АППАРАТ ДЛЯ ИСКУССТВЕННОГО ДЫХАНИЯ Советский патент 1967 года по МПК A61H31/02 

Аппараты для искусственного давления, содержащие источник сжатого газа, инжекторы, эжектор, управляемые клапаны и переключающий механизм с датчиком времени, известны.

Предлагаемый аппарат отличается от известных тем, что его переключающий механизм выполнен в виде струйного элемента с усилителем. Струйный элемент, управляемый устройствами типа сопло-заслонка, имеет три входных и два взаимно исключающих друг друга выходных газопроводящих канала. Такое выполнение аппарата устраняет взаимную зависимость регулируемых параметров дыхания и обеспечивает получение минимальных значений давления входа и разряжения выдоха.

Усилитель содержит две камеры, разделенные мембраной с жестким центром, две заслонки в виде мембраны меньшей площади с жесткими центрами и два сопла в виде выходных отверстий инжекторов. Это позволяет усиливать сигналы по давлению и производительности на выходе струйного элемента с одновременным получением сигналов разного знака в обоих управляющих каналах.

В качестве заслонок, вызывающих переключение струйного элемента по давлению (разрежению), используются мембраны датчиков давления (разрежения), а в качестве заслонки, вызывающей переключение струйного элемента по времени, используются мембраны пневматического датчика времени.

Кроме того, датчики давления, разрежения и времени выполнены в виде мембранных коробок с двумя соединенными между собой и отличающимися по площади мембранами, нагруженными регулируемыми пружинами.

На чертеже изобрал ена принципиальная схема предлагаемого аппарата.

Аппарат состоит из переключающего устройства /, блока 2 низкого давления и блока 3 высокого давления.

Основным узлом переключающего устройства является струйный элемент 4, пять газопроводящих каналов: канал 5 питания, каналы 6 и 7 управления и два взаимно исключающих друг друга выходных канала S и 5.

Благодаря применению струйного элемента достигается стабильность и надежность (отсутствие механических трущихся пар), быстродействие, составляющее тысячные доли секунды, нечувствительность к коррозии (струйный элемент изготовляется печатным способом из пластмасс), отсутствие износа, экономичность (питание струйного элемента осуществляется газом с избыточным давлением 100- 200 мм вод. ст.), строгая фиксация положений вдоха и выдоха, возможность использовать аппарат для вспомогательного дыхания, а также широкий диапазон регулирования давления и разрежения (практически от нуля) ввиду малых величин переключающих сигналов, независимость регулировки давления и разрежения от других параметров дыхания и друг

от друга ввиду отсутствия механической связи струйного элемента с регулирующими устройствами. Аипарат содержит также датчик 10 давлеиия, датчик // разрежения иопытки вдоха и датчик 12 времени выдоха (или паузы при вспомогательном дыхании), представляющие собой мембранные коробки, ограниченные с одной стороны мембраной больщого диаметра с л естким центром большой площади, а с другой стороны - мембраной малого диаметра с жестким центром малой площади. Обе мембраны жестко соединены осью, причем каждая ось подпружинена при помощи регулируемых пружин 13, 14, 15, носредством которых осуществляется плавная регулировка давления, разрежения попытки вдоха и времени выдоха илн паузы. Необходимое натяжепие пружин устанавливается с номощью рукояток 16, 17, 18.

Сопла 19, 20, 21 в паре с жесткими центрами датчиков составляют элементы типа сонлозаслонка. В этих элементах формируются сигналы переключения, поступающие в каналы 6 и 7 струйного элемента. Элементы тина соплозаслонка дают возможность получать релейный сигнал. Расположение заслонок на разных датчиках делает регулировку параметров дыхания независимой друг от друга и от минутной вентиляции, так как питание и сигналы, поступающие на струйный элемент, остаются неизменными при любых значениях параметров дыхания. Расход газа через открытые сопла незначителен ввиду малых значений сигналов, управляющих струйным элементом (в пределах 10 мм вод. ст.). Перемещение заслонок составляет десятые доли миллиметра нри отсутствии механического трения.

Инжектор 22 с высоким коэффициентом эжекщш, включенный после редуктора 23 и баллона 24, обеспечивает автономную систему питания переключающего устройства, что также гарантирует независимость регулировки параметров дыхания.

