 s, the correspondence of the current heart rate to the training load is checked. The values of the training heart rate R _tr and the training heart rate R _tr and the training load N _tr are extracted from the memory of the microcomputer 6. From the transducer 11 is read the value of the cadence frequency "w". Code N _Tr is transferred to the converter 11 and converted to set the training load. P _{Tr is} compared with the current P _cf. If the difference between P _Tr and P _cf does not go beyond the specified limits, then the load is saved and the training data (current time, P _cf , t _a and real load N) are recorded in the memory of microcomputer 6. If the difference between P _Tr and P _cf will exceed the limit value, then the training load decreases by a predetermined amount, if P _{cf is} greater or increases by a predetermined amount, if P _{cf is} less, and a waiting time of one minute is set. If during this time P _cf within the tolerance is equal to P _tr , then the training continues further without changes, if not, then an alarm is generated. In order for the patient to better control the progress of the training, on the display screen every 10 s P _r , d R P _tr R _cp and w are displayed.

Программа контроля фаз дыхания выполняется в следующей последовательности (фиг. 12). The respiratory phase control program is carried out in the following sequence (Fig. 12).

Регистр 32 опрашивается каждые 200 мс. Содержимое регистра 32 проверяется на равенство нулю. Содержимое регистра 32 будет больше нуля, если опрос произошел во время выдоха, равно нулю, если опрос произошел во время паузы и меньше нуля, если во время вдоха. Register 32 is polled every 200 ms. The contents of register 32 are checked for equality to zero. The contents of register 32 will be greater than zero if the interrogation occurred during expiration, equal to zero if the interrogation occurred during a pause and less than zero if during inspiration.

Если содержимое регистра 32 больше нуля, то вначале проверяется зафиксировано ли время появления этого факта (ТД1). Если оно не зафиксировано, т.е. ТД1 0, то текущее время фиксируется как начало выдоха (ТД1 ti). If the contents of register 32 is greater than zero, then it is first checked whether the time of occurrence of this fact is fixed (TD1). If it is not fixed, i.e. TD1 0, then the current time is recorded as the beginning of exhalation (TD1 ti).

Затем проверяется было ли зафиксировано на предыдущих тактах время начала паузы ТД2 или время начало вдоха ТД3. Если было зафиксировано ТД2, то вычисляется длительность паузы перед выдохом Тп1 ТД1 ТД2, если ранее было зафиксировано ТД3, то вычисляется длительность вдоха Твд ТД1 ТД3. Then it is checked whether the start time of the TD2 pause or the start time of the TD3 inspiration was recorded on previous measures. If TD2 was recorded, then the duration of the pause before exhaling TP1 TD1 TD2 is calculated, if previously TD3 was recorded, then the inspiratory duration TVd TD1 TD1 is calculated.

Если содержимое регистра 32 равно нулю, то проверяется было ли раньше зафиксировано время начала паузы ТД2. Если не было, то текущее время фиксируется как ТД2. Затем проверяется, что было ранее зафиксированно ТД1 или ТД3. Если ранее было зафиксировано ТД1, то вычисляется длительность выдоха Твыд ТД2 ТД1. Если ранее было зафиксировано ТД3, то вычисляется длительность вдоха Т_вд ТД2 ТД3.If the contents of register 32 is zero, then it is checked whether the start time of the TD2 pause has been previously fixed. If not, then the current time is recorded as TD2. Then it is checked that TD1 or TD3 was previously recorded. If TD1 was previously recorded, then the expiration time Tvid TD2 TD1 is calculated. If you have previously registered AP3, the calculated inspiratory duration T _vd AP2 AP3.

Если содержимое регистра 32 не больше "нуля" и не равно "нулю", т.е. меньше "нуля", то проверяется зафиксировано ли время появления этого факта ранее. Если нет, то текущее время фиксируется как время начала вдоха ТД3. Затем проверяется, что было зафиксировано на предыдущих тактах ТД2 или ТД1. Если было зафиксировано ранее ТД2, то вычисляется длительность паузы перед вдохом ТП2 ТД3 ТД2, если зафиксировано ранее ТД1, то вычисляется длительность выдоха Т_выд ТД3 ТД1.If the contents of register 32 are not greater than “zero” and not equal to “zero”, i.e. less than "zero", then it is checked whether the time of the appearance of this fact is fixed earlier. If not, then the current time is recorded as the start time of the TD3 inspiration. Then it is checked what was recorded on the previous measures TD2 or TD1. If it detected earlier TD2, the calculated length of the pause before inhaling TP2 AP3 AP2, AP1 if detected earlier, the calculated expiratory duration T _vyd AP3 AP1.

При выполнении программы контроля фаз дыхания осуществляется индикация графика дыхания на индикаторе 7. Заданный график дыхания отображается сплошной линией одного цвета, текущий график дыхания отображается точками другого цвета. When the respiratory phase monitoring program is being executed, the respiratory graph is displayed on indicator 7. The specified respiratory graph is displayed by a solid line of one color, the current respiratory graph is displayed by dots of a different color.

Тревожный сигнал вырабатывается, если в течение трех измерений при очень коротких паузах суммарная длительность вдоха будет в три раза превышать длительность выдоха. Наличие тревожного сообщения будет свидетельствовать об отдышке у пациента и о необходимости прекратить тренировку. An alarm is generated if, during three measurements with very short pauses, the total duration of inspiration will be three times the duration of exhalation. The presence of an alarm message will indicate a shortness of breath in the patient and the need to stop training.

