УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК АППАРАТОВ ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ Российский патент 2003 года по МПК A61B5/08 A61B5/83 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для измерения дыхательного объема в аппаратах искусственной вентиляции легких (ИВЛ), в т.ч. 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 легких в аппаратах ИВЛ путем измерения разности наибольшего и наименьшего давлений вдоха в модели легких (см. Международный стандарт ИСО 10651-1, 1993 г., пункт 51.10, рисунок 1). 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.

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

Существенным недостатком известного устройства является низкая точность определения разности давлений, поскольку она определяется визуально по показаниям стрелочного манометра. При значительных величинах частоты вентиляции данное устройство мало пригодно для определения разности давлений в силу того, что стрелочный манометр имеет неудовлетворительные динамические характеристики, а визуальное определение пиковых величин давлений вдоха вносит значительный элемент субъективного восприятия и обуславливает большие погрешности измерения.

Известно устройство для измерения дыхательного объема в аппаратах ИВЛ (патент РФ 2167600, А 61 В 5/091, 27.06.2000 г.), содержащее модель легких, например, пневматическую, один вход которой через соединительный элемент подключен к аппарату ИВЛ, а другой соединен со средством измерения наибольшего и наименьшего давления вдоха, выходы которого подключены к вычислителю дыхательного объема. Настоящее устройство позволяет получать в автоматическом режиме и с достаточно высокой точностью параметры дыхательного объема аппаратов ИВЛ, которые используются для качественной наладки и настройки аппаратов ИВЛ различной модификации.

Существенными недостатками устройства для измерения дыхательного объема аппаратов ИВЛ, описанного в патенте РФ 2167600, является:
- в известном устройстве осуществляется обработка аналогового сигнала, что отрицательно влияет на точность измерений параметров дыхательного объема аппаратов ИВЛ;
- вычисляется только одна характеристика аппаратов ИВЛ - дыхательный объем, тогда как на этапах наладки, настройки и испытаний аппаратов ИВЛ необходимо получать данные в большом количестве различных характеристик;
- отсутствие автоматизации вычислений.

Настоящее изобретение решает задачу повышения точности, увеличения числа измеряемых характеристик и автоматизации измерения характеристик аппаратов ИВЛ в процессе проведения наладки, настройки и испытаний различных типов и модификаций аппаратов ИВЛ.

Решение поставленной задачи достигается следующим образом.

Устройство автоматизированного измерения характеристик аппаратов 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 с блоком измерения дыхательного объема, который включает преобразователь давления, вход которого подключен к входу модели легких, а выход - к входу усилителя, аналого-цифровой преобразователь, и вычислитель дыхательного объема, согласно настоящему изобретению, устройство снабжено блоком управления, который содержит последовательно соединенные устройство ввода параметров и блок обработки управляющих сигналов, своим многоразрядным выходом подключенный к многоразрядному входу вычислителя характеристик аппаратов ИВЛ, и блоком вывода параметров, который содержит блок обработки параметров вывода, многоразрядным входом подключенный к многоразрядному выходу блока вычисления, а своим выходом к входу устройства отображения информации. Согласно изобретению, в блок измерения дыхательного объема веден аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу усилителя, а многоразрядный выход - к второму многоразрядному входу блока вычисления характеристик аппаратов ИВЛ.

