АППАРАТ ДЛЯ ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ Российский патент 1996 года по МПК A61H31/02 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к аппаратам для искусственной вентиляции легких (аппараты ИВЛ) с активными вдохом и выдохом, и может быть использовано в стационарных и полевых условиях, а также на различных транспортных средствах скорой медицинской помощи.

В настоящее время известные дыхательные аппараты создают и используют по принципу "один аппарат один пациент".

Однако этот принцип не пригоден при оказании срочной помощи медслужбами спасательных отрядов возможно большему числу объектов вентиляции (ОВ) в полевых условиях районов стихийных бедствий и катастроф. Например, при крупномасштабной аварии на Припортовом аммиачном заводе под Одессой число пораженных, требующих срочной ИВЛ в течение первого часа, может достичь нескольких тысяч человек. Опыт оказания экстренной медицинской помощи в условиях нарастающего потока пораженных показывает, что известные устройства, рассчитанные на одного ОВ, при реальной ограниченности нахождения их числа на специальных транспортных средствах и в разворачиваемых полевых госпиталях не обеспечивают возможность ликвидации шоковых состояний и спасения максимально возможного количества людей. Для этого необходимы другие аппараты, которые могут обеспечить ИВЛ большого количества ОВ каждый и которые возможно и удобно использовать на различных транспортных средствах (автомобили, вездеходы, катера, вертолеты и др.) скорой медицинской помощи.

Задача изобретения обеспечение возможности проведения ИВЛ одним устройством одновременно как можно большему числу ОВ, начиная с четырех и более.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в увеличении числа ОВ до четырех и более, обеспечиваемых одним устройством (без пропорционального увеличения объемов устройства и даже с относительным упрощением по сравнению с совокупностью известных устройств, которые могли бы обеспечить аналогичный технический результат). При этом предусмотрено несколько вариантов аппарата, обеспечивающих указанных результат.

Другой технический результат, получение которого обеспечивается изобретением в общем случае его выполнения, состоит в увеличении числа ОВ свыше четырех до заданного числа 2М + 3, где М может быть как четным, так и нечетным числом.

Известен аппарат ИВЛ (авт. св. СССР N 1210828, БИ N 6, 1986), содержащий генератор потока и фазораспределитель, сообщенные нагнетающим и всасывающим трубопроводами.

Однако аппарат осуществляет ИВЛ одного ОВ и имеет также вредное пространство пневмосистемы, что снижает качество проводимой ИВЛ и тем самым ограничивает сферу его применения.

Известен аппарат "ВИАП" (заявка N 4884842/14 от 26.11.9; решение ПЭ ф.01 ИЗ-91 от 11.12.91 о выдаче патента), в котором генератор потока и фазораспределитель конструктивно объединены в один узел. В аппарате ликвидировано вредное пространство и осуществляется ИВЛ двух ОВ.

Однако известный аппарат может осуществлять ИВЛ не более двух ОВ, при этом генератор невозможно отделить от фазораспределитель в требуемых для этого случаях (например, при шуме, производимом генератором). Кроме того, требуется высокая технологическая точность изготовления и балансировки габаритной (≈200 мм) вращаемой пробки с встроенными рабочим органом и его приводным элементом.

Наиболее близким к изобретению является аппарат ИВЛ (заявка N 4865544/14 от 13.09.90; решение ПЭ ф. N 01 ИЗ-91 от 15.11.91 о выдаче патента), содержащий генератор потоков с рабочим органом и его приводным элементом, причем рабочий орган установлен перегородкой в рабочей полости с делением ее на камеры вдоха и выдоха. Каждая камера имеет вход и выход, сообщенные с атмосферой и с нагнетающим или всасывающим трубопроводами, которые подсоединены к фазораспределителю, в корпусе которого размещен поворотный золотник с газопроводящими элементами и выполнено четыре патрубка, с двумя из которых сообщены дыхательные трубопроводы объекта вентиляции. В прототипе разделены генератор потока и фазораспределитель и упрощена технология их изготовления, так как корпус генератора неподвижен, а в фазораспределителе вращают малогабаритный золотник, размер которого определяется проходными сечениями дыхательных трубопроводов (≈20 мм), что в 10 раз меньше размеров пробки второго аналога. Однако прототип не может осуществлять ИВЛ более двух ОВ.