Необходимая характеристика питания по давлению и расходу устанавлнвается вентилем 25 на инжекторе 22. Необходимое давление в соответствующих каналах устанавливается с помощью пневмосопротивлений 26, 27, 28 и 29. Датчик // разрежения попытки входа при работе на автоматическом режиме отключается краном 30. Перемещения заслонок-мембран в сторону, противоположную от сопел, ограничиваются упорами 31. Камера датчика 12 времени заполпяется через пневмосопротивление 32, которое предварительио регулируется, исходя из максимального значения времени паузы при максимальном натяжении пружины. Камера датчика времени 1 гновенно опорожняется через самодействующий клапан 33.

Так как величины регулируемых параметров зиачительно превышают величины выходных сигналов струйного элемента, в переключающее устройство включен усилитель 36, содержащий камеры 37 и 38, разделенные большой мембраной 39 с жестким центром большой площади и отделенных от атмосферы малыми мембранами 40 -л 41 с жесткими центрами малой площади.

Малые жесткие центры вместе с соцлами инжекторов 42 и 43 образуют элемент типа сонло-заслоика, благодаря чему достигается одновременное получение сигналов разного знака в обоих выходных каналах усилителя.

Это значительно расширяет возможности управления.

Блок 2 низкого давления содержит клапаиы 44 и 45, управляемые от усилителя 36. Благодаря наличию одновременно в обоих каналах усилителя сигиалов разного знака клапаны нолностью управляемы и не подвержены воздействию протекающих через них потоков газа с различным расходом и давлением, так как они всегда надежно фиксированы управляющим давлением или разрежением в одном из двзх своих положений.

Физиологичная кривая дыхания обеспечивается клапаном 46 сброса давления. С помощью обратного клапана 47, пациенту облегчается возможность создания необходимого разрежения при попытке вдоха, так как он препятствует возможности сделать вдох из атмосферы через диффузор эжектора. Желаемое разрежение выдоха от О до максимума

устанавливается регулируемым клапаном 48 разрежения. Клапан 48 устанавливается в линии вдоха, что обеспечивает подсос свежего газа. Ои является также предохранительным клапаном разрежения. Благодаря наличию

длинной регулируемой пружины 49 значение разрежения практически не зависит от минутной вентиляции.

Предохранительный гравитациоиный клапан 50 давления предотвращает повышение внутрилегочного даВотения выше допустимой иормы.

Блок 3 высокого давления содержит инжектор 51, обеспечивающий нагнетание в легкие кислородо-воздушной смеси при вдохе и работающий только в фазе вдоха, и эжектор 52, который включается только ири автоматическом режиме краном 53 и работает только в фазе выдоха, обеспечивая разрежение после сброса давления до нуля. При всномогательном дыхании кран 53 перекрывает доступ сжатого газа к эжектору. Такое разделение работы инжектора и эжектора позволяет полностью устранить соприкосновение свежего и выдохнутого газа внутри аппарата, а также дает

возможпость сделать эжектор более низкой производительпости, чем инжектор, т. к. объем, отсасываемый через эжектор, меньше объема вдоха за счет сброса частн объема в атмосферу, а, кроме того, время выдоха всегвращается неэкономичный расход кислорода. Для отключения эжектора в фазе вдоха с целью экономии кислорода служит устройство 54, которое содержит две камеры 55 и 56, разделенные мембраной 57. За счет разницы эффективных площадей мембраны со стороны инжектора 51 и эжектора 52 (за счет нлощади сопла 55) мембрана в фазе вдоха, когда обе камеры сообщаются с линией высокого давления, перекрывает сонло и препятствует подаче высокого давления в эжектор. Когда же в фазе выдоха давление перед инжектором падает до нуля, сообщаясь с атмосферой через вентиль 59, мембрана поднимается под действием давления в камере 55 и пропускает газ в эжектор.

Вентиль 59 отключает инжектор от линии высокого давления и соединяет его с атмосферой, когда аппарат находится в состоянии ожидания понытки вдоха. Он также позволяет применять отдельно инжектор и эжектор и легко отключать их в ту фазу дыхательного цикла, когда они не должны работать. Переключение вентиля 59 осуществляется с помощью двух мембран 60 к. 61 с жесткими центрами, управляемых от усилителя 36.

