Инкубатор для новорожденных с изменяемой прозрачностью стенок рабочей камеры Российский патент 2024 года по МПК A61G11/00 G02F1/163 

Предлагаемое изобретение относится к области инкубаторов для новорожденных детей, в частности к инкубаторам с возможностью регулирования температуры, влажности и освещенности внутреннего пространства, в том числе посредством изменения оптических свойств остекления.

Инкубаторы для новорожденных представляют собой обширный класс медицинских устройств, предназначенных для создания безопасной окружающей среды для новорожденного, сбора диагностической информации о нем, а также проведения необходимых медицинских процедур. Под «безопасной средой» обычно подразумевается стерильность, защита от аллергенов, оптимальный температурно-влажностный режим, контролируемый световой режим, шумоизоляция и т.п. Диагностическая информация информация о новорожденном, как правило, собирается с использованием специализированных физиологических датчиков и чаще всего включает в себя температуру тела, пульс, сатурацию, частоту дыхания, массу тела, но при необходимости и артериальное давление, электрокардиограмму, термограмму, капнограмму, уровень глюкозы в крови и т.п. Инкубаторы для новорожденных конструктивно рассчитаны на проведение эффективного проведения гигиенического ухода, парентерального питания, интенсивной терапии, при необходимости транспортировки между отделениями медицинского учреждения.

Создание и поддержание оптимальных температурно-влажностных режимов в инкубаторах для новорожденных во многом является тривиальной задачей. Стерильность медицинских помещений и устройств (в том числе инкубаторов для новорожденных) в основном связана с организационно-методологическими аспектами осуществления санитарных норм в конкретном медицинского учреждения (уровень подготовки и мотивации персонала, технические средства для дезинфекции и влажной уборки, используемые растворы дезинфицирующих средств, их концентрация, способы протирания и т.п.). С эффективностью шумоизоляции в инкубаторах для новорожденных проблем, как правило, не возникает, так как инкубаторы содержат относительно небольшое количество подвижных узлов и элементов (которые к тому же подобраны соответствующим образом), органическое стекло обладает шумоизолирующими свойствами, а в медицинских помещениях для новорожденных соблюдается режим тишины. А вот аспекты, связанные с глубокой очисткой воздуха и уровнем освещенности, весьма актуальны. Перинатальные центры чаще всего располагаются в крупных городах, где качество воздуха оставляет желать лучшего, к тому же бюджетные версии датчиков мелкодисперсных частиц появились относительно недавно. По поводу организации «оптимального» светового режима для новорожденных в реальной клинической практике (по всему миру в целом) до сих пор встречаются три различных подхода. Первый подход (наиболее передовой) предусматривает имитацию циркадного ритма, т.е. циклическое воздействие света с явно выраженными дневной и ночной фазами (например, по 12 часов каждая). Второй подход - приглушенное освещение в период бодрствования новорожденного и его отключение, в ситуациях когда ребенок спит. И третий подход - постоянное приглушенное освещение. Причем все подходы имеет общие сложности в реализации, связанные с необходимостью проведения объективного контроля и медицинских процедур (для которых требования по освещенности свои), неочевидностью оптических свойств остекления, а также запретом на воздействие прямых световых (особенно солнечных) лучей на лицо новорожденного.

По патенту RU 2793215 С1, МПК A61G 11/00, опубл. 30.03.2023 г. известен неонатологический комплекс с термоэлектрической системой регулирования температуры новорожденного, включающий стол с инкубатором, имеющим двойные стенки и боковую крышку, в котором размещен противопролежневый матрас из высокотеплопроводного материала с ячейками, заполненными гелем с высоким коэффициентом теплопроводности, термоэлектрические модули, датчики температуры и воздушный радиатор для отвода теплоты от опорных спаев термоэлектрических модулей, отличающийся тем, что дополнительно включает вентиляторные агрегаты и управляемый источник постоянного тока, при этом термоэлектрические модули расположены по периметру боковой поверхности инкубатора в его стенках и со стороны рабочих спаев снабжены вентиляторными агрегатами, а управляемый источник постоянного тока непосредственно связан с датчиками температуры, фиксируемыми на теле ребенка, и подключен с возможностью изменения или отключения термоэлектрических модулей и включения или отключения вентиляторных агрегатов в соответствии с сигналами датчиков температуры. Техническим результатом использования неонатологического комплекса с термоэлектрической системой регулирования температуры новорожденного является поддержание температуры новорожденного адаптивно к реакции на тепловое воздействие.

Недостатком неонатологического комплекса с термоэлектрической системой регулирования температуры новорожденного является недостаточная эффективность поддержания подходящих для новорожденного условий окружающей среды внутри инкубатора, обусловленная отсутствием конструктивных элементов, программного обеспечение, интерфейсов, режимов и т.п. для очистки и увлажнения воздуха, тепловой защиты пациента при проведении медицинских манипуляций, управления оптическими характеристиками освещенности, управления циркуляцией воздуха.

