СПОСОБ НЕИНВАЗИВНОЙ ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ НОВОРОЖДЕННЫХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR NON-INVASIVE ARTIFICIAL LUNG VENTILATION FOR NEWBORNS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Предлагаемое изобретение относится к области медицинского приборостроения и может быть использовано в реаниматологии для оказания респираторной поддержки новорожденным с острой дыхательной недостаточностью.
Известны и считаются наиболее эффективными в терапии дыхательной недостаточности новорожденных способы неинвазивной искусственной вентиляции легких (далее - ИВЛ) с использованием устройств, предназначенных для сопряжения с пациентом, а также пневмоэлементов, способствующих созданию избыточного, по сравнению с атмосферным, давления в дыхательных путях пациента (Continuous positive airway pressure), обозначаемого широко распространенной аббревиатурой CPАР (см., например, WO 2012047903, 2012.04.12; WO 2012047900, 2012.04.12; US 2009165799, 2009.07.02). Эти пневмоэлементы (далее - пневмоэлементы СРАР) представляют собой разнообразные пневматические устройства, пневмосопротивление которых в направлении к пациенту существенно меньше, чем в противоположном направлении. Их размеры колеблются от весьма миниатюрных до крупногабаритных, а конструкции - от пневмоаккамуляторов дыхательной смеси, до обратных неплотных пневмоклапанов и несимметричных трубок Вентури.
В известных способах неинвазивной ИВЛ могут использоваться миниатюрные пневмоэлементы СРАР, встроенные непосредственно в устройства сопряжения с пациентом, например в носовые канюли, назальные маски, и т.п., и применяться либо в качестве составной части аппарата ИВЛ, либо в качестве взаимодействующего с ним элемента, в том числе - одноразового.
Известен способ неинвазивной ИВЛ и устройство, предназначенное для его осуществления (см. US 2012304995 А1, 2012. 12. 06), взаимодействующее с дыхательным контуром, включающим пневмоэлемент СРАР и устройство сопряжения с пациентом.
Известный способ основан на создании постоянного расхода дыхательной смеси в дыхательном контуре, а осуществляющее его устройство содержит нагнетательный пневмоканал, модуль регулирования расхода дыхательной смеси, снабженный пневмоканапом для подачи кислорода, пневмоканалом для подачи воздуха и пневмовыходом для подсоединения к нагнетательному пневмоканалу, модуль ввода и отображения информации, блок управления, электрически связанный с управляющим входом модуля регулирования расхода дыхательной смеси и с модулем ввода и отображения информации, увлажнитель дыхательной смеси, а также датчик давления, установленный на выходе дыхательного контура и электрически соединенный с блоком управления. В соответствии с известным способом в блоке управления запоминают введенное в него значение заданного избыточного давления и сравнивают фактическое значение давления, измеренное датчиком давления, с заданным значением, а при их расхождении вычисляют соответствующую поправку, и затем, на основании фактического значения давления и вычисленной поправки, рассчитывают величину постоянного расхода дыхательной смеси, требуемую для поддержания заданного избыточного давления, и непрерывно выдают соответствующий управляющий сигнал в модуль регулирования расхода дыхательной смеси. В этом модуле формируют поток дыхательной смеси, необходимый для поддержания требуемой величины постоянного расхода и подают сформированный поток по нагнетательному каналу в дыхательный контур пациента.
Недостаток известных способа и устройства заключается в том, что создание постоянного расхода дыхательной смеси не может гарантировать постоянное избыточное давление в дыхательном контуре пациента, в результате чего возможны как повышение давления выше требуемого значения с предпосылкой к баротравме легких, так и недостаточность, вызывающая слипание альвеол.
