аппарат искусственной вентиляции легких

Формула изобретения

Аппарат искусственной вентиляции легких, содержащий блок управления с электроприводом и преобразователем давления, пневматически связанным с тройником пациента, дыхательный блок, включающий разделительный мех, механически связанный с электроприводом, линии вдоха и выдоха пациента, соединенные с тройником пациента, а линия вдоха пневматически связана с разделительным мехом, мембранные управляемые клапаны, установленные на линиях вдоха и выдоха пациента, и блок подачи дыхательной смеси, включающий дозатор газовой смеси, вход которого пневматически связан с источником сжатых медицинских газов, а выход - с дыхательным мешком, предохранительным клапаном и клапаном подсоса атмосферного воздуха, а также с разделительным мехом через обратные клапаны, и источник давления, пневматически связанный с надмембранными полостями управляемых клапанов на линиях вдоха и выдоха, отличающийся тем, что источник давления выполнен в виде диафрагменной помпы и снабжен системой пневмораспределителей, причем выход помпы пневматически связан через первый пневмораспределитель с управляемым клапаном на линии вдоха пациента и через последовательно пневматически соединенные второй и третий пневмораспределители с управляемым клапаном на линии выдоха пациента; аппарат снабжен установленным в блоке управления газоструйным инжектором, вход которого пневматически соединен через четвертый распределитель с источником сжатых медицинских газов, выход через один из обратных клапанов - с линией вдоха пациента, а линия всасывания инжектора соединена с выходом дозатора газовой смеси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для проведения искусственной вентиляции легких (ИВЛ), и найдет применение в отделениях хирургии, анестезиологии и интенсивной терапии.

Известен аппарат ИВЛ (см. патент РФ № 2219892 «Аппарат искусственной вентиляции легких, кл. А61Н 16/00), содержащий блок управления с электроприводом и преобразователем давления, пневматически связанным с тройником пациента, дыхательный блок, включающий разделительный мех, связанный через передачу «винт-гайка» с электроприводом, линии вдоха и выдоха пациента, соединенные с тройником пациента, мембранные управляемые клапаны, установленные на линиях вдоха и выдоха пациента, блок подачи дыхательной смеси и источники импульсного давления, выполненные в виде мембраны с центральным соплом и клапана, кинематически связанного с электромагнитом, а пневматически - с надмембранными полостями управляемых клапанов на линиях вдоха и выдоха.

Однако для данного аппарата ИВЛ характерны существенные недостатки, которые ограничивают его применение в широкой медицинской практике. Так, в частности, использование в источнике импульсного давления электромагнита (соленоида) повышает уровень шума при работе, усложняет конструкцию аппарата, снижая в целом его надежность и эксплуатационные характеристики.

Известен также аппарат ИВЛ в составе устройства ингаляционного наркоза «Фабиус» фирмы «DRÄGER», Германия, выбранный в качестве прототипа, описанного на сайте www.draeger.com. Это устройство содержит блок управления с электродвигателем и преобразователем давления, пневматически связанным с тройником пациента; дыхательный блок, включающий эластичную разделительную емкость, соединенную через передачу «винт-гайка» с электродвигателем, линии вдоха и выдоха пациента, пневматически соединенные с тройником пациента, обратный клапан, установленный на линии вдоха, мембранный управляемый клапан, установленный на линии выдоха пациента, воздуходувку и пневмораспределитель, пневматически связанный с воздуходувкой и с мембранным клапаном выдоха.

Недостатком данного аппарата ИВЛ является невозможность обеспечения работы устройства в режиме самостоятельного дыхания пациента при положительном постоянном давлении в легких.

Предлагаемое изобретение решает эту задачу благодаря расширению функциональных возможностей аппарата ИВЛ, что позволяет на практике, особенно в условиях реанимации и интенсивной терапии, обеспечить существенное расширение спектра используемых режимов вентиляционной поддержки пациента.

