МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АППАРАТ ИВЛ

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к способам искусственной управляемой или вспомогательной вентиляции легких (ИВЛ) и может быть использовано в процессе реанимации в условиях клинических больниц и научно-исследовательских медицинских институтов для респираторной поддержки.
Во многих случаях нарушения функций внешнего дыхания пациента приводят к острой дыхательной недостаточности. Для временного замещения этих нарушенных функций используют ИВЛ, реализующую механическую компоненту внешнего дыхания. В неотложной кардиологии индивидуализация и оптимизация фармакологического воздействия, в частности, при биоуправляемой терапии кардиогенного шока, гипертонического криза и других экстремальных состояний могут быть успешно осуществлены только при наличии непрерывной и оперативной информации о сердечном выбросе и общем периферическом сопротивлении, см. «Реография. Импедансная плетизмография», под ред. Г.И.Сидоренко, Минск, Беларусь, 1978, стр.62, 63,
При длительной ИВЛ (до 30 суток) у пациента развивается устойчивое привыкание к аппарату. Для отучения от аппарата применяются вспомогательные (триггерные) режимы - «SIMV» - (Sinhronized Intermittent Mandatory Ventilation) - синхронизированная перемежающаяся принудительная вентиляция легких, «A+SMV» - (Assistant Controlled Mechanical Ventilation) - вспомогательная искусственная вентиляция легких (триггерный режим). Такие режимы используются в большинстве современных аппаратах Российского и зарубежного производства (фирмы "Puritan Bennet", "Bird", "Newport", "Drager"). Однако, используемая в данных аппаратах аппаратная реализация попытки вдоха основывается на методе или отклика по потоку или по давлению. Аппаратная задержка в данном случае (начало дыхания - отклик аппарата) составляет от 60 до 100 мсек. Но при частоте дыхания у недоношенных и новорожденных детей от 60 до 75 1/мин и отношении вдох/выдох=½, на вдох приходится от 0,2 до 0,4 сек (200-400
мсек), и аппаратная задержка в 100 мсек уже недопустима, так как фаза выдоха у ребенка будет накладываться на фазу вдоха аппарата, что приводит к борьбе и так ослабленного организма с «железной» машиной. Задержка в аппарате обусловлена комплайнсом (сопротивлением) дыхательных магистралей аппарата и временем распространения волны разряжения при попытке вдоха пациента от тройника пациента до датчика давления, расположенного в самом аппарате, а так же быстродействием электромагнитного клапана аппарата.
Известен классический способ ИВЛ с постоянным потоком и давлением на вдохе. Схему его и полное описание см. «Актуальные проблемы реанимации и интенсивной терапии новорожденных», специальный выпуск журнала «Медицина и техника», г.Екатеринбург, 2000 г., стр.22-25. Данный способ характеризуется тем, что важнейшим параметром является величина минутной вентиляции, которая является в свою очередь произведением частоты дыхания на объем, доставляемый с каждым вдохом. Воздействуя на мех с постоянной частотой, подавая с каждым циклом равные объемы воздуха, обеспечивается постоянство минутной вентиляции. При этом способе достаточно легко проконтролировать частоту и объем.
Недостатком устройства по данному способу является невозможность проконтролировать параметры сердечно-сосудистой системы при респираторной помощи т.е. невозможно создать полностью безопасный для пациента режим объемной вентиляции и оптимизировать фармакологическое воздействие на пациента.
i
c
Известен способ искусственной вентиляции легких, при котором одновременно и независимо выполняются несколько функций: смешение двух газов, регулирование скорости постоянного потока газовой смеси (регулирование минутной вентиляции), регулирование частоты дыхания, регулирование относительного времени вдоха (Т/Т, в %), регулирование давления и формы кривой скорости потока и фазу вдоха, см. журнал СЫР NEWS, Москва, №9, ноябрь 2000 г., стр.28-30.
