Способ ингаляционного воздействия на организм и аппарат для его осуществления Российский патент 2019 года по МПК A61M16/12 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно, к способам и аппаратам для ингаляционного воздействия на организм человека в процессе ингаляционной терапии, интенсивной терапии, ингаляционной и неингаляционной анестезии дыхательными смесями, содержащими увлажненный и подогретый кислород и/или воздух с обеспечением возможности дополнения дыхательной смеси парами жидких анестетиков и/или аэрозолем лекарственных средств, и может быть использовано для искусственной и/или самостоятельной вентиляции легких по реверсивному или нереверсивному дыхательным контурам.

Из уровня техники известны способ формирования различных дыхательных газовых смесей путем смешивания сжатых газов и их последующей подачи с регулируемым расходом через дыхательный контур в дыхательные пути пациента через маску с возможностью повышения температуры вдыхаемых смесей, по крайней мере, до 90°С и введения в них аэрозолей лекарственных средств, При этом осуществляется контроль состава вдыхаемой смеси и ее температуры и применяется реверсивный дыхательный контур с удалением из выдыхаемой газовой смеси двуокиси углерода, а также аппарат для осуществления этого способа (см. патент RU 2072241, кл. А61М 16/00, опубл. 27.01.1997). Однако известный способ не позволяет использовать различные дыхательные газовые смеси во время искусственной вентиляции легких (ИВЛ), включать в газовые смеси воздух и пары анестетиков, подавать газовые смеси с расходом менее 3 л/мин для реализации низкопоточного реверсивного дыхательного контура и предусматривает присоединение к пациенту только через лицевую маску. Аппарат для реализации известного способа не позволяет также раздельно устанавливать и стабилизировать состав и расход газовой смеси, не обеспечивает высокочастотную (ВЧ) ИВЛ, мониторинг показателей вентиляции и безопасность пациента в случае нарушения электропитания и (или) подачи сжатого газа. Отсутствует возможность активного снижения сопротивления самостоятельному дыханию пациента.

Из уровня техники также известен способ регуляции физиологического состояния биологического объекта смесями газов путем воздействия на биологический объект, помещенный в среду, содержащую, по меньшей мере, один газ, смесью газов, содержащей кислород, в циклическом режиме с определенными характеристиками и обеспечивающей сатурацию/дестурацию не менее одного компонента газовой смеси в тканях биологического объекта по заданному алгоритму (см. патент RU 2291718, кл. А61М 16/12, опубл. 20.01.2007). Однако, из-за необходимости помещения пациента в определенную среду известный способ не может быть использован в лечебных учреждениях в практических условиях ингаляционной терапии, анестезии и интенсивной терапии, рассчитан на применение только при самостоятельном дыхании пациента, а изобретение не описывает технические решения для реализации данного способа.

Кроме того, из уровня техники известны способ ингаляционного воздействия на организм, заключающийся в задании с1 помощью блока управления режима подачи дыхательной смеси, формировании соответствующей дыхательной смеси с требуемой концентрацией анестетика, измерении и регулировании расхода дыхательной смеси и подаче ее пациенту, а также аппарат для его осуществления (см. патент US 6553990, кл. А61М 16/10, опубл. 29.04.2003). Однако, известные способ и устройство не позволяют варьировать режимы подачи дыхательной смеси по реверсивному или по нереверсивному дыхательному контуру с применением искусственной и/или самостоятельной вентиляции легких.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ ингаляционного воздействия на организм, заключающийся в формировании, по меньшей мере, двухкомпонентной дыхательной смеси на основе кислорода и/или воздуха и подачи ее пациенту с обеспечением возможности дополнения дыхательной смеси парами анестетиков и/или аэрозолем лекарственных средств (см. патент RU 2146536, кл. А61М 16/12, опубл. 20.03.2000). Из этого же документа известен аппарат для ингаляционного воздействия на организм, содержащий формирователь дыхательной смеси, выполненный с возможностью подключения, по меньшей мере, двух источников газов, основной блок с задатчиком объема подаваемой пациенту дыхательной смеси, подключенный к основному выходу формирователя дыхательной смеси через линию наполнения, подключенные к основному блоку линии вдоха и выдоха, снабженные отводами соединения с атмосферой и объединенные в тройник пациента, блок управления и средства автоматического регулирования и контроля.

Однако, известный способ требует использования баллонов с заранее составленными сжатыми смесями газов, что исключает оперативное изменение состава газовой смеси или повышения концентрации второго газа, не исключает возможность подключения непредусмотренной газовой смеси, в том числе и не допустимой для дыхания, не предусматривает применение смеси воздуха с кислородом или с другими газами. При описании аппарата не раскрыта конкретная конструкция задатчика объема подаваемой пациенту дыхательной смеси и не указана возможность полного автоматического управления. Не предусмотрены ВЧ ИВЛ, мониторинг показателей вентиляции, введение газовой смеси непосредственно в трахею и безопасность пациента в случае нарушения электропитания и (или) подачи сжатого газа. Отсутствует возможность активного снижения сопротивления самостоятельному дыханию пациента.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание нового способа ингаляционного воздействия и аппарата для его осуществления, которые обеспечивают эффективную подачу пациенту кислорода, атмосферного воздуха или их смесей или двухкомпонентных смесей кислорода с другими газами, например гелием (Не), ксеноном (Хе) и закисью азота (N₂O) в ингаляционной терапии, ингаляционной или неингаляционной анестезии и интенсивной терапии по реверсивному, в том числе низкопоточному, и нереверсивному дыхательным контурам при искусственной, в том числе высокочастотной (ВЧ) вентиляции легких, самостоятельной вентиляции и их различных комбинаций. Технический результат заключается в повышении эффективности и расширении функциональных возможностей ингаляционного воздействия.

