АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАРУЖНОГО МАССАЖА СЕРДЦА ПРИ СЕРДЕЧНО-ЛЕГОЧНОЙ РЕАНИМАЦИИ

Полезная модель 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 наружного (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 наружного 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 наружного (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, а также LUCAS-2 (Лукас-2) (http://www.deal-med.ru/ustroistvo_dlia_serdechno_legochnoi_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, содержащее 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, и 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.
Использование в составе устройства LUCAS-2 механизма воздействия на грудную клетку с электрическим приводом с реверсируемым электродвигателем усложняет систему управления и приводит к увеличению энергозатрат для возврата толкателя в верхнее положение, что снижает время непрерывной работы устройства без подзарядки аккумуляторных батарей.
Известное автоматическое устройство для сердечно-легочной реанимации в экстремальных условиях (патент на полезную модель RU №193963, МПК А61Н 31/00, 2019), содержит коробчатую платформу для пациента, тканевый грудной бандаж с лентами, механизм циклического натяжения лент включающий в себя последовательно установленные на одной оси неполноповоротный пневмодвигатель, датчик крутящего момента с сильфонными муфтами и вал со шкивом для наматывания лент, а также пневмораспределитель, блок управления и автономный источник энергии в виде баллонов сжатого воздуха.
К его недостаткам следует отнести сравнительно небольшое время непрерывной работы без подзарядки баллонов сжатым воздухом, сравнительно большую массу и габариты вследствие наличия баллонов и пневмораспределителя с электромагнитным управлением, необходимость иметь два автономных источника энергии (электрической и сжатого воздуха).
Известное автоматическое устройство для сердечно-легочной реанимации ZOLL (https://www.zoll.com/ru/medical-products/resuscitation-system/autopulse/ems; http://adhara.ru/articles/autopulse_and_c.pr.htm) содержит коробчатую платформу, располагаемую под спиной пациента, внутри которой размещен снабженный электроприводом механизм циклического действия для натяжения лент, охватывающих грудную клетку пациента, связанных с застегивающимся на груди тканевым бандажом.
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. осуществляется пассивная вентиляция легких без применения аппарата искусственной вентиляции легких.
К недостаткам данного устройства можно отнести следующее.
Во-первых, циклический режим работы электродвигателя с высокой частотой реверсирования обладающего большой инерционностью ротора (до 100…110 циклов сокращения сердца в минуту), создает большие знакопеременные нагрузки на конструктивные элементы механизма натяжения лент, вызывая их повышенный износ и поломки, а также снижает точность измерения требуемых перемещений лент при их натяжении.
Во-вторых, реверсирование приводного электродвигателя требует дополнительных затрат электроэнергии, из-за чего практически вдвое снижается время непрерывной работы устройства без дополнительной подзарядки аккумуляторных батарей.
В качестве прототипа выбрано реанимационное автоматическое устройство (патент на полезную модель RU №198440, МПК А61Н 31/00, 2020), содержащее платформу для пациента, тканевый бандаж в виде двух грудных накладок с прикрепленными к ним лентами, механизм циклического натяжения лент со шкивами, закрепленными на выходных валах двух реверсируемых электродвигателей, а также датчик силы, блок управления и аккумулятор.
Данное устройство имеет следующие недостатки.
Во-первых, дополнительный расход электроэнергии, затрачиваемой на реверсирование приводных электродвигателей.
Во-вторых, циклический режим работы электродвигателей с высокой частотой реверсирования создает большие знакопеременные инерционные нагрузки на конструктивные элементы механизма натяжения лент и усложняет конструкцию блока управления.
В-третьих, в процессе реверсирования снижается натяжение лент и происходит их провисание, т.е. потеря контакта с телом пациента, что приводит к смещению связанных с ними грудных накладок относительно первоначального положения, достигнутого в процессе подтяжки лент и определения окружности грудной клетки, величина которой влияет на выбор параметров ее деформирования.
Указанные недостатки приводят к уменьшению времени непрерывной работы устройства без подзарядки аккумулятора, вызывают повышенный износ конструктивных элементов устройства и снижают надежность обеспечения и стабильность заданных параметров силового воздействия на грудную клетку конкретного пациента.
Целью предлагаемой полезной модели автоматического устройства для наружного массажа сердца при сердечно-легочной реанимации является увеличение времени непрерывной работы устройства без подзарядки или замены автономного источника электропитания в виде аккумулятора, повышение надежности и долговечности работы, а также обеспечение стабильности заданных параметров процесса наружного массажа сердца конкретного пациента.
