СПОСОБ ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК A61H31/02 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способам искусственной управляемой или вспомогательной вентиляции легких (ИВЛ) и может быть использовано в процессе реанимации в условиях клинических больниц и научно-исследовательских медицинских институтов, также может быть использовано в неонатологии для респираторной поддержки.

Во многих случаях нарушения функций внешнего дыхания пациента приводят к острой дыхательной недостаточности. Для временного замещения этих нарушенных функций используют ИВЛ, реализующую механическую компоненту внешнего дыхания. Основным принципом в неонатологии (у новорожденных) является вентиляция по давлению.

Известен классический способ ИВЛ с постоянным потоком и давлением на вдохе. Схему этого способа см. фиг.1, а полное описание см. "Актуальные проблемы реанимации и интенсивной терапии новорожденных", специальный выпуск журнала "Медицина и техника", г. Екатеринбург, 2000 г., с. 22-25. Данный способ характеризуется тем, что важнейшим параметром является величина минутной вентиляции, которая является в свою очередь произведением частоты дыхания на объем, доставляемый с каждым вдохом. Воздействуя на мех с постоянной частотой, подавая с каждым циклом равные объемы воздуха, обеспечивают постоянство минутной вентиляции. При этом способе достаточно легко проконтролировать частоту и объем.

Недостатком данного способа является невозможность проконтролировать данные параметры при респираторной помощи у новорожденных, т.е. невозможно создать безопасный для пациента режим объемной вентиляции.

Известен способ искусственной вентиляции легких, при котором одновременно и независимо выполняются несколько функций: смешение двух газов, регулирование скорости постоянного потока газовой смеси (регулирование минутной вентиляции), регулирование частоты дыхания, регулирование относительного времени вдоха (Т_i/Т_c, %), регулирование давления и формы кривой скорости потока и фазу вдоха (журнал СШР NEWS, Москва, 9, ноябрь 2000 г., с. 28-30 - прототип).

Недостатком данного способа при всей его мощной аппаратной (компьютерной) поддержке является отсутствие определения попытки вдоха у пациента и синхронизация попытки с началом фазы принудительного вдоха, т.е. применяется жестко-принудительная частота дыхания ИВЛ, что не всегда на пользу пациенту, а для неонатологии этот способ почти не пригоден.

Отдельной проблемой в медицине является определение начала попытки вдоха и синхронизация этого момента с началом принудительного вдоха, что значительно повышает эффективность ИВЛ. До настоящего времени эта проблема до конца не решена (момент определения начала попытки), особенно у недоношенных детей, тем более даже не рассматривается применение в ИВЛ.

Известно устройство для регистрации начала фазы вдоха-выдоха (авторское свидетельство 1480808), механического типа, обладающее низкой точностью, особенно при медленном вдохе.

Известен электронный способ определения начала попытки вдоха (журнал Annals of the New York Academy of Sciences, vol. 170, article 2, p. 667-668, July 30, 1970). Этот прибор применяется по своему прямому назначению (для импедансной пневмографии) и с процессом ИВЛ не связан.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей способа за счет:
- определения момента начала попытки вдоха;
- синхронизации начала принудительного вдоха с началом попытки естественного вдоха;
- низкой стоимости аппаратных средств;
- технологической прозрачности.

Для решения поставленной задачи предлагается "Способ искусственной вентиляции легких и устройство для его осуществления", включающий в себя следующие операции: определение начала попытки вдоха путем подачи низкоамплитудного и высокочастотного сигналов стабильного тока на левую и правую часть торса, снятие изменения проводимости в момент начала попытки, фиксация этого момента и синхронизации с ним фазы вдоха. Устройство по данному способу содержит МП-контроллер с индикацией, первый и второй редукторы, первый и второй датчики высокого давления (ДВД), датчик низкого давления (ДНД), первый, второй и третий пропорциональные электропневморегуляторы (ПЭПР), электропневмораспределитель (ЭМК), мембранную коробку (МК), пациента, задающий генератор, первый, второй и третий блоки определения начала попытки (БОНП), логическую схему ИЛИ, первую и вторую шины управления и шину последовательного интерфейса, соединенные следующим образом: источники воздуха и кислорода соединены с первым и вторым редукторами соответственно, выходы первого редуктора соединены с первым и вторым ПЭПР и с первым ДВД, выход второго редуктора соединен с третьим ПЭПР и со вторым ДВД, выход первого ПЭПР через ЭМК соединен с МК и ДНД, последний соединен со вторыми выходами второго и третьего ПЭПР, МК соединена также с пациентом и атмосферой, а основные выходы второго и третьего ПЭПР соединены между собой и ротоносовой маской пациента; первая шина управления МП-контроллера соединена с управляющим входом первого ПЭПР, вторая шина управления - с задающим генератором, выходы которого соединены с задающими электродами, прикрепленными к обоим торсам пациента, а приемные электроды с этих же торсов соединены с первым, вторым и третьим БОНП, выходы которых через логическую схему ИЛИ соединены с сигнальным входом МП-контроллера, который шиной последовательного интерфейса соединен с внешними потребителями.