Согласно изобретению, блок вычисления характеристик аппаратов искусственной вентиляции легких содержит блок калибровки датчика давления, выход которого подключен к входу блока вычисления давления, второй выход которого соединен с входом блока выделения Р_мах и Р_мин, второй выход которого соединен с входом блока вычисления разности давлений, второй выход которого соединен с первым входом блока вычисления дыхательного объема, второй вход которого подключен к третьему выходу блока вычисления времени цикла, первый вход которого соединен с выходом блока осреднения параметров, второй вход - с третьим выходом блока вычисления Р_мах и Р_мин, второй выход - с входом блока вычисления вентиляции, а четвертый выход - с входом блока вычисления частоты вентиляции, при этом первые выходы блока вычисления давления, блока выделения Р_мах и Р_мин, блока вычисления разности, блока вычисления времени цикла, выход блока вычисления дыхательного объема, блока вычисления вентиляции, блока вычисления частоты вентиляции соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым и седьмым входами блока вывода параметров.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении точности измерения давления в дыхательном контуре, увеличения числа вычисляемых характеристик, а также в обеспечении автоматизированного вычисления основных характеристик аппаратов ИВЛ, что позволяет повысить качество наладки и настройки аппаратов, получать достоверные данные о измеряемых параметрах и существенно сократить время процедуры измерения.

Сущность изобретения поясняется примером конкретной реализации патентуемого устройства автоматизированного измерения характеристик аппаратов ИВЛ и чертежами, на которых представлено:
фиг.1 - блок-схема устройства;
фиг.2 - блок-схема вычислителя 7;
фиг.3 - укрупненная блок-схема алгоритма работы устройства.

Устройство автоматизированного измерения характеристик аппаратов ИВЛ (фиг.1) содержит модель легких 1, например, пневматическую, один вход 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 с блоком 3 измерения дыхательного объема. Блок 3 измерения дыхательного объема содержит преобразователь давления 4 (датчик давления), вход которого подключен к входу модели легких, а выход - ко входу усилителя 5, выход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю 6, многоразрядный выход которого подключен ко второму многоразрядному входу вычислителя характеристик аппаратов ИВЛ 7, первый многоразрядный вход которого соединен с многоразрядным выходом блока управления 8.

Блок управления 8 содержит последовательно соединенные устройство ввода параметров 9 и блок 10 обработки управляющих сигналов.

Многоразрядный выход вычислителя 7 подключен к многразрядному входу блока 11 вывода параметров ИВЛ, который содержит последовательно соединенные канал 12 обработки параметров вывода и устройство 13 отображения информации.

Вычислитель 7 (фиг.2) содержит блок 14 калибровки датчика давлений, выход которого подключен к входу блока 15 вычисления давления. Первый выход которого подключен к первому входу блока 11 вывода параметров, второй выход - к входу блока 16 выделения Р_мах и Р_мин. Первый выход блока 16 подключен ко второму входу блока 11, второй выход - к входу блока 17 вычисления разности ΔР, а третий выход - к второму входу блока 20 вычисления времени цикла. Блок 17 вычисления разности ΔР своим первым выходом подключен к третьему входу блока 11, а вторым выходом подключен к первому входу блока 18 вычисления дыхательного объема V. Блок 18 вычисления дыхательного объема своим выходом подключен к пятому входу блока 11 вывода параметров. Блок 20 вычисления времени цикла своим первым входом подключен к блоку осреднения параметров, вторым входом - к третьему выходу блоку 16 выделения макс. и мин. давлений. Выходы блока 20 подключаются следующим образом: первый выход подключен к четвертому входу блока 11 вывода параметров, второй выход подключен к входу блока 21 вычисления вентиляции, который в свою очередь своим выходом подключен к шестому входу блока 11 вывода параметров, третий выход блока 20 подключен к второму входу блока 18 вычисления дыхательного объема, четвертый выход подключен ко входу блока 22 вычисления частоты вентиляции F, который в свою очередь своим выходом подключен к седьмому входу блока 11 вывода параметров.

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. 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 к аппарату ИВЛ.

Блок 3 измерения дыхательного объема обеспечивает измерение пиковых значений давлений вдоха. В состав блока 3 входят: преобразователь давления 4, который обеспечивает преобразование давления газа в напряжение и может быть выполнен в виде датчика давления Motorola МРХ5010, усилитель 5 обеспечивает усиление сигнала, поступившего с датчика давления, и может быть реализован по известной схеме (Грэм "Проектирование и применение операционных усилителей", "Мир", М., 1974, стр. 227), АЦП 6 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).

