РЕАНИМАЦИОННОЕ АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель реанимационного автоматического устройства относится к области медицинской техники, а именно к устройствам для сердечно-легочной реанимации, и может быть использована при прекращении сердечной деятельности человека как в экстремальных условиях (природные и экологические катастрофы, военно-полевые действия), так и в других условиях (домашних, производственных, в машинах скорой помощи и т.п.).
Известно устройство для компрессионно-декомпрессионной реанимации (Патент РФ №2180827, МПК А61Н 31/00, опубликован 27.03.2002), предназначенное для закрытого (непрямого) массажа сердца в различных условиях, содержащее опорную площадку (платформу), размещаемую под грудной клеткой пациента, штангу со шкалой в единицах длины, позволяющей определять размер грудной клетки, подвижный блок регулировки параметров создаваемого вручную точечного усилия воздействия на грудную клетку, рычаг с подвижным контактным элементом в виде присоски, номограмму для определения оптимальных параметров компрессии и декомпрессии, полученную экспериментальным путем.
К недостаткам данного устройства следует отнести: во-первых, невозможность использования в процессе переноса пациента из-за громоздкости (габаритов) конструкции, например, в узких проходах, при спуске с верхнего этажа здания на нижний этаж или при переносе из помещения в машину скорой помощи; во-вторых, значительная физическая нагрузка на реаниматора при выполнении непрямого массажа сердца (создании компрессии); в-третьих, использование шкал и номограмм для определения физиологических параметров пациента создает неудобства для реаниматора и может привести к ошибкам при выборе требуемых параметров процесса реанимации.
Известно устройство для сердечно-легочной реанимации LUCAS (Лукас) производства Michigan Instruments (США) для проведения непрямого массажа сердца (http://adhara.ru/articles/autopulse_and_cpr.htm), содержащее платформу для размещения пациента, вертикальную стойку для закрепления пневматического механизма циклического силового точечного воздействия на центральную часть грудной клетки (грудину) посредством толкателя с упругим элементом на конце, а также баллон со сжатым кислородом или воздухом.
Известно автоматическое устройство для сердечно-легочной реанимации LUCAS-2 (Лукас-2) (http://www.deal-med.ru/ustrojstvo_dlja_serdechno_legochnoj_reanimacii_lucas_2.html), используемое для восстановления и поддержания естественной циркуляции крови у пациентов с не работающим сердцем, обеспечивающее глубину и частоту продавливания грудной клетки согласно установленным параметрам и с необходимым постоянством. Устройство содержит размещаемую под спиной пациента платформу с шарнирно прикрепленными к ней одними концами дугообразными жесткими полуарками, соединенными другими концами с корпусом циклического механизма с электроприводом для силового точечного воздействия на центр грудной клетки (грудину) посредством толкателя с упругим элементом на конце в виде сильфона, а также автономный источник электроэнергии в виде аккумуляторных батарей.
Общим недостатком устройств LUCAS и LUCAS-2 является, во-первых, отсутствие возможности обеспечения равномерного сжатия всей грудной клетки, что снижает эффективность воздействия на легкие с целью их вентиляции; во-вторых, наличие вертикальной стойки или дугообразных полуарок существенно увеличивает габариты устройств по высоте, затрудняя тем самым эвакуацию пациентов из аварийных помещений и строений через узкие и невысокие проходы; в-третьих, высокое расположение по отношению к платформе центра тяжести механизма для создания усилия деформации грудной клетки затрудняет перемещение работающего устройства с пациентом по лестничным переходам, например, с верхнего этажа строения на нижний, из помещения в машину скорой помощи, а в процессе перевозки будут происходить угловые смещения устройства (наклоны стойки), негативно влияющие на параметры процесса реанимации.
В качестве прототипа выбрано автоматическое устройство для сердечно-легочной реанимации (патент на полезную модель РФ №189470, МПК А61/Н 31/00 (2006.01), опубликован 23.05.2019, Бюл. №15), которое содержит коробчатую платформу, располагаемую под спиной пациента, внутри которой размещен пневматический механизм циклического действия для натяжения лент, охватывающих грудную клетку пациента, связанных с застегивающимся на груди тканевым бандажом, датчики для контроля за параметрами процесса реанимации, блок управления и два автономных источника энергии (электрический и пневматический).
