АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕРДЕЧНО-ЛЕГОЧНОЙ РЕАНИМАЦИИ

Полезная модель автоматического устройства для сердечно-легочной реанимации относится к области медицинской техники, а именно к устройствам для сердечно-легочной реанимации, и может быть использована при прекращении сердечной деятельности человека в различных условиях (домашних, производственных, в машинах скорой помощи и т.п.).
Известно устройство для компрессионно-декомпрессионной реанимации (Патент РФ №2180827, МПК А61Н 31/00, опубликован 27.03.2002), предназначенное для закрытого (непрямого) массажа сердца в различных условиях, содержащее опорную площадку (платформу), размещаемую под грудной клеткой пациента, штангу со шкалой в единицах длины, позволяющей определять размер грудной клетки, подвижный блок регулировки параметров создаваемого вручную точечного усилия воздействия на грудную клетку, рычаг с подвижным контактным элементом в виде присоски, номограмму для определения оптимальных параметров компрессии и декомпрессии, полученную экспериментальным путем.
К недостаткам данного устройства следует отнести: во-первых, невозможность использования в процессе переноса пациента из-за громоздкости конструкции, например, при спуске с верхнего этажа здания на нижний этаж или из помещения в машину скорой помощи; во-вторых, значительная физическая нагрузка на реаниматора при выполнении непрямого массажа сердца (создании компрессии); в-третьих, использование шкал и номограмм для определения физиологических параметров пациента создает неудобства для реаниматора и может привести к ошибкам при выборе требуемых параметров процесса реанимации.
Известно устройство для сердечно-легочной реанимации LUCAS (Лукас) производства Michigan Instruments (США) для проведения непрямого массажа сердца (http://adhara.ru/articles/autopulse_and_cpr.htm), содержащее платформу для размещения пациента, вертикальную стойку для закрепления пневматического механизма циклического силового точечного воздействия на центральную часть грудной клетки (грудину) посредством толкателя с упругим элементом на конце, а также баллон со сжатым кислородом или воздухом.
Известно автоматическое устройство для сердечно-легочной реанимации LUCAS-2 (Лукас-2) (http://www.deal-med.ru/ustrojstvo_dlja_serdechno_legochnoj_reanimacii_lucas_2.html), используемое для восстановления и поддержания естественной циркуляции крови у пациентов с не работающим сердцем, обеспечивающее глубину и частоту продавливания грудной клетки согласно установленным параметрам и с необходимым постоянством. Устройство содержит размещаемую под спиной пациента платформу с шарнирно прикрепленными к ней одними концами дугообразными жесткими полуарками, соединенными другими концами с корпусом циклического механизма с электроприводом для силового точечного воздействия на центр грудной клетки (грудину) посредством толкателя с упругим элементом на конце в виде сильфона, а также автономный источник электроэнергии в виде аккумуляторных батарей.
Общим недостатком устройств LUCAS и LUCAS-2 является, во-первых, отсутствие возможности обеспечения равномерного сжатия всей грудной клетки, что снижает эффективность воздействия на легкие с целью их вентиляции; во-вторых, наличие вертикальной стойки или дугообразных полуарок существенно увеличивает габариты устройств по высоте, затрудняя тем самым эвакуацию пациентов из аварийных помещений и строений через узкие и невысокие проходы; в-третьих, высокое расположение по отношению к платформе центра тяжести механизма для создания усилия деформации грудной клетки затрудняет перемещение работающего устройства с пациентом по лестничным переходам, например, с верхнего этажа строения на нижний, из помещения в машину скорой помощи, а в процессе перевозки будут происходить угловые смещения устройства (наклоны стойки), негативно влияющие на параметры процесса реанимации.
Использование в составе устройства LUCAS-2 механизма воздействия на грудную клетку с электрическим приводом существенно усложняет его конструкцию из-за необходимости преобразования вращательного движения ротора приводного электродвигателя в поступательное перемещение толкателя, а также необходимости увеличения крутящего момента на выходе для получения нужного усилия для деформации грудной клетки. Все это приводит к снижению надежности работы устройства, повышению металлоемкости и энергозатрат.
Выбранное в качестве прототипа автоматическое устройство для сердечно-легочной реанимации (https://www.zoll.com/ru/medical-products/resuscitation-system/autopulse/ems; http://adhara.ru/articles/autopulse_and_c.pr.htm) содержит коробчатую платформу, располагаемую под спиной пациента, внутри которой размещен снабженный электроприводом механизм циклического действия для натяжения лент, охватывающих грудную клетку пациента, связанных с застегивающимся на груди тканевым бандажом.
