СПОСОБ ПОДАЧИ ГАЗОВОГО КОМПОНЕНТА, УСТРОЙСТВО И АППАРАТ ДЛЯ ПОДАЧИ ИНГАЛЯЦИОННОГО НАРКОЗА
METHOD OF GAS COMPONENT FEEDING, DEVICE AND APPARATUS FOR FEEDING INHALATION NARCOSIS

Изобретение относится к области медицины, а более точно касается способа подачи газовых компонентов, устройства и аппарата для подачи ингаляционного наркоза.
Известен способ автоматической подача газовых компонентов при наркозе пациенту (патент США 6830047, МКИ А61М 16/00, 2004), при котором с помощью модели рассчитывают величины концентраций активных газовых компонентов (анестетиков) в теле пациента, сравнивают их с предыдущими сведениями из банка данных, рассчитывают их разность и по полученной разности регулируют концентрации путем подачи компонента.
Известен способ и устройство для подачи анестетика (патент США 5806513, МКИ А61М 16/01,1998), при котором эффективное управление осуществляется компьютером, выдающим сигнал на регулирующий орган подачи газового потока.
Наиболее близким является известный способ подачи газовых потоков при ингаляционном наркозе, при котором осуществляют регулирование и измерение расхода и количества газового компонента. Регулирование расхода и количества газового компонента осуществляют регулирующим вентилем, установленным на входе линии подачи газа, за счет изменения проходного сечения (РФ №2178314 С1, МКИ А61М 16/01, 2002, патент РФ №2248225 С2, МКИ А61М 16/01, А.И.Трушин, В.М.Юревич. Аппараты ингаляционного наркоза, М., Медицина, 1989, стр.17).
Известен дозиметр газообразного ксенона для наркозного аппарата (патент РФ №2248225, А61М 16/01, 2005), предназначенный для регулирования и измерения расхода и количества газообразного ксенона, который подается в дыхательный контур наркозного аппарата. Дозиметр содержит измерительное устройство с входными и выходными патрубками и электронный блок обработки сигналов. Регулирование осуществляется регулирующим вентилем, установленным на входном патрубке.
Наиболее близким техническим решением являются аппараты для подачи ингаляционного наркоза (А.И.Трушин, В.М.Юревич. Аппараты ингаляционного наркоза, М., Медицина, 1989, стр.17), содержащие собственные линии подачи для каждого газового компонента ингаляционного наркоза, снабженные собственным регулирующим устройством в виде вентиля, и измерительное устройство, в качестве которого используют ротаметр или группу ротаметров. Линии соединены выходами в коллектор для смешения компонентов, необходимых для ингаляции, и образования далее газового потока осредненного состава, который поступает пациенту.
3
Регулирование подачей осуществляют изменением, по заданию, объемной скорости за счет воздействия регулирующим вентилем на площадь проходного сечения. Задание формируют по показаниям ротаметра. Для показаний ротаметра допустима абсолютная погрешность (л/мин, дм/мин), величина которой определена как предел допускаемой погрешности при верхнем пределе измерения (ГОСТ 18856-81, Аппараты ингаляционного наркоза и искусственной вентиляции легких. Общие технические требования, стр.6).
Отдельный ротаметр имеет небольшой рабочий диапазон, поэтому возникает необходимость, для обеспечения полного эксплуатационного диапазона, последовательно устанавливать несколько ротаметров с перекрывающими друг друга диапазонами (на разные пределы измерения). Это ведет к увеличению допустимой абсолютной погрешности из-за роста верхнего предела измерения, и, следовательно, увеличивает погрешность регулирования.
При малых количествах, особенно приближаясь к нижнему пределу подачи газового компонента при ингаляционном наркозе, абсолютная погрешность измерения становится по меньшей мере соизмерима с количеством подачи газового компонента, что блокирует по сути процесс регулирования.
