Комплекс централизованного распределения давления дыхательной смеси,для одновременной и индивидуальной искусственной вентиляции легких (ИВЛ) группе пациентов и блок газораспределения индивидуальный для реализации комплексом индивидуальной процедуры ИВЛ пациенту
COMPLEX FOR THE CENTRALIZED DISTRIBUTION OF THE PRESSURE OF THE RESPIRATORY MIXTURE FOR SIMULTANEOUS AND INDIVIDUAL ARTIFICIAL VENTILATION OF THE LUNGS (AVL) TO A GROUP OF PATIENTS AND AN INDIVIDUAL GAS DISTRIBUTION UNIT PROVIDING AN INDIVIDUAL PATIENT WITH INDIVIDUAL AVL WITH THE HELP OF THE COMPLEX

Область техники:
Изобретение относится к медицинской технике, в частности к комплексам и системам для искусственной вентиляции легких (ИВЛ), группам пациентов находящихся в одном или в рядом находящихся помещениях, в стационаре, и в полевых передвижных госпиталях.
Заявленный комплекс предназначен для предоставления качественной процедуры ИВЛ, неограниченному количеству пациентов, с помощью относительно простых, малогабаритных, и дешевых комплектующих.
Предложен принципиально новый принцип газораспределения для целей ИВЛ. Заявленный комплекс состоит из одной, единой, общей на весь комплекс, системы двух трубопроводов (трубы давления, «контур давления»), и индивидуальных отдельных для каждого пациента «блоков газораспределения».
Особую ценность заявленный комплекс имеет для экстренной организации процедуры ИВЛ большому количеству пациентов, например вследствие трагических ЧП, катастроф, пандемии, с резким появлением большого количество больных нуждающихся в ИВЛ.
Единая система трубопроводов (контур давления), для создания нужного давления, может быть собрана на месте госпитализации из подручных, немедицинских, широкораспространенных материалов и оборудования. Индивидуальные газораспределительные блоки, легки, малогабаритны, с невысокой себестоимостью, устойчивы к механическим повреждениям, поэтому их (как и оборудование контура давления) можно доставить на место ЧП, в больших количествах, путем сброса на парашюте с самолета.
Уровень техники:
В настоящее время широко используются аппараты ИВЛ имеющие собственный механизм активного нагнетания и стравливания воздуха, в виде компрессора, мехов, поршня или др. При этом для каждого пациента предназначен один, целый, отдельный аппарат ИВЛ, и следовательно одна, целая, отдельная система нагнетания воздуха.
Все используемые на сегодняшний день решения систем ИВЛ одинаково далеки от заявленной концепции ИВЛ.
Проблема:
Особенностью медицины катастроф является обстоятельство, что в мирный период, вне ЧС, аппаратов ИВЛ нужно не много, но в период ЧС и/или пандемии, потребность в аппаратах ИВЛ резко возрастает. В связи с большой стоимостью и большими габаритами стандартного аппарата ИВЛ, с принципом использования: один аппарат один пациент, существующая концепция ИВЛ не способна справиться с задачами чрезвычайных ситуаций.
Последнее время (пандемии) показало, что во всем мире формируется дефицит аппаратов ИВЛ. Попытки подключить нескольких пациентов на один аппарат ИВЛ вредны для здоровья пациентов.
Стопроцентное перекрестное заражение пациентов через один аппарат. Один аппарат, одни физико-химические настройки, один цикл, все пациенты разной конституции, разного возраста, разного объема легких, разного заболевания...вынуждены ингалироваться одним циклом. КПД аппарата ИВЛ снижается в прямой пропорциональности увеличению количества подключенных.
Используемые аппараты также крайне громоздки и много габаритны, крайне тяжелы и неповоротливы, крайне хрупки на механические повреждения и дорогостоящи.
В случае если пациентов на ИВЛ нет или мало, аппараты просто негде хранить, из за своего больших габаритов и массы они занимают много мета. Из за их большой стоимости аппаратов всегда мало, и в случае ЧС их всегда будет недоставать.
Из за своих больших габаритов, масс, и хрупкости, быстро и безопасно транспортировать аппараты из мест, где их избыток в место, где их критичный недостаток просто невозможно.
Не смотря но то, что в некоторых обстоятельствах в некоторых учреждениях врачи пытаются подключить к одному аппарату ИВЛ более одного пациента (как правило 2), Это крайне рискованно, по мнению многих врачей опасно и существенно снижает КПД аппарата. Это делают, как правило, от безвыходности, а не от целесообразности, так как один аппарат ИВЛ реализует только одну концепцию процедуры, один режим физико-механических параметров процесса, и одно физико-химическое качество воздушной смеси.
Прежде всего, основная цель применения респираторной поддержки - поддержание нормального внутрилегочного газообмена, а этой цели «раздача вентиляции» с одного аппарата на нескольких пациентов, достигнуть не позволяет. Биомеханические свойства системы грудная клетка-легкие у всех тяжелых пациентов (а других не вентилирут!) разные. В итоге, какой бы режим вентиляции не выбрали, он окажется подходящим в лучшем случае одному из них, а спустя какое-то время не устроит и его. Подчеркнем: речь идет не только об управлении по объему, когда улучшение податливости у одного рискует погубить трех остальных, но и об управлении по давлению: пациентам с разными легкими нужны разные величины ПДКВ, инспираторного давления и давления плато. А даже если подобрать группу пациентов с примерно одинаковыми данными (что в реальности невозможно) - спустя уже несколько десятков минут эти потребности станут совсем разными! Также велика растяжимость дыхательного контура, разветвленного на несколько пациентов, что будет отнимать большой объем, у пациентов, на каждый миллибар приложенного давления.
Кроме того, вентиляция, при которой врач не в состоянии управлять параметрами (например, дыхательным объемом!) у каждого пациента, закономерно ставит под удар в юридическом смысле: правовая формула «крайняя необходимость», когда нарушение нормативных актов - единственный способ избежать наступления тяжких последствий, в данном случае неуместна, поскольку последствия таких действий именно тяжкими и окажутся…
Задача:
1. Разработать инновационную концепцию ИВЛ, комплекс оборудования для реализации ИВЛ, программное обеспечение для управления ИВЛ.