Решение поставленной задачи достигается тем, что аппарат ИВЛ, содержащий блок управления с электроприводом и преобразователем давления, пневматически связанным с тройником пациента; дыхательный блок, включающий разделительный мех, механически связанный через передачу «винт-гайка» с электроприводом, линии вдоха и выдоха пациента, соединенные с тройником пациента, при этом линия вдоха пневматически связана с разделительным мехом, мембранные управляемые клапаны, установленные на линиях вдоха и выдоха пациента, и блок подачи дыхательной смеси, включающий дозатор газовой смеси, вход которого пневматически связан с источником сжатых медицинских газов, а выход - с дыхательным мешком, предохранительным клапаном и клапаном подсоса атмосферного воздуха, а также с разделительным мехом через обратные клапаны; источник давления, пневматически связанный с надмембранными полостями управляемых клапанов на линиях вдоха и выдоха, при этом источник давления выполнен в виде диафрагменной помпы, установлен в блоке управления и снабжен системой пневмораспределителей, причем выход помпы пневматически связан через первый пневмораспределитель с управляемым клапаном на линии вдоха пациента и через второй и третий пневмораспределители - с управляемым клапаном на линии выдоха пациента.

Кроме того, аппарат снабжен установленным в блоке управления газоструйным инжектором, вход которого пневматически соединен через четвертый распределитель с источником сжатых медицинских газов, выход через один из обратных клапанов - с линией вдоха пациента, а линия всасывания инжектора соединена с выходом дозатора газовой смеси.

Причинно-следственная связь между достигаемым техническим результатом и совокупностью существенных признаков обусловлена выполнением источника давления в виде диафрагменной помпы с системой пневмораспределителей, что позволяет обеспечить управление клапанами вдоха и выдоха, упрощает конструкцию аппарата, повышает надежность его работы и снижает уровень шума, а снабжение аппарата газоструйным инжектором обеспечивает реализацию режима самостоятельного дыхания пациента при положительном постоянном давлении в легких за счет работы пневмораспределителей в данном режиме по командам от программного блока, формирующего частотный сигнал с изменяемой скважностью. Использованные в аппарате указанные средства позволили повысить надежность и удобство эксплуатации, существенно расширив сферу применения аппарата в медицинской практике.

Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

на фиг.1 - принципиальная пневматическая схема предлагаемого аппарата;

на фиг.2 - укрупненная блок-схема алгоритма работы аппарата.

Сигналы управления на блок 1 подаются из программного блока (контроллера) (на фиг.1 не показан), выполненного на основе микроконтроллера фирмы ATMEL AT9 Omega 128-16AC.

Аппарат ИВЛ (фиг.1) имеет блок управления 1, дыхательный блок 2, шланги вдоха 3 и выдоха 4, соединенные тройником пациента 5, дозатор газовых смесей 6, дыхательный мешок 7, клапан подсоса 8 и предохранительный клапан 9.

Блок управления 1 содержит управляемый электродвигатель 10, кинематически связанный с механической передачей 11 «винт-гайка», диафрагменную помпу 12, пневматически соединенную через первый пневмораспределитель13 с клапаном вдоха 14 дыхательного блока 2 и через последовательно соединенные второй и третий пневмораспределители 15 и 16 с клапаном выдоха 17, газоструйный инжектор 18, вход которого пневматически соединен через пневмораспределитель 19 с источником сжатых медицинских газов, например O₂, а выход - через обратный клапан 20 с линией вдоха дыхательного блока 2, линия всасывания инжектора 18 - с выходом дозатора 6 газовых смесей, и датчик давления 21, пневматически соединенный с линией вдоха дыхательного блока 2.

Управляемый электродвигатель 10 предназначен для обеспечения через механическую передачу 11 («винт-гайка») возвратно-поступательного перемещения подвижного основания разделительного меха (сильфона) 22 в дыхательном блоке 2 и может быть выполнен в виде электродвигателя ДСТ-90 ТАИК. 521179.006 ТУ.

Диафрагменная помпа 12 служит источником давления, необходимого для управления клапанами вдоха 14 и выдоха 17, например: закрытия клапана выдоха 17 в акте вдоха пациента при управляемой вентиляции или закрытия клапана вдоха 14 в период ожидания попытки пациента при вспомогательной вентиляции. Коммутация пневматического сигнала с выхода помпы 12 осуществляется через пневмораспределители 13, 15. Распределитель 16, пневматически соединенный с дыхательным мешком 7, обеспечивает управление клапаном выдоха 17 при вентиляции вручную.

Газоструйный инжектор 18 служит для формирования потока кислородно-воздушной смеси в режиме самостоятельного дыхания при положительном постоянном давлении в легких. Выход инжектора пневматически соединен через обратный клапан 20 с линией вдоха дыхательного блока 2.

