ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ПОТОКА ДЛЯ АППАРАТА ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ
PNEUMATIC FLOW GENERATOR FOR LUNG VENTILATOR

Предлагаемое изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для аппаратов искусственной вентиляции легких.
Известны способ и устройство для искусственной вентиляции легких («Method for gas blending in a respiratory device» патент GB 2461525 (A), дата подачи 01.07.2008 г., опубликованный 06.01.2010 г.), содержащее смесительную камеру, предназначенную для смешения воздуха и кислорода в заданных пропорциях, причем давление внутри смесительной камеры и пропорции газов предопределяются положением мембранных клапанов камеры.
К недостаткам этого устройства следует отнести высокую погрешность регулирования состава дыхательной смеси, вызванную взаимосвязью мембранных клапанов, не позволяющей обеспечить точное процентное содержание пропорций газов в дыхательной смеси.
Кроме того, известен пневматический генератор потока Evita XL производства Draeger Medical AG & C0, KG, Lubeck, Germany, содержащий два пневматических канала: канал воздуха и канал кислорода, каждый из которых укомплектован последовательно соединенными односторонним клапаном, датчиком давления и клапаном, регулирующим концентрацию кислорода. На выходе каналы объединены в общий канал, предназначенный для подачи дыхательной смеси через ограничитель пациенту.
Недостатком устройства является низкая надежность и повышенная погрешность регулирования необходимого процентного содержания кислорода в дыхательной смеси из-за большого количества взаимосвязанных переключающих и регулирующих элементов.
Наиболее близким к заявляемому изобретению известным устройством, принятым за прототип, является пневматический генератор потока для аппарата искусственной вентиляции легких Engstrom Carestation (фирмы GE Healthcare General Electric, Technical Reference Manual, English 1505-1018-000, 11 12 ZAA 03 01 19, Printed in USA). Данный генератор содержит датчик расхода дыхательной смеси, блок управления и два пневматических канала: канал воздуха и канал кислорода, каждый из которых содержит редуктор давления газа, датчик расхода газа с управляющим выходом и регулируемый клапан с управляющим входом, причем выход каждого из регулируемых клапанов подключен к выходному каналу генератора, подсоединенному ко входу датчика расхода дыхательной смеси, снабженного управляющим выходом, при этом блок управления, содержит три входа, один из которых подключен к управляющему выходу датчика расхода дыхательной смеси, а каждый из двух других соединен с управляющим выходом одного из датчиков расхода газа, и два выхода, каждый из которых подключен к управляющему входу одного из регулируемых клапанов.
Недостатками этого устройства являются высокая погрешность регулирования состава дыхательной смеси при максимальных расходах газов, а также недостаточная надежность при выходе из строя элементов пневмоканала.
Задачами предлагаемого изобретения и его техническим результатом является повышение точности регулирования состава дыхательной смеси во всем диапазоне расходов газов, а так же увеличение надежности генератора и обеспечение его эксплуатации даже при выходе из строя хотя бы одного из элементов пневмоканала.
Задача повышения точности в предлагаемом изобретении обеспечивается за счет ограничения расхода газа по каждому из пневмоканалов путем перепуска избыточного расхода газа из пневмоканала в добавочно введенный дополнительный канал, содержащий датчик расхода газа.
Введенное ограничение позволяет использовать в предложенном генераторе низкорасходные датчики расхода газа с верхним пределом измерения, составляющим не более 70% от верхнего предела измерения высокорасходных датчиков прототипа. Использование низкорасходных датчиков вместо высокорасходных позволяет снизить погрешность измерения расхода газа, приведенную к верхнему пределу измерения, на 30-35% по отношению к погрешности известного генератора.
Помимо этого, использование трех датчиков расхода газа вместо двух известных позволяет уменьшить случайную составляющую погрешности измерения расхода газа на 5-7%.