2. Заявленный комплекс должен предоставить процедуру ИВЛ неограниченному количеству пациентов, при этом каждый пациент получает ИВЛ с индивидуальными характеристиками.
3. Заявленный комплекс должен иметь более низкую себестоимость
4. Заявленный комплекс должен иметь меньшие габариты и массу
5. Заявленный комплекс должен быть прост и удобен в транспортировке, сборке, разборке
6. Заявленный комплекс должен быть функционально устойчив к механическим сотрясениям и повреждениям
7. Программное обеспечение должно соответствовать требованиям современности интернет-вещей, в том числе цифровой безопасности.
Технический результат: Инновационная система ИВЛ:
- не дорогая по себестоимости;
- для реализации индивидуальных программ ИВЛ практически неограниченному количеству пациентов;
- простая в монтировании и функционировании;
-легкая и малогабаритная;
- легко и безопасно переносится, транспортируются;
- Некоторые элементы системы (контор давления) могут быть собраны из немедицинских, широко распространенных материалов, без вреда для качества и безопасности человека;
- В период отсутствия необходимости использования при хранении занимают малый объем;
- При необходимости доставки к месту ЧП, легко и безопасно транспортируются в том числе авиатранспортом, вплоть до выбрасывания к месту на парашюте!.
Раскрытие сущности группы изобретений:
«Комплекс централизованного распределения давления дыхательной смеси, для одновременной и индивидуальной искусственной вентиляции легких (ИВЛ) группе пациентов, и блок газораспределения, индивидуальный, для реализации комплексом индивидуальной процедуры ИВЛ пациенту».
1. Заявленный комплекс ИВЛ предназначен для предоставления качественной процедуры ИВЛ, неограниченному количеству пациентов, с помощью относительно простых, малогабаритных, и дешевых комплектующих.
Заявленный вариант предлагает принципиально другой принцип и механизм нагнетания и стравливания воздуха.
Система регулирования всех параметров ИВЛ индивидуальна для каждого пациента, может задаваться программой или меняться в любой момент в операторном онлайн- режиме.
Особую ценность заявленный комплекс имеет для экстренной организации процедуры ИВЛ большому количеству пациентов, например вследствие трагических ЧП, катастроф, пандемии, с резким появлением большого количество больных нуждающихся в ИВЛ.
Единая система трубопроводов (контур давления), для создания нужного давления, может быть собрана на месте госпитализации из подручных, немедицинских, широкораспространенных материалов и оборудования. Индивидуальные газораспределительные блоки, легки, малогабаритны, с невысокой себестоимостью, устойчивы к механическим повреждениям, поэтому их (как и оборудование контура давления) можно доставить на место ЧП путем сброса на парашюте с самолета.
Работа комплекса может контролироваться и программироваться через интернет, в том числе через девайсы.
Система двух параллельных трубопроводов: в одной трубе повышенное давление (выше атмосферного) для нагнетания легких на вдохе, во второй трубе пониженное давление (ниже атмосферного). На весь комплекс, на всю группу пациентов, один (единственный) насос закачивает воздух в трубу вдоха, он же или второй единственный насос выкачивает воздух из трубы выдоха. Датчики давления следят за давлением в трубах. Системе без разницы, сколько пациентов подключается к ней, или отключается от нее. Датчики давления контура давления автоматически дают команду насосу(ам) увеличивать мощность (увеличивая давление) или уменьшать мощность (уменьшая давление. Поддерживая давление на нужном уровне в обеих трубах.
Блок газораспределения индивидуальный для каждого человека, именно он содержит клапаны и датчики давления на стороне трубы и на стороне пациента. Открывая клапан с тубой вдоха система позволяет воздуху из трубы вдоха, под давлением попадать в легкие. И давление, и оббьем газовой смеси для вдоха, программируется системой и программой, индивидуально для каждого пациента.
После вдоха, а точнее после достижения давления в легких определенного заданного параметра, клапан трубы вдоха закрывается, и открывается клапан трубы выдоха. Так как в трубе выдоха отрицательное давление, воздух из легких вытягивается в трубу выдоха.
Для естественного выдоха (если это нужно) открывается клапан не в трубу выдоха, а в окружающую среду (с атмосферным давлением) в случае если пациент не инфекционный, или в замкнутую емкость с атмосферным давлением, если пациент инфекционный.
Для активного выдоха сдавливанием грудной клеткой используются ремни с электроприводом, которые стягивают грудную клетку и брюшную полость (диафрагма) на выдохе. Элементы ремней работают едино с элементами клапанов маски.
Аварийные клапаны, стравливающие избыточное давление (положительное или отрицательное), при неадекватной работе аппаратуры. Срабатывание аварийных клапанов фиксируется для выявления проблем и модернизации оборудования и программы управления.
Опционно, устанавливаются на дыхательную мускулатуру пациента датчики, считывающие сигналы активности дыхательной мускулатуры, подстраивающие работы ИВЛ под попытки (потуги) самого пациента дышать.
2. Предложен принципиально новый принцип газораспределения для целей ИВЛ. Заявленный комплекс состоит из:
2.1. - одной, единой, общей на весь комплекс, системы двух трубопроводов, далее «трубы давления», или «контур давления» (фигура 1).
2.2. - отдельных, индивидуальных для каждого пациента, механизмов распределения давления газовой дыхательной смеси, далее: «блок газораспределения», или «газораспределительный блок» (фигура 2).
2.3. - программным комплексом, состоящим из компьютерного оборудования и программы, предназначенных для контроля и управления функционированием заявленным комплексом ИВЛ.
