Универсальный модуль дозирования газов

Полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована для подачи дыхательной смеси пациенту в процессе проведения физиотерапевтических и лечебных мероприятий с использованием дыхательных газовых смесей, кислорода или иных медицинских газов. Универсальный модуль дозирования газов может использоваться в составе ингаляционного оборудования, применяемого в хирургии - при проведении общей анестезии и для обезболивания болезненных манипуляций, стоматологии - для седации пациентов, неврологии - для купирования болевых синдромов и лечении хронической боли, пульмонологии - для лечения пациентов с дыхательной недостаточностью и иными заболеваниями бронхо-легочной системы, комбустиологии - с целью обезболивания при обработке ожоговых поверхностей, психиатрии - при коррекции невротических состояний, в спортивной медицине, а также при иных профилактических, лечебных, реабилитационных мероприятиях, подразумевающих подачу пациенту специальных газовых смесей.
Универсальный модуль дозирования газов может использоваться в составе ингаляционного оборудования, применяемого в рамках как лечебных, лечебно-профилактических и санаторно-курортных учреждений, так и в военно-полевых условиях, и на транспорте службы скорой медицинской помощи и медицине катастроф.
В последнее десятилетие значительно вырос интерес к применению инертных газов в лечебных целях. Говоря о достоинствах инертных газов как медицинских препаратов, следует отметить, что они не только лишены токсического, тератогенного, мутагенного, канцерогенного, аллергогенного и эмбриотоксического действия, но также являются экологически чистыми и безопасными продуктами, не представляющими угрозы ни для пациента, ни для медицинского персонала.
Гелий-кислородные газовые смеси применяются в медицинской практике с 193 Ох годов для лечения пациентов с дыхательной недостаточностью, благодаря уникальным физическим свойствам этого инертного газа - низкой плотности и вязкости, которые позволяют создать ламинарный поток газовой смеси в дыхательных путях пациента, уменьшая тем самым нагрузку на дыхательный центр. Известно использование кислородно-гелиевой смеси для предотвращения развития декомпрессионной болезни [Hyldegaard О, Madsen J. Effect of hypobaric air, oxygen, heliox (50:50), or heliox (80:20) breathing on air bubbles in adipose tissue. J Appl Physiol Bethesda Md 1985. 2007 Sep; 103(3):757-62.], лечения пациентов с обструкцией дыхательных путей [Smith SW, Biros М. Relief of imminent respiratory failure from upper airway obstruction by use of helium-oxygen: a case series and brief review. Acad Emerg Med. 1999; 6(9): p. 953-956.], в комплексной терапии пневмоний [Красновский А.Л, Григорьев С.П, Золкина И.В., Алехин А.И. Ингаляции подогреваемой кислородно-гелиевой смеси в комплексном лечении больных внебольничной пневмонией. Российский медицинский журнал. 2013; (1): р. 10-14], коррекции состояний пациентов в послеоперационном периоде [Yahagi N, Kumon K, Haruna М, Watanabe Y, Matsui J. Helium/oxygen breathing improves hypoxemia after cardiac surgery. Artif Organs.; 21(1): p. 24-27] и др.
Ксенон применяется в медицине в качестве средства для ингаляционной анестезии и обезболивания в России с 1999 года. За более, чем 20 лет клинического опыта были опубликованы сотни научных работ, в том числе целый ряд методических рекомендаций по применению ксенона при лечении болевых синдромов [Применение медицинского ксенона при лечении острых и хронических болевых синдромов: методические рекомендации / Крюков Е.В. и др. - М.: ФГКУ «ГВКГ им. академика Н.Н. Бурденко» Минобороны РФ, 2015. - 36 с], пограничных психических расстройств [Применение медицинского ксенона при лечении связанных со стрессом психических расстройств невротического уровня: методические рекомендации / Бубеев Ю.А. и др. - М.: ФГБУ УНМЦ УДП РФ, 2014, - 36 с.], абстинентных состояний в наркологии [Применение медицинского ксенона в терапии опийного абстинентного синдрома: методические рекомендации / Уткин С.И. и др. - М.: НИЦ Наркологии, 2014. - 32 с.], для премедикации в стоматологии [Применение медицинского ксенона при комбинированном обезболивании и седации в амбулаторной стоматологической практике: методические рекомендации / Шугайлов И.А. и др. - М.: ГБОУ ВПО МГМСУ МЗ РФ, 2015. - 40 с.], а также при проведении общей анестезии при хирургических вмешательствах [Комбинированная анестезия ксеноном у детей: методические рекомендации / Багаев В.Г. и др. - М.: НИИ НДХиТ, 2015. - 34 с.].