Блок управления 8 обеспечивает установку параметров измерения, а также управление режимами работы устройства. Включает устройство ввода параметров 9, которое может быть реализовано в виде стандартной клавиатуры, например, СК-06 (Testa Standart) и блок 10 обработки управляющих сигналов, который осуществляет обработку сигналов и интерфейс ввода, и может быть реализован в виде микроконтроллера ATMEL (например, AT 8535).

Блок 11 вывода параметров обеспечивает обработку и вывод сигналов от блока вычислений. Включает блок 12 обработки параметров вывода, в котором происходит определение и обработка режимов вывода характеристик аппаратов ИВЛ, может быть реализован в виде микроконтроллера ATMEL (например, AT 8535) и устройство отображения информации 13, реализованное в виде ЖКИ алфавитно-цифрового индикатора (например, EL-1602A) или набора из нескольких семи сегментных индикаторов фирмы Kingbright (например, SA04-12GWA).

Вычислитель 7 характеристик аппаратов ИВЛ обеспечивает вычисление характеристик вентиляции и включает:
- блок 14 калибровки датчика давления предназначен для калибровки датчика давления в собранном контуре и может быть реализован в микроконтроллере ATMEL (например, AT 8535);
- блок 15 вычисления давления предназначен для вычисления статического давления в контуре и может быть реализован в микроконтроллере ATMEL (например, AT 8535);
- блок 16 выделения Р_мах и Р_мин предназначен для вычисления максимального и минимального давлений и может быть реализован в микроконтроллере ATMEL (например, AT 8535);
- блок 17 вычисления разности ΔР предназначен для вычисления разности ΔР=(Р_мах - Р_мин) и может быть реализован в микроконтроллере ATMEL (например, AT 8535);
- блок 18 вычисления дыхательного объема предназначен для вычисления дыхательного объема V_t=ΔР•С и может быть реализован в микроконтроллере ATMEL (например, AT 8535);
- блок 19 осреднения параметров предназначен для вычисления заданных характеристик ИВЛ с учетом осреднения по различным параметрам (времени, определенного числа циклов) и может быть реализован в микроконтроллере ATMEL (например, AT 8535);
- блок 20 вычисления времени цикла предназначен для вычисления временных характеристик цикла - времени дыхательного цикла Т_ц, времени вдоха/выдоха и может быть реализован в микроконтроллере ATMEL (например, AT 8535);
- блок 21 вычисления вентиляции предназначен для вычисления вентиляции за определенное время (например, минутная вентиляция V_м) и может быть реализован в микроконтроллере ATMEL (например, AT 8535);
- блок 22 вычисления частоты предназначен для вычисления частоты вентиляции F и может быть реализован в микроконтроллере ATMEL (например, AT 8535).

Конкретная схемотехническая реализация блоков 10, 12, 13, 14-22 содержится в технической документации заявителя. Работа блока 7 вычислителя характеристик аппаратов ИВЛ осуществляется по специальной программе, разработанной заявителем для настоящего устройства (укрупненная блок-схема алгоритма работы устройства приведена на фиг.3).

