Респираторное устройство для искусственного дыхания новорожденных и недоношенных младенцев Советский патент 1986 года по МПК A61H31/02 

Изобретение относится к медицин- .ской технике, предназначено для искусственного дыхания новорожденных и недоношенных младенцев и для ускорения адаптации младенцев к естественному дыханию и может быть использовано в больничных условиях и при транспортировке.

Цель изобретения - .упрощение конструкции устройства.

На фиг, 1 представлена структурная электрическая схема устройства; на фиг ,.2 - схема детектора требования дыхания; на фиг,3 - эпюры напряжений, поясняющие работу генератора стартовых сигналов; на фиг.4 - временные диаграммы изменения давления от времени в четырех режимах работы; на фиг.5 - диаграмма повторного старта генератора в режиме кон тролируемого и вспомогательного дыхания ,

Устройство содержит трубопровод 1 кислорода, трубопровод 2 воздуха средства 3 для регулировки состава кислородно-воздушной смеси, трубопровод 4 для подачи смеси газа, патрубок 5 пациента, один из клапанов которого соединен с трубопроводом 4, детектор 6 требования дыхания, систему 7 клапанов регулировки давления газа, блок 8 управления режимом работы, генератор 9 биений, последовательно соединенные генератор 10 стартового сигнала, детектор 11 остановки дыхания и сигнализатор 12 Система 7 клапанов регулировки давления газа соединена с выходом генератора 9 биений и с патрубком 5 пациента, соединенные с детектором 6 требования дыхания, блок 8 управления режимом работы соединен с первым входом генератора 9 биений, второй и третий входы которого соединены соответственно с вторьми выходами генератора Ю стартового сигнала и детектора 11 остановки дыхания, выполненного, например, в виде ждущего мультивибратора. Генератор 9 биений содержит последовательно соединенные блок 13 стробирования (дополнительный генератор 14 пилообразного напряжения, компаратор 5 и усилитель 16, выход которого является выходом генератора 9 биений, а первый, второй и третий входы блока 13 стробирования являются соответственно пер вым, вторым и третьим входами гене

2123152

ратора 9 биений. Кроме того, детектор 6 требования дыхания содержит мембранный преобразователь разности давлений в электрическую емкость

5 выполненный в виде корпуса 17, разделенного металлической мембраной 18 на две части, с одной из которых соединен узел 19 установки давления, а другая часть соединена с

10 внутренней полостью патрубка 5 пациента, при этом система 7 клапанов регулировки давления содержит управляемый клапан 20, управляющий вход которого соединен с выходом ге15 нератора 9 биений, а пневматический вход соединен с патрубком 5 пациента, и клапан 21 вдоха, соединенный с патрубком.5 пациента.

Генератор 10 стартового сигнала 20 содержит последовательно соединенные мультивибраторы 22 и 23, выходами подключенные к блоку 24 стробирования, выход которого через интегрирующий блок 25 соединен с од25 ним из входов блока 13 стробирования .

В устройстве имеется ма-нометр 26, соединенный с вторым клапаном патрубка 5 пациента, третий клапан

30 которого подключен через соединитель к системе 7 клапанов регулировки давления.

В корпусе 17 установлен диск 27 над металлической мембраной 18, снабженный множеством отверстий. У другой стороны мембраны 18 противоположно диску 27 имеется другой диск 28, который также имеет отверстия, а на поверхности диска 28, обращенной к мембране 18, имеется электропроводящее покрытие. Металлическая мембрана 18 с диском 28 образуют электрический конденсатор и два его вывода соединены с входом генератора 10 стартового сигнала (фиг.1). Нижняя полость .корпуса 17 соединена через патрубок 5 с гибкой трубкой 29, которая соединена с манометром 26 и вторым-клапаном патрубка 5.

Узел 19 установки давления имеет поршень (не показан, перемещаемый в цилиндрическом корпусе (не пока- 55.зан), его осевое положение регулируется ручкой 30 с резьбой. С помощью узла 19 может быть установлено требуемое давление, действующее

