АППАРАТ ИВЛ Российский патент 1999 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 хирургии, анестезиологии и интенсивной терапии.

Известен аппарат ИВЛ (см. аппарат ИВЛ для наркоза "Спирон-305" ТУ 92 0480277.008-91), содержащий блок высокого давления, блок меха, дыхательный контур, приборный блок и блок управления (см. фиг. 3). Аппарат выполнен в едином блоке, имеет более совершенную систему электробезопасности снабжен регулятором давления пневмопитания, что повышает безопасность пациента.

Однако для данного аппарата ИВЛ характерны существенные недостатки, которые значительно ограничивают его применение в широкой медицинской практике. Так, в частности, в аппарате отсутствует контроль за давлением пневмопитания, а также отсутствует сигнализация о разгерметизации дыхательного контура. Падение давления пневмопитания или разгерметизация дыхательного контура могут привести к опасному для жизни пациента снижению установленной врачом величины минутной вентиляции.

Кроме того выполнение регулятора дыхательных объемов в виде перемещаемого внутри корпуса меха жесткого упора обуславливает расположение органов управления (регулятора дыхательных объемов и регулятора минутной вентиляции) в различных функциональных частях аппарата. Это снижает удобство эксплуатации и безопасность пациента, особенно при необходимости оперативного изменения параметров ИВЛ в условиях ее проведения при наркозе. В то же время необходимость хорошей герметизации места вывода из корпуса меха оси вращения регулятора дыхательных объемов снижает надежность работы аппарата.

Аппарат имеет больше габариты и массу, что сужает сферу его использования, например, существенно затрудняет его применение в сочетании с простыми аппаратами ингаляционного наркоза (ИН).

Данное изобретение решает задачу повышения безопасности повышения ИВЛ за счет введения системы звуковой и визуальной сигнализации при нарушении установленных параметров давления пневмопитания и давления в дыхательном контуре. При этом авторами решается задача новой конструктивной реализации регулятора дыхательных объемов и повышение эффективности и надежности управления параметрами ИВЛ, а также дальнейшего упрощения конструкции узлов аппарата, уменьшения его массы и габаритных размеров.

Решение поставленных задач достигается тем, что аппарат ИВЛ, содержащий блок высокого давления, включающий регулятор избыточного давления, пневматически соединенный с электромагнитным клапаном, выход которого пневматически связан с выходом инжектора, и регулятор потока газа; блок меха, который содержит герметичный корпус с расположенным в нем гофрированным эластичным сильфоном, внутренняя полость корпуса пневматически связана с выходом инжектора, регулятор дыхательных объемов с датчиком положения подвижного основания меха, концевой выключатель инжектора; дыхательный контур, включающий обратные клапаны, установленные, соответственно, в линии входа пациента и в линии подачи дыхательной смеси от наркозного аппарата, предохранительный клапан давления, измеритель давления, шланги входа и выхода, соединенные с тройником пациента, с установленными на них сборниками конденсата; а также блок управления, электрический выход которого соединен с электромагнитным клапаном блока высокого давления, первый электрический вход - с концевым выключателем инфектора, второй электрический вход - с датчиком положения подвижного основания меха. Согласно настоящему изобретению, аппарат снабжен преобразователем давления, который пневматически связан с линией вдоха дыхательного контура и с третьим электрическим входом блока управления. Аппарат М ИВЛ снабжен также пневмопереключателем, первый вход которого пневматически связан с линией подачи газа в инжектор, второй - с внутренней полостью корпуса меха и с выходом инжектора, а третий - с линией выдоха пациента. Блок высокого давления снабжен реле давления, установленным на выходе регулятора давления и электрически связаны с четвертым входом блока управления. Регулятор потока газа установлен на линии всасывания инжектора и пневматически соединен с фильтром-глушителем, а блок управления содержит плату индикации для цифровой индикации параметров ИВЛ и сигнализации рабочих режимов и аварийных состояний. Регулятор дыхательных объемов блока меха снабжен гибкой тягой с диском, один конец которой закреплен на подвижном основании меха, другой - на диске регулятора, жестко связанным с датчиком положения. При этом концевой индикатор инжектора расположен на неподвижном основании меха.

