АППАРАТ ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ Российский патент 2003 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 (патент РФ 2128493 "Аппарат ИВЛ", кл. А 61 Н 31/02), содержащий блок высокого давления с регулятором давления, инжектором, регулятором потока газа и реле давления, блок меха с регулятором дыхательных объемов и концевым выключателем инжектора, преобразователь давления, пневмопереключатель. дыхательный контур и блок управления.

Однако для данного аппарата ИВЛ характерны существенные недостатки, которые ограничивают его применение в широкой медицинской практике. Так, в частности, перемещение разделительного меха осуществляется медицинским газом (кислородом или воздухом), поступающим от пневматического привода аппарата. Кроме того, пневмопереключатель, служащий в пневмоприводе аппарата для коммутации газовых потоков, при своей работе также использует сжатый медицинский газ, что усложняет конструкцию аппарата, снижая в целом его эксплуатационные характеристики.

Известен также аппарат ИВЛ в составе аппарата ингаляционного наркоза "Фабиус" фирмы "DR⊗GER", Германия, содержащий блок управления с электродвигателем и преобразователем давления, пневматически связанным с тройником пациента; дыхательный блок, включающий эластичную разделительную емкость, соединенную через передачу "винт-гайка" с электродвигателем, линии вдоха и выдоха пациента, пневматически соединенные с тройником пациента, обратный клапан, установленный на линии вдоха, и мембранный управляемый клапан, установленный на линии выдоха пациента.

Однако и этот аппарат ИВЛ имеет существенные недостатки. Так, в каждом дыхательном цикле закрытие мембранного клапана выдоха в акте вдоха осуществляется пневматическим сигналом, поступающим из блока управления. Этот сигнал постоянно в течение всего времени работы аппарата формируется специальной воздуходувкой и коммутируется системой пневмоэлектропреобразователей в такт дыхательным циклам, поступая на мембранный клапан выдоха либо сбрасываясь в атмосферу. Использование воздуходувки усложняет конструкцию аппарата, снижает его надежность и эксплуатационные характеристики.

Предлагаемое изобретение решает задачу расширения функциональных возможностей аппарата ИВЛ и повышения эффективности его применения в медицинской практике за счет введения генератора пневматических импульсов, используемых для управления клапаном выдоха в каждом дыхательном цикле. При этом решаются задачи новой конструктивной реализации генератора, исключается расход сжатого газа для управления аппаратом, дальнейшего упрощения его конструкции и повышения эксплуатационных характеристик.

Решение поставленных задач достигается тем, что аппарат ИВЛ, содержащий блок управления с электроприводом и преобразователем давления, пневматически связанным с тройником пациента; дыхательный блок, включающий разделительный мех, связанный через передачу "винт-гайка" с электроприводом, линии вдоха и выдоха пациента, соединенные с тройником пациента, а линия вдоха пневматически связана с разделительным мехом, обратный клапан, установленный на линии вдоха и мембранные управляемые клапаны, установленные на линиях вдоха и выдоха пациента, и блок подачи дыхательной смеси, включающий дозатор газовой смеси, вход которого пневматически связан с источником сжатых медицинских газов, а выход - с дыхательным мешком, предохранительным клапаном и клапаном подсоса атмосферного воздуха, а также с разделительным мехом через обратный клапан; согласно настоящему изобретению снабжен генератором пневматических импульсов, установленным в блоке управления и выполненным в виде выпуклой мембраны с центральным соплом и клапана, кинематически связанного с якорем электромагнита, а внутренняя полость мембраны пневматически связана с управляемым клапаном на линии выдоха пациента.

Таким образом, сущность настоящего изобретения заключается в том, что благодаря предложенным конструктивным решениям расширяются функциональные возможности аппарата ИВЛ, повышаются эффективность его применения в медицинской практике и эксплуатационные характеристики, так как аппарат снабжен генератором пневматических импульсов, что позволяет обеспечить управление клапаном выдоха без использования сжатого газа или источника постоянного давления, а также имеет принципиально новое конструктивное решение генератора пневматических импульсов с приводом от электромагнита, что упрощает конструкцию данного узла, исключает расход газа на управление аппарата и повышает надежность его работы. Использованные в аппарате технические решения позволили усовершенствовать конструктивную реализацию его блоков, повысить надежность и удобство эксплуатации и значительно расширить сферу его применения в медицинской практике.