Таким образом, суммарная погрешность измерения расхода газа, определяющая точность регулирования состава дыхательной смеси, в предлагаемом генераторе снижается не менее, чем на 40% по отношению к погрешности прототипа.
Задача повышения надежности в предлагаемом изобретении обеспечивается за счет возможности использования дополнительно введенного универсального канала взамен любого из пневмоканалов при его отказе.
Такое использование позволяет продолжать эксплуатацию предлагаемого генератора даже при выходе из строя элементов одного из пневмоканалов.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что пневматический генератор потока для аппарата искусственной вентиляции легких, в состав которого входят блок управления, датчик расхода дыхательной смеси и пневмоканалы воздуха и кислорода, каждый из которых содержит последовательно соединенные между собой редуктор давления газа, датчик расхода газа, имеющий управляющий выход, и регулируемый клапан, имеющий управляющий вход, причем выход каждого из регулируемых клапанов подсоединен к выходному каналу генератора, подключенному ко входу датчика расхода дыхательной смеси, снабженному управляющим выходом, при этом блок управления содержит три входа, один из которых подключен к управляющему выходу датчика расхода дыхательной смеси, а каждый из двух других - к управляющему выходу одного из датчиков расхода газа, и два выхода, каждый из которых подсоединен к управляющему входу одного из регулируемых клапанов, дополнен новыми элементами и взаимосвязями. Согласно изобретению, в состав известного генератора добавочно введен дополнительный канал, содержащий последовательно соединенные между собой пневматический переключатель с управляющим входом, датчик расхода газа дополнительного канала с управляющим выходом и регулируемый клапан дополнительного канала, снабженный управляющим входом, причем вход датчика расхода газа дополнительного канала подключен к выходу пневматического переключателя, каждый из двух входов которого соединен с выходом одного из редукторов давления газа, при этом выход регулируемого клапана дополнительного канала подключен к выходному каналу генератора. Кроме того, блок управления дополнен двумя выходами, один из которых соединен с управляющим входом пневматического переключателя, а другой - с управляющим входом регулируемого клапана дополнительного канала, и одним входом, подключенным к управляющему выходу датчика расхода газа дополнительного канала.
На фиг. 1 представлена блочная схема предлагаемого генератора, а на фиг. 2 - графики зависимости максимального расхода дыхательной смеси от концентрации кислорода для прототипа и предлагаемого генератора.
max1
max2
Генератор содержит два пневматических канала: канал 1 воздуха В и канал 2 кислорода К, каждый из которых укомплектован последовательно соединенными между собой редуктором давления газа 3, датчиком расхода газа 4, и регулируемым клапаном 5. Каждый из датчиков расхода газа 4 имеет, помимо входа и выхода, управляющий выход, а каждый из регулируемых клапанов 5, помимо входа и выхода - управляющий вход. Выход каждого из регулируемых клапанов 5 подсоединен к выходному каналу 6, подключенному к датчику расхода дыхательной смеси 7, имеющему, помимо входа и выхода, также и управляющий выход, причем выход этого датчика предназначен для подачи дыхательной смеси пациенту. Помимо пневматических каналов, в состав генератора входит универсальный канал 9, предназначенный для подачи любого из газов В/К, содержащий последовательно соединенные между собой пневматический переключатель 10, расхода газа дополнительного канала 11 и регулируемый клапан дополнительного канала 12. Датчик расхода газа дополнительного канала 11 имеет вход, выход и управляющий выход, а регулирующий клапан дополнительного канала 12 - вход, выход и управляющий вход. Пневматический переключатель 10 содержит выход и два входа, каждый из которых подключен к выходу одного из редукторов давления газа 3. Вход датчика расхода газа дополнительного канала 11 подключен к выходу пневматического переключателя 10, а выход регулируемого клапана дополнительного канала 12 соединен с общим выходным каналом 6 генератора. В состав генератора также входит блок управления 8, в память которого введены данные о предельно допустимых значениях расхода Q по каналу воздуха и Q по каналу кислорода, составляющих 60-70% от максимально возможного значения расхода газа в каждом из этих каналов. Блок управления 8 содержит четыре входа, каждый из которых соединен с управляющим выходом одного из датчиков расхода газа 4, 11, 7, и четыре выхода, один из которых подключен к управляющему входу пневматического переключателя 10, а каждый из трех остальных выходов соединен с управляющим входом одного из регулируемых клапанов 5, 12. Кроме того, блок управления 8 содержит также информационный вход «ввод данных».
