АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ
AUTOMATIC SYSTEM FOR ARTIFICIAL LUNG VENTILATION

Изобретение относится к медицинской технике, точнее к аппаратам искусственной вентиляции легких (ИВЛ) и применяется в области медицины, ветеринарии и экспериментальной биологии для обеспечения газообмена в легких и снабжения кислородом у позвоночных с легочным типом дыхания.
Наиболее близким по технической сущности является Автоматическая система искусственной вентиляции легких (пат.2735638, МПК А61М 16/00, заявл. 02.06.2020, РФ), содержащая модулятор дыхания, состоящий из корпуса с внутренней камерой для приема дыхательной смеси. Система включает порт подачи дыхательной смеси в камеру и порт подачи дыхательной смеси пациенту. Система имеет встроенный в корпус клапан регулировки давления и клапана регулировки дыхания. Система выполнена с возможностью регулирования давления в легких от 5 до 60 см вод. столба. Клапан регулировки давления и клапан регулировки дыхания, сопрягаемые постоянными магнитами, работают как единый компонент. Клапан дыхания содержит корпус, крышку с отверстиями для выхода дыхательной смеси и перемещающийся внутри корпуса и крышки в осевом направлении шток, рабочая часть которого имеет форму конуса, сопрягаемого с корпусом. На конце штока закреплен постоянный магнит, обращенный полюсом к разноименному полюсу постоянного магнита, закрепленного на торце регулятора давления. Регулятор давления выполнен с возможностью осевого перемещения с целью изменения расстояния между разноименными магнитами. Система содержит индикатор давления и клапан спонтанного вдоха. Основным недостатком известного устройства является сложность поддержания эффективной работы системы, когда необходима подача дыхательной смеси с низким давлением (5-10 см вод. ст.) для пациента с малым объемом легких. К недостаткам также следует отнести неудобство управления нижним магнитом регулятора давления и сложность изготовления.
Задачей изобретения Автоматическая система для искусственной вентиляции легких является усовершенствование и упрощение конструкции системы.
Технический результат от решения поставленной задачи состоит в том, что конструкция заявляемого аппарата ИВЛ, сохраняя положительные характеристики прототипа, приобретает такие новые качества, как стабильность при работе на малых давлениях с малыми объемами легких; возможность изолированной работы с дыхательным мешком, удешевление производства из-за упрощения схемы; простота управления системой.
Заявленный технический результат достигается тем, что в конструкции Автоматической системы искусственной вентиляции легких, состоящей из модулятора дыхания в виде корпуса с внутренней камерой для приема дыхательной смеси, порта подачи дыхательной смеси в камеру и порта подачи дыхательной смеси пациенту, а также, из встроенного в корпус модулятора дыхания автоматического клапана, состоящего из корпуса, крышки с отверстиями для выхода дыхательной смеси и, перемещающегося внутри корпуса и крышки в осевом направлении штока, рабочая часть которого имеет форму конуса, сопрягаемого с корпусом, из двух постоянных магнитов, установленных с возможностью изменения расстояния между ними, один, обращенный полюсом к разноименному полюсу второго магнита, укрепляют на конце штока, выполняют ряд изменений. Например, для изменения расстояния между постоянными магнитами корпус модулятора дыхания и корпус автоматического клапана регулировки дыхания сопрягают резьбовым соединением и второй магнит устанавливают стационарно на корпусе модулятора дыхания. Затем, шток оснащают колесиками, а концы рабочей части штока выполняют выгнутыми наружу с фигурной U-образной формой в сечении. Кроме того, система дополнительно содержит компенсатор объема, состоящий из эластичного гофрированного мешка и, размещенных внутри мешка по его оси симметрии двух перфорированных трубок большего и меньшего диаметра, установленных соосно с возможностью перемещения внутренней трубки относительно внешней трубки, причем обе трубки соединяют пружиной, кроме того, на свободном конце внешней трубки устанавливают заслонку со встроенным клапаном, а на свободном конце внутренней трубки, соединенном с мешком, соосно устанавливают клапан для забора воздуха.
Поясняем существенные отличия заявляемой системы от прототипа.
Сопряжение корпуса модулятора и корпуса автоматического клапана регулировки дыхания посредством резьбового соединения и установка второго постоянного магнита в стационарном положении значительно упрощают схему и управление системой, т.к. дополнительно выполняют функции регулятора давления по прототипу.
