СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ НЕОБХОДИМОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ АНЕСТЕТИКОВ В ИСПАРИТЕЛЯХ НАРКОЗНЫХ АППАРАТОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ НИЗКОПОТОЧНОЙ АНЕСТЕЗИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF FORMING REQUIRED CONCENTRATION OF ANAESTHETICS IN EVAPORATORS OF ANAESTHETIC APPARATUSES IN CARRYING OUT LOW-FLOW ANAESTHESIA AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Настоящее изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для создания наркозно-дыхательной аппаратуры.
Известны способы формирования необходимой концентрации анестетиков в испарителях наркозных аппаратов, например «Способ дозирования анестетиков и устройство для его реализации» по патенту RU 2332242 С2, МПК А61М 16/01, с приоритетом от 23.03.2006. Сущность данного способа заключается в разделении потока газа-носителя на два потока и направления их по двум линиям, первый из которых идет на смешение со вторым разделенным потоком, идущим по второй линии и проходящим через испаритель, с подачей этого потока под слой анестетика, его насыщения парами анестетика практически до максимально возможного при конкретной температуре значения, а затем - объединения этих двух потоков и их смешение перед подачей потребителю. Изменение концентрации при этом способе осуществляют изменением соотношения интервалов времени открытия и/или закрытия первой и второй линии.
Недостатком данного способа является нестабильная точность обеспечения задаваемой концентрации анестетика, поскольку она в значительной степени зависит от многих внешних изменяющихся параметров (температуры анестетика и окружающей среды, уровня анестетика в испарительной камере и т.п.).
Известно также устройство для образования анестетических смесей - испаритель жидких анестетиков по японской заявке от 16.10.2009 № JP 20090239107, содержащий емкость для жидкого анестетика, смесительно-испарительную камеру, командно-управляющий блок, в котором, согласно данному изобретению, жидкий анестетик подается в смесительно-испарительную камеру непрерывно, посредством роликового насоса.
Недостатком данного устройства является техническая сложность обеспечения подачи требуемого количества (особенно минимального) анестетика с учетом необходимости обеспечения очень широкого диапазона его изменения, который изменяется при различных режимах анестезии более чем в 200 раз.
Известен также «Способ образования анестезиологической смеси и устройство для его осуществления» по патенту RU 2445985 С2 с приоритетом от 11.01.2010, МПК А61М 16/00, сущность которого заключается в непрерывной подаче жидкого анестетика в газовый поток во время фазы вдоха дыхательного цикла, а устройство для реализации этого способа, содержащее смесительно-испарительную камеру, емкость для жидкого анестетика, командно-управляющий блок, реализуется согласно данному изобретению посредством реверсивного насоса с электроприводом, управляемым  командным блоком, сравнивающим измеренное и задаваемое значения концентрации анестетика - прототип.
Недостатком данного способа и устройства для дозирования анестетика является повышенная сложность в обеспечении необходимой точности дозирования анестетика при очень низких расходах жидкого анестетика, требуемых при проведении низкопоточной анестезии (поскольку подача жидкого компонента происходит непрерывно, и, как следствие, требуемая объемная скорость подачи анестетика получается чрезмерно маленькой, что резко усложняет техническую возможность обеспечения при этом требуемой точности концентрации паров анестетика, обеспечиваемой при помощи достаточно инерционного насоса с электроприводом).
Целью настоящего изобретения является повышение точности дозирования паров жидких анестетиков в широком диапазоне изменений их концентраций и потоков газа-носителя, а также упрощение конструкции испарителя и повышения надежности его функционирования.
Указанная цель достигается тем, что в известном способе формирования необходимой концентрации анестетиков в испарителях наркозных аппаратов при проведении низкопоточной анестезии, основанном на инжекции жидкого анестетика дозатором анестетиков непосредственно в дыхательный газовый поток, согласно изобретению инжекцию анестетика осуществляют дискретно разовыми дозами, при этом объем дискретной дозы инжекции задают по соотношению:
p
V - объем дискретной разовой дозы жидкого анестетика, подаваемой при каждой инжекции;
a
Q - расчетный общий поток инжектируемого за единицу времени жидкого анестетика, требуемый для обеспечения заданной концентрации паров анестетика в дыхательной смеси, рассчитанный на основе термодинамических законов испарения жидкости;
max
F - технически максимально достижимая дозатором анестетиков частота дискретных доз инжекций в единицу времени.
