При разработке диагностических комплексов “ПУЛЬМОВЕНТ” авторы стремились к существенному улучшению метрологических и эксплуатационных характеристик аппаратного и программного обеспечения диагностических исследований вентиляционной функции дыхания. Недостатки аппаратуры подобного типа (электронных спирометров) общеизвестны. Наиболее широко распространенные современные спирометры, использующие преобразователи расхода с гидравлическими сопротивлениями (трубки Флейша и Лилли), обладают высоким сопротивлением дыханию (30-100 Па/л/с); их статические характеристики зависимы от вязкости, температуры и относительной влажности воздушного потока; чувствительные элементы (капиллярные каналы и перфорированные экраны) подвержены засорению конденсируемой влагой и плохо поддаются санитарной обработке.

Достижению поставленной цели послужил измерительный преобразователь расхода воздуха, созданный на основе широкодиапазонного микромеханического датчика перепада давления собственной разработки.

Датчик содержит три высокостабильных никелевых пленочных терморезистора, расположенных на мембране из нитрида кремния размерами 1000х300х0.15 мкм. Мембрана сформирована на кремниевом кристалле, смонтированном в корпусе микросхемы с планарными выводами и двумя штуцерами для подачи воздуха в канал корпуса. Центральный терморезистор используется как нагреватель, а боковые включены в мост и служат для измерения разности температур между ними, возникающей при движении воздуха по каналу. Датчик присоединяется к приемнику воздушного потока (ПВП) пневмомагистралями, образующими вместе с каналом пневмоконтур. Перепад давления, создаваемый диафрагмирующим элементом ПВП при прохождении через него воздушного потока, шунтирует определенную часть потока в пневмоконтур. Сигнал разбаланса моста, пропорциональный измеряемому перепаду давления, обрабатывается специальной аналоговой схемой датчика.

Экспериментальные исследования датчика показали, что его динамический диапазон измерений составляет 0.001-1000 Па. Малая термическая масса терморезисторов при высокой степени их тепловой изоляции от корпуса обеспечивает отличные динамические характеристики датчика (постоянная времени его переходного процесса не превышает 5 мс).

Отмеченные свойства датчика позволили скомпоновать ПВП в простых геометрических формах и минимальных размерах, с сопротивлением дыханию в пределах 5-55 Па/л/с в диапазоне измерений 0.05-15 л/с. ПВП, соединенный с датчиком пневмомагистралями, составляет измерительный преобразователь расхода воздуха. Размещение датчика перепада давления вне ПВП обеспечивает независимость статических характеристик преобразователя от термодинамических параметров воздушного потока, снимает необходимость подогрева корпуса ПВП (что гарантирует безопасность пациента от поражения электрическим током) и кардинально решает проблему санитарной обработки взаимозаменяемых ПВП.

Измерительный преобразователь, сопрягаемый с IBM-совместимым компьютером через 12-ти разрядный АЦП и интерфейс, составляет диагностический комплекс “ПУЛЬМОВЕНТ”, который конструктивно выполняется либо как плата расширения компьютера (вариант “ПУЛЬМОВЕНТ-1”), либо как автономный модуль, подключаемый к последовательному порту компьютера (вариант “ПУЛЬМОВЕНТ-2”). Программное обеспечение (ПО) комплекса, разработанное в среде WINDOWS, предусматривает процедуры калибровки измерительного преобразователя, верификацию ПО по 26 образцовым тестам Американского торакального общества (ATS) и диагностические исследования вентиляционной функции пациента в режимах спокойного дыхания, определения структуры жизненной емкости легких, форсированного выдоха, максимальной вентиляции легких, фармакотеста. Пользователю комплекса предоставляются широкие сервисные возможности, в т.ч. выбор и создание систем нормативов функциональных апараметров, работа с архивом в картотеках пациентов, группируемых по различным критериям.

Значительные резервы метрологических и функциональных возможностей описанного измерительного преобразователя расхода воздуха дают основания продолжить конструктивную гамму “ПУЛЬМОВЕНТ” разработками комплекса для исследования функции дыхания у детей в возрасте до 6 лет; аппарата для определения бронхиального сопротивления методом перекрытия воздушного потока; аппарата для исследования биомеханики дыхания методом форсированных осцилляций.