Причинами, препятствующими получению прототипом требуемого технического результата, являются невозможность подключения четырех и более ОВ и проведение одновременной ИВЛ этих ОВ.

Существенные признаки, общие с прототипом и характеризующие изобретение, следующие: генератор потоков с рабочим органом и его приводным элементом, причем рабочий орган установлен перегородкой в рабочей полости с делением ее на камеры вдоха и выдоха, а каждая камера имеет вход и выход, сообщенные с атмосферой и с нагнетающим или всасывающим трубопроводами, которые подсоединены к фазораспределителю, в корпусе которого размещен поворотный золотник с газопроводящими элементами и выполнено четыре патрубка, с двумя из которых сообщены дыхательные трубопроводы объекта вентиляции.

Отличительные от прототипа признаки, достаточные во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, следующие: аппарат отличается тем, что рабочая полость генератора снабжена дополнительным рабочим органом с образованием дополнительной камеры, причем дополнительный рабочий орган связан с основным приводным элементом или снабжен дополнительным приводным элементом, а в корпусе фазораспределителя выполнено два дополнительных патрубка, к которым подсоединены генераторные трубопроводы и которые сообщены через тело золотника посредством сквозных каналов в нем с соответствующими газопроводящими элементами, при этом к основным патрубкам корпуса фазораспределителя подсоединены разводные узлы с отводами, к которым подсоединены дополнительные дыхательные трубопроводы трех дополнительных объектов вентиляции.

Отличительные от прототипа признаки, характеризующие изобретение в других случаях его выполнения, следующие:
в аппарате выполнено два дополнительных газопроводящих элемента в золотнике и четыре дополнительных патрубка в корпусе фазораспределитель, при этом дополнительные дыхательные трубопроводы трех дополнительных объектов вентиляции подключены к двум основным и четырем дополнительным патрубкам;
дополнительные газопроводящие элементы выполнены напротив основных газопроводящих элементов, а дополнительные патрубки выполнены скрестно с основными патрубками.

В общем случае выполнения аппарата рабочая полость генератора дополнительно снабжена М+1 рабочими органами с образованием М+1 дополнительных камер и М/2 дополнительными приводными элементами, если М четное число, или (М+1)/2 дополнительными приводными элементами, если М нечетное число, при этом, соответственно, разводные, а узлы снабжены 2 (3 + 2М) дополнительными отводами или выполнено 2 (М + 1) дополнительных газопроводящих элементов в золотнике и 2 (3 + 2М) дополнительных скрестных патрубков в корпусе фазораспределителя, при этом к дополнительным отводам или патрубкам подсоединены дополнительные дыхательные трубопроводы 3 + 2М дополнительных объектов вентиляции.

Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом проявляется в том, что добавление одного дополнительного рабочего органа конструктивно образует только одну дополнительную камеру, но при этом удваивается производительность соседней основной камеры, что дает возможность подключения дополнительно двух ОВ на каждый дополнительный рабочий орган генератора потоков.

Кроме того, один дополнительный приводной элемент обеспечивает работу пары дополнительных рабочих органов (своего рода компрессорная секция), как это видно из фиг. 4. Учитывая, что все приводные элементы могут работать от одного привода, это обеспечивает необходимую синхронность всасывания и нагнетания всех камер.

При этом благодаря двум дополнительным генераторным патрубкам, выполненным в корпусе фазораспределителя, а также сквозным каналам в теле золотника, в изобретении нагнетающий и всасывающий генераторные трубопроводы сообщены с соответствующими газопроводящими элементами не снаружи золотника (как у прототипа), а изнутри золотника. Это позволило подключить к патрубкам, освободившимся от генераторных трубопроводов, дополнительные дыхательные трубопроводы для подключения дополнительного ОВ, т. е. обеспечило первую дополнительную пару ОВ, а каждую последующую дополнительную пару ОВ обеспечивает новый дополнительный рабочий орган, как это описано выше.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет обеспечить заявленный технический результат минимум четыре ОВ при одном дополнительном рабочем органа (М 0), а большее число ОВ обуславливается значением числа М≠0. Причем, если М четное число дополнительных рабочих органов, то на каждую их пару надо М/2 дополнительных приводных элементов, а если нечетное, то (М + 1)/2 приводных элементов.