Изложенная сущность изобретения поясняется конкретным примером выполнения аппарата и чертежами, на которых представлены:
на фиг.1 - принципиальная пневматическая схема предлагаемого аппарата;
на фиг.2 - конструктивная схема генератора пневматических импульсов;
на фиг.3 - укрупненная блок-схема алгоритма работы аппарата.

Аппарат ИВЛ (фиг.1) имеет блок 1 управления, дыхательный блок 2, шланги вдоха 3 и выдоха 4, соединенные тройником 5 пациента, дозатор 6 газовых смесей, дыхательный мешок 7, клапан 8 подсоса и предохранительный клапан 9.

Блок 1 управления обеспечивает обработку электрических сигналов от преобразователей и управление работой аппарата по заданной программе (укрупненная блок-схема алгоритма работы аппарата приведена на фиг.3) с помощью программного блока (контроллера) (на фиг.1 не показан). Программный блок (контроллер) выполнен на основе микроконтроллера фирмы ATMEL AT90mega 128-16AC (см. техническую документацию заявителя АФИН. 467459.005 Э3).

Блок 1 управления содержит электродвигатель 10, кинематически связанный с передачей 11 "винт-гайка", генератор 12 пневматических импульсов, пневматически соединенный с клапаном 17 выдоха дыхательного блока 2, и преобразователь 13 давления, пневматически соединенный с линией вдоха дыхательного блока 2.

Управляемый электродвигатель 10 предназначен для обеспечения через передачу 11 "винт-гайка" возвратно-поступательного перемещения (по задаваемой программе) подвижного основания разделительного меха 14 в дыхательном блоке 2 и может быть выполнен в виде электродвигателя ДСТ-90 ТАИК.521179.006 ТУ.

Генератор 12 пневматических импульсов предназначен для формирования в каждом дыхательном цикле пневматического импульса с давлением, обеспечивающим закрытие клапана 16 выдоха, например, в акте вдоха пациента.

Генератор 12 (фиг.2) выполнен в виде клапана 18 со штоком, опирающимся на сердечник 19 электромагнита 20 и расположенным в закрепленном на электромагните 20 корпусе 21. В крышке 22 корпуса герметично установлена эластичная манжетная мембрана 23 с жестким центром-соплом 24. Надмембранная полость мембраны 23 пневматически связана с управляемым клапаном 17 (фиг.1) выдоха дыхательного блока, а подмембранная полость - с выходом дозатора 6 газовых смесей.

Блок 1 управления содержит также датчик 13 давления, преобразующий давление в дыхательном контуре в электрический сигнал, используемый для управления работой аппарата и для сигнализации при падении давления ниже допустимого уровня. Датчик 13 давления пневматически соединен с линией вдоха дыхательного блока и может быть выполнен в виде преобразователя избыточного давления MPX5010DP (фирмы MOTOROLA).

Дыхательный блок 2 обеспечивает в каждом цикле дыхания пациента аккумулирование заданного объема дыхательной смеси, а также циркуляцию свежей дыхательной смеси и выдыхаемого газа. Блок 2 содержит эластичный сильфон (разделительный мех) 14, внутренняя полость которого пневматически соединена с входом клапана 15 вдоха, выход которого соединен со шлангом 3 вдоха, и через обратный клапан 16 с выходом дозатора 6 газовых смесей; и управляемый клапан 17 выдоха, вход которого пневматически соединен со шлангом 4 выдоха, а выход - с атмосферой. Управляемый клапан 17 предназначен для герметичного перекрытия линии выдоха в акте вдоха пациента, а также в конце выдоха при работе в режиме создания регулируемого давления в легких пациента и реализован, например, в виде мембранного клапана (чертеж заявителя АФИН. 306563.024), надмембранная полость которого пневматически связана с выходом генератора 12 пневматических импульсов.