В части способа поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что согласно способу ингаляционного воздействия на организм, заключающемуся в формировании дыхательной смеси на основе кислорода и/или воздуха и подаче ее пациенту с обеспечением возможности дополнения дыхательной смеси парами анестетиков и/или аэрозолем лекарственных средств, с помощью блока управления задают режим подачи дыхательной смеси по реверсивному или по нереверсивному дыхательному контуру с применением искусственной и/или самостоятельной вентиляции легких, и посредством связанных с ним автоматических средств регулирования и контроля измеряют и регулируют расход и давление каждого газа, устанавливая изодромный расход каждого газа в соответствии с сигналами блока управления, независимо измеряют и регулируют общий расход дыхательной смеси, устанавливая требуемый расход в соответствии с сигналами блока управления, а также подключают/отключают линии вдоха и выдоха к/от атмосфере/атмосферы в соответствии с сигналами блока управления. Дыхательная смесь может быть сформирована в виде двухкомпонентной смеси кислорода с гелем, ксеноном или закисью азота. При искусственной вентиляции легких дыхательную смесь предпочтительно подают пациенту в режиме струйной высокочастотной вентиляции.

В части устройства поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в аппарате для ингаляционного воздействия на организм, содержащем формирователь дыхательной смеси, выполненный с возможностью подключения, по меньшей мере, двух источников газов, основной блок с задатчиком объема подаваемой пациенту дыхательной смеси, подключенный к основному выходу формирователя дыхательной смеси через линию наполнения, подключенные к основному блоку линии вдоха и выдоха, снабженные отводами соединения с атмосферой и объединенные в тройник пациента, блок управления и средства автоматического регулирования и контроля, блок управления содержит дисплей и микропроцессорный контроллер, взаимодействующий со всеми средствами автоматического регулирования и контроля, которые при этом включают расположенные в формирователе дыхательной смеси на линии каждого из источников газов электромагнитный клапан, измеритель расхода, средства измерения и стабилизации давления газа, обеспечивающие за счет реализации изодромного регулятора возможность независимого установления изодромного расхода газа от каждого из источников в соответствии с сигналами блока управления, расположенные в основном блоке управляемый электропривод задатчика объема подаваемой пациенту дыхательной смеси, датчик его положения и электромагнитный клапан, обеспечивающие возможность установления расхода подаваемой пациенту дыхательной смеси в соответствии с сигналами блока управления, а также расположенные на отводах соединения с атмосферой линий вдоха и выдоха электромагнитные клапаны, обеспечивающие возможность подключения/отключения этих отводов в соответствии с сигналами блока управления. На линии вдоха может быть установлен пневматический распылитель анестетиков и/или лекарственных средств. Формирователь дыхательной смеси предпочтительно содержит дополнительный выход для подачи одинарного газа, например, кислорода. Задатчик объема подаваемой пациенту дыхательной смеси предпочтительно выполнен в виде эластичного меха, патрубок неподвижной стенки которого соединен с линиями вдоха и наполнения, а подвижная стенка меха соединена с управляемым электроприводом и датчиком положения. Блок управления предпочтительно выполнен с возможностью формирования и поддержания расчетного давления в тройнике пациента путем задания алгоритма воздействия на электропривод меха. Аппарат может быть снабжен блоком высокочастотной искусственной вентиляции легких, выполненным с возможностью подключения к соответствующему независимому выходу формирователя дыхательных смесей и содержащим стабилизатор, измеритель давления, электромагнитный клапан и инжектор, расположенный у входа в дыхательные пути пациента. При этом к всасывающему патрубку инжектора присоединен тройник пациента, а на выходе инжектора установлены датчики температуры и давления дыхательной смеси. Средства автоматического регулирования и контроля, расположенные на линии выдоха, предпочтительно содержат обратный клапан и электромагнитный пропорциональный клапан, выход которого соединен с отводом соединения атмосферой и через абсорбер СО₂ с линией наполнения. Во входном патрубке тройника пациента предпочтительно установлены нагреватель и датчик температуры вдыхаемой дыхательной смеси, а в выходном - датчики расхода и давления газа, а также отвод линии отбора пробы состава дыхательной смеси. Нагреватель предпочтительно содержит малоинерционные нагревательные элементы, выполненные с возможностью изменения интенсивности нагрева в зависимости от мгновенного значения расхода газа. Линия наполнения предпочтительно снабжена обратным и первым предохранительным клапанами и соединена с эластичным мешком, который содержит входной электромагнитный клапан, датчик давления и второй предохранительный клапан.

На фиг. 1 представлена внутренняя пневматическая схема формирователя дыхательных смесей;

на фиг. 2 - общая пневматическая схема предлагаемого аппарата.

Если в описании специально не оговорено иное, применяемая в описании специальная терминология соответствует ГОСТ Ρ 52423-2005 «Аппараты ингаляционной анестезии и искусственной вентиляции легких. Термины и определения». Изображения на фиг. 1 и фиг. 2 общеизвестных компонентов пневматических схем соответствуют требованиям стандартов ЕСКД: 2.780-96, 2.781-96, 2.782 и 2.784-96 «Обозначения условные графические». Применяемые газы обозначаются общепринятыми химическими символами.