Таким образом, сущность настоящего изобретения заключается в том, что, благодаря предложенным конструктивным решениям, аппарат ИВЛ обеспечивает повышенную безопасность проведения искусственной вентиляции легких, так как снабжен системами визуального и звукового контроля за давлением пневмопитания и давлением в дыхательном контуре, а также имеет принципиально-новое конструктивное решение регуляторы дыхательных объемов с использованием вместо жесткого винтового упора гибкой тяги с диском, что позволило упростить конструкцию данного узла аппарата, повысить надежность его работы и расположить органы управления параметрами ИВЛ на лицевой панели блока управления для обеспечения оперативного управления работой аппарата в случае возникновения критических для пациента ситуаций. Использованные в аппарате технические решения позволили усовершенствовать конструктивную реализацию его блоков и тем самым существенно снизить массу и габариты всего устройства. Разработанный аппарат отличается портативностью и удобством эксплуатации, что значительно расширяет сферу его применения в медицинской практике.

Изложенная сущность изобретения поясняется конкретным примером выполнения аппарата и чертежами, на которых представлены:
на фиг. 1 - принципиальная блок-схема предлагаемого аппарата;
на фиг. 2 - структурная схема блока управления;
на фиг. 3 - принципиальная блок-схема аппарата ИВЛ "Спирон-305" (прототип).

Аппарат ИВЛ содержит (фиг. 1) блок 1 высокого давления, блок 2 меха, дыхательный контур 3, блок 4 управления.

Блок 1 высокого давления предназначен для формирования и поддержания на заданном уровне давления и объемной скорости потока газа, подаваемого в акте вдоха на привод дыхательного меха.

Блок 1 высокого давления содержит регулятор 5 избыточного давления, пневматически соединенный с электромагнитным клапаном 6, выход которого пневматически связан со входом инжектора 7. На линии всасывания инжектора 7 установлен регулятор 8 потока газа, пневматически соединенный с фильтром-глушителем 9. На выходе регулятора 5 избыточного давления установлено реле 10 давления, которое подключено к четвертому электрическом входу блока 4 управления.

Регулятор 5 избыточного давления предназначен для снижения входного давления газа и поддерживания выходного давления на заданном уровне, независимо от колебаний давления на входе.

Электромагнитный клапан 6 предназначен для мутации потока сжатого газа, поступающий в пневмопривод аппарата.

Инжектор 7 предназначен для создания необходимой объемной скорости потока газа, поступающего в пневмопривод аппарата.

Регулятор 8 потока газа предназначен для изменения объемной скорости выходящего из инжектора 7 газового потока и задания величины минутной вентиляции пациента.

Фильтр-глушитель 9 обеспечивает защиту от попадания в газопроводные каналы посторонних частиц, а также снижение уровня звука, создаваемого при работе инжектора 7.

Реле 10 давления обеспечивает преобразование пневматического сигнала (рабочего давления) в дискретный электрический сигнал, используемый для сигнализации о падении давления пневмопитания на входе в аппарат, и реализовано в виде пневмоэлектрического преобразователя.

Блок 2 меха предназначен для аккумулирования в каждом цикле дыхания газовой дыхательной системы заданного объема и последующего вытеснения его в легкие пациента и содержит герметичный корпус 11 с расположенным в нем эластичным сильфоном (гофрированных мехов) 12. Блок содержит регулятор 13 дыхательных объемов, в состав которого входит датчик 14 положения подвижного основания меха, диск 15 с рукояткой 16, гибкая тяга 17, один конец которой закреплен на подвижном основании 18 меха, а другой - на диске 15. Диск 15 жестко связан с датчиком 14, который подключен ко второму входу блока 4 управления. Блок 2 содержит также концевой выключатель 19 инжектора, который подключен к первому входу блока управления.

Регулятор 13 дыхательных объемов предназначен для задания величины объема дыхательной смеси, поступающей при каждом входе в легкие пациента.

Датчик 14 положения подвижного основания меха обеспечивает формирования электрического сигнала, пропорционального величине дыхательного объема (внутреннего объема меха), и может быть реализован в виде переменного резистора, ось вращения которого жестко связана с диском 15.

Диск 15 жестко связан с рукояткой 16 и на своей цилиндрической поверхности имеет желоб, в которой уложена гибкая тяга 17.

Тяга 17 предназначена для перемещения подвижного основания 18 маха при задании величины дыхательного объема и представляет собой прочную гибкую нить (трос), которая при вращении рукоятки 16 наматывается или сматывается с диска 15.

Концевой выключатель 19 инжектора обеспечивает выключение электромагнитного клапана 6 и, следовательно, подачи газа в корпус 11, в момент достижения подвижным основанием 18 меха верхнего положения и представляет собой оптоэлектронную пару (световод-фотодиод) и подвижную заслонку, перемещающуюся в зоне оптического луча.