После размещения пациента на платформе, застегивания бандажа, подтяжки лент до контакта с телом и измерения окружности груди, устройство переходит в режим работы, обеспечивающий сжатие грудной клетки с заданной частотой и с необходимым усилием, в результате чего достигается сокращение сердечной мышцы со всех сторон, увеличение сердечного выброса крови, а также сокращение легких с последующим их распрямлением во время паузы между циклами нагружения, т.е. осуществляется пассивная вентиляция легких без применения аппарата искусственной вентиляции легких.
К недостаткам, присущим прототипу, можно отнести следующее.
Во-первых, сложность и металлоемкость конструкции механизма циклического натяжения лент бандажа, в составе которого используется электрический привод, требующий наличия механических преобразователей вращательного движения ротора приводного электродвигателя в поступательное движение лент и механических усилителей создаваемого электродвигателем крутящего момента, с целью обеспечения требуемого усилия сжатия грудной клетки.
Во-вторых, циклический режим работы электродвигателя с высокой частотой реверсирования обладающего большой инерционностью ротора (до 100…110 циклов сокращения сердца в минуту), создает большие знакопеременные нагрузки на конструктивные элементы механизма натяжения лент, вызывая их повышенный износ и поломки, а также снижает точность измерения требуемых перемещений лент при их натяжении.
Указанные недостатки усложняют конструкцию устройства, повышают ее металлоемкость и энергоемкость, снижают надежность и долговечность работы.
Целью предлагаемой полезной модели автоматического устройства является упрощение конструкции, снижение металлоемкости и, как следствие, повышение надежности, долговечности работы и упрощение обслуживания.
Достижение поставленной цели осуществляется за счет того, что в автоматическом устройстве для сердечно-легочной реанимации, содержащем коробчатую платформу для размещения на ней пациента, тканевый бандаж с лентами и застежками, установленный внутри платформы механизм циклического натяжения лент, блок управления и автономный источник электроэнергии, механизм циклического натяжения лент включает в себя зубчатые шкивы одинакового диаметра, охваченные замкнутым зубчатым ремнем, установленные в опорах, связанных между собой закрепленными в них по концам двумя параллельно расположенными стержнями круглого сечения, являющимися направляющими скольжения для двух кареток, расположенных симметрично относительно опор.
К каждой из кареток прикреплена одна из ветвей замкнутого зубчатого ремня и конец одной из лент тканевого бандажа. Одна из кареток соединена со штоком пневмоцилиндра двустороннего действия и с датчиком линейного перемещения, расположенными параллельно направляющим. Рабочие полости пневмоцилиндра соединены посредством трубопроводов, каналов пятилинейного трехпозиционного пневмораспределителя с электромагнитным управлением и регулятора давления с источником сжатого газа.
Платформа имеет на боковых сторонах отверстия с направляющими роликами для лент, размещенные в одной вертикальной плоскости с каретками и выполненным в этой же плоскости поперечным прорезом в обращенной к пациенту стенке между направляющими роликами, в котором установлена подпружиненная планка, находящаяся в контакте с датчиком давления, закрепленном внутри платформы, и с пациентом.
Электрические выходы датчиков соединены с соответствующими входами блока управления, выходы которого подключены ко входам электромагнитов пневмораспределителя.
Между совокупностью заявляемых признаков полезной модели и ожидаемым техническим результатом, получаемым с помощью предлагаемого автоматического устройства для сердечно-легочной реанимации, существует следующая причинно-следственная связь.
Во-первых, используемый в составе механизма импульсного натяжения лент бандажа пневматический привод на базе пневмоцилиндра двустороннего действия с поступательным (линейным) перемещением выходного элемента в виде штока полностью сообразуется с поступательным перемещением лент бандажа, осуществляющих сжатие грудной клетки, и не требует применения преобразователей вращательного движения в поступательное.
Во-вторых, нет необходимости использовать в составе пневмопривода специальных усилителей мощности (например, редукторов) для обеспечения требуемых усилий сжатия грудной клетки, поскольку достижение требуемой мощности обеспечивается использованием пневмоцилиндра большего диаметра без усложнения конструкции механизма циклического натяжения лент или повышением рабочего давления газа с помощью регулятора давления.