В рамках настоящего изобретения под дыхательной смесью понимается газ или смесь газов, подаваемых пациенту для ингаляции, причем, эта смесь может быть однокомпонентной (чистый кислород, воздух), двух- и многокомпонентной. Нереверсивный дыхательный контур (НРДК) включает линию наполнения, линию вдоха и линию выдоха до отвода соединения с атмосферой. Реверсивный дыхательный контур (РДК) включает закольцованные линии наполнения, вдоха и выдоха целиком.

Как показано на фиг. 1, формирователь дыхательных смесей 1 содержит рабочие линии по числу коннекторов 1.1 для подключения источников газов (в качестве примера на фиг. 1 показана схема формирователя для подачи О₂ и трех других медицинских газов: Не, Хе, Ν₂O). Каждая линия включает: измеритель 1.2 входного давления подаваемого газа, стабилизатор давления 1.3, нормально закрытый (НЗ) пропорциональный электромагнитный клапан (ЭМК) 1.4 и измеритель расхода подаваемого газа 1.5. Выходы всех линий соединены с общим основным выходом 1.6 дыхательной смеси, а выход регулятора давления 1.3 в линии O₂ соединен с дополнительным выходом 1.7 стабилизированного давления О₂. Для питания блока высокочастотной искусственной вентиляции легких (ВЧ ИВЛ) вход О₂ в формирователь дыхательных смесей 1 также непосредственно соединен с соответствующим независимым выходом 1.8.

Основной блок 2 (фиг. 2) содержит задатчик объема дыхательной смеси в виде меха 2.1, с подвижной крышкой которого соединен шток управляемого линейного электропривода 2.2 с внешним или встроенным датчиком 2.3 положения подвижной крышки меха. Конструктивное достоинство и предпочтительность такого решения заключается в том, что линейный электропривод 2.2 и датчик 2.3 обеспечивают полное соответствие характера сжатия/растяжения меха 2.1 и, следовательно, расхода проходящей через общий выход 2.4 дыхательной смеси возвратно-поступательному движению штока линейного электропривода, которое задается алгоритмом воздействия на электропривод 2.2, рассчитанным путем программной обработки установленных оператором показателей вентиляции.

К общему выходу 2.4 меха 2.1 присоединена линия вдоха, содержащая нормально открытый (НО) ЭМК 2.5, обратный клапан 2.6 и измеритель 2.7 концентрации О₂ во вдыхаемой смеси, в состав которого может входить дополнительный быстродействующий датчик состава бинарной газовой смеси основанный на измерении амплитуды и частоты резонансных колебаний генератора, пьезопреобразователь которого находится в исследуемой газовой среде. К выходу измерителя 2.7 концентрации О₂ могут быть присоединены увлажнитель 2.8 вдыхаемого газа и пневматический распылитель 2.9 анестетиков и/или лекарственных средств. Непосредственно перед тройником 2.12 пациента установлен гагреватель 2.10, который совместно с датчиком температуры 2.11 позволяет поддерживать заданную высокую температуру вдыхаемой смеси (например, O₂+Не).

В общий выход тройника 2.12 пациента включен датчик 2.13 расхода дыхательной смеси, датчик 2.14 ее давления и отвод линии отвода пробы состава дыхательной смеси в измеритель СO₂ 2.16 с побудителем расхода. С тройником 2.12 также соединена линия выдоха, в которую включен водоотстойник 2.15 и установлен обратный клапан 2.17. Последовательно с клапаном 2.17 включен быстродействующий пропорциональный НО ЭМК 2.18. Совместно с подключенными к его выходу НЗ ЭМК 2.19 и НО ЭМК 2.20 отвода соединения линии выдоха с атмосферой он образует переключатель вида дыхательного контура. В качестве варианта исполнения ЭМК 2.18, 2.19 и 2.20 могут быть заменены одним пропорциональным НО ЭМК с коммутацией 3/2 и условным проходом не менее 18-20 мм.

Выход НЗ ЭМК 2.19 через абсорбер СО₂ 2.21 соединен с линией наполнения, которая снабжена обратным клапаном 2.22 и первым предохранительным клапаном 2.23 и соединена с эластичным мешком 2.24. На входе в эластичный мешок 2.24 установлен НО ЭМК 2.25, здесь же расположен датчик 2.26 давления в мешке и предохранительный клапан 2.27. Вход ЭМК 2.25 линией наполнения соединен с выходом 2.4 меха 2.1. С входом 2.4 также соединен НО ЭМК 2.28 отвода соединения линии вдоха с атмосферой, через который в мех 2.1 или в легкие пациента при самостоятельном вдохе, через фильтр 2.29, может поступать атмосферный воздух. Мешок 2.24 через НО ЭМК 2.25 и испаритель 2.30, если он используется, соединен с основным выходом 1.6 формирователя дыхательной смеси 1, а также через кнопку экстренной подачи О₂ 2.32 - напрямую с дополнительным кислородным выходом 1.7. К выходу 1.7 через пропорциональный НЗ ЭМК 2.31. также присоединен распылитель 2.9 анестетиков и/или лекарственных средств.

Блок ВЧ ИВЛ 3 подключается к соответствующему независимому выходу 1.8 формирователя дыхательных смесей 1 и содержит регулируемый стабилизатор 3.1 давления О₂, измеритель 3.2 давления, НЗ ЭМК 3.3, управляемый формирователь электрических сигналов 3.4 и инжектор 3.5, расположенный у входа в дыхательные пути пациента. При использовании ВЧ ИВЛ к выходу 3.6 инжектора 3.5 присоединяют датчик температуры, создаваемой увлажнителем 2.8, и датчик давления 2.14. К всасывающему патрубку 3.7 инжектора 3.5 присоединяют тройник 2.12 пациента с датчиком 2.13 расхода газа и с отводом линии отбора пробы состава дыхательной смеси, поступающей в датчик СО₂ 2.16.