Проблема достижения точности (снижения погрешности) подачи связана с тем, что уровень концентрации анестетика в ткани головного мозга должен быть адекватным состоянию пациента в течение всех фаз хирургического вмешательства. Это требует многократного регулирования подачи газового(ых) компонента(ов) при ингаляционном наркозе в широком диапазоне текущих (рабочих) значений в ходе операции.
Погрешность при каждом регулирующем воздействии, особенно при малых значениях подачи, может привести к подаче газового анестетика в количестве, неадекватном состоянию пациента, чем ухудшить его состояние и осложнить ход операции.
Проблема подачи газовых компонентов с высокой точностью стала особенно актуальна в связи с использованием современных сильнодействующих анестетических препаратов, которые вводят в малых количествах и которые, кроме этого, являются экологически вредными продуктами и дорогостоящими препаратами. В ходе операции, например, расход такого анестетика как ксенон может составлять от 20 до 6000 мл/мин, подача кислорода или закиси азота - от 100 до 10000 мл/мин.
В основу изобретения поставлена задача обеспечения подачи газовых компонентов с высокой точностью путем минимизации погрешности регулирования на всем эксплуатационном диапазоне значений количеств подаваемых газовых компонентов.
Технический результат - минимизация погрешности регулирования на всем эксплуатационном диапазоне значений количеств подаваемого газового компонента за счет реализации регулирования подачей количества газового компонента по времени.
Поставленная задача решается тем, что в способе подачи газового компонента при ингаляционном наркозе, при котором газовый компонент подают с объемной скоростью, количество газового компонента, подаваемого в единицу времени, регулируют регулирующим органом, расположенным в линии подачи, для обеспечения количества, задаваемого по состоянию пациента, значение объемной скорости держат постоянным на уровне значения максимального количества этого компонента, необходимого при ингаляционном наркозе в единицу времени, регулирование осуществляют регулирующим органом запорного типа, регулируемое воздействие которого снижает время подачи газового компонента с поддерживаемой постоянной объемной скоростью до расчетного значения, определяемого отношением задаваемого количества к максимальному значению, при этом для обеспечения равномерной подачи газового компонента воздействие осуществляют по алгоритму, дозируя время подачи импульсами равной длительности и равномерно распределенными в единице времени с шагом Н, при этом суммарная длительность импульсов равна расчетному значению.
Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для подачи газового компонента при ингаляционном наркозе, содержащем регулирующий орган, расположенный в линии подачи газового компонента, использован регулирующий орган запорного типа и дополнительно введены устройство стабилизации объемной скорости газового компонента на уровне максимального значения, установленное на линии по ходу потока, и таймер для формирования сигнала регулируемого импульсного воздействия по алгоритму подачи газового компонента импульсами равной длительности и равномерно распределенными в единице времени с шагом Н не менее 0,25 секунды, при этом выход таймера связан с регулирующим органом.
В качестве регулирующего органа запорного типа предпочтительно использовать электромагнитный клапан.
Целесообразно, чтобы устройство стабилизации объемной скорости газового компонента на уровне максимального значения было бы выполнено в виде редуктора и дросселя, откалиброванного на максимальное значение, последовательно установленных по ходу газового потока.
Поставленная задача решается, кроме того, тем, что в аппарате для подачи ингаляционного наркоза, содержащем собственные линии подачи для каждого газового компонента ингаляционного наркоза, снабженные собственным регулирующим органом и соединенные выходами для смешения компонентов, каждая линия имеет регулирующий орган запорного типа и дополнительно содержит устройство стабилизации объемной скорости газового компонента на уровне максимального значения, установленное на линии по ходу потока, и, по меньшей мере, один таймер для формирования сигнала регулируемого импульсного воздействия по алгоритму подачи газового компонента импульсами равной длительности и равномерно распределенными в единице времени с шагом Н не менее 0,25 секунды, при этом выход таймера связан с регулирующим органом.
Целесообразно, чтобы в аппарате в качестве регулирующего органа запорного типа был бы использован электромагнитный клапан.
