УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЫХАТЕЛЬНОГО ОБЪЕМА В АППАРАТАХ ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ Российский патент 2001 года по МПК A61B5/91 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для измерения дыхательного объема в аппаратах искусственной вентиляции легких (ИВЛ), в том числе и в аппаратах с постоянным потоком газа в дыхательном контуре.

Изобретение найдет применение при проведении наладки, настройки и испытаний аппаратов ИВЛ.

Известно устройство для измерения дыхательного объема с помощью пневматической модели легких, в которой растяжимость моделируется сжатием газа в жесткой емкости (L. Randell-Backer, P.W.Thompson, W.W. Mapleson "Automatic ventilation of the Lungs" Blackwell scientific publication (3-rd edition), 1980 г, глава "Laborstory Testing of Automatic Ventilators")
Улучшение характеристик такой модели достигается путем обеспечения адиабатического процесса сжатия газа (D.W. Hill and V.Moore "The action of adiabatic effects on the complianse of an artificial thorax". British Journal of Anaesthesia, 37, 19, 1965 г.).

Однако для известного устройства измерения дыхательного объема характерны существенные недостатки.

Для того чтобы провести измерение дыхательного объема, в схему измерения необходимо ввести спирометр, а при наличии непрерывного потока в дыхательном контуре во время вдоха и выдоха - нереверсивный клапан. Каждый из этих элементов вносит определенную погрешность измерения. При этом погрешность, вносимую нереверсивным клапаном, невозможно учесть заранее, так как перепуски в нем зависят от качества сборки клапана и от уровня давления в дыхательном контуре в фазе выдоха, который при непрерывном потоке в дыхательном контуре не равен 0.

Известно также устройство для измерения дыхательного объема легких в аппаратах ИВЛ путем измерения разности наибольшего и наименьшего давлений вдоха в модели легких. Устройство для измерения дыхательного объема содержит пневматическую модель легких, один вход которой соединен с тройником пациента, а другой - со средством измерения наибольшего и наименьшего давлений вдоха - стрелочным манометром (см. Международный стандарт ИСО 10651-1, 1993 г., пункт 51.10, рисунок 1).

Дыхательный объем определяется как произведение разности наибольшего и наименьшего давлений вдоха в модели легких на растяжимость модели легких:
V_т= ΔP•C,
где V_т - дыхательный объем;
ΔP - разность между наибольшим и наименьшим давлениями вдоха;
C - растяжимость модели легких.

Существенным недостатком данного устройства является низкая точность определения разности давлений, поскольку она определяется визуально по показаниям стрелочного манометра. При значительных величинах частоты вентиляции данное устройство практически мало пригодно для определения разности давлений в силу того, что стрелочный манометр имеет неудовлетворительные динамические характеристики, а, кроме того, визуальное определение пиковых величин давлений вдоха вносит значительный элемент субъективного восприятия. Все это приводит к тому, что погрешность измерения невозможно предопределить, а время измерения существенно удлиняется.

Настоящее изобретение решает задачу повышения точности и автоматизации измерения дыхательного объема при проведении наладки и испытаний аппаратов ИВЛ.

Решение поставленной задачи достигается следующим образом.

Устройство измерения дыхательного объема в аппаратах ИВЛ, содержащее модель легких, например пневматическую, один вход которой через соединительный элемент подключен к отверстию для присоединения пациента к аппарату ИВЛ, а другой соединен со средством измерения наибольшего и наименьшего давления вдоха, СОГЛАСНО НАСТОЯЩЕМУ ИЗОБРЕТЕНИЮ снабжено вычислителем дыхательного объема.

При этом средство измерения наибольшего и наименьшего давления вдоха выполнено в виде преобразователя давления, усилителя и блоков выделения Р_max и Р_мин, выход преобразователя давления подключен к входу усилителя, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входу блока выделения Р_max и входу блока выделения Р_мин. Вычислитель дыхательного объема содержит блок вычитания (Р_max - Р_мин), первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом блока выделения Р_max и выходом блока выделения Р_мин. Выход блока вычитания (Р_max - Р_мин) подключен к первому входу блока умножения (Р_max - Р_мин) • C, второй вход которого соединен с выходом задатчика растяжимости модели легких, а выход через аналого-цифровой преобразователь подключен к индикатору величины дыхательного объема.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении точности измерения дыхательного объема, что позволяет повысить качественную наладку и настройку аппаратов ИВЛ, получать достоверные данные о подаваемом дыхательном объеме и сократить время процедуры измерения.

