устройство для искусственной вентиляции легких

Формула изобретения

1. Устройство для искусственной вентиляции легких, содержащее блок ввода дыхательной смеси, компрессор, электродвигатель, блок управления и индикации, пульт дистанционного управления, блок контроля герметизации, коммутатор, увлажнитель дыхательной смеси, ротоносовую маску и регулятор положительного давления в конце выдоха, соединенные следующим образом: блок ввода дыхательной смеси соединен с входом компрессора, выход которого через блок контроля герметизации и коммутатор соединен непосредственно или через увлажнитель дыхательной смеси с ротоносовой маской, соединенной с регулятором положительного давления в конце выдоха, блок управления и индикации связан выходными сигналами управления с блоком контроля герметизации, электродвигателем, коммутатором, регулятором положительного давления в конце выдоха и входными сигналами индикации и ручного режима с блоком контроля герметизации и пультом дистанционного управления соответственно.

2. Устройство по п. 1, в котором увлажнитель дыхательной смеси содержит емкость для жидкости, крышку, нагреватель жидкости, нагреватель газовой смеси, патрубок пациента, первый и второй цифровые термометры, термосопротивление, элемент контроля нагревателя газовой смеси, подающий шланг, аварийный отключатель, микроконтроллер, панель индикации, исполнительное устройство, причем крышка закрывает емкость для жидкости, а входное отверстие крышки связано с входом воздушного потока, выходное отверстие крышки - с подающим шлангом, выход которого через патрубок пациента является выходом увлажнителя дыхательной смеси, внутри подающего шланга находится нагреватель газовой смеси, который через элемент контроля нагревателя газовой смеси связан с микроконтроллером, внутри патрубка пациента находится второй цифровой термометр, внутри крышки находится первый цифровой термометр, выходы обоих цифровых термометров также связаны с микроконтроллером, термосопротивление, находящееся внутри крышки, соединено с аварийным отключателем, управляющие сигналы микроконтроллера соединены с панелью индикации, исполнительным устройством и аварийным отключателем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к аппаратам искусственной кратковременной или вспомогательной вентиляции легких у взрослых пациентов во время транспортирования, а также на месте происшествия или на дому, т.е. для скорой медицинской помощи.

Широко известны аппараты искусственного дыхания (искусственная вентиляция легких, управляемая вентиляция легких и пр.), основанные на перемещающемся или непрерывном замене воздуха в легких искусственными методами при прекращении или недостаточности естественной вентиляции, см. например, БМЭ, М, 1975 г. стр.412-413.

Недостатком этих аппаратов является большая сложность, следовательно, и громоздкость, недостаточная эффективность в эксплуатации в силу стационарности и ряд других.

Известно устройство для искусственной вентиляции легких, см. патент РФ 2108084, содержащее воздуховод, подключенный к компрессорному нагнетателю потока газовой смеси, и подключенный к нему блок управления, отличающееся тем, что компрессорный нагнетатель потока газовой смеси представляет собой осевой лопаточный компрессор с возможностью реверса, а блок управления содержит контроллер ввода, центральный процессор с ПЗУ, ОЗУ и контроллер вывода, при этом вход контроллера ввода связан с установленными в воздуховоде электрическими преобразователями давления и расхода газовой смеси, выход контроллера ввода связан с входом ОЗУ, выход ОЗУ связан с входом центрального процессора, выход центрального процессора - с входом контроллера вывода, а связь компрессора с блоком управления осуществлена посредством соединения выхода с источником питания привода компрессора.

Недостатками данного устройства являются его недостаточность, т.е. нет управления частотой дыхания, нет аварийной сигнализации при нарушении режимов работы, нет подогрева, и увлажнения дыхательной смеси, кроме того, оно стационарно, т.е. не может быть применено в мобильных условиях, как, например, в машинах скорой помощи, в полевых условиях и пр.

