СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ПОТОКА ГАЗА ДЛЯ ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR GAS FLOW GENERATION FOR ARTIFICIAL PULMONARY VENTILATION AND DEVICE FOR IMPLEMENTING IT

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для аппаратов искусственной вентиляции легких, а также может быть использовано в других приборах, где необходимо создавать периодические пневматические импульсы.
Известен способ искусственной вентиляции легких и устройство его осуществления (патент 2336859 RU, A61Н 31/02), при котором к магистрали пациента подключается устройство для струйной искусственной вентиляции легких. Это устройство снабжено блоком системы управления и набором датчиков.
Известен также генератор потока газа аппарата искусственной вентиляции легких (а.с. 858825, СССР, A61Н 31/02), содержащий электродвигатель, коллекторы, нагнетательные и всасывающие клапаны и обеспечивающий создание постоянного потока газа для создания вдоха пациентом.
Недостатками известных изобретений являются наличие сложных устройств для создания потока газа, множества датчиков, клапанов и т.д., что усложняет конструкцию и снижает ее надежность.
Изобретением решается задача создания способа генерирования потока газа для искусственной вентиляции легких и устройства для его реализации, характеризующихся стабильным процессом создания потока газа при условии отсутствия датчиков, клапанов и систем управления.
Для решения поставленной задачи в способе генерирования потока газа для искусственной вентиляции легких, включающем нагнетание потока газа в магистраль пациента и его удаление из этой магистрали, согласно настоящему изобретению нагнетание и удаление потока газа осуществляют посредством скачкообразного изменения направления вихревого потока, который создают крыльчаткой генератора потока газа, расположенной в отверстии стенки коллектора при соблюдении условия, что средняя плоскость вращения крыльчатки совпадает с плоскостью отверстия, при этом параллельно упомянутой стенке коллектора на расстоянии, не превышающем половины диаметра крыльчатки, устанавливают вспомогательную стенку, размещая ее перпендикулярно оси вращения крыльчатки.
Под бистабильным вихревым потоком понимается поток, который может находиться в двух стабильных, устойчивых режимах. Различие этих режимов заключается в том, что направление течения газа в них разное. Один режим обеспечивает течение газа к пациенту, другой - от пациента. Переход из одного режима в другой определяется давлением, которое формируется в магистрали пациента. Если давление избыточное в магистрали пациента, достигло предельного значения, то в вихревом движении происходят такие аэродинамические процессы, которые меняют режим. Достижение предельного разряжения в магистрали пациента также приводит к изменению режима вихревого движения газа. Величины избыточного давления и разряжения в магистрали пациента являются определяющими для перехода вихревого движения газа из одного устойчивого режима в другой.
Для решения поставленной задачи в генераторе потока газа аппарата искусственной вентиляции легких, содержащем привод и коллектор, согласно настоящему изобретению привод соединен валом с крыльчаткой, расположенной в отверстии стенки коллектора, параллельно упомянутой стенке коллектора установлена вспомогательная стенка, которая размещена перпендикулярно оси вращения крыльчатки и на расстоянии от нее, не превышающем половину диаметра крыльчатки, при этом внутренняя полость коллектора соединена с магистралью пациента, а средняя плоскость вращения крыльчатки совпадает с плоскостью отверстия.
Заявляемый способ генерирования потока газа для искусственной вентиляции легких и устройство для его осуществления поясняются на примере выполнения чертежей. На фиг.1 представлена конструктивная схема устройства генерирования потока газа для искусственной вентиляции легких с разрезом и дополнительным сечением (А-А), D - диаметр крыльчатки, ω - угловая частота вращения крыльчаткой. На фиг.2 стрелками показаны направления течения потока газа при работе устройства в режиме нагнетания потока газа в магистраль пациента. На фиг.3 стрелками показаны направления течения потока газа при работе устройства в режиме удаления потока газа из магистрали пациента.