В-третьих, поскольку удельная мощность пневмопривода (мощность, затрачиваемая на единицу веса) больше удельной мощности электропривода, обеспечивается снижение металлоемкости и уменьшение энергозатрат.
В-четвертых, отсутствие в составе устройства специальных преобразователей движения и усилителей мощности (крутящего момента) упрощает конструкцию, снижая тем самым вероятность отказа от срабатывания и увеличивая надежность и долговечность работы.
В-пятых, используемый в составе устройства пятилинейный трехпозиционный пневмораспределитель с электромагнитным управлением упрощает настройку и обслуживание, так как в нейтральном (среднем) положении его запорного элемента (золотника), когда все рабочие выходы сообщены с выхлопом, поршень пневмоцилиндра, а, следовательно, и связанные с ним каретки с лентами, могут перемещаться вручную без сопротивления, создаваемого давлением находящегося в рабочих полостях сжимаемого газа.
На фиг. 1 представлена схема автоматического устройства для сердечно-легочной реанимации; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1.
Автоматическое устройство содержит размещаемую под спиной пациента 1 плоскую коробчатую платформу прямоугольной формы 2 (фиг. 1), тканевый бандаж, состоящий из двух соединенных между собой с помощью застежки 3 грудных накладок 4 и 5 с прикрепленными к ним одним концом с возможностью изменения длины лентами 6 и 7, которые через отверстия 8 и 9 с направляющими роликами 10 и 11 на боковых сторонах платформы соединены другими своими концами посредством соответственно скоб 12 и 13 с каретками 14 и 15, к которым с помощью прижимных планок 16 и 17 (фиг. 2) прикреплены ветви 18 и 19 замкнутого зубчатого ремня, охватывающего зубчатые шкивы 20 и 21 механизма циклического натяжения лент бандажа, размещенного внутри коробчатой платформы.
Зубчатые шкивы, имеющие одинаковый диаметр, установлены в опорах 22 и 23, соединенных между собой закрепленными в них по концам параллельно расположенными стержнями круглого сечения 24, являющимися направляющими скольжения для упомянутых выше кареток, установленных на них симметрично относительно опор, т.е. на одинаковом расстоянии S.
Параллельно направляющим установлен пневмоцилиндр двустороннего действия 25, шток 26 которого соединен с одной из двух кареток, в данном случае с кареткой 14, и встроенным в пневмоцилиндр датчиком линейного перемещения 27, например, потенциометрическим или индуктивным.
Рабочие полости пневмоцилиндра подключены с помощью трубопроводов к рабочим выходам пятилинейного трехпозиционного пневмораспределителя с электромагнитным управлением 28, рабочий вход которого соединен посредством регулятора давления 29 и вентиля 30 с баллоном сжатого газа 31 (кислорода или воздуха).
В обращенной к спине пациента стенке коробчатой платформы, симметрично отверстиям с направляющими роликами для лент бандажа и в одной вертикальной плоскости с ними, выполнен поперечный прорез 32, в котором установлена подпружиненная планка 33, с возможностью контакта с закрепленным внутри платформы датчиком давления 34 и со спиной находящегося на платформе пациента.
Электрические выходы датчиков линейного перемещения, давления, а также автономного источника энергии 35 подключены к соответствующим входам блока управления 36, а выходы последнего подключены ко входам электромагнитов пневмораспределителя. Давление газа контролируется с помощью манометра 37.
Подготовка устройства к работе и работа в режиме реанимации осуществляется в следующей последовательности в три этапа.
На первом этапе подготовки включается подача электроэнергии от автономного источника питания 35 к блоку управления 36, а через него к датчикам давления 34 и линейного перемещения 27.
По команде с пульта управления, входящего в состав блока управления, пневмораспределитель 28 переключается в среднее (нейтральное) показанное на фиг. 1 положение, при котором все рабочие выходы сообщены с выхлопом, и поршень со штоком 26 пневмоцилиндра 25 может перемещаться вручную без сопротивления, создаваемого давлением сжимаемого поршнями газа (воздуха, кислорода), находящегося в рабочих полостях, который будет свободно перетекать через каналы пневмораспределителя из одной рабочей полости, например, из штоковой в бесштоковую, и наоборот, а следовательно также свободно вручную может перемещаться по направляющим 24 соединенная со штоком каретка 14 и связанная с ней замкнутым зубчатым ремнем каретка 15, что существенно упрощает обслуживание устройства (регулировку, наладку) в случае необходимости.