Недостатком данного способа и устройства для его осуществления при всей его мощной аппаратной (компьютерной) поддержке также является отсутствие
определения и учета параметров сердечно-сосудистой системы, попытки вдоха у пациента и синхронизация попытки с началом фазы принудительного вдоха, что не позволяет оптимизировать биоуправляемую терапию и фармакологическое воздействие.
Известен «Способ искусственной вентиляции легких и устройство для его осуществления», патент РФ №2218144, включающий в себя следующие операции: определение начала попытки вдоха путем подачи низкоамплитудного высокочастотного стабильного тока на левую и правую часть торса, снятие изменения проводимости в момент начала попытки, фиксация этого момента и синхронизации с ним фазы вдоха - ПРОТОТИП.
Недостатками данного способа и устройства являются следующие. Не определяется состояние центральной гемодинамики, регистрируется только ЭКГ и дыхание.
Технической задачей является расширение функциональных возможностей аппарата ИВЛ.
С этой целью предлагается многофункциональный аппарат ИВЛ, содержащий задающий генератор, первый и второй задающий электроды, первый, второй и третий приемные электроды, синхронный детектор, ИВЛ - воздуходувку и ротоносовую маску, отличающийся тем, что в него введены микрофон, блок реограммы сердечного выброса, блок фотокардиограммы, блок ЭКГ и блок синхронизации и формирования управляемой выдержки запуска ИВЛ со следующими соединениями: выходы генератора соединены с первым и вторым задающими электродами, а выходы первого, второго и третьего приемных электродов соединены с сигнальными входами синхронного детектора, выходы первого и второго приемных электродов дополнительно соединены с входами блока реограммы сердечного выброса, выходы первого и третьего приемных электродов соединены с входами блока ЭКГ, выход микрофона соединен с входом блока фотокардиограммы, выход которого, как и выходы синхронного детектора и блока ЭКГ соединены с сигнальными входами блока синхронизации и формирования управляемой задержки запуска ИВЛ, а выход последнего через ИВЛ - воздуходувки и ротоносовую маску является выходом аппарата ИВЛ; частота задающего генератора
выбирается в пределах 100±5 кГц, величина тока выходных сигналов при этом выбирается в пределах 0,02÷5,0 mA в зависимости от возраста пациента и его физического состояния; фотокардиограмму берем по первому тону сигнала, а по второму тону определяем конец систолы; второй приемный электрод может быть расположен от верхней части груди до брюшины по продольной оси симметрии тела в зависимости от требований врача; на основе кривых ЭКГ и сердечного выброса по разнице задержки контролируем скорость пульсовой волны; все замеренные и вычисленные параметры отображаются на дисплее, входящем в состав блока синхронизации и формирования управляемой задержки запуска ИВЛ.
На фиг.1 приведена структурная схема аппарата ИВЛ, на фиг.2 - диаграммы его работы. На фиг.1 изображено: 1 - пациент, 2 - генератор тока, 3 - синхронный детектор, 4 - блок снятия ЭКГ, 5 - блок снятия фонограммы, 6 - блок снятия реограммы сердечного выброса, 7 - блок синхронизации и формирования управляемой задержки ИВЛ (БСФ), 8 - ИВЛ - воздуходувка, 9 и 10 - первый и второй задающие электроды, 11, 12 и 13 - первый, второй и третий приемные электроды, 14 - верхнее положение второго приемного электрода по отношению к нижнему (12) положению, 15 - микрофон, 16 - ротоносовая маска, 17 - приемо-передающая часть аппарата ИВЛ, 18 - аппаратная часть ИВЛ. На фиг.2 изображены диаграммы: а) ЭКГ, б) ФКГ, в) сердечного выброса, г) ИВЛ.