Изобретение поясняется чертежами, где:
фиг. 1 схема изобретения для четырех ОВ (для удобства рассмотрения фазораспределитель непропорционально увеличен) при М 0;
фиг. 2 генератор потоков с другим приводным элементом, а также иллюстрация иного возможного подключения камер;
фиг. 3 изобретение на шесть ОВ с нечетным числом М 1 дополнительных рабочих органов;
фиг. 4 генератор потоков на восемь ОВ с четным числом М 2 дополнительных рабочих органов;
фиг. 5 пример работы рабочих органов от одного привода (разрез А-А на фиг. 4 и вид слева);
фиг. 6 другой вариант изобретения на четыре ОВ (М 0)
фиг. 7 третий вариант изобретения (М 0) на четыре ОВ.

Далее приводятся сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, и покажем возможность получения указанного выше технического результата.

Для этого сначала дадим описание устройства в статическом состоянии, раскрывающее его конструкцию.

Аппарат (фиг. 1) содержит генератор 1 потоков (ГП) и фазораспределитель 2 (ФР), сообщенные нагнетающим 3 и всасывающим 4 трубопроводами.

ГП 1 имеет два рабочих органа (РО) 5, 6 (случай М=0), например, упругие мембраны, образующие камеры 7, 8 вдоха одинарной производительности и 9 выдоха двойной производительности, в которых имеются входные 10, 11, 12 и выходные 13, 14, 15 патрубки с впускными 16 и выпускными 17 клапанами. РО 5 и 6 подпружинены к приводному элементу 18 (выполненного, например, в виде вращаемого кулачка эллипсоидальной формы) или скреплены с приводным элементом типа 19 (возвратно-поступательный шток, как показано на фиг. 2). Поскольку расположение приводных элементов 18 или 19 предпочтительно в камерах выдоха, то камеры вдоха и выдоха могут быть включены в генераторные трубопроводы 3 и 4 по схеме 1 (соответственно камеры 7, 8 и 9) или по схеме фиг. 2 (20 и 21, 22). Пунктирами 23, 24, 25, 26 отмечены крайние положения РО 5 и 6. Случаи на фиг. 1 и 2 соответствуют значению числа М=0.

ФР 2 имеет корпус 27 с концевой поворотной частью 28, в котором размещен поворотный (например, вращаемый) золотник 29. В теле золотника 29 имеются газопроводящие элементы (ГПЭ) 30, 31 и выполнены сквозные каналы 32 и 33, сообщающие ГПЭ соответственно с всасывающим трубопроводом 4 через патрубок 34 и отверстия 35 в теле золотника и с нагнетающим трубопроводом 3 через патрубок 36.

В корпусе ФР 2 имеется четыре дыхательных патрубка 37 40 с разводными узлами 41 44 и отводами 45 48, к которым подсоединены дыхательные трубопроводы 49 52 вдоха и 53 56 выдоха со средствами 57 60 для подключения четырех ОВ (М 0).

На фиг. 3 изображен аппарат, предназначенный для шести ОВ. ГП 1 снабжен еще одним дополнительным РО 61 (М 1, два дополнительных РО, а всего РО - три) и дополнительным приводным элементом 62 с образованием камеры 63 двойной производительности с патрубками 64 и 65 и дополнительной камеры 66 одинарной производительности с патрубками 67 и 68. Разводные узлы 41 44 снабжены дополнительными отводами 69 72, к которым подсоединены дополнительные дыхательные трубопроводы 73, 74 вдоха и 75, 76 выдоха со средствами 77 и 78 для подключения двух дополнительных ОВ пятого и шестого.