Известен аппарат для искусственного дыхания, см. заявку РФ 96113167/14 от 02.07.96 г., содержащий функциональный блок с входящими в него емкостью, элементом переключения емкости и пневмореле управления, блок присоединения к дыхательным путям пациента, состоящий из пневмодросселя регулирования выходного давления, выход которого связан с входом выходного пневмоклапана, панель управления с выведенными на нее тумблером аспирации и пневмодросселем регулирования выходного давления и система аспирации, отличающаяся тем, что аппарат снабжен установленным на его входе редуктором, узлом измерения рабочего давления, связанным с выходным пневмоклапаном, манометром давления подаваемого к пациенту, функциональный блок снабжен дополнительным элементом переключения емкости и элементом регулирования диапазона частот, соединяющим емкость с элементами ее переключения и включенного по схеме ИЛИ блок присоединения к дыхательным путям пациента снабжен связанными со входом аппарата двумя клапанами с предохранительными дросселями на выходе, подключенными через пневмоклапан ИЛИ к пневмодросселю регулирования выходного давления, панель управления снабжена двумя тумблерами выбора диапазона частот, связанными с выходом редуктора и подключенных соответственно к основному и дополнительному элементам переключения емкости и клапанам блока присоединения к пациенту, в систему аспирации введен клапан аспирации, связанный со входом аппарата и подключенный к тумблеру аспирации, а емкость выполнена переменной.

Недостатками данного аппарата являются недостаточная эффективность, малое число выполняемых функций, стационарность и ряд других, что ограничивает его область применения.

Известен аппарат для искусственного дыхания, содержащий функциональный блок с входящими в него емкостью, пневмоэлементом переключения емкости и пневмореле управления, блок присоединения к дыхательным путям пациента, состоящий из пневмодросселя регулирования выходного давления, выход которого связан со входом выходного пневмоклапана, панель управления с выведенным на нее пневмотумблером аспирации и пневмодросселем регулирования выходного давления и систему аспирации, отличающийся тем, что аппарат снабжен установленным на его входе редуктором, узлом измерения рабочего давления, связанным с выходным пневмоклапаном, функциональный блок снабжен дополнительными пневмоэлементом переключения емкости и пневмоэлементом регулирования диапазона частот, соединяющим емкость с пневмоэлементами ее переключения и включенного по схеме ИЛИ, и пневмоэлементом управления, перераспределяющим поток газа в зависимости от используемого диапазона частот и установленным между пневмореле управления и пневмоэлементами переключения емкости, блок присоединения к дыхательным путям пациента снабжен связанными со входом аппарата двумя пневмоклапанами с предохранительными пневмодросселями на выходе, подключенными через пневмоклапан ИЛИ к пневмодросселю регулирования выходного давления, панель управления снабжена двумя пневмотумблерами выбора диапазона частот, связанными с выходом редуктора и подключенными соответственно к основному и дополнительному пневмоэлементам переключения емкости и пневмоклапанам блока присоединения к дыхательным путям пациента, в систему аспирации введен пневмоклапан аспирации, связанный со входом аппарата и подключенный к пневмотумблеру аспирации, а емкость выполнена регулируемой, см. патент РФ 2128982 - прототип.

Недостатком данного аппарата является его сложность, следовательно, недостаточная надежность, также он стационарный, т.е. довольно громоздкий и не может быть применен в мобильных условиях, например в машинах скорой помощи или в полевых условиях.

Технической задачей изобретения является повышение надежности и эффективности работы при минимизации габаритно-массовых характеристик.