на верхнюю поверхность мембраны )8. При работе устройства в дыхательной системе устанавливается давление , слегка превышающее атмосферное (например О,4-0,5 кПа) даже при фазе выдоха пациента. Узел 19 служит также для установки опорного давления в полости над мембраной 18, которое примерно на 0,05 кПа ниже, чем требуемое давление при вьвдохе. Если новорожденный дает перепад давения, вьше, чем 0,05 кПа при вдохе в патрубке 5, давление под мембраной 18 будет меньше, чем над ней, и давление в верхней части, заданное узлом 19, смещает мембрану 18 к нижнему диску 28, за счет чего емкость будет увеличена. Два вьгоода образованного таким образом электрического конденсатора, воспринимающего давление детектора 6 требуемого дыхания, подключены к входам мультивибратора 22, работающего в автоколебательном режиме. Другой, также автоколебательный, мультивибратор 23 работает совместно с первым мультивибратором 22, который имеет ту же номинальную частоту и фиксированную скважность. Оба мульивибратора синхронизированы таким образом, что каждый из их периодов начинается одновременно. Выходы мультивибраторов 22 и 23 соединены с соответствующими входами блока 24 стробирования, выход которого соеинен с интегрирующим блоком 25. Блоки 22-25 образуют генератор 10 стартового сигнала, работа которого ояснена на фиг.З.

Мультивибратор 23 генерирует импульсы с постоянной частотой с периодом Т (фиг.З). Начало соответствующих периодов мультивибратора

22совпадает с началом периодов мультивибратора 23. Предполагается, что до момента t дыхания не было и ширина выходных импульсов мультивиб- ., ратора 22 меньше, чем мультивибратора

23(фиг.36). После момента t начи- нается вдох, за счет чего емкость конденсатора в детекторе 6 увеличивается, что увеличивает ширину импульса мультивибратора 22, который отрегулирован таким образом, что ширина его выходных импульсов достигает ширины импульсов мультивибратора 23, если давление, получаемое при вдохе новороязденного, равно опор

ному давлению, установленному посредством узла 19.

В течение периода вдоха новорожденного блок 24 стробирования вырабатьшает стробирующие импульсы в каждом периоде мультивибраторов 22 и 23, и выходной сигнал интегрирующего блока 25 ступенчато увеличивается вследствие интегрирования вьгходрых импульсов. На фиг.З использует- ря увеличенная шкала времени по сравнению с циклами дыхания, вследствие чего проинтегрированный сигнал на фиг.З короче по сравнению

с циклом дыхания. Таким образом, на выходе интегрирующего блока 25 вы- рабатьгоается импульс в ответ на обнаружение дыхания. Процесс ин- тенгрирования требуется для исключения случайных помех и для того, чтобы схема не реагировала на недостаточные усилия дыхания. Достаточный вдох новорожденного вызывает выдачу следующего импульса.

Компаратор 15 имеет вход опорного напряжения, соединенный с потенциометром (не показан), регулирующим отношение длительности цикла вцдо- ха к циклу вдоха.

Если через усилитель 16 не проходит сигнал управления, трубопровод, идущий от патрубка 5 к клапану 20 вьщоха, открыт, и сравнительно низкий порог давления, установленный

для клапана 20 вьщоха, определяет давление, поддерживаемое в системе. Этот порог обычно на 0,4-0,5 кПа вьшге нормального атмосферного давления. Если через усилитель 16 проходит сигнал управления, проход через клапан 20 выдоха закрыт и давление в системе определяется порогом. установленным доя клапана 21 вдоха, который соответствует обычно повышейному давлению 1,5-2,5 кПа. Кла- пан 21 вдоха не работает в интервале выдоха, потому что клапан 20 вьщоха с его более низким порогом давления предотвращает повышение давления выше этого значения.

Усту ойство работает в четырех режимах.

Первый режим - искусственное дыха ние, которьм устанавливается при отсутствии спонтанного дыхания

(фиг.4 Aj. Давление в текущей смеси газов ритмически меняется между соответствующими заранее установленными величинами давления вдоха и выдоха. Количество циклов дыхания, а также отношение длительности выдоха и длительности вдоха может регулироваться в широких пределах.

В этом режиме работы на первый (автоколебательный) вход генератора 14 пилообразного напряжения поступает разрешающий сигнал. Частота генератора 4 может быть установлена пот енциометром (не показан). Генератор 14 генерирует непрерывную последовательность пилообразных сигналов . Когда нарастающий участок пилообразного сигнала достигает опорного уровня, компаратор 15 срабатывает и начинается период выдоха. Логический единичный уровень выхода компаратора 15 соответствует вдоху , а нулевой логический уровень - вьщо- ху. Если частота пилообразного напряжения меняется, отношение периода вьщоха к периоду вдоха не ме- - няется. Моменты времени t( , t, t соответственно показьшают края интервалов , в которых отношение периодов выдох/вдох постоянно. Это отношение может быть изменено в широких пределах посредством изменения опорного уровня, и отрегулированное таким образом отношение не зависит от регулировки частоты.

На фиг.4 показана диаграмма зависимости давления от времени. Для режима искусственного дыхания в первом режиме давление меняется независимо от дыхательных усилий новорожденного.

