УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ЛЕГОЧНЫХ ВЫДЕЛЕНИЙ Российский патент 2013 года по МПК A61M1/00 A61M16/00 

Данное изобретение относится к устройству, предназначенному для удаления легочных выделений.

Данное изобретение принадлежит к области, относящейся к устройствам, которые способствуют дыханию пациентов, страдающих патологиями паренхимы легких, например, хронической обструктивной бронхопневмонией (ХОБП). В частности, данное изобретение относится к устройству, предназначенному для неинвазивного удаления бронхолегочных выделений у пациентов с пониженной отхаркивающей способностью.

Некоторое время назад в медицине был признан тот факт, что неспособность легких к очищению от выделений значительно повышает опасность развития у пациентов серьезной патологии, такой как, например, пневмония и ателектаз. Неспособность к отхаркиванию также считается одной из основных причин возникновения осложнений у пациентов с дыхательной недостаточностью и пониженной отхаркивающей способностью, обусловленной нервно-мышечными патологиями (например, боковым амиотрофическим склерозом) или хирургическими операциями в брюшной полости или грудной клетке.

Пациенты с пониженной отхаркивающей способностью, как правило, неспособны во время кашля создать в плевре давление, достаточное для отхаркивания выделений.

Из уровня техники известны различные способы и устройства, которые применяются для удаления легочных выделений у пациентов, страдающих дыхательной недостаточностью. Известные способы и устройства по существу обеспечивают удаление легочных выделений путем циклического продувания легких воздухом и последующей аспирации, выполняемой при отсасывании. Таким образом, происходит отсасывание выделений из нижней части дыхательного отдела в направлении верхних дыхательных путей.

Удаление выделений путем аспирации в соответствии с известными в настоящее время способами обладает различными недостатками. Во-первых, используемые для этого устройства являются инвазивными и предусматривают введение эндотрахеальных трубок, что вызывает раздражение трахеи и гортани. Во-вторых, пониженное давление, создаваемое для обеспечения отсасывания выделений, сопровождается высоким риском коллапса стенок дыхательных путей с последующим значительным снижением, если не фактическим блокированием, респираторной функции. Коллапс также может происходить в тканях, образующих небо, что приводит к появлению неприятных ощущений у пациента, который вынужден часто прекращать работу отсасывающего устройства. И наконец, при аспирации выделений проводится принудительная вентиляция легких, нарушающая естественный ритм дыхания, который является характерным для каждого проходящего лечение пациента.

Целью данного изобретения является создание устройства, предназначенного для удаления бронхолегочных выделений у пациентов с пониженной отхаркивающей способностью и позволяющего устранить упомянутые недостатки существующего уровня техники.

Предметом данного изобретения является устройство для удаления бронхолегочных выделений пациента, отличающееся тем, что оно содержит воздуховод, расширительную камеру и средства ускорения выдыхаемого воздуха.

В частности, предложенное устройство содержит:

a) воздуховод, выполненный с возможностью соединения с дыхательными путями пациента,

b) расширительную камеру, которая имеет

b1) первое отверстие для впуска струи газа,

b2) по меньшей мере одно второе отверстие, через которое струя газа выходит из расширительной камеры и вводится в воздуховод,

c) средства подачи струи газа в расширительную камеру,

причем указанные средства ускорения выдыхаемого воздуха используют струю газа, введенную в воздуховод.

Кроме того, предпочтительно средства ускорения выдыхаемого воздуха также содержат воздуховод, имеющий конструкцию клапана Вентури.

В основе работы предложенного устройства лежит неинвазивная аспирация легочных выделений. Аспирация выполняется путем создания умеренно пониженного давления в воздуховоде, соединенном с дыхательными путями пациента с помощью струи газа. Струя газа вводится в воздуховод, в который поступает выдыхаемый пациентом воздух с обеспечением его ускорения по направлению к выпускному отверстию воздуховода.

