Анестезиологический комплекс
Полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована при создании современных наркозно-дыхательных аппаратов. Полезная модель содержит информационно-управляющий блок, выполненный в виде программируемой компьютеризированной информационно-управляющей системы, состоящей из процессорной платы, платы аналогового ввода, платы таймеров-счетчиков и дискретного ввода-вывода, а также платы управления нагревательным элементом подогрева анестетика, платы управления оборотами электропривода генератора потока газа, а также монитора и сенсорного экрана. Кроме того, магистраль входа и выхода генератора потока газа блока вентиляции соединены между собой посредством мембранного элемента типа «сопло-заслонка» с подпружиненной заслонкой, а также параллельно соединены между собой посредством дыхательного меха с ручным приводом, причем в каждом из присоединительных элементов установлен обратный пневмоклапан. Для обеспечения создания стабильного ПДКВ (противодавления в конце выдоха) в линии выдоха дыхательной смеси установлен мембранный элемент типа «сопло-заслонка», надмембранная полость которого соединена с напорной линией специального микропроцессора посредством пневмоемкости, датчика давления и выпускного пневмоклапана с электромагнитным управлением, электрически связанного с блоком управления комплексом. Блок формирования газовой составляющей наркозно-дыхательной смеси состоит из не менее 2-х параллельных линий, каждая из которых содержит последовательно расположенные входной датчик давления, редуктор давления, регулирующий дроссель проходного сечения, а также датчик
расхода газа, состоящий из элемента ламинарного сопротивления, параллельно которому подключен датчик перепада давления, электрически связанный с информационно-управляющим блоком комплекса. Блок формирования паров жидких анестезирующих веществ имеет испарительную емкость для жидкого анестезирующего вещества, содержащую нагревательный элемент и датчики температуры, причем к указанной испарительной емкости снизу посредством двухпозиционного электромагнитного клапана подведена часть дыхательной смеси, а на выходе испарительной емкости установлен отсечной электромагнитный клапан. Над экраном монитора информационно-управляющего блока вплотную установлен прозрачный сенсорный экран, через который на дисплее видно графическое изображение панели управления аппаратом, цифровые значения установленных параметров вентиляции, графическое изображение текущего изменения основных параметров вентиляции (барограммы, скорости потока дыхательной смеси и т.п.), а также сигналы аварийно-предупредительной сигнализации. 8 зависимых пунктов формулы, 2 иллюстрации
Настоящая полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована для создания наркозно-дыхательной аппаратуры.
Известны наркозно-дыхательные аппараты, содержащие вентиляционный блок, блок формирования газовых анестетиков и блок испарителей жидких анестетиков, например аппарат «Фаза-5Н» (производитель - Уральский приборостроительный завод, г. Екатеринбург, Россия, технические условия ТУ 92-02.01.006-94), Аппарат РО-9НР (завод «Красногвардеец», г. С.-Петербург, Россия), аппарат МК-1 (производство фирмы «Респект», Белоруссия).
Однако эти известные аппараты имеют либо пневмо-механическую систему управления, либо электронную систему управления, основанную или на жесткой логике, или - на микропроцессорах с ограниченным объемом операционной логики, что приводит к ограничению возможностей по управлению аппаратом и информированию врача о параметрах пациента в реальном режиме времени.
Задача настоящей полезной модели - обеспечить более широкий спектр функциональных возможностей наркозно-дыхательного анестезиологического комплекса (в частности - обеспечить практически любой известный в настоящее время режим искусственной вентиляции легких), повысить оперативную информированность врача-анестезиолога о важнейших параметрах вентиляции легких в режиме реального времени (в частности - графическое изображение барограммы и потока газа), обеспечить более высокую точность автоматического поддержания заданных
параметров ИВЛ, и в конечном итоге - повысить качество анестезиологической помощи пациенту.
Указанная задача достигается тем, что предлагаемая полезная модель содержит блок искусственной вентиляции легких, блок формирования газовой составляющей дыхательной смеси, блок формирования паров жидких анестетиков, а также электрически связанный со всеми выше перечисленными блоками информационно-управляющий блок.
В свою очередь, блок искусственной вентиляции легких содержит генератор потока газа с управляемым электроприводом, газораспределительные клапаны электромагнитного и мембранного типа, причем магистраль выхода и входа генератора потока газа соединены между собой посредством мембранного элемента типа «сопло-заслонка» с подпружиненной заслонкой. Кроме того, магистраль входа и выхода упомянутого генератора потока соединены между собой посредством дыхательного меха с ручным приводом, причем в каждой из присоединительных магистралей установлен обратный пневматический клапан (обеспечивающий движение газов только в одном направлении).