По данным направлениям известен целый ряд российских и международных патентов, описывающих способы применения инертных газов при лечении различных заболеваний: Патент РФ №2524765 о применении ксенона с целью профилактики и лечения невротических стресс-индуцированных расстройств, патент РФ №2695350 о лечении болевых синдромов. Кроме того, ведутся поисковые исследования по применению и других инертных газов в медицине. Например, в патенте Франции FR 2960779 предлагается использование криптона и криптон содержащих смесей для лечения почечной и печеночной недостаточности, а в патенте FR 2964036 предлагается использование криптоноксеноновых смесей для защиты сосудов мозга.
Все это свидетельствует о крайней важности задачи по разработке современной ингаляционной аппаратуры для доставки пациентам инертных газов и дыхательных смесей на их основе.
Из существующего уровня техники известно устройство для лечения стресса [патент РФ 2524765], содержащее источники газов, устройство регуляции подачи газов, закрытый дыхательный контур для проведения ингаляций газовой смесью, включающий дыхательную маску, блок смешения газов, соединенный с устройством регуляции подачи газов, содержащий дополнительный блок смешения газов, соединенный с устройством регуляции подачи газов, а также устройство переключения указанных блоков смешения газов, соединенное с дыхательной маской и взаимосвязанное с каждым блоком смешения газов с возможностью образования в процессе ингаляции двух закрытых дыхательных контуров. Первый закрытый дыхательный контур предназначен для ингаляций гелий-кислородной смесью. Второй закрытый дыхательный контур предназначен для ингаляций гелий-ксенон-кислородной смесью до наступления признаков воздействия газов на втором этапе ингаляции.
Существенным недостатком данного устройства является наличие двух блоков смешения газов и двух закрытых дыхательных контуров, что приводит к усложнению конструкции устройства и, как следствие, условий эксплуатации. Кроме того, подобное устройство не может быть унифицировано для использования различных инертных газов, т.к. требует создание специальных блоков смешения для каждого нового газа.
Известен способ формирования дыхательной газовой смеси и аппарат для его осуществления [патент РФ 2072241]. Предлагаемый аппарат включает устройство для получения газовой смеси с источником сжатого газа, соединенным трубопроводами через регуляторы состава и расхода газовой смеси, дыхательный мешок, клапан вдоха и выдоха с маской, кислородный газоанализатор и блок управления. Устройство для получения газовой смеси выполнено в виде емкостей со сжатым кислородом и по меньшей мере с одним из следующих газов: гелием и/или аргоном, и/или неоном, и/или криптоном, и/или ксеноном, и/или радоном, и/или азотом, и/или закисью азота, и/или шестифтористой серой, или их смесью, соединенных с дыхательным мешком посредством трубопроводов с запорной арматурой. Емкость со сжатым кислородом снабжена клапаном, регулируемым блоком управления, а аппарат снабжен циркуляционным контуром, образованным соединенными трубопроводами, дыхательным мешком, побудителем расхода, регулятором температуры и, по меньшей мере, одним поглотителем углекислого газа, влаги и вредных микропримесей. Циркуляционный контур связан с кислородным газоанализатором и дополнительно снабжен газоанализатором углекислого газа и измерителем температуры, образующими вместе с кислородным анализатором измерительный блок, электрически соединенный с блоком управления. Маска посредством трубопроводов с клапанами подключена к циркуляционному контуру.
Такой аппарат многофункционален и обладает определенной степенью универсальности. Для получения дыхательной смеси в данном решении используются емкости со сжатыми газами, из которых через систему редуцирования и клапаны, контролируемые блоком управления, газы подаются в дыхательный мешок, где происходит их смешение. Однако в такой схеме, в связи с отсутствием расходомера, отсутствует возможность контроля расхода газов, таким образом остается не ясным состав получаемой газовой смеси в дыхательном мешке. Наличие в дыхательном контуре только датчика кислорода не позволяет контролировать содержание второго газа или смеси газов, так как в дыхательной газовой смеси всегда присутствует азот, выводящийся из легких и тканей пациента.