Автоматизированное измерение характеристик аппаратов ИВЛ осуществляют 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 1 соединяют с входом преобразователя давления. В собранном контуре проводят калибровку преобразователя (датчика) давления, В фазе вдоха в преобразователе давления 4 пневматический сигнал преобразуется в аналоговый электрический сигнал и поступает на усилитель 5. Усиленный сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 6, преобразуется в цифровую форму и по многоразрядному выходу поступает в блок вычислений 7, который являясь программируемым и управляемым, позволяет вычислить все основные характеристики аппаратов искусственной вентиляции легких (см. фиг.3 - алгоритм работы устройства автоматизированного измерения):
- давление Р в контуре, максимальное Р_мах и минимальное давление Р_мин в дыхательном цикле, разницу давлений ΔР=(Р_мах - Р_мин), вычисление дыхательного объема V_т=ΔP•C, вычисление времени вдоха/выдоха, времени цикла Т_ц, вычисление частоты дыхания F, вычисление минутной вентиляции V_м, а также провести осреднение вычисляемых характеристик по желаемому параметру (времени, числу циклов и т.п.). С помощью блока управления 8 осуществляется установка параметров вычислений (растяжимость модели легких С, величина осреднения и т. п. ) и режимов работы устройства. В зависимости от сигналов управления устанавливается желаемый режим, работает соответствующий блок вычислений ( 15, 16, 17, 18, 20, 21, 22) и вычисленная характеристика попадает в блок вывода параметров ИВЛ 11, где осуществляется индикация ее величины и сопутствующей информации по режиму работы.

Разработанное устройство измерения позволяет получать в автоматизированном режиме с высокой точностью и в цифровой форме большинство характеристик аппаратов искусственной вентиляции легких, что обеспечивает высокое качество наладки, настройки и тестирования аппаратов ИВЛ различной модификации.

Изобретение относится к медицинской технике и найдет применение при наладке, настройке и испытаниях аппаратов ИВЛ. Устройство содержит модель легких, например, пневматическую, один вход которой через тройник пациента 2 подключен к отверстию для присоединения пациента к аппарату ИВЛ, а другой вход соединен с блоком измерения дыхательного объема. Блок измерения дыхательного объема содержит преобразователь давления, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, многоразрядный выход которого подключен ко второму многоразрядному входу вычислителя дыхательного объема, первый многоразрядный вход которого соединен с многоразрядным выходом блока управления. Блок управления содержит устройство ввода параметров и блок обработки управляющих сигналов. Многоразрядный выход вычислителя подключен к многоразрядному входу блока вывода параметров ИВЛ, который содержит блок обработки параметров вывода и устройство отображения информации. Такое выполнение позволяет повысить точность и увеличить число измеряемых параметров аппаратов ИВЛ. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство автоматизированного измерения параметров аппаратов 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, блок измерения дыхательного объема, который включает преобразователь давления, связанный с моделью легких, а выходом подключенный ко входу усилителя, и блок вычисления параметров аппаратов искусственной вентиляции легких, отличающееся тем, что устройство снабжено блоком управления, который содержит последовательно соединенные устройство ввода параметров и блок обработки управляющих сигналов, который многоразрядным выходом подключен к первому многоразрядному входу блока вычисления параметров аппаратов искусственной вентиляции легких, и блоком вывода параметров, который содержит устройство отображения информации и блок обработки параметров вывода, многоразрядным входом подключенный к многоразрядному выходу блока вычисления параметров аппаратов искусственной вентиляции легких, а своим выходом к входу устройства отображения информации, при этом в блок измерения дыхательного объема введен аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу усилителя, а многоразрядный выход - к второму многоразрядному входу блока вычисления параметров аппаратов искусственной вентиляции легких.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок вычисления параметров аппаратов искусственной вентиляции легких содержит блок калибровки датчика давления, выход которого подключен к входу блока вычисления давления, второй выход которого соединен с входом блока выделения Р мах и Р мин, второй выход которого соединен с входом блока вычисления разности давлений, второй выход которого соединен с первым входом блока вычисления дыхательного объема, второй вход которого подключен к третьему выходу блока вычисления времени цикла, первый вход которого соединен с выходом блока осреднения параметров, второй вход - с третьим выходом блока вычисления Р мах и Р мин, второй выход - с входом блока вычисления вентиляции, а четвертый выход - с входом блока вычисления частоты вентиляции, при этом первые выходы блока вычисления давления, блока выделения Р мах и Р мин, блока вычисления разности, блока вычисления времени цикла, выход блока вычисления дыхательного объема, блока вычисления вентиляции, блока вычисления частоты вентиляции соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым и седьмым входами блока вывода параметров.