Таким образом, предлагаемое устройство для тренировки и лечения сердечно-сосудистой системы имеет существенные преимущества перед известными. Оно позволяет практически полностью исключить фактор риска при реабилитации больных, перенесших заболевания сердечно-сосудистой системы. Thus, the proposed device for training and treatment of the cardiovascular system has significant advantages over the known. It allows you to almost completely eliminate the risk factor in the rehabilitation of patients who have had diseases of the cardiovascular system.

Это достигается за счет того, что при проведении тренировки дополнительно контролируется повышение артериального давления у пациента, адаптация сердечно-сосудистой системы к смене нагрузки, возможность возникновения патологических явлений, предвестником которых является появление экстрасистол или отдышка. This is achieved due to the fact that during the training, the patient's blood pressure increase is additionally controlled, the cardiovascular system adapts to load changes, the possibility of pathological phenomena, the precursor of which is the appearance of extrasystoles or shortness of breath.

Кроме того, устройство позволяет оптимизировать режим тренировки путем использования биологической обратной связи по частоте сердечных сокращений и дыханию. In addition, the device allows you to optimize the training regimen by using biological feedback on heart rate and respiration.

Особенно эффективно при тренировке выдерживать заданный ритм дыхания, так как сама дыхательная гимнастика является лечебным мероприятием. Контроль за ритмом дыхания, длительностью каждой из фаз дыхания, существенно расширяют возможности изобретения. It is especially effective during training to maintain a given breathing rhythm, since respiratory gymnastics itself is a therapeutic measure. Control of the rhythm of breathing, the duration of each of the phases of respiration, significantly expand the scope of the invention.

Устройство разработано для применения в санаторно-курортной практике, а также для реабилитационных и восстановительных центров, рассчитано на одновременную работу с десятью пациентами. The device is designed for use in spa practice, as well as for rehabilitation and rehabilitation centers, designed for simultaneous work with ten patients.

Датчик фаз дыхания (фиг. 5) содержит датчик дыхания 38, выполненный в виде трубки 39, разделенной на проходную 40 и глухую 41 камеры, в проходной камере 40 размещен терморезистор "вдох" 42, а в глухой камере 41 терморезистор "выдох" 43, каждый из терморезисторов 42, 43 включены в цепь положительной обратной связи преобразователей 44, 45 температура-напряжение с автобалансным мостом. Преобразователь 44 содержит усилитель 46, охваченный положительной обратной связью (резистор 48 и терморезистор 43) и отрицательной (резистор 50, 51) обратной связью, преобразователь 45 содержит усилитель 47, охваченный положительной (резистор 49 и терморезистор 42) и отрицательной (резисторы 52, 53) обратной связью. Выход преобразователя 44 через усилитель-ограничитель 54 соединен с первым входом (входом "1,0") весового сумматора 58, выход преобразователя 45 через удвоитель напряжения 55 (усилитель с коэффициентом усиления по напряжению, равным 2), усилитель-ограничитель 56 и инвертор 57 соединены с вторым входом (вход "0,5") весового сумматора 58, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 59. Весовой сумматор 58 представляет собой операционный усилитель 60, охваченный положительной обратной связью через резисторы 61, к неинвертируемому входу которого подключены резисторы 62 и 63. Величина сопротивления резистора 62, подключенного к выходу усилителя-ограничителя 54, равна величине сопротивления резистора 61, величина сопротивления резистора 63, подключенного к выходу инвертора 57, в два раза больше сопротивления резистора 61. The respiratory phase sensor (Fig. 5) contains a respiratory sensor 38, made in the form of a tube 39, divided into a passage 40 and a blind chamber 41, an inhalation thermistor 42 is placed in the passage chamber 40, and an exhalation thermistor 43 in the blind chamber 41, each of the thermistors 42, 43 are included in the positive feedback circuit of the converters 44, 45 temperature-voltage with a self-balancing bridge. Converter 44 contains an amplifier 46 covered by positive feedback (resistor 48 and thermistor 43) and negative (resistor 50, 51) feedback, converter 45 contains amplifier 47 covered by positive (resistor 49 and thermistor 42) and negative (resistors 52, 53 ) feedback. The output of the converter 44 through the amplifier-limiter 54 is connected to the first input (input "1.0") of the weight adder 58, the output of the converter 45 through a voltage doubler 55 (an amplifier with a voltage gain of 2), an amplifier-limiter 56, and an inverter 57 connected to the second input (input "0.5") of the weight adder 58, the output of which is connected to the input of an analog-to-digital converter (ADC) 59. The weight adder 58 is an operational amplifier 60, covered by positive feedback through resistors 61, to non-invertible the input of which is connected to the resistors 62 and 63. The resistance value of the resistor 62 connected to the output of the amplifier-limiter 54 is equal to the resistance value of the resistor 61, the resistance value of the resistor 63 connected to the output of the inverter 57 is two times greater than the resistance of the resistor 61.

Работает датчик без дыхания следующим образом. The sensor works without breathing as follows.

