АППАРАТ ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ Российский патент 1997 года по МПК A61H31/02 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для проведения искусственной вентиляции легких (ИВЛ), и найдет применение в отделениях анестезиологии, реанимации и интенсивной терапии при замещении временно утраченной вентиляционной функции организма.

Известен аппарат ИВЛ ("The Mark of Excellence in Ventilation Technology NMY, Newport Medical Instruments, INC"; The Newport Breeze, Newport Medical Instruments, INC, США), содержащий дозирующее устройство, состоящее из смесителя, обеспечивающего заданную концентрацию кислорода в дыхательной смеси, и регулятора расхода смеси; управляемый клапан выдоха, регуляторы ограничения давления вдоха и давления конца выдоха, систему электромагнитных пневмораспределителей, предохранительный клапан, клапан дополнительного вдоха, линию пациента, измеритель давления и электронную систему управления. Настоящий аппарат предназначен для проведения ИВЛ у детей при реанимации и интенсивной терапии в стационарах. Недостатками данного аппарата является необходимость для его работы одновременно двух источников сжатого газа: воздуха и кислорода. При выходе из строя или отсутствии в лечебном учреждении одного из источников аппарат неработоспособен. Кроме того, наличие сложной системы пневмораспределителей, распределяющих потоки газа под давлением приблизительно 0,2 МПа, снижает надежность и безопасность аппарата.

Известен также аппарат ИВЛ (BP 2001 Kinderbeatmungsgerаt Bedienungsanleitung) BP 2001 (Bear Medical systems AG, Швейцария), содержащий стабилизатор давления сжатого кислорода, дозирующее устройство, распределитель управления потоков газа, электронную систему управления, регуляторы ограничения давления вдоха и давления конца выдоха, линию пациента, измеритель давления, управляемый клапан выдоха, стабилизатор перепада давления сжатого кислорода, предохранительный клапан, клапан дополнительного вдоха. Данный аппарат ИВЛ (по сравнению с устройством аналогичного назначения, описанным в "The Mark of Exellence in Ventilator Technology NMI Newport Medical Instruments INC") имеет более совершенную конструктивную реализацию и широкие функциональные возможности, что позволяет его успешно использовать при проведении ИВЛ у детей в условиях реанимации и интенсивной терапии в стационарах с большей надежностью и безопасностью. Однако и для данного аппарата ИВЛ характерны существенные недостатки, которые значительно ограничивают эффективность его применения в медицинской практике. Так, в частности, он также требует для работы одновременного наличия двух источников сжатого газа: кислорода и воздуха. Причем при отсутствии сжатого кислорода аппарат полностью неработоспособен, так как управление клапаном выдоха и регуляторами ограничения давления вдоха и давления конца выдоха производится устройствами, питающимися от линии сжатого кислорода.

Данное изобретение решает задачу повышения надежности и безопасности проведения ИВЛ как при наличии, так и при отсутствии подачи в устройство сжатого кислорода, который используется только для оксигенации дыхательной смеси. Настоящее изобретение решает также задачу обеспечения в условиях аварии автономного источника потока воздуха возможности работы аппарата от линии сжатого кислорода.

Решение поставленной задачи достигается тем, что аппарат ИВЛ, содержащий стабилизатор давления сжатого кислорода, выход которого пневматически связан с первым входом дозирующего устройства, распределитель управляющих потоков газа, электрически связанный с электронной системой управления и пневматически с камерой управления управляемого клапана выдоха и регуляторами ограничения давления вдоха и давления конца выдоха, линию пациента, которая пневматически связана с измерителем давления, с камерой обратной связи управляемого клапана выдоха и с камерой управления стабилизатора перепада давления сжатого кислорода, при этом выход дозирующего устройства пневматически связан с предохранительным клапаном, клапаном дополнительного вдоха и через линию пациента с входом управляемого клапана выдоха. Согласно настоящему изобретению, аппарат ИВЛ снабжен генератором вдоха с мембранно-пружинным воздушным стабилизатором перепада давления, задатчиком давления, узлом блокировки, управляемым обратным клапаном линии кислорода и управляемым обратным клапаном воздушной линии, при этом вход генератора вдоха пневматически связан с выходом воздушного стабилизатора перепада давления, а выход с входом воздушного стабилизатора перепада давления, камера управления которого пневматически связана с линией пациента, с вторым входом дозирующего устройства, с камерами управления узла блокировки и камерой управления управляемого обратного клапана линии кислорода и через сопло рабочей камеры обратного клапана воздушной линии с входом распределителя управляющих потоков газа и входом камеры управления управляемого клапана выдоха, выход стабилизатора давления сжатого кислорода связан пневматически с входом задатчика давления, выход которого через сопло и рабочую камеру узла блокировки пневматически связан с камерой управления управляемого обратного клапана воздушной линии, с рабочей камерой стабилизатора перепада давления кислорода, с соплом камеры сброса узла блокировки и через сопло рабочей камеры управляемого обратного клапана линии кислорода с входом распределителя и с камерой управления управляемого клапана выдоха.

