АППАРАТ ЖИДКОСТНОГО ДЫХАНИЯ

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к аппаратам искусственного дыхания.
Известен модуль жидкостного дыхания в условиях гипербарии для модельного биообъекта (Патент RU 203446, МПК А61Н 31/02, МПК А61М 16/00), содержащий пульсирующий насос с контурами вдоха и выдоха на базе сильфонов, соединительные трубопроводы с электромагнитными пневмораспределителями для кислорода и гидрораспределителями для дыхательной жидкости, фильтр, регенератор углекислого газа, датчик кислорода, емкость для дыхательной жидкости с упругим дном в виде сильфона, баллон сжатого кислорода, оксигенатор и блок управления.
К недостаткам модуля следует отнести сложность конструкции, большой расход кислорода, используемого не только для оксигенации, но и в качестве энергоносителя для пульсирующего сильфонного насоса, некачественная очистка дыхательной жидкости из-за отсутствия возможности удаления из нее азота, накопление которого в организме биообъекта приводит к кессонной болезни, что сужает его функциональные возможности.
Известен аппарат жидкостного дыхания (Патент СССР 764677, МПК А61Н 31/02), содержащий дозировочный насос с приводом и блоком управления, поглотитель углекислоты, оксигенатор, стабилизатор температуры (термостат), дозатор кислорода, клапан избыточного давления, электромагнитные клапаны и присоединительные элементы (трубопроводы), к недостаткам которого следует отнести ограниченные функциональные возможности и невысокое качество очистки дыхательной жидкости вследствие невозможности удаления из выдыхаемой дыхательной жидкости растворенного в ней азота, а также необходимость иметь дополнительный источник сжатого воздуха для работы дозатора.
Наиболее близким аналогом, взятым в качестве прототипа, является аппарат вентиляции легких (Патент RU 2732639, МПК А61Н 31/00, МПК А61М 16/00), содержащий мембранный насос, бак-накопитель для дыхательной жидкости с оксигенатором и термостатом, автоматические электромагнитные клапаны, блок управления и систему циркуляции дыхательной жидкости в виде двух контуров - контура подготовки дыхательной жидкости и совмещенного контура ее закачки и удаления, т.е. контура вдоха/выдоха.
К его недостаткам следует отнести ограниченные функциональные возможности вследствие неспособности удаления из выдыхаемой дыхательной жидкости растворенного в ней азота и углекислого газа, а также осуществления ее обеззараживания (дебактеризации). Кроме того, вследствие совмещения контуров вдоха и выдоха с использованием одного насоса, в подготовленную (оксигенированную) жидкость контура вдоха не исключается попадание выдыхаемой жидкости, что негативно отражается на ее качестве.
Вследствие совмещения контуров вдоха и выдоха отсутствует возможность независимого изменения параметров циркуляции жидкости через эти контуры, таких как давление, расход, объем, что также ограничивает функциональные возможности аппарата в целом.
Задачами, на решение которых направлена предлагаемая полезная модель, являются расширение функциональных возможностей аппарата и повышение качества подготовки циркулирующей через его контуры дыхательной жидкости.
Решение поставленных задач обеспечивается за счет того, что в конструкции аппарата, содержащей накопительные емкости для дыхательной жидкости, оксигенатор с термостатом, систему циркуляции дыхательной жидкости, которая включает контуры вдоха, выдоха и подготовки жидкости с насосом, подключенные к блоку управления устройства для измерения параметров циркуляции жидкости и электромагнитные клапаны, в контуре подготовки дыхательной жидкости, вход перекачивающего лопастного насоса, посредством трубопровода с последовательно встроенными в него обеззараживающей камерой и фильтром, соединен с трубопроводом контура выдоха с последовательно встроенными в него накопительной эластичной емкостью для использованной жидкости, откачивающим насосом, датчиком расхода и отсечным электромагнитным клапаном.
Выход перекачивающего насоса, посредством трубопровода с последовательно встроенными в него вертикально расположенной цилиндрической камерой ультразвуковой проточной обработки жидкости с источником ультразвукового воздействия, оксигенатором с электрическим термостатом, соединен с трубопроводом контура вдоха с последовательно встроенными в него датчиком температуры, накопительной эластичной емкостью для подготовленной жидкости, основным и вспомогательным закачивающими насосами, датчиком расхода, датчиком давления и отсечным электромагнитным клапаном.