3. Контур давления (фиг 1) представляет собой:
- пару систем герметичных трубопроводов,
- одного или двух компрессоров,
- комплекса компенсаторных газовых камер, баллонов (опционно)
- датчиков давления,
- газовых клапанов с электро-приводом,
- газовых клапанов аналоговых, аварийных для стравливания излишнего давления, с механическим механизмом открытия в автоматическом режиме, не управляющиеся программой
- дополнительного оборудования для формирования воздушной дыхательной смеси, или обеззараживания отведенного на выдохе воздуха (опционно)
3.1. В контуре давления, давление и положительное и отрицательно создается воздушным компрессором(и). Если цикл движения воздушной смеси замкнут, когда на вдох готовиться тот же воздух что был выдохнут, то достаточно одного компрессора (фигура 1 элемент 1). В случае если воздух выдоха выбрасывается в окружающую среду, а воздух для вдоха забирается из окружающей среды, необходимы как минимум 2 компрессора, первый компрессор (эл1) закачивает воздух из окружающей среды в систему, создавая положительное давление в системе, второй компрессор (эл2) выкачивает воздух из системы, создавая отрицательное давление в системе.
На фигуре 2 показан схематично набор элементов комплекса ИВЛ, с возможностью работы и с одним компрессором, и с двумя.
В экстренных случаях ЧП, компрессор, может быть не медицинским, а техническим, при условии поддержания перекачиваемого воздуха в неизмененном состоянии, в безопасном для человека качестве.
3.2. Система трубопроводов контура давления предназначена для доставки пациенту, а точнее к индивидуальному блоку газораспределения пациента, положительного (через трубу вдоха) и отрицательного (через трубу выдоха) давления газовой дыхательной смеси. Система трубопроводов должна быть герметичной, неэластичной, безвредной для здоровья человека.
В паре системы трубопроводов контура давления, в одной трубе (вдоха) (фиг 1 эл3), посредством работы компрессора (фиг 1 эл1), создается давление выше атмосферного для реализации вдохов всех пациентов, данная система труб называется «труба вдоха». На фиг 1 труба вдоха и элементы трубы вдоха заполненны значками плюс (+) что означает деление выше атмосферного. Давление в трубе вдоха постоянно и равномерно повышенное. Компрессор не определяет качество вдоха в процедуре ИВЛ, компрессор задает физические параметры избыточного давления в трубе вдоха, чтобы блок газораспределения (эл «блок»), используя избыточное давление трубы вдоха, открыв клапан между собой и трубой вдоха (эл 12.4), мог инициировать заполнение легких пациента дыхательной смесью, посредством механизма выравнивания давления между трубой вдоха и легкими пациента.
Во второй трубе (выдоха) (фиг 1 эл 4), посредством работы компрессора №1 (фиг 1 эл1, если система замкнута), или компрессора №2 (фиг 1 эл2, если система не замкнута), создается давление ниже атмосферного для реализации выдохов всех пациентов, данная система труб называется «труба выдоха».
На фиг 1 труба выдоха и элементы трубы выдоха заполнении значками минус (-) что означает деление ниже атмосферного.
Давление в трубе выдоха постоянно и равномерно пониженное. Компрессор не определяет качество выдоха в процедуре ИВЛ, компрессор задает физические параметры отрицательного давления в трубе выдоха, чтобы блок газораспределения (эл «блок»), используя отрицательное давление трубы выдоха, открыв клапан между собой и трубой выдоха (эл 12.5), мог инициировать удаление из легких пациента дыхательной смеси, посредством механизма выравнивания давления между трубой выдоха и легкими пациента.
Давление в тубах создает физико-механическое условие для вдоха или выдоха, через выравнивание давления в сообщающихся полостях, но не определяет время, скорость, интенсивность, частоту, и оббьем вдоха или выдоха. Давление в обеих трубах задается программой и поддерживается автоматически. Чем больше пациентов подключены к ИВЛ комплекса, тем активнее разболтают компрессоры, постоянно поддерживая в трубе вдоха положительной давление, а в трубе выдоха отрицательное давление.
Трубы и иные элементы контура давления изготавливаются и/или собираются из любых материалов устойчивым к нагрузкам давления и безвредных для здоровья человека. В экстренных ситуациях ЧП, для контура могут использоваться не медицинские, а строительные трубопроводные элементы.
3.3. И на линии трубы вдоха, и на линии трубы выдоха, установлены компенсаторные емкости (далее «компенсаторные баллоны» (эл 5, 6), баллоно-образные емкости способные выдерживать большое давление. Они предназначены для компенсации перепадов давления в системе.
Компенсаторные баллоны предназначены для запаса повышенного (пониженного) давления, для выравнивания скачков давления вызванными:
- Перебоем работы компрессоров, кратковременно отключение компрессоров, или кратковременное увеличение мощности компрессора.
- Подключением или отключением пациентов к системе ИВЛ.
- Перепадами давления связанными с синхронизацией вдохов и выдохов группы пациентов. Когда пациенты одновременно вдыхают и одновременно выдыхают, в системе возникает нежелательные скачкообразные изменения давления. Данные колебания компенсируются не за счет изменения мощности работы компрессора, а за счет изменения пропускной способности клапанов, между компенсаторными баллонами (эл 5,6) и газораспределительными блоками (эл «блок»).
- В связи с тем что изменения давления в системе трую вдоха и выдоха могут быть краткосрочными, непредвиденными, резкими, компенсировать эти перепады давления изменением мощности работы компрессора нецелесообразно и невозможно. Данные перепаду компенсируются за счет запаса давления в компенсаторных баллонах, путем приоткрытая или призакрытия клапанов между компенсаторными баллонами, и трубой вдоха/выдоха.
Таким образом, при совместном вдохе система больше отрывает клапан из компенсаторного баллона трубы вдоха в систему, и меньше открывает клапан из компенсаторного баллона трубы выдоха в систему. А при совместном выдохе система меньше отрывает клапан из компенсаторного баллона трубы вдоха в систему, и больше открывает клапан из компенсаторного баллона трубы выдоха в систему.
Так как необходимость подобных изменений зависит от состояния пациентов, очень мобильна и непредсказуема заранее, регулировать с помощью изменения мощности большого компрессора невозможно и не целесообразно. Благодаря программному обеспечению заявленного комплекса, который с помощью датчиков давления (фиг 1. эл 13, фиг 2, эл 13.1, 13.2., 13.3, 13.4) контролирует давление на всех участках системы, который тонко и точно управляет всеми клапанами системы, который анализирует дыхательную активность каждого отдельного пациента, и может с долей вероятности предсказывать дыхательную активность на будущее.