На фиг. 4 ГП 1 снабжен очередным дополнительным РО 79 (М 2, а в сумме всего четыре РО) с образованием камеры 80 двойной производительности с патрубками 81 и 82 и камеры 8 одинарной производительности точно такой же, как и на фиг. 1, с теми же патрубками 12 и 15, что позволяет отметить некоторую цикличность появления новых камер при дальнейшем увеличении числа М. Рассматриваемый ГП предназначен для обеспечения ИВЛ восьми ОВ. Таким образом, целое число М может быть как четным, так и нечетным, и на каждый дополнительный РО требуется по четыре дополнительных отвода в разводных узлах для подключения двух дополнительных ОВ на каждый дополнительный РО.

На фиг. 5 показан разрез А-А устройства на фиг. 4 (вид слева): внутри камер 7, 63 и 8 видны соответственно патрубки 13, 64 и 15, а также торцы приводных элементов 18 и 62, которые связаны с приводом 83 (электродвигатель) посредством одинаковых шестеренок 84 и редуктора 85.

На фиг. 6 показан другой вариант выполнения ФР 2 для четырех ОВ (М=0), в котором выполнено два дополнительных ГПЭ 86 и 87 в золотнике 29 и четыре дополнительных дыхательных патрубка 88 91 в корпусе ФР 2, аналогичные основным 30, 31 и 37 40. К генераторным трубопроводам 3 и 4 подключен ГП 1, изображенный на фиг. 1 или 2. Видно, что в части 28 ФР 2 добавлена как бы еще одна секция вдоха на два ОВ из 87, 89 и 91, а в части 27 секция выдоха из 86, 88 и 90 для этих ОВ. Таким образом, одна такая комплектная секция "вдох-выдох" обеспечивает подключение дополнительно двух ОВ. Например, для восьми ОВ необходимо выполнить дополнительно еще две таких секции и подключить ГП 1 по фиг. 4.

На фиг. 7 показан еще один вариант выполнения аппарата. В золотнике 29 выполнено два дополнительных ГПЭ 92, 93 противоположных основным 30 и 31, а в корпусе ФР 2 скрестно с парой основных дыхательных патрубков 37 и 39 выполнена пара дополнительных дыхательных патрубков 94 и противоположный ему (не виден из-за разреза), что составляет как бы секцию выдоха из четырех патрубков, а скрестно с парой патрубков 38 и 40 выполнена другая пара дополнительных дыхательных патрубков 95 и противоположные ему (также не видимый из-за разреза), которые образуют секцию вдоха из четырех патрубков. Комплектная пара таких секций "вдох-выдох" предназначена для проведения ИВЛ четырех ОВ 57 60 совместно с ГП 1 на фиг. 1 или 2. Легко видеть, что если выполнить еще одну такую комплектную секцию, то с помощью ГП 1 по фиг. 4 можно подключить восемь ОВ. Отсюда ясно, почему в этом случае требуется, чтобы число М было обязательно четным: для подключения четырех дополнительных РО должно быть обязательно кратным двум, или, другими словами, быть четным. В этом состоит отличие от фиг. 6, где это число может быть и нечетным тоже.

Опишем работу устройства. ГП 1 (фиг. 1, 2) работает непрерывно, прокачивая через камеры 7, 8, 9 или 20, 21, 22 соответствующие газовые потоки при помощи РО 5, 6 и приводных элементов 18 или 19. Причем, производительность камеры 9 или 20, заключенной между двумя РО 5 и 6, в два раза больше, чем соседних камер, у которых только одна стенка выполнена в виде РО. Камеру двойной производительности можно использовать и для вдоха (фиг. 2) и для выдоха (фиг. 1). Поворотный золотник 29 приводится в постоянное вращение (привод не показан).

На вдохе первой пары ОВ 57 и 58 газ из атмосферы через входы 10 и 12 нагнетается по магистрали 3-36-33-31-42 в легкие обоих ОВ. Одновременно на выдохе второй пары ОВ 59, 60 газ откачивается из легких по магистрали 43-30-35-34-4-11-14 и выталкивается в атмосферу. Таким образом, у первой пары ОВ происходит вдох, а у второй выдох.