Этот недостаток устранен в наиболее близком к заявляемому изобретению и принятому за прототип способе неинвазивной искусственной вентиляции легких новорожденных с контролем давления в дыхательном контуре и устройстве для его осуществления (см. US 20022078958 А1, 2002.06.27). Известный способ основан на создании и поддержании постоянного значения заданного избыточного давления дыхательной смеси на выходе дыхательного контура, а осуществляющее его устройство взаимодействует с дыхательным контуром, включающим пневмоэлемент СРАР, встроенный в устройство сопряжения с пациентом, может также взаимодействовать с пульсоксиметрическим датчиком и содержит нагнетательный пневмоканал с увлажнителем дыхательной смеси, модуль регулирования расхода дыхательной смеси, снабженный пневмоканалом для подачи кислорода, пневмоканалом для подачи воздуха и управляемым клапаном для регулирования расхода дыхательной смеси, подсоединенный своим пневмовыходом ко входу нагнетательного пневмоканала, выход которого предназначен для подсоединения к дыхательному контуру, модуль ввода и отображения информации, снабженный входом для подключения к пульсоксиметрическому датчику, не менее одного датчика давления, хотя бы один из которых установлен на выходе дыхательного контура, и блок управления, соответствующие входы которого соединены, каждый, с соответствующим электрическим выходом одного из упомянутых датчиков давления, а выход - с управляющим входом модуля регулирования расхода дыхательной смеси. В соответствии с известным способом в блоке управления этого устройства сравнивают фактическое значение давления на выходе пневмоэлемента СРАР, измеренное датчиком давления, с заданным значением избыточного давления, введенным в этот блок по двусторонней информационной линии связи из модуля ввода и отображения информации, и непрерывно формируют управляющие сигналы на управляющий вход модуля регулирования расхода этой смеси, предназначенные для непрерывного регулирования расхода с целью поддержания практически постоянного значения заданного избыточного давления в дыхательных путях новорожденного в течение всей процедуры ИВЛ.
Недостатком известных способа и устройства является невозможность измерения пневмопараметров взаимодействующего с устройством конкретного дыхательного контура таких, например, как перепад давления между входом и выходом пневмоэлемента СРАР, постоянная времени этого пневмоэлемента и пневмосопротивление дыхательного контура, что затрудняет, а в отдельных случаях делает невозможным взаимодействие с определенными видами дыхательных контуров. Например, неучет постоянной времени пневмоэлемента СРАР может привести к асинхронной по отношению к циклу вдох-выдох пациента подаче дыхательной смеси в дыхательные пути новорожденного. Еще одним недостатком прототипа является неэффективность использования информации, вырабатываемой пульсоксиметрическим датчиком, которая служит только для отображения на дисплее модуля ввода и отображения информации и не используется для автоматического регулирования состава дыхательной смеси с целью повышения безопасности новорожденных.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности использования для неинвазивной ИВЛ новорожденных любых видов дыхательных контуров, содержащих различные пневмоэлементы СРАР и различные устройства сопряжения с пациентом, повышение безопасности новорожденных при использовании взаимодействующих дыхательных контуров, а также повышение эффективности использования пульсоксиметрической информации.
Решение поставленной задачи достигается тем, что способ неинвазивной искусственной вентиляции легких новорожденных с использованием дыхательного контура, содержащего устройство сопряжения с пациентом и пневмоэлемент СРАР, в соответствии с которым составляют и подают в дыхательный контур воздушно-кислородную увлажненную дыхательную смесь, определяют и задают значение постоянного избыточного давления на выходе дыхательного контура, измеряют значение фактического давления дыхательной смеси на входе дыхательного контура, сравнивают измеренное значение фактического давления с заданным значением, определяют величину рассогласования между фактическим и заданным значениями давления, в зависимости от величины рассогласования непрерывно формируют соответствующие сигналы управления расходом дыхательной смеси и выдают их вплоть до устранения упомянутого рассогласования, обеспечивая при этом частоту выдачи сигналов управления существенно выше частоты следования дыхательных циклов, дополнен следующими операциями: для конкретного взаимодействующего дыхательного контура автоматически тестируют этот контур, в процессе тестирования вычисляют и запоминают значения двух поправочных коэффициентов: первого коэффициента, характеризующего постоянную времени пневмоэлемента СРАР, и второго коэффициента, характеризующего пневмосопротивление дыхательного контура, затем, с учетом вычисленных значений поправочных коэффициентов, уточняют, задают и запоминают значение постоянного избыточного давления на выходе дыхательного контура исходя из условия, что в течение всего дыхательного цикла, в том числе при вдохе пациента, оно должно превышать значение атмосферного давления, после чего регулируют расход дыхательной смеси таким образом, чтобы давление на выходе дыхательного контура оставалось по существу постоянным и равным заданному значению в течение всего дыхательного цикла.