Структурная схема аппарата имеет следующие соединения: выходы генератора 2 соединены с первым 9 и вторым 10 задающими электродами, а выходы первого 11, второго 12 и третьего 13 приемных электродов соединены с сигнальными входами синхронного детектора 3, выходы первого 11 и второго 12 приемных электродов дополнительно соединены с входами блока реограммы сердечного выброса 6, выходы первого 11 и третьего 13 приемных электродов соединены с входами блока ЭКГ4, выход микрофона 15 соединен с входом блока фотокардиограммы 5, выход которого, как и выходы синхронного детектора 3 и блока ЭКГ4 соединены с сигнальными входами блока синхронизации и формирования управляемой задержки запуска ИВЛ7, а выход последнего через ИВЛ - воздуходувки 8 и ротоносовую маску 1 6 является выходом аппарата ИВЛ7; частота
задающего генератора 2 выбирается в пределах 100±5 кГц, величина тока выходных сигналов при этом выбирается в пределах 0,02÷5,0 mA в зависимости от возраста пациента и его физического состояния; фотокардиограмму берем по первому тону сигнала, а по второму тону определяем конец систолы; второй приемный электрод 12 может быть расположен от верхней части груди до брюшины по продольной оси симметрии тела в зависимости от требований врача; на основе кривых ЭКГ и сердечного выброса по разнице задержки контролируем скорость пульсовой волны; все замеренные и вычисленные параметры отображаются на дисплее, входящем в состав блока синхронизации и формирования управляемой задержки запуска ИВЛ7.
Узлы и блоки аппарата ИВЛ могут быть выполнены на следующих ЭРЭ и ИМС. Генератор тока 2, см. Р.Граф «Электронные схемы», М, Мир, 1989, с.162. Синхронный детектор 3, см. там же, стр.198. Блок ЭКГ канала 4 собственного изготовления и состоит из последовательно соединенных активного фильтра, амплитудного детектора, компаратора и одновибратора. Блок фонограммы 5 собственного изготовления и состоит из последовательно соединенных усилителя - ограничителя и одновибратора. Блок реограммы сердечного сыброса 6 также собственного изготовления и состоит из последовательно соединенных усилителя, амплитудного детектора и НЧ-фильтра. Блок синхронизации и формирования управляемой временной задержки 7 может быть выполнен на МП-контроллере, например, на ИМС PIC 16C74 фирмы MICROCHIP. ИВЛ - воздуходувка 8 и ротоносовая маска 16 - стандартные, применяемые во всех аппаратах ИВЛ.
Аппарат ИВЛ работает следующим образом. При регистрации попытки вдоха методом импедансной пневмографии задержки в дыхательном контуре исключаются, быстродействие системы отклика обуславливается только быстродействием электромагнитного клапана аппарата, и составляет от 15 до 20 мсек, что уже вполне приемлемо для дыхания новорожденного ребенка.
При некоторых патологиях (изменения, происходящие в организме женщины во время беременности, операции на грудных детях), приводят к ослаблению сердечного выброса и медикаментозного его поддержания. Но исследования,
указывают что синхронизация ИВЛ с сердечным циклом (вдох синхронизирован с систолой) увеличивает сердечный выброс до 30%, то есть нет надобности в применении препаратов (которые, как правило, имеют еще и побочный эффект). Привязка аппаратного вдоха к началу сердечного выброса сокращает также и время отучения от респиратора, что делает его максимально эффективным.
Методы определения начала сердечного выброса. Кардиомонитор, конечно, как основа. Но кардиомонитор - это самостоятельный аппарат, обладающий как большой ценой, так и избыточностью информации. Нас же интересует только начало сердечного выброса, а не работа желудочков и клапанов сердца, поэтому работает через блок ЭКГ. Пульсоксиметр, но данный аппарат обладает своей собственной задержкой, так как регистрация выброса сердца происходит в отдаленных участках тела - пальцы рук или ног, мочка уха. Кровяной волне также нужно время, чтобы добраться до этих участков, а дальше пойдет аппаратная задержка ИВЛ.
В методе же импедансной пневмографии, регистрация сердечного выброса - является «побочным», даровым продуктом (регистрация ЧСС) на фоне регистрации дыхания пациента (регистрации попытки вдоха). По стоимости аппаратно импедансный пневмограф на порядок дешевле кардиомонитора. К тому же позволяет регистрировать оба интересующих нас процесса - начало вдоха пациента и начало сердечного выброса.