АППАРАТ НЕИНВАЗИВНОЙ ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ НОВОРОЖДЕННЫХ

Предлагаемая полезная модель относится к области медицинского приборостроения и может быть использована в реаниматологии для оказания респираторной поддержки новорожденным с острой дыхательной недостаточностью.
Известны и считаются наиболее эффективными в терапии дыхательной недостаточности новорожденных аппараты неинвазивной искусственной вентиляции легких (далее - ИВЛ) с использованием дыхательных контуров, содержащих устройства, предназначенные для сопряжения с пациентом, а также пневмоэлементы, способствующие созданию избыточного, по сравнению с атмосферным, давления в дыхательных путях пациента (Continuous positive airway pressure), обозначаемого широко распространенной аббревиатурой CPАР (см., например, WO 2012047903, 2012.04.12; WO 2012047900, 2012.04.12; US 2009165799, 2009.07.02). Эти пневмоэлементы, (далее - пневмоэлементы СРАР), представляют собой разнообразные пневматические устройства, пневмосопротивление которых в направлении к пациенту существенно меньше, чем в противоположном направлении. Их размеры колеблются от весьма миниатюрных до крупногабаритных, а конструкции - от пневмоаккамуляторов дыхательной смеси, до несимметричных трубок Вентури и обратных неплотных пневмоклапанов.
В известных аппаратах неинвазивной ИВЛ миниатюрный пневмоэлемент СРАР может встраиваться непосредственно в устройства сопряжения с пациентом, представляющие собой, например, носовые канюли, назальные маски, и т.п., и использоваться либо в качестве составной части аппарата ИВЛ, либо в качестве взаимодействующего элемента, в том числе - одноразового.
Известен аппарат, предназначенный для неинвазивной ИВЛ (см. US 2012304995 А1, 2012.12.06), взаимодействующий с дыхательным контуром, включающим пневмоэлемент СРАР и устройство сопряжения с пациентом.
Известный аппарат содержит нагнетательный пневмоканал, модуль регулирования расхода дыхательной смеси, снабженный пневмовходом для подачи кислорода, пневмовходом для подачи воздуха и пневмовыходом для подсоединения к нагнетательному пневмоканалу, модуль ввода данных, блок управления, электрически связанный с управляющим входом модуля регулирования расхода дыхательной смеси, а также датчик давления, установленный на выходе дыхательного контура и электрически соединенный с блоком управления. Блок управления этого устройства предназначен для запоминания введенного в него по двунаправленной информационной линии связи из модуля ввода данных значения заданного давления и сравнения фактического значения давления, измеренного датчиком давления, с заданным значением, а при их расхождении - для вычисления соответствующей поправки, и затем, на основании фактического значения давления и вычисленной поправки - для расчета требуемой величины постоянного расхода дыхательной смеси и выдачи соответствующих управляющих сигналов в модуль регулирования расхода дыхательной смеси, который предназначен для формирования потока дыхательной смеси, необходимого для поддержания требуемой величины постоянного расхода. Сформированный поток дыхательной смеси поступает по нагнетательному каналу в дыхательный контур пациента.
Недостаток известного аппарата заключается в том, что создание постоянного расхода дыхательной смеси не может гарантировать постоянное избыточное давление в дыхательном контуре пациента, в результате чего возможны как повышение этого давления выше требуемого значения с предпосылкой к баротравме легких, так и недостаточность, вызывающая слипание альвеол.