По патенту RU 2459606 С1, МПК A61G 11/00, опубл. 27.08.2012 г. известны инкубатор-реанимационная система для новорожденных детей трансформер и способ его трансформации. Инкубатор-реанимационная система для новорожденных детей трансформер содержит установленный на транспортной тележке детский модуль с боковыми панелями, в которых выполнены окошечки с дверцами, и колпаком, ИК-излучатель, стойку с устройством освещения и блоком управления с монитором, модуль подключения оборудования, педали управления, ящики для хранения принадлежностей и, отличается тем, что колпак выполнен с боковыми панелями единой конструкцией, которая разделена в осевой плоскости на две части, каждая из которых шарнирно установлена в корпусе детского модуля, причем окошечки выполнены симметрично на боковых поверхностях колпака и, по меньшей мере, одно из них выполнено на дверце, шарнирно установленной в окне большего размера для доступа к пациенту, кроме того, с противоположной стороны от стойки на корпусе детского модуля установлены поручень и дополнительный блок управления с монитором, а на стойке - ИК-излучатель, фототерапевтическое устройство и, по меньшей мере, один ящик для хранения принадлежностей. Известный варианты инкубатор-реанимационной системы для новорожденных детей трансформер в которых: монитор основного блока управления выполнен сенсорным с локальным источником излучения; разделенные в осевой плоскости части колпака шарнирно установлены на параллельных осях в корпусе детского модуля. Способ трансформации инкубатора-реанимационной системы для новорожденных детей, заключается во включении блоком управления механизма перемещения колпака детского модуля, перемещении колпака детского модуля при одновременном выключении/включении ИК-излучателя, отличается тем, что автоматическое перемещение разделенного по продольной плоскости на две части колпака осуществляют вращением вокруг осей, на которых они установлены, и перемещением над/под корпусом детского модуля до крайнего верхнего/нижнего положения, причем управление перемещением осуществляют через сенсорный дисплей или дополнительный блок управления. Техническим результатом изобретения (имеются в виду и инкубатор-реанимационная система для новорожденных детей трансформер и способ его трансформации) является исключение необходимости применения ручных работ по обеспечению полного доступа к пациенту и нахождения колпака над ложем пациента при трансформации изделия, а также повышение удобства работы медперсонала по уходу за ребенком. Техническим результатом инкубатора-реанимационной системы для новорожденных детей (имеется ввиду только устройство) является обеспечение возможности быстрой трансформации инкубатора в реанимационную систему и обратно, причем изделием обеспечиваются точный температурный режим, регулируемый процессором, автоматически поддерживается заданная влажность, температура по воздуху и коже ребенка, измеряется вес, регулируются наклон матрасика и высота детского модуля, а колпак инкубатора выполнен куполообразной формы, без углов, что повышает удобство визуализации без искажений за состоянием ребенка из любого местоположения персонала.

Недостатком инкубатор-реанимационной системы для новорожденных детей трансформер и способа его трансформации является недостаточная эффективность поддержания подходящих для новорожденного условий окружающей среды внутри инкубатора, обусловленная отсутствием конструктивных элементов, программного обеспечение, интерфейсов, режимов и т.п. для управляемого изменения оптических свойств остекления, а также очистки воздуха.

По патенту US 11679050 В2, МПК A61G 11/00, А61Н 33/00, A61G 7/00, опубл. 20.06.2023 г. известны инкубационная система и метод оказания медицинской помощи пациенту. Инкубационная система содержит ванну, заполненную синтетической жидкостью с управляемым уровнем концентрации электролитов, картридж, резервуар для хранения дистиллированной воды и насос для впрыскивания жидкости, причем картридж содержит высококонцентрированные электролиты, резервуар для хранения дистиллированной воды выполнен с возможностью ее подачи для растворения электролитов картриджа, управление уровнем концентрации электролитов в синтетической жидкости осуществляется посредством смешивания дистиллированной воды и растворенных электролитов из картриджа с использованием насоса для впрыскивания жидкости, уровень концентрации электролитов подбирается с учетом индивидуальных особенностей субъекта (пациента) в ванной. Известны варианты инкубационной системы в которых: над чашей ванной с синтетической жидкостью содержится одна или несколько перемычек, причем перемычки параллельны уровню синтетической жидкости; одна или несколько перемычек выполнены с возможностью фиксации над синтетической жидкостью первого конца кислородной трубки; второй конец кислородной трубки выполнен с возможностью присоединения к расположенному в ванной субъекту (пациенту); дополнительно содержатся датчик температуры, сконфигурированный для определения температуры синтетической жидкости, и нагреватель, выполненный таким образом, чтобы иметь возможность подогрева синтетической жидкости и осуществлять (эту возможность) в ситуациях когда температура синтетической жидкости ниже заранее определенного порогового значения температуры; резервуар для хранения дистиллированной воды является съемным; дополнительно содержатся датчик загрязнения, сконфигурированный на детектирование уровня загрязнения синтетической жидкости, и система для удаления по меньшей мере части загрязненной синтетической жидкости, в ситуациях когда обнаруженный уровень загрязнения выше заданного порогового уровня загрязнения; синтетическая жидкость содержит в своем составе по меньшей мере одну аминокислоту; синтетическая жидкость дополнительно содержит терапевтический агент (фармацевтическую субстанцию) для адсорбции субъектом (поглощения телом пациента); вышеуказанный терапевтический агент содержится в картридже; управление уровнем концентрации электролитов в синтетической жидкости осуществляется посредством оценки водородного показателя (уровень рН) и осмотической концентрации (осмолярность) синтетической жидкости и изменения характеристик работы насоса для впрыскивания жидкости; конструктивно предусмотрен механизм обновления синтетической жидкости; вместо электролитов в картридже содержатся иные биологические активные вещества, такие как минералы (микро- и макроэлементы) и глюкоза. Техническим результатом использования инкубационной системы является повышение эффективности выхаживания новорожденных, посредством воссоздания среды, идеальной для развития и более знакомой для младенцев, которые появились на свет раньше идеального срока родов, в частности посредством по меньшей мере частичного погружения субъекта (пациента) в синтетическую жидкость с составом и температурой, как у амниотической жидкости (околоплодных вод, жидкой среды в материнской утробе).

Недостатком инкубационной системы является недостаточная эффективность поддержания подходящих для новорожденного условий окружающей среды внутри инкубатора, обусловленная отсутствием конструктивных элементов, программного обеспечение, интерфейсов, режимов и т.п. для очистки, подогрева и увлажнения воздуха в кислородной трубке, регулирования светового потока в инкубаторе, тепловой защиты пациента при проведении медицинских манипуляций.