При вдохе и выдохе через трубку датчика дыхания 38 протекают потоки воздуха, при вдохе поток воздуха проходит через проходную камеру 40, при выдохе воздух дополнительно попадает в глухую камеру 41. В исходном состоянии при отсутствии воздушных потоков, при включении питания датчика температура терморезисторов 42, 43 низкая, сопротивление велико и коэффициент положительной обратной связи в преобразователях 44, 45 превышает коэффициент отрицательной обратной связи, выходной ток каждого усилителя разогревает терморезистор до тех пор, пока коэффициенты положительной и отрицательной обратной связи не сравняются. During inhalation and exhalation, air flows through the tube of the breathing sensor 38, when inhaling, the air flow passes through the passage chamber 40, when exhaling, the air additionally enters the deaf chamber 41. In the initial state, when there are no air flows, when the sensor is powered on, the temperature of the thermistors 42, 43 low, the resistance is large and the positive feedback coefficient in the converters 44, 45 exceeds the negative feedback coefficient, the output current of each amplifier heats the thermistor until the coefficient cients of positive and negative feedback is not equal.

С этого момента мост каждого преобразователя 44, 45 автобалансируется, т.е. выходной ток усилителя будет поддерживать постоянным сопротивление терморезистора. При обдувании терморезистора потоком воздуха на вдохе или выдохе, температура терморезистора уменьшается, сопротивление возрастает, выходной ток усилителя увеличивается с тем, чтобы скомпрессировать падение температуры терморезистора. Когда обдув прекращается, температура терморезистора повышается, сопротивление уменьшается и соответственно уменьшается выходной ток усилителя, чтобы скомпрессировать повышение температуры терморезистора. Таким образом на выходе преобразователя 44 будут положительные импульсы при каждом выдохе, а на выходе преобразователя 45 при каждом вдохе и выдохе. В усилителе 54 и удвоителе напряжения 55 компенсируется постоянная составляющая (убирается пьедестал). From this moment, the bridge of each converter 44, 45 is automatically balanced, i.e. the output current of the amplifier will keep the resistance of the thermistor constant. When a thermistor is blown with air by inhaling or exhaling, the temperature of the thermistor decreases, the resistance increases, the output current of the amplifier increases in order to compress the temperature drop of the thermistor. When the blowing stops, the temperature of the thermistor rises, the resistance decreases and the output current of the amplifier decreases accordingly, in order to compress the increase in temperature of the thermistor. Thus, the output of the transducer 44 will be positive pulses at each exhalation, and the output of the transducer 45 at each inhalation and exhalation. In the amplifier 54 and voltage doubler 55, the DC component is compensated (the pedestal is removed).

Осуществляется это либо подачей соответствующего смещения в входную цепь усилителя, либо путем потенциальной развязки с помощью оптоэлектронной пары. Усилители-ограничители 54 и 55 имеют одинаковый порог ограничения. Напряжение с усилителя-ограничителя 56 инвертируется с помощью инвертора 57 и подается на вход операционного усилителя 60 через резистор 63, сопротивление которого в 2 раза больше каждого из сопротивлений резисторов 62, 61 и таким образом на выходе сумматора 58 получается результат вычитания из напряжения с выхода усилителя-ограничителя 56, а напряжение на выходе сумматора 58 положительно при вдохе, равно нулю в паузах и отрицательно при выдохе, амплитуда положительного и отрицательного напряжений равна половине порога ограничения усилителей-ограничителей 54, 56. Знак кода на выходе АЦП 59 свидетельствует о фазе дыхания. This is done either by applying the appropriate bias to the input circuit of the amplifier, or by potential isolation using an optoelectronic pair. Limiting amplifiers 54 and 55 have the same limiting threshold. The voltage from the amplifier-limiter 56 is inverted using the inverter 57 and is fed to the input of the operational amplifier 60 through a resistor 63, the resistance of which is 2 times greater than each of the resistances of the resistors 62, 61 and thus the result of subtracting the voltage from the output of the amplifier at the output of adder 58 limiter 56, and the voltage at the output of the adder 58 is positive when inhaling, equal to zero in pauses and negative when exhaling, the amplitude of the positive and negative voltages is equal to half the limit threshold of the amplifiers of the contactors 54, 56. The sign of the code at the output of the ADC 59 indicates the phase of respiration.

Датчик фаз дыхания имеет более высокую точность регистрации фаз дыхания. Это обусловлено следующими обстоятельствами. В устройстве-прототипе терморезисторы размещены в трубке датчика дыхания с разных сторон нагревателя, поэтому при вдохе или выдохе один терморезистор нагревается, а другой охлаждается, поэтому из-за конденсации влаги выдыхаемого воздуха на одном из терморезисторов ухудшается крутизна характеристики датчика, снижается точность выделения фаз дыхания. Кроме того, чувствительность датчика во многом зависит от температуры окружающего воздуха, а из-за наличия дифференцирующего звена при энергичных вдохах и выдохах возможны ложное срабатывание RS-триггера и искажение информации при вдохе или выдохе. В предлагаемом датчике дыхания терморезисторы разогреты до 100^o С, датчик дыхания реагирует только на охлаждение терморезистора и так как температура терморезистора намного выше температуры выдыхаемого и окружающего воздуха, влияние внешней среды не сказывается.The respiratory phase sensor has a higher accuracy of registration of respiratory phases. This is due to the following circumstances. In the prototype device, the thermistors are placed in the tube of the breathing sensor on different sides of the heater, so when inhaling or exhaling, one thermistor heats up and the other cools, therefore, due to the condensation of moisture in the exhaled air on one of the thermistors, the steepness of the sensor's characteristics worsens, and the accuracy of the allocation of breathing phases decreases . In addition, the sensitivity of the sensor largely depends on the ambient temperature, and due to the presence of a differentiating link with vigorous inspiration and exhalation, the RS trigger can be triggered incorrectly and information may be distorted during inspiration or expiration. In the proposed breathing sensor, the thermistors are heated to 100 ^o C, the breathing sensor responds only to the cooling of the thermistor and since the temperature of the thermistor is much higher than the temperature of the exhaled and ambient air, the influence of the environment does not affect.

