Аппарат жидкостной искусственной вентиляции легких Российский патент 2024 года по МПК A61H31/00 A61M16/00 

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к аппаратам искусственной вентиляции легких, в частности к аппаратам жидкостной искусственной вентиляции легких.

Известен аппарат вентиляции легких жидкостью (патент RU 2732639, Аппарат вентиляции легких жидкостью, МПК А61Н 31/02, приоритет 26.03.2020 - прототип), который в режиме принудительного жидкостного дыхания может быть использован для обеспечения процесса жидкостной искусственной вентиляции легких, содержащий мембранный насос, бак-накопитель для дыхательной жидкости с оксигенатором и термостатом, автоматические электромагнитные пропорциональные клапаны, блок управления и систему циркуляции дыхательной жидкости, которая выполнена в виде двух контуров - контура подготовки дыхательной жидкости и контура закачки и удаления дыхательной жидкости. Контуры имеют один общий мембранный насос. Контур подготовки дыхательной жидкости включает два автоматических электромагнитных пропорциональных клапана, управляемых с помощью блока управления, бак-накопитель для дыхательной жидкости с оксигенатором и термостатом и весы для измерения массы бака-накопителя. Контур закачки и удаления дыхательной жидкости включает два автоматических электромагнитных пропорциональных клапана, управляемых с помощью блока управления, и подключен через тройник к эндотрахеальной трубке и снабжен тягонапоромером, который, как и весы для измерения массы бака-накопителя, связан с блоком управления по цепи обратной связи для управления работой автоматических электромагнитных пропорциональных клапанов. Элементы обоих контуров соединены трубопроводами. В этом аппарате параметры дыхательного цикла, а именно продолжительности фаз вдоха, выдоха и пауз после вдоха и выдоха устанавливаются оператором через блок управления. Оптимальный режим работы аппарата, который обеспечивает необходимый газообмен, и не повреждает дыхательные пути необходимо подбирать индивидуально и корректировать при необходимости, что требует высокой квалификации оператора. В случае ошибки оператора может произойти повреждение дыхательных путей, что является недостатком известного аппарата в плане безопасности его применения.

Управление разряжением на фазе выдоха в контуре закачки и удаления дыхательной жидкости осуществляется регулировкой степени открытия автоматических электромагнитных пропорциональных клапанов в зависимости от показаний тягонапоромера по принципу обратной связи. При этом в конце фазы выдоха при малых расходах управление становится неустойчивым, так как незначительное изменение расхода приводит к значительному изменению разряжения. Данное состояние системы не является устойчивым согласно определению параграфа «Устойчивость системы автоматического управления» большой советской энциклопедии: (https://rus-bse.slovaronline.com/82762-Устойчивость системы автоматического управления: «состояние системы автоматического управления называется устойчивым, если отклонение от него остается сколь угодно малым при любых достаточно малых изменениях входных сигналов»). Это явление вызвано тем, что даже малое извлечение жидкости из легких в состоянии близком к полному выдоху вызывает упругое натяжение диафрагмы и листков плевры легких, приводящее к скачкообразному росту разряжения в полости легких. Потенциальная возможность повреждения легких за счет высокого уровня разряжения также является недостатком известного аппарата в плане безопасности его применения.

В состав известного аппарата входит насос мембранного типа. Составные части коммерчески доступных мембранных насосов, при контакте к некоторыми перфторуглеродными жидкостями, обычно применяемыми в качестве дыхательных, могут выходить из строя вследствие вымывания пластификатора из пластиковых элементов конструкции и изменения их упругих свойств. В первую очередь это относится к нарушению функционирования обратных клапанов, приводящей к резкому и значительному снижению производительности насоса, в результате чего аппарат перестает обеспечивать необходимый газообмен. Это также является недостатком известного аппарата в плане безопасности его применения.

Задачей настоящего изобретения является создание аппарата жидкостной искусственной вентиляции легких (ИВЛ), в процессе работы которого снижена возможность повреждения дыхательных путей.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение безопасности процедуры жидкостной ИВЛ.