Наиболее близким по сути и достигаемому результату является блок дозирования газов, патент РФ 182740, размещенный в одном корпусе, внутри которого на передней стороне установлен пневматический блок, к которому прикреплен регулятор потока газа, датчик давления дыхательной смеси, расходомер. Внутри корпуса расположены соединенные между собой высокочастотным проводным интерфейсом компьютер и контроллер управления, причем контроллер управления подключен с возможностью сбора информации от датчика давления второго газа, датчика давления дыхательной смеси, датчика давления кислорода, датчика концентрации газа и расходомера и подачи управляющих команд на электромагнитные клапаны, регулятор потока и внешний электромеханический клапан; на задней стороне корпуса внутри установлен вентилятор охлаждения, а снаружи - вход питания для подключения питания блока дозирования газа кнопка питания, выход HDMI для подключения монитора, выход для подключения источника бесперебойного питания, выход для подключения питания монитора и выход для подключения картридера; на передней стороне корпуса расположены выход для подключения электромеханического клапана, выход для подключения датчика концентрации газа.
Указанный блок обладает возможностью работы с двумя газами, кислородом и вторым - инертным газом. Кроме того, аппарат обладает возможностью анализа содержания кислорода и второго инертного газа - ксенона, криптона, или аргона. Предложенный блок дозирования газов обладает низкой ремонтопригодностью из-за расположения всех элементов блока в одном корпусе.
Целью настоящей полезной модели является создание универсального устройства для дозированной подачи газов, интегрируемого в составе ингаляционного оборудования. Устройство обладает модульной конструкцией и обеспечивает возможность работы с индивидуальными газами.
Техническим результатом настоящей полезной модели является:
создание универсального модуля дозированной подачи газов, который может быть использован в ингаляционной аппаратуре различного типа, использующей в качестве доставляемой пациенту рабочей среды отдельные газы;
повышение надежности и ремонтопригодности ингаляционной аппаратуры благодаря модульной конструкции устройства;
повышение надежности аппаратуры за счет использования фильтров механических примесей, расположенных на входе подаваемых в Устройство газов.
Для достижения технического результата в настоящей полезной модели используется:
1. Универсальный модуль дозирования газов, содержащий пневматический блок, выполненный с возможностью подключения связанных между собой компьютера и контроллера управления, отличающийся тем, что пневматический блок, выполнен в виде двух пневматических модулей, каждый из которых представляет собой газовую магистраль, содержащую последовательно соединенные фильтр механических примесей газа, датчик давления входного газа, запорный электромагнитный клапан, расходомер, прецизионный редуктор давления, на выходе пневматического блока установлен прецизионный датчик давления газа, а элементы пневматического блока выполнены с возможностью получения управляющих команд контроллера управления, содержащего вход электропитания, вход для управления питанием, выход для подключения монитора, выход подключения аккумулятора и выход для подключения носителя информации и имеющего возможность сбора информации и подачи управляющих команд.
2. Универсальный модуль дозирования газов по п. 1, отличающийся тем, что элементы пневматического модуля размещены на пневмоплите.
Суть полезной модели иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Универсальный модуль дозирования газов содержит пневматический блок, содержащий два пневматических модуля, выполненный с возможностью подключения связанных между собой компьютера и контроллера управления.
Контроллер управления содержит вход электропитания, вход для управления питанием, выход подключения монитора, выход подключения аккумуляторов, выход для подключения носителя информации, входы для сбора информации с элементов пневматического модуля - датчика давления газа (2) на входе в пневматический модуль, расходомера (4), а также прецизионного датчика давления (6) газовой смеси на выходе из пневматического модуля в дыхательный контур, и возможностью подачи управляющих команд на элементы пневматического модуля запорный электромагнитный клапан (3), прецизионный редуктор давления (5).
Каждый пневматический модуль выполнен в виде газовой линии, содержащей соединенные последовательно фильтр механических примесей газа (1), датчик давления газа на входе в пневматический модуль (2), запорный электромагнитный клапан (3), расходомер (4), прецизионный редуктор давления (5). За пневматическими модулями располагается прецизионный датчик давления (6) газовой смеси на выходе из пневматического блока в дыхательный контур, фиг. 1.