Кроме того, указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для формирования необходимой концентрации жидких анестетиков в наркозных аппаратах при проведении низкопоточной анестезии, содержащем смесительно-испарительную камеру, емкость для жидкого анестетика, микрокомпрессор наддува воздуха в указанную емкость, датчик контроля давления в емкости для жидкого анестетика, командно-управляющий электронный блок, согласно изобретению емкость для жидкого анестетика соединена гидравлической магистралью со смесительно-испарительной камерой посредством запорно-пропускного клапана и жиклера, причем указанный запорно-пропускной клапан электрически связан с командно-управляющим электронным блоком.
Предложенный способ и устройство для его реализации могут быть реализованы по схеме, изображенной на прилагаемой фигуре, где:
1. Емкость для жидкого анестетика
2. Микрокомпрессор
3. Датчик давления
4. Магистраль подвода анестетика
5. Смесительно-испарительная камера
6. Запорно-пропускной клапан
7. Жиклер
8. Датчик объемной скорости дыхательного газа
9. Дыхательный накопительный мешок
10. Генератор потока дыхательной смеси
11. Пациент
12. Запорно-пропускной клапан выдоха
13. Клапан частичного сброса отработанной дыхательной смеси
14. Командно-управляющий электронный блок.
Емкость для жидкого анестетика 1 представляет собой герметичный сосуд, верхняя (надпрепаратная) часть которого соединена пневматической магистралью с электроуправляемым по производительности микрокомпрессором 2, а также с электронным датчиком давления 3.
Нижняя часть емкости для жидкого анестетика 1 соединена магистралью подвода анестетика 4 со смесительно-испарительной камерой 5, причем в магистрали подвода анестетика 4 между емкостью для жидкого анестетика 1 и смесительно-испарительной камерой 5 установлен быстродействующий запорно-пропускной клапан 6, и, кроме того, в магистрали подвода анестетика 4 установлен также жиклер 7.
В качестве запорно-пропускного клапана 6 может использоваться, например, электромагнитный клапан, производимый фирмой «Burkert» (Германия), быстродействие которого составляет примерно 900 срабатываний в минуту.
Жиклер 7 имеет проходное отверстие малого диаметра, например, 0,2 мм.
В смесительно-испарительную камеру 5 подается дыхательный газ (например, кислородовоздушная смесь), проходящий посредством электронного датчика объемной скорости дыхательного газа 8.
Выход из смесительно-испарительной камеры 5 соединен с дыхательным накопительным мешком 9 (представляющим собой стандартный складывающийся резиновый резервный мешок для наркозно-дыхательных аппаратов емкостью, например, 3 л, обеспечивающим накопление газов без заметного повышения давления в его полости) и с входом генератора потока дыхательной смеси 10.
Выход генератора потока дыхательной смеси 10 соединен с пациентом 11 и далее - через электромагнитный запорно-пропускной клапан выдоха 12 - закольцовывается с дыхательным накопительным мешком 9 (при закрытом дыхательном контуре искусственной вентиляции легких), а также - с клапаном частичного сброса отработанной дыхательной смеси 13 (при полузакрытом контуре искусственной вентиляции легких).
Все электронно-управляемые элементы (микрокомпрессор 2; датчик давления 3; запорно-пропускной клапан 5; датчик объемной скорости дыхательного газа 8; генератор потока дыхательной смеси 10; запорно-пропускной клапан выдоха 12) соединены электрической связью с командно-управляющим электронным блоком 14, обеспечивающим преобразование сигналов от датчиков в различные дискретные пороговые сигналы и обеспечивающим математическую обработку этих сигналов по заданному алгоритму.