Решение поставленной задачи достигается тем, что аппарат жидкостной ИВЛ, содержащий насос, бак-накопитель для дыхательной жидкости, снабженный оксигенатором и термостатом, первый электромагнитный клапан, второй электромагнитный клапан, третий электромагнитный клапан, четвертый электромагнитный клапан, соединенные между собой трубопроводами в систему циркуляции дыхательной жидкости, а также весы для измерения массы бака-накопителя, тягонапоромер и блок управления, причем выход насоса через первый электромагнитный клапан гидравлически соединен со входом бака-накопителя, выход которого через второй электромагнитный клапан гидравлически соединен со входом насоса, кроме того выход насоса гидравлически соединен со входом третьего электромагнитного клапана, а выход четвертого электромагнитного клапана гидравлически соединен со входом насоса, кроме того, выход весов и выход тягонапоромера электрически соединены с первым и вторым входами блока управления, четыре управляющих выхода блока управления электрически соединены с управляющими входами соответствующих электромагнитных клапанов, дополнительно снабжен предохранительным клапаном и двумя расходомерами, первый расходомер гидравлически соединяет выход третьего электромагнитного клапана с выходом аппарата жидкостной ИВЛ, а второй расходомер соединяет выход аппарата жидкостной ИВЛ со входом четвертого электромагнитного клапана, выход аппарата также гидравлически соединен с тягонапоромером, предохранительный клапан, гидравлически подключен параллельно второму электромагнитному клапану. Кроме того, в аппарате применен насос импеллерного типа, электромагнитные клапаны использованы с бинарным управлением, то есть имеющие только два положения «открыто» и «закрыто», в отличие от автоматических электромагнитных пропорциональных клапанов, степень открывания которых пропорциональна управляющему сигналу.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом. На фиг. 1 изображена принципиальная схема аппарата. Аппарат содержит трубопроводы дыхательной жидкости, обозначенные сплошными линиями, стрелками обозначены направления течения дыхательной жидкости, коммутационные кабели, обозначенные штрихованными линиями, стрелками обозначены направления передачи сигналов, насос 1, первый электромагнитный клапан 4, второй электромагнитный клапан 3, третий электромагнитный клапан 5, четвертый электромагнитный клапан 2, предохранительный клапан 6, бак-накопитель для дыхательной жидкости, снабженный оксигенатором и термостатом (на чертеже не показаны) 7, весы 8, тягонапоромер 9, первый расходомер 11, второй расходомер 10, блок управления 12, и переменные составляющие: эндотрахеальную трубку 13, подключенную к выходу аппарата, и легкие 14. Позиции 13 и 14 непосредственно к аппарату не относятся, показаны условно.

Все элементы, контактирующие с дыхательной жидкостью выполнены из материалов устойчивых к коррозии и воздействию перфторуглеродных жидкостей. В качестве насоса 1 использован насос импеллерного типа, который так же, как и насос мембранного типа, примененный в прототипе позволяет удалять воздух из легких, устойчив к попаданию из легких в гидравлический тракт газовых пузырьков, позволяет осуществлять широкий диапазон регулировки параметров, но при этом в отличие от мембранного насоса он не содержит в своей конструкции пластиковых обратных клапанов, которые под действием перфторугдеродных жидкостей могут быстро выходить из строя и нарушать работу аппарата. Предохранительный клапан 6 оснащен механическим регулятором величины срабатывания, его открытие происходит автоматически под действием сил, создаваемых перепадом давления дыхательной жидкости. Регуляция величины разряжения предохранительным клапаном 6 позволила применить бинарный тип управления электромагнитными клапанами, что, в отличие от прототипа, позволяет применять более простые и дешевые электромагнитные клапаны без возможности пропорционального регулирования степени открытия.

Аппарат жидкостной ИВЛ работает следующим образом.

После подключения выхода аппарата через эндотрахеальную трубку 13 к легким 14 блок управления 12 подает управляющие сигналы на электромагнитные клапаны и переводит второй электромагнитный клапан 3 и третий электромагнитный клапан 5 в состояние «открыто», а четвертый электромагнитный клапан 2 и первый электромагнитный клапан 4 в состояние «закрыто» при этом происходит подача дыхательной жидкости из бака-накопителя 7 в легкие 14 через второй электромагнитный клапан 3, насос 1, третий электромагнитный клапан 5, первый расходомер 11 и эндотрахеальную трубку 13. Данный процесс происходит до тех пор, пока в блок управления из первого расходомера 11 не поступит сигнал о достижении заданного значения объема прошедшей через него жидкости. После этого блок управления 12 подает управляющие сигналы на электромагнитные клапаны, и переводит второй электромагнитный клапан 3 и третий электромагнитный клапан 5 в состояние «закрыто», а четвертый электромагнитный клапан 2 и первый электромагнитный клапан 4 в состояние «открыто». При этом происходит извлечение дыхательной жидкости из легких 14 в бак-накопитель 7 через эндотрахеальную трубку 13, второй расходомер 10, четвертый электромагнитный клапан 2, насос 1 и первый электромагнитный клапан 4. При увеличении, вследствие падения расхода дыхательной жидкости в процессе извлечения из легких, уровня разряжения до значения, при котором открывается предохранительный клапан 6, расход дыхательной жидкости, возникающий через предохранительный клапан 6, компенсирует падение расхода дыхательной жидкости, извлекаемой из легких, вследствие чего дальнейшего роста разряжения не происходит. Данный процесс происходит до тех пор, пока в блок управления 12 из второго расходомера 10 не поступит сигнал о прекращении расхода дыхательной жидкости, извлекаемой из легких 14. В блоке управления 12 производится оценка количества дыхательной жидкости, оставшейся в легких, посредством вычисления разницы текущего показания весов 8 и массы жидкости в баке-накопителе 7 в начале процедуры, при этом если количество дыхательной жидкости, оставшейся в легких, выходит за границы безопасного диапазона значений, блок управления вырабатывает сигнал тревоги. Далее блок управления 12 обнуляет значение первого расходомера 11 и второго расходомера 10, и цикл повторяется.