Кроме того, в пневматической магистрали в линии выдоха дыхательной смеси от пациента установлен мембранный элемент типа «сопло-заслонка», надмембранная полость которой соединена с напорной линией специального микрокомпрессора посредством пневмоемкости, датчика давления и стравливающего пневмоклалана с электромагнитным управлением, электрически связанным с блоком управления аппаратом.
Блок формирования газовой составляющей наркозно-дыхательной смеси состоит из не менее двух параллельных линий, каждая из которых содержит последовательно расположенные входной фильтр, датчик входного давления, редуктор давления, демпфирующую пневмоемкость, регулируемый дроссель проходного сечения магистрали, а также датчик расхода газа, состоящий из элемента ламинарного сопротивления (выполненного в виде многослойных сеток), параллельно которому подключен датчик перепада давления, электрически связанный с информационно-управляющим блоком Комплекса.
Блок формирования паров жидких анестетиков содержит испарительную емкость, внизу которой расположен нагревательный элемент, а внутри которой установлены датчики температуры, причем, к указанной испарительной емкости снизу, посредством двухпозиционного электромагнитного клапана подведена часть дыхательной смеси, а на выходе испарительной емкости установлен второй отсечной электромагнитный клапан.
И, наконец, все вышеперечисленные блоки электрически связаны с центральным информационно-управляющим блоком, который выполнен в виде компьютеризированной информационно-управляющей системы, состоящей из процессорной платы, платы аналогового ввода, платы таймеров, счетчиков и дискретного ввода-вывода, платы управления электроприводом воздуходувки, платы управления подогревом анестетика, а также монитора и сенсорного экрана.
На фиг.1 изображена пневмо-механическая схема предлагаемой полезной модели.
Основными элементами этой схемы являются:
1. Воздуходувка генератора потока газа;
2. Электропривод воздуходувки;
3. Подпружиненный мембранный элемент типа «сопло-заслонка»;
4. Обратный клапан;
5. Мех (с ручным приводом);
6. Электромагнитный клапан (вдоха-выдоха);
7. Мембранный клапан типа «сопло-заслонка»;
8. Мембранный клапан типа «сопло-заслонка»;
9. Микрокомпрессор (с электроприводом);
10. Пневмоклапан с электромагнитным управлением;
11. Датчик давления;
12. Пневмоемкость;
13. Жиклер;
14. Редуктор давления;
15. Дроссель, регулируемый по проходному сечению магистрали;
16. Элемент ламинарного сопротивления;
17. Датчик перепада давления;
18. Клапан электромагнитный двухпозиционный;
19. Испарительная емкость;
20. Нагревательный элемент;
21. Клапан электромагнитный отсечной;
22. Дыхательный мешок (накопитель газов);
23. Датчик расхода дыхательной смеси;
24. Датчик давления дыхательной смеси;
25. Датчик давления компонентов дыхательной смеси.
В предлагаемой полезной модели имеется воздуходувка генератора потока газа 1 с управляемым электроприводом 2. Входная и выходная магистрали воздуходувки 1 соединены между собой посредством подпружиненного мембранного элемента типа «сопло-заслонка» 3, а также, параллельно - двумя обратными клапанами 4, между которыми установлен мех с ручным приводом 5. Пациент соединен с напорной магистралью воздуходувки 1 («линия вдоха дыхательной смеси»), а через электромагнитный клапан 6 и далее - последовательно через два мембранных клапана типа «сопло-заслонка» 7 и 8 соединен с атмосферой («линия выдоха дыхательной смеси»). При этом надмембранная полость клапана 7 связана с напорной частью микрокомпрессора 9 и пневмоемкостью 12, а также, посредством жиклера 13 и электромагнитного пневмоклапана 10 - с атмосферой. В этой же цепи установлен датчик давления 11. Надмембранная полость клапана 8 соединена с выходной магистралью ручного меха 5.