Предлагаемый генератор работает следующим образом.
1
2
1
2
max1
max2
При подготовке к работе в блок управления 8 вручную или по информационному входу «ввод данных» вводится информация о значениях расхода газа по пневмоканалам: о заданных значениях расхода Q воздуха по каналу 1 и расхода Q кислорода по каналу 2, необходимых для получения дыхательной смеси заданного состава, о заданном значении расхода Q дыхательной смеси, где Q=Q+Q, а так же о максимально допустимых значениях расхода Q воздуха по каналу 1 и расхода Q кислорода по каналу 2. Газы для дыхательной смеси поступают по двум пневмоканалам 1 и 2: воздух В - по каналу 1, а кислород К - по каналу 2.
1
2
max1
max2
В случае, когда каждое из введенных значения расходов Q и Q не превышает предельно допустимого значения Q и Q, соответственно, с соответствующих выходов блока управления 8 на управляющий вход каждого из регулируемых клапанов 5 и на управляющий вход пневматического переключателя 10 поступает соответствующий сигнал управления. При этом каждый из регулируемых клапанов 5 устанавливается в положение, соответствующее введенному значению расхода, а пневматический переключатель 10 - в положение «закрыто».
1
2
max1
max2
max1
max2
3
В случае, когда хотя бы одно из введенных значений расхода Q или Q превышает максимально допустимое значение Q или Q, соответственно, соответствующий регулируемый клапан 5 устанавливается в положение максимально допустимого значения расхода Q или Q, а на управляющий вход пневматического переключателя 10 и на управляющий вход регулируемого клапана дополнительного канала 12 поступают с соответствующих выходов блока управления 8 сигналы о превышении заданного значения. В результате пневматический переключатель 10 устанавливается в положение «открыто» и избыточный поток газа Qпоступает в дополнительный канал 9. При этом:
1
max1
2
max2
Причем Q>Q, Q>Q, где
3
Q - значение расхода газа по дополнительному каналу 9,
1
Q - заданное значение расхода воздуха по каналу воздуха 1,
2
Q - заданное значение расхода кислорода по каналу кислорода 2,
max1
Q - максимальное значение расхода воздуха по каналу воздуха 1,
max2
Q - максимальное значение расхода кислорода по каналу кислорода 2.
1
2
Для контроля расхода газа по каждому из каналов 1, 2, 6 и 9 информация с управляющего выхода каждого из датчиков расхода 4, 7 и 11 поступает на соответствующий вход блока управления 8, в котором текущие значения расходов по каждому из каналов сравниваются с заданными значениями и, в случае превышения заданных значений, вырабатываются корректирующие сигналы, каждый из которых поступает с одного из выходов блока управления 8 на управляющий вход соответствующего регулируемого клапана 5, 12. При этом положение соответствующего регулируемого клапана 5, 12 изменяется, корректируя расходы газов в каналах 1 и 2 до уровня заданных значений Q и Q, соответственно.
С выходного канала 6 дыхательная смесь откорректированных состава и расхода через датчик расхода дыхательной смеси 7 поступает к пациенту.
Предлагаемое устройство использовано и испытано в составе опытного образца аппарата искусственной вентиляции легких разработки и производства ПАО «Техприбор». На фиг. 2 приведены графики, наглядно демонстрирующие одно из преимуществ предлагаемого устройства, а именно - возможность увеличения максимального расхода дыхательной смеси в полтора раза по сравнению с прототипом без увеличения погрешности регулирования.