В случае если в связи с отключением электричества компрессоры перестают работать, запасенные в компенсаторных баллонах запасы положительного и отрицательного давления, позволят работать системе какое-то время, без компрессора. При этом, автоматически воздушная смесь насыщается кислородом, за счет этого же кислорода поддерживается давление в трубе вдоха. Частота и объем дыхательных движений, при этом, понижается.
В случае отсутствия компенсаторных баллонов, в условиях чрезвычайной ситуации, когда критично необходимо делать ИВЛ, система может работать и без компенсаторных баллонов. Давление отчасти компенсируется изменениями мощности компрессора, отчасти срабатыванием аварийных клапанов, которые стравливают излишнее давление, как в части трубы вдоха (избегая недопустимо высокого давления), так и в части трубы выдоха (избегая недопустимо низкого давления).
3.4. Оборудование приготовления и обработки воздушной дыхательной смеси, на уровне контура давления:
3.4.1. Для увеличения в воздушной смеси концентрации кислорода, на каком-то промежутке трубы вдоха, устроен механизм насыщения смеси кислородом (Эл 7). На фигуре 1 механизм насыщения устроен на компенсаторном баллоне трубы вдоха. В случае если воздушный цыкл замкнут, кислорода нужно больше. Так как на уровне контура давления, газовая смесь готовится для всех пациентов, концентрация кислорода готовится минимальной. Дополнительные концентрации кислорода, требуемые для конкретного пациента, добавляются в систему на уровне индивидуального блока газораспределения (фигура 2, эл 19).
3.4.2. Для увлажнения воздушной смеси, на каком-то промежутке трубы вдоха, устроен механизм насыщения смеси водяными парами (Эл 8). На фигуре 1 механизм насыщения смеси паром устроен на компенсаторном баллоне трубы вдоха. В случае если воздушный цикл замкнут, увлажнение не требуется, так как на выдохе воздух достаточно влажный, и требует даже осушения. Так как на уровне контура давления, газовая смесь готовится для всех пациентов, уровень влажности готовится минимальным. Дополнительные концентрации влажности, требуемые для конкретного пациента, добавляются в систему на уровне индивидуального блока газораспределения (фигура 2, эл. 20).
3.4.3. Из трубы вдоха (эл 3), готовая газовая смесь, под давлением трубы вдоха, через впускной (входной) клапан индивидуального блока газораспределения (эл 12.4), попадает в блок газораспределения (эл. «блок» (Б)) и в легкие пациента. На этапе газораспределителя в газовую смесь добавляется необходимое, индивидуальное количество кислорода, водяных паров, лекарственных средств.
Из легких газ выдыхается естественным способом (без использования отрицательного давления трубы выдоха), или активно, путем всасывания воздуха в трубу выдоха, в котором давление ниже атмосферного.
На выходе из легких, на уровне газораспределителя, есть приспособление для отведения газов выдоха, для анализов (фиг 2, эл 21). А также сменные фильтры для очистки выдыхаемого воздуха от твердых и жидких элементов. Из легких, а точнее из блока газораспределителя воздух засасывается в трубу выдоха через выпускной клапан газораспределителя (эл 12.5). По трубе выдоха газ выдоха уходит в компрессор, или в окружающую среду.
3.4.4. При движении по трубе выдоха, в случае если необходимо очищать и обеззараживать выдыхаемый воздух, на пример при инфекционных легочных заболеваниях, воздух проходит через блок обеззараживания, дезинфекции, долее «блок очистки» (эл 9), опционно.
3.4.5. После блока очистки, в случае если используется замкнутый цикл движения газа, из газа удаляется углекислый газ (эл 10). На фигуре 1 механизм удаления из смеси углекислого газа, устроен на компенсаторном баллоне трубы выдоха (опционно).
В случае если газовый цикл не замкнут и выдыхаемый воздух удаляется в окружающую среду, необходимости от очищения выдыхаемого воздуха от углекислого газа нет.
3.4.6. После блока очистки, в случае если используется замкнутый цикл движения газа, из газа удаляется излишняя влага (эл 10). На фигуре 1 механизм удаления из смеси влаги, устроен на компенсаторном баллоне трубы выдоха (опционно).
В случае если газовый цикл не замкнут и выдыхаемый воздух удаляется в окружающую среду, необходимости от очищения выдыхаемого воздуха от воды нет.
3.4.7. С определенной периодичностью, связанной с загрузкой системы, воздуховоды и элементы трубы выдоха демонтируются, разбираются, промываются, дезинфицируются, и собираются. Для очистки системы предусмотрен сменный набор трубопроводов.
3.5. Клапанные системы заявленного комплекса ИВЛ в части контура давления.
Клапаны контролируются и управляются программой заявленного комплекса. Функция клапанов: - открываться, способствуя выравниванию давления, в сообщающихся полостях, или; - закрываться, предотвращая выравнивание давления в сообщающихся полостях. Клапаны чаще управляются программой, но могут быть и не управляемыми.
Ниже представлены описания клапанов по порядку движения воздушной дыхательной смеси от компрессора, к компрессору.
3.5.1. клапан между компрессором и компенсаторным баллоном трубы вдоха (эл 12.1). Работает по системе «ниппель», аналоговый, пропускает воздух только в одном направлении, от компрессора в компенсаторный балон трубы вдоха. В случае если компрессор останавливается, не позволяет давлению компенсаторного баллона трубы вдоха стравиться через компрессор. Программой не управляется.
3.5.2. клапан между компенсаторным баллоном трубы вдоха и трубой вдоха (эл 12.2). Управляем программой, функционирует с целью поддержания давления в трубе вдоха на определенном уровне.
3.5.3. аварийный клапан трубы вдоха (эл 12.3), в случае сбоя системы и необоснованного и неадекватного увеличения давления в трубе вдоха, при достижении давления определенного значения, клапан автоматически стравливает воздух. Клапан автоматический, механический, аналоговый, программой не управляется.