Наркозная часть аппарата состоит из параллельных линий подачи кислорода (О2 ), закиси азота (N2O), ксенона (Хе), каждая из которых
включает в себя редуктор давления 14, дроссель проходного сечения 15, элемент ламинарного сопротивления 16 (выполненный, например, в виде набора металлических сеток), параллельно которому подключен датчик перепада давления 17. Выход всех этих линий соединен, и через двухпозиционный электромагнитный клапан 18 направлен либо в испарительную емкость 19, (в которую залит жидкий испаряющийся анестетик), либо на вход воздуходувки 1. В нижней части испарительной емкости расположен нагревательный элемент 20, а непосредственно в испарительной емкости установлен датчик температуры 40. Выход из испарительной емкости 19 соединен посредством отсечного электромагнитного клапана 21 со входом воздуходувки 1, причем на этой же магистрали установлен накопительный дыхательный мешок 22.
На фиг.2 представлена структурная схема информационно-управляющего блока анестезиологического комплекса.
Основными элементами этого блока являются:
26. Процессорная плата (например, типа ROCKY-512EV-64MB)
27. Плата аналогового ввода (например, типа ACL-8216)
28. Объединительная плата
29. Нормализатор сигналов
30. Плата управления электроприводом воздуходувки
31. Устройство управления цифровыми сигналами
32. Устройство ввода сигналов (например, типа ISO-AD32H)
33. Монитор (например, типа LCD-KITО5A-TS: 12,1")
34. Сенсорный экран (например, типа TR121B: 12,1")
35. Силовой модуль (блок питания)
36. Плата таймеров-счетчиков и дискретного ввода-вывода (например, ACL-8454)
37. Электродвигатель
38. Устройство долговременного хранения информации (например, CF-64MB: CompactFlash)
39. Плата управления подогревом анестетика
40. Датчик температуры
Функционируют представленные на фиг.1 и фиг.2 устройства следующим образом:
Дыхательная смесь (O2+N 2O или O2+Xe) стабилизируется по давлению редукторами 14 (на уровне, например, 2±1 кгс/см 2) и далее подходит к дросселям 15. За счет регулирования проходного сечения этих дросселей оператор (анестезиолог) обеспечивает больший или меньший расход каждого из газов, который, проходя через элемент ламинарного сопротивления 16, создает определенный перепад давления, преобразуемый электронным датчиком перепада давления 17 в аналоговый электросигнал, поступающий в информационно-управляющий блок аппарата, где он по специальной программе обрабатывается и в цифровом виде отображается на экране монитора 33. Одновременно на этом же экране монитора в цифровом виде
отображается процентная концентрация закиси азота (или ксенона) в дыхательной смеси, которая также рассчитывается информационно-управляющим блоком по специальной программе.
Далее объединенная дыхательная смесь требуемого состава (отрегулированная оператором) поступает к двухпозиционному электромагнитному клапану 18, выполняющего функцию распределителя потока газа, и в зависимости от его позиции (определяемой информационно-управляющим блоком) направляется или сразу на вход в воздуходувку 1 и в накопительный дыхательный мешок 22, или же направляется в испарительную емкость 19, в которую залит жидкий анестетик и в которой при этом происходит барботаж и испарение анестетика. Распределение отрезков времени, в течение которого газ направляется упомянутым двухпозиционным электромагнитным клапаном 18 в том или другом направлении определяется требуемой концентрацией паров жидкого анестетика. Электрические команды на функционирование распределительного двухпозиционного клапана 18 выдаются центральным информационно-управляющим блоком. Кроме того, информационно-управляющий блок, имея в своем составе электронную плату 39 управления нагревательным элементом 20, реагируя на сигналы датчика температуры 40, по специальной программе поддерживает на постоянном уровне температуру анестетика (посредством нагревательного элемента 20), и таким образом обеспечивает 100% концентрацию паров анестетика на выходе из испарительной емкости 19. А смешение этого 100% насыщенного паром анестетика газа с чистой дыхательной смесью в процентном отношении, пропорциональном времени открытия клапана 18 в том или ином направлении и обеспечивает заданную концентрацию паров анестетика в дыхательной смеси. Значение этой концентрации в цифровом виде также отображается на экране монитора 33, что достигается за счет специального программирования работы информационно-управляющего блока. При необходимости изменить концентрацию паров анестетика оператор касается соответствующих символов «больше» или «меньше» на сенсорном экране 34, и взаимодействующая с ним плата 26 информационно-управляющего блока по специальной программе выдает соответствующие команды на изменение длительности открытия клапана 18 в том или ином направлении.
В случае, когда концентрация жидкого испаряющегося анестетика в дыхательной смеси должна быть равной нулю, от информационно-управляющего блока поступает дополнительная команда на закрытие отсечного электромагнитного клапана 21 - с целью предотвращения возможности попадания в дыхательную систему паров жидкого анестетика при его самопроизвольном (без барботажа) испарении.