Дозатор 6 газовых смесей обеспечивает формирование дыхательной смеси с заданной врачом концентрацией медицинских газовых компонентов и подачу сформированной смеси в дыхательный контур аппарата с объемной скоростью, соответствующей выбранным параметрам ИВЛ. Дозатор может быть реализован по чертежу заявителя тА5.180.024.

Дыхательный мешок 7 предназначен для аккумулирования поступающей из дозатора 6 дыхательной смеси и может использоваться также при проведении ИВЛ вручную.

Клапан 8 подсоса обеспечивает засасывание атмосферного воздуха в дыхательный контур аппарата в случае превышения выбранного врачом значения минутной вентиляции пациента величины подачи смеси от дозатора 6.

Предохранительный клапан 9 обеспечивает сброс лишнего газа в атмосферу при превышении заданного уровня давления в дыхательном мешке 7.

Аппарат ИВЛ работает следующим образом.

При подаче сжатого медицинского газа на вход дозатора 6 дыхательная смесь выбранного оператором состава и с заданной объемной скоростью с выхода дозатора 6 поступает в дыхательный мешок 7, заполняя его до давления, определяемого предохранительным клапаном 9. После подачи напряжения электрической сети к блоку питания (на фиг.1 не показан) программа работы аппарата включает электродвигатель 10, который, вращая передачу 11 "винт-гайка", растягивает мех и переводит подвижное основание меха 14 в крайнее нижнее положение, определяемое срабатыванием концевого выключателя (на фиг.1 не показан). В этом положении программа останавливает двигатель 10. При этом под действием разрежения, возникающего в мехе 14 при его растяжении, дыхательная смесь из мешка 7 через обратный клапан 16 заполняет внутреннее пространство меха 14.

После присоединения тройника 5 к дыхательным путям пациента и нажатия пусковой кнопки (на фиг. 1 не показана) по сигналу от блока 1 управления включается генератор 12 пневматических импульсов. При этом подача напряжения на катушку электромагнита 20 (фиг.2) вызывает перемещение его сердечника 19 с клапаном 18 в крайнее верхнее положение. Перемещаясь, клапан 18 герметично перекрывает сопло жесткого центра 24 мембраны 23, перемещая ее также вверх. В образовавшейся замкнутой надмембранной полости, закрытой крышкой 22, уменьшается внутренний объем и возникает избыточное давление воздуха. Под действием этого давления мембрана управляемого клапана 17 выдоха в дыхательном блоке 2 герметично закрывает линию выдоха пациента. Одновременно в соответствии с установленными оператором параметрами ИВЛ, например дыхательным объемом, частотой вентиляции и относительным временем вдоха, программа работы аппарата рассчитывает (с учетом характеристик передачи 11 "винт-гайка") параметры вращения электродвигателя 10, который реверсируется и в соответствии с этим расчетом сжимает мех, вытесняя дыхательную смесь через клапан 15 вдоха и шланг 3 вдоха в легкие пациента.

Происходит акт вдоха. При этом самодействующий обратный клапан 16 на выходе дозатора 6 закрывается.

По окончании времени вдоха начинается акт пассивного выдоха пациента. При этом электродвигатель 10 реверсируется, возвращая подвижное основание меха 14 в исходное положение и засасывая внутрь меха свежую дыхательную смесь из мешка 7. Одновременно в генераторе 12 пневматических импульсов выключается электромагнит 20 (фиг. 2), его сердечник 19 с клапаном 18 под действием собственного веса опускается, открывая сопло жесткого центра 24 мембраны 23 и сообщая надмембранную полость генератора 12 и связанную с ней мембранную полость клапана 17 выдоха с выходом дозатора 6 (линией низкого давления). Под действием давления в легких пациента клапан 17 выдоха открывается и газ из легких пациента через тройник 5, шланг выдоха 4 и клапан 17 выходит в атмосферу.

Время выдоха определяется задаваемым врачом относительным временем вдоха (отношение времени вдоха к времени дыхательного цикла). По величине этого отношения программа формирует в блоке управления 1 сигнал для включения электродвигателя 10 и начала последующего вдоха. Дыхательный цикл повторяется.