Блок управления 4 содержит дисплей 4.1, на котором индицируются задаваемые, измеряемые и расчетные показатели вентиляции и состояния пациента, функциональные кривые и обращения к оператору, а также микропроцессорный контроллер 4.2. Контроллер 4.2 взаимодействует со всеми средствами автоматического регулирования и контроля, для чего он электрически соединен со всеми датчиками, электроприводом 2.2, всеми ЭМК, измерительными, сигнализирующими, увлажнительными и нагревательными устройствами, а также с дисплеем 4.1. В блоке 4 установлены основной блок питания 4.3 и источник резервного электропитания 4.4.

Предлагаемый аппарат работает следующим образом.

Во всех режимах работы сжатые газы поступают в формирователь дыхательных смесей 1 через специфические для каждого газа коннекторы 1.1. Кроме своего прямого назначения, оценка входного давления каждого газа измерителями 1.2 позволяет показать на дисплее 4.1, какие газы подключены в данное время, и предотвратить поступление других газов, если не подается O₂. Стабилизаторы давления 1.3 предотвращают влияние на работу аппарата изменений входного давления каждого газа, а также изменений расхода газа в каждом канале. Тем самым обеспечивается сохранение характеристик калибровки всех программно управляемых пропорциональных ЭМК 1.4, которые также не допускают попадание в аппарат подключенных газов при намеренном или аварийном выключении аппарата.

После установки оператором на дисплее 4.1 реверсивного (РДК) или нереверсивного (НРДК) дыхательного контура, нужных значений расхода подаваемой в дыхательный контур дыхательной смеси и концентрации в ней O₂ программа рассчитывает и задает через соответствующие пропорциональные клапаны 1.4 расход O₂ и другого заданного газа по алгоритму:

Q_K=Q_Bbix•K_к/100

Q_r=Q_Bbix•(100-K_к)/100,

где:

Q_K - требуемый расход O₂;

Q_r - требуемый расход другого газа, например, Не:

Q_Bbix - требуемый расход газовой смеси на выходе 1.6 смесителя,

К_к - процентное содержание О₂ в смеси на общем выходе 1.6.

Рассчитанные значения Q_K и Q_r индицируются на изображаемых на дисплее 4.1 ротаметрах и контролируются по сигналам измерителей расхода 1.5. С выхода 1.6 O₂ или его бинарные смеси с другими подключенными к аппарату сжатыми газами поступают в основной блок 2. С выхода 1.7 O₂ под стабилизированным давлением подается в дыхательный контур, минуя испаритель 2.30, через НЗ кнопку экстренной подачи 2.32, а также через пропорциональный ЭМК 2.31 в распылитель 2.9. С выхода 1.8 O₂ под входным давлением при необходимости подается в блок ВЧ ИВЛ 4.

Если при НРДК требуется подавать смесь O₂ с воздухом, то устанавливают О_Bbix менее интенсивности вентиляции (MV), автоматическое поддержание давления в мешке 2.24 отключается, и в НРДК при уменьшении давления в мешке 2.24 до допустимой нижней границы через открывшийся ЭМК 2.28 и фильтр 2.29 в мех 2.1 (в принудительных циклах вентиляции) или в легкие пациента (в циклах самостоятельного дыхания) подсасывается необходимый объем окружающего воздуха, а содержание O2 во вдыхаемом газе контролируют по показаниям датчика 2.7.

Работа основного блока 2 (фиг. 2) зависит от выбранного режима работы.

1) В режиме управляемой ИВЛ с заданным объемом сразу после включения аппарата датчик положения 2.3 обеспечивает автоматическую установку меха 2.1 в начальное положение полного растяжения. По заданным оператором на дисплее 4.1 значениям минутной вентиляции (М_Уз), частоты вентиляции (f), относительной длительности вдоха (Т_i/T_ц) и относительной длительности паузы вдоха (Т_пл/Т_i) программа определяет характеристики сжатия меха 2.1 во время вдувания дыхательной смеси по следующему алгоритму:

Т_вд=(Т_i/T_ц)⋅(60/f)(1- T_пл/T_i) и

Н=М_Уз/[Е_эф(1-Т_пл/Т_i],

где:

Т_вд - длительность сжатия меха 2.1,

H - амплитуда сжатия меха, отсчитываемая от начального положения,

Е_Эф - эффективная площадь меха.

В фазе вдоха T_i в интервале Т_вд сжимающийся мех 2.1 вдувает дыхательную смесь в легкие пациента через открытый НО ЭМК 2.5, обратный клапан 2.6, анализатор О₂ 2.7, увлажнитель 2.8, распылитель 2.9 и нагреватель 2.10. Далее вдыхаемый газ поступает в тройник 2.12 пациента. Линия выдоха при этом перекрыта закрытым пропорциональным НО ЭМК 2.18; выход дыхательной смеси в атмосферу из линии вдоха не допускает закрытый НО ЭМК 2.26, а попаданию дыхательной смеси из меха 2.1 в мешок 2.24 препятствует обратный клапан 2.22. Если предельное давление в дыхательном контуре (Р_пред) устанавливают выше Р_пик (максимальное давление в дыхательном контуре в фазе вдоха), то Р_пред не достигается, и аппарат подает пациенту заданный дыхательный объем. Если введение Уг создает условие Р_пик=Р_пред, то сжатие меха 2.1 и вдувание газа прекращаются до истечения T_i.

