Устройство для автоматической стабилизации эпидуральной блокады

Полезная модель относится к области медицины, а именно к анестезиологии и может использоваться для проведения эпидуральных блокад на необходимом сегментарном уровне. Техническим результатом полезной модели является персонификация эпидуральной блокады, создание автоматической биологической обратной связи для контроля и автоматического поддержания эпидуральной блокады в пределах зоны очага болевой импульсации, минимизация количества вводимого лекарственного препарата, что снизит его системное побочное действие и себестоимость процедуры. Это достигается тем, что устройство для автоматической стабилизации эпидуральной блокады содержит линию высокого давления, соединенную со шприцевым насосом подачи лекарственных средств, двигатель шприцевого насоса, датчик положения поршня шприцевого насоса, узел управления, автономный источник питания, два потенциометра, два датчика температуры. Двигатель шприцевого насоса выполнен в виде шагового двигателя с драйвером. Узел управления включает в себя память с записанной управляющей программой работы устройства и соединенной со входами драйвера, процессор-микроконтроллер, содержащий аналого-цифровой преобразователь, коммутатор - мультиплексор, а также дифференциальный усилитель, входы которого соединены с двумя датчиками температуры, а выход - с коммутатором - мультиплексором, с которым соединены два потенциометра. Датчик положения поршня шприцевого насоса выполнен в виде оптронной пары и соединен с аналого-цифровым преобразователем процессора-микроконтроллера.

Полезная модель относится к области медицины, а именно к анестезиологии и может использоваться для проведения эпидуральных блокад на необходимом сегментарном уровне.

Известен способ идентификации границ зоны перидурального блока, заключающийся в том, что на кожу в предполагаемой зоне развития эпидуральной блокады и вне ее фиксируют лейкопластырем термочувствительные листы и по изменению цвета термочувствительного листа выявляют границы эпидурального блока. [Заявка на изобретение: 94019623/14, Слесаренко С.С., Пригородов М.В., дата публикации заявки: 20.06.1996].

Цель и задача данного аналога заключается в диагностике границ эпидурального блока без возможности реализации установленного факта в качестве командного сигнала для автоматического поддержания эпидурального блока и создания системы БОС.

Известно устройство для непрерывной дозированной автоматической подачи жидких лекарственных веществ (инфузомат) фирмы «BRAUN», содержащее шприцевой насос подачи лекарственных средств, шаговый двигатель с драйвером и контроллером шприцевого насоса подачи лекарственных средств, датчик положения поршня шприцевого насоса подачи лекарственных средств в виде оптронной пары, линию высокого давления, автономный и внешний источники питания [http://www.petrolab.ru/bbraun.html].

Данное устройство рассчитано на непрерывное введение местного анестетика с заданной объемной скоростью введения, что исключает возможность автоматического изменения вводимых объемов местного анестетика в зависимости от зоны и глубины развивающейся симпатической блокады и индивидуальной реакции пациента на местный анестетик. Конструкция устройства не исключает передозировки препарата и развития избыточной зоны симпатической блокады, и, как следствие, отсутствует возможность индивидуального подхода при проведении эпидуральных блокад.

В качестве прототипа по наиболее близкой технической сущности нами выбрано устройство для автоматического введения жидких лекарственных средств. Авторы - Кобрин В.П., Кобрин В.П., Кобрин И.П. [SU 306852, 1971].

Данное устройство является многофункциональным, одной из функций которого является автоматическая стабилизация эпидуральной блокады, которая осуществляется следующим образом: в качестве линии высокого давления использован катетер, соединенный со шприцевым насосом, заполненным местным анестетиком. При помощи узла управления (КЭП-12) выставляют время срабатывания насоса (объем вводимого препарата) и интервал очередного введения местного анестетика. Интервал времени между введениями устанавливают на 10 мин меньшими, чем фактически действует местный анестетик с целью стабилизации эпидуральной блокады на необходимом уровне.

Недостатком устройства, выбранного нами в качестве прототипа, является отсутствие возможности автоматического изменения частоты введения препарата, смена режима введения препарата осуществляется медицинским персоналом по клиническим признакам эффективности эпидуральной блокады, и система БОС реализуется через посредника - врача-анестезиолога.

Техническим результатом полезной модели является персонификация эпидуральной блокады, создание автоматической биологической обратной связи (БОС) для контроля и автоматического поддержания эпидуральной блокады в пределах зоны очага болевой импульсации, минимизация количества вводимого лекарственного препарата, что снизит его системное побочное действие и себестоимость процедуры.

Технический результат полезной модели достигается тем, что устройство для автоматической стабилизации эпидуральной блокады содержит линию высокого давления, соединенную со шприцевым насосом подачи лекарственных средств, двигатель шприцевого насоса, датчик положения поршня шприцевого насоса, узел управления, автономный источник питания, два потенциометра, два датчика температуры. Двигатель шприцевого насоса выполнен в виде шагового двигателя с драйвером. Узел управления включает в себя память с записанной управляющей программой работы устройства и соединенной со входами драйвера, процессор-микроконтроллер, содержащий аналого-цифровой преобразователь, коммутатор - мультиплексор, а также дифференциальный усилитель, входы которого соединены с двумя датчиками температуры, а выход - с коммутатором - мультиплексором, с которым соединены два потенциометра. Датчик положения поршня шприцевого насоса выполнен в виде оптронной пары и соединен с аналого-цифровым преобразователем процессора-микроконтроллера.