На фиг. 1 показана классическая схема аппарата ИВЛ, на фиг.2 - структурная схема предлагаемого изобретения, на фиг.3 - структурная схема блока определения начала попытки вдоха (БОНПВ) На фиг.2 и 3 изображено: 1 - МП-контроллер и индикация, 2 и 3 - первый и второй редукторы, 4 и 5 - первый и второй ДВД, 6, 7 и 8 - первый, второй и третий ПЭПР, 9 - ЭМК, 10 - ДНД, 11 - МК, 12 - пациент, 13,14 и 15 - первый, второй и третий БОНП, 16 - логическая трехвходовая схема ИЛИ, 17 - задающий генератор, 18 - БОНПВ, RS-232C - шина последовательного интерфейса, первая и вторая шины управления, ЗЭЛ1 и ЗЭЛ2 - первый и второй задающие электроды, ПЭЛ1, ПЭЛ2 и ПЭЛ3 - первый, второй и третий приемные электроды, каждый БОНП содержат в своем составе операционный усилитель в дифференциальном включении и демодулятор, клавиатура управления МП-контроллером, как и ротоносовая маска пациента, условно не показаны.

МП-контроллер 1 первой шиной управления связан с входом управления ПЭПР 6, вход которого, как и вход ПЭПР 7, связан с выходом редуктора 2, также связан с входом ДВД 4, вход ДВД 5 связан с входом ПЭПР 8 и с выходом редуктора 3, вторые выходы ДВД 4 и ДВД 5 связаны между собой, выход ПЭПР 6 через ЭМК 9 связан с входом МК 11 и через ДНД 10 с объединенными вторыми выходами ПЭПР 7 и ПЭПР 8, выход МК 11 связан с атмосферой, а вход - с выходом ротоносовой маски пациента 12, вход пациента 12 через ротоносовую маску связан с объединенным выходом ПЭПР 7 и ПЭПР 8, выходы генератора 17 связаны с пациентом 12, а выходы пациента 12 связаны с входами БОНП 13 - БОНП 15, выходы которых через схему ИЛИ 16 информационным сигналом соединены с сигнальным входом МП-контроллера 1, вторая шина управления которого соединена с регулирующим входом генератора 17, второй выход БОНП 15 соединен с входом ЭКГ; первый и второй выходы генератора 17 соединены с задающими электродами ЗЭЛ 1 и ЗЭЛ 2 соответственно, а приемные электроды ПЭЛ 1 - ПЭЛ 3 соединены с дифференциальными входами ОУ 1 - ОУ 3, выходы последних через демодуляторы ДМД 1 - ДМД 3 соответственно являются выходами БОНП 13 - БОНП 15, выход же ОУ 3 дополнительно является вторым выходом БОНП 15 и используется для снятия ЭКГ; задающие электроды ЗЭЛ 1 - ЗЭЛ 2 и приемные электроды ПЭЛ 1 - ПЭЛ 3 выполнены в виде дисков диаметром 3-15 мм и толщиной 0,4-0,8 мм, выполненных из неокисляющегося материала, например олова, и расположенных следующим образом: ЗЭЛ 1 и ПЭЛ 1 на одном жестком диэлектрическом основании на левой части торса, ЗЭЛ 2 и ПЭЛ 2 также на одном жестком диэлектрическом основании на правой части торса, расстояние между задающими и приемными электродами на каждой части торса лежит в пределах 3-5 диаметра дисков, приемный электрод ПЭЛ 3 крепится у основании гортани или несколько ниже, вплоть до диафрагмы.