Затем открывается вентиль 30 и с помощью регулятора давления 29 с манометром 37 устанавливается требуемое рабочее давление газа (в пределах от 3,0 до 6,0 МПа), поступающего под высоким давлением из баллона 31.
Пациент 1 (фиг. 1) размещается на платформе 2 таким образом, чтобы его грудина находилась над центром планки 33, контакт которой со спиной подтверждается сигналом, вырабатываемым датчиком давления 34, вследствие действия на него силы F, создаваемой весом части тела пациента, и фиксируется на ней привязными ремнями (на фиг. не показаны). Величина сигнала, поступившего от датчика давления, отражается на цифровом мониторе блока управления и после его стабилизации заносится при помощи пульта управления в память блока управления.
Затем устройство переводится в исходное состояние, для чего пневмораспределитель 28 переключается в крайнее левое положение, при котором штоковая полость пневмоцилиндра 25 сообщается с атмосферой, а бесштоковая, посредством регулятора давления, с баллоном сжатого газа 31. Поршень со штоком 26 перемещается влево, каретки 14 и 15 посредством ветвей 18 и 19 зубчатого замкнутого ремня и зубчатых шкивов 20 и 21 перемещаются по направляющим 24, разводятся на максимальное расстояние между ними и располагаются на расстоянии S от опор 22 и 23 зубчатых шкивов, соответственно, что позволяет максимально вытянуть прикрепленные концами к скобам 12 и 13 кареток ленты 6 и 7 бандажа из платформы 2 и установить датчик линейных перемещений 27 на ноль.
С помощью застежки 3, например, в виде крючков с петлями, грудные накладки 4 и 5 бандажа соединяются между собой, а с помощью пряжек на накладках и цифровых меток на лентах (на фиг. не показаны) производится предварительная ручная подтяжка лент к телу пациента с целью устранения их чрезмерного провисания и обеспечения рабочей длины, необходимой для осуществления режима реанимации, соответствующей ближайшему рабочему размеру в пределах принятого размерного ряда, использованного при разработке управляющей программы, заложенной в память контроллера блока управления. Выбранная цифровая метка также заносится с помощью пульта управления в память блока управления.
На втором этапе осуществляется автоматическая подтяжка лент бандажа до полного контакта с грудью пациента и определяется длина ее окружности, что необходимо для автоматического выбора требуемых параметров режима реанимации. Для этого пневмораспределитель переключается в крайнее правое положение, рабочая штоковая полость пневмоцилиндра 25 сообщается посредством регулятора давления 29 с баллоном сжатого газа 31, поршень со штоком 26 перемещается вправо, обеспечивая посредством ветвей 18 и 19 замкнутого зубчатого ремня и зубчатых шкивов 20 и 21 сведение, т.е. встречное перемещение, кареток 14 и 15, а, следовательно, и натяжение лент 6 и 7 бандажа.
Создаваемая лентами распределенная нагрузка на грудь q вызывает увеличение силы F, начало изменения которой, фиксируемое датчиком давления 34, подтверждает окончание процесса натяжения лент, а соответствующее этому новое значение силы F заносится в память блока управления, куда также автоматически заносится величина перемещения кареток с лентами, получаемая с помощью датчика 27, относительно которой будет задаваться величина перемещения кареток с лентами в процессе реализации режима реанимации.
На третьем этапе реализуется автоматический режим реанимации, параметры которого обеспечиваются программой, учитывающей текущие показания датчиков, установленную рабочую длину лент, а также оптимальные параметры компрессии и декомпрессии, полученные экспериментальным путем. Устанавливается максимальная частота циклического воздействия на грудную клетку, например, 100 циклов в минуту, которая обеспечивается частотой переключения пневмораспределителя, которая после возобновления сердечной деятельности уменьшается до установленного значения.
Переключение пневмораспределителя в крайнее правое положение обеспечивает перемещение поршня со штоком пневмоцилиндра вправо, т.е. режим компрессии, вызывающий упругое сжатие ребер грудной клетки (выдох), а в левое - режим декомпрессии, обеспечивающий упругое распрямление ребер грудной клетки (вдох).
В режиме компрессии происходит прогиб грудины (от 30,0 до 50,0 мм), величина которого зависит от величины перемещения лент, контролируемой датчиком линейных перемещений 27, т.е. заданное программой перемещение кареток с лентами автоматически обеспечивает допустимую величину прогиба грудины с учетом длины окружности груди, определенной в процессе автоматической подтяжки лент и сохраненной в памяти контроллера блока управления.