Дыхательный контур 3 обеспечивает циркуляцию свежей дыхательной смеси и выдыхаемого газа в каждом цикле дыхания, а также контроль давления в акте вдоха и включает в себя обратные клапаны 20 и 21, установленные, соответственно, на линии 22 вдоха и в линии 23 подачи дыхательной смеси в мех (например, от наркозного аппарата), предохранительный клапан 24, измеритель давления 25, шланги вдоха 26 и выдоха 27, соединены тройником пациента 28. На шлангах 26 и 27 установлены сборники 29 конденсата.

Аппарат ИВЛ имеет блок 4 управления, который обеспечивает обработку электрических сигналов от преобразователей, управление работой аппарата по заданной программе и сигнализацию о нарушении режимов работы.

Блок 4 управления включает (фиг. 2) вычислитель 30, плату 31 индикации, компаратор 32, триггер 33, усилитель 34, генератор 35 пилообразного тока, компаратор 36, буферный каскад 37 устройство 38 звуковой сигнализации, стабилизированный источник 39 питания, усилитель 40.

Вычислитель 30 предназначен для вычисления параметров ИВЛ и управления работой аппарата по заданной программе и может быть реализован в виде стандартной микро-ЭВМ.

Вычислитель 30 выполнен на основе микропроцессора, соединенного с выходами 1; 2; 3 и выходами 1; 5 вычислителя; таймера, соединенного с выходами 1; 4 и выходом 4 вычислителя; порта связи, соединенного с выходами 1; 5; 6; 7 и выходами 2; 3; 5 вычислителя и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), соединенного с входом 1. Программа работы аппарата записана в перепрограммируемом ПЗУ.

Плата 31 индикации предназначена для цифровой индикации параметров ИВЛ и визуальной сигнализации рабочих режимов и аварийных состояний. На плате расположены также органы управления режимами работы аппарата.

Компаратор 32 обеспечивает сравнение сигнала от концевого выключателя 19 с опорным сигналом.

Триггер 33 обеспечивает установку начала отсчета импульсов, используемых для вычисления параметров ИВЛ.

Усилитель 34 предназначен для повышения уровня сигнала от датчика 14 положения и выполнен в виде операционного усилителя.

Генератор 35 пилообразного тока обеспечивает формирование линейного сигнала, используемого для преобразования сигнала от датчика 14 положения подвижного основания меха.

Компаратор 36 обеспечивает сравнение пилообразного сигнала от генератора 35 с сигналом от датчика 14 и формирование выходного частотного сигнала, длительность импульса которого пропорциональна дыхательному объему.

Буферный каскад 37 предназначен для усиления мощности электрического сигнала, поступающего на электромагнитный клапан 6, и может быть реализован в виде составного транзистора.

Устройство 38 звуковой сигнализации обеспечивает формирование звукового сигнала в различных аварийных ситуациях или при нарушениях режимов работы аппарата и выполнен в виде пьезокерамического звонка.

Стабилизированный источник 39 питания обеспечивает формирование и подачу стабилизированного постоянного напряжения к электромагнитам электрической схемы блока 4 управления.

Усилитель 40 предназначен для повышения уровня сигнала от преобразователя 41 давления, сравнение его с заданным уровнем давления разгерметизации дыхательного контура и формирования выходного сигнала, поступающего на вычислитель 30.

Аппарат ИВЛ содержит также преобразователь 41 давления и пневмопереключатель 42.

Преобразователь 41 давления обеспечивает преобразование величины давления в дыхательном контуре в электрический сигнал для сигнализации при разгерметизации дыхательного контура и может быть выполнена в виде преобразователя избыточного давления.

Преобразователь 41 давления пневматически соединен с линией 22 вдоха дыхательного контура 3 и с третьим электрическим входом блока 4 управления.

Пневмопереключатель 42 предназначен для коммутации в каждом дыхательном цикле линии выхода пациента и канала подачи газа от инжектора и реализован в аппарате в виде мембранной клапанной коробки.

Пневмопереключатель 42 первым входом связан с линией подачи газа в инжектор 7, вторым входом - с внутренней полостью корпуса 11 меха и с выхода инжектора 7, а третьим - с линией выдоха пациента.

Аппарат ИВЛ работает следующим образом.

При подключении электрической сети (нажатии сетевой кнопки) по сигналу от блока 4 управления включается электромагнитный клапан 6 и сжатый газ с выхода регулятора 5 избыточного давления поступает на вход (сопло) инжектора 7 и в межмембранную полость пневмопереключателя 42.

Сигнал на включение клапана 6 поступает от блока 4 управления только в том случае, если давление на выходе регулятора 5 равно или выше порога срабатывания реле 10. При значении давления газа ниже уровня этого порога, электрические контактные реле 10 размыкаются и по сигналу на четвертом входе блока 4 управления формируется сигнал на включение клапана 6 и срабатывание визуальной и звуковой сигнализации о падении давления пневмопитания.