Указанные узлы и блоки представляют собой и могут быть выполнены на следующих элементах:
МП-контроллер 1, например, на ИМС PIC16C74 фирмы MICRO-CHIP, ОУ1 - ОУ 3 (в дифференциальном включении), см. Р. Граф. Электронные схемы. - М.: Мир, 1989 г. , с. 308, ДМ1 - ДМ3, см. там же, с. 198, задающий генератор 17, см. там же, с. 162, схема ИЛИ 16 на ТТЛ или КМОП ИМС, первая и вторая шины управления, см. "Толковый словарь по вычислительной технике", М.: Microsoff press, Русская редакция, ТОО "Channel Trading Ltd", 1995, с. 60, шина последовательного интерфейса RS-232C, см. "Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC", М.: Мир, 1992, с. 237, остальные узлы, как-то: редукторы, датчики высокого и низкого давления, пропорциональный электропневморегулятор, электропневмораспределитель и мембранная коробка - типовые, применяемые почти во всех современных аппаратах ИВЛ, см. также описание прототипа.

Устройство работает следующим образом. На вход аппарата подаются сжатые воздух и О₂, редукторы 2 и 3 понижают высокое магистральное давление до рабочего 0,7 Атм, ДВД 4 и 5 контролируют давление в системе для формирования тревожных сигналов: аварии при отсутствии давления в системе, также заданной концентрации О₂ в дыхательной смеси с помощью ПЭПР 7 и 8, ПЭПР 6 через ЭМК воздействует на МК, формируя "вдох - выдох" у пациента в соответствии с заданной программой микропроцессора 1, ДНД 10 сравнивает давление воздействия на МК с заданным для ограничения рабочего давления в дыхательной системе пациента путем воздействия на ПЭПР 7 и 8.

Блок определения начала попытки вдоха 18 работает следующим образом. В зависимости от возраста пациента 12 (новорожденный или взрослый) выбирается нужная частота генератора 17 в пределах 20-50 кГц и величина тока в пределах 0,02-5 мА с клавиатуры микропроцессора 1, который управляет и устанавливает выбранные значения по второй шине управления. На торсе пациента 12, как показано на фиг. 3, устанавливается электроды: два задающих ЗЭЛ1 и ЗЭЛ2 и три приемных ПЭЛ 1-ПЭЛ 3, причем ЗЭЛ1 и ПЭЛ 1, как и ЗЭЛ2 и ПЭЛ 2, находятся на одном основании. Также следует заметить, что электроды можно устанавливать не только так, как показано на фиг.3, но и на грудь, на спину или на грудь - спину, вообще так, как считает практикующий врач. Также на фиг.3 показано три приемных электрода, а можно и более, как показывает практика, до 5, соответственно изменяется и комплектация БОНПВ 18.

После установки электродов (это можно совместить с началом ИВЛ, а можно и позднее, опять же по усмотрению практикующего врача) включается режим определения начала попытки вдоха и синхронизации принудительного вдоха с началом попытки на МП 1 (на фиг.2 условно не показан). При этом режиме происходит непрерывное измерение проводимости между всеми тремя приемными электродами ПЭЛ 1-ПЭЛ 3, для чего они попарно соединены со входами трех ОУ (ОУ 1-ОУ 3), включенных в дифференциальном режиме. Выход каждого ОУ соединен с соответствующим демодулятором (ДМД 1-ДМД 3), включенным в режиме синхронного детектирования. В момент начала попытки происходит изменение проводимости, которое определяется одним из трех ОУ (или двумя или всеми ОУ), после детектирования (с одновременным приведением, если изменение проводимости больше определенной величины, к ТТЛ или КМОП-уровням в виде лог. 1) появляется "сигнал левого легкого", или "сигнал правого легкого", или "суммирующий сигнал обоих легких", или все три, которые через трехвходовую схему ИЛИ 16 в виде информационного сигнала поступает на сигнальный вход МП-контроллера 1, который при поступлении этого сигнала выдает сигнал начала принудительного вдоха по первой шине управления. Сигнал с ПЭЛ 1 и ПЭЛ 2 после усиления на ОУ 3 можно использовать одновременно и для снятия электрокардиограммы, для чего сделан отдельный вывод, также можно снимать эти сигналы непосредственно с приемных электродов, для чего можно поставить отдельный усилитель ЭКГ.