Таким образом, сущность настоящего изобретения заключается в том, что благодаря предложенным конструктивным усовершенствованиям, аппарат может работать как при наличии ввода в него от внешнего источника сжатого кислорода, который используется только для оксигенации дыхательной смеси, так и без него (вентиляция воздухом), а при наличии ввода сжатого кислорода в случае аварии автономного источника потока воздуха аппарата он автоматически переходит на работу от сжатого кислорода (вентиляция чистым кислородом), таким образом расширяются возможности применения аппарата, повышаются его надежность и безопасность для пациента.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого аппарата ИВЛ; на фиг. 2 - дозирующее устройство 2; на фиг. 3 управляемый клапан выдоха 5; на фиг. 4 -стабилизатор перепада давления сжатого воздуха 14; на фиг. 5 стабилизатор перепада давления сжатого кислорода 10; на фиг. 6 узел блокировки 16.

Аппарат ИВЛ содержит стабилизатор давления сжатого кислорода 1, выход которого пневматически связан с первым входом дозирующего устройства 2, распределитель управляющих потоков газа 3, электрически связанный с электронной системой управления 4 и пневматически с камерой управления управляемого клапана выдоха 5 и регуляторами ограничения давления вдоха 6 и давления конца выдоха 7 линию пациента 8. Линия пациента 8 пневматически связана с измерителем давления 9, с камерой обратной связи управляемого клапана выдоха 5 и с камерой управления стабилизатора перепада давления сжатого кислорода 10. Выход дозирующего устройства 2 пневматически связан с предохранительным клапаном 11, клапаном дополнительного вдоха 12 и через линию пациента 8 -с входом управляемого клапана выдоха 5.

Аппарат ИВЛ содержит также генератор вдоха 13 с воздушным стабилизатором перепада давления 14, задатчик давления 15, узел блокировки 16, управляемый обратный клапан линии кислорода 17, управляемый обратный клапан воздушной линии 18. Вход генератора вдоха 13 пневматически связан с выходом воздушного стабилизатора перепада давления 14, а выход с входом воздушного стабилизатора перепада давления 14, камера управления которого пневматически связана с линией пациента 8, с вторым входом дозирующего устройства 2, с камерами управления узла блокировки 16 и камерой управления управляемого обратного клапана линии кислорода 17 и через сопло рабочей камеры обратного клапана воздушной линии 18 с входом распределителя управляющих потоков газа 3 и входом камеры управления управляемого клапана выдоха 5. Выход стабилизатора давления сжатого кислорода 1 связан пневматически с входом задатчика давления 15, выход которого через сопло и рабочую камеру узла блокировки 16 пневматически связан с камерой управления управляемого обратного клапана воздушной линии 18, с рабочей камерой стабилизатора перепада давления кислорода 10, с соплом камеры сброса узла блокировки 16 и через сопло рабочей камеры управляемого обратного клапана линии кислорода 17 с входом распределителя 3 и с камерой управления управляемого клапана выдоха 5. Камера управления стабилизатора перепада давления сжатого кислорода 10 пневматически связана через камеру обратной связи управляемого клапана выдоха 5 с линией пациента 8.

Стабилизатор давления сжатого кислорода 1 предназначен для снижения и поддержания на уровне 0,14 МПа давления сжатого кислорода, поступающего в аппарат от внешнего источника, и выполнен в виде одноступенчатого мембранно-пружинного стабилизатора (например тА5.157.039).