Этот недостаток устранен в наиболее близком к заявляемой полезной модели и принятом за прототип устройстве, предназначенном для неинвазивной искусственной вентиляции легких новорожденных с контролем давления в дыхательном контуре (см. US 2002 2078958 А1, 2002.06.27). Известное устройство взаимодействует с дыхательным контуром, включающим пневмоэлемент СРАР, встроенный в устройство сопряжения с пациентом, и содержит нагнетательный пневмоканал, модуль регулирования расхода дыхательной смеси, пневматически подключенный своими входами к источнику кислорода и к источнику воздуха и подсоединенный своим выходом ко входу нагнетательного пневмоканала, выход которого предназначен для подсоединения к дыхательному контуру, модуль ввода данных, не менее одного датчика давления, хотя бы один из которых установлен на выходе дыхательного контура, и блок управления, соответствующие входы которого соединены, каждый, с соответствующим электрическим выходом одного из упомянутых датчиков давления, а выход -с управляющим входом модуля регулирования расхода дыхательной смеси. Блок управления этого устройства предназначен для сравнения фактического значения давления дыхательной смеси на выходе дыхательного контура, измеренного датчиком давления, с заданным значением давления, введенного в этот блок из модуля ввода данных по двунаправленной информационной линии связи, и непрерывного формирования управляющих сигналов на управляющий вход модуля регулирования расхода дыхательной смеси, предназначенных для непрерывного регулирования расхода дыхательной смеси с целью поддержания практически постоянного заданного давления в дыхательных путях новорожденного в течении всей процедуры ИВЛ.
Недостатком известного устройства является невозможность измерения пневмопараметров взаимодействующего с ним конкретного дыхательного контура таких, например, как постоянная времени пневмоэлемента СРАР и пневмосопротивление дыхательного контура, что затрудняет, а в отдельных случаях делает невозможным взаимодействие аппарата с определенными типами дыхательных контуров.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей предлагаемого аппарата за счет использования для неинвазивной ИВЛ новорожденных любых типов дыхательных контуров, содержащих различные пневмоэлементы СРАР и различные устройства сопряжения с пациентом, а также для повышения безопасности новорожденных при их использовании.
Решение поставленной задачи достигается тем, что аппарат неинвазивной искусственной вентиляции легких новорожденных, взаимодействующий с дыхательным контуром, включающим пневмоэлемент СРАР и устройство сопряжения с пациентом, содержащий модуль регулирования расхода дыхательной смеси, блок управления, модуль ввода данных, нагнетательный пневмоканал, а также первый и второй датчики давления, причем модуль регулирования расхода дыхательной смеси снабжен пневмовходом для подачи воздуха, пневмовходом для подачи кислорода и пневмовыходом для подключения ко входу нагнетательного пневмоканала, выход которого предназначен для подсоединения к дыхательному контуру, при этом первый датчик давления снабжен пневмовходом для подсоединения к выходу дыхательного контура и содержит электрический выход, соединенный с соответствующим входом блока управления, содержащим электрический выход, подключенный к управляющему входу модуля регулирования расхода дыхательной смеси, и соответствующий вход, соединенный с выходом модуля ввода данных двунаправленной информационной линией связи, дополнен новыми элементами и связями.