Решение поставленной задачи достигается также тем, что устройство для осуществления заявляемого способа, предназначенное для взаимодействия с дыхательным контуром пациента и с пульсоксиметрическим датчиком, содержащее модуль регулирования расхода дыхательной смеси, блок управления, модуль ввода и отображения информации, соединенный с блоком управления двунаправленной информационной линией связи, нагнетательный пневмоканал с увлажнителем дыхательной смеси, а также первый и второй датчики давления, причем модуль регулирования расхода дыхательной смеси снабжен пневмоканалом для подачи воздуха, пневмоканалом для подачи кислорода, первым управляемым клапаном, предназначенным для регулирования расхода дыхательной смеси, и пневмовыходом для подключения ко входу нагнетательного пневмоканала, выход которого предназначен для подсоединения к дыхательному контуру, при этом первый датчик давления снабжен пневмовходом для подсоединения к выходу дыхательного контура и содержит электрический выход, соединенный с соответствующим входом блока управления, электрический выход которого подключен ко входу модуля регулирования расхода дыхательной смеси и, затем, - к управляющему входу первого управляемого клапана, а модуль ввода и отображения информации снабжен входом для подключения к пульсоксиметрическому датчику, дополнено новыми элементами и связями.
Согласно изобретению в состав блока управления предлагаемого устройства дополнительно введены ячейка пульсоксиметрии, модуль поправочных коэффициентов, содержащий первый и второй вычислители, и модуль стабилизации давления, содержащий схему стабилизации, ячейку памяти заданных значений давления, подключенную к этой схеме, причем оба вычислителя модуля поправочных коэффициентов соединены со схемой стабилизации модуля стабилизации давления информационными линиями связи, а в состав модуля регулирования расхода дополнительно введен второй управляемый клапан, установленный в пневмоканале для подачи кислорода, а пневмовход второго датчика давления подключен к выходу нагнетательного пневмоканала, при этом блок управления, модуль регулирования расхода, модуль ввода данных, нагнетательный пневмоканал и оба датчика давления расположены в общем корпусе предлагаемого устройства.
Оба упомянутых вычислителя предназначены для вычисления и хранения значений поправочных коэффициентов, характеризующих пневмопараметры взаимодействующего с предлагаемым устройством дыхательного контура, которые автоматически определяются упомянутыми вычислителями при тестировании дыхательного контура до начала процедуры ИВЛ.
Первый вычислитель предназначен для определения и хранения значения первого поправочного коэффициента, характеризующего постоянную времени пневмоэлемента СРАР, равную промежутку времени, за которое при заданном значении постоянного расхода дыхательной смеси на выходе этого пневмоэлемента достигается заданное значение постоянного избыточного давления. Второй вычислитель предназначен для определения и хранения значения второго поправочного коэффициента, характеризующего пневмосопротивление дыхательного контура в прямом направлении потока дыхательной смеси, пропорциональное перепаду давления между входом и выходом этого контура, равного разности показаний второго и первого датчиков давления.
Схема стабилизации, входящая в состав модуля стабилизации давления, предназначена для вычисления величины расхода дыхательной смеси, требуемой для создания и поддержания заданной величины постоянного избыточного давления на выходе дыхательного контура в течение всей процедуры вентиляции легких и непрерывного формирования управляющих сигналов для подачи на управляющий вход первого управляемого клапана модуля регулирования расхода. Вычисление величины требуемого расхода производится на основе показаний первого датчика давления с учетом хранящегося в ячейке памяти заданного значения давления, а также значений первого и второго поправочных коэффициентов, поступающих в модуль стабилизации давления из модуля поправочных коэффициентов по информационной линии связи. Ячейка пульсоксиметрии предназначена для обработки показаний пульсоксиметрического датчика и формирования на их основе сигнала, поступающего на управляющий вход второго управляемого клапана для изменения доли кислорода в составе дыхательной смеси в зависимости от значений параметров, характеризующих артериальный пульс пациента и содержание кислорода в крови.