Достижение поставленной цели обеспечивается тем, что в автоматическом устройстве для наружного массажа сердца при сердечно-легочной реанимации, содержащем коробчатую платформу для пациента, тканевый бандаж из двух соединенных между собой грудных накладок с пряжками для концов ленты со шпонкой в средней части для соединения со шкивом на выходном валу механизма циклического натяжения ленты в виде соосно установленных с ним приводным электрическим мотор-редуктором и ротором датчика крутящего момента, а также блок управления и аккумулятор электроэнергии, отличающееся тем, что грудные накладки бандажа армированы гибкими упругими пластинами, приводной электрический мотор-редуктор является нереверсируемым, а между ним и ротором датчика крутящего момента соосно установлена обгонная муфта свободного хода.
Между совокупностью заявляемых признаков полезной модели и ожидаемым техническим результатом, получаемым с помощью предлагаемого автоматического устройства для наружного массажа сердца при сердечно-легочной реанимации, существует следующая причинно-следственная связь.
Во-первых, используемый в составе механизма импульсного натяжения ленты нереверсируемый электрический мотор-редуктор не требует потребления вырабатываемой аккумулятором электроэнергии, необходимой для осуществления его реверса, т.е. обеспечивает экономию электроэнергии, увеличивая тем самым практически вдвое время непрерывной работы автоматического устройства без подзарядки аккумулятора, что весьма актуально при его использовании, например, в полевых условиях.
Во-вторых, устраняются инерционные силовые нагрузки на все подвижные элементы в цепи передачи крутящего момента, возникающие при реверсировании мотор-редуктора, что способствует повышению надежности и срока службы автоматического устройства.
В-третьих, армирование грудных накладок гибкими упругими пластинами придает им упругость, за счет которой обеспечивается дополнительное подтягивание ленты при выполнении режима декомпрессии грудной клетки, т.е. при вдохе, и устраняется провисание ленты за счет частичной потери ее контакта с телом пациента, что приводит к возможности смещения бандажа с лентой и изменению ранее установленной допустимой величины прогиба грудины без повреждения ребер грудной клетки.
На фиг. 1 представлена схема автоматического устройства для наружного массажа сердца при сердечно-легочной реанимации; на фиг. 2 - конструкция и схема упругой деформации грудных накладок; на фиг. 3 - вид по стрелке А на фиг. 1.
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 с пряжками 6 и 7, на прилегающих к застежке концах которых закреплены обращенные в сторону впадины грудины 8 упоры 9 и 10 в виде выступов из упругого материала, например, силиконовой резины.
К обращенным наружу сторонам накладок, армированных изнутри гибкими упругими пластинами 11 (фиг. 2), с помощью пряжек прикреплена своими концами 12 и 13 лента с возможностью изменения их рабочей длины. Через отверстия 14 и 15 с направляющими роликами 16 и 17 на сторонах платформы длиной L, лента, с помощью прикрепленной к ней заклепками 18 на одинаковом расстоянии от ее концов цилиндрической шпонки 19, соединена со шкивом 20 механизма циклического натяжения ленты, снабженным кольцевой упорной ребордой 21, и имеющим на обращенной наружу торцовой поверхности (фиг. 3) центральное отверстие 22 под шпонку и соединяющий его с наружной образующей шкива диаметром D диаметральный паз 23 под ленту, глубиной, равной ширине ленты.
Шкив закреплен на выходном валу размещенного внутри платформы механизма циклического натяжения ленты, соединенного с помощью сильфонной муфты 24 с одним из концов ротора соосно установленного датчика крутящего момента 25, например, типа Т-22 (http://www.hbm.ru/catalog/datchiki/datchik-krutyashchego-momenta-t22/) с интегрированной системой измерения угла поворота и скорости вращения, другой конец ротора которого соединен с помощью сильфонной муфты 26 с выходным валом 27 обгонной муфты свободного хода 28 (по типу велосипедной муфты), а ее входной вал соединен с выходным валом нереверсируемого электрического мотор-редуктора 29, например, типа ACM602V36-01, редуктор 60PLF15K-14S, электрические входы которого подключены к соответствующим выходам блока управления 30, один из входов последнего подключен к выходу автономного источника электроэнергии 31, а другой - к электрическому выходу датчика крутящего момента.
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 31 к блоку управления 30, а через него к датчику крутящего момента 25.