Ближайшим аналогом (прототипом) разработанного инкубатора для новорожденных с изменяемой прозрачностью стенок рабочей камеры является инкубационная система для содержания недоношенного ребенка (патент US 10987269 В2 на инкубационную систему и способ управления освещением в ней для ухода за недоношенным ребенком, МПК A61G 11/00, G02F 1/00, опубл. 27.04.2021 г.), включающая в себя тонкую пленку, причем тонкая пленка непрозрачна для пропускания света в первой конфигурации и прозрачна для пропускания света во второй конфигурации, по меньшей мере один физиологический датчик, причем физиологический датчик расположен внутри инкубатора и выполнен с возможностью приема данных от недоношенного ребенка, помещаемого внутрь инкубатора для выхаживания, при этом по меньшей мере один физиологический датчик выбран из группы медицинских датчиков, пригодных для новорожденных, состоящей из пульсометра, датчика кровотока, датчика пота, датчика частоты дыхания, датчика артериального давления, датчика уровня глюкозы в крови, датчика электрокардиосигнала, датчика проводимости кожи, тонкая пленка поочередно переключается между первой конфигурацией и второй конфигурацией на основании данных, получаемых от по меньшей мере одного физиологического датчика. Известны варианты инкубационной системы для ухода за недоношенным ребенком в которых: тонкая пленка переключается между первой и второй конфигурациями посредством приложения электрического тока; вторая конфигурация тонкой пленки соответствует прозрачности пленки и обеспечивается за счет подачи на нее электрического тока; тонкая пленка содержит по меньшей мере две секции, каждая из которых независимо подключается к источнику электрического тока; по меньшей мере две секции тонкой пленки соединены друг с другом с помощью механического крепления; механическое крепление представляет собой механический фиксатор, выбранный из группы легко разборных фиксаторов, состоящей из застежки-липучки, молнии, двухрядной застежки и застежки-слайдера; дополнительно содержатся центральный процессор и схема для управления подачей электрического тока на тонкую пленку; центральный процессор и схема для управления подачей электрического тока на тонкую пленку также соединены с по меньшей мере одним физиологическим датчиком; дополнительно используется внешний датчик, выбранный из группы внешних датчиков, состоящей из фотокамеры, видеокамеры и датчика влажности; внешний датчик подключен к центральному процессору и схеме для управления подачей электрического тока на тонкую пленку; внешним датчиком является камера (имеется в виду комбинированный модуль для фото- и видеосъемки); тонкая пленка приклеена к прозрачной подложке; тонкая пленка содержит пигмент (цветной краситель); тонкая пленка содержит по меньшей мере одну дополнительную конфигурацию (т.е. по меньшей мере третью конфигурацию), причем по меньшей мере одна дополнительная конфигурация имеет промежуточную непрозрачность между непрозрачностью тонкой пленки в первой конфигурации и прозрачностью тонкой пленки во второй конфигурации; дополнительно содержится второй процессор, посредством которого данные от по меньшей мере одного физиологического датчика могут инициировать сигнал тревоги при подаче электрического тока от источника электрического тока к тонкой пленке для переключения во вторую конфигурацию; группа медицинских датчиков, пригодных для новорожденных дополнительно содержит датчик кожно-гальванической реакции; дополнительно содержится модуль тревожной сигнализации, причем тревожная сигнализация активируется в ответ на данные, полученные от по меньшей мере от одного физиологического датчика, при этом срабатывание сигнализации совпадает с переключением тонкой пленки с первой конфигурации на вторую конфигурацию. Способ управления освещением в инкубационной системе для ухода за недоношенным ребенком включает в себя обычное освещение естественным и искусственным светом помещения в котором расположена инкубационная система, использование первой конфигурации тонкой пленки как состояния по умолчанию, увеличение воздействия света из окружающей инкубационную систему среды посредством периодической подачи на тонкую пленку электрического тока для переключения ее из первой конфигурации во вторую в ответ на данные, полученные от по меньшей мере одного физиологического датчика. Известные варианты способа управления освещением в инкубационной системе для ухода за недоношенным ребенком в которых: периодическая подача электрического тока на тонкую пленку осуществляется посредством работы центрального процессора и схемы для управления подачей электрического тока на тонкую пленку по специально запрограммированному алгоритму регулирования циркадного ритма недоношенного ребенка на основе данных, полученных от по меньшей мере одного физиологического датчика; периодическая подача питания на тонкую пленку дополнительно регулируется персоналом, осуществляющим уход за недоношенным ребенком. Техническим результатом использования инкубационной системы и способа управления освещением в ней является повышение эффективности ухода за недоношенными детьми, вызванное снижением санитарных рисков, снижением пожароопасности инкубационной системы и повышением оперативности реакции медицинского персонала, в целом объясняемое отсутствием необходимости накрывать инкубационную систему тканевым чехлом (одеялом) для регулирования подачи света и, следовательно отсутствием негативных эффектов, связанных с его (тканевого чехла или одеяла) использованием: в тканевом чехле (одеяле) накапливается пыль, размножаются бактерии (особенно опасно для недоношенных детей со слаборазвитой иммунной системой), материал тканевого чехла (одеяла) чаще всего легковоспламеняющийся, к тому же аккуратное снятие одеяла при срабатывании сигнала тревоги требует времени (особенно если в отделении интенсивной терапии не один, а десятки накрытых инкубаторов и не очевидно, в котором из них сработала тревожная сигнализация) и индивидуального подхода (если тканевой чехол или одеяло снимать слишком редко, это может препятствовать развитию органов зрения, если слишком часто - это будет нарушать циркадный ритм).