Дыхательный аппарат, использующий модуль дозирования газов, может работать в режиме как открытого, так и закрытого дыхательного контура. Для обеспечения работы дыхательного контура аппарата, в режиме закрытого контура, к контроллеру универсального модуля дозирования газов дополнительно подключаются датчики концентрации кислорода и второго газа (7) и внешний электромеханический клапан (8), фиг. 1.
Универсальный модуль дозирования газов при использовании в качестве рабочей среды чистых газов, как правило, кислорода и второго газа работает следующим образом.
Управление универсальным модулем дозирования газов может осуществляться через специальные системы ввода данных, например, через сенсорный экран. Как правило, пользователем ингаляционной техники устанавливаются требуемые параметры дыхательной смеси, времени ингаляции и запускается команда начала ингаляции. Команды, в соответствии с программой ингаляции подаются компьютером на контроллер, который управляет элементами пневматических модулей, при этом программа корректирует параметры подачи газов на основе показаний датчиков кислорода и второго газа (7), датчика давления газовой смеси и расходомеров пневматических модулей (4).
При подаче на управляющий компьютер команды “начать ингаляцию”, контроллер открывает запорный электромагнитный клапан (2) либо первого, либо второго пневматического модуля, в зависимости от концентрации газов в дыхательном контуре. При этом соответствующий газ из сосуда под давлением, через систему редуцирования до 4…6 атм подается на вход в соответствующий пневматический модуль, проходит через фильтр механических примесей газа, и запорный электромагнитный клапан (3), расходомер (4), регистрирующий количество израсходованного газа, и подается на прецизионный редуктор давления (5), поддерживающий заданное, близкое к атмосферному давление в дыхательном контуре. При регистрации прецизионным датчиком давления газовой смеси (6) избыточного давления, контроллер подает команду на открытие внешнего электромеханического клапана (8) сброса в атмосферу избыточного давления газов.
При понижении концентрации кислорода в дыхательном контуре ниже заданного, как правило 19%, что регистрируется датчиком давления кислорода (7), контроллер подает команду на запорный клапан (2) пневматического модуля, используемого для подачи кислорода.
Пример 2.
Отличается от примера 1 тем, что в универсальном модуле дозированной подачи газов используется три пневматических модуля, а в датчик концентрации (7) добавлен модуль контроля третьего газа. Таким образом, в дыхательный контур подается кислород и два других газа.
Пример 3.
Отличается от примеров 1 и 2 тем, что пневматические модули универсального модуля дозированной подачи газов выполнены на пневматической плите.
Управление универсальным модулем дозирования газов может осуществляться через специальные системы ввода данных, например, через сенсорный экран. Как правило, пользователем ингаляционной техники устанавливаются требуемые параметры дыхательной смеси, времени ингаляции и запускается команда начала ингаляции. Команды, в соответствии с программой ингаляции подаются компьютером на контроллер, который управляет элементами пневматических модулей, при этом программа корректирует параметры подачи газов на основе показаний датчиков кислорода и второго газа (7), датчика давления газовой смеси и расходомеров пневматических модулей (4).
При подаче на управляющий компьютер команды "начать ингаляцию", контроллер открывает запорный электромагнитный клапан (2) либо первого, либо второго пневматического модуля, в зависимости от концентрации газов в дыхательном контуре. При этом соответствующий газ из сосуда под давлением, через систему редуцирования до 4…6 атм подается на вход в соответствующий пневматический модуль, проходит через фильтр механических примесей газа, и запорный электромагнитный клапан (3), расходомер (4), регистрирующий количество израсходованного газа, и подается на прецизионный редуктор давления (5), поддерживающий заданное, близкое к атмосферному давление в дыхательном контуре. При регистрации прецизионным датчиком давления газовой смеси (6) избыточного давления, контроллер подает команду на открытие внешнего электромеханического клапана (8) сброса в атмосферу избыточного давления газов.
При понижении концентрации кислорода в дыхательном контуре ниже заданного, как правило 19%, что регистрируется датчиком давления кислорода (7), контроллер подает команду на запорный клапан (2) пневматического модуля, используемого для подачи кислорода.
Пример 3.
Отличается от примера 2 тем, что в универсальном модуле дозированной подачи газов используется три пневматических модуля, а в датчик концентрации (7) добавлен модуль контроля третьего газа. Таким образом, в дыхательный контур подается кислород и два других газа.
Пример 4.
Отличается от примеров 1, 2 и 3 тем, что пневматические модули универсального модуля дозированной подачи газов выполнены на пневматической плите.