Для решения поставленной задачи предлагается устройство для искусственной вентиляции легких (ИВЛ), содержащее блок ввода дыхательной смеси, компрессор, электродвигатель, блок управления и индикации, пульт дистанционного управления, блок контроля герметизации, коммутатор, увлажнитель дыхательной смеси, ротоносовую маску и регулятор положительного давления в конце выдоха, соединенные следующим образом: блок ввода дыхательной смеси соединен со входом компрессора, выход которого через блок контроля герметизации и коммутатор соединен с ротоносовой маской пациента непосредственно или через увлажнитель дыхательной смеси, выход маски через регулятор положительного давления в конце выхода является выходом устройства, блок управления и индикации связан выходными сигналами управления с блоком контроля герметизации, электродвигателем, коммутатором, регулятором положительного давления в конце выдоха и входными сигналами индикации и ручного режима с блоком контроля давления и пультом дистанционного управления соответственно, устройство, в котором увлажнитель дыхательной смеси содержит емкость для жидкости, крышку, нагреватель жидкости, нагреватель газовой смеси, патрубок пациента, первый и второй цифровые термометры, термосопротивление, элемент контроля нагревателя газовой смеси, подающий шланг, аварийный отключатель, микроконтроллер, панель индикации, исполнительное устройство, причем крышка закрывает емкость для жидкости, а входное отверстие связано с входом воздушного потока, выходное - с подающим шлангом, выход которого через патрубок пациента является выходом увлажнителя дыхательной смеси, внутри подающего шланга находится нагреватель газовой смеси, который через элемент контроля нагревателя газовой смеси связан с микроконтроллером, внутри патрубка пациента находится второй цифровой термометр, внутри крышки находится первый цифровой термометр, выходы обоих цифровых термометров также связаны с микроконтроллером, термосопротивление, находящееся внутри крышки соединено с аварийным отключателем, управляющие сигналы микроконтроллера соединены с панелью индикации, исполнительным устройством и аварийным отключателем, крышка выполнена по форме верха емкости для жидкости и содержит уплотнитель, нагреватель жидкости и выполнена из термостойкой пластмассы с двумя отверстиями для входного и выходного потока газовой смеси, непосредственно к крышке крепится нагревательный элемент, терморезистор и первый цифровой термометр.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройства для искусственной вентиляции легких; на фиг.2 - схема увлажнителя дыхательной смеси, на которых изображено: 1 - блок ввода дыхательной смеси, 2 - компрессор (воздуходувка), 3 - электродвигатель, 4 - блок контроля герметизации, 5 - блок управления и индикации, 6 - коммутатор, 7 - увлажнитель дыхательной смеси, 8 - ротоносовая маска, 9 - регулятор положительного давления в конце выдоха (ПДКВ), 10 - пульт дистанционного управления, 11 - емкость для жидкости, 12 - нагреватель газовой смеси, 13 - патрубок пациента, 14 - первый цифровой термометр, 15 - второй цифровой термометр, 16-термосопротивление, 17 - элемент контроля нагревателя газовой смеси, 18 - подающий шланг, 19 - аварийный отключатель (АВО), 20 - микроконтроллер (МК), 21 - панель индикации (ПИ), 22 - исполнительное устройство (ИУ), 23 - крышка, 24 - нагреватель жидкости. Свежая смесь или кислород через блок ввода дыхательной смеси 1 соединены через компрессор 2 с блоком контроля герметизации 4, выход которого через коммутатор 6 соединен с ротоносовой маской пациента 8 или непосредственно или через увлажнитель дыхательной смеси 7, выход пациента 8 соединен с регулятором ПДКВ 9, выход которого является выходом ИВЛ, блок управления и индикации 5 сигналом "пуск" связан со входом электродвигателя 3, выход которого сигналом "привод" связан с силовым входом компрессора 2, соответствующими управляющими выходами блок управления и индикации 5 связан с блоком контроля герметизации 4, с коммутатором 6 и регулятором ПДКВ 9, блок ПДУ 10 сигналом "ручной режим", а блок контроля герметизации 4 "сигналом превышения" соединены с блоком управления и индикации 5; увлажнитель дыхательной смеси 7 содержит емкость для жидкости 11 с крышкой 23, входное отверстие крышки связано со входом воздушного потока, а выходное - с подающим шлангом 18, выход которого через патрубок пациента 13 является выходом увлажнителя 7 дыхательной смеси, внутри подающего шланга 18 находится нагреватель газа 12, который через блок контроля нагревателя 17 связан с третьим сигнальным входом МК 20, внутри патрубка 13 пациента находится второй цифровой термометр 15, внутри крышки 23 находится первый цифровой термометр 14, выходы обоих цифровых термометров также связаны со вторым и первым сигнальными входами МК 20 соответственно, термосопротивление 16, находящееся внутри крышки 23, соединено с аварийным отключателем 19, управляющие сигналы МК 20 соединены с панелью индикации 21, исполнительным устройством 22 и аварийным отключателем 19; в крышке 23 находится также нагревательный элемент 24, который через н.з. контакт аварийного отключателя 19 соединен с исполнительным устройством 22.

Указанные узлы и блоки представляют собой и могут быть выполнены на следующих элементах.