Датчик давления 21 пневматически соединен с линией вдоха дыхательного блока, выполнен, например, в виде преобразователя избыточного давления MPX5010DP (фирмы Motorola) и служит для преобразования давления в дыхательном контуре в электрический сигнал, используемый для управления работой аппарата и для сигнализации о падении давления ниже допустимого уровня.

Дыхательный блок 2 обеспечивает в каждом цикле дыхания пациента аккумулирование заданного объема дыхательной смеси, а также циркуляцию свежей дыхательной смеси и выдыхаемого газа. Блок 2 содержит эластичный сильфон (разделительный мех) 22, внутренняя полость которого пневматически соединена с входом клапана вдоха 14, своим выходом соединенным со шлангом вдоха 3, и через последовательно соединенные обратные клапаны 20 и 23 - с выходом дозатора 6 газовых смесей; и управляемый клапан выдоха 17, вход которого пневматически соединен со шлангом выдоха 4, а выход - с атмосферой. Управляемые клапаны 14 и 17 предназначены для герметичного перекрытия, соответственно, линии вдоха в интервале ожидания попытки пациента при вспомогательной вентиляции, или перекрытия при управляемой вентиляции линии выдоха в акте вдоха пациента, а также в конце выдоха при работе в режиме создания регулируемого давления в легких пациента и реализованы, например, в виде мембранного клапана, надмембранная полость которого пневматически связана с выходом помпы 12.

Дозатор 6 газовых смесей обеспечивает формирование дыхательной смеси с заданной врачом концентрацией медицинских газовых компонентов и подачу сформированной смеси в дыхательный контур аппарата с объемной скоростью, соответствующей выбранным параметрам ИВЛ. Дозатор может быть реализован по чертежу тА5.180.024, хранящемуся в объединении «Красногвардеец», г.С-Петербург.

Дыхательный мешок 7 предназначен для аккумулирования поступающей из дозатора 6 дыхательной смеси и может использоваться также при проведении вентиляции вручную.

Клапан подсоса 8 обеспечивает засасывание атмосферного воздуха в дыхательный контур аппарата, в случае превышения при управляемой вентиляции выбранного врачом значения минутной вентиляции пациента величины подачи смеси от дозатора 6, а также при работе инжектора 18 в режиме самостоятельного дыхания пациента.

Предохранительный клапан 9 обеспечивает сброс лишнего газа в атмосферу при превышении заданного уровня давления в дыхательном мешке 7.

Аппарат искусственной вентиляции легких работает следующим образом.

Перед началом работы аппарата его подключают к источнику питания O₂ и на вход дозатора 6 поступает сжатый медицинский газ. Затем на аппарат подают электрическое напряжение, и дыхательная смесь выбранного оператором состава с заданной объемной скоростью с выхода дозатора 6 поступает в дыхательный мешок 7, заполняя его до давления, определяемого предохранительным клапаном 9. После подачи напряжения питания программный блок включает схему управления электродвигателем 10, который через передачу 11 «винт-гайка» растягивает гофрированный сильфон 22 до крайнего нижнего положения, определяемого срабатыванием концевого выключателя (на чертеже не показан), по сигналу которого программное устройство осуществляет реверсирование электродвигателя 10. В процессе растяжения сильфона 22 возникает разрежение, под действием которого дыхательная смесь из мешка 7 через обратные клапаны 23, 20 заполняет внутренней объем сильфона 22.

В соответствии с установленными оператором параметрами ИВЛ, например дыхательным объемом, частотой вентиляции и относительным временем вдоха, и с учетом характеристик передачи 11 «винт-гайка» программа работы аппарата рассчитывает параметры вращения электродвигателя 10 и момент его реверсирования, после которого сильфон сжимается и вытесняет дыхательную смесь через клапан вдоха 14 и шланг вдоха 3 в дыхательные пути пациента. При этом самодействующий обратный клапан 20 закрывается. Происходит акт вдоха.

Одновременно с началом вдоха программный блок включает пневмораспределитель 15. В результате воздух с выхода помпы 12 через пневмораспределители 15 и 16 поступает в надмембранную полость управляемого клапана выдоха 17, повышая в ней давление. Под действием этого давления мембрана клапана выдоха 17 герметично закрывает линию выдоха пациента 4.