Целесообразно также, чтобы в аппарате устройство стабилизации объемной скорости газового компонента на уровне максимального значения было бы выполнено в виде редуктора и дросселя, откалиброванного на максимальное значение, последовательно установленных по ходу газового потока.
Аппарат может содержать измеритель давления, установленный на входе линии подачи газового компонента.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием и чертежами, где фиг.1а-1с иллюстрируют осуществление способа подачи газового компонента согласно изобретению.
Фиг.2а-2с иллюстрируют осуществление способа подачи газового компонента согласно изобретению (продолжение).
Фиг.2d иллюстрирует погрешности процесса регулирования.
На Фиг.3 показана принципиальная схема устройства регулирования согласно изобретению.
На фиг.4 показана принципиальная схема аппарата для подачи ингаляционного наркоза согласно изобретению.
Способ подачи газового компонента согласно изобретению осуществляют следующим образом.
max
max
max
max
Объемную скорость подачи газового компонента тарируют на уровне значения V (фиг.1а), равного максимальному количеству W этого компонента, необходимого при ингаляционном наркозе в единицу времени, например минуту. Графически W представляет собой площадь, ограниченную V и границами единицы времени.
з
р
з
max
р
з.
max
р
При ингаляционном наркозе задают количество W газового компонента, которое необходимо подавать в единицу времени исходя из текущего состояния пациента, и рассчитывают значение времени Т подачи заданного количества W с постоянной объемной скоростью V. Для расчета используют отношение Т=W/V (графически Т показано на фиг.1а).
р
Газовый компонент подают, воздействуя регулирующим органом запорного типа по алгоритму, дозируя время подачи импульсами равной длительности и равномерно распределенными в единице времени, для обеспечения равномерности подачи газового компонента. При этом суммарная длительность импульсов равна расчетному Т.
р
pn,
pn
р
Для обеспечения равной длительности импульсов рассчитанное значение времени Т делят на целое число «n» (фиг.1b). Полученное значение T равное Т=Т/n, соответствует продолжительности импульса подачи газового компонента. Импульсы равномерно распределяют в единице времени (минуте). При равномерном распределении импульсы дискретизируют в единице времени с шагом Н не менее 0,25 секунды так, как это показано, например, на фиг.1с.
Во время импульса запорный орган пропускает газовый компонент при полностью открытом проходном сечении. При отсутствии импульса проходное сечение полностью закрыто и подачи газового компонента нет (отсечение подачи).
3
Примеры подачи различного количества W газового компонента при ингаляционном наркозе по алгоритму согласно изобретению показаны на фиг.2а-2с.
з
р
pn
Если уменьшается заданное количество W, то уменьшается расчетное значение времени Т и продолжительность импульса Т.
Равномерное распределение импульсов в единице времени в этом случае принимает вид, показанный на фиг.2а, или на фиг.2в, или на фиг.2с.
з
з
р
з
pn
max
Таким образом, подача заданного количества W газового компонента осуществляется дозами равного объема общим количеством доз n в единицу времени (минуту). Количество q газового компонента, поданного в дозе q=W/n. Общее (объемное) количество поданного газового компонента за время Т:W=T·nV.
pn
max
max
1
Погрешность подачи газового компонента определяется погрешностью (Т·n V), а при V=const и n=const определяется погрешностью регулирования времени и погрешностью переходного процесса, когда имеет место инерционность закрытия клапана. Как общеизвестно, погрешности регулирования времени крайне малы.
Остаются погрешности переходного процесса (инерционность закрытия клапана), которые иллюстрируются зачерненными участками на фиг.2d.
Погрешность одинакова по абсолютной величине на всем эксплуатационном диапазоне значений количеств подаваемых газовых компонентов.
з
max
Устройство для подачи газового компонента при ингаляционном наркозе (фиг.3) содержит регулирующий орган 1 запорного типа, расположенный в линии 2 подачи газового компонента, таймер 3 для формирования сигнала регулируемого импульсного воздействия по времени, выход которого связан с регулирующим органом 1, а на вход 4 поступает значение задаваемого количества W газового компонента, устройство 5 стабилизации объемной скорости газового компонента на уровне максимального значения V.