Выполнение штока автоматического клапана регулировки дыхания с колесиками улучшает скольжение клапана, устраняет возможные перекосы, повышает стабильность работы системы. Выполнение рабочей части штока с концами, выгнутыми наружу, и с фигурной U-образной формой в сечении улучшает работу клапана и обеспечивает его плавную работу.
Дополнение системы компенсатором объема, работающего в режиме мешка типа «Амбу» и в режиме дополнительного объема на малых давлениях с малыми объемами легких пациента, расширяет функциональные возможности системы, повышает стабильность оказания помощи пациенту, когда необходима подача дыхательной смеси с низким давлением (5-10 см вод. ст.) для пациента с малым объемом легких.
Эти отличительные признаки позволяют сделать вывод о наличии новизны в предлагаемом техническом решении, а их осуществление обеспечивает достижение результата в решении поставленной задачи. Таким образом, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень. Предлагаемое устройство является применимым в области медицины экстренных случаев, ветеринарии и экспериментальной биологии.
Изобретение поясняется описанием и иллюстрациями, где:
Фиг. 1 - общий вид автоматической системы для искусственной вентиляции легких;
Фиг. 2 - схема модулятора дыхания в разрезе;
Фиг. 3 - схема компенсатора объема в разрезе.
Автоматическая система искусственной вентиляции легких состоит из модулятора дыхания 1 и компенсатора объема 2 (Фиг. 1).
Модулятор дыхания 1 (Фиг. 1) представляет собой сборную конструкцию, состоящую из корпуса 3 модулятора дыхания 1 и автоматического клапана регулировки дыхания 4. Корпус 3 (Фиг. 2) выполнен с внутренней камерой 5 для приема дыхательной смеси, и обеспечен портами 6,7,8 с возможностью соединения с компенсатором объема 2, источником дыхательной смеси, пациентом, соответственно.
Автоматический клапан регулировки дыхания 4 (Фиг. 2) встроен в корпус 3 посредством резьбового соединения и состоит из корпуса клапана 9, крышки 10 с отверстиями 11 для выпуска дыхательной смеси в атмосферу во время выдоха и штока 12, размещенного в корпусе 9. Корпус 9, выполненный из немагнитного материала, имеет резьбовое соединение с крышкой 10 и корпусом 3, что позволяет устанавливать и регулировать положение штока 12. Рабочая часть штока 12 сопрягается с корпусом клапана 9, т.к. они имеют коническую форму. Рабочая часть штока 12 выполнена из эластичного материала, ее концы 13 выгнуты наружу и имеют фигурную U-образную форму в сечении для удержания потоком в верхнем положении. Для перемещения вдоль направляющих корпуса 9 шток 12 снабжен тремя стабилизирующими колесиками 14, предназначенными для устранения возможного перекоса штока 12. На конце штока 12 закреплен постоянный магнит 15, обращенный полюсом к разноименному полюсу постоянного магнита 16. Постоянный магнит 16 при сборке конструкции устанавливается стационарно в корпусе 3. Частота дыхания в системе регулируется, во-первых, скоростью и объемом потока подаваемой дыхательной смеси от источника; во-вторых, положением магнитов 15,16, расстояние между которыми изменяют за счет резьбового соединения между корпусами 3 и 9; в-третьих, положением крышки 10 относительно корпуса 9, которое увеличивает или уменьшает возможность подъема штока 12.
Перед введением в эксплуатацию для модулятора дыхания 1 проводят необходимую калибровку. При калибровке устанавливают зависимость между величинами давления в системе вентиляции и расстоянием между постоянными магнитами 15,16. После калибровки на корпус 3 наносят шкалу делений (не показана), значения которой соответствуют 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 см вод. столба. Перед началом работы выбирают значение на шкале, что автоматически определяет расстояние между постоянными магнитами 14 и 15, и фиксируют выбранное положение контргайкой 17.
Модулятор дыхания 1 выполнен из полимерных материалов для медицинской техники. Термин «дыхательная смесь» обозначает пригодную для дыхания комбинацию газов, в том числе атмосферный воздух. Поток дыхательной смеси через устройство подается в легкие пациента, а автоматический клапан регулировки дыхания 4 обеспечивает цикличность дыхания с требуемой продолжительностью фаз дыхания.