3.5.4. клапан между трубой вдоха и индивидуальным блоком газораспределения (эл
12.4) «входной клапан газораспределительного блока». Управляем программой, функционирует с целью поддержания давления в самом газараспределителе в процессе вдоха, а значит в легких пациента. Для вдоха, клапан открывается (при закрытом выпускном клапане газараспределителя), воздух из повышенного давления трубы вдоха заполняет полость легких, при достижении вдоха, клапан закрывается.
3.5.5. клапан между индивидуальным блоком газораспределения и трубой выдоха (эл
12.5) «выпускной клапан газораспределительного блока». Управляем программой, функционирует с целью поддержания давления в самом газараспределителе в процессе выдоха, а значит в легких пациента. Для активного выдоха, клапан открывается (при закрытом входном клапане газараспределителя), воздух из полости легких, стравливается в полость трубы выдоха, где давление понижено, при достижении выдоха, выпускной клапан закрывается. При пассивном выдохе выпускной клапан не открывается, полость легких не соединяется с полостью трубы выдоха, но открывается клапан пассивного выдоха (фиг 2 эл 17), соединяющий полость легких с окружающей средой.
3.5.6. в полости газораспределительного блока есть аварийные клапана (фиг 2, эл 12.11, 12.12), для стравливания и чрезмерно высокого и чрезмерно низкого давления. В случае сбоя системы и необоснованного и неадекватного увеличения или уменьшения давления в газораспределительном блоке, который прямо связан с легкими, с целью не допущения баро-равмы, при достижении давления определенного положительного или отрицательного критического значения, клапаны автоматически открываются стравливая воздух в нужном направлении. Клапаны автоматические, механические, аналоговые, программой не управляется.
3.5.6. аварийный клапан трубы выдоха (эл 12.6), в случае сбоя системы и необоснованного и неадекватного уменьшения давления в трубе выдоха, при достижении давления определенного значения, клапан автоматически стравливает воздух в трубу выдоха. Клапан автоматический, механический, аналоговый, программой не управляется.
3.5.7. клапан между трубой вдоха и компенсаторным баллоном трубы выдоха (эл 12.7). Управляем программой, функционирует с целью поддержания давления в трубе выдоха на определенном уровне.
3.5.8. клапан между компенсаторным баллоном трубы выдоха и компрессором №2 (откачка воздуха из трубы выдоха в окружающую атмосферу) (эл 12.8).
В случае если воздушный цикл замкнутый и воздух перекачивается одним компрессором №1. данный клапан закрыт, компрессор №2 не работает. В случае если воздушный цикл не замкнутый, данный клапан открыт, компрессор №2 работает.
Управляем программой, на уровне открытый/закрытый. Функционирует с целью поддержания давления в компенсаторном баллоне трубы выдоха на определенном уровне.
Работает по системе «ниппель», аналоговый, пропускает воздух только в одном направлении, от компенсаторного баллона трубы вдоха в компрессор. В случае если компрессор останавливается, не позволяет давлению компенсаторного баллона, стравиться через компрессор.
3.5.9. клапан между компенсаторным баллоном трубы выдоха и компрессором №1 (откачка воздуха из трубы выдоха по замкнутому циклу) (эл 12.9).
В случае если воздушный цикл не замкнутый и воздух перекачивается одним компрессором №2. данный клапан закрыт, компрессор №1 работает только на накачку трубы вдоха. В случае если воздушный цикл замкнутый, данный клапан открыт, компрессор №1 работает и на накачку трубы вдоха, и на откачку трубы выдоха, компрессор 2 не работает, клапан 12.7. закрыт.
Управляем программой, на уровне (открытый/закрытый). Функционирует с целью поддержания давления в компенсаторном баллоне трубы выдоха на определенном уровне.
Работает по системе «ниппель», аналоговый, пропускает воздух только в одном направлении, от компенсаторного баллона трубы вдоха в компрессор. В случае если компрессор останавливается, не позволяет давлению компенсаторного баллона, стравиться через компрессор.
3.5.10. клапан забора атмосферного воздуха компрессора №1 (эл 12.10). если система работает по замкнутому циклу клапан закрыт, открывается изредка, в случае необходимости добавить в систему давления. Если система работает по открытому циклу, клапан открыт, через него воздух отбирается из внешней среды.
3.5.11. Клапаны, опционно могут быть и в других местах, например в местах контура давления отходящих индивидуальными линиями к индивидуальному блоку газораспределения, автоматически закрывается в случае нарушения герметичности в индивидуальном контуре.
3.5.12. Аварийные клапаны трубы вдоха (эл 12.3) и трубы выдоха (эл 12.5) предназначены для исключения критических давлений в контуре давления, для защиты от повреждений оборудования, в том числе клапанов.
Аварийные клапаны блока газораспределения (эл 12.11, 12.12) предназначены для исключения критических давлений в полостях газораспределителя и в легких, для защиты легких от баротравмы.
3.5.13. на фигуре 1 в отдельной рамке показано, круглое отверстие с пересчеченной линией это отверстие с клапаном, круглое отверстие без линии это отверстие без клапана.
3.6. Датчики давления (эл 13) заявленного комплекса ИВЛ. На основании показателей датчиков давления в полостях, программа принимает решение об открытии или закрытии клапанов.
Датчики давления располагаются:
- в компенсаторных баллонах труб вдоха и выдоха
- в трубах вдоха и выдоха
- в индивидуальном блоке газораспределения
а) Наиболее высокое положительное давление в компенсаторном баллоне трубы вдоха.
б) Положительное, но меньше, давление, в трубе вдоха.
в) Еще меньше положительное давление в полости блока газораспределения и в легких на вдохе.
г) Немного отрицательное давление в полости блока газораспределения и в легких на выдохе.
д) Еще более отрицательное давление в трубе выдоха
е) максимально отрицательное давление в компенсаторном баллоне трубы выдоха.
3.7. Датчики объемов/скорости (фиг 2 эл 15.1, 15.2) газов расположены в индивидуальном блоке газораспределения, фиксируют скорость и объем воздушного потока на вдохе и на выдохе.