Согласно полезной модели в состав блока управления предлагаемого аппарата дополнительно введены модуль поправочных коэффициентов, содержащий первый и второй вычислители, и модуль стабилизации давления, содержащий ячейку памяти заданных значений давления и схему стабилизации, причем оба модуля соединены между собой соответствующей двунаправленной информационной линией связи, а пневмовход второго датчика давления подключен к выходу нагнетательного пневмоканала, при этом все упомянутые элементы предлагаемого устройства: блок управления, модуль регулирования расхода дыхательной смеси, модуль ввода данных, нагнетательный пневмоканал и оба датчика давления расположены в общем корпусе. Оба упомянутых вычислителя предназначены для вычисления и хранения значений поправочных коэффициентов, характеризующих пневмопараметры взаимодействующего дыхательного контура, которые автоматически определяются упомянутыми вычислителями при тестировании дыхательного контура до начала процедуры ИВЛ. Первый вычислитель предназначен для определения и хранения значения первого поправочного коэффициента, характеризующего постоянную времени пневмоэлемента СРАР, равную промежутку времени, за который при заданном значении постоянного расхода дыхательной смеси на выходе этого пневмоэлемента достигается заданное значение давления. Второй вычислитель предназначен для определения и хранения значения второго поправочного коэффициента, характеризующего пневмосопротивление дыхательного контура в прямом направлении потока дыхательной смеси, пропорциональное перепаду давления между входом и выходом этого контура, равного разности показаний второго и первого датчиков давления. Модуль стабилизации давления предназначен для вычисления величины расхода дыхательной смеси, требуемой для создания и поддержания заданной величины постоянного давления дыхательной смеси на выходе дыхательного контура в течении всей процедуры вентиляции легких и формирования управляющего сигнала для подачи на управляющий вход модуля регулирования расхода дыхательной смеси через модуль стабилизации давления. Вычисление величины требуемого расхода в блоке управления производится на основе показаний первого датчика давления с учетом заданного значения давления и значений первого и второго поправочных коэффициентов. Благодаря предложенному техническому решению, в дыхательных путях новорожденного при использовании любых типов дыхательных контуров устанавливается постоянное избыточное давление, соответствующее заданному значению, необходимому для эффективной респираторной поддержки пациента, что надежно обеспечивает эффективность ИВЛ и защиту новорожденного при выполнении процедуры.
Работа предлагаемого аппарата поясняется Фигурами. На Фиг. 1 представлена функциональная схема аппарата, а на Фиг. 2 - схема взаимодействия аппарата с дыхательным контуром пациента.
На Фигурах введены следующие обозначения:
1 - модуль регулирования расхода, 2 - пневмовход для подачи кислорода, 3 - пневмовход для подачи воздуха, 4 - нагнетательный пневмоканал, 5 - дыхательный контур, 6 - устройство сопряжения, 7 - пневмоэлемент СРАР, 8 - первый датчик давления, 9 - блок управления, 10 - модуль ввода данных, 11 - модуль поправочных коэффициентов, 12 - первый вычислитель 13 - второй вычислитель, 14 - модуль стабилизации давления, 15 - ячейка памяти, 16 - схема стабилизации, 17 - второй датчик давления, 18 - выход нагнетательного пневмоканала, 19 - вход первого датчика давления, 20 - корпус.
2
Модуль регулирования расхода 1 снабжен пневмовходом 2 для подачи кислорода О, пневмовходом 3 для подачи воздуха В и пневмовыходом, подключенным ко входу нагнетательного пневмоканала 4. Выход 18 нагнетательного пневмоканала 4 предназначен для подсоединения к дыхательному контуру 5, взаимодействующему с предлагаемым аппаратом и содержащему устройство сопряжения 6 и пневмоэлемент СРАР 7. Первый датчик давления 8 снабжен пневмовходом 19 для подсоединения к выходу дыхательного контура 5 и электрическим выходом, соединенным с соответствующим входом блока управления 9. Блок управления 9 своим электрическим выходом подключен к управляющему входу модуля регулирования расхода 1 и соединен соответствующей двунаправленной информационной линией связи с модулем ввода данных 10. В состав блока управления 9 входят модуль поправочных коэффициентов 11, содержащий первый и второй вычислители 12, 13, соответственно, и модуль стабилизации давления 14, содержащий ячейку памяти 15 и схему стабилизации 16, причем оба модуля соединены между собой соответствующей двунаправленной информационной линией связи. Пневмовход второго датчика давления 17 подключен к выходу нагнетательного пневмоканала 4, а электрический выход этого датчика соединен с соответствующим входом блока управления 9. Нагнетательный пневмоканал 4 снабжен пневмовыходом 18, а первый датчик давления 8 - пневмовходом 19. Все упомянутые элементы предложенного устройства: блок управления 9, модуль регулирования расхода 1, модуль ввода данных 10, нагнетательный пневмоканал 4 и оба датчика давления 8 и 17 расположены в общем корпусе 20.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
2
Перед началом процедуры ИВЛ пневмовыход 18 нагнетательного пневмоканала 4 подключается ко входу дыхательного контура 5, пневмовход 19 первого датчика давления 8 подсоединяется к выходу дыхательного контура 5, а пневмовходы 2 и 3 модуля регулирования расхода 1 подключаются к источникам сжатого газа: кислорода О и воздуха В, соответственно, после чего с помощью модуля ввода данных 10 в блок управления 9 вводится по двунаправленной информационной линии связи значение заданного давления на выходе дыхательного контура 5, которое запоминается в ячейке памяти 15 модуля стабилизации давления 14.