Наличие усилителей-ограничителей позволяет вести обработку нормированных сигналов и снизить влияние флюктуаций внешней температуры на работу датчика фаз дыхания. Действительно, если изменение напряжения на выходе преобразователя температура-напряжение равно
дU U(t) + дU^t, где U(t) изменение напряжения за счет охлаждения терморезистора потоком воздуха;
дU^t изменение напряжения за счет изменения температуры воздуха, пьедестал в усилителе-ограничителе 54 и удвоителе напряжения 55 будет скомпенсирован полностью, а это достигается, если сигнал с преобразователей 44 и 45 подавать через оптоэлектронную пару, то напряжение на выходе усилителя-ограничителя 54
U₅₄ U_пр + кдU^t, а напряжение на выходе усилителя-ограничителя 56
U₅₆ U_пр + 2kдU^t, где U_пр порог ограничения;
k коэффициент усиления усилителя-ограничителя в линейной части.The presence of limiter amplifiers allows the processing of normalized signals and reduces the effect of fluctuations in external temperature on the operation of the respiratory phase sensor. Indeed, if the change in voltage at the output of the temperature-voltage converter is
dU U (t) + dU ^t , where U (t) is the change in voltage due to cooling of the thermistor by air flow;
dU ^t voltage change due to changes in air temperature, the pedestal in the amplifier-limiter 54 and the voltage doubler 55 will be fully compensated, and this is achieved if the signal from the converters 44 and 45 is fed through an optoelectronic pair, then the voltage at the output of the amplifier-limiter 54
U ₅₄ U _pr kdU + ^t, and the voltage at the output of the amplifier-limiter 56
U ₅₆ U _pr 2kdU + ^t, where U _pr limit threshold;
k gain of the amplifier-limiter in the linear part.

На выходе весового сумматора напряжение равно при вдохе
U_58вдох kдU^t 0,5U_огр 0,5*2kдU^t-0,5U_огр; при выдохе
U_58выд U_огр + kдU^t 0,5U_огр 0,5*2kдU^t= 0,5U_огр; при паузе
U_58пауз kдU^t 0,5*2kдU^t 0.At the output of the weight adder, the voltage is equal to when inhaling
U _{58 breath} kdU ^t 0.5U _ogre 0.5 * 2kdU ^t -0.5U _ogre ; on exhalation
U _{58 out} U _ogre + kdU ^t 0.5U _ogre 0.5 * 2kdU ^t = 0.5U _ogre ; when paused
U _{58 pause} kdU ^t 0.5 * 2kdU ^t 0.

Таким образом, при равенстве характеристик преобразователей 44, 45 (это легко достигается подбором терморезисторов 42, 43) и усилителей ограничителей 54, 56 практически можно полностью исключить влияние внешней среды, а так как при вдохе и выдохе напряжения разнополярны, полностью исключаются ошибки в регистрации фаз дыхания. Thus, if the characteristics of the converters 44, 45 are equal (this is easily achieved by selecting the thermistors 42, 43) and the limiter amplifiers 54, 56, it is almost possible to completely exclude the influence of the external environment, and since inhalation and exhalation of the voltage are multipolar, errors in phase registration are completely eliminated breathing.

Датчик фаз дыхания легко реализуется на серийных интегральных микросхемах. В качестве операционных усилителей могут использоваться микросхемы К140УД7, схема преобразователя температура-напряжение с автобалансным мостом описана на стр. 157-158 книги В.Н.Щербакова и Г.И.Грездова "Электронные схемы на операционных усилителях". Справочник, Киев, Техника, 1983. The respiratory phase sensor is easily implemented on serial integrated circuits. K140UD7 microcircuits can be used as operational amplifiers, the temperature-voltage converter circuit with an auto-balanced bridge is described on pages 157-158 of the book by V. N. Scherbakov and G. I. Grezdov "Electronic circuits on operational amplifiers." Handbook, Kiev, Technique, 1983.

В качестве аналого-цифрового преобразователя может использоваться ИМС К572ПВ1. As an analog-to-digital converter, the IC K572PV1 can be used.