Смена фаз дыхания у всех ОВ обеспечивается поворотом золотника 29. При повороте, например, на 180^o по отношению к положению, показанному на фиг. 1, патрубки 38 и 39 перекрываются, а патрубка 37 и 40 открываются. На выдохе первой пары ОВ 57, 58 газ откачивается из легких по магистрали 41-30-32-35-34-4-11-14 и выталкивается в атмосферу. Одновременно на вдохе второй пары ОВ 59 и 60 газ из атмосферы через патрубки 10, 12 нагнетается по магистрали 3-36-33-31-44 в легкие обоих ОВ. Таким образом, у первой пары ОВ происходит выдох, а у второй вдох.

Угловые размеры секторов ГПЭ 30 и 31 обеспечивают соотношение длительностей вдоха и выдоха, а поворот части 28 корпуса ФР 2 на заданный угол изменяет соотношение их длительностей. Таким образом, аппарат позволяет проводить ИВЛ четырех ОВ одновременно.

На фиг. 3 ГП 1 снабжен двумя дополнительными РО 6 и 61 (М 1) и дополнительным приводным элементом 62, в результате чего он имеет камеры 9 и 63 двойной производительности и камеры 7 и 66 одинарной. Каждый разводной узел 42 44 снабжен одним дополнительным отводом 69 72 для подключения дополнительно двух ОВ 77 и 78. Схема подключения очевидна из фиг. 3. Вдох и выдох осуществляются аналогично вышеописанному для фиг. 1. Отличие заключается в том, что камеры 7 и 63 совместно создают тройную производительность по нагнетанию, обеспечивая вдох первой тройке ОВ 59, 60 и 78, а камеры 9 и 66 с тройной производительностью совместной по откачиванию обеспечивают выдох второй тройке ОВ 57, 58 и 77, т.е. одновременно проводится ИВЛ шести ОВ.

На фиг. 4 ГП 1 обеспечивает производительность по вдоху четырем ОВ (камера 63 имеет двойную производительность, а камеры 7, 8 одинарную) и производительность по выдоху тоже для четырех ОВ (камеры 9 и 80 имеют двойную производительность каждая), т. е. возможно обеспечение ИВЛ восьми ОВ. В общем случае число М может быть задано любым целым-четным или нечетным с обеспечением дополнительно 3 + 2М дополнительных ОВ.

На фиг. 5 показана схема работы РО и их приводных элементов от одного привода 83. От редуктора 85 шестерни 84 получают одинаковую скорость вращения, что позволяет обеспечить работу соседних РО в противофазе и синхронную работу всех РО.

На фиг. 6 можно проследить работу аппарата при другом варианте выполнения ФР 2. Здесь выполнены дополнительные секции вдоха и выдоха для ОВ 58 и 60, аналогичные основным. В качестве ГП 1 используется по фиг. 1 или 2. На фиг. 6 показана фаза вдоха для ОВ 57 и 58, при которой по магистрали 3-36-33 через патрубки 38, 39 газ нагнетается в легкие обоих ОВ. Одновременно газ из легких ОВ 59, 60 через патрубки 39, 90 по магистрали 32-34-4 выталкивается в атмосферу происходит выдох. После поворота золотник 29 перекрывает патрубки 39, 90 и 38, 89 и открывает патрубки 37, 38 и 40, 91; происходит выдох у ОВ 57, 58 и вдох у ОВ 59, 60. Таким образом проводят ИВЛ у четырех ОВ одновременно.

Из фиг. 7 видна работа аппарата в третьем варианте исполнения с ГП по фиг. 1. На фигуре показана фаза вдоха для ОВ 57, 58 и фаза выдоха ОВ 59, 60. При повороте золотника 29 на 90^o все патрубки, лежащие в плоскости чертежа, перекрываются и открываются все патрубки, перпендикулярные плоскости чертежа. Тогда у первой пары ОВ происходит фаза выдоха, а у второй пары ОВ - фаза вдоха. Движение газовых потоков показано стрелками. Таким образом происходит ИВЛ четырех ОВ. Если, как уже отмечалось ранее, выполнить дополнительные секции вдоха и выдоха, аналогичные основным, то с помощью ГП по фиг. 4 можно проводить ИВЛ одновременно восьми ОВ и т. д.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает проведение ИВЛ у четырех и более, вплоть до заданного числа, объектов вентиляции одновременно, чем обеспечивается желаемый технический результат.