После формирования и смешения дыхательная смесь поступает на вход воздуходувки 1, производительность которой, то есть расход газа (определяемый числом оборотов электропривода 2) формируется таким образом, чтобы он был равным суммарному расходу газов, проходящих через дроссели 15. Это равенство расходов также обеспечивается командами информационно-управляющего блока аппарата следующим образом:
В составе информационно-управляющего блока имеется электронная плата 30 управления оборотами электродвигателя 37 привода воздуходувки 1, которая, реагируя на сигналы датчика оборотов электродвигателя и взаимодействуя по специальной программе с процессорной платой 26 (посредством платы аналогового ввода 27) дает управляющие команды на электродвигатель 37 таким образом, чтобы обороты электропривода воздуходувки соответствовали требуемой ее производительности по расходу газа.
Из напорной линии воздуходувки 1 газ поступает к пациенту во время акта вдоха, когда электромагнитный клапан 6 закрыт (по команде информационно-управляющего блока). В этом случае, если давление в линии пациента превысит заданное значение, то приоткроется заслонка над седлом элемента 3 (уровень давления определяется усилием пружины, расположенной в надмембраной полости элемента 3), и дыхательная смесь начнет двигаться по замкнутому контуру, то есть выход из воздуходувки соединяется с ее входом.
Во время акта выдоха по команде информационно-управляющего блока воздуходувка 1 останавливается, а электромагнитный клапан 6 открывается, и отработанная дыхательная смесь из легких пациента пассивно стравливается в атмосферу, проходя при этом через клапана 7 и 8. Назначение клапана 7 - создавать заданное ПДКВ (противодавление концу выдоха). Достигается это тем, что в надмембранной полости клапана 7 создается определенное давление (за счет периодического включения в действие микрокомпрессора 9, замера уровня давления датчиком 11 и периодического открытия при необходимости стравливающего пневмоклапана 10). Управление периодичностью включения микрокомпрессора 9 и открытие пневмоклапана 10 осуществляется также информационно-управляющим блоком.
В аварийных случаях (например, при длительном отключении электричества, или в специфических режимах вентиляции легких) используется дыхательный мех 5 с ручным приводом, который за счет обратных клапанов 4 организует поток газа к пациенту во время акта вдоха (при этом мех 5 вручную сжимается, и мембранный клапан 8 закрывается создавшимся давлением дыхательного газа). А во время акта выдоха, в дыхательный мех 5 (который при этом вручную растягивается) засасывается свежая порция дыхательной смеси, а пациент выдыхает отработанную смесь через клапан 8, который при этом открывается разрежением, возникающем от дыхательного меха, соединенного с надмембранной полостью клапана 8.
Непосредственно перед пациентом установлен датчик давления дыхательной смеси 24, а также специальный ламинарный датчик расхода дыхательной смеси 23, которые выдают в информационно-управляющий блок информацию о текущем давлении, вентиляции, а также о перепаде давления на датчике расхода 23 (что пропорционально расходу дыхательного газа). Соответственно, информационно-управляющий блок после обработки этой информации по специальной программе, отражает на экране монитора 33 барограмму (кривую давления при искусственной вентиляции легких) и
кривую скорости потока дыхательного газа (в реальном масштабе времени), что является важной информацией для врача.
Информационно-управляющий блок (фиг.2) функционирует следующим образом.
При взаимодействии по специальной программе процессорной платы 26, монитора 33 и сенсорного экрана 34 на экране монитора 33 отображается графическое изображение панели управления аппаратом (включающее символы требуемых параметров, рядом с которыми изображены символы кнопок увеличения данного параметра, например «+», или его уменьшения, например «-», а также координатные оцифрованные линии требуемых графиков - барограммы, скорости потока и т.п.).
Поскольку над экраном монитора 33 вплотную расположен прозрачный сенсорный экран 34, то прикосновение пальцем (или специальной указкой) к зоне сенсорного экрана 34, под которой изображен соответствующий символ управления (кнопка), формирует соответствующую управляющую команду на процессорную плату 26, где по специальной программе и посредством платы аналогового ввода 27, нормализатора сигналов 29 и объединительной платы 28 происходит преобразование сигнала на исполнительный орган (электромагнитные клапаны, электродвигатель и т.п.).