Функционирование устройства по предлагаемому способу происходит следующим образом:
В верхнюю полость емкости для жидкого анестетика 1 посредством микрокомпрессора 2 подается определенное давление воздуха, которое с помощью датчика давления 3 и командно-управляющего электронного блока 14 (воздействующего на микрокомпрессор 2) поддерживается на определенном уровне (например, 100 см вод.ст.). Под действием этого давления жидкий анестетик через жиклер 7 попадает в смесительно-испарительную камеру 5, но только в тот период, когда запорно-пропускной клапан 6 по команде командно-управляющего электронного блока 14 открыт. В этот период объем жидкого анестетика, прошедшего через жиклер 7 в смесительно-испарительную камеру 5 за 1 минуту, определяется, исходя из известного гидродинамического соотношения:
a
V - объем прошедшего через жиклер 7 жидкого анестетика в единицу времени, мл/мин;
μ - коэффициент ламинарности (в данном случае он близок к 1);
-2
2
F - площадь проходного сечения жиклера (в нашем примере, когда d жиклера=0,2 мм, имеем F=3,14·10 см);
2
g - ускорение свободного падения (980 см/сек);
3
γ - удельный вес анестетика (для анестетика «севофлюран» он равен 1,517 г/см);
2
Ρ - давление, при котором происходит истечение жидкости (в нашем примере мы определились Р=100 г/см).
a
Подставив вышеупомянутые значения в соотношение (2), мы получим V~5,66 мл/мин (3) - при постоянно открытом запорно-пропускном клапане 6.
Исходя из известных термодинамических законов испарения жидкостей (согласно которых при испарении одной грамм-молекулы жидкости «М» при нормальной температуре и давлении образуется 24 л газа, так называемое «число Авогадро»), можно легко вывести соотношение, из которого определяется объем жидкого анестетика в единицу времени, необходимый для создания требуемой его концентрации в заданном газовом потоке:
тp
V - требуемый объем жидкого анестетика в единицу времени, мл/мин;
Μ - величина грамм-молекулы жидкого анестетика (для севофлюрана М=200,05 г);
А - «число Авогадро» (24 л);
г
V - объемная скорость подаваемого газового потока, л/мин;
3
γ - удельный вес анестетика (для севофлюранау = 1,517 г/см);
k - требуемая концентрация анестетика, в частях.
Подставив значения конкретных величин, например, для севофлюрана, мы получим соотношение:
Максимальный и минимальный объем жидкого анестетика в единицу времени (например, за 1 минуту), требуемый при проведении практической анестезии, определяем из следующих соображений:
тp max
г max
max
тр max
Максимально требуемый объем анестетика V, подаваемый в 1 минуту, происходит при реально используемом максимальной объемной скорости газового потока V≈10 л/мин, и реальной максимальной концентрации анестетика (например, для севофлюрана, k≈0,08 (8%). Подставив эти значения в соотношение (5), получаем V≈4,69 мл/мин.
Поскольку эта величина (4,69 мл) максимального требуемого (для практической анестезии) объема севофлюрана, инжектируемого в поток газа в течение 1 минуты, меньше, чем объем анестетика, который возможно (в нашем примере) пропустить через жиклер 7 в течение 1 минуты (что согласно вышеприведенному результату (3) составляет 5,66 мл), то, соответственно, запорно-пропускной клапан 6 необходимо будет открывать каждую минуту не на полную минуту (60 сек), а на время, равное отношению , т.е. на 50 сек, или, что одно и то же - открывать запорно-пропускной клапан 6 50 раз в минуту длительностью по 0,83 сек.
г min
г min
min
тp min
Минимально требуемый объем анестетика V, подаваемого в 1 минуту (например, севофлюрана), определяем, исходя из значений V≈0,5 л/мин и k≈0,008 (0,8%), получается: V≈0,0234 мл/мин.
Соответственно, запорно-пропускной клапан 6 необходимо будет открывать каждую минуту на период, равный отношению т.е. ≈0,24 сек (или, например, 10 раз по 0,024 сек, что для современных быстродействующих клапанов вполне технически достижимо).
Материалы, применяемые в предлагаемом устройстве, общеизвестные: емкости и магистрали выполнены из нержавеющей стали, отверстие малого диаметра в жиклере технологически может быть выполнено либо сверлением, либо лазерным прожигом.
По данной схеме изготовлен опытный образец наркозно-дыхательного аппарата, который прошел предварительные испытания с положительным результатом.
Предлагаемый способ формирования необходимой концентрации анестетиков в испарителях наркозных аппаратов при проведении низкопоточной анестезии и устройство для осуществления этого способа позволит повысить точность и расширить диапазон регулирования концентрации паров жидких анестетиков в дыхательных газовых смесях, упростить конструкцию устройств испарителей жидких анестетиков, повысить их надежность, упростить возможность автоматического управления процессом формирования требуемой концентрации паров жидких анестетиков в дыхательной смеси.