Таймер 3 содержит схему алгоритма для осуществления воздействия на регулирующий орган 1, дозируя время воздействия импульсами равной длительности и равномерно распределенными в единице времени, согласно изобретению.
В качестве регулирующего органа 1 используют электромагнитный клапан.
max
Устройство 5 стабилизации содержит редуктор 6 и дроссель 7, последовательно установленные по ходу газового потока в линии 2. Дроссель 7 откалиброван на максимальное V.
Устройство работает следующим образом.
max
max
Предварительно с помощью редуктора 6 и дросселя 7 тарируют объемную скорость подачи газового компонента в линии 2 на уровне значения V, равного максимальному количеству W этого компонента, необходимого при ингаляционном наркозе в единицу времени (минуту).
3
р
pn
pn
При работе устройства таймеру 3 задают значение количества W газового компонента. Таймер 3 рассчитывает время Т и продолжительность импульса Т и последовательно подает сигналы длительностью Т на регулирующий орган 1, равномерно дискретизируя их по алгоритму с шагом Н.
max
pn
При поступлении сигнала регулирующий орган 1 полностью открывается и подает газовый поток значением V в течение Т. При отсутствии сигнала регулирующий орган 1 полностью закрыт.
Аппарат для подачи ингаляционного наркоза (фиг.4) содержит регулирующие органы 1 запорного типа, расположенные в собственных линиях 2 подачи каждого газового компонента, соединенные выходами 8 для смешения компонентов, таймер 3 для формирования сигналов регулируемого импульсного воздействия по времени на регулирующий орган 1 каждого газового компонента.
з
m
На вход таймера 3 поступают значения задаваемого количества W  каждого газового компонента (m=1, 2 и т.д.). Выходы таймера 3 связаны с регулирующими органами 1 соответственно компоненту.
Таймер 3 содержит схему алгоритма для осуществления воздействия на регулирующие органы 1, дозируя время воздействия импульсами равной длительности и равномерно распределенными в единице времени каждого компонента.
На фиг.4 показан один установленный таймер 3. Однако, если это будет необходимо, могут быть установлены другие таймеры, например, отдельно для каждого компонента.
В качестве регулирующего органа 1 используют электромагнитный клапан.
max
m
Устройство стабилизации объемной скорости каждой лини 2 подачи содержит редуктор 6 и дроссель 7, последовательно установленные по ходу газового потока в линии 2. Дроссель 7 в каждой линии 2 откалиброван на собственное максимальное значение V .
Аппарат может содержать на выходе 8 мешок-рессивер (не показан) для дополнительного сглаживания пульсаций и осреднения состава.
Аппарат может содержать датчик 9 давления, установленный на линии подачи потока до устройства подачи газового компонента для контроля давления.
2
2
На фиг.4 показана принципиальная схема аппарата для ингаляционного наркоза, содержащего собственные линии подачи трех газовых компонентов - кислорода О (m=1), закиси азота NO (m=2) и ксенона Хе (m=3).
Аппарат работает следующим образом.
max
max
m
m
Предварительно с помощью редуктора 6 и дросселя 7 тарируют объемную скорость подачи каждого газового компонента в собственной линии 2 на уровне значения V , равного максимальному количеству W  этого компонента, необходимого при ингаляционном наркозе в единицу времени (минуту).
з
p
pn
m
m
m
m
При работе таймеру 3 задают значение количества W  каждого газового компонента. Таймер 3 рассчитывает время Т  и продолжительность импульса Т  и подает соответствующие сигналы на регулирующий орган 1 соответственно газовому компоненту, равномерно дискретизируя их с шагом Н.
max
pn
m
m
При поступлении сигнала регулирующий орган 1 полностью открывается и подает газовый поток значением V  в течение Т . При отсутствии сигнала регулирующий орган 1 полностью закрыт.
Предлагаемое изобретение может быть использовано в медицине для ингаляционного наркоза.