КАРДИОКОМПРЕССОР МЕХАТРОННЫЙ АНАТОМИЧЕСКИЙ (КАРМА)

Полезная модель относится к медицине, а именно к устройствам закрытого массажа сердца - кардиокомпрессорам и предназначается для осуществления непрямого массажа сердца путем циклического надавливания (компрессии) на грудную клетку в области нижней трети грудины в случае прекращения сердечной деятельности человека в ходе выполнения мероприятий сердечно-легочной реанимации (СЛР).
Известно устройство для закрытого массажа сердца (RU 42755) содержащее основание, взаимодействующий с основанием дистанцирующий элемент, закрепленный на дистанцирующем элементе электрический привод, снабженный толкателем (штоком) с массирующей насадкой, непосредственно контактирующей с грудной клеткой (ГК), направленной нормально к рабочей поверхности основания, блок питания и блок управления электрическим приводом, выполненным в виде линейного электрического двигателя, снабженного датчиком положения ротора и датчиком развиваемого усилия, которые электрически связаны с блоком управления.
Известен аппарат для сердечно-легочной реанимации, описанный в патенте WO 2009/136831 (А1) и выбранный авторами в качестве прототипа, содержащий приводной модуль компрессии ГК и устройство для размещения приводного модуля над ГК пациента, состоящее из опорной пластины и двух боковых арочных пластин-стоек связанных с основанием и приводным модулем. Приводной модуль включает в себя размещенный в его корпусе выдвигающийся плунжер (шток) с контактным элементом на конце. Плунжер приводится в возвратно-поступательное движение электродвигателем с помощью механизма преобразования вращательного движения в поступательное или линейным электродвигателем. Приводной модуль содержит микропроцессорный блок управления двигателем. При работе аппарата при СЛР контролируется положение плунжера относительно корпуса и положение плунжера относительно механизма преобразования вращательного движения или ротора линейного двигателя, которые используются для управления двигателем.
В существующих кардиокомпрессорах (КК), к которым относится и прототип, конструкция корпуса предусматривает только жестко и однозначно ориентированное направление хода штока, а значит и вектора силы компрессии, по нормали к опорной пластине, на которой размещается грудная клетка пациента в положении лежа и устанавливается опорный каркас КК, располагаемый над пациентом и выполненный в виде арки с закрепленным на ней приводным модулем. В этом случае контактный элемент штока КК помещается на нижнюю часть грудины, в то время как на опорной пластине лежит плече-лопаточная область спины пациента, а непосредственно под зоной воздействия штока располагается изгиб позвоночника. Поэтому при работе КК, при осуществлении компрессии ГК ходом штока, вначале происходит деформация позвоночника с частичным общим поворотом ГК до контакта ее нижней части с опорной пластиной, практически без деформации сжатия ГК, на что непродуктивно расходуется от трети до половины рабочего хода штока, и только потом собственно сжатие ГК при которой происходит непрямой массаж сердца.
Таким образом, основным недостатком прототипа является неприспособленность конструкции такого КК к закономерностям по которым происходит деформирование ГК при надавливании штоком на грудину, обусловленным анатомическим строением ГК. Кроме того, конструкция прототипа не позволяет ему учитывать индивидуальные анатомические особенности разных пациентов, отличающихся друг от друга не только размерами ГК (мужчины, женщины, подростки, дети), но и анатомическими особенностями скелета (индивидуальной конфигурацией изгибов позвоночника, сопряжением ГК с грудным отделом позвоночника, взаимной ориентацией грудины с позвоночником и опорной пластиной), что приводит к несовпадению направления хода штока с направлением смещения грудины.
Задачами предложенной полезной модели являются адаптация кардиокомпрессора к анатомическим закономерностям деформирования грудной клетки и особенностям разных пациентов.