Модулятор дыхания 1 работает следующим образом. Дыхательная смесь, поступающая через порт 7 в камеру 5, заполняет внутреннюю камеру и легкие пациента, обеспечивая фазу вдоха, при которой автоматический клапан регулировки дыхания 4 закрыт. Возрастающее давление в камере 5 воздействует на рабочую часть штока 12, который начинает движение вверх. Движение штока 12 увеличивает расстояние между постоянными магнитами 15,16, а дыхательная смесь через отверстия 11 выходит в атмосферу. Начинается фаза выдоха у пациента. Шток 12 удерживается в открытом состоянии в верхнем положении потоком выходящей дыхательной смеси за счет того, что рабочая часть штока 12 имеет фигурную U-образную форму в сечении. В результате выхода дыхательной смеси давление во внутренней камере 5 корпуса 3 уменьшается, и воздействие потока на шток 12 автоматического клапана также уменьшается, расстояние между магнитами 15, 16 уменьшается, а сила магнитного взаимодействия между ними резко и нелинейно возрастает. Автоматический клапан регулировки дыхания 4 закрывается, и наступает фаза вдоха.
Компенсатор объема 2 (Фиг. 3) состоит из эластичного мешка 18, с гофрами 19. На входе мешка 18 выполнена заслонка 20 со встроенным капаном 21, которые установлены на трубке 22, расположенной внутри мешка 18 по его оси симметрии. Трубка 22 с противоположной стороны сопрягается с трубкой 23 меньшего диаметра, которая установлена внутри трубки 22 с возможностью перемещения относительно трубки 22. Внешняя трубка 22 и внутренняя трубка 23 стянуты пружиной 24, причем один конец пружины 24 закреплен на трубке 22, а другой - на трубке 23. Обе трубки 22 и 23 выполнены перфорированными. На свободном противоположном конце трубки 23, соединенным с мешком 18, соосно установлен клапан 25.
Компенсатор объема 2 предназначен для работы в двух режима: в режиме подачи дополнительного объема воздуха и в режиме работы мешка типа «Амбу». Если объема легких пациента достаточно для ритмичного дыхания, то заслонка 20 закрыта и компенсатор объема 2 не участвует в работе системы. Если объема легких пациента недостаточно для поддержания выдоха, то открывают заслонку 20, и дыхательная смесь поступает в мешок 18 через перфорированные трубки 22 и 23. Потоком поступающего воздуха мешок 18 заполняется, и увеличивается в объеме за счет раскрывающихся гофр 19. Гофры расправляются до тех пор, пока упругая сила пружины 24 не начнет возвращать их в исходное состояние. Поток воздуха возвращается в модулятор дыхания 1 и открывает автоматический клапан регулировки дыхания 4, обеспечивая пациенту выдох. Далее установившийся цикл повторяется.
При работе компенсатора объема в режиме мешка Амбу закрывают заслонку 20. Клапан 25 обеспечивает забор воздуха извне. Когда оператор вручную сдавливает мешок 18, клапан 25 закрывается, а клапан 21 открывается и воздух поступает к пациенту.
Обработка и стерилизация Автоматической системы искусственной вентиляции легких выполняется в соответствии с рекомендациями обеззараживания анестезиологической и дыхательной аппаратуры.
Осуществление изобретения поясняется примером конкретного выполнения. Перед началом работы порт 6 соединяют с компенсатором объема 2, через порт 7 выполняют соединение с источником дыхательной смеси, через порт 8 осуществляют соединение с пациентом. На шкале, нанесенной на корпус 3, выбирают значение, например, 3 см атм. столба, что автоматически устанавливает соответствующее расстояние между постоянными магнитами 15, 16, которое фиксируют контргайкой 17. Через порт подачи дыхательной смеси 7 в корпус 3 подают дыхательную смесь, которая начинает заполнять легкие пациента, начинается вдох, при этом капан 4 закрыт. Затем автоматический клапан регулировки дыхания 4 срабатывает, как это было описано выше, начинается выдох. Таким образом обеспечивается цикличность дыхания. Если у пациента возникает необходимость в использовании дополнительного объема газа для срабатывания клапана (особенно при малых объемах легких), то подключают компенсатор объема 2.
Таким образом, предложено простое, универсальное и удобное в эксплуатации устройство для поддержания дыхательных функций. Заявляемая система ИВЛ позволяет реализовал» широкий спектр различных режимов работы. Кроме того, представляет собой простую и оптимальную по стоимости компактную и полностью автономную систему, обеспечивающую вентиляцию легких в любых условиях, даже в случае отключения линии подачи кислорода.