3.8. При необходимости, для нагревания воздушной дыхательной смеси для вдоха, используются элементы нагревания (эл 14) расположенные на трубе вдоха перед блоком газораспределения, в индивидуальной части контура давления.
4. Индивидуальный блок газораспределения (фигура 2 (схематично)),
индивидуальное оборудование, отдельное для каждого пациента. Как вариант, является продолжением интубационной (эндотрахеальной) трубки (эл 16) (маски). Соединяет контур давления с интубационной трубкой ИВЛ (маской), и посредством ее, с легкими пациента. Блок распределения не имеет собственных насосов, мехов, поршней, компрессоров.
4.1. Блок газораспределения (кроме прочего) имеет клапаны:
- «впускной клапан газораспределительного блока», он же (входной), (эл 12.4), при открытии запускает излишнее давление из трубы вдоха (эл 3) в блок газораспределения (в легкие), этим реализуется вдох. Управляется программой.
- и «выпускной клапан газораспределительного блока» (эл 12.5), при открытии выпускает давление (воздух) из газораспределения (из легкие), в разряженное пространство трубы выдоха (эл 4), этим реализуется выдох. Управляется программой.
По обе стороны от впускного и выпускного клапанов (эл 12.4, 12.5) располагаются аварийные клапана, предназначенью для автоматического стравливания критичного давления, для защиты оборудования или легких от баротравмы:
- в полости трубы вдоха, аварийный клапан трубы вдоха (эл 12.3), аналоговый
- в полости трубы выдоха, аварийный клапан трубы выдоха (эл 12.6), аналоговый
- в полости блока зоны вдоха, аварийный клапан блока газораспределения, зоны вдоха (эл 12.11), аналоговый.
- в полости блока зоны выдоха, аварийный клапан блока газораспределения, зоны выдоха (эл 12.12), аналоговый.
При срабатывании любых аварийных клапанов поступает сигнал в систему. Записывается в память факт срабатывания, а также предыстория и контекст. Программа анализирует акт и причину срабатывания, и регулирует работу системы таким образом, чтобы не допускать перегрузок.
Посредством открытия клапанов, или запускает в легкие воздух из трубы вдоха (с повышенным давлением), что соответствует вдоху, или выпускает (стравливает) из легких воздух в трубу выдоха (с пониженным давлением), что соответствует выдоху. Функция газораспределителя, в определенный момент, определенным образом, открыть или закрыть, определенный клапан.
Для реализации естественного выдоха, когда газ выталкивается из легких естественным движением грудной клетки, в полости выдоха газораспределительного блока клапан естественного выдоха (эл 17), он выводит газ в окружающую среду или в емкость, не имеющую отрицательного давления, в этом случае компрессоры на выдох не работают, клапан выпуска в трубу выдоха закрыт.
4.2. По обе стороны от впускного и выпускного клапанов (эл 12.4, 12.5) располагаются датчики давления (эл 13), предназначенные для считывания программой управления комплексом, давления в полостях.
- эл 13.1 датчик давления в трубе вдоха
- эл 13.2. датчик давления в блоке газораспределения, в зоне вдоха
разница в данных давлениях определяет особенности функционирования впускного клапана.
- эл 13.3 датчик давления в блоке газораспределения, в зоне выдоха
- эл 13.4. датчик давления в трубе выдоха
разница в данных давлениях определяет особенности функционирования выпускного клапана.
Посредством датчиков давления и датчиков скорости и объема, программа контролирует и регулирует функционирование комплекса ИВЛ.
4.3. датчики фиксирования скорости движения и объема газа (эл 15), фиксируют с какой скоростью проходит газ, и какой обьем газа проходит. На ряду с датчиками давления влияет на работу клапанов, определяют функциональные параметры вдоха и выдоха. На фигуре 2 представлен вариант интубационной трубки (эл 16) в которой потоки вдоха и выдоха разделены, поэтому на них отдельные элементы фиксирования скорости и объема, на поток вдоха (эл 15.1), на поток выдоха (эл 15.2). ВЫ случае использования однокамерной инкубационной трубки с неразделенными потоками, используется один датчик, но способный измерять потоки в обеих направлениях.
4.4. Дополнительные опции зоны вдоха, блока газораспределения, для подготовки воздушно-дыхательной смеси.
Так как предложенная концепция ИВЛ реализует индивидуальный подход для каждого пациента, а индивидуальным элементом комплекса является индивидуальный блок газораспределения, тот именно в блоке газораспределения формируются индивидуальные характеристики процедуры ИВЛ, в том числе рецептура воздушно-дыхательной смеси.
4.4.1. Элементы (механизмы) впрыска лекарственных веществ в газовую смесь (эл 18). Механизм впрыска может быть реализован в виде трубопроводов, или в виде капсул. Реализация, время, и объем впрыска регулируется автоматически программой, или действием оператора через программу. На фигуре 2 представлены 3 разных капсулы (или 3 разных трубопровода): 18а, 18б, 18в. Предполагается что в каждой капсуле разное вещество.
4.4.2. механизм добавления (насыщение) в воздушно-дыхательную смесь кислорода (эл 19). В данном случае того кислорода, который делает данную рицептуру смеси индивидуальной, когда комуто из пациентов кислорода нужно больше чем остальным.
4.4.3. механизм добавления (насыщение) в воздушно-дыхательную смесь водяных паров (эл 20). В данном случае той влажности, которая делает данную рицептуру смеси индивидуальной, когда кому-то из пациентов влажности во вдыхаемом воздухе нужно больше чем остальным.
4.5. Дополнительные опции зоны выдоха, блока газораспределения.
4.5.1. Элемент забора выдыхаемого воздуха для диагностики (эл 21). В случае если необходима диагностика, например на концентрацию газов, токсичных примесей и т.д.
4.5.2. Фильтр для отфильтровывания твердых и жидких составляющих выдыхаемого воздуха (эл 22), для предотвращения загрязнения трубы выдоха, и сбора слизи и жидкостей на анализ.