Сущность изобретения поясняется описанием устройства для измерения дыхательного объема и чертежом, где приведена блок-схема разработанного устройства.

Устройство измерения дыхательного объема содержит (см. чертеж) модель легких 1 (например, пневматическую), один выход которой через соединительный элемент (тройник пациента, адаптер, коннектор и т.п.), в данном случае через тройник пациента 2, подключен к отверстию для присоединения пациента к аппарату ИВЛ, а другой вход соединен со средством измерения наибольшего и наименьшего давления вдоха 3, которое своими выходами подключено к вычислителю дыхательного объема 4.

Средство измерения набольшего и наименьшего давления вдоха 3 содержит преобразователь давления 5, выход которого подключен к входу усилителя 6. Первый и второй выходы усилителя 6 подключены соответственно к входам блока выделения Р_max 7 и блока выделения Р_мин 8.

Вычислитель дыхательного объема 4 содержит блок вычитания (Р_max - Р_мин) 9, который первым и вторым входом соединен соответственно с выходом блока выделения Р_max 7 и блока выделения Р_мин 8.

Выход блока вычитания (Р_max-Р_мин) 9 подключен к первому входу блока умножения (Р_max-Р_мин) • C 10, второй вход которого соединен с выходом задатчика растяжимости модели легких 11. Выход блока умножения 10 через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12 соединен с индикатором величины дыхательного объема 13. При проведении измерения дыхательного объема тройник пациента 2 подключают к аппарату ИВЛ 14.

Пневматическая модель легких 1 представляет собой герметичный металлический резервуар, размеры которого определяют растяжимость модели. Для обеспечения адиабатического процесса сжатия газа резервуар на 2/3 заполнен материалом с высокой удельной теплоемкостью. Сопротивление дыхательных путей представлено определенным образом установленной пластиной пористого металла. Модель легких служит для имитации пациента и является нагрузкой для аппарата ИВЛ (см. ж-л "Новости медицинской техники", ВНИИМП, вып. 2., М., 1978 г. стр. 105-108).

Тройник пациента 2 служит для подключения пневматической модели легких 1 (в качестве нагрузки) к аппарату ИВЛ 14.

Средство измерения наибольшего и наименьшего давления вдоха 3 обеспечивает измерение с высокой точностью пиковых значений давлений вдоха. Средство измерения наибольшего и наименьшего давления вдоха 3 содержит:
- преобразователь давления 5, который предназначен для преобразования давления газа в напряжение и может быть выполнен в виде датчика давления ПДП-1000М (паспорт на преобразователь давления ПДП-1000М тА2.834.008.ПС);
- усилитель 6, который предназначен для усиления сигнала, поступающего с преобразователя давления 5, и может быть реализован по известной схеме (Грэм. Проектирование и применение операционных усилителей. "Мир", М., 1974 г., стр. 227).

- блок выделения 7 обеспечивает определение максимального значения напряжения на выходе усилителя 6 и может быть выполнен по известной схеме ("Электронные цепи и устройства", Быстров Ю.А., Мироненко И.Г.,изд. "Высшая школа". М.,1989 г., стр. 119-120, рис. 6.7.);
- блок выделения 8 обеспечивает определение минимального значения напряжения на выходе усилителя 6 и может быть реализован по известной схеме (см. книгу Быстров Ю. А., Мироненко И.Г. "Электронные цепи и устройства", стр. 119-120, рис. 6.7.).

Вычислитель дыхательного объема 4 обеспечивает в автоматическом режиме подсчет дыхательного объема и визуализацию полученного значения на индикаторе 13. Вычислитель дыхательного объема 4 содержит:
- блок вычитания 9, который обеспечивает определение разности двух величин напряжения и может быть выполнен, например, в виде дифференциального усилителя по известной схеме (Грэм. Проектирование и применение операционных усилителей. "Мир", М., 1974 г.);
- блок умножения 10 служит для умножения полученной разности наибольшего и наименьшего давления вдоха на постоянный коэффициент (С), соответствующий величине растяжимости (С) модели легких, и может быть реализован на операционном усилителе по известной схеме (Грэм. Проектирование и применение операционных усилителей, "Мир", М., 1974 г., стр.291);
- задатчик величины растяжимости 11 служит для ввода в блок умножения 10 коэффициента величины растяжимости (С) модели легких и может быть реализован на основе переменного сопротивления, определяющего коэффициент передачи операционного усилителя (Грэм. Проектирование и применение операционных усилителей. "Мир", М., 1974 г., стр. 224);
- АЦП 12 обеспечивает преобразование аналогового сигнала в цифровой и выполнено в виде отдельной интегральной схемы (Грэм. Проектирование и применение операционных усилителей. "Мир"., М., 1974 г., стр. 368);
- индикатор 13 величины дыхательного объема обеспечивает визуализацию величины дыхательного объема и может быть выполнен на основе светодиодных семи сегментных индикаторов (каталог фирмы "Kingbright", 1998 г.).