Блок ввода дыхательной смеси 1 представляет собой обыкновенный смеситель со штуцерами на входе, через которые подаются воздух или кислород (от баллона), воздух может подаваться просто из атмосферы или же от баллона со сжатым воздухом; компрессор 2 - любой, например, осевого лопаточного типа; электродвигатель 3, например типа ДПР72-Ф1-03М; блок контроля герметизации 4 может быть мембранного типа; блок управления и индикации 5 может быть выполнен на микроконтроллере PIC 16C57 с соответствующим пультом управления с клавиатурой, см. каталог PIC 16/17 MICROCONTROLLER DATA BOOK, Microchip, 1995-96 гг; коммутатор 6, в простейшем случае, может быть выполнен в виде механического переключающего устройства типа вентиля с одним входом и двумя выходами, а воздух или смесь подается через ротоносовую маску к пациенту непосредственно, либо через увлажнитель 7; регулятор ПДКВ может быть выполнен мембранного типа на многопозиционных магнитах или на линейнозависимых регуляторах. Увлажнитель 7 может быть выполнен на следующих входящих элементах и устройствах: элемент контроля нагревателя 17 на низкоомном резисторе, например С5-37, с гальванической развязкой и логическим выходом на оптроне транзисторном SFH620A-1 см. Technischer Katalog 98/99, фирмы AVNET EMG setron GmbH Braunschweig; подающий шланг 18 представляет собой трубку резино-гофрированную для наркозных аппаратов, ТУ 38-105559; цифровые термометры 14 и 15 фирмы DALLAS DS1820, см. каталог Sistem Extension Data Book, фирмы DALLAS, 1995-96 гг; термосопротивление 16 типа СТ4-16; емкость для жидкости 11 - стеклянная емкость 1 литр с двумя линиями допустимого максимального и минимального уровня жидкости; нагреватель емкости 24 - трубчатый нагреватель мощностью 1 кВА по ГОСТ 19108-81; нагреватель 12 - нихромовая проволока, например Е 0,4 мм, сопротивлением 30 Ом; патрубок пациента 13 - пластмассовая трубка для соединения с резиногофрированной трубкой; АВО 19 - аварийный отключатель, например на основе ИМС 521 СА3 с реле типа РЭК-51; МК 20 - микроконтроллер PIC 16C57 с соответствующим пультом управления с клавиатурой, см. каталог PIC 16/17 MICROCONTROLLER DATA BOOK, Microchip, 1995-96 гг; ПИ 21 - панель индикации, например КИПЦ 13Б-2/7к, см. АДБК. 432220.127 ТУ, Гос. завод "Оптрон", М, Щербаковская, 53; ИУ 22 - исполнительное устройство, например, оптрон МОС 3041 с семистором ВТА 08-600, см. Technischer Katalog 98/99, фирмы AVNET EMG setron GmbH Braunschweig.

Устройство для искусственной вентиляции легких (ИВЛ) работает следующим образом. ИВЛ может работать как с увлажнителем дыхательной смеси 7, так и без него. В обоих случаях устройство позволяет управлять частотой дыхания в трех режимах ИВЛ: с автоматическим управлением частотой дыхания (режим "Автомат"), ручное управление частотой дыхания (режим "Ручной") и спонтанное с поддержкой потока газа (режим "Спонтанный"). Выбор режима и его параметры задаются на блоке управления и индикации 5.

Режим "Автомат".

Устройство подключается к бортовой сети автомобиля напряжением +12 В. Цепи питания на фиг.1 и 2 условно не показаны. Тумблерами и ручками на блоке управления и индикации 5 устанавливаются нужные режимы работы и требуемые значения. Устанавливается переключатель режимов работы в положение "Автомат", затем устанавливается требуемая концентрация кислорода в пределах 40-80% (при необходимости) на блоке ввода дыхательной смеси 1. Устанавливается верхний уровень срабатывания предохранительного клапана ограничения максимального давления вдоха 4 (от 1 до 6 Па), подсоединяется маска ротоносовая 8 к пациенту. Также устанавливается величина минутной вентиляции (от 3 до 25 литров/мин) и частота вентиляции (от 10 до 60 единиц в мин). Нажимается кнопка "пуск" (на блоке 5), электродвигатель 3 включается и начинает работать компрессор 2, воздух под выбранным давлением через блок контроля герметизации 4 и коммутатор 6 далее через ротоносовую маску 8 поступает к пациенту, после чего сразу же на блоке управления и индикации 5 устанавливается требуемое значение ПДКВ (от 0 до 2,0 Па).

Режим "Ручной"

На блоке управления и индикации 5 переключатель режимов ставится в положение "Ручной", ручки минутной вентиляции и частота вентиляции ставятся в нулевое положение, устанавливается нулевое значение верхнего уровня срабатывания предохранительного клапана блока контроля герметизации 4, нажимается кнопка "пуск" на панели блока 5, после чего нажатием кнопки ПДУ включается компрессор 2 и, следовательно, режим принудительного вдоха, а при отпускании выключается компрессор 2 и происходит режим выдоха. Величины минутной вентиляции и частоты вентиляции при этом полностью зависят от соотношения времени нажатия/отпускания кнопки ПДУ 10.