Для реализации предлагаемого способа тренировки и лечения сердечно-сосудистой системы с использованием предлагаемого устройства врач предварительно изучает общеклиническое состояние пациента по истории болезни, результатам клинического обследования путем внешнего осмотра, определяет его функциональное состояние, способность переносить физические нагрузки с помощью нагрузочной пробы, например с помощью велоэргометрии по методике, описанной в "Инструкции по проведению велоэргометрии", разработанной в Киевском НИИ медицинских проблем физической культуры под руководством профессора Б.П. Преварского (см. ВЭ05.00.00.00.00.ПС. Велоэрготест ВЭ05 "Ритм", Паспорт, совмещенный с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации) или в справочнике под редакцией Т.С.Виноградовой "Инструментальные методы исследования сердечно-сосудистой системы" с. 123-128, М. "Медицина", 1986 г. В результате велоэргометрии определяются максимально переносимая нагрузка МN, частота сердечных сокращений на максимальной нагрузке МР, пороговая нагрузка РN, тренировочная нагрузка ТRN, максимальная тренировочная нагрузка МТRN, пороговая частота сердечных сокращений РР, целевая частота сердечных сокращений ТRP, максимальная целевая частота сердечных сокращений МТRP. Соотношения между перечисленными величинами рекомендуется выбирать такими: PN 0,75 MN; MTRN 0,85 PN; TRN 0,5 PN; PP 0,75 MP; MTRP 0,75 PP; TRP 0,5 PP. To implement the proposed method of training and treatment of the cardiovascular system using the proposed device, the doctor first studies the general clinical condition of the patient according to the medical history, the results of the clinical examination by external examination, determines his functional state, the ability to tolerate physical activity using a stress test, for example, using bicycle ergometry according to the method described in the "Instructions for conducting bicycle ergometry" developed at the Kiev Research Institute of Medical Samples The physical culture lecture under the guidance of Professor B.P. Prevarsky (see VE05.00.00.00.00. PS Veloergotest VE05 "Rhythm", Passport, combined with technical description and instructions for use) or in the reference edited by T.S. Vinogradova "Instrumental methods for the study of the cardiovascular system" p. 123-128, M. "Medicine", 1986. As a result of bicycle ergometry, the maximum tolerated load MN, the heart rate at the maximum load MP, the threshold load PN, the training load TRN, the maximum training load MTN, the threshold heart rate PP, target heart rate TRP, maximum target heart rate MTRP. The ratios between the listed values are recommended to be chosen as follows: PN 0.75 MN; MTRN 0.85 PN; TRN 0.5 PN; PP 0.75 MP; MTRP 0.75 PP; TRP 0.5 PP.

Начальную нагрузку NN и конечную нагрузку ZN рекомендуется выбирать равными одной пятой или одной четвертой предельной нагрузке РN, т.е. It is recommended that the initial load NN and the final load ZN be equal to one fifth or one fourth of the ultimate load PN, i.e.

NN ZN 0,2-0,25 PN. NN ZN 0.2-0.25 PN.

Все эти данные заносятся в карточку пациента. Кроме того, при велоэргометрии дополнительно измеряется артериальное давление АД при разных нагрузках и соответствующее ему время запаздывания t_a пульсовой волны относительно R-зубца электрокардиограммы во втором стандартном отведении и на основе этих измерений экспонируется зависимость t_a f(АД).All these data are recorded in the patient card. In addition, during bicycle ergometry, blood pressure is additionally measured at different loads and the corresponding delay time t _{a of the} pulse wave relative to the R-wave of the electrocardiogram in the second standard lead and the dependence t _a f (BP) is displayed based on these measurements.

По этой зависимости определяется значение t_a мин, соответствующее предельному давлению для пациента.From this dependence, the value of t _a min is determined, which corresponds to the maximum pressure for the patient.

Изучив состояние больного, врач определяет для пациента периодичность проведения тренировок, их продолжительность, характер изменения нагрузки в процессе тренировки, назначает соответствующее медикаментозное лечение. Эти сведения также заносятся в карточку пациента. After examining the patient’s condition, the doctor determines for the patient the frequency of training, their duration, the nature of the load changes during the training, prescribes the appropriate drug treatment. This information is also recorded on the patient card.

Перед каждой тренировкой врач измеряет артериальное давление, снимает электрокардиограмму и на основе анализа электрокардиограммы задает предельное значение параметров функционального состояния сердечно-сосудистой системы предельное значение частоты сердечных сокращений во время тренировки Рмакс, минимальное время запаздывания пульсовой волны относительно R-зубца электрокардиограммы, допустимое смещение сегмента ST электрокардиограммы во время тренировки дЭ. Before each training session, the doctor measures blood pressure, takes the electrocardiogram and, based on the analysis of the electrocardiogram, sets the limit value of the parameters of the functional state of the cardiovascular system, the limit value of the heart rate during training Rmax, the minimum delay time of the pulse wave relative to the R-wave of the electrocardiogram, the permissible shift of the ST segment electrocardiogram during training DE.

Работа на тренажере производится в три этапа. Вначале, в период разогрева, продолжительность которого 3-5 мин, нагрузка на пациента равномерно увеличивается от нулевой до начальной тренировочной NN. Период разогрева необходим, чтобы пациент адаптировался к нагрузке. Work on the simulator is carried out in three stages. Initially, during the warm-up period, the duration of which is 3-5 minutes, the patient's load increases uniformly from zero to the initial training NN. A warm-up period is necessary for the patient to adapt to the load.

Затем наступает период тренировки. Длительность тренировки в зависимости от состояния пациента устанавливается в пределах 10-35 мин. Характер изменения нагрузки выбирается врачом исходя из диагноза заболевания. Нагрузка изменяется в пределах 0,2-0,75PN. Конечная нагрузка устанавливается равной начальной. Then comes the training period. The duration of the training, depending on the patient's condition, is set within 10-35 minutes. The nature of the load change is chosen by the doctor based on the diagnosis of the disease. The load varies between 0.2-0.75PN. The final load is set equal to the initial.

По окончании тренировки наступает период охлаждения (восстановления), в течение которого нагрузка постепенно снижается до "нуля". Рекомендуемая продолжительность этого периода не менее 1 мин, однако тренировочное движение при нулевой нагрузке продолжается до тех пор, пока частота сердечно-сосудистых сокращений не снизится до начальной тренировочной. At the end of the training, a cooling (recovery) period begins, during which the load gradually decreases to zero. The recommended duration of this period is at least 1 min, however, the training movement at zero load continues until the frequency of cardiovascular contractions decreases until the initial training.