Дозирующее устройство 2 (фиг. 2) представляет собой воздушный ротаметр и установленные параллельно с ним два (для более точной дозировки) последовательно установленных кислородных ротаметра. На входах в воздушный и первый кислородный ротаметры установлены регуляторы расхода соответственно воздуха и кислорода в виде дросселей переменного сечения, рукоятки регулирования которых выведены на панель. Выходы воздушного и второго кислородного ротаметров объединены и в объединяющей их линии установлен самодействующий клапан, препятствующий обратному току кислорода через воздушный ротаметр в случае отсутствия потока воздуха в аварийных условиях, когда аппарат работает от сжатого кислорода. Дозирующее устройство предназначено для установки и измерения расходов воздуха и кислорода в линию пациента.

Распределитель управляющих потоков газа 3 предназначен для коммутации линии управления управляемого клапана выдоха 5 в зависимости от фазы дыхательного цикла то с регулятором ограничения давления вдоха 6, то с регулятором давления конца выдоха 7 и представляет собой распределитель электромагнитный П-РЭ 3/2,5-1112 УХЛ4, ТУ 2-053-1612-82.

Электронная система управления 4 предназначена для управления временными параметрами вентиляции с помощью одноплатного микропроцессорного контроллера на базе ОЭВМ 1816ВЕ51. Исполнительным устройством является распределитель 3, который в зависимости от выбранного режима и параметров вентиляции подключает к дыхательному контуру регуляторы ограничения давления вдоха 6 или давления конца выдоха 7. Кроме того, система управления 4 обеспечивает с помощью датчика давления ЦДД-1000 контроль текущего давления в дыхательном контуре и визуализирует его, а также обеспечивает сигнализацию об опасных и аварийных ситуациях и выполнен в виде узла АФИН.941622.002.

Управляемый клапан выдоха 5 (фиг. 3) предназначен для перекрытия линии выдоха в фазе вдоха и соединения ее с атмосферой в фазе выдоха (или в период самостоятельного дыхания пациента), при этом на заслонке клапана формируется усилие, обеспечивающее заданный уровень ограничения давления вдоха или заданное давление конца выдоха (или постоянного положительного давления при самостоятельном дыхании), и выполнен в виде мембранной коробки, состоящей из камеры управления и камеры пациента, имеющих входные сопротивления и разделенных рабочей мембраной с жестким центром, и клапана, заслонка которого выполнена в виде жесткого центра разделительной мембраны, отделяющей камеру пациента от атмосферы.

регулятор ограничения давления вдоха 6 и регулятор ограничения давления конца выдоха 7 предназначены соответственно для формирования в линии управления управляемого клапана выдоха управляющего давления P_у, величина которого обеспечивает заданный уровень ограничения давления вдоха и давления конца выдоха, и могут быть выполнены в виде дросселей типа сопло-заслонка с переменным сопротивлением АФИН.301152.002 и АФИН.301152.001.

Линия пациента 8 представляет собой шланги вдоха и выдоха и тройник пациента с отводом для измерения давления в дыхательном контуре и служит для присоединения пациента к аппарату.

Измеритель давления 9 предназначен для измерения давления в дыхательном контуре и представляет собой указатель давления медицинский УДМ-60 ТУ 25-02.102307-80.

Стабилизатор перепада давления сжатого кислорода 10 предназначен для стабилизации перепада давления на рабочей мембране мембранной коробки управляемого клапана выдоха 5 при работе от сжатого кислорода (при выходе из строя генератора вдоха 13) и выполнен (фиг. 5) в виде пружинно-мембранного устройства, содержащего рабочую камеру с дросселем в линии стравливания и камеру управления с пружиной.

Предохранительный клапан 11 и клапан дополнительного вдоха 12 предназначены соответственно для ограничения максимального уровня давления в дыхательном контуре и для возможности пациенту сделать самостоятельный вдох в любой фазе дыхательного цикла и реализованы в аппарате: предохранительный клапан в виде гравитационно-пружинного клапана АФИН.306577.003, а клапан дополнительного вдоха в виде самодействующего грибкового клапана АФИН.304142.004.