Благодаря предложенному техническому решению в дыхательных путях новорожденного при использовании любых типов дыхательных контуров устанавливается по существу постоянное избыточное давление, соответствующее заданному значению, необходимому для эффективной респираторной поддержки пациента, а парциальное содержание кислорода в дыхательной смеси объективно соответствует параметрам пульсоксиметрии, что надежно обеспечивает защиту новорожденного при выполнении процедуры ИВЛ.
Работа предлагаемого устройства во взаимодействии с дыхательным контуром и пульсоксиметрическим датчиком поясняется чертежом, на котором введены следующие обозначения:
1 - модуль регулирования расхода, 2 - пневмоканал для подачи кислорода, 3 - пневмоканал для подачи воздуха, 4 - нагнетательный пневмоканал, 5 - дыхательный контур, 6 - устройство сопряжения, 7 - пневмоэлемент СРАР, 8 - первый датчик давления, 9 - блок управления, 10 - модуль ввода и отображения, 11 - модуль поправочных коэффициентов, 12 - первый вычислитель, 13 - второй вычислитель, 14 - модуль стабилизации давления, 15 - ячейка памяти, 16 - схема стабилизации, 17 - второй датчик давления, 18 - увлажнитель, 19 - ячейка пульсоксиметрии, 20 - пульсоксиметрический датчик, 21 - первый управляемый клапан, 22 - второй управляемый клапан, 23 - корпус.
Модуль регулирования расхода 1 снабжен пневмоканалом для подачи кислорода 2, пневмоканалом для подачи воздуха 3 и пневмовыходом, подключенным ко входу нагнетательного пневмоканала 4. Выход нагнетательного пневмоканала 4 предназначен для подсоединения к дыхательному контуру 5, взаимодействующему с предлагаемым устройством и включающему устройство сопряжения 6 и пневмоэлемент СРАР 7. Первый датчик давления 8 снабжен пневмовходом для подсоединения к выходу дыхательного контура 5 и электрическим выходом, соединенным с соответствующим входом блока управления 9. Блок управления 9 своим соответствующим выходом подключен к управляющему входу первого управляемого клапана 21, входящего в состав модуля регулирования расхода 1, и соединен двунаправленной информационной линией связи с модулем ввода и отображения 10. В состав блока управления 9 входят модуль поправочных коэффициентов 11, содержащий первый и второй вычислители 12, 13, соответственно, и модуль стабилизации 14, содержащий схему стабилизации 16 и ячейку памяти 15, подключенную к этой схеме, причем оба вычислителя 12, 13 соединены со схемой стабилизации 16 информационными линиями связи. Пневмовход второго датчика давления 17 подключен к выходу нагнетательного пневмоканала 4, а электрический выход этого датчика соединен с соответствующим входом блока управления 9. Нагнетательный пневмоканал 4 содержит увлажнитель 18, а в состав блока управления 9 входит ячейка пульсоксиметрии 19, вход которой предназначен для подключения к пульсоксиметрическому датчику 20. Выход схемы стабилизации 16 модуля стабилизации давления 14 подключен к управляющему входу первого управляемого клапана 21, а выход ячейки пульсоксиметрии 19 соединен с управляющим входом второго управляемого клапана 22; выход пульсоксиметрического датчика 20 подключен также ко входу модуля ввода и отображения 10. Блок управления 9, модуль регулирования расхода 1, модуль ввода данных 10, нагнетательный пневмоканал 4 и оба датчика давления 8 и 17 предлагаемого устройства расположены в общем корпусе 23.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
2
Перед началом процедуры ИВЛ выход нагнетательного пневмоканала 4 подключают ко входу дыхательного контура 5, пневмовход первого датчика давления 8 подсоединяют к выходу дыхательного контура 5, а пневмоканалы 2 и 3 модуля регулирования расхода 1 подключают к источникам сжатого газа: кислорода O и воздуха В, соответственно, после чего задают и вводят с помощью модуля ввода и отображения 10 в блок управления 9 предварительное значение избыточного давления на выходе дыхательного контура, которое запоминается в ячейке памяти 15 модуля стабилизации давления 14.