Недостатком инкубационной системы и способа управления освещением в ней для ухода за недоношенным ребенком является недостаточная эффективность поддержания подходящих для новорожденного условий окружающей среды внутри инкубатора, обусловленная отсутствием конструктивных элементов, программного обеспечение, интерфейсов, режимов, и т.п. для оценки качества воздуха (в первую очередь концентрации взвешенных частиц) и его последующей очистки, а также оценки и учета долготы дня и спектрального состава света при регулировании светового потока в инкубаторе.

Технической задачей инкубатора для новорожденных с изменяемой прозрачностью стенок рабочей камеры является повышение эффективности поддержания подходящих для новорожденного условий окружающей среды внутри рабочей камеры инкубатора посредством использования внешнего и внутреннего оптического датчиков мелкодисперсных частиц для оценки качества воздуха, комбинации высокопористого ячейкового фильтра, модуля для его увлажнения, двух влагозащищенных вентиляторов и пылесборника для глубокой очистки и увлажнения воздуха посредством пропускания через водяную фильтрующую стену, а также комбинации модуля часов реального времени с календарем продолжительности светового дня (долготы дня), внешнего и внутреннего спектрального датчика и многоканального диммера (светорегулятора) для комплексного управления характеристиками освещенности в рабочей камере инкубатора.

Поставленная техническая задача достигается тем, что инкубатор для новорожденных с изменяемой прозрачностью стенок рабочей камеры, как и устройство, которое является ближайшим аналогом включает в себя прозрачную подложку, пленку, центральный процессор, источник электрического тока, физиологические и внешние датчики, схему для управления подачей электрического тока на пленку и модуль тревожной сигнализации, причем центральный процессор и схема для управления подачей электрического тока на пленку соединены с по меньшей мере одним физиологическим датчиком и с по меньшей мере одним внешним датчиком, по меньшей мере один физиологический датчик выбран из группы датчиков, состоящей из пульсометра, датчика кровотока, датчика пота, датчика частоты дыхания, датчика артериального давления, датчика уровня глюкозы в крови, датчика электрокардиосигнала, датчика проводимости кожи, датчика кожно-гальванической реакции, по меньшей мере один внешний датчик выбран из группы внешних датчиков, состоящей из фотокамеры, видеокамеры, датчика влажности, комбинированного модуля для фото- и видеосъемки, пленка приклеена к прозрачной подложке, непрозрачна для пропускания света в первой конфигурации, прозрачна для пропускания света во второй конфигурации и содержит по меньшей мере одну дополнительную конфигурацию, которая имеет промежуточную непрозрачность между непрозрачностью пленки в первой конфигурации и прозрачностью пленки во второй конфигурации, причем первая конфигурация пленки является состоянием по умолчанию, пленка выполнена с возможностью переключения между конфигурациями посредством приложения электрического тока и содержит по меньшей мере две секции, каждая из которых выполнена с возможностью независимого подключения к источнику электрического тока, по меньшей мере две секции пленки соединены друг с другом с помощью механического крепления, центральный процессор снабжен программным обеспечением для регулирования циркадного ритма недоношенного ребенка на основе данных, полученных от по меньшей мере одного физиологического датчика, при этом пленка выполнена с возможностью поочередного переключения между конфигурациями на основании данных, полученных от по меньшей мере одного физиологического датчика, расположенного внутри инкубатора и выполненного с возможностью приема данных от недоношенного ребенка, помещенного внутрь инкубатора для выхаживания, модуль тревожной сигнализации соединен с центральным процессором, причем тревожная сигнализация выполнена с возможностью активации в ответ на данные, полученные от по меньшей мере от одного физиологического датчика.