По окончанию фазы вдоха ЭМК 2.5 закрывается, начинается фаза выдоха. При установке НРДК газ из легких выходит через водосборник 2.15, обратный клапан 2.17, полностью открывшийся пропорциональный НО ЭМК 2.18 и открытый НО ЭМК 2.20 отвода соединения с атмосферой. При РДК НО ЭМК 2.20 остается закрытым, и с выхода пропорционального ЭМК 2.18 выдыхаемый газ через открывшийся НЗ ЭМК 2.19 и абсорбер СО₂ 2.21, поступает через открытый ЭМК 2.25 в мешок 2.24. Если задано ПДКВ, то когда снижающееся давление по показаниям датчика 2.14 достигнет заданного ПДКВ, быстродействующий пропорциональный ЭМК 2.18 постепенно закрывается так, чтобы до окончания фазы выдоха Т_е показания датчика 2.14 поддерживались на заданном уровне ПДКВ. В интервале Т_е мех 2.1 растягивается с постоянной скоростью до достижения начального положения, забирая газовую смесь из мешка 2.24 через обратный клапан 2.22 и НО ЭМК 2.25.

По окончанию Т_е фаза вдоха повторяется. В течение дыхательного цикла свежая газовая смесь с выхода 1.6 через испаритель 2.30, если он используется, наполняет мешок 2.24, но ее поступление непосредственно в линию вдоха предотвращается обратным клапаном 2.22. Давление в мешке 2.24 поддерживается на низком уровне предохранительным клапаном 2.27.

Подача заданного объема газа определяется только амплитудой и скоростью сжатия меха 2.1, которая стабилизируется на рассчитанном уровне обратной связью, включающей датчик 2.3 (эффективная площадь меха постоянна). Поэтому на величину вдыхаемого объема V_T не влияет ни состав газовой смеси, ни давление в тройнике 2.12 пациента. Управление также облегчается тем, что поскольку по общеизвестной формуле:

M_V=V_T⋅f,

то изменение оператором частоты вентиляции f не влияет на интенсивность вентиляции M_V за счет автоматического обратно пропорционального изменения V_T. Так как изменение оператором значений Т_i/T_ц и T_пл/T_i изменяет длительность вдувания Т_вд, то для сохранения заданных значений MV, f, и, следовательно, и VT, алгоритм управления сжатием меха автоматически изменяет скорость сжатия вдувания, используя следующий алгоритм:

Q_iи=Q_iн-[C_н(1-П_н)]/[С_и(1-П_и)], где

Q_i - расход вдуваемой дыхательной смеси,

С=Т_i/Т_ц - относительная длительность вдоха в дыхательном цикле,

Π=Т_пл/T_i - относительная длительность паузы вдоха,

индекс «_и» - измененное значение показателя, индекс «_н» - начальное значение показателя.

Присоединение аппарата к дыхательным путям пациента часто не бывает полностью герметичным. Поэтому действительный выдыхаемый объем V_T измеряется интегрированием по времени сигнала датчика 2.13, то есть расхода дыхательной смеси, проходящего в фазе выдоха через тройник пациента 2.12. Это позволяет рассчитать действительное значение интенсивности вентиляции M_V и индицировать его и выдыхаемый объем V_T на дисплее 4.1. Здесь же по сигналам датчика 2.14 индицируются измеренные значения максимального, среднего и минимального давления дыхательного цикла, а также ПДКВ и среднее давление дыхательного цикла Р_ср.

Использование НО ЭМК 2.5, НО ЭМК 2.18, НО ЭМК 2.28, НО ЭМК 2.20, НЗ ЭМК 2.19 и обратных клапанов 2.6 и 2.17 позволяет пациенту самостоятельно дышать через линии вдоха и выдоха в режимах вентиляции, использующих самостоятельное дыхание пациента, а также при отказе электропитания аппарата.

2) Для реализации режима вспомогательно-управляемой ИВЛ после установки на дисплее 4.1 нужных значений Q_i, T_i, опорной частоты вентиляции F_an, чувствительности к дыхательным усилиям пациента S_p и ПДКВ определяется момент окончания предыдущего вдоха по снижению расхода выдуваемой дыхательной смеси Q_e в датчике 2.13 до нуля. Мех 2.1 устанавливается в начальное положение, после чего включается один из алгоритмов выявления попытки пациента вдохнуть.

Для этого закрываются ЭМК 2.5 и пропорциональный ЭМК 2.18, и начинается отсчет длительности дыхательного цикла Т_ц=60/F_an. Если в течение этого интервала ожидания дыхательное усилие пациента снизило давление в тройнике пациента 2.12 от нуля или от уровня ПДКВ на S_p, то ЭМК 2.5 открывается, а мех 2.1 начинает сжиматься, вдувая дыхательную смесь в легкие пациента с заданным расходом Q_i. Вдувание продолжается до истечения T_i или же до выполнения условия P(t)=Р_пред, и тогда ЭМК 2.5 закрывается, пропорциональный ЭМК 2.18 полностью открывается, а мех 2.1 снова устанавливается в начальное положение.