Ускорение обеспечивается только во время фазы выдоха, при этом его величина предпочтительно пропорциональна потоку воздуха, выдыхаемого пациентом естественным путем, в любой момент времени. С другой стороны, во время фазы вдоха данное устройство не оказывает какого-либо влияния на поток вдыхаемого воздуха. Таким образом, работа устройства приспособлена к естественному ритму дыхательной функции пациента.

Пониженное давление, которое создается в воздуховоде, соединенном с дыхательными путями пациента, действует на весь легочный аппарат (альвеолы, бронхи и т.д.) и является достаточным для перемещения содержащихся в нем выделений по направлению к верхним дыхательным путям. Выделения скользят по слою жидкости, покрывающему внутренние стенки дыхательных путей, и сначала перемещаются к центральным бронхам, а затем поднимаются по трахее до тех пор, пока не проскользнут в желудок через пищевод.

Указанный воздуховод выполнен с возможностью соединения с дыхательными путями пациента при помощи мундштука или назальной маски, которые переносят выходящий изо рта пациента воздух, предотвращая его рассеивание.

На подобном мундштуке расположена система датчиков, которая определяет как наличие, так и интенсивность потока выдыхаемого воздуха и, соответственно, приводит в действие средства, обеспечивающие подачу струи газа в расширительную камеру, а затем в воздуховод, то есть приводит в действие средства ускорения выдыхаемого воздуха, использующие введенную в воздуховод струю газа.

Обычно воздуховод представляет собой цилиндрическую трубку из пластмассы, однако он может быть выполнен из других материалов, поскольку не соприкасается с пациентом. Предпочтительно воздуховод имеет конструкцию типа клапана Вентури, т.е. имеет сужение (узкое сечение) по меньшей мере в одном месте по его длине. Поток воздуха, выдыхаемый пациентом, проходит внутри клапана Вентури от конца с большим сечением к концу с меньшим сечением. В воздуховоде такого типа поток воздуха попадает в область узкого сечения и затем проходит ее, испытывая первое ускорение, обусловленное эффектом Вентури.

Кроме того, предложенное устройство предусматривает наличие расширительной камеры, имеющей первое отверстие, через которое может вводиться струя газа. Объем расширительной камеры может изменяться в зависимости от необходимого количества вводимого газа и, следовательно, рабочего объема насоса.

Расширительная камера имеет по меньшей мере одно второе отверстие, которое обеспечивает выход струи газа и ее введение в воздуховод. Струя газа вводится в воздуховод параллельно его оси в направлении потока выдыхаемого воздуха, в результате чего обеспечивается перемещение выдыхаемого воздуха к выпускному отверстию воздуховода.

Для обеспечения равномерного ускорения выдыхаемого воздуха расширительная камера имеет предпочтительно больше двух отверстий, более предпочтительно по меньшей мере 4 отверстия, через которые выходит струя газа.

Предпочтительно расширительная камера имеет кольцеобразную форму и окружает воздуховод.

Наличие по меньшей мере четырех отверстий и кольцеобразная форма расширительной камеры способствуют созданию в воздуховоде равномерного ускорения выдыхаемого пациентом потока воздуха.

В предпочтительном варианте выполнения устройства, являющегося предметом данного изобретения, расширительная камера выполнена в воздуховоде, по которому проходит выдыхаемый и вдыхаемый пациентом воздух, как показано далее со ссылкой на следующие чертежи:

фиг.1 изображает схематический разрез предложенного устройства;

фиг.2 изображает схематический вертикальный разрез устройства, показанного на фиг.1, по линии II-II';

фиг.3 изображает схематический вертикальный разрез устройства, показанного на фиг.1, по линии III-III';

фиг.4 изображает схематический разрез предложенного устройства (фаза выдоха);

фиг.5 изображает схематический разрез предложенного устройства (фаза вдоха);

фиг.6 изображает сравнительный график спирометрических кривых.