Генератор вдоха 13 предназначен для выработки потока воздуха с параметрами расхода и давления, требуемыми для дыхания пациента, и представляет собой безмасляную, приводимую от асинхронного электродвигателя, мембранную воздуходувку тА5.883.097-02.

Воздушный стабилизатор перепада давления 14 служит для стабилизации перепада давления на рабочей мембране мембранной коробки управляемого клапана выдоха 5 при работе с генератором вдоха 13, а также на регуляторе расхода воздуха дозирующего устройства 12 и реализован в виде мембранно-пружинного устройства (фиг. 4), содержащего рабочую камеру с соплом и камеру управления с пружиной тА5.890.074.

Задатчик давления 15 предназначен для снижения и поддержания на уровне 0,02 МПа давления кислорода в системе управления аппарата и может быть выполнен в виде задатчика пневматического П23Д.4 ТУ 25-02.380520-79.

Узел блокировки 16 предназначен для перекрытия линии управления аппаратом от сжатого кислорода при нормальной работе генератора вдоха 13 и автоматического ее включения при аварии генератора вдоха 13 и состоит из двух мембранных реле, из которых рабочее реле 19 обеспечивает перекрытие линии кислорода от задатчика давления 15 при нормальной работе генератора вдоха 13 и соединение выхода задатчика давления 15 через рабочее сопло рабочего реле и сопло управляемого обратного клапана линии кислорода с камерой управления управляемого клапана выдоха 5 при прекращении работы генератора вдоха 13; реле сброса 20 обеспечивает стравливание кислорода из рабочей полости стабилизатора перепада давления сжатого кислорода 10 и камеры управления обратного клапана воздушной линии 18 при переходе с режима работы от сжатого кислорода на режим работы с генератором вдоха 13.

Рабочее реле 19 (фиг. 6а) представляет собой мембранную коробку, разделенную мембранным блоком на три камеры: камеру управления, промежуточную камеру и рабочую камеру. Камера управления отделена рабочей мембраной с большим жестким центром от соединенной с атмосферой промежуточной камеры, которая отделена от рабочей камеры разделительной мембраной, малый жесткий центр которой является заслонкой для сопла рабочей камеры.

Реле сброса 20 также представляет собой мембранную коробку, разделенную мембранным блоком на три камеры: камеру подпора, камеру управления и рабочую камеру, которая соединена с атмосферой и в которой расположено сопло. В камере подпора установлена пружина, обеспечивающая перекрытие стравливающего сопла при отсутствии давления в камере управления. Камера управления отделена от камеры подпора рабочей мембраной с большим жестким центром, а от рабочей камеры разделительной мембраной, малый жесткий центр которой служит заслонкой для сопла рабочей камеры.

Узел блокировки может быть реализован и в виде единого реле (фиг. 6б).

Управляемый обратный клапан линии кислорода 17 предназначен для соединения камеры управления управляемого клапана выдоха 5 с рабочей камерой стабилизатора перепада давления кислорода при работе от сжатого кислорода и для перекрытия этой линии при работе генератора вдоха 13 и выполнен аналогично рабочему реле узла блокировки 16.

Управляемый обратный клапан воздушной линии 18 предназначен для соединения камеры управления управляемого клапана выдоха 5 с рабочей камерой воздушного стабилизатора перепада давления 14 при работе с генератором вдоха 13 и для перекрытия этой линии при работе от сжатого кислорода и выполнен аналогично обратному клапану линии кислорода 17.

Аппарат ИВЛ работает следующим образом.

Аппарат подключается к внешнему источнику сжатого кислорода и к электрической сети.

Поток воздуха с выхода генератора вдоха 13 ( фиг. 1), а кислород для оксигенации дыхательной смеси от внешнего источника через стабилизатор давления сжатого кислорода 1 под давлением 014 МПа поступают в дозирующее устройство 2. С выхода дозирующего устройства кислородно-воздушная смесь поступает в линию пациента 8. Если сжатый кислород отсутствует, вентиляция пациента производится воздухом.

Благодаря связи камеры управления воздушного стабилизатора перепада давления с линией пациента давление воздуха на выходе генератора вдоха P_г формируется как сумма двух составляющих постоянной P_пр, определяемой натяжением пружины, и переменной P_д, равной давлению в дыхательном контуре.