Данная задача решается за счет того, что в отличие от известного технического решения в конструкцию КК вводится дополнительный поддерживающий элемент, устанавливаемый на опорной пластине, на которую опирается плече-лопаточная область спины пациента в положении лежа, и размещаемый под изгибом спины, а в конструкцию корпуса КК в зонах сопряжения опорной пластины, боковых арочных стоек и приводного модуля вводятся элементы позволяющие наклонить приводной модуль так, чтобы направление хода штока совпадало с направлением смещения опорной зоны грудины. При этом возможность адаптации устройства к разным пациентам обеспечивается за счет заложенных в конструкцию КК возможностей смещения и фиксации поддерживающего элемента на опорной пластине вдоль позвоночника, осуществления регулировки высоты поддерживающего элемента, изменения наклона непосредственно контактирующей со спиной пациента контактной площадки. Так же предусмотрена возможность изменения наклона приводного модуля в вертикальной плоскости, для совмещения направления хода штока и смещения грудины в соответствии с анатомическими особенностями деформации ГК пациента под действием силы сжатия при выполнения непрямого массажа сердца.
При этом КК имеет в своем составе сенсорные элементы, такие как устройство для измерения силы воздействия на ГК пациента, датчик хода штока и измерительные модули для снятия показаний о состоянии пациента, например, датчик артериального давления, пульсоксиметрический датчик и датчик скорости потока крови. Устройство управления КК на основе экспертного анализа и обработки данных о состоянии пациента вырабатывает, в соответствии с заложенными алгоритмами, решения о выборе и изменениях параметров компрессии ГК, основные из которых - частота надавливаний на ГК, величина хода штока и скоростные параметры движения штока, чем обеспечивается повышение эффективности непрямого массажа сердца в ходе проведения процедур СЛР.
На фиг.1 и фиг 2 показан, соответственно, вид спереди и вид сбоку кардиокомпрессора мехатронного анатомического, на фиг.3 изображен приводной модуль кардиокомпрессора. На фиг.4, фиг.5 и фиг.6 показан, соответственно, вид спереди, сбоку и сверху поддерживающего элемента на опорной пластине. На фиг 7 показан поворотный шарнир.
Предложен кардиокомпрессор мехатронный анатомический (КАРМА) содержащий мехатронный приводной модуль 1 компрессии ГК и устройство для размещения приводного модуля над пациентом, которое состоит из опорной пластины 2 и двух боковых арочных стоек 3, 4, которые соединены с опорной пластиной 2 и приводным модулем компрессии 1.
Корпус приводного модуль компрессии 1 составлен из базовой пластины 5, установленной на вертикальных стойках 6, несущей пластины 7 и защитного кожуха 8.
В корпусе приводного модуля на несущей пластине 7 закреплен электродвигатель 9, который связан с винтом шарико-винтовой пары посредством ременной зубчатой передачи, в составе двух шкивов 10 и 11 и зубчатого ремня 12. Шкив 11 установлен на опорном конце винта 13 шарико-винтовой пары. Опорный конец винта установлен в упорном подшипнике 14, закрепленном на несущей пластине 7 и удерживающим винт в вертикальном направлении. На винте размещена гайка 15 шарико-винтовой пары, которая жестко связана с цилиндрическим трубчатым штоком 16, внутри которого размещается винт. Шток размещен в линейном цилиндрическом подшипнике 17, закрепленном на базовой пластине 5 соосно с винтом шарико-винтовой пары. На конце штока размещен нетравматичный контактный элемент 18, между штоком и контактным элементом расположен тензометрический датчик силы 19. Для обеспечения только линейного перемещения гайки и предотвращения ее вращения, гайка с помощью поводка 20 жестко связана с линейным цилиндрическим подшипником 21, установленным на одной из вертикальных стоек 6.
КК включает в себя устройство управления работой кардиокомпрессора, размещенное внутри корпуса приводного модуля. Устройство управления имеет в своем составе микропроцессорную плату управления 22 (например, на основе ARM совместимого процессора), реализующую алгоритмы управления КК и выдающую команды на блок управления электродвигателем 23, который обеспечивает движение штока с заданной частотой и ходом.
На опорной пластине 2 размещен поддерживающий элемент, состоящий из подвижной площадки 24, механизма подъема 25 и нетравматичной контактной площадки 26. В подвижной площадке выполнены два параллельных паза, а на опорной пластине 2 жестко закреплены два направляющих ступенчатых болта 27, что обеспечивает возможность смещения подвижной площадки вдоль опорной пластины. Фиксация положения подвижной площадки на опорной пластине осуществляется с помощью поворота резьбовых ручек 28, установленных на резьбовой части ступенчатых болтов 27.