Новым в разработанном инкубаторе для новорожденных с изменяемой прозрачностью стенок рабочей камеры является то, что дополнительно содержит внешний и внутренний оптические датчики мелкодисперсных частиц, первый и второй влагозащищенные вентиляторы, импульсный разбрызгиватель, водяной насос и две гибкие трубки, первый, второй и третий датчик температуры, первый, второй и третий датчик влажности, внешний и внутренний спектральные датчики, при этом внешний и внутренний оптические датчики мелкодисперсных частиц соединены с центральным процессором и выполнены с возможностью оценки качества воздуха, внешний оптический датчик мелкодисперсных частиц расположен в воздухозаборнике в нижней части инкубатора, а внутренний оптический датчик мелкодисперсных частиц расположен на измерительном модуле внутренней поверхности верхней части рабочей камеры инкубатора, первый влагозащищенный вентилятор жестко сочленен с первым датчиком температуры и первым датчиком влажности, а также соединен с источником электрического тока и центральным процессором и выполнен с возможностью нагнетания воздуха из окружающего инкубатор пространства через воздухозаборник, с возможностью прохождения нагнетаемого воздуха через сменный воздушный угольный фильтр в контейнер с высокопористым ячейковым фильтром, импульсный разбрызгиватель расположен над контейнером с высокопористым ячейковым фильтром, причем плоское сопло импульсного разбрызгивателя жестко сочленено с верхней частью контейнера, водяной насос и две гибкие трубки выполнены с возможностью подачи жидкости из емкости с дистиллированной водой в импульсный разбрызгиватель, при этом емкость с дистиллированной водой снабжена воронкообразным водяным соплом для ручного пополнения объема жидкости, а внутри емкости с дистиллированной водой расположены нагревательный элемент, датчик температуры дистиллированной воды и датчик уровня дистиллированной воды, при этом водяной насос, нагревательный элемент, датчик температуры и датчик уровня дистиллированной воды соединены с центральным процессором, нагревательный элемент соединен с источником электрического тока и сконфигурирован таким образом, чтобы нагревать дистиллированную воду без кипения, импульсный разбрызгиватель соединен с источником электрического тока и сконфигурирован таким образом, чтобы орошать высокопористый ячейковый фильтр нагретой дистиллированной водой для глубокой очистки, нагрева и увлажнения предварительно очищенного сменным воздушным угольным фильтром воздуха из окружающего инкубатор пространства посредством пропускания через водяную фильтрующую стену, в нижней части контейнера с высокопористым ячейковым фильтром расположен пылесборник, который снабжен пылеотводом для ручного удаления накопившейся пыли, второй влагозащищенный вентилятор жестко сочленен со вторым датчиком температуры и вторым датчиком влажности, а также соединен с источником электрического тока и центральным процессором и выполнен с возможностью перенаправления очищенного, нагретого и увлажненного воздуха в рабочую камеру инкубатора, третий датчик температуры и третий датчик влажности расположены на измерительном модуле внутренней поверхности верхней части рабочей камеры инкубатора, центральный процессор соединен с управляющей консолью и снабжен программным обеспечением для поддержания заданных для рабочей камеры инкубатора посредством управляющей консоли уровней температуры и влажности воздуха, а также концентрации в нем мелкодисперсных частиц, многоканальный диммер выполнен с возможностью разветвления схемы управления подачей электрического тока на секции пленки для организации режимов переключения пленки и соединен с центральным процессором, который снабжен программным обеспечением для взаимодействия с многоканальным диммером, модулем часов реального времени, внешним и внутренним спектральными датчиками, многоканальный диммер соединен с источником электрического тока, модулем тревожной сигнализации и всеми секциями пленки, при этом центральный процессор и многоканальный диммер сконфигурированы таким образом, чтобы посредством управляющей консоли редактировать последовательности переключения конфигураций каждой секций пленки при активации тревожной сигнализации и проведении плановых медицинских осмотров новорожденных, модуль часов реального времени соединен с центральным процессором и сконфигурирован таким образом, чтобы оценивать продолжительность светового дня и формировать календарь имитируемой для новорожденного продолжительности светового дня с возможностью редактировать календарь имитируемой для новорожденного продолжительности светового дня посредством управляющей консоли, центральный процессор и многоканальный диммер сконфигурированы таким образом, чтобы имитировать рассвет с использованием последовательности плавно сменяющихся дополнительных промежуточных конфигураций всех секций пленки между непрозрачностью пленки в первой конфигурации и прозрачностью пленки во второй конфигурации и имитировать закат с использованием последовательности плавно сменяющихся дополнительных промежуточных конфигураций всех секций пленки между прозрачностью пленки во второй конфигурации и непрозрачностью пленки в первой конфигурации, внешний и внутренний спектральные датчики соединены с центральным процессором и выполнены с возможностью оценки спектрального состава света, при этом внешний спектральный датчик расположен на управляющей консоли, а внутренний спектральный датчик расположен на измерительном модуле внутренней поверхности верхней части рабочей камеры инкубатора, центральный процессор и многоканальный диммер сконфигурированы таким образом, что посредством управляющей консоли подбирать конфигурации пленки для фильтрации инфракрасного и ультрафиолетового излучения.

Рассмотрим причинно-следственную связь поставленной технической задачи и конструктивных особенностей инкубатора для новорожденных с изменяемой прозрачностью стенок рабочей камеры.

Глубокая очистка, нагрев и увлажнение воздуха нагнетаемого через воздухозаборник из окружающего инкубатор пространства в контексте формулы предложенного изобретения производятся посредством его пропускания через водяную фильтрующую стену. Преимущества такого подхода заключаются в следующем:

- высокопористый ячейковый фильтр постоянно сверху орошается нагретой дистиллированной водой, в результате чего происходит его самоочищение (попавшие в пыль, цветочная пыльца, пух, семена растений и т.п. смываются в пылесборник), которое в свою очередь повышает не только срок его службы, но и эффективность фильтрации;

- высокопористый ячейковый фильтр в смоченном состоянии лучше фильтрует по причине удаления из потока воздуха загрязняющих мелкодисперсных частиц не только при соударениях с влажными стенками ячеек фильтра, но и в результате прямого их поглощения водой (т.е. из-за явления аквафильтрации), что в свою очередь позволяет устранять запахи, очищая воздушный поток от газообразных примесей и аэрозолей, а также табачного дыма;

- нагрев нагнетаемого воздуха при пропускании через орошаемый нагретой дистиллированной водой высокопористый ячейковый фильтр является более равномерным, чем в результате классического смешивания нагнетаемого воздуха с водяным паром;

- увлажнение нагнетаемого воздуха при пропускании через орошаемый нагретой дистиллированной водой высокопористый ячейковый фильтр является более равномерным, чем в результате классического смешивания нагнетаемого воздуха с водяным паром или испаренной ультразвуком жидкостью.

К тому же, сменный воздушный угольный фильтр используется для предварительной очистки воздуха перед его пропусканием через водяную фильтрующую стену. Причем процесс очистки является управляемым из-за наличия электрической связи между центральным процессором и первым влагозащищенным вентилятором, водяным насосом, а также вторым влагозащищенным вентилятором. Количественная оценка возможна посредством сравнения показаний внешнего и внутреннего оптического датчиков мелкодисперсных частиц. Процессы нагрева и увлажнения по аналогии тоже управляемые.

Поскольку световой режим складывается из трех взаимосвязанных составляющих: уровня освещенности, долготы дня и спектрального состава света, формула предлагаемого изобретения в отличие от ближайшего аналога (прототипа) содержит не только тонкую пленку (далее по тексту в соответствии с формулой изобретения и для избежания неопределенности характеристик просто «пленку»), центральный процессор и схему для управления подачей электрического тока на пленку (по сути элементы для управления уровнем освещенности внутри рабочей камеры инкубатора), но и модуль часов реального времени с календарем продолжительности светового дня (для учета долготы дня), внешний и внутренний спектральные датчики (для учета спектрального состава света), а также многоканальный диммер и явно выраженную управляющую консоль.