Устройство предусматривает наличие расширительной камеры в воздуховоде и содержит основной воздуховод 1, внутри которого между впускным и выпускным отверстиями расположена первая закрывающая пластина 2 с отверстием 3 для обеспечения прохождения выдыхаемого и вдыхаемого пациентом воздуха. Площадь сечения отверстия 3 меньше площади сечения основного воздуховода 1. Между первой пластиной 2 и выпускным отверстием внешнего воздуховода расположена вторая закрывающая пластина 4, имеющая по меньшей мере одно первое отверстие 5, соединенное с отверстием 3 пластины 2 с помощью второго воздуховода 6 (вторичного воздуховода). Пространство, ограниченное основным воздуховодом 1, вторичным воздуховодом 6 и пластинами 2 и 4, образует расширительную камеру 7 кольцеобразной формы.

Между закрывающими пластинами 2 и 4 выполнено отверстие 8, через которое струя газа может вводиться в расширительную камеру.

Пластина 4 имеет по меньшей мере несколько отверстий 9, которые расположены по кругу в виде кольца и через которые введенная в расширительную камеру струя газа может поступать в основной воздуховод, где она обеспечивает перемещение потока выдыхаемого воздуха.

Для обеспечения достижения ускорения потока выдыхаемого воздуха величина расхода струи газа, вводимой в воздуховод, превышает величину расхода указанного потока. Величина расхода вводимой струи газа может поддерживаться постоянной или изменяться во время фазы выдоха. Предпочтительно величина расхода струи газа изменяется как функция объема выдыхаемого пациентом воздуха: чем больше воздуха выдыхает пациент, тем выше величина расхода вводимой струи газа и, соответственно, тем большее ускорение сообщается выдыхаемому воздуху.

Это обеспечивается с помощью системы датчиков, которые расположены в мундштуке и которые определяют как наличие, так и интенсивность потока выдыхаемого воздуха и, соответственно, приводят в действие средства подачи струи газа в расширительную камеру, предпочтительно содержащие насос.

Величина расхода вводимой струи газа может изменяться в диапазоне 0,1-100 л/с, предпочтительно 0,1-5 л/с, более предпочтительно 0,1-1 л/с.

Расход вводимой струи газа может периодически регулироваться до наиболее подходящей величины в соответствии с конкретным дыхательным объемом легких каждого пациента. Такое регулирование обеспечивается в течение всего времени работы устройства.

Благодаря ускорению выдыхаемого воздуха, в сечении воздуховода, расположенном до места, в котором происходит поступление насыщенного газом воздуха из расширительной камеры, создается пониженное давление, которое вызывает удаление легочных выделений.

По завершении фазы выдоха и в начале фазы вдоха впуск струи газа в воздуховод прекращается для обеспечения поступления атмосферного воздуха в воздуховод и затем в легкие пациента.

Для помощи пациенту на фазе вдоха в воздуховод через соответствующее отверстие может вводиться умеренный поток воздуха (с расходом около 18 л/мин) или поток другого пригодного для дыхания газа (избыточное давление на вдохе - ИДВ). Предложенное устройство в качестве средств подачи струи газа в камеру предпочтительно содержит газовый насос. В состав струи газа предпочтительно входит воздух. Однако можно использовать любой другой газ или смесь газов, которые совместимы с возможностью случайного вдыхания пациентом.

В наиболее предпочтительном варианте выполнения изобретения возможно обеспечение автоматической работы предложенного устройства, в частности, автоматического включения и выключения впуска струи газа в ~ расширительную камеру. Для этого данное устройство содержит, как указано выше, датчик 10 потока и средства 11 управления для включения средств подачи струи газа. Датчик 10 потока установлен на воздуховоде или на присоединенном к нему мундштуке (фиг.4) или назальной маске предпочтительно около рта пациента с обеспечением быстрого определения начала фазы выдоха. Датчик 10 генерирует положительный сигнал при наличии потока выдыхаемого воздуха или отрицательный сигнал при наличии потока вдыхаемого воздуха. Генерируемый сигнал передается на средства 11 управления, которые в рабочем порядке соединены как с датчиком 10, так и со средствами подачи струи газа, например, насосом 12 (фиг.4).

Предпочтительно по меньшей мере интенсивность положительного сигнала, т.е. сигнала, генерируемого во время фазы выдоха, пропорциональна потоку воздуха, выдыхаемого пациентом.