После выполнения перечисленных предварительных операций первый и второй вычислители 12, 13, соответственно, модуля поправочных коэффициентов 11 автоматически вычисляют значения первого и второго поправочных коэффициентов, характеризующих пневмопараметры подсоединенного к предлагаемому устройству дыхательного контура 5. Для вычисления значения первого коэффициента в первом вычислителе 12 модуля поправочных коэффициентов 11 автоматически измеряется время установления требуемого давления на входе в дыхательный контур, необходимое для получения заданного предварительного значения избыточного давления на его выходе, с учетом измеренной величины определяется постоянная времени пневмоэлемента СРАР 7 и по значению постоянной времени вычисляется численное значение первого коэффициента. Для определения значения второго коэффициента во втором вычислителе 13 модуля поправочных коэффициентов 11 на основе разности показаний второго 17 и первого 8 датчиков давления автоматически измеряется перепад давления между входом и выходом дыхательного контура 5 и по величине этого перепада во втором вычислителе 13 вычисляется численное значение второго коэффициента, после чего каждое из двух найденных значений запоминается в соответствующем вычислителе 12, 13.
После окончания автоматической настройки устройство сопряжения 6 дыхательного контура 5 подсоединяют к дыхательным путям пациента, при необходимости, в зависимости от глубины вдоха-выдоха, уточняют предварительное значение заданного избыточного давления и приступают к процедуре ИВЛ.
При работе предложенного устройства дыхательная смесь, увлажненная в увлажнителе 18 нагнетательного канала 4, непрерывно подается в дыхательный контур 5. При этом в модуле стабилизации давления 14 с использованием схемы стабилизации 16 непрерывно в течение каждого цикла вдох-выдох автоматически определяется величина расхода дыхательной смеси, необходимая для создания и поддержания заданного избыточного давления, откорректированная с учетом первого и второго поправочных коэффициентов, характеризующих подсоединенный дыхательный контур. Значения этих коэффициентов поступают в модуль стабилизации давления 14 из модуля поправочных коэффициентов 11 по соединяющим их информационным линиям связи. Модуль стабилизации давления 14 непрерывно в течение всего дыхательного цикла выдает соответствующие управляющие сигналы в модуль регулирования расхода 1 на управляющий вход первого управляемого клапана, регулирующего расход дыхательной смеси.
В результате из модуля регулирования расхода 1 в дыхательный контур 5 через нагнетательный пневмоканал 4 подается поток увлажненной дыхательной смеси, расход которой определяется упомянутыми управляющими сигналами. В процессе дыхания новорожденного давление в дыхательном контуре циклично изменяется: во время вдоха - понижается, а во время выдоха - повышается. Первый датчик давления 8 фиксирует изменения давления на выходе дыхательного контура 5 и с высоким быстродействием выдает информационные сигналы в блок управления 9, который вырабатывает и непрерывно выдает соответствующие управляющие сигналы в модуль регулирования расхода 1 на управляющий вход первого управляемого клапана 21 для изменения расхода дыхательной смеси таким образом, чтобы значение избыточного давления на выходе дыхательного контура оставалось по существу постоянным и равным уточненному заданному значению. В процессе проведения процедуры ИВЛ параметры пульсоксиметрии пациента, измеренные пульсоксиметрическим датчиком 20, отображаются по вызову на дисплее модуля ввода и отображения 10. При необходимости автоматического регулирования парциального содержания кислорода в дыхательной смеси выход пульсоксиметрического датчика 20 подключают ко входу пульсометрической ячейки 19, которая автоматически регулирует долю кислорода в дыхательной смеси, формируя управляющий сигнал, поступающий на управляющий вход второго управляемого клапана 22.
Сохранение постоянного значения избыточного давления, в точности соответствующего заданному значению давления на выходе любого взаимодействующего с предлагаемым устройством дыхательного контура, существенно повышает безопасность процедуры ИВЛ, а регулирование парциального содержания кислорода в дыхательной смеси делает ее более эффективной.
Таким образом, задача изобретения, состоящая в обеспечении возможности использования для неинвазивной ИВЛ новорожденных любых видов дыхательных контуров и в повышении безопасности новорожденных, успешно решена с помощью предложенных технических решений.