Выбрав нагрузочную кривую (характер изменения нагрузки во времени) для текущей тренировки, врач определяет целевую частоту сердечных сокращений для каждого уровня нагрузки (для каждой тренировочной нагрузки) и ритм дыхания, который предъявляют пациенту для саморегуляции. By choosing a load curve (the nature of the change in load over time) for the current training, the doctor determines the target heart rate for each load level (for each training load) and the breathing rhythm that is presented to the patient for self-regulation.

Во время тренировки постоянно измеряются текущая и средняя частота сердечных сокращений, подсчитывается количество экстрасистол и компенсаторных пауз и определяется коэффициент аритмии, измеряется время запаздывания пульсовой волны относительно R-зубца электрокардиограммы во втором стандартном отведении и прогнозируется появление отдышки, измеряется смещение сегмента ST электрокардиограммы и прогнозируется возможность возникновения приступа стенокардии или появления сердечной недостаточности. During training, the current and average heart rate are constantly measured, the number of extrasystoles and compensatory pauses are calculated and the arrhythmia coefficient is determined, the time delay of the pulse wave relative to the R-wave of the electrocardiogram in the second standard lead is measured and the appearance of shortness of breath is predicted, the ST segment offset of the electrocardiogram is measured and the possibility of the occurrence of an attack of angina pectoris or the appearance of heart failure.

Для обеспечения саморегуляции пациентом ритма дыхания и пульса осуществляется отображение рекомендуемого графика дыхания, измеряемого графика дыхания и отклонения текущего пульса от задаваемого. Кроме того, отображается скорость выполнения физических упражнений, чтобы пациент во время тренировки поддерживал ее на постоянном уровне. Врач постоянно контролирует динамику перечисленных параметров и выделяет следующие тревожные симптомы:
1) когда время распространения пульсовой волны становится меньше заданной величины, что свидетельствует о повышении артериального давления до предельно допустимого значения. В этом случае врач измеряет артериальное давление пациента, анализирует изменения в электрокардиограмме, выравнивая текущую электрокардиограмму с электрокардиограммой в состоянии покоя, снятой перед тренировкой. Если артериальное давление действительно равно или больше предельно допустимого или в электрокардиограмме появились существенные изменения, то врач прекращает тренировку и вносит коррективы в программу лечения (назначает дополнительно медикаментозное лечение, изменяет тренировочные нагрузки или длительность тренировки и др.);
2) когда смещение сегмента ST в текущей электрокардиограмме превысит более чем на 0,1 мВ смещения в электрокардиограмме, снятой до тренировки, что сигнализирует о возможности возникновения приступа стенокардии или появления сердечной недостаточности. В этом случае врач прекращает тренировку и вносит коррективы в программу лечения;
3) когда коэффициент аритмии по своему значению превысит значение коэффициента аритмии в состоянии покоя, что сигнализирует о возможности возникновения приступов брадикардии или тахикардии. В этом случае тренировка прекращается, а врач, проанализировав состояние пациента, определяет стратегию дальнейшего лечения;
4) когда частота сердечных сокращений превысит предельно допустимую частоту для пациента, что сигнализирует о перегрузке. В этом случае врач анализирует изменения в электрокардиограмме и, если они не существенны, снижает нагрузку и пациент продолжает тренировку с пониженной нагрузкой;
5) когда частота сердечных сокращений превысит значение целевой частоты и при снижении тренировочной нагрузки в течение заданного времени, например 1 мин, не снизится до значения целевой частоты, что свидетельствует об усталости организма пациента. В этом случае врач анализирует изменения в электрокардиограмме, измеряет артериальное давление и, если нет существенных отклонений, снижает нагрузку или сокращает время тренировки;
6) когда хотя бы при трех вдохах подряд при очень маленьких паузах, например длительность пауз в 10 раз меньше длительности вдоха и выдоха, длительность вдоха в три раза больше длительности выдоха, что свидетельствует о возможности возникновения приступа удушья или появления отдышки. В этом случае тренировка прекращается, врач анализируя состояние пациента, определяет дальнейшую стратегию лечения.To ensure patient self-regulation of the respiratory rhythm and pulse, the recommended breathing schedule, the measured breathing schedule and the deviation of the current pulse from the preset are displayed. In addition, the speed of physical exercises is displayed so that the patient maintains it at a constant level during training. The doctor constantly monitors the dynamics of these parameters and identifies the following alarming symptoms:
1) when the propagation time of the pulse wave becomes less than the specified value, which indicates an increase in blood pressure to the maximum permissible value. In this case, the doctor measures the patient’s blood pressure, analyzes the changes in the electrocardiogram, aligning the current electrocardiogram with the electrocardiogram at rest, taken before training. If the blood pressure is really equal to or greater than the maximum allowable or significant changes have appeared in the electrocardiogram, the doctor stops the training and makes adjustments to the treatment program (prescribes additional drug treatment, changes the training load or the duration of the training, etc.);
2) when the ST segment displacement in the current electrocardiogram exceeds by more than 0.1 mV the displacement in the electrocardiogram recorded before training, which signals the possibility of an angina attack or the appearance of heart failure. In this case, the doctor stops the training and makes adjustments to the treatment program;
3) when the arrhythmia coefficient in its value exceeds the value of the arrhythmia coefficient at rest, which signals the possibility of the occurrence of attacks of bradycardia or tachycardia. In this case, the training stops, and the doctor, after analyzing the patient’s condition, determines the strategy for further treatment;
4) when the heart rate exceeds the maximum permissible frequency for the patient, which signals overload. In this case, the doctor analyzes the changes in the electrocardiogram and, if they are not significant, reduces the load and the patient continues the training with a reduced load;
5) when the heart rate exceeds the value of the target frequency and when the training load decreases for a given time, for example 1 min, it does not decrease to the value of the target frequency, which indicates the patient’s fatigue. In this case, the doctor analyzes the changes in the electrocardiogram, measures blood pressure and, if there are no significant deviations, reduces the load or shortens the training time;
6) when at least with three breaths in a row with very small pauses, for example, the duration of pauses is 10 times less than the duration of inhalation and exhalation, the duration of inspiration is three times longer than the duration of exhalation, which indicates the possibility of an attack of suffocation or the appearance of shortness of breath. In this case, the training stops, the doctor analyzing the patient's condition, determines the further treatment strategy.