В ответ на положительный сигнал датчика 10 средства 11 управления приводят в действие насос 12, который подает струю газа в расширительную камеру. Соответственно, при установлении фазы выдоха устройство начинает ускорять воздух, выдыхаемый пациентом, что способствует удалению легочных выделений. Если мощность сигнала, генерируемого датчиком 10, пропорциональна потоку выдыхаемого воздуха, то расход струи газа, вводимой в расширительную камеру, может легко регулироваться средствами 11 управления в зависимости от выдыхаемого воздуха. Таким образом, степень ускорения, создаваемого данным устройством, в любой момент времени пропорциональна потоку выдыхаемого воздуха. Следовательно, чем больше объем выдыхаемого пациентом воздуха, тем больше объем струи газа, вводимой насосом 12, и, соответственно, тем выше эффективность удаления легочных выделений.

На завершающем этапе выдоха поток выдыхаемого воздуха постепенно уменьшается и прекращается к моменту перехода к последующей фазе вдоха. Когда начинается фаза вдоха, датчик 10 регистрирует изменение направления потока воздуха в воздуховоде на обратное и генерирует отрицательный сигнал, который передается на средства 11 управления.

В ответ на отрицательный сигнал датчика 10, интенсивность которого может быть пропорциональна (или не пропорциональна) потоку вдыхаемого пациентом воздуха, средства 11 управления прекращают подачу струи газа и обеспечивают возможность выполнения пациентом естественного вдоха через воздуховод. Для помощи пациенту во время фазы вдоха средства 11 управления в ответ на отрицательный сигнал датчика 10 могут также инициировать впуск воздуха с умеренным ИДВ или другого подходящего для дыхания газа через отверстие 14 (например, около 18 л/мин).

Для более точного управления работой устройства и, в частности, для предотвращения создания в дыхательных путях пациента чрезмерно пониженного давления, вызывающего, например, коллапс стенок легких, устройство также может содержать датчик 13 давления, способный выявить пониженное давление, создаваемое в воздуховоде благодаря ускорению выдыхаемого воздуха введенной струей газа. Датчик 13 расположен перед местом впуска струи газа и функционально присоединен к средствам 11 управления, которые включают/выключают подачу струи газа к расширительной камере.

Когда пониженное давление в воздуховоде достигает значения, превышающего конкретное пороговое значение, датчик 13 генерирует сигнал с интенсивностью, возможно, пропорциональной уровню пониженного давления, и передает его на средства 11 управления. Указанные средства 11 прекращают подачу струи газа или уменьшают ее расход до тех пор, пока пониженное давление не будет восстановлено до значения ниже порогового.

Пороговое значение может быть удобно задано в виде функции естественного дыхательного объема легких пациента.

Предложенное устройство обладает различными преимуществами по сравнению с известными устройствами. Во-первых, оно обеспечивает эффективное удаление легочных выделений у пациентов с пониженной отхаркивающей способностью. Во-вторых, являясь устройством неинвазивного типа, оно позволяет избежать проблем, связанных с использованием эндотрахеальных трубок. Кроме того, предложенное устройство может работать синхронно с естественным ритмом дыхательной функции пациента, т.е. с поддержанием естественного чередования фаз выдоха и вдоха. Таким образом, удаление легочных выделений происходит без нарушения нормального расширения/сжатия легких. Кроме того, поскольку работа устройства может регулироваться в зависимости от потока воздуха, выдыхаемого пациентом, то оно одинаково хорошо подходит для пациентов с респираторными функциональными возможностями, имеющими совершенно разные объемы. Данное устройство обеспечивает предотвращение возникновения коллапса стенок дыхательных путей вследствие их чрезмерного опорожнения, а также других побочных эффектов (неприятных ощущений, приступов кашля и т.д.).

Характеристики и преимущества процесса в соответствии с данным изобретением более очевидны из последующего описания, которое является иллюстративным и не ограничивает объем правовой охраны изобретения, определяемый приложенной формулой изобретения.

Пример 1

Пациент, страдающий ХОБП, прошел лечение с помощью устройства, являющегося предметом данного изобретения и выполненного в соответствии с вариантом выполнения, изображенным на фиг.4.