Таким образом, в процессе работы аппарата жидкостной ИВЛ продолжительности фаз устанавливаются автоматически без участия оператора, то есть процессы установки и корректировки режима работы аппарата полностью автоматизированы, что наряду с применением насоса импеллерного типа обеспечивает достижение технического результата -повышение безопасности процедуры жидкостной искусственной вентиляции легких.

Пример реализации. В качестве насоса 1 можно использовать насос НСУ-1,8/12-0,25-АМ производства «Ампика» (Россия), в качестве первого электромагнитного клапана 4, второго электромагнитного клапана 3, третьего электромагнитного клапана 5, четвертого электромагнитного клапана 2 можно использовать клапаны SM55624 производства «Smart» (Китай), в качестве предохранительного клапана 6 можно использовать вакуумный клапан тарельчатого типа SV/E-1-0 производства «PROTEGO» (Германия), в качестве бака-накопителя для дыхательной жидкости 7 можно использовать бак нержавеющий на 10 литров с размерами 200x250x200 мм производства «СофитСталь» (Россия), в качестве весов 8 можно использовать весы GP- 100KS производства «AND» (Япония), в качестве тягонапоромера 9 можно использовать тягонапоромер ПД150 производства «ОВЕН» (Россия), в качестве первого расходомера и второго расходомера можно использовать датчики расхода жидкости YFS-401 производства «SEA» (Китай), в качестве блока управления 12 можно использовать программируемый логический контроллер ПЛК-160 производства «ОВЕН» (Россия).

Аппарат жидкостной искусственной вентиляции легких может найти широкое применение в медицинской практике при лечении тяжелой бронхолегочной патологии.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к аппарату жидкостной искусственной вентиляции легких. Аппарат содержит насос, бак-накопитель для дыхательной жидкости, снабженный оксигенатором и термостатом, четыре электромагнитных клапана, соединенные между собой трубопроводами в систему циркуляции дыхательной жидкости, весы для измерения массы бака-накопителя, тягонапоромер, соединенный с выходом аппарата жидкостной искусственной вентиляции легких, и блок управления. Выход насоса через первый электромагнитный клапан гидравлически соединен со входом бака-накопителя, выход которого через второй электромагнитный клапан гидравлически соединен со входом насоса. Выход насоса гидравлически соединен со входом третьего электромагнитного клапана, выход четвертого электромагнитного клапана гидравлически соединен со входом насоса. Выход весов и выход тягонапоромера электрически соединены с первым и вторым входами блока управления, а четыре управляющих выхода блока управления электрически соединены с управляющими входами электромагнитных клапанов. Аппарат содержит предохранительный клапан, гидравлически подключенный параллельно второму электромагнитному клапану, для компенсации падения расхода дыхательной жидкости, извлекаемой из легких. Аппарат включает первый расходомер для поступления сигнала в блок управления о достижении заданного значения объема, прошедшего через первый расходомер жидкости, при подаче дыхательной жидкости из бака-накопителя в легкие через второй электромагнитный клапан. Аппарат имеет насос, третий электромагнитный клапан и второй расходомер для поступления сигнала в блок управления о прекращении расхода дыхательной жидкости, извлекаемой из легких через четвертый электромагнитный клапан, насос и первый электромагнитный клапан. Насос выполнен в виде насоса импеллерного типа. Техническим результатом является повышение безопасности процедуры жидкостной ИВЛ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Аппарат жидкостной искусственной вентиляции легких, содержащий насос, бак-накопитель для дыхательной жидкости, снабженный оксигенатором и термостатом, четыре электромагнитных клапана, соединенные между собой трубопроводами в систему циркуляции дыхательной жидкости, весы для измерения массы бака-накопителя, тягонапоромер, соединенный с выходом аппарата жидкостной искусственной вентиляции легких, и блок управления; выход насоса через первый электромагнитный клапан гидравлически соединен со входом бака-накопителя, выход которого через второй электромагнитный клапан гидравлически соединен со входом насоса; выход насоса гидравлически соединен со входом третьего электромагнитного клапана, выход четвертого электромагнитного клапана гидравлически соединен со входом насоса; выход весов и выход тягонапоромера электрически соединены с первым и вторым входами блока управления, а четыре управляющих выхода блока управления электрически соединены с управляющими входами электромагнитных клапанов, отличающийся тем, что содержит предохранительный клапан, гидравлически подключенный параллельно второму электромагнитному клапану, для компенсации падения расхода дыхательной жидкости, извлекаемой из легких, первый расходомер для поступления сигнала в блок управления о достижении заданного значения объема, прошедшего через первый расходомер жидкости при подаче дыхательной жидкости из бака-накопителя в легкие через второй электромагнитный клапан, насос и третий электромагнитный клапан, и второй расходомер для поступления сигнала в блок управления о прекращении расхода дыхательной жидкости, извлекаемой из легких через четвертый электромагнитный клапан, насос и первый электромагнитный клапан, а насос выполнен в виде насоса импеллерного типа.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что электромагнитные клапаны выполнены в виде электромагнитных клапанов с бинарным управлением.