Одновременное наличие сигналов разного знака в обоих каналах усилителя позволяет получить на рычаге вентиля то (весьма значительное) усилие, которое необходимо для его переключения.

Давление сжатого газа перед инжектором и эжектором регулируется краном 62. В блоке 3 имеются нротивопылевые фильтры 63 и 64 для кислорода и для воздуха.

Аппарат снабжен также увлажнителем 65 для увлажнения вдыхаемого газа.

Аппарат оснащен измерительными приборами: мановакуумметром 66 для измерения давления и разрежения н вентилометром 67 для измерения дыхательного объема и минутной вентиляции. При работе аппарата кислород из баллона 24 через редуктор 23 и фильтр 63 поступает в аппарат. Далее кислород поступает через вентиль 25 в инжектор 22 питания системы управления, где происходит подсос атмосферного воздуха через фильтр 64. Таким образом, система управления получает питающий газ необходимого расхода и давления. Через пневмосопрртивление 26 газ поступает в канал 5 нитания струйного элемента 4, откуда перетекает в приемное сопло выходного канала 8 и далее в камеру 57 усилителя 36.

Так как давление в канале 9 в этот момент равно нулю, то мембрана 39 под действием давления в камере 37 перемещается вправо, закрывая мембраной 40 сопло инжектора 42, и открывая сопло инжектора 43, что сопровождается появлением давления в управляющей линии с инжектором 42 и разрежения- в управляющей линии с инжектором 43. При этом под действием усилия, развиваемого мембранами 60 и 61, управляемый вентиль 59 высокого давления перекрывает поступление сжатого газа в инжектор 51, сообщая его с

атмосферой. Сжатый газ через устройство 54 и кран 53 поступает в эжектор 52.

Одновременно под действием давления в управляющей линии с инжектором 42 закрывается управляемый клапан 44 вдоха, а под действием разрежепия в управляющей линии с инжектором 43 открывается управляемый клапан 45 выдоха. Пациент выдыхает - клапан 47 открыт. Причем, в первый момент выдоха

происходит быстрый сброс давления до нуля в атмосферу через клапан 46, далее в легких пациента под действием работы эжектора 52 начинает создаваться разрежение, величина которого ограничена клапапом 48, который открывается после достижения установленного значения, подсасывания воздуха из атмосферы.

Одновременно с поступлением газа из капала 8 струйного элемента 4 в камеру 37 усилителя 36, начинается заполнение через пневмосонротивление 32 камеры датчика 12 времени. В этот момент, когда давление в камере достигнет величины, способной нреодолеть натяжение нружины 15, мембрана-заслонка перекроет COHJIO 2, вследствие чего в линии, связанной с управляющим каналом 6 струйного элемента 4, возникает давление газа, под действием которого происходит переброс струи из канала 8 в канал 9, в котором струя будет

зафиксирована благодаря каналу обратной связи.

Мгновенно произойдет онорол ение камеры датчика 12 времени через клапан 33. Новому положению струйного элемента будет соответствовать давление в камере 38 усилителя 36, тогда как в камере 37 давленне упадет до нуля.

Под действием давления в камере 38 мембрана 39 передвинется. При этом мембрана

41 нерекроет сопло ин кектора 43, создавая давление в этой унравляющей линии. Сопло инжектора 42 окажется открытым, вследствие чего будет создано разрежение в этой управляющей линии.

Вентиль 59 высокого давления нерекрывает выход в атмосферу н сообщает инжектор с линией подачи сжатого газа. Одновременно, благодаря давлению в камере 55 устройства 54, отключается эжектор 52 - происходит переключение клапанов. Кланан 44 вдоха открывается, а клапан 45 выдоха закрывается. При этом кислород через инжектор 5/, подсасывая газ из атмосферы, поступает через клапан 44 вдоха в легкие пациента. Паполнение легких

пациента нродолжается до тех пор, пока давление, повыпиаясь, не достигнет величины, способной преодолеть натяжение пружины 13 датчика 10 давления.

При этом мембрана-заслонка датчика давления перекроет сопло 19 н в канале 7 струйного элемента 4 возникает давление, под действием которого струйный элемент н все связан1 ые с ни.1 клапаны переходят в положение