При установке РДК выдыхаемая газовая смесь через открытый ЭМК 2.19, абсорбер 2.21 и ЭМК 2.25 поступает в мешок 2.24, а при установке НРДК ЭМК 2.19 закрыт, и через открытый ЭМК 2.20 отвода соединения с атмосферой выдыхаемая смесь выходит в окружающую среду. По достижению нулевого Q_e пропорциональный ЭМК 2.18 поддерживает заданное ПДКВ, как это описано выше для управляемой ИВЛ, после чего снова включается алгоритм выявления дыхательной попытки пациента. Если в течение Т_е она не выявлена, то по истечению Т_ц автоматически выполняется следующий вдох. Поэтому в данном режиме частота вентиляции определяется частотой дыхательных усилий пациента, а при их отсутствии или прекращении - заданной F_an, и минутная вентиляция не прекращается.

При использовании НРДК может также применяться выявление дыхательного усилия по появлению в тройнике 2.12 пациента расхода газа заданной величины и направленного в легкие пациента. В этом случае одновременно с началом отсчета Т_ц ЭМК 2.20 закрывают, и поддерживают открытое состояние ЭМК 2.5, ЭМК 2.18 и ЭМК 2.19. Через испаритель 2.31, если он используется, и обратный клапан 2.22 линии вдоха и выдоха промываются дыхательной смесью заданного состава с расходом

Q_on=п⋅S_p,

где:

Q_on - опорный расход дыхательной смеси («FlowBy») в л/мин,

п - задаваемый оператором множитель в пределах, например, от 2 до 5,

S_p - чувствительность к попытке пациента вдохнуть, выраженная в л/мин.

Когда вызываемый вдохом пациента расход достигнет заданного уровня S_p, линейный привод 2.2 начинает сжимать мех 2.1, ЭМК 2.5 остается открытым, пропорциональный ЭМК 2.18 закрывается, и начинается фаза вдоха, как это описано выше.

ПДКВ достигается так же, как и при управляемой ИВЛ. Если попытка пациента не выявлена, то фаза вдоха начинается по истечению заданного Т_ц таким же способом, который описан для выявления попытки по давлению. С целью упрощения управления наличие усилия пациента вдохнуть демонстрируется индикацией на панели дисплея 4.1. Оператор также может задать число циклов управляемой вентиляции, после которых режим вспомогательно-управляемой ИВЛ автоматически включается снова.

3) Для реализации режима самостоятельного дыхания с постоянно положительным давлением при НРДК линейный привод 2.2 удерживает мех 2.1 в положении полного сжатия, НО ЭМК 2.5, НО ЭМК 2.20 и пропорциональный НО ЭМК 2.18 постоянно открыты. Автоматически включается промывка линий вдоха и выдоха дыхательной смеси заданного состава через формирователь 1 с начальным расходом, а пропорциональный НО ЭМК 2.18 динамически устанавливается в положение, которое обеспечивает создание на выходе тройника 2.12 пациента заданного уровня СДППД. Затем расход дыхательной смеси автоматически корректируют так, чтобы вызываемые самостоятельным дыханием пациента колебания давления в тройнике 2.12, отражаемые датчиком 2.14, располагались симметрично относительно заданного постоянного уровня СДППД.

Для реализации при РДК альтернативного способа СДППД ЭМК 2.5 и ЭМК 2.19 остаются открытыми, ЭМК 2.20 и предохранительный клапан 2.27 закрыты, ЭМК 2.19 и ЭМК 2.25 открыты. Линейный привод 2.2 полностью сжимает мех 2.1, затем устанавливает его в частично растянутое положение. Подача дыхательной смеси наполняет дыхательный контур, включая мех 2.1 и мешок 2.24, до создания в них заданного уровня СДППД, и затем автоматически стабилизирует его уровень. Снижение давления в дыхательном контуре при вдохе пациента парируется сжатием линейным приводом 2.2 меха 2.1. Аналогично, растяжение меха 2.1 парирует повышение давления в контуре вследствие выдоха пациента. Поэтому в тройнике 2.12 давление поддерживается на заданном постоянном уровне СДППД, а снижение этого уровня вследствие поглощения пациентом O₂, поглощения СO₂ в абсорбере 2.21 и возможной неполной герметичности дыхательного контура компенсируется пополнением дыхательного контура свежей смесью из формирователя газовых смесей 1. Этим приемом автоматически снижается практически до нулевого уровня сопротивление вдоха и выдоха аппарата, т.е. работа дыхания определяется только сопротивлением дыхательных путей пациента.

4) Для реализации струйной ВЧ ИВЛ с выхода 1.8 сжатый O₂ поступает в настраиваемый оператором регулятор давления 3.1. Кислород под стабилизированным давлением, измеряемым манометром 3.2, поступает на вход НЗ ЭМК 3.3 типа 2/2. В формирователе 3.4 создаются электрические сигналы управления данным ЭМК, позволяющие независимо задавать f и Т_i/Т_ц. По гибкой трубке пневматические импульсы поступают в сопло инжектора 3.5. Его всасывающий патрубок 3.7 соединен с общим выходом тройника 2.12. ЭМК 2.5, 2.26, 2.18 и 2.20 в этом режиме удерживаются в открытом состоянии, а мех 2.1 неподвижен. Поэтому О₂, поступающий в фазе вдоха в легкие пациента через сопло инжектора 3.5, дополняется воздухом, прошедшим через фильтр 2.29, ЭМК 2.28 и 2.5, клапан 2.6 и увлажнитель 2.8. Сигнал датчика температуры, установленного на выходе 3.6 инжектора, передается в увлажнитель 2.8, который увлажняет и нагревает вдыхаемую дыхательную смесь. Таким образом, эффективная ВЧ ИВЛ обеспечивается совместным применением блока ВЧ ИВЛ 3 и других блоков аппарата.