Устройство подавало струю воздуха. Во время его работы скорость струи изменялась от 0 до 0,6 л/с. Лечение продолжалось 15 минут.

На фиг.6 изображен сравнительный график спирометрических кривых до лечения предложенным устройством (кривая 1), после лечения предложенным устройством (кривая 2) и кривой здорового человека. Из сравнения кривых 1-3 очевидно, что респираторные функциональные возможности пациента, страдающего ХОБП, значительно улучшаются после лечения и достигают значений, очень близких к наблюдаемым у здорового человека.

Во время лечения наблюдалось эффективное удаление небольших выделений дыхательных путей с их перемещением к желудку.

Такое лечение не вызывает побочных эффектов, таких как возникновение у пациента неприятных ощущений или приступов кашля.

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к устройствам, которые способствуют дыханию пациентов, страдающих патологиями паренхимы легких, например хронической обструктивной бронхопневмонией (ХОБП), и, в частности, к устройству, предназначенному для неинвазивного удаления бронхолегочных выделений у пациентов с пониженной отхаркивающей способностью. Устройство для удаления бронхолегочных выделений пациента содержит воздуховод, расширительную камеру, средства ускорения выдыхаемого воздуха, средства подачи струи газа в расширительную камеру, датчик потока и средства управления. Воздуховод выполнен с возможностью соединения с дыхательными путями пациента. Расширительная камера имеет первое отверстие для впуска струи газа и по меньшей мере одно второе отверстие, через которое струя газа выходит из расширительной камеры и вводится в воздуховод. Средства ускорения выдыхаемого воздуха образованы струей газа, вводимой в воздуховод. Датчик потока предназначен для генерации положительного сигнала при наличии потока выдыхаемого воздуха в воздуховоде или отрицательного сигнала при наличии потока вдыхаемого воздуха. Средства управления предназначены для включения средств подачи струи газа в ответ на положительный сигнал, поступающий от датчика потока, и выключения указанных средств в ответ на отрицательный сигнал. Предложенное устройство исключает раздражение трахеи и гортани, снижает риск коллапса стенок дыхательных путей и сохраняет естественный ритм дыхания, который является характерным для каждого проходящего лечение пациента. 7 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 пр.

1. Устройство для удаления бронхолегочных выделений пациента, содержащее воздуховод, расширительную камеру и средства ускорения выдыхаемого воздуха, отличающееся тем, что оно содержит
a) воздуховод, выполненный с возможностью соединения с дыхательными путями пациента,
b) расширительную камеру, которая имеет
b1) первое отверстие для впуска струи газа,
b2) по меньшей мере одно второе отверстие, через которое струя газа выходит из расширительной камеры и вводится в воздуховод,
c) средства подачи струи газа в расширительную камеру, причем указанные средства ускорения выдыхаемого воздуха образованы струей газа, вводимой в воздуховод,
d) датчик потока, предназначенный для генерации положительного сигнала при наличии потока выдыхаемого воздуха в воздуховоде или отрицательного сигнала при наличии потока вдыхаемого воздуха,
e) средства управления, предназначенные для включения средств подачи струи газа в ответ на положительный сигнал, поступающий от датчика потока, и выключения указанных средств в ответ на отрицательный сигнал.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанные средства ускорения выдыхаемого воздуха также содержат воздуховод, имеющий конструкцию клапана Вентури.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит датчик давления, предназначенный для генерации сигнала в случае, если пониженное давление в воздуховоде превышает определенное пороговое значение.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что воздуховод присоединен к мундштуку.

5. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что воздуховод присоединен к назальной маске.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства подачи струи газа содержат насос.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расширительная камера является кольцеобразной и имеет не менее двух отверстий, предпочтительно по меньшей мере 4 отверстия, предназначенные для выхода вводимой струи газа.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что воздуховод, выполненный с возможностью соединения с дыхательными путями пациента, дополнительно имеет отверстие, через которое может быть введен поток воздуха или другого подходящего для дыхания газа.