Построение схемы определения начала попытки естественного вдоха по данному способу позволяет определять и фиксировать этот момент с высокой точностью, с запаздыванием в пределах 10-50 мс, что особенно важно при применении ИВЛ в неонатологии. Следует заметить, что существующие механические, например флажковые, способы определения начала попытки, во первых, недостаточно чувствительны, а во вторых, имеют большое запаздывание до 0,1-0,15 с.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способам искусственной управляемой или вспомогательной вентиляции легких (ИВЛ), и может быть использовано в процессе реанимации в условиях клинических больниц и научно-исследовательских медицинских институтов, также может быть использовано в неонатологии для респираторной поддержки. Способ включает определение начала попытки доха путем подачи низкоамплитудного и высокочастотного сигналов стабильного тока на левую и правую часть торса, снятие изменения проводимости в момент начала попытки, фиксация этого момента и синхронизации с ним фазы вдоха. Устройство содержит МП-контроллер с индикацией, первый и второй редукторы, первый и второй датчики высокого давления, датчик низкого давления, первый, второй и третий пропорциональные электропневморегуляторы, электропневмораспределитель, мембранную коробку, пациента, задающий генератор, первый, второй и третий блоки определения начала попытки, логическую схему, первую и вторую шины управления и шину последовательного интерфейса. Технический результат заключается в обеспечении синхронизации попытки естественного вдоха с началом фазы принудительного вдоха. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ искусственной вентиляции легких, основанный на принудительном пневматическом воздействии, отличающийся тем, что фаза принудительного вдоха синхронизируется с началом попытки естественного вдоха, для чего определяют начало последней путем подачи высокочастотного сигнала стабильного тока на разные части торса и производят измерение проводимости между, например, тремя назначенными точками съема на торсе и грудине, определяют изменение проводимости между всеми из них, фиксируют момент изменения любой из трех проводимостей больше пороговой величины, который и является началом фазы попытки естественного вдоха, причем первые задающий и приемный электроды фиксируются на одной части грудной клетки, вторые задающий и приемный электроды фиксируются на другой стороне грудной клетки, а третий приемный электрод крепится от основания гортани до диафрагмы.2. Устройство для искусственной вентиляции легких, содержащее МП-контроллер с индикацией, первый и второй редукторы, первый и второй датчики высокого давления (ДВД), датчик низкого давления (ДНД), первый, второй и третий пропорциональные электропневморегуляторы (ПЭПР), электропневмораспределитель (ЭМК), мембранную коробку (МК), задающий генератор, первый, второй и третий блоки определения начала попытки (БОНП), логическую схему ИЛИ, первую и вторую шины управления и шину последовательного интерфейса, соединенные следующим образом: источники воздуха и кислорода соединены с первым и вторым редукторами соответственно, выходы первого редуктора соединены с первым и вторым ПЭПР и с первым ДВД, выход второго редуктора соединен с третьим ПЭПР и со вторым ДВД, выход первого ПЭПР через ЭМК соединен с МК и ДНД, последний соединен со вторыми выходами второго и третьего ПЭПР, МК соединена с атмосферой, а основные выходы второго и третьего ПЭПР соединены между собой и ротоносовой маской пациента; первая шина управления МП-контроллера соединена с управляющим входом первого ПЭПР, вторая шина управления - с задающим генератором, выходы которого соединены с задающими датчиками, а приемные датчики соединены с первым, вторым и третьим БОНП, выходы которых через логическую схему ИЛИ соединены с сигнальным входом МП-контроллера, который шиной последовательного интерфейса соединен с внешними потребителями.3. Устройство по п.2, содержащее первый и второй задающие электроды, первый, второй и третий приемные электроды, первый, второй и третий операционные усилители, первый, второй и третий демодуляторы, причем выходы всех приемных электродов попарно соединены с дифференциальными входами всех трех операционных усилителей, выходы последних соединены с соответствующими входами демодуляторов, выходы которых являются выходами блока определения начала попытки вдоха, выход третьего операционного усилителя и выходы первого и второго приемного электродов одновременно являются входами на ЭКГ-канала.4. Устройство по пп.2 и 3, в котором задающие и приемные электроды выполнены в виде дисков диаметром 3-15 мм и толщиной 0,4-0,8 мм, выполненных из неокисляющегося материала, например олова, и расположенных следующим образом: первые задающий и приемный электроды на одном жестком диэлектрическом основании, вторые задающий и приемный электроды также на жестком диэлектрическом основании, расстояние между задающим и приемным электродами на каждой части торса лежит в пределах 3-5 диаметров дисков, а третий приемный электрод является одиночным и также выполнен из проводящего материала на диэлектрическом основании.