Управление работой аппарата в режиме ВЧ ИВЛ существенно облегчается индикацией на дисплее 4.1 кривой изменения давления и измерением с помощью датчиков расхода 2.13 и давления 2.14 показателей вентиляции, в том числе дыхательного объема и минутной вентиляции.

Описанные технические решения обеспечивают следующие важные меры безопасности аппарата:

- возможность самостоятельного дыхания пациента окружающим воздухом при отказе аппарата и (или) прекращении подачи газовой смеси из формирователя газовых смесей 1, обеспечиваемая соответствующим выбором типа (НО или НЗ) всех ЭМК и надлежащим распределением потоков газа в дыхательном контуре обратными клапанами 2.6, 2.17 и 2.22;

- измерение и индикация на дисплее 4.1 показателей вентиляции, включая содержание СО₂ в выдыхаемом газе и концентрацию О₂ во вдыхаемой газовой смеси,

- звуковая и визуальная сигнализация о выходе измеряемых показателей из устанавливаемой оператором посредством дисплея 4.1 безопасной зоны,

- ограничение максимального давления в дыхательном контуре предохранительным клапаном 2.23 с включением сигнализации и немедленным прекращением вдувания газа в легкие пациента, если Р_пик достигнет установленного оператором максимально допустимого значения,

- автоматический вывод на дисплей 4.1 предупредительных и разъясняющих сообщений,

- длительная работа аппарата от резервного источника электропитания вследствие энергетической экономичности привода меха.

Исходя из вышеизложенного, предлагаемые способ и аппарат для его осуществления обеспечивают применение новых методов лечения путем подачи пациенту ингаляционным способом газовых смесей различных составов, в т.ч. смесей кислорода с различными газами, например с гелием, ксеноном или закисью азота, с одновременным нагревом дыхательной смеси до, по крайней мере, +70°С, и введением аэрозоля анестетиков и/или лекарственных средств, в различных областях применения - в ингаляционной терапии, в ингаляционной и неингаляционной анестезии и в интенсивной терапии и реанимации - при самостоятельном дыхании пациента, при ИВЛ и при их различных сочетаниях, а также с применением ВЧ ИВЛ. Во всех случаях обеспечивается отсутствие влияния на показатели вентиляции состава дыхательной смеси и изменения характеристик легких пациента, а также мониторинг показателей вентиляции и состояния пациента. Достигается высокий уровень безопасности пациента и удобства управления, возможность наращивания функциональных возможностей аппарата без изменения конструкции, а его единые схемные решения позволяют поставлять по желанию потребителя аппараты более узкого назначения.

Изобретение позволяет значительно повысить эффективность лечения ингаляционным методом различных заболеваний и состояний в пульмонологии, терапии, интенсивной терапии, анестезиологии и спортивной медицине и обеспечивается новым единым техническим решением с использованием возможностей микроэлектроники и современных компонентов. Блочная структура аппарата упрощает его производство, обеспечивает удобство настройки и эксплуатации в различных режимах работы. При применении изобретения можно обеспечить мониторинг показателей вентиляции и состояния пациента с достижением высокой степени их безопасности, в спортивной медицине решается задача реабилитации и тренировки спортсменов при экстремальных нагрузках и резко увеличенных показателях вентиляции.

Группа изобретений относится к медицинской технике. Аппарат для ингаляционного воздействия на организм содержит формирователь дыхательной смеси, выполненный с возможностью подключения источников газа, формирующий дыхательную смесь с заданным процентным содержанием каждого газа, основной блок, осуществляющий работу в режиме управляемой искусственной вентиляции, или в режиме вспомогательной управляемой вентиляции, или в режиме самостоятельного дыхания, снабженный задатчиком объема подаваемой пациенту дыхательной смеси и подключенный к выходу формирователя дыхательной смеси через линию наполнения, подключенные к основному блоку линии вдоха и выдоха, снабженные отводами для соединения с атмосферой и объединенные в тройник пациента, блок управления и средства автоматического регулирования и контроля. Основной блок выполнен с возможностью осуществления работы в режиме управляемой искусственной вентиляции, или в режиме вспомогательной управляемой вентиляции, или в режиме самостоятельного дыхания. Блок управления содержит дисплей и микропроцессорный контроллер, выполненный с возможностью взаимодействия со средствами автоматического регулирования и контроля, включающими установленные в формирователе дыхательной смеси на линии каждого из источников газа электромагнитный клапан, измеритель расхода, средства измерения и стабилизации давления газа, посредством связанных с ними автоматических средств регулирования и контроля, осуществляющих измерение и регулирование расхода и давления, обеспечивая независимость регулирования расхода каждого газа подключенные с возможностью независимого регулирования расхода каждого газа в соответствии с сигналами блока управления. В основном блоке расположены управляемый задатчик объема подаваемой пациенту дыхательной смеси, датчик его положения и электромагнитный клапан, обеспечивающие возможность установления расхода подаваемой пациенту дыхательной смеси в соответствии с сигналами блока управления, а также установленные на отводах соединения с атмосферой линий вдоха и выдоха электромагнитные клапаны для подключения/отключения отводов соединения с атмосферой в соответствии с сигналами блока управления. Раскрыт способ ингаляционного воздействия на организм, осуществляемый с помощью аппарата. Технический результат состоит в повышении эффективности и расширении функциональных возможностей ингаляционного воздействия. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ ингаляционного воздействия на организм с использованием аппарата по п. 4, заключающийся в формировании дыхательной смеси на основе кислорода и/или воздуха и подаче ее пациенту с обеспечением возможности дополнения дыхательной смеси парами анестетиков и/или аэрозолем лекарственных средств, отличающийся тем, что с помощью блока управления задают режим подачи дыхательной смеси по реверсивному или по нереверсивному дыхательному контуру с применением искусственной или вспомогательной вентиляции легких или самостоятельного дыхания, и посредством связанных с ним автоматических средств регулирования и контроля измеряют и регулируют расход и давление каждого газа, устанавливая независимый расход каждого газа в соответствии с сигналами блока управления, независимо измеряют и регулируют общий расход и температуру дыхательной смеси, устанавливая требуемый расход и температуру в соответствии с сигналами блока управления, а также подключают/отключают линии вдоха и выдоха к/от атмосфере/атмосферы в соответствии с сигналами блока управления.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дыхательную смесь формируют в виде по меньшей мере двухкомпонентной смеси кислорода с гелием, ксеноном или оксидом азота.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при искусственной вентиляции легких дыхательную смесь подают пациенту в режиме струйной высокочастотной вентиляции.