Режим "Спонтанный"

В этом режиме при нажатой кнопке ПДУ 10 происходит принудительный вдох, а при отпущенной - выдох, но остановки компрессора 2 при этом не происходит, т.е. сохраняется возможность проведения спонтанного дыхания через устройство на фоне потока поддержки, т.е. при постоянном положительном давлении, для чего как и в режиме "Автомат" происходит установка величин минутной вентиляции, в также ПДКВ.

При использовании устройства, когда время применения ИВЛ превышает два часа используется увлажнитель - подогреватель дыхательной смеси 7 (см. фиг. 2), далее по тексту УВПС.

Подключение УВПС к устройству происходит простым механическим переключением выхода коммутатора 6 от входа маски 8 ко входу УВПС 7, выход которого подключается ко входу маски 8. При этом поток воздуха от коммутатора 6 идет через УВПС 7 к пациенту с заданной температурой и влажностью.

УВПС 7 работает следующим образом. Заполняется дистиллированной водой емкость для жидкости 11 до верхней отметки. Включается питание УВПС 7 (на схеме условно не показано), при этом включаются цифровые индикаторы на панели индикации 21, которые показывают температуру окружающего воздуха и значение относительной влажности. УВПС 7 при включении автоматически задает следующие параметры дыхательного газа на выходе из патрубка пациента: ^o= +32^oС, относительная влажность 80%. Если требуются другие значения параметров, то соответствующими кнопками на панели управления МК 20 устанавливают нужные, время достижения которых составляет единицы минут. УВПС 7 готов к работе, затем задают режим работы собственно ИВЛ: "Автомат", "Ручной" или "Спонтанный" по методике, описанной выше.

Поток воздуха (газовой смеси) Vвх, проходя над поверхностью жидкости емкости 11, приобретает заданную влажность, а затем, проходя через подающий шланг 18, нагревается до заданной температуры от нагревателя 12, расположенного внутри шланга 18. Контроль собственно нагревателя 12 внутри шланга 18 осуществляется элементом контроля нагревателя 17. После чего поток воздуха с заданными параметрами через патрубок пациента 13 (Vвых) через гофрированный шланг (на схеме условно не показан) поступает через ротоносовую маску 8 непосредственно пациенту. В процессе работы УВПС 7 контролирует:

максимально допустимую температуру в патрубке пациента цифровым термометром 15, при достижении +41^oС отключается нагрев жидкости в емкости 11 и газовой смеси, при этом включается тревожная сигнализация и прерывистый звуковой сигнал, при снижении температуры до +39^oС УВПС 7 переходит в обычный режим работы;

избыточное влагосодержание дыхательного газа в патрубке 13 более 44 мГ/л, при этом также отключается нагрев жидкости в емкости 11 и включается тревожная сигнализация и звуковой сигнал. После уменьшения влагосодержания менее 44 мГ/л УВПС 7 переходит в обычный режим работы;

неисправность цифровых термометров 14 и 15, нагревателей жидкости и газовой смеси 24 и 12, исполнительного устройства 22, при отказе которых отключается нагрев жидкости и газовой смеси, при этом включается тревожная сигнализация и прерывистый звуковой сигнал;

при отказе МК 20 аварийный отключатель 19, блокируемый сигналом ЗАПРЕТ при исправном МК 20, отключает нагрев жидкости в емкости 11 своим н.з. контактом и включает аварийную сигнализацию в случае температуры в патрубке пациента более +41^oС.

Такое построение устройства для искусственной вентиляции легких позволяет минимизировать его габаритно-массовые характеристики, что позволяет применять его непосредственно в машинах скорой помощи, на месте происшествия, в полевых условиях, а также и на дому (для чего устройство комплектуется преобразователем ~220 В 50 Гц/=12 В, на чертежах условно не показан). Увлажнитель дыхательной смеси применяется в составе устройства при необходимости, т.е. когда время применения аппарата ИВЛ более двух часов. Следует отметить, что увлажнитель дыхательной смеси сможет производить дезинфекцию устройства искусственной вентиляции легких паровоздушным способом так называемым "острым" паром (естественно без пациента), что значительно повышает удобство в эксплуатации.