Использование: медицина. Сущность изобретения: аппарат для искусственной вентиляции легких содержит генератор потока, включающий рабочую полость с входом и выходом для газа, а также рабочий орган и его приводной элемент. Генератор сообщен соответственно всасывающим и нагнетающим трубопроводами с фазораспределителем, в корпусе которого размещен поворотный золотник с газопроводящими элементами и выполнено четыре патрубка, два из которых сообщены с дыхательными трубопроводами для связи с объектом вентиляции. Согласно изобретательскому замыслу рабочий орган установлен с делением рабочей полости на две камеры, каждая из которых сообщена с одним из генераторных трубопроводов и имеет соответственно выход или вход для сообщения с атмосферой, при этом генератор потока снабжен 1 + М дополнительными рабочими органами с образованием 1 + М дополнительных камер, а также снабжен М/2 дополнительными приводными элементами, если М - четное число, включая ноль, ИЛИ М/2 + 1/2 дополнительными приводными элементами, если М - нечетное число, ИЛИ каждый дополнительный рабочий орган снабжен своим приводным элементом, а в корпусе фазораспределения выполнено два дополнительных патрубка, которые сообщены посредством выполненных в золотнике сквозных каналов с газопроводящими элементами золотника и к которым подсоединены генераторные трубопроводы, при этом основные патрубки корпуса фазораспределителя снабжены разводными узлами с 2 (3 + 2М) дополнительными патрубками ИЛИ в золотнике выполнено 2 (1 + М) дополнительных газопроводящих элементов, а в корпусе фазораспределителя выполнено 2 (3 + 2М) дополнительных патрубков, ИЛИ в золотнике при четном значении числа М выполнено 2 (1 + М) попарно противоположных дополнительных газопроводящих элементов, а в корпусе фазораспределителя выполнено 2 (3 + 2М), расположенных попарно скрестно дополнительных патрубков, при этом дополнительные патрубки сообщены с дополнительными дыхательными трубопроводами для 3 + 2М дополнительных объектов вентиляции. 7 ил.

Аппарат для искусственной вентиляции легких, содержащий генератор потока, включающий рабочую полость с входом и выходом для газа, а также рабочий орган и его приводной элемент, причем генератор сообщен соответственно всасывающим и нагнетающим трубопроводами с фазораспределителем, в корпусе которого размещен поворотный золотник с газопроводящими элементами и выполнено четыре патрубка, два из которых сообщены с дыхательными трубопроводами для связи с объектом вентиляции, отличающийся тем, что рабочий орган установлен с делением рабочей полости на две камеры, каждая из которых сообщена с одним из генераторных трубопроводов и имеет соответственно выход или вход для сообщения с атмосферой, при этом генератор потока снабжен 1 + М дополнительными рабочими органами с образованием 1 + М дополнительных камер, а также снабжен М/2 дополнительными приводными элементами, где М четное число, включая ноль, или М/2 + 1/2 дополнительными приводными элементами, где М нечетное число, или каждый дополнительный рабочий орган снабжен своим приводным элементом, а в корпусе фазораспределителя выполнено два дополнительных патрубка, которые сообщены посредством выполненных в золотнике сквозных каналов с газопроводящими элементами золотника и к которым подсоединены генераторные трубопроводы, при этом основные патрубки корпуса фазораспределителя снабжены разводными узлами с 2(3 + 2М) дополнительными патрубками или в золотнике выполнено 2(1 + М) дополнительных газопроводящих элементов, а в корпусе фазораспределителя выполнено 2(3 + 2М) дополнительных патрубков, или в золотнике при четном значении числа М выполнено 2(1 + М) попарно противоположных дополнительных газопроводящих элементов, а в корпусе фазораспределителя выполнено 2(3 + 2М) расположенных попарно скрестно дополнительных патрубков, при этом дополнительные патрубки сообщены с дополнительными дыхательными трубопроводами для 3 + 2М дополнительных объектов вентиляции.