4.6. каждый блок газораспределения управляется из единого центра управления, но может иметь и свой собственный аппаратно-програмный элемент, который управляет оборудованием блока, выполняя команды центрального пульта, и в случае прерыва связи с центром управления, автоматически берет управление оборудованием на себя.
4.7. каждый блок газораспределения работает от сети, но также имеет свой встроенный аккумулятор, который позволяет работать какое то время, при отключении центрального электроснабжения, случае прерыва связи с центром управления, автоматически берет управление оборудованием на себя.
Каждый отдельный блок газораспределения работает по собственной программе, заданной для конкретного пациента. Работа каждого газораспределителя полностью автономна (индивидуальна), и ни как не связана с работой других газораспределителей.
5. Аппаратно-програмный комплекс и панель управления (фигура 3)
Работа всего комплекса, и контура давления, и всех блоков газораспределения по отдельности, управляется программным обеспечением установленного на аппаратно программный комплекс, заявленного комплекса ИВЛ.
5.1. Аппаратно-програмный комплекс представляет собой компьютерную систему со специальным программным обеспечением (фиг 3 эл 31). Данная система также является «стационарной панелью управления»
Комплекс может работать как по заранее заданной программе, так и согласно командам, задаваемым в режиме онлайн, оператором комплекса (врачом). Контроль и управление работой комплекса может происходить удаленно.
Аппаратно-программный комплекс подсоединен ко всем элементам контура давления (фиг 3, эл 31.1) и ко всем элементам блоков газораспределения (эл. 31.2) проводной электронной сетью. С помощью датчиков давления, подключенных к программе, программный комплекс считывает параметры давления со всей системы. С помощью клапанов, подключенных к программе, программный комплекс регулирует давление со всей системе.
Специальная программа, установленная на компьютерную систему, анализируя заданные параметры ИВЛ, и данные датчиков давления, управляет работой системы (компрессор + клапана) так, чтобы реальные физические параметры ИВЛ соответствовали необходимым параметрам заданной процедуры ИВЛ.
Программный комплекс имеет элементы искусственного интеллекта, который регулирует работу комплекса с максимальным комфортом и КПД для каждого пациента.
Опционно на пациента устанавливаются датчики на дыхательную мускулатуру. Система фиксирует попытку человека дышать самостоятельно, и автоматически и моментально подстраивает ритм ИВЛ под ритм дыхания самого человека.
5.2. Посредством соединения компьютерной системы стационарной панели управления, с любым другим компьютером через интернет (эл. 32) или интранет, может быть организована «удаленная панель управления» (эл. 33).
Интерфейс и система управления может быть реализована как через специальное приложение, которое заранее предустанавливается, так и через браузер.
5.3. Посредством соединения компьютерной системы стационарной панели управления, со смартфоном через интернет (эл. 32) или блютуз, может быть организована «мобильная панель управления» (эл. 34).
Интерфейс и система управления может быть реализована как через специальное приложение, которое заранее предустанавливается, так и через браузер.
5.4. По другой концепции реализации управления, существует возможность управления процедурой ИВЛ не центролизованная, из одного центра управления (эл 31), а индивидуальная панель управления, (она же панель управления блока) установленная на каждый блок газораспределения (эл 35).
В этом случае в самом блоке газораспределения есть компьютерная начинка, со своим процессором, со своей программой, со своими элементами управления и отображения (кнопки, сенсорная панель, сенсорный экран). В этом случае собственный компьютерный элемент блока, с помощью установленного на него ПО, управляет этим блоком.
При этом (если мы рассматриваем концепцию ИВЛ без единого блока управления) у контура давления есть собственный блок управления, задачей которого является поддержание заданного давления в контуре (в трубах вдоха и выдоха) на определенном заданном уровне, а также поддержание концентрации углекислого газа, кислорода и влажности, на должном уровне минимальных требований.
Системы управления контуром давления и самим блоком газораспределения контактируют между собой, для согласованной работы с целью корректной реализации процедуры ИВЛ. Индивидуальная система управления блоком, контролирует показания датчиков давления в контуре (эл 31.3).
В случае реализации и использования «панели управления блока» врач может манипулировать самой панелью управления, монтированной в корпус самого блока, используя кнопки и сенсорную панель.
Кроме этого, для удобства, интерфейс панели управления блока (и интерфейс отображения и интрфейс управления) может проецироваться, проводным или беспроводным способом, на компьютер (эл 31.4), и/или смартфон (эл. 31.5), при этом для функционирования системы ИВЛ используется и начинка и ПО самого блока, а не тех устройств через которые проецируются интерфейсы панелей управления. Индивидуальная система управления блоком также может соединяться с интернетом (эл 31.6), для реализации удаленного управления..
Краткое описание чертежей группы изобретений: «Комплекс централизованного распределения давления дыхательной смеси, для одновременной и индивидуальной искусственной вентиляции легких (ИВЛ) группе пациентов, и блок газораспределения, индивидуальный, для реализации комплексом индивидуальной процедуры ИВЛ пациенту»
Фигура 1 «контур давления» схематично
элементы фигуры:
- 1. компрессор 1 основной - Если цикл движения воздушной смеси замкнут, когда на вдох готовиться тот же воздух что был выдохнут, то достаточно его одного компрессора;
- 2. компрессор 2, дополнительный - В случае если воздух выдоха выбрасывается в окружающую среду, а воздух для вдоха забирается из окружающей среды, компрессор 2 выкачивает воздух из трубы выдоха;
- 3. труба вдоха, часть контура давления с положительным давлением;
- 4. труба выдоха, часть контура давления с отрицательным давлением;
- 5. компенсаторный баллон (емкость) трубы вдоха;
- 6. компенсаторный баллон (емкость) трубы выдоха;
- 7. механизм нагнетания кислорода в систему трубы вдоха;
- 8. механизм нагнетания водяных паров в систему трубы вдоха;
- 9. блок очистки, дезинфекции, стерилизации выдыхаемого воздуха;
- 10. механизм удаления углекислого газа из системы трубы выдоха; -11. механизм удаления водяных паров из системы трубы выдоха;
- 12. клапаны;
- 12.1. клапан газовый перехода от компрессора 1 к компенсаторному баллону трубы вдоха;
- 12.2. клапан газовый перехода от компенсаторного баллона трубы вдоха в трубу вдоха;
- 12.3. аварийный спускной клапан трубы вдоха, аналоговый, механический, автоматический, программой управления не контролируется;
- 12.4. впускной клапан индивидуального блока газораспределителя
- 12.5. выпускной клапан индивидуального блока газораспределителя
- 12.6. аварийный впускной клапан трубы выдоха, аналоговый, механический, автоматический, программой управления не контролируется;
- 12.7. клапан газовый перехода от трубы выдоха к компенсаторному баллону трубы выдоха;
- 12.8. клапан газовый перехода от компенсаторного баллона трубы выдоха к компрессору 2;
- 12.9. клапан газовый перехода от компенсаторного баллона трубы выдоха к компрессору 1;
- 12.10. клапан газовый перехода от трубы забора атмосферного воздуха к компрессору 1;
- 13. датчики давления, соединены с системой управления.