Под действием давления газа мембранные клапаны пневмопереключателя 42 закрывается, а сжатые газы при истечении через сопло инжектора 7 за счет своей кинематической энергии подсасывает атмосферный воздух через регулятор 8 потока и фильтр-глушитель 9. При этом количество (объемная скорость) газа на выходе инжектора 7 (при постоянном давлении на входе) определяется величиной проходного сечения регулятора 8 и устанавливается рукояткой регулятора.

Поток газа с выхода инжектора 7 поступает в герметичный корпус 11 и, воздействуют своим давлением на эластичный гофрированный мех 12, сжимает его, перемещая вверх подвижное основание 18 меха и вытесняя находящуюся внутри меха 12 дыхательную смесь по линии 22 вдоха, через обратный самодействующий клапан 20, шланги 26 вдоха и тройник 28 пациента, - в легкие пациента. Происходит акт вдоха.

Объем вдоха определяется внутренним объемом меха 12 в крайнем нижнем положении подвижного основания 18. Это положение, а, следовательно, и объем внутренней полости меха 12, может изменяться с помощью регулятора 13 дыхательных объемов: при вращении рукоятки 16 гибкая тяга 17 наматывается и сматывается вверх или опускается вниз (под собственным весом) в новое положение. Одновременно изменяется электрическое сопротивление жестко связанное с рукояткой 16 переменного резистора датчика 14 положения и величина электрического сигнала, поступающего на второй вход блока 4 управления. Пропорционально величине этого сигнала на плате индикации блока 4 индицируется значение установленного дыхательного объема.

В крайнем верхнем положении подвижное основание 18 перемещает заслонку концевого выключателя 19, перекрывая зону его оптического луча, и по сигналу на первом входе блока 4 управления формируется выходной сигнал от блока 4 на включение клапана 6 (окончание фазы вдоха).

После включения клапана 6 начинается акт пассивного выдоха пациента. При этом сжатый газ из мембранной полости пневмопереключателя 42 сбрасывается в атмосферу по каналу клапана 6, давление в межмембранной полости падает и мембранные клапаны переключателя 42 под действием своих упругих сил открываются, обеспечивая сброс в атмосферу газа из корпуса 11 и выдыхаемого газа из легких через тройник 28 пациента и шланги 27 выдоха.

Под действием собственного веса подвижное соединение 18 опускается и свежая газовая смесь (например, от наркозного аппарата) засасывается во внутреннюю полость меха 12 по линии 23 подачи дыхательной смеси через самодействующий обратный клапан 21. При этом клапан 20 на линии 22 вдоха закрывается.

Интервал времени между включением и выключением электромагнитного клапана 6 (продолжительность вдоха) измеряется вычислителем блока 4 управления и является одним из основных параметров для программного управления работой аппарата. Данная величина используется для программного вычисления и индикации на цифровых табло значений частоты вентиляции (дыхания) и минутной вентиляцией (как произведения дыхательного объема на частоту вентиляции).

Кроме того по заданному в программе отношению продолжительности вдоха к продолжительности выдоха (например 1:2) вычислитель 30 блока управления формует управляющий сигнал для включения клапана 6 и начала последующего вдоха. Дыхательный цикл повторяется.

Образующийся в процессе дыхания конденсат накапливается в установленных на дыхательных шлангах сборниках 29 конденсата, которые опорожняются по мере их заполнения.

Изменение величины минутной вентиляции может осуществляться путем изменения проходного сечения регулятора 8 потока или заданного значения дыхательного объема. В обоих случаях меняется частота вентиляции (интервал времени между включением и выключением клапана 6) и, следовательно, величина минутной вентиляции.

В случае возникновения при дыхании опасного для пациента избыточного давления в дыхательном контуре 3, излишки газа из линии 22 вдоха сбрасывается в атмосферу через открывающийся предохранительный клапан 24. Визуальный контроль величины давления в дыхательном контуре 3 осуществляется по измерителю 25 давления.

При опасном для пациента снижении давления в акте вдоха (ниже уровня 0,2 кПа), по электрическому сигналу, поступающему на третий вход блока 4 управления от преобразователя 40 давления, в блоке 4 формируется управляющий сигнал на выключение визуальной и звуковой сигнализации.