Пациент 2 (фиг. 1) размещается на платформе 1 таким образом, чтобы центр его грудной впадины 8 (грудины) находился в плоскости, проходящей через направляющие отверстия 14 и 15 на одинаковом расстоянии от них, и фиксируется на ней привязными ремнями (на фигуре не показаны). Накладки 4 и 5 размещаются на груди пациента в зоне грудной впадины и соединяются между собой с помощью застежки 3, а посредством пряжек 6 и 7, соответственно, с концами 12 и 13 ленты. При этом обгонная муфта выключена, так как отсутствует приводной крутящий момент, создаваемый мотор-редуктором, что позволяет шкиву свободно вращаться.
Используя выступающие из пряжек свободные части концов ленты, производится симметричная ручная предварительная подтяжка ленты (натяжение) до контакта грудных накладок с телом пациента, которые деформируются (изгибаются) на угол α, переходя из положения 1-1 в положение 1-11 (фиг. 2), а диаметральный паз 23 шкива занимает горизонтальное положение.
По длине вытянутых из пряжек свободных концов ленты, с помощью цифровых меток на них, определяется длина окружности груди и полученное значение вводится с помощью клавиатуры в память контроллера устройства управления 30, в котором хранится управляющая программа, с помощью которой автоматически определяется величина перемещения концов ленты и рекомендуемая величина прогиба грудины 8 без повреждения ребер.
На втором этапе реализуется автоматический режим реанимации, состоящий из двух фаз - компрессии (сжатия) и декомпрессии (разжатия) грудной клетки, что равнозначно соответственно выдоху и вдоху.
1
2
Для реализации фазы компрессии подается электрическое питание на мотор-редуктор 29. Вращение его выходного вала вызывает включение обгонной муфты 28, обеспечивающей передачу крутящего момента от ее выходного вала посредством ротора датчика крутящего момента 25 выходному валу механизма циклического натяжения ленты со шкивом 20, вызывая его вращение, которое приводит к наматыванию концов ленты 12 и 13 на шкив, т.е. к их окончательной подтяжке до плотного прилегания к телу пациента, натяжению с усилием F, и к созданию в зоне контакта грудных накладок с грудиной пациента усилий F, а в зонах контакта концов ленты с участками грудной клетки с ребрами - распределенных сжимающих усилий q, вызывающих деформацию ребер, уменьшение длины окружности грудной клетки и прогиб грудины на величину δ. Сжатие грудной клетки продолжается до достижения заданной программой величины сигнала на выходе датчика 25 после чего отключается питание мотор-редуктора 29, его ротор останавливается. Отсутствие крутящего момента на выходном валу мотор-редуктора вызывает выключение обгонной муфты свободного хода 28, в результате чего обеспечивается свободное вращение выходного вала муфты с ротором датчика крутящего момента и выходным валом со шкивом механизма циклического натяжения ленты.
После отключения электрического питания мотор-редуктора начинается фаза декомпрессии (вдоха), протекающая следующим образом.
3
За счет накопленной в пластинах грудных накладок и в ребрах грудной клетки при сжатии энергии упругих деформаций создаются приложенные к концам 12 и 13 ленты усилия F (фиг. 3), вызывающие вращение шкива и сматывание с него концов ленты, что позволяет грудной клетке вернуться в исходное состояние, т.е. увеличить до первичной длины ее окружность. При этом сохраняется постоянный контакт концов ленты с телом пациента, способствующий сохранению достигнутого в процессе предварительной подтяжки положения грудных накладок.
С помощью пульта блока управления устанавливают необходимую частоту циклического нагружения грудной клетки, т.е. частоту следования вдоха и выдоха.
Диаметр D шкива 20, обеспечивающего натяжение концов ленты при их намотке на него, определяется с учетом следующих рекомендаций.
Средняя длина окружности груди взрослого человека (мужчины) равна 870,0 мм (http://opnevmonii.ru/wp-content/uploads/2017/01/Рисунок 1.jpg) (Таблица измерений), а рекомендуемая глубина прогиба грудины при наружном (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. каждый конец ленты после подтяжки должен переместиться при намотке на шкив на 77 мм.
Учитывая вышеизложенное, длина полуокружности шкива π D / 2 диаметром D должна быть равна сумме перемещений каждой из концов ленты при окончательной подтяжке, (например, 30.0 мм), при сжатии груди (77,0 мм) и некоторого резервного перемещения (например, 20,0 мм),
т.е. πD/2=30,0+77,0+20,0=127 мм,
откуда D≈81 мм. Величины перемещения концов ленты при подтяжке и при сжатии грудной клетки определяются через угол поворота ротора датчика крутящего момента 25.
Таким образом, для прогиба грудины на 50 мм шкив должен совершить половину оборота, т.е. повернуться на угол 180°, который контролируется датчиком крутящего момента.