Аналоговые электросигналы от датчиков давления 25, 17, 11, 24, датчиков температуры 40 поступают через нормализатор сигналов 29 на плату ввода-вывода 27. На эту же плату посредством устройства ввода сигналов 32 и платы таймеров-счетчиков 36 поступают цифровые сигналы от дискретных датчиков (число оборотов электродвигателя от платы управления 30, и т.д.). Эта обработанная информация через объединительную плату 28 поступает на процессорную плату 26, которая взаимодействуя с устройством длительного хранения информации 38 (на котором записана специальная программа), сенсорным экраном 34 выдает соответствующие сигналы (в цифровом виде) на исполнительные элементы - электромагнитные клапаны 6, 18, 21, 10, теплоподогрев анестетика, на управление электродвигателем, а также на монитор 33, на котором отображается в виде графической кривой текущее значение давления вентиляции (барограмма), скорости потока дыхательного газа и другие требуемые врачу параметры.
Электропитание всех элементов аппарата осуществляется от силового модуля 35, включающего в себя элементы формирования требуемых уровней напряжений (+12V; +5V; +24V), а также аккумуляторную батарею, предназначенную для аварийного питания системы при несанкционированном отключении основного электропитания (˜220V).
Таким образом, используя технические решения, описанные в предлагаемой полезной модели, можно обеспечить более широкий спектр функциональных - возможностей наркозно-дыхательного анестезиологического комплекса, повысить оперативную информированность врача-анестезиолога о важнейших параметрах вентиляции легких в режиме
реального времени, обеспечить более высокую точность автоматического поддержания заданных параметров, и в конечном итоге - повысить качество анестезиологической помощи пациенту.
1. Анестезиологический комплекс, содержащий блок искусственной вентиляции легких с генератором потока газа, блок формирования газовой составляющей смеси, блок формирования паров жидких анестезирующих веществ, а также электрически связанный со всеми вышеперечисленными блоками центральный информационно-управляющий блок, отличающийся тем, что центральный информационно-управляющий блок выполнен в виде программируемой компьютеризированной информационно-управляющей системы, состоящей из процессорной платы, платы аналогового ввода, платы таймеров-счетчиков и дискретного ввода-вывода, платы управления нагревательным элементом, платы управления оборотами электропривода, а также монитора и сенсорного экрана.
2. Анестезиологический комплекс по п.1, отличающийся тем, что магистрали входа и выхода генератора потока газа блока искусственной вентиляции легких соединены между собой посредством мембранного элемента типа "сопло-заслонка" с подпружиненной заслонкой.
3. Анестезиологический комплекс по п.1, отличающийся тем, что магистрали входа и выхода генератора потока газа соединены между собой посредством дыхательного меха с ручным приводом, причем в каждой из присоединительных магистралей установлен обратный клапан.
4. Анестезиологический комплекс по п.1, отличающийся тем, что в линии выдоха дыхательной смеси от пациента установлен мембранный элемент типа "сопло-заслонка", надмембранная полость которого соединена с напорной линией микрокомпрессора посредством пневмоемкости, датчика давления и выпускного пневмоклапана с электромагнитным управлением, электрически связанного с информационно-управляющим блоком комплекса.
5. Анестезиологический комплекс по п.1, отличающийся тем, что блок формирования газовой составляющей наркозно-дыхательной смеси состоит из не менее 2-х параллельных линий, каждая из которых содержит последовательно расположенные датчик входного давления, редуктор давления, регулируемый дроссель проходного сечения магистрали, а также датчик расхода газа, состоящий из элемента ламинарного сопротивления, параллельно которому подключен датчик перепада давления, электрически связанный с информационно-управляющим блоком комплекса.
6. Анестезиологический комплекс по п.1, отличающийся тем, что блок формирования паров жидких анестезирующих веществ имеет испарительную емкость, содержащую нагревательный элемент, причем к указанной испарительной емкости снизу, посредством двухпозиционного электромагнитного клапана подведена часть дыхательной смеси, а сам двухпозиционный электромагнитный клапан электрически соединен с информационно-управляющим блоком комплекса.
7. Анестезиологический комплекс по п.1 или 6, отличающийся тем, что на выходе испарительной емкости установлен отсечной электромагнитный клапан.
8. Анестезиологический комплекс по п.1, отличающийся тем, что электропривод воздуходувки генератора потока газа электрически соединен с платой управления оборотами электропривода, входящей в состав информационно-управляющего блока.