При этом выход и вход трубопроводов соответственно контуров вдоха и выдоха соединены между собой и с переходником для установки эндотрахеальной трубки, а упомянутый оксигенатор выполнен в виде цилиндрической герметичной вертикально расположенной камеры с патрубками для подвода дыхательной жидкости и кислорода, и дозатором кислорода в виде перфорированной мембраны в ее нижней части, а также с патрубком отвода жидкости, датчиком уровня и обратным предохранительным клапаном в ее верхней части.
Между совокупностью заявляемых признаков полезной модели и ожидаемыми техническими результатами, получаемыми с помощью предлагаемого аппарата жидкостного дыхания, существует следующая причинно-следственная связь.
Применение в составе аппарата камеры ультразвуковой проточной обработки дыхательной жидкости с источником ультразвукового воздействия позволяет очистить жидкость от содержания растворенных в ней углекислого газа и азота, вызывающего возникновение у биообъектов кессонной болезни, в сочетании с применением обеззараживающей камеры для выдыхаемой жидкости, существенно расширяет его функциональные возможности и улучшает качество жидкости.
Использование в системе циркуляции жидкости двух отдельных контуров вдоха и выдоха исключает попадание выдыхаемой жидкости в подготовленную для вдоха жидкость, что также позитивно отражается на ее качестве. Этому также способствует отсутствие зависимости параметров жидкости, характеризующих процесс вдоха, от параметров, характеризующих процесс выдоха, таких как объем, расход и давление, а применение в составе контуров вдоха и выдоха средств контроля параметров жидкости (датчиков) в сочетании с обратной связью блока управления, позволяет поддерживать их необходимые заданные значения.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема аппарата; на фиг. 2 - конструкция камеры ультразвуковой обработки и оксигенатора дыхательной жидкости контура вдоха.
Аппарат жидкостного дыхания основан на использовании замкнутой системы циркуляции дыхательной жидкости, которая включает три функционально независимых контура - контур подготовки жидкости, контур вдоха и контур выдоха, поскольку параметры циркулирующей через них жидкости, такие как давление, расход, температура и объем, не связаны между собой и не влияют друг на друга.
Контур подготовки жидкости содержит перекачивающий лопастной насос 1 (фиг. 1), вход которого, посредством трубопровода 2 с последовательно встроенными в него обеззараживающей камерой 3 (например, ультрафиолетовой) и фильтром 4, соединен с трубопроводом 5 контура выдоха с последовательно встроенными в него накопительной эластичной емкости 6 в виде упругой оболочки для использованной (выдыхаемой) жидкости, откачивающим лопастным насосом 7, датчиком расхода 8 и отсечным электромагнитным клапаном 9. Выход перекачивающего насоса, посредством трубопровода 10 с последовательно встроенными в него вертикально расположенной цилиндрической герметичной камеры 11 для ультразвуковой проточной обработки жидкости (Патент РФ 141803), снабженной источником ультразвукового воздействия 12 в виде генератора электрических ультразвуковых колебаний 13 и акустически связанных преобразователя электрических колебаний в механические 14 (например, пьезоэлектрического), ступенчатого концентратора колебаний 15 и рабочего инструмента (излучателя) в форме диска 16 (фиг. 2), и далее оксигенатором 17, охваченным снаружи спиральным нагревательным элементом термостата 18, соединен с трубопроводом 19 контура вдоха с последовательно встроенными в него датчиком температуры 20, накопительной эластичной емкостью 21 для подготовленной (вдыхаемой) жидкости, аналогичной емкости для выдыхаемой жидкости, основным 22 и вспомогательным 23 закачивающими лопастными насосами, датчиком расхода 24, датчиком давления 25 и отсечным электромагнитным клапаном 26.
Выход и вход трубопроводов соответственно контуров вдоха и выдоха соединены между собой и с переходником 27 для установки эндотрахеальной трубки, а упомянутый выше оксигенатор выполнен в виде цилиндрической герметичной вертикально расположенной камеры 28 с патрубками 29 и 30 для подвода соответственно дыхательной жидкости и кислорода, и дозатором кислорода в виде перфорированной мембраны 31 в ее нижней части, а также патрубком 32 отвода жидкости, ультразвуковым датчиком уровня 33 и патрубком 34 для установки обратного (предохранительного) клапана 35 (фиг. 1) в ее верхней части.