P_г P_пр + P_д
Одновременно воздух с выхода генератора вдоха 13 под давлением P_г поступает в камеры управления рабочего реле 19 и реле сброса 20 узла блокировки 16, в камеру управления обратного клапана 17 линии кислорода, в рабочую камеру обратного клапана 18 воздушной линии и через его сопло в камеру управления управляемого клапана выдоха 5. На рабочей мембране управляемого клапана выдоха 5 создается перепад давлений, под действием которого она перемещается и перекрывает сопло клапана выдоха. Газ из линии пациента поступает в дыхательные пути пациента. Давление P_п в дыхательном контуре растет и соответственно на столько же возрастает P_г. Таким образом, перепад давлений на рабочей мембране управляемого клапана выдоха остается во все время вдоха постоянным, равным P_пр, и определяется натяжением пружины воздушного стабилизатора перепада давления. Непосредственно после включения в сеть электронная система управления 4 выдает сигнал, по которому распределитель управляющих потоков газа 3 устанавливается в положение вдоха, то есть сообщает линию управления, соединяющую сопло управляемого обратного клапана 18 воздушной линии и входное сопротивление камеры управления управляемого клапана выдоха, с регулятором ограничения давления вдоха 7. Происходит дозированная утечка воздуха из линии управления, величина которого зависит от величины переменного сопротивления регулятора ограничения давления вдоха, устанавливаемого оператором поворотом рукоятки. В результате утечки давление в линии управления и соответственно перепад давления на рабочей мембране управляемого клапана выдоха 5 стабилизируются на более низком уровне, обеспечивающем заданное ограничение давление вдоха.

По достижении в дыхательном контуре заданного значения давления вдоха равновесие сил на рабочей мембране управляемого клапана выдоха 5 нарушается, мембраны перемещаются от сопла клапана выдоха. Начинается частичное истечение воздуха из линии пациента 8 через управляемый клапан выдоха 5 в атмосферу и максимальное давление вдоха удерживается на заданном уровне. При полностью закрытом регуляторе ограничения давления вдоха последнее ограничивается предохранительным клапаном.

По истечении времени вдоха по сигналу электронной системы управления 4 линия управления соединяется с регулятором давления конца выдоха 6, переменное сопротивление которого настроено так, что рабочая мембрана управляемого клапана выдоха перемещается от сопла и открывает его в атмосферу. Начинается выдох. При наименьшей величине переменного сопротивления регулятора давления конца выдоха 6 давление в дыхательном контуре в конце выдоха близко к нулю. При увеличении сопротивления давление управления P_у увеличивается и равновесие наступает при больших величинах давления конца выдоха.

При выходе из строя генератора вдоха 13 поступление воздуха с его выхода прекращается. Давление в камерах управления рабочего реле 19 и реле сброса 20 узла блокировки 16, в камере управления управляемого обратного клапана линии кислорода 17 падает до нуля. Мембраны рабочего реле 19 и управляемого обратного клапана линии кислорода 17 перемещаются и открывают сопла рабочих камер. Сопло реле сброса 20 под действием пружины перекрывается. Сжатый кислород под давлением 0,02 МПа с выхода задатчика давления 15 через сопло рабочей камеры рабочего реле 19 узла блокировки 16 поступает в камеру управления обратного клапана воздушной линии 18, в результате чего его мембраны перемещаются и перекрывают сопло рабочей камеры и тем самым линию подачи воздуха.

Одновременно кислород поступает в рабочую камеру стабилизатора перепада давления кислорода 10, где как и в воздушном стабилизаторе перепада давления в результате воздействия на мембрану пружины и давления в дыхательном контуре на выходе формируется стабилизированное давление. Кислород под этим давлением через сопло управляемого обратного клапана линии кислорода 17 попадает в линию управления, которая в зависимости от фазы дыхательного цикла коммутируется то с регулятором ограничения давления вдоха 7, то с регулятором давления конца выдоха 6, аналогично тому, как было выше описано при работе генератора вдоха.