Оценку продолжительности светового дня эффективнее всего осуществлять на основе часов реального времени (не синоним с тактовым генератором) с микросхемой одной из систем глобального позиционирования или с идентификационным электронным модулем абонента одного из операторов мобильной связи. Оценку спектрального состава света разумно (в первую очередь по экономическим причинам) организовать на основе мультиспектрального датчика, который в отличие от спектрометра не способен анализировать интенсивность излучения для тысяч близкорасположенных длин волн, а работает лишь с небольшим количеством (5-15 шт.) интересующих длин волн.

Учет продолжительности светового создает обширный набор возможностей для имитации циркадного ритма. Например, персонал, осуществляющий уход за недоношенным ребенком, может по наличии необходимости, разделить длинный летний день (с короткой ночью) на два дня коротких дня (продолжительностью как зимний), сымитировав при этом дополнительную короткую ночь и, соответственно создав благоприятные условия новорожденному для дневного сна. Также возможны варианты с удлинением или смещением по времени рассвета или заката. Плавное повышение освещенности для провоцирования бодрствования несет в себе меньше стресса для ребенка, чем резкое переключение пленки из первой конфигурации во вторую. Тоже самое справедливо и для заката. Персонал, осуществляющий уход за недоношенным ребенком, может по наличию необходимости, обеспечить плавное повышение освещенности (например, за 2 минуты) для проведения медицинского осмотра, или плавное ее снижение (например, за 5 минут) после ложного срабатывания тревожной сигнализации.

Анализ и сравнение спектрального состава света в помещении содержащем инкубатор (внешний спектральный датчик) и внутри рабочей камеры (внутренний спектральный датчик) полезны для подбора конфигурации пленки для избирательного пропускания или наоборот, избирательного непропускания отдельных длин волн. Например, фототерапия желтухи новорожденных проводится с использованием излучения синего спектра (400-550 нм, причем 400 нм - это граница между видимым излучения и мягким ультрафиолетового излучения, поэтому используемое в этом случае оборудование иногда ошибочно называют ультрафиолетовой лампой), оно вызывает фотораспад билирубина с минимальными побочными эффектами для новорожденного. С использованием спектральных датчиков можно подобрать конфигурацию пленки, для осуществления фототерапия желтухи новорожденных сквозь стенки рабочей камеры. Бактерицидную обработку медицинских помещений и изделий довольно часто производят с использованием жесткого ультрафиолетового излучения с диапазоном длин волн 205-315 нм, оно разрушает цепочки ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) и РНК (рибонуклеиновой кислоты) и поэтому довольно опасно для новорожденных. От подобного излучения новорожденный должен быть максимально защищен и для этого тоже можно подобрать конфигурацию пленки. Также конфигурация пленки может влиять на тепловой баланс, в частности на перенос тепла посредством излучения сквозь стенки рабочей камеры инкубатора. Можно подобрать варианты, делающие инкубатор более энергоэффективным, создающие «парниковый эффект» и т.п., что имеет значение не только для медицины, но и при проведении тематических научных исследований (как технических, так и медицинских) и опытно-конструкторских работ (можно подобрать пленку таким образом, чтобы улучшить звукоизоляцию, сделать инкубатор менее чувствительным к случайным ударам и т.п.).

Инкубатор для новорожденных с изменяемой прозрачностью стенок рабочей камеры был изготовлен из прозрачного двухслойного органического стекла, в качестве пленки была использована противоударная, частично звукоизолирующая самоклеящаяся электрохромная пленка «Milky White Smart Glass» толщиной 0.65 мм, временем отклика менее 10 мс и пиковой мощностью менее 5 Вт/м². Вышеуказанная пленка обладает следующими оптическими свойствами: пропускает видимый свет в среднем на 88%, снижает интенсивность жестких ультрафиолетовых лучей до 99%, задерживает до 98% инфракрасного излучения (цифры существенно зависят от точных длин волн и справедливы для диапазона температур -10°C до +65°C), при этом угол обзора превышает 150°. В качестве источника электрического тока выбран многоканальный влагозащищенный блок питания с пультом дистанционного управления и встроенным диммером. Вместо центрального процессора использован модульный микрокомпьютер «Raspberry Pi 4 Model B Desktop Kit» с 4-х ядерным чипом «Broadcom BCM2711» 1.5 ГГц, архитектурой «ARM Cortex A72», графическим процессором «VideoCore VI 3D» 512 МГц и 4Гб оперативной памяти SDRAM. Управляющей консолью служила медицинская цифровая консоль (часть рабочей станции врача), она же отвечала за тревожную сигнализацию. В качестве влагозащищенных вентиляторов были использованы вентиляторы постоянного тока «San Ace Waterproof» для ультразвуковых увлажнительных систем, в качестве водяного насоса был использован микромембранный самовсасывающий насос постоянного тока с переменной частотой «TZLF-4451». Внешний и внутренний оптические датчики мелкодисперсных частиц представляли собой лазерные датчики «HPMA115» частиц PM1.0, PM2.5, PM4.0, PM10 (имеется в виду размер твердых частиц в микрометрах) фирмы «Honeywell». Первым, вторым и третьим датчиками температуры и влажности служили датчики «SHT45» фирмы «SENSIRION AG», измеряющие относительную влажность в диапазоне от 0 до 100% с точностью 1% и температуру от -40°C до +125°C с точностью 0.1°C. Датчиком температуры дистиллированной воды служил герметичный выносной датчик температуры «DS18B20» (диапазон измеряемой температуры от -55°C до +125°C с точность 0.5°C). В качестве нагревательного элемента для воды использован трубчатый электронагреватель c переменной мощностью (до 0.35 кВт), датчиком уровня дистиллированной воды являлся бесконтактный датчик уровня жидкости «XKC-Y25-V». Внешний и внутренний спектральные датчики представляли собой сборки на основе мультиспектральных датчиков AMS «AS7331» (ультрафиолетовое излучение), «AS7262» (видимый диапазон длин волн) и «AS7263» (красная часть видимого излучения и инфракрасное излучение).