Давление в акте вдоха измеряется с помощью преобразователя 13 давления, сигнал которого обрабатывается в блоке 1 управления для индикации величины давления и сигнализации при его падении ниже допустимого уровня. Кроме того, для работы в режиме ИВЛ с положительным давлением конца выдоха (ПДКВ) программа использует сигнал от преобразователя 13 давления для управления включением генератора пневматических импульсов при достижении в легких в акте выдоха заданного значения ПДКВ.

Для работы в режиме ИВЛ вручную электродвигатель 10 останавливается нажатием пусковой кнопки, врач устанавливает на предохранительном клапане 9 уровень давления в мешке 7 и по мере заполнения дыхательной смесью мешка 7, нажимая на мешок 7, вытесняет газ из него в легкие пациента через клапан 15 и шланг 3 вдоха.

Установка второго генератора 12 и управляемого клапана, аналогичного клапану 17, на линию вдоха позволяет для режима вспомогательной ИВЛ существенно повысить чувствительность к попытке вдоха пациента. В данном режиме работы аппарат производит акт вдоха в момент появления самостоятельной попытки вдоха у пациента, поэтому включение второго генератор 12 пневматических импульсов в момент начала акта выдоха значительно снижает внутренний объем контура аппарата, в котором пациент создает разрежение при попытке вдоха за счет отсекания вторым управляемым клапаном 17 внутреннего объема меха 14. Это позволяет применять указанный режим работы у пациентов различного возраста, расширяя функциональные возможности аппарата и сферу его применения.

Таким образом, разработанный аппарат ИВЛ отличается:
- высокими эксплуатационными характеристиками за счет исключения использования сжатого газа для привода и управления работой;
- расширенными функциональными возможностями за счет введения генератора пневматических импульсов, используемых для управления клапаном выдоха в каждом дыхательном цикле. При этом новая конструктивная реализации генератора упрощает конструкцию аппарата и повышает надежность и эффективности его применения в медицинской практике;
- простотой, удобством обслуживания и наличием полностью разборного дыхательного контура, что позволяет проводить качественную санитарную обработку его элементов.

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. Аппарат ИВЛ имеет блок управления, дыхательный блок, шланги вдоха и выдоха, соединенные тройником пациента, дозатор газовых смесей, дыхательный мешок, клапан подсоса и предохранительный клапан. Блок управления содержит электродвигатель, кинематически связанный с передачей "винт-гайка", генератор пневматических импульсов, пневматически соединенный с клапаном выдоха дыхательного блока, и преобразователь давления, пневматически соединенный с линией вдоха дыхательного блока. Генератор выполнен в виде клапана со штоком, опирающимся на сердечник электромагнита и расположенным в закрепленном на электромагните корпусе. В крышке 22 корпуса герметично установлена мембрана с жестким центром-соплом. Технический результат заключается в обеспечении стабильности параметров ИВЛ. 3 ил.

Аппарат искусственной вентиляции легких, содержащий блок управления с электроприводом и преобразователем давления, пневматически связанным с тройником пациента, дыхательный блок, включающий разделительный мех, связанный через передачу "винт-гайка" с электроприводом, линии вдоха и выдоха пациента, соединенные с тройником пациента, а линия вдоха пневматически связана с разделительным мехом, обратный клапан, установленный на линии вдоха и мембранные управляемые клапаны, установленные на линиях вдоха и выдоха пациента, и блок подачи дыхательной смеси, включающий дозатор газовой смеси, вход которого пневматически связан с источником сжатых медицинских газов, а выход - с дыхательным мешком, предохранительным клапаном и клапаном подсоса атмосферного воздуха, а также с разделительным мехом через обратный клапан, отличающийся тем, что аппарат снабжен генератором пневматических импульсов, установленным в блоке управления и выполненным в виде мембраны с центральным соплом и клапана, кинематически связанного с якорем электромагнита, при этом надмембранная полость генератора пневматических импульсов пневматически связана с управляемым клапаном на линии выдоха пациента, а подмембранная полость - с выходом дозатора газовых смесей.