По окончании времени вдоха начинается акт пассивного выдоха пациента. Электродвигатель 10 реверсируется, возвращая подвижное основание сильфона 22 в исходное положение, и из мешка 7 во внутреннюю полость сильфона 22 засасывается свежая дыхательная смесь. При этом выключается пневмораспределитель 15, соединяя надмембранную полость клапана выдоха 17 с атмосферой. Под действием давления в легких пациента клапан выдоха 17 открывается и газ из легких через тройник 5, шланг выдоха 4 и клапан 17 выходит в атмосферу.

Время выдоха определяется задаваемым врачом относительным временем вдоха (отношение времени вдоха к времени дыхательного цикла). По величине этого отношения программный блок формирует в блоке управления 1 сигнал для включения электродвигателя 10 и начала последующего вдоха. Дыхательный цикл повторяется.

В режимах вспомогательной вентиляции аппарат производит акт вдоха в момент появления попытки самостоятельного вдоха у пациента. При этом в момент начала акта выдоха включается пневмораспределитель 13, пневматически соединяя выход помпы 12 с надмембранной полостью клапана вдоха 14. Этот клапан (аналогично клапану выдоха 17) закрывается, что существенно повышает чувствительность к попытке вдоха пациента, так как за счет отсекания управляемым клапаном вдоха 14 внутреннего объема сильфона 22 значительно снижается суммарный объем контура аппарата, в котором пациент создает разрежение при попытке вдоха. Это позволяет использовать указанный режим работы у пациентов различного возраста, расширяя функциональные возможности аппарата и сферу его применения.

Давление в акте вдоха измеряется с помощью преобразователя давления 21, сигнал которого используется для индикации величины давления и сигнализации о его падении ниже допустимого уровня. Кроме того, для работы в режиме ИВЛ с положительным давлением конца выдоха (ПДКВ) программа использует сигнал от преобразователя давления 21 для управления включением пневмораспределителя 15 при достижении в легких в акте выдоха заданного значения давления.

Для работы в режиме самостоятельного дыхания при положительном постоянном давлении в легких программа включает пневмораспределитель 19, пневматически соединяя источник сжатых медицинских газов (например, кислорода) с входом газоструйного инжектора 18. При истечении сжатого газа через сопло инжектора в линии всасывания инжектора возникает разрежение, под действием которого газ из атмосферы через обратный клапан 8 или из мешка 7 поступает в камеру смешения инжектора и далее через его выход и обратные клапаны 23 и 20 в дыхательный контур аппарата и легкие пациента. За счет существенной величины суммарного потока газа из инжектора в легких пациента создается повышенное давление, определяемое степенью открытия управляемого клапана выдоха 17. Уровень заданного врачом давления поддерживается путем включения по сигналу программного блока, пневмораспределителя 15 в импульсном режиме с автоматически регулируемой скважностью питающего частотного сигнала. Величина скважности определяет уровень давления в надмембранной полости клапана 17, а, следовательно, степень его открытия и давление в легких пациента при самостоятельном дыхании. Диапазон регулирования давления в легких может быть расширен за счет включения в аналогичный режим работы с изменяющейся скважностью пневмораспределителя 19, что позволяет менять величину суммарного потока газа из инжектора 18. Для работы в режиме ИВЛ вручную программа останавливает электродвигатель 10 и включает пневмораспределитель 16, пневматически соединяя дыхательный мешок 7 с надмембранной полостью клапана выдоха 17. Врач устанавливает на регулируемом предохранительном клапане 9 уровень давления в легких пациента и, по мере заполнения мешка 7 дыхательной смесью, сжимает мешок. При этом за счет возникающего давления клапан выдоха 17 закрывается, а дыхательная смесь вытесняется из мешка 7 в легкие пациента через обратные клапаны 23 и 20, клапан вдоха 14 и шланг вдоха 3.

Таким образом, разработанный аппарат ИВЛ отличается:

- высокими эксплуатационными характеристиками за счет использования диафрагменной помпы с системой пневмораспределителей для управления работой клапанов вдоха и выдоха. При этом новая конструктивная реализации источника пневмосигналов упрощает конструкцию аппарата, снижает уровень шума при работе аппарата и повышает эффективность его применения в медицинской практике;

- расширенными функциональными возможностями за счет реализации режима самостоятельного дыхания при положительном постоянном давлении в легких с автоматическим регулированием уровня этого давления путем работы пневмораспределителей в режиме с изменяющейся скважностью питающего частотного сигнала.