Оценка эффективности предложенного технического решения выполнена посредством проведения и балльной оценки (от 0 до 100 баллов) результатов серии лабораторных экспериментов с последующим пояснение причин, вызвавших повышение или понижение оценки. В частности, были проведены четыре группы экспериментов: в первой оценивалась эффективность поддержания стерильной среды и защиты от аллергенов в рабочей камере инкубатора; во второй - эффективность поддержания оптимального с точки зрения медицинских работников температурно-влажностного режима; в третьей - эффективность контроля светового режима; в четверной - шумоизоляция внутри рабочей камеры инкубатора. Экспертная группа из пяти высококвалифицированных медицинских работников профильных специальностей оценивала результаты экспериментов для каждой из группы по шкале от 0 до 25. Инкубационная система, взятая за прототип, набрала 82 балла, эффективности поддержания подходящих для новорожденного условий окружающей среды внутри рабочей камеры инкубатора для новорожденных с изменяемой прозрачностью стенок рабочей камеры (в соответствии с формулой изобретения) была оценена в 94 баллов. Причем во второй и четвертой группах экспериментов оба устройства были оценены одинаково, что не удивительно, так как задачи поддержания температурного и влажностного баланса во многом тривиальны, а факторы, влияющие на уровень шума в рабочей камере инкубатора в рассматриваемых ситуациях, одинаковы (уровень шума в помещении, небольшое количество относительно бесшумных подвижных узлов и элементов, рабочая камера из органического стекла с наклеенной пленкой). В первой группе устройство в соответствии с формулой изобретения было оценено на 4 балла выше, чем прототип. Основной причиной была указана способность снижать интенсивность запаха антисептика (причины высокой эффективности водяной фильтрующей стены были подробно рассмотрены выше). В третьей группе (эффективность контроля светового режима) устройству в соответствии с формулой изобретения удалось набрать максимальные 25 баллов. Больше всего положительных отзывов заслужила возможность создавать «собственный календарь светового дня» на основ данных о реальной продолжительности светового дня. Полезной была признана и способность избирательно пропускать отдельные длины волн (в первую очередь подавлять ультрафиолетовое излучение).

Таким образом, серия лабораторных экспериментов показала повышение эффективности поддержания подходящих для новорожденного условий окружающей среды в инкубаторе для новорожденных с изменяемой прозрачностью стенок рабочей камеры по меньшей мере на 14% по сравнению с прототипом, что свидетельствует о достижении поставленной технической задачи.

Изобретение относится к медицинской технике. Инкубатор для новорожденных с изменяемой прозрачностью стенок рабочей камеры включает в себя прозрачную подложку, пленку, центральный процессор, источник электрического тока, физиологические и внешние датчики, схему для управления подачей электрического тока на пленку и модуль тревожной сигнализации. Физиологические датчики выбраны из пульсометра, датчика кровотока, датчика пота, датчика частоты дыхания, датчика артериального давления, датчика уровня глюкозы в крови, датчика электрокардиосигнала, датчика проводимости кожи, датчика кожно-гальванической реакции. Внешние датчики выбраны из фотокамеры, видеокамеры, датчика влажности, комбинированного модуля для фото- и видеосъемки. Пленка приклеена к подложке, непрозрачна для пропускания света в первой конфигурации и прозрачна для пропускания света во второй конфигурации. Пленка содержит дополнительную конфигурацию, которая имеет промежуточную непрозрачность, и способна переключаться между конфигурациями посредством приложения электрического тока. Пленка способна поочередно переключаться между конфигурациями на основании данных от физиологических датчиков. Инкубатор также содержит внешний и внутренний оптические датчики мелкодисперсных частиц, влагозащищенные вентиляторы, импульсный разбрызгиватель, водяной насос и две гибкие трубки, датчики температуры, датчики влажности, внешний и внутренний спектральные датчики. Центральный процессор и многоканальный диммер сконфигурированы для имитации рассвета и заката с использованием последовательности плавно сменяющихся промежуточных конфигураций всех секций пленки. Достигается повышение эффективности поддержания подходящих для новорожденного условий окружающей среды внутри рабочей камеры инкубатора.