4. Аппарат для ингаляционного воздействия на организм, содержащий формирователь дыхательной смеси, выполненный с возможностью подключения, по меньшей мере, двух источников газа, формирующий дыхательную смесь с заданным процентным содержанием каждого газа, основной блок, осуществляющий работу в режиме управляемой искусственной вентиляции, или в режиме вспомогательной управляемой вентиляции, или в режиме самостоятельного дыхания, снабженный задатчиком объема подаваемой пациенту дыхательной смеси и подключенный к выходу формирователя дыхательной смеси через линию наполнения, подключенные к основному блоку линии вдоха и выдоха, снабженные отводами для соединения с атмосферой и объединенные в тройник пациента, блок управления и средства автоматического регулирования и контроля, отличающийся тем, что основной блок выполнен с возможностью осуществления работы в режиме управляемой искусственной вентиляции, или в режиме вспомогательной управляемой вентиляции, или в режиме самостоятельного дыхания, блок управления содержит дисплей и микропроцессорный контроллер, выполненный с возможностью взаимодействия со средствами автоматического регулирования и контроля, включающими установленные в формирователе дыхательной смеси на линии каждого из источников газа электромагнитный клапан, измеритель расхода, средства измерения и стабилизации давления газа, посредством связанных с ними автоматических средств регулирования и контроля, осуществляющих измерение и регулирование расхода и давления, обеспечивая независимость регулирования расхода каждого газа, подключенные с возможностью независимого регулирования расхода каждого газа в соответствии с сигналами блока управления, расположенные в основном блоке управляемый задатчик объема подаваемой пациенту дыхательной смеси, датчик его положения и электромагнитный клапан, обеспечивающие возможность установления расхода подаваемой пациенту дыхательной смеси в соответствии с сигналами блока управления, а также установленные на отводах соединения с атмосферой линий вдоха и выдоха электромагнитные клапаны для подключения/отключения отводов соединения с атмосферой в соответствии с сигналами блока управления.

5. Аппарат по п. 4, отличающийся тем, что на линии вдоха установлен пневматический распылитель анестетиков и/или лекарственных средств.

6. Аппарат по п. 4, отличающийся тем, что формирователь дыхательной смеси содержит дополнительный выход для подачи одинарного газа, например кислорода.

7. Аппарат по п. 4, отличающийся тем, что задатчик объема подаваемой пациенту дыхательной смеси выполнен в виде эластичного меха, патрубок неподвижной стенки которого соединен с линиями вдоха и наполнения, а подвижная стенка меха соединена с управляемым электроприводом и датчиком положения.

8. Аппарат по п. 7, отличающийся тем, что блок управления выполнен с возможностью формирования и поддержания расчетного давления в тройнике пациента путем задания алгоритма воздействия на электропривод меха.

9. Аппарат по п. 4, отличающийся тем, что снабжен блоком высокочастотной искусственной вентиляции легких, выполненным с возможностью подключения к соответствующему независимому выходу формирователя дыхательных смесей и содержащим стабилизатор, измеритель давления, электромагнитный клапан и инжектор, расположенный у входа в дыхательные пути пациента.

10. Аппарат по п. 9, отличающийся тем, что к всасывающему патрубку инжектора присоединен тройник пациента, а на выходе инжектора установлены датчики температуры и давления дыхательной смеси.

11. Аппарат по п. 4, отличающийся тем, что средства автоматического регулирования и контроля, расположенные на линии выдоха, содержат обратный клапан и электромагнитный пропорциональный клапан, выход которого соединен с отводом соединения атмосферой и через абсорбер СO₂ с линией наполнения.

12. Аппарат по п. 4, отличающийся тем, что во входном патрубке тройника пациента установлены нагреватель и датчик температуры вдыхаемой дыхательной смеси с возможностью изменения температуры дыхательной смеси во время одной процедуры по сигналам блока управления, а в выходном - датчики расхода и давления газа, а также отвод линии отбора пробы состава дыхательной смеси.

13. Аппарат по п. 12, отличающийся тем, что нагреватель содержит малоинерционные нагревательные элементы, выполненные с возможностью изменения интенсивности нагрева и в зависимости от мгновенного значения расхода газа.

14. Аппарат по п. 4, отличающийся тем, что линия наполнения снабжена обратным и первым предохранительным клапанами и соединена с эластичным мешком, который содержит входной электромагнитный клапан, датчик давления и второй предохранительный клапан.