Способ осуществляется следующим образом. Вихревой поток газа создают каким либо образом, например с помощью крыльчатки. При этом напротив этого отверстия располагают дополнительную стенку, параллельно стенке с отверстием. Если в камере отсутствует избыточное давление, то вихревой поток газа создаст течение, направление которого показано на фиг.2 стрелками. Газ будет двигаться между параллельными стенками к отверстию, в котором вихрь переносит этот газ в камеру. Избыточное давление в камере будет возрастать. После достижения предельного избыточного давления направление движения газа скачкообразно изменится на противоположное, и вихревой поток перейдет во второе устойчивое положение. Направление потока газа для этого случая показано на фиг.3. В камере будет понижаться давление и по достижении предельного разряжения поток газа вновь скачкообразно изменит направление своего движения на противоположное и вихревой поток вернется в первоначальное устойчивое положение. Цикл перехода вихревого потока из одного устойчивого положения в другое начнется сначала.
Устройство генерирования потока газа для искусственной вентиляции легких состоит из коллектора 1, в стенке 2 которого выполнено отверстие с установленной в нем крыльчаткой 3, средняя плоскость вращения которой относительно ее оси совпадает с плоскостью отверстия в стенке 2. Средней плоскостью вращения крыльчатки является виртуальная плоскость, перпендикулярная оси ее вращения, и располагается эта плоскость внутри крыльчатки 3 на равном расстоянии от ее внешних габаритов. Крыльчатка 3 с помощью вала 4 соединена с приводом 5, например с электродвигателем. Параллельно стенке 2 установлена дополнительная стенка 6 на расстоянии от крыльчатки 3, не превышающем половины диаметра крыльчатки 3. Половина диаметра крыльчатки 3 является граничным значением. При превышении этого расстояния эффект бистабильности для потока газа исчезает и движение газа становится однонаправленным по отношению к магистрали пациента 7. В случае меньшего расстояния, чем половина диаметра крыльчатки 3, поток газа обладает способностью поочередно пребывать в одном из двух устойчивых режимов. Внутренняя полость коллектора 1 соединена с магистралью пациента 7.
Устройство работает следующим образом. Включается привод 5, который через вал 4 приводит во вращение крыльчатку 3, создающую поток газа, направленный в коллектор 1 и далее в магистраль пациента 7 (фиг.2). Этот режим соответствует состоянию вдоха и заканчивается он при заполнении легких газом и достижении в магистрали пациента 7 предельного давления, на которое настроен режим вращения крыльчатки 3. После этого происходит скачкообразное изменение аэродинамических процессов в пространстве около крыльчатки 3 и дополнительной стенки 6. При этом крыльчатка 3, сохраняя направление и частоту своего вращения, меняет направление движения потока газа на противоположное (фиг.3). Происходит выкачивание газа из коллектора 1 и, соответственно, из магистрали пациента 7, что соответствует состоянию выдоха и заканчивается при достижении предельного разряжения в магистрали пациента 7 и коллекторе 1. После достижения предельного разряжения происходит скачкообразное изменение режима течения потока газа в пространстве между дополнительной стенкой 6 и крыльчаткой 3. Поток газа возвращается в исходное состояние и наступает режим вдоха. Предельные значения избыточного давления и разряжения, создаваемые устройством, определяются частотой вращения крыльчатки 3. Изменение вращения крыльчатки 3 осуществляется под наблюдением врача, который следит за состоянием пациента, и частота вращения крыльчатки 3 плавно изменяется от нулевого значения до частоты, которую определит врач.
Механизм переключения направления газового потока состоит в следующем. В режиме нагнетания (состояние вдоха, фиг.2) поток газа, проходя через крыльчатку, преодолевает перепад давления, образованный разряжением в пространстве между дополнительной стенкой 6 и крыльчаткой 3, а также избыточным давлением в коллекторе 1. При достижении предельного давления (окончание состояния вдоха) в коллекторе 1 перепад давления на крыльчатке 3 вынудит скачкообразно изменить направление потока газа на противоположное, как это показано на фиг.3, и газ будет удаляться из магистрали пациента 7. При этом частота и направление вращения крыльчатки не изменятся, а разряжение в пространстве между дополнительной стенкой 6 и крыльчаткой 3 будет удерживать поток газа в этом положении до момента, когда разряжение в коллекторе 1 достигнет предельного значения (окончание состояния выдоха). После этого поток газа скачкообразно возвратится в исходное состояние.