Измерение дыхательного объема осуществляется следующим образом.

Один вход пневматической модели легких 1 с помощью соединительного элемента - тройника пациента 2 подключают к отверстию для присоединения пациента к аппарату ИВЛ. Другой вход модели легких соединяют с входом средства измерения наибольшего и наименьшего давления вдоха 3. В фазе вдоха в преобразователе давления 5 пневматический сигнал преобразуется в аналоговый электрический сигнал и поступает на усилитель 6. Усиленный сигнал поступает на входы блока 7, который выделяет максимальное давление вдоха Р_max, и блока 8, который выделяет минимальное давление вдоха Р_мин. Соответствующие сигналы поступают на первый и второй входы блока вычитания 9 вычислителя дыхательного объема 4. В блоке 9 формируется сигнал разности (Р_max - Р_мин). Этот сигнал поступает на первый вход блока умножения 10, на второй вход которого из блока 11 вводится постоянный коэффициент, соответствующий величине растяжимости (С) модели легких. Сигнал, соответствующий произведению (Р_max - Р_мин) • С, поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 12, на выходе которого установлен индикатор 13, где высвечивается величина дыхательного объема.

Разработанное устройство измерения позволяет получать в автоматическом режиме и с высокой точностью параметры дыхательного объема аппаратов ИВЛ, что обеспечивает высокое качество наладки и настройки аппаратов ИВЛ различной модификации.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для измерения дыхательного объема в аппаратах ИВЛ, и найдет применение при проведении наладки, настройки и испытаний аппаратов ИВЛ. Устройство содержит модель легких (например, пневматическую), один выход которой через соединительный элемент подключен к отверстию для соединения пациента к аппарату ИВЛ, а другой вход соединен со средством измерения наибольшего и наименьшего давления вдоха, которое своими выходами подключено к вычислителю дыхательного объема. Средство измерения наибольшего и наименьшего давления вдоха содержит преобразователь давления 5. Усилитель 6, блок выделения Р_мах и блок выделения Р_мин Вычислитель дыхательного объема содержит блок вычитания (Р_мах и Р_мин), блок умножения (Р_мах и Р_мин)•С, задатчик растяжимости модели легких, индикатор величины дыхательного объема и аналого-цифровой преобразователь. Выполнение устройства позволяет повысить точность измерения дыхательного объема. 1 ил.

Устройство для измерения дыхательного объема в аппаратах искусственной вентиляции легких, содержащее модель легких, например пневматическую, один вход которой через соединительный элемент подключен к отверстию для присоединения пациента к аппарату искусственной вентиляции легких, а другой соединен со средством измерения наибольшего и наименьшего давления вдоха, отличающееся тем, что устройство снабжено вычислителем дыхательного объема, при этом средство измерения наибольшего и наименьшего давления вдоха выполнено в виде преобразователя давления, усилителя и блоков выделения Р_мах и Р_мин, выход преобразователя давления подключен к входу усилителя, первый и второй выходы которого подключены соответственно ко входу блока выделения Р_мах и входу блока выделения Р_мин, а вычислитель дыхательного объема содержит блок вычитания (Р_мах - Р_мин), первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом блока выделения Р_мах и выходом блока выделения Р_мин, выход блока вычитания (Р_мах - Р_мин) подключен к первому входу блока умножения (Р_мах - Р_мин) х С, где С - постоянный коэффициент, соответствующий величине растяжимости модели легких, второй вход блока умножения соединен с выходом задатчика растяжимости модели легких, а выход через аналого-цифровой преобразователь подключен к индикатору величины дыхательного объема.