После размещения пациента на платформе, застегивания бандажа, подтяжки лент до контакта с телом и измерения окружности груди, устройство переходит в режим работы, обеспечивающий сжатие грудной клетки с заданной частотой и с необходимым усилием, в результате чего достигается сокращение сердечной мышцы со всех сторон, увеличение сердечного выброса крови, а также сокращение легких с последующим их распрямлением во время паузы между циклами нагружения, т.е. происходит пассивная вентиляция легких без применения аппарата искусственной вентиляции легких.
К недостаткам, присущим прототипу, можно отнести следующее.
Применение пневмопривода с автономным источником сжатого воздуха в составе механизма циклического воздействия на грудную клетку не исключает наличие второго автономного электрического источника энергии в виде аккумулятора, необходимого для работы блока управления и датчиков, что вызывает увеличение габаритов и массы устройства усложняя его эксплуатацию в экстремальных условиях.
Время эксплуатации пневматического устройства между зарядками (подзарядками) автономного пневматического источника энергии в виде стандартных баллонов объемом 5,0-10,0 литров и давлением находящегося в них сжатого воздуха до 20,0 МПа составляет 10,0-20,0 мин, которого может быть недостаточно для доставки пациента к пункту зарядки или замены источника энергии (см. характеристики приведенных выше аналогов).
Для зарядки (подзарядки) баллонов сжатого воздуха давлением до 20,0 МПа требуется специальный стационарный компрессор (установка) высокого давления и создание безопасных условий для осуществления данного процесса, осуществить который невозможно, например, в машинах скорой помощи.
Целью предлагаемой полезной модели реанимационного автоматического устройства является улучшение эксплуатационных характеристик за счет увеличения времени работы без зарядки автономных источников энергии, уменьшения массы и габаритов за счет использования только одного электрического источника энергии, а также упрощения процесса их зарядки (подзарядки) с использованием стандартных электрических сетей или электрооборудования автомобилей скорой помощи и отказа от применения специальных компрессорных установок высокого давления для заполнения переносных газовых баллонов сжатым воздухом.
Достижение поставленной цели обеспечивается тем, что реанимационное автоматическое устройство содержит коробчатую платформу для расположения на ней пациента, тканевый бандаж в виде двух грудных накладок с застежками и прикрепленными к ним одним концом лентами, другие концы которых имеют форму петель, установленный внутри платформы механизм циклического натяжения лент с направляющими роликами для лент, блок управления и автономный источник электроэнергии.
Механизм циклического натяжения лент включает в себя корпус с двумя шпиндельными узлами, шпиндели которых, установленные параллельно в корпусе с возможностью вращения в противоположные стороны с одинаковой скоростью и снабженные находящимися в зацеплении равными по диаметру зубчатыми колесами, соединены одним концом сильфонными муфтами с выходными валами электрических мотор-редукторов.
На других концах шпинделей закреплены шкивы для лент, имеющие выполненные на их обращенных наружу торцовых поверхностях глухие отверстия с закрепленными в центре цилиндрическими пальцами для петель лент и с односторонними радиальными прорезами в сторону наружных цилиндрических образующих шкивов и направляющих роликов.
Прорезы расположены в одной плоскости, касательной наружным образующим роликов, один из роликов закреплен на конце одного из плеч равноплечего Г-образного рычага, установленного с возможностью вращения на корпусе механизма, конец его другого плеча взаимодействует с закрепленным на корпусе датчиком силы.
Один из шпинделей соединен муфтой со стороны шкива с закрепленным на корпусе реверсивным датчиком вращения.
Электрические выходы датчиков силы, вращения и автономного источника электропитания соединены с соответствующими входами блока управления, соответствующие выходы которого соединены с обмотками мотор-редукторов.
Между совокупностью заявляемых признаков полезной модели и ожидаемым техническим результатом, получаемым с помощью предлагаемого реанимационного автоматического устройства, существует следующая причинно-следственная связь.
Во-первых, использование в составе механизма циклического натяжения лент электропривода существенно уменьшает габариты и массу реанимационного устройства, поскольку из его состава исключаются пневмоцилиндр, пневмораспределитель с электромагнитным управлением, регулятор давления с манометром и автономный источник энергии в виде баллона со сжатым воздухом объемом 5,0-10,0 литров, поскольку суммарная масса и габариты двух мотор-редукторов меньше суммарной массы пневмоцилиндра с пневмораспределителем, а габариты и масса стандартного аккумулятора меньше габаритов и массы баллона.
Во-вторых, исключаются затраты электроэнергии, вырабатываемой аккумулятором, связанные с питанием двух электромагнитных катушек пневмораспределителя, что способствует увеличению времени работы устройства с электроприводом без зарядки аккумулятора.