Механизм подъема 25 выполнен в виде рычажного винтового домкрата. Нетравматичная контактная площадка 26 имеет возможность поворачиваться вокруг оси 29, установленной на подъемной части домкрата.
В конструкции КК предусмотрена возможность изменения ориентации приводного модуля 1 относительно опорной пластины 2, с целью совмещения направления хода штока 16 и смещения грудины пациента, путем поворота приводного модуля, реализованного с помощью поворотных шарниров 30.
Поворотный шарнир 30 представляет из себя зубчатую муфту, состоящую из неподвижного зубчатого диска 31, установленного на пластине 2, и поворотного зубчатого диска 32, закрепленного на боковой арочной стойке 4 (3). На неподвижном диске 31 вдоль оси зубчатой муфты установлен винт 33, на котором установлена резьбовая ручка 34, с помощью которой фиксируется угловое положение подвижного диска относительно неподвижного диска, путем сжатия дисков зубчатой муфты.
Кардиокомпрессор работает следующим образом: пациент размещается внутри кардиокомпрессора таким образом, чтобы шток располагался напротив грудины пациента, а под изгибом спины в поясничной зоне располагалась контактная площадка 26. Затем, поворотом ручек 27, освобождается подвижная площадка 24 и перемещается в сторону плечевого отдела спины до устойчивого контакта опорной площадки 26 со спиной пациента, и фиксируется обратным поворот ручек. При необходимости, высота опорной площадки относительно базовой пластины регулируется поворотом ручки механизма подъема 25.
Поворотом ручки 34 поворотный шарнир 30 разблокируется, и исполнительный блок КК отклоняется на требуемый угол относительно исходного положения таким образом, чтобы направление хода штока совпадало с направлением смещения опорной зоны грудины конкретного пациента, после чего угол наклона исполнительного блока фиксируется обратным поворотом ручки 34. Кардиокомпрессор готов к работе.
При работе кардиокомпрессора во всех режимах работы, циклы компрессии совершаются следующим образом: с платы управления 22 поступает команда на блок управления электродвигателем 23 на выполнение вращения с заданной скоростью ротора двигателя 9 с установленным на нем шкивом 10. С помощью зубчатого ремня 12 вращение передается шкиву 11 и, тем самым, приводится во вращение винт 13 шарико-винтовой пары, что вызывает поступательное движение гайки 15 вместе со штоком 16, а значит и установленной на нем контактной площадкой 18. Контактная площадка, взаимодействуя с грудной клеткой пациента, вызывает ее сжатие и смещение на величину, задаваемую оператором в зависимости анатомических особенностей пациента. После поступательного движения штока на заданную величину, вращение двигателя реверсируется, что приводит к вращению винта в обратную сторону, а значит, к возвращению штока в исходное положение, сопровождаемое снятием усилия компрессии с грудной клетки пациента, что приводит к ее распрямлению под действием естественной упругости скелета. Далее происходит повторение вышеописанных действий.
Совершение циклов компрессии грудной клетки пациента происходит согласно с параметрами компрессии и режимом компрессии, установленными оператором КК, либо же выбранными адаптивными алгоритмами функционирования МНК на основе анализа данных о состоянии пациента. При этом, глубина компрессии (длина хода штока) определяется с помощью датчика линейного перемещения, состоящего, например, из металлической линейки с прорезями и оптопары, в то время как создаваемое усилие компрессии измеряется с помощью тензометрического датчика силы 19.
Таким образом, задача адаптация конструкции КК к анатомическим закономерностям деформирования ГК и особенностям разных пациентов решается путем введения поддерживающего элемента, который может быть смещен и зафиксирован на опорной пластине вдоль позвоночника, при этом могут быть изменены высота и наклон его контактной площадки сообразно анатомическим особенностям пациента, а также за счет введения в конструкцию КК шарнира для поворота приводного модуля, что исключает изгиб позвоночника с поворотом ГК без ее деформирования при надавливании штока на грудину и совмещает направление хода штока и естественное направление смещения грудины.