- 14. элементы нагревания вдыхаемого воздуха.
- элемент «блок» схематично внешний корпус индивидуального блока газораспределении
- в выделенном прямоугольнике, схематичное изображение отверстия с клапаном и без клапана.
- 16. интубационная трубка
Фигура 2: «индивидуальный блок газораспределения (схематично)
- 3. труба вдоха, часть контура давления с положительным давлением;
- 4. труба выдоха, часть контура давления с отрицательным давлением;
- 12.3. аварийный спускной клапан трубы вдоха, аналоговый, механический, автоматический, программой управления не контролируется;
- 12.4. впускной клапан индивидуального блока газораспределителя
- 12.5. выпускной клапан индивидуального блока газораспределителя
- 12.6. аварийный впускной клапан трубы выдоха, аналоговый, механический, автоматический, программой управления не контролируется;
- 12.11. аварийный спускной клапан полости вдоха блока распределения, аналоговый, механический, автоматический, программой управления не контролируется;
- 12.12. аварийный впускной клапан полости выдоха блока распределения, аналоговый, механический, автоматический, программой управления не контролируется;
- 13.1. датчик давления трубы вдоха
- 13.2. датчик давления полости вдоха блока распределения
- 13.3. датчик давления полости выдоха блока распределения
- 13.4. датчик давления трубы выдоха
- 15.1 датчики фиксирования скорости движения и объема газа потока вдоха
- 15.2 датчики фиксирования скорости движения и объема газа потока выдоха
- 16 интубационная трубка
- 17 клапан естественного выдоха
- 18 (а, б, в) трубопроводы или капсулы для впрыскивания ингаляционных лекарственных веществ.
- 19. механизм добавления (насыщение) в воздушно-дыхательную смесь кислорода
- 20. механизм добавления (насыщение) в воздушно-дыхательную смесь водяных паров
- 21. Элемент забора выдыхаемого воздуха для диагностики (опционно)
- 22. Фильтр для отфильтровывания твердых и жидких составляющих выдыхаемого воздуха (на уровне камеры выдоха блока газораспределения и трубы выдоха)
Фигура 3: Аппаратно-програмный комплекс и панель управления
- 1. компрессор 1 основной - Если цикл движения воздушной смеси замкнут, когда на вдох готовиться тот же воздух что был выдохнут, то достаточно его одного компрессора;
- 3. труба вдоха, часть контура давления с положительным давлением;
- 4. труба выдоха, часть контура давления с отрицательным давлением;
- 5. компенсаторный баллон (емкость) трубы вдоха;
- 6. компенсаторный баллон (емкость) трубы выдоха;
- 9. блок очистки, дезинфекции, стерилизации выдыхаемого воздуха;
- элемент «Б» - индивидуальный блок газораспределения
-31. компьютерная система со специальным программным обеспечением.
- 31.1. проводное подсоединение аппаратно-програмного единого управления комплекса к контуру давления
- 31.2. проводное подсоединение аппаратно-програмного единого управления комплекса к индивидуальному блоку газораспределения
- 31.3. проводное подсоединение аппаратно-програмного индивидуального управления блоком газораспределения, к датчикам давления контура давления
- 31.4. проводное и/или беспроводное подсоединение аппаратно-програмного индивидуального управления блоком газораспределения к компьютерной системе;
- 31.5. проводное и/или беспроводное подсоединение аппаратно-програмного индивидуального управления блоком газораспределения к приложению управления ИВЛ смартфона;
- 31.6. проводное и/или беспроводное подсоединение аппаратно-програмного индивидуального управления блоком газораспределения интернету, а через интернет к удаленным панелям управления, на компьютерах и/или смартфонах;
- 31.7. проводное и/или беспроводное подсоединение аппаратно-програмного единого управления комплекса, а через интернет к удаленным панелям управления, на компьютерах и/или смартфонах
Осуществление группы изобретений: «Комплекс централизованного распределения давления дыхательной смеси, для одновременной и индивидуальной искусственной вентиляции легких (ИВЛ) группе пациентов, и блок газораспределения, индивидуальный, для реализации комплексом индивидуальной процедуры ИВЛ пациенту»
Элементы, составляющие контур давления известны в области техники, не являются высоко-технологичными, просты в подборе и монтаже.
Требует отдельной разработки только блок индивидуального газораспределения, в частности клапана, и аппаратно программный комплекс. Но и это оборудование не является высокотехнологичным, и доступно современному уровню техники.
Упрощенная схема сборки:
- монтируется профиль давления с компенсаторными баллонами, газовыми клапанами, датчиками давления
- профиль давления подключается к компрессору, программное обеспечение управляющее компрессором настраивается на поддержание заданного давления в обоих рукавах профиля давления.
- по количество пациентов к профилю давления подключаются индивидуальные блоки газораспределения.
- все оборудование подключается к компьютеризированному аппаратно-програмному блоку, настройка и управление происходят через компьютер
- каждый блок газораспредеделения программируются соответственно потребностям каждого пациента, центральным блоком управления, или индивидуальным блоком управления.