После выполнения перечисленных предварительных операций первый и второй вычислители 12, 13, соответственно, модуля поправочных коэффициентов 11 автоматически вычисляют значения первого и второго поправочных коэффициентов, соответственно, характеризующих пневмопараметры подсоединенного дыхательного контура 5. Для определения значения первого коэффициента в первом вычислителе 12 автоматически измеряется промежуток времени установления избыточного давления на входе в дыхательный контур, на основании измеренной величины вычисляется постоянная времени пневмоэлемента СРАР 7 и по ее значению определяется численная величина первого коэффициента. Численная величина второго коэффициента автоматически определяется во втором вычислителе 13 на основе разности показаний второго 17 и первого 8 датчиков давления, характеризующей перепад давления между входом и выходом дыхательного контура 5; каждая из двух найденных численных величин запоминается в соответствующем вычислителе 12, 13. После окончания автоматической настройки предлагаемого аппарата устройство сопряжения 6 подсоединяется к дыхательным путям пациента и, при необходимости, в зависимости от глубины вдоха-выдоха, незначительно корректируется величина заданного давления, после чего производится процедура ИВЛ. При работе предложенного устройства в модуле стабилизации давления 14 с использованием схемы стабилизации 16 непрерывно в течении каждого цикла вдох-выдох автоматически определяется величина расхода дыхательной смеси, необходимая для создания постоянного значения заданного давления на выходе дыхательного контура 5, откорректированная с учетом первого и второго поправочных коэффициентов, характеризующих подсоединенный дыхательный контур 5. Значения этих коэффициентов поступают в модуль стабилизации давления 14 из модуля поправочных коэффициентов 11 по соединяющей их двунаправленной информационной линии связи. Модуль стабилизации давления 14 непрерывно в течении дыхательного цикла выдает соответствующие управляющие сигналы в модуль регулирования расхода 1. Модуль регулирования расхода 1 подает в дыхательный контур 5 через нагнетательный пневмоканал 4 поток дыхательной смеси, расход которой определяется непрерывной последовательностью упомянутых управляющих сигналов. В процессе дыхания новорожденного давление на выходе дыхательного контура циклично изменяется: во время вдоха-понижается, а во время выдоха - повышается. Первый датчик давления 8 фиксирует изменения давления, возникающие на выходе дыхательного контура 5 и с высоким быстродействием выдает информационные сигналы в блок управления 9, который вырабатывает и выдает соответствующие управляющие сигналы в модуль регулирования расхода 1 для изменения расхода дыхательной смеси таким образом, чтобы значение давления на выходе дыхательного контура оставалось в течении дыхательного цикла по существу постоянным и равным заданному значению.
Поддержание постоянного значения давления дыхательной смеси на выходе любого подсоединенного к предлагаемому аппарату дыхательного контура существенно повышает безопасность процедуры ИВЛ, делает ее более эффективной и расширяет эксплуатационные возможности аппарата.
Таким образом, задача полезной модели, состоящая в обеспечении возможности использования для неинвазивной ИВЛ новорожденных любых типов дыхательных контуров с различными пневмоэлементами СРАР и различными устройствами сопряжения, в повышении безопасности новорожденного и в расширении эксплуатационных возможностей предлагаемого изделия, успешно решена с помощью предложенных технических решений.