В-третьих, зарядка (подзарядка) аккумулятора может осуществляться с помощью стандартных зарядных устройств от обычной (бытовой) электросети или от электрического автомобильного генератора реанимационного или санитарного автомобиля в процессе транспортировки пациента.
В-четвертых, время эксплуатации устройства с электроприводом и одним стандартным аккумулятором без зарядки (подзарядки) последнего 30,0-40,0 мин, т.е. больше времени работы устройства с пневмоприводом (см. характеристики приведенных выше аналогов).
На фиг. 1 представлена схема реанимационного автоматического устройства; на фиг. 2 - конструкция шпинделя механизма циклического натяжения лент; на фиг. 3 - сечение по А - А на фиг. 2.
Автоматическое устройство (фиг. 1) содержит плоскую коробчатую платформу 1 прямоугольной формы длиной L и шириной В, размещаемую под спиной пациента 2, тканевый бандаж, состоящий из соединенных между собой с помощью застежки 3 грудных накладок 4 и 5.
К обращенным наружу сторонам накладок прикреплены одним из своих концов с возможностью изменения рабочей длины ленты 6 и 7, которые через отверстия 8 и 9 на сторонах платформы длиной L, соединены другими своими концами в форме петель 10 и 11 (фиг. 2) с механизмом циклического натяжения лент.
Механизм циклического натяжения лент включает в себя корпус 12 с двумя шпиндельными узлами, шпиндели 13 и 14 которых, установленные параллельно в корпусе с возможностью вращения в противоположные стороны с одинаковой скоростью и снабженные находящимися в зацеплении равными по диаметру зубчатыми колесами 15 и 16, соединены одним концом сильфонными муфтами 17 и 18 с выходными валами электрических мотор-редукторов 19 и 20 (например, типа RS-550S-18V).
На других концах шпинделей закреплены шкивы 21 и 22 для лент, имеющие выполненные на их обращенных наружу торцовых поверхностях глухие отверстия 23 и 24 с закрепленными в центре цилиндрическими пальцами 25 и 26 для петель лент и с односторонними радиальными прорезами 27 и 28 в сторону наружных цилиндрических образующих шкивов и направляющих роликов 29 и 30 (фиг. 2 и 3). Прорезы расположены в одной плоскости, касательной наружным образующим роликов.
Ролик 30 закреплен на конце плеча 31 длиной 1 равноплечего Г-образного рычага, установленного с возможностью вращения на корпусе механизма, а конец его другого плеча 32 взаимодействует с закрепленным на корпусе датчиком силы 33 (например, тензометрический датчик силы типа EMS 50; www.emsyst.sk).
Шпиндель 14 (фиг. 2) соединен муфтой 34 со стороны шкива 22 с закрепленным на корпусе реверсивным датчиком вращения 35 (например, инкрементный реверсивный датчик вращения типа ENCODER-400, модель LPD3806-400BM-G5-24C).
Электрические выходы датчиков силы, вращения и автономного источника электропитания 36 (аккумулятор, 24 В) соединены с соответствующими входами блока управления 37, соответствующие выходы которого соединены с обмотками мотор-редукторов.
Подготовка устройства к работе и работа в режиме реанимации осуществляется поэтапно в следующей последовательности.
На первом этапе подготовки включается подача электроэнергии от автономного источника питания 36 к блоку управления 37.
Пациент 2 (фиг. 1) размещается на платформе 1 таким образом, чтобы центр его грудины находился в плоскости, проходящей через отверстия 8 и 9 на одинаковом расстоянии от них, и фиксируется на ней привязными ремнями (на фиг. не показаны).
Затем устройство переводится в исходное состояние, обеспечивающее свободное вращение шкивов 21 и 22 и расположение радиальных прорезов 27 и 28 в одной плоскости, касательной наружным образующим роликов 29 и 30, что позволяет максимально вытянуть из платформы прикрепленные к шкивам с помощью пальцев 25, 26 и петель 10, 11 ленты 6 и 7, и установить датчик вращения 35 на ноль.
С помощью застежки 3, например, в виде крючков с петлями, грудные накладки 4 и 5 бандажа соединяются между собой, а с помощью пряжек на накладках и цифровых меток на лентах (на фиг. не показаны) производится предварительная ручная подтяжка лент к телу пациента с целью устранения их чрезмерного провисания и обеспечения рабочей длины, необходимой для осуществления режима реанимации, соответствующей ближайшему рабочему размеру в пределах принятого размерного ряда, использованного при разработке управляющей программы, заложенной в память контроллера блока управления. Выбранная цифровая метка также заносится с помощью пульта управления в память блока управления.