Способ реализуется с помощью предлагаемой системы тренировки и лечения сердечно-сосудистой системы. The method is implemented using the proposed system of training and treatment of the cardiovascular system.

Пациента помещают на тренажер 12, на мочке уха закрепляют фотоплетизмографический датчик пульса 16 преобразователя 13 частоты сердечных сокращений, прикрепляют к щиколотке левой ноги и запястью правой руки электроды датчика электрокардиограммы 25 преобразователя 14 электрокардиограммы, устанавливают на голове на кронштейне перед носом и ртом датчик дыхания 31 преобразователя 15 фаз дыхания. Подключают к тренажеру преобразователь 11 нагрузки. Включают ЭВМ 2 врача и микрокомпьютер 6 пациента. Перед началом тренировки снимают и запоминают в памяти ЭВМ 2 электрокардиограмму пациента в состоянии покоя, артериальное давление и коэффициент аритмии, после чего включают тренажер и начинают изменять нагрузку в соответствии с программой тренировки. Пациент начинает крутить педали велотренажера с постоянной скоростью 60 об/мин. На экране индикатора 7 отображается скорость педалирования, текущая ЧСС, отклонение текущей ЧСС от целевой, рекомендуемый график дыхания и график дыхания пациента. С преобразователя 13 в микрокомпьютер 6 постоянно считывается длительность каждого кардиоцикла, с преобразователя 15 скорость движения воздуха при дыхании, с преобразователя 11 нагрузки скорость педалирования. В микрокомпьютере 6 вычисляется текущая средняя частота сердечных сокращений, время распространения пульсовой волны, коэффициент аритмии, смещение сегмента ST в электрокардиограмме, длительность фаз дыхания. Вычисленные значения анализируются и при отклонении их от заданных формируется сигнал тревожного сообщения, который выдается в ЭВМ 2. На экране индикатора 3 ЭВМ 2 отображается текущая электрокардиограмма, электрокардиограмма в состоянии покоя, текущая частота сердечных сокращений, текущая нагрузка, время распространения пульсовой волны. Врач, анализируя изменения в электрокардиограмме и совокупность отображенных на экране величин, определяет возможность продолжения тренировки. The patient is placed on the simulator 12, the photoplethysmographic pulse sensor 16 of the heart rate converter 13 is fixed on the earlobe, the electrocardiogram sensor electrodes 25 of the electrocardiogram transducer 25 are attached to the ankle of the left foot, and the respiratory sensor 31 of the transducer 31 is installed on the head in front of the nose and mouth bracket 15 phases of breathing. Connect to the simulator load converter 11. The computer includes 2 doctors and a microcomputer 6 patients. Before starting a training session, the patient’s electrocardiogram at rest, blood pressure and arrhythmia coefficient are removed and stored in the computer’s memory 2, after which the simulator is turned on and the load is changed in accordance with the training program. The patient begins to pedal the stationary bike at a constant speed of 60 rpm. Indicator 7 displays the cadence rate, current heart rate, the deviation of the current heart rate from the target, the recommended breathing schedule and the patient’s breathing schedule. From the transducer 13 to the microcomputer 6, the duration of each cardiocycle is constantly read out, from the transducer 15 the speed of air movement during breathing, from the transducer 11 of the load the pedaling speed. In the microcomputer 6, the current average heart rate, pulse wave propagation time, arrhythmia coefficient, ST segment shift in the electrocardiogram, and the duration of the respiratory phases are calculated. The calculated values are analyzed and when they deviate from the set, an alarm message is generated, which is issued in the computer 2. On the screen of the indicator 3, the computer 2 displays the current electrocardiogram, the electrocardiogram at rest, the current heart rate, current load, pulse wave propagation time. The doctor, analyzing the changes in the electrocardiogram and the totality of the values displayed on the screen, determines the possibility of continuing the training.

Так как во время выполнения физических упражнений постоянно контролируется состояние сердечно-сосудистой системы пациента и оперативно принимаются решения о изменении нагрузки или о прекращении тренировки, существенно снижается фактор риска ухудшения состояния пациента в результате тренировки. Since during the exercise, the patient’s cardiovascular system is constantly monitored and decisions are made to change the load or to stop training, the risk factor for the patient’s deterioration as a result of training is significantly reduced.