Инкубатор для новорожденных с изменяемой прозрачностью стенок рабочей камеры, включающий в себя прозрачную подложку, пленку, центральный процессор, источник электрического тока, физиологические и внешние датчики, схему для управления подачей электрического тока на пленку и модуль тревожной сигнализации, причем центральный процессор и схема для управления подачей электрического тока на пленку соединены с по меньшей мере одним физиологическим датчиком и с по меньшей мере одним внешним датчиком, по меньшей мере один физиологический датчик выбран из группы датчиков, состоящей из пульсометра, датчика кровотока, датчика пота, датчика частоты дыхания, датчика артериального давления, датчика уровня глюкозы в крови, датчика электрокардиосигнала, датчика проводимости кожи, датчика кожно-гальванической реакции, по меньшей мере один внешний датчик выбран из группы внешних датчиков, состоящей из фотокамеры, видеокамеры, датчика влажности, комбинированного модуля для фото- и видеосъемки, пленка приклеена к прозрачной подложке, непрозрачна для пропускания света в первой конфигурации, прозрачна для пропускания света во второй конфигурации и содержит по меньшей мере одну дополнительную конфигурацию, которая имеет промежуточную непрозрачность между непрозрачностью пленки в первой конфигурации и прозрачностью пленки во второй конфигурации, причем первая конфигурация пленки является состоянием по умолчанию, пленка выполнена с возможностью переключения между конфигурациями посредством приложения электрического тока и содержит по меньшей мере две секции, каждая из которых выполнена с возможностью независимого подключения к источнику электрического тока, по меньшей мере две секции пленки соединены друг с другом с помощью механического крепления, центральный процессор снабжен программным обеспечением для регулирования циркадного ритма недоношенного ребенка на основе данных, полученных от по меньшей мере одного физиологического датчика, при этом пленка выполнена с возможностью поочередного переключения между конфигурациями на основании данных, полученных от по меньшей мере одного физиологического датчика, расположенного внутри инкубатора и выполненного с возможностью приема данных от недоношенного ребенка, помещенного внутрь инкубатора для выхаживания, модуль тревожной сигнализации соединен с центральным процессором, причем тревожная сигнализация выполнена с возможностью активации в ответ на данные, полученные от по меньшей мере от одного физиологического датчика, отличающийся тем, что дополнительно содержит внешний и внутренний оптические датчики мелкодисперсных частиц, первый и второй влагозащищенные вентиляторы, импульсный разбрызгиватель, водяной насос и две гибкие трубки, первый, второй и третий датчик температуры, первый, второй и третий датчик влажности, внешний и внутренний спектральные датчики, при этом внешний и внутренний оптические датчики мелкодисперсных частиц соединены с центральным процессором и выполнены с возможностью оценки качества воздуха, внешний оптический датчик мелкодисперсных частиц расположен в воздухозаборнике в нижней части инкубатора, а внутренний оптический датчик мелкодисперсных частиц расположен на измерительном модуле внутренней поверхности верхней части рабочей камеры инкубатора, первый влагозащищенный вентилятор жестко сочленен с первым датчиком температуры и первым датчиком влажности, а также соединен с источником электрического тока и центральным процессором и выполнен с возможностью нагнетания воздуха из окружающего инкубатор пространства через воздухозаборник, с возможностью прохождения нагнетаемого воздуха через сменный воздушный угольный фильтр в контейнер с высокопористым ячейковым фильтром, импульсный разбрызгиватель расположен над контейнером с высокопористым ячейковым фильтром, причем плоское сопло импульсного разбрызгивателя жестко сочленено с верхней частью контейнера, водяной насос и две гибкие трубки выполнены с возможностью подачи жидкости из емкости с дистиллированной водой в импульсный разбрызгиватель, при этом емкость с дистиллированной водой снабжена воронкообразным водяным соплом для ручного пополнения объема жидкости, а внутри емкости с дистиллированной водой расположены нагревательный элемент, датчик температуры дистиллированной воды и датчик уровня дистиллированной воды, при этом водяной насос, нагревательный элемент, датчик температуры и датчик уровня дистиллированной воды соединены с центральным процессором, нагревательный элемент соединен с источником электрического тока и сконфигурирован таким образом, чтобы нагревать дистиллированную воду без кипения, импульсный разбрызгиватель соединен с источником электрического тока и сконфигурирован таким образом, чтобы орошать высокопористый ячейковый фильтр нагретой дистиллированной водой для глубокой очистки, нагрева и увлажнения предварительно очищенного сменным воздушным угольным фильтром воздуха из окружающего инкубатор пространства посредством пропускания через водяную фильтрующую стену, в нижней части контейнера с высокопористым ячейковым фильтром расположен пылесборник, который снабжен пылеотводом для ручного удаления накопившейся пыли, второй влагозащищенный вентилятор жестко сочленен со вторым датчиком температуры и вторым датчиком влажности, а также соединен с источником электрического тока и центральным процессором и выполнен с возможностью перенаправления очищенного, нагретого и увлажненного воздуха в рабочую камеру инкубатора, третий датчик температуры и третий датчик влажности расположены на измерительном модуле внутренней поверхности верхней части рабочей камеры инкубатора, центральный процессор соединен с управляющей консолью и снабжен программным обеспечением для поддержания заданных для рабочей камеры инкубатора посредством управляющей консоли уровней температуры и влажности воздуха, а также концентрации в нем мелкодисперсных частиц, многоканальный диммер выполнен с возможностью разветвления схемы управления подачей электрического тока на секции пленки для организации режимов переключения пленки и соединен с центральным процессором, который снабжен программным обеспечением для взаимодействия с многоканальным диммером, модулем часов реального времени, внешним и внутренним спектральными датчиками, многоканальный диммер соединен с источником электрического тока, модулем тревожной сигнализации и всеми секциями пленки, при этом центральный процессор и многоканальный диммер сконфигурированы таким образом, чтобы посредством управляющей консоли редактировать последовательности переключения конфигураций каждой секций пленки при активации тревожной сигнализации и проведении плановых медицинских осмотров новорожденных, модуль часов реального времени соединен с центральным процессором и сконфигурирован таким образом, чтобы оценивать продолжительность светового дня и формировать календарь имитируемой для новорожденного продолжительности светового дня с возможностью редактировать календарь имитируемой для новорожденного продолжительности светового дня посредством управляющей консоли, центральный процессор и многоканальный диммер сконфигурированы таким образом, чтобы имитировать рассвет с использованием последовательности плавно сменяющихся дополнительных промежуточных конфигураций всех секций пленки между непрозрачностью пленки в первой конфигурации и прозрачностью пленки во второй конфигурации и имитировать закат с использованием последовательности плавно сменяющихся дополнительных промежуточных конфигураций всех секций пленки между прозрачностью пленки во второй конфигурации и непрозрачностью пленки в первой конфигурации, внешний и внутренний спектральные датчики соединены с центральным процессором и выполнены с возможностью оценки спектрального состава света, при этом внешний спектральный датчик расположен на управляющей консоли, а внутренний спектральный датчик расположен на измерительном модуле внутренней поверхности верхней части рабочей камеры инкубатора, центральный процессор и многоканальный диммер сконфигурированы таким образом, что посредством управляющей консоли подбирать конфигурации пленки для фильтрации инфракрасного и ультрафиолетового излучения.