Программа работы предлагаемого аппарата позволяет расширить диапазон значений минутной вентиляции за счет использования режима импульсной подачи сжатого газа в пневмопривод. При этом в акте вдоха производится включение клапана 6 электрическими импульсами (например, с частотой 16 Гц и скважинность 1: 3) и нижний предел диапазона минутной вентиляции уменьшается, так как уменьшается пропускная способность клапана 6. В этом режиме высокая частота включения клапана 6 не отражается на процессе дыхания (импульсы колебания давления при вдохе не ощутимы).

Таким образом, разработанный аппарат ИВЛ отличается:
- повышенной безопасностью проведения искусственной вентиляции легких за счет наличия системы визуальной и звуковой сигнализации о падении давления пневмопитания и давления в дыхательном контуре ниже безопасного для пациента уровня;
- существенно новым выполнением регулятора дыхательных объемов, позволяющим значительно упростить конструкцию данного узла, повысить надежность его работы и, что принципиально важно, расположить все органы управления параметрами ИВЛ на передней панели блока управления, обеспечив оперативное управление работой аппарата в критических для пациента ситуациях;
- портативностью, что позволяет расширить сферу его применения с аппаратом ингаляционного наркоза различной конструкции. Например, небольшие габаритные размеры и масса предлагаемого аппарата позволяет крепить его на стойке простого аппарата ИН "Полинаркон-5" и тем самым повысить эксплуатационные характеристики наркозного аппарата и эффективность лечения;
- простотой и удобством обслуживания и наличием полностью разборного дыхательного контура, что позволяет проводить качественную санитарную обработку его элементов.

Аппарат предназначен для проведения искусственной вентиляции легких (ИВЛ) в отделениях хирургии, анастезиологии и интенсивной терапии. Технический результат заключается в повышении безопасности ИВЛ. Аппарат содержит блок высокого давления, блок меха, дыхательный контур и блок управления. Блок высокого давления включает регулятор избыточного давления, электромагнитный клапан, инжектор, регулятор потока газа, фильтр-глушитель, реле давления, блок меха содержит герметичный корпус с расположенным в нем гофрированным сильфоном, регулятор дыхательных объемов, в состав которого входит датчик положения подвижного основания меха, диск с рукояткой и гибкая тяга, один конец которой закреплен на подвижном основании меха. Блок содержит также концевой выключатель инжектора. Дыхательный контур включает циркуляционные клапаны, линию вдоха пациента, линию подачи дыхательной смеси от наркозного аппарата, предохранительный клапан, измеритель давления, шланги вдоха и выдоха, тройник пациента, сборники конденсата. Аппарат снабжен платой индикации для цифровой индикации параметров ИВЛ и сигнализации рабочих режимов и аварийных состояний. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Аппарат для искусственной вентиляции легких, содержащий блок высокого давления, включающий регулятор избыточного давления, пневматически соединенный с электромагнитным клапаном, выход которого пневматически связан со входом инжектора, и регулятор потока газа, блок меха, который содержит герметичный корпус, с расположенным в нем эластичным сильфоном, внутренняя полость корпуса пневматически связана с выходом инжектора, регулятор дыхательных объемов с датчиком положения подвижного основания меха, концевой выключатель инжектора, дыхательный контур, включающий обратные клапаны, установленные соответственно в линии входа пациента и в линии подачи дыхательной смеси от наркозного аппарата, шланги вдоха и выдоха, соединенные с тройником пациента, с установленными на них сборниками конденсата, предохранительный клапан давления и измеритель давления, установленные последовательно на линии вдоха между обратным клапаном и шлангом вдоха, а также блок управления, электрический выход которого соединен с электромагнитным клапаном блока высокого давления, первый электрический вход - с концевым выключателем инжектора, второй электрический вход - с датчиком положения подвижного основания меха, отличающийся тем, что аппарат снабжен преобразователем давления, который пневматически соединен с линией вдоха дыхательного контура и с третьим электрическим входом блока управления, и пневмопереключателем, первый вход которого пневматически связан с линией подачи газа в инжектор, второй - с внутренней полостью корпуса меха и с выходом инжектора, а третий - с линией выдоха пациента, при этом блок высокого давления снабжен реле давления, установленным на выходе регулятора давления и электрически связанным с четвертым входом блока управления, регулятор потока газа установлен на линии всасывания инжектора и пневматически соединен с фильтром-глушителем, а блок управления содержит плату индикации для цифровой индикации параметров ИВЛ и сигнализации рабочих режимов и аварийных состояний. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что регулятор дыхательных объемов блока меха выполнен в виде гибкой тяги с диском, один конец которой закреплен на подвижном основании меха, другой - на диске регулятора, жестко связанным с датчиком положения, а концевой выключатель инжектора расположен на неподвижном основании меха.