Работа аппарата осуществляется следующим образом.
Перед ее началом все полости контуров заполняются подготовленной дыхательной жидкостью, например, перфторуглеродом, оксигенатор 17, посредством патрубка 30 (фиг. 2), подключается к источнику кислорода либо в виде стандартного медицинского концентратора кислорода, либо баллона сжатого кислорода с редуктором давления (на схеме не показаны), а в переходник 27 (фиг. 1) устанавливается эндотрахеальная трубка.
Цикл работы аппарата состоит из двух фаз - фазы вдоха, продолжительностью 2…3 секунды, и фазы выдоха, продолжительностью 4…6 секунд. Необходимое время длительности каждой из фаз устанавливается с помощью пульта блока управления (на схеме не показан). Затем в трахею вводится эндотрахеальная трубка.
Фаза вдоха реализуется при закрытом отсечном клапане 9 и выключенном насосе 7 контура выдоха и открытом отсечном клапане 26 контура вдоха. Включается основной закачивающий насос 22 и дыхательная жидкость, находящаяся в полости накопительной эластичной емкости 21, поступает по трубопроводу 19 контура вдоха к эндотрахеальной трубке. Поскольку продолжительность фазы вдоха в два раза меньше продолжительности фазы выдоха, а производительность насосов 7, 22 и 23 одинаковая, использование в контуре вдоха двух закачивающих насосов 22 и 23 обеспечивает равенство объемов жидкости, перекачиваемой через контуры.
Фаза выдоха реализуется при закрытом отсечном клапане 26, выключенных насосах 22 и 23, открытом отсечном клапане 9 и включенном откачивающем насосе 7, обеспечивающих поступление выдыхаемой жидкости в накопительную емкость 6.
Одновременно с насосом 7 включается перекачивающий насос 1 контура подготовки дыхательной жидкости, который осуществляет перекачку поступающей в емкость 6 выдыхаемой жидкости в емкость 21 контура вдоха через очистной фильтр 4, обеззараживающую камеру 3, камеру 11 ультразвуковой проточной обработки жидкости и камеру 28 оксигенатора 17.
При реализации фаз вдоха и выдоха перекачивающий насос 1 включен постоянно.
Входящий в состав проточной камеры 11 источник ультразвукового воздействия 12, создает с помощью генератора 13 ультразвуковые электрические колебания, которые преобразуются в механические ультразвуковые колебания с помощью преобразователя 14, усиливаются с помощью ступенчатого концентратора 15 продольных колебаний и вызывают колебания с частотой f и амплитудой a рабочего инструмента в виде диска 16, закрепленного на конце концентратора.
Ультразвуковые колебания диска 16 вызывают кавитацию соприкасающейся с ним жидкости, которая приводит к образованию пузырьков из растворенных в ней газов азота, углекислого газа и кислорода. Эти пузырьки выносятся потоком жидкости из полости проточной камеры 11 в полость камеры 28 оксигенатора, где подхватываются пузырьками кислорода, поступающего из отверстий дозатора 31, и выносятся в часть полости камеры 28, расположенную выше уровня находящейся в ней жидкости, который всегда выше отверстия отводящего патрубка 32. При этом часть пузырьков кислорода растворяется в дыхательной жидкости, осуществляя ее оксигенацию.
Уровень жидкости в оксигенаторе контролируется ультразвуковым бесконтактным датчиком 33, который управляет по каналу обратной связи через блок управления работой насоса 1, увеличивая или уменьшая расход жидкости, а накапливающаяся в верхней части полости камеры 28 оксигенатора 17 смесь газов азота, углекислого газа и частично кислорода, при превышении давления срабатывания обратного клапана 35, удаляется через него в окружающую среду.
Обогащенная кислородом жидкость поступает в емкость 21 по трубопроводу 19 со встроенным датчиком температуры 20, который управляет термостатом 18, поддерживая заданную температуру жидкости, проходящей через оксигенатор.
Датчик давления 25 в контуре вдоха обеспечивает регулирование по давлению насосов 22 и 23, а датчик расхода 24 - их регулирование по расходу.
Датчик расхода 8 в контуре выдоха управляет работой откачивающего насоса 7.
Выполнение емкостей 6 и 21 эластичными в виде упругих оболочек позволяет компенсировать возникающую при работе аппарата разность объемов жидкости, протекающей черезь контуры вдоха и выдоха.