Если генератор вдоха вновь вводится в работу, воздух с выхода генератора вдоха 13 под давлением P_г поступает в камеру управления рабочего реле 19 и реле сброса 20 узла блокировки 16 и в камеру управления управляемого обратного клапана линии кислорода 17. Сопло рабочего реле 19 узла блокировки 16 и сопло управляемого обратного клапана линии кислорода 17 перекрываются, предотвращая попадание сжатого кислорода в линию управления. Сопло реле сброса 20 узла блокировки 16 открывается и сообщает с атмосферой рабочую камеру стабилизатора перепада давления сжатого кислорода 10 и камеру управления управляемого обратного клапана воздушной линии 18. Рабочее сопло управляемого обратного клапана воздушной линии 18 открывается и воздух с выхода генератора вдоха 13 поступает в линию управления, которая посредством распределителя управляющих потоков газа 3 коммутируется то с регулятором ограничения давления вдоха, то с регулятором давления конца выдоха.

Итак, при вводе в работу генератора вдоха 13 аппарат автоматически переходит на управление от воздуха, а сжатый кислород используется только для оксигенации дыхательной смеси.

Таким образом, заявленный аппарат ИВЛ, по сравнению с устройствами аналогичного назначения (BP 2001, Bear Medical Systems AG, Швейцария), отличается повышенной надежностью и безопасностью и обеспечивает работу как при наличии, так и при отсутствии подачи в аппарат сжатого кислорода, который используется только для оксигенации дыхательной смеси, а также обеспечивает в условиях аварии автономного источника потока воздуха аппарата возможность его работы от линии сжатого кислорода.

Использование: в анестезиологии, реанимации и интенсивной терапии при замещении временно утраченной вентиляционной функции организма. Сущность изобретения: аппарат ИВЛ содержит стабилизатор давления сжатого кислорода, дозирующее устройство, распределитель управляющих потоков газа, электронную систему управления, управляемый клапан выдоха, регулятор ограничения давления вдоха и давления конца выхода, линию пациента, измеритель давления, стабилизатор перепада давления сжатого кислорода, предохранительный клапан, клапан дополнительного вдоха, генератор вдоха, воздушный стабилизатор перепада давления, задатчик давления, узел блокировки, управляемый обратный клапан линии кислорода, управляемый обратный клапан воздушной линии. Аппарат отличается надежностью и безопасностью и обеспечивает работу как при наличии, так и при отсутствии подачи в аппарат сжатого кислорода. Аппарат имеет возможность работы от линии сжатого кислорода. 6 ил.

Аппарат искусственной вентиляции легких, содержащий стабилизатор давления сжатого кислорода, выход которого пневматически связан с первым входом дозирующего устройства, распределитель управляющих потоков газа, электрически связанный с электронной системой управления и пневматически с камерой управления управляемого клапана выдоха и регуляторами ограничения давления вдоха и давления конца выдоха, линию пациента, которая пневматически связана с измерителем давления, с камерой обратной связи управляемого клапана выдоха и с камерой управления стабилизатора перепада давления сжатого кислорода, при этом выход дозирующего устройства пневматически связан с предохранительным клапаном, клапаном дополнительного вдоха и через линию пациента с входом управляемого клапана выдоха, отличающийся тем, что он снабжен генератором вдоха с мембранно-пружинным воздушным стабилизатором перепада давления, задатчиком давления, узлом блокировки, управляемым обратным клапаном линии кислорода и управляемым обратным клапаном воздушной линии, при этом вход генератора вдоха пневматически связан с выходом воздушного стабилизатора перепада давления, а выход с входом воздушного стабилизатора перепада давления, камера управления которого пневматически связана с линией пациента, с вторым входом дозирующего устройства, с камерами управления узла блокировки и камерой управления управляемого обратного клапана линии кислорода и через сопло рабочей камеры обратного клапана воздушной линии с входом распределителя управляющих потоков газа и входом камеры управления управляемого клапана выдоха, выход стабилизатора давления сжатого кислорода связан пневматически с входом задатчика давления, выход которого через сопло и рабочую камеру узла блокировки пневматически связан с камерой управления управляемого обратного клапана воздушной линии, с рабочей камерой стабилизатора перепада давления кислорода, с соплом камеры сброса узла блокировки и через сопло рабочей камеры управляемого обратного клапана линии кислорода с входом распределителя и с камерой управления управляемого клапана выдоха.