На втором этапе осуществляется автоматическая подтяжка лент бандажа до полного контакта с грудью пациента и определяется длина ее окружности, что необходимо для автоматического выбора требуемых параметров режима реанимации.
Для этого подается электрическое питание противоположной полярности на обмотки мотор-редукторов 19 и 20, осуществляющих вращение шпинделей 13 и 14 со шкивами 21 и 22 в противоположных направлениях, но с одинаковыми угловыми скоростями, синхронизация которых обеспечивается зубчатыми колесами 15 и 16, что вызывает натяжение лент 6 и 7, наматываемых на соответствующие шкивы.
При достижении полного контакта грудных накладок и лент с телом пациента происходит усиление выходного сигнала от датчика силы 33, который вызывает прекращение процесса подтяжки и отключение мотор-редукторов, а по величине выходного сигнала датчика вращения 35 после осуществления полной подтяжки лент, с помощью программы, установленной в блоке управления, определяется величина перемещения лент, окружность грудной клетки пациента и рекомендуемая величина ее прогиба в зоне грудины без повреждения ребер.
На третьем этапе реализуется автоматический режим реанимации, состоящий из двух фаз - компрессии (сжатия) и декомпрессии (разжима) грудной клетки, что равнозначно соответственно выдоху и вдоху.
Для реализации фазы компрессии подается напряжение на обмотки мотор-редукторов, что вызывает вращение шпинделей 13 и 14 с закрепленными на них шкивами 21 и 22, натяжение лент 6 и 7, наматываемых на шкивы и к созданию в зонах контакта выступов грудных накладок 4 и 5 с впадиной грудины усилий F/2, а в зонах контакта лент с ребрами -распределенных сжимающих усилий q, вызывающих уменьшение длины окружности грудной клетки и прогиб грудины на величину δ, сокращение предсердия и желудочков сердца, а также сокращение легких.
Для реализации фазы декомпрессии осуществляется реверсирование мотор-редукторов, которое приводит к изменению направлений вращения шкивов на противоположные и устранению натяжения лент, что позволяет ребрам за счет накопленной в них при сжатии энергии упругих деформаций вернуть грудную клетку в исходное состояние, т.е. увеличить до первичной длину ее окружности, предсердие и желудочки наполняются кровью, а легкие воздухом.
Частоту реверсирования мотор-редукторов, т.е. частоту циклического нагружения грудной клетки, а соответственно и частоту следования вдоха и выдоха, устанавливают с помощью пульта управления.
Диаметр D шкивов, обеспечивающих натяжение лент при их намотке на них за один оборот, определяется с учетом следующих рекомендаций.
Средняя длина окружности груди взрослого человека (мужчины) равна 870,0 мм (http://opnevmonii.ru/wp-content/uploads/2017/01/Рисунок1.jpg) (Таблица измерений), а рекомендуемая глубина прогиба грудины при закрытом массаже сердца должна составлять у взрослых 50,0…60,0 мм (http://okardio.com/ostalnoe/serdechno-legochnaya-reanimaciya-590.html)..
Расчеты показывают, что для обеспечения прогиба грудины δ=50 мм необходимо уменьшить длину окружности грудной клетки за счет сжатия на 154 мм, т.е. каждая лента после подтяжки должна переместиться при намотке на шкив на 77 мм.
Учитывая вышеизложенное, длина окружности каждого шкива π D диаметром D должна быть равна сумме перемещений каждой из лент при подтяжке, (например, 30.0 мм), при сжатии груди (77,0 мм) и некоторого резервного перемещения (например, 20,0 мм),
т.е. πD=30,0+77,0+20,0=127 мм,
откуда D≈41 мм.
Величины перемещения лент при подтяжке и при сжатии грудной клетки определяются через угол поворота датчика вращения 35.
Применение в составе реанимационного устройства двух спаренных между собой малогабаритных мотор-редукторов, суммарная мощность которых обеспечивает требуемую величину деформации грудной клетки пациента, характеризующихся сравнительно малыми диаметрами корпуса статора, также способствует улучшению его эксплуатационных характеристик, поскольку способствует уменьшению высоты, а, следовательно, и веса платформы, что улучшает условия эвакуации (переноса) пациента, находящегося (закрепленного) на платформе.