Второй режим (фиг.4в) - искусственное вспомогательное дыхание - устанавливается, когда наблюдается повторяющееся спонтанное дыхание. В этом режиме происходит управляемый процесс дыхания (фиг.4 В), используется детектор 6 требования дыха- НИН для определения моментов, когда пациент начинает вдыхать. Если чувствуется такой вдох (на фиг. 4 В соответствующие моменты показаны коротими вертикальными стрелками), устойство переключается на вдох, что ает возможность адаптации устройтва к дыхательному ритму пациента.

Этот процесс подробно проиллюстри ован на фиг.5. В положении перекючателя 8 режима работы искусственного вспомогательного дыхания разрешающий сигнал поступает на второй вход (вход повторного запуска) геие- 5 ратора 14 пилообразного напряжения.

В этом режиме генератор 14 выдает колебания непрерьшно, как и в предыдущем режиме работы, и давление в системе периодически изменяется соот10 ветственно установленным заранее величинам. Однако в этом-режиме при каждом спонтанном вдохе генерируется соответствующий импульс на выходе интегрирующего блока 25. Блок 24

3 стробирования пропускает импульсы, связанные со спонтанными вдохами на вход повторного запуска генератора 14,- который в ответ начинает новый цикл пилообразного напря0 жения.

На. фиг.5 короткие вертикальные стрелки показьшают моменты вдохов, в ответ на которые начинается новый цикл, который начинается со вдоха.

5 Спрос пациента на вдох таким образом немедленно удовлетворяется.

Третий режим (фиг.4С) 7 контролируемое и вспомогательное дыхание. Этот режим предпочтителен, ког0 да во время терапии установилось достаточное спонтанное дыхание. В этом режиме нет искусственного дыхания с фиксированной частотой, и ритм дыхания определяется только по- 5 треблением пациента. На диаграмме фиг.4с моменты вдохов показаны короткими вертикальными стрелками. Каждый вдох фиксируется детектором 6 требования дыхания, а генератор 0 10 стартового сигнала генерирует соответствующий стартовый импульс.

Блок 8 управления режимом работы управляет блоком 24 стробирования для выдачи разрешающего сигнала на

5

третий вход - вход запуска генератора 14, который соединяет выход детектора 11 остановки дыхания и автоколебательный вход генератора 14. Генерация пилообразного напряжения

будет идти только тогда; когда на вход запуска поступает управляющий сигнал с выхода интегрирующего блока 25 при начале спонтанного вдоха па1щента. В начальном периоде генератора 14 начинается вдох, после

которого следует период выдоха, который длится до следующего стартового момента.

функция контроля заключается в том, что в казвдый момент вдоха детектор 10 остановки дыхания начинает период ожидания, который длится примерно 15 с. Если следующий вдох происходит в пределах периода ожидания, то начинается новый период ожиданий и состояние детектора 10 не изменяется. Если период ожидания закончился, а вдоха не было, изменится логический уровень детектора 10, автоколебательный вход генератора 14 будет под напряжением и пойдет искусственное дыхание в соответствии с режимом искусственно го дыхания на определенный заранее интервал времени, В это время детектор 10 подает сигнал на сигнализатор J2, и выдается сигнал тревоги

На диаграмме С (фиг.4 период Т показывает период ожидания, который соответствует максимальной приостановке дыхания, после чего следует

212315

период Т

8

искусственного дыхания. длительностью 10 с,его величина может быть изменена в соответствующих пределах. Если после периода искус- 5 ственного дыхания начнется спонтанное дыхание, то вспомогательное дыхание будет продолжено.

В четвертом режиме работы (фиг.4Д) 10 действует режим контролируемого дыхания с постоянным положительным давлением (с.Р.А.Р.) . Этот режим подобен режиму С.Р.А.Р., обычно используемому в дыхательной терапии, при 15 котором пациент спонтанно дьшит газовой смесью под положительным давлением. Отличие по сравнению с обычным режимом С.Р.А.Р, заключается в способе реакции на приостановку 20 спонтанного дыхания, в данном случае контроль за дыханием ведется автоматически контрольной функцией устройства.

20

Фиг. 1

JOФаг. г

iJbTbmijmjiJiJiJij

.t t t

в

ЧЛJ1ПJПЛПГLГLГLЛП-П-Г

Ji-hrutz

+ t и

7

j-LnrLrL:::

7

Фиг.

и

a

Составитель А.Дмитриева, Редактор Н.Киштулинец ТехредМ.Гергель Корректор: М.Самборская

Заказ 652/62 Тираж 659 Подписное / ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий I13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПИП Патент, г. Ужгород, ул.Проектная, 4

fpus.S