За время испытаний предлагаемого устройства не было зафиксировано ни одного случая, чтобы ухудшилось состояние пациента во время лечения с использованием тренажера. During the tests of the proposed device, not a single case was recorded so that the patient's condition worsened during treatment using the simulator.

Claims

1. Device for training and treatment of the cardiovascular system, comprising a control unit connected to a number of simulators, which includes an electronic computer and a display connected to it, a magnetic disk drive and an interface, and each simulator contains a heart rate converter , a microcomputer connected to an indicator and an interface connected to a load converter connected to a load unit, the interface of an electronic computer is connected to a simulator interface a ditch, characterized in that a microcontroller and a galvanic isolation unit are inserted into it, and an electrocardiogram converter and a respiratory phase converter are included in each simulator, moreover, heart rate, respiration and electrocardiogram converters are connected to a microcontroller, which is connected to the simulator interface through a galvanic isolation unit .

2. The device according to claim 1, characterized in that the electrocardiogram converter comprises a series-connected electrocardiogram sensor, an amplifier with a controlled band and gain, a voltage code converter, a first register and an address decoder, as well as a second register, the bit outputs of which are connected to the control inputs amplifier, the inputs of the address decoder are connected to the address bus of the microcontroller, the bit outputs of the first register and the bit inputs of the second register are connected to the data bus of the microcontroller the scooter, the read input of the first register and the write input of the second register are connected to the control bus of the microcontroller.

3. The device according to claim 1, characterized in that the respiratory phase converter contains a series-connected respiratory phase sensor, a register and an address decoder, the inputs of which are connected to the address bus of the microcontroller, the bit outputs of the register are connected to the data bus, and the read input to the control bus of the microcontroller .

4. The device according to claim 1, characterized in that the load unit is made in the form of a bicycle ergometer, and the load transducer comprises a speed sensor connected to the bicycle ergometer, and a microcontroller, a digital-to-analog converter and a load adjuster connected in series, the output of the speed sensor is connected to the input of the microcontroller, adjuster the load is connected to the bicycle ergometer, the input / output bus of the microcontroller is connected to the simulator interface.

5. The respiratory phase sensor for a device for training and treatment of the cardiovascular system, comprising a first amplifier-limiter, an inverter, an analog-to-digital converter and a respiratory sensor made in the form of a tube in which two thermistors are placed, characterized in that it additionally contains two transducer temperature voltage with self-balancing bridge, second amplifier-limiter, similar to the first, voltage doubler, two-input weight adder with input weights 1.0 and 0.5, and the respiratory sensor tube is divided into two cameras: a passage, in which the first thermistor is placed, and a blind, in which the second thermistor is placed, each thermistor is included in the positive feedback circuit of the corresponding auto-balance bridge, the output of the first converter is the voltage through the first amplifier-limiter connected to the weight input 1.0 the weight adder, the output of the second converter temperature is voltage through a voltage doubler connected in series, the second limiter amplifier and the inverter are connected to the weight input the house of 0.5 weight adder is connected to the input of the analog-to-digital converter.

6. The method of training and treatment of the cardiovascular system, which consists in the fact that before starting to examine the general clinical and functional state of the patient’s cardiovascular system, patient tolerance to physical activity and determine the values of training loads and the corresponding values of the target heart rate, duration of training and the nature of the load change during training, before the start of each training session, blood pressure is measured and an electrocardiogram is recorded, after which the warm-up period gradually increases the patient’s load with the simulator until the initial training load, then during the training the patient’s current heart rate is constantly measured, the training load is changed in accordance with the chosen nature of the change, the current heart rate is compared with the target frequency corresponding to the value training load, and according to the results of the comparison, change the training load, support the heart rate in In cases of a predetermined value, before the end of the training, the load is gradually reduced to reduce the current value of the heart rate to a predetermined value, after which they stop working on the simulator, characterized in that before starting the training, the arrhythmia coefficient and the pulse wave delay time relative to the R wave are additionally measured and recorded. electrocardiograms, determine the training rhythm of breathing, during training, the current value of the aritic coefficient is additionally constantly measured ii, the delay time of the pulse wave relative to the R-wave of the electrocardiogram, the deviation of the current value of the heart rate from the target heart rate, the offset of the ST segment in the electrocardiogram, and also constantly signal the patient about the deviation of the current heart rate from the target and the deviation of the current rhythm respiration from a given training, while if the current value of the arrhythmia coefficient is greater than that recorded before training or the deviation of the current frequency the number of cardiac contractions from within a predetermined time will exceed a predetermined value, then the current electrocardiogram is recorded, compared with the one recorded before the start of the training, and according to the results of the comparison, a decision is made to continue or stop the training if the delay time of the pulse wave relative to the R-wave is less than the specified value, then the patient’s blood pressure is measured and, based on the measurement results, a decision is made to continue or stop training, if the ST segment is shifted to the electrocardiogram If it exceeds the set value, then immediately stop the training.

7. The method according to p. 1, characterized in that during training, measure the duration of each phase of the patient’s breathing and signal to the patient about their deviation from the training on each breathing cycle.

8. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the ratio of the duration of the “Inhale” phase to the duration of the “Exhale” phase in each breath is determined, compared with a predetermined one and, if it is less than the specified in more than three cycles in a row, disconnect the load, register the current electrocardiogram, compare it with the one registered before the start of the workout and, based on the results of the comparison, decide on the continuation of the workout.