Существенные отличительные признаки заявляемой полезной модели и причинно-следственная связь между ними и достигаемым техническим результатом:

- Устройство дополнительно содержит автономный источник питания.

Автономный источник питания обеспечивает безопасную эксплуатацию устройства в клинических условиях.

- Двигатель шприцевого насоса выполнен в виде шагового двигателя с драйвером.

Драйвер обеспечивает включение и выключение тока в обмотках двигателя, поддерживает заданное значение тока, обеспечивает максимально быстрое нарастание и спад тока для достижения требуемых скоростных характеристик, обеспечивая тем самым качественное управление шаговым двигателем.

- Узел управления включает в себя память с записанной управляющей программой работы устройства и соединенной со входами драйвера, процессор-микроконтроллер, содержащий аналого-цифровой преобразователь, коммутатор - мультиплексор, а также дифференциальный усилитель, входы которого соединены с двумя датчиками температуры, а выход - с коммутатором - мультиплексором.

Узел управления формирует командный сигнал на отработку двигателя шприцевого насоса.

Память с записанной управляющей программой работы устройства управляет работой двигателя насоса.

Процессор-микроконтроллер обеспечивает:

- преобразование аналоговых сигналов с температурных датчиков, потенциометров, датчика положения поршня насоса в виде оптронной пары в оцифрованные сигналы;

- последовательность съема данных с перечисленных датчиков;

- введение в программу данных для формирования командного сигнала на введение местного анестетика;

- работу шагового двигателя в соответствии с записанной управляющей программой и выполнение предустановленной последовательности действий.

Коммутатор - мультиплексор обеспечивает формирование эталона сравнения градиента температур, дозы вводимого препарата и последовательность съема данных с датчиков температуры и потенциометров.

Дифференциальный усилитель, входы которого соединены с двумя датчиками температуры, а выход - с коммутатором - мультиплексором, обеспечивает измерение незначительной разности сигналов на фоне их больших абсолютных значений в динамике.

- Наличие двух датчиков температуры, соединенных со входами дифференциального усилителя, обеспечивают измерение незначительной разности сигналов на фоне их больших абсолютных значений в динамике, уменьшает влияние суточных колебаний температуры тела в послеоперационном периоде на точность измерений, а изменением расстояния между датчиками температуры, фиксированными на теле пациента, устанавливают сегментарную зону симпатической блокады на необходимом уровне в зависимости от локализации очага болевой импульсации и тем самым минимизируют расход местного анестетика и, как следствие этого, снижают его побочное системное действие, а также себестоимость процедуры.

- Два потенциометра соединены с коммутатором-мультиплексором.

Один из потенциометров обеспечивает наличие эталона градиента температур, с которым происходит сравнение фактического градиента температур, измеряемого температурными датчиками. Второй - обеспечивает объем вводимого препарата.

- Датчик положения поршня шприцевого насоса выполнен в виде оптронной пары и соединен с аналого-цифровым преобразователем процессора-микроконтроллера.

Датчик положения поршня шприцевого насоса, выполненный в виде оптронной пары, обеспечивает остановку двигателя при окончательном использовании лекарственного препарата в шприцевом насосе.

Совокупность отличительных существенных признаков является новой и позволила персонифицировать эпидуральную блокаду, создать автоматическую БОС для контроля и автоматического поддержания эпидуральной блокады в пределах зоны очага болевой импульсации, минимизировать количество вводимого лекарственного препарата, что снижает его системное побочное действие и себестоимость процедуры.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на Фиг.1 схематично изображена блок-схема устройства для автоматической стабилизации эпидуральных блокад, где:

1. - шприцевой насос подачи лекарственных средств;

2. - линия высокого давления;

3. - датчик температуры 1;

4. - датчик температуры 2;

5. - узел управления;

6. - дифференциальный усилитель;

7. - коммутатор-мультиплексор;

8. - аналого-цифровой преобразователь;

9. - процессор-микроконтроллер;

10. - потенциометр 1;

11. - шаговый двигатель с драйвером;

12. - потенциометр 2;

13. - память, с записанной управляющей программой работы устройства;

14. - автономный источник питания;

15. - датчик положения поршня шприцевого насоса подачи лекарственных средств в виде оптронной пары;

Устройство работает следующим образом:

Пациенту в условиях соблюдения асептики и антисептики пунктируют эпидуральное пространство и устанавливают эпидуральный катетер с таким расчетом, чтобы внутренний кончик эпидурального катетера находился в центре зоны иннервации области болевой импульсации (например, области оперативного вмешательства). Наружную часть эпидурального катетера фиксируют к коже спины при помощи лейкопластырной ленты. Предварительно заполняют местным анестетиком шприцевой насос подачи лекарственных средств (1) и соединенную с ним линию высокого давления (2), которую присоединяют к эпидуральному катетеру пациента. На теле пациента размещают два температурных датчика (3, 4), один из которых, датчик температуры 1 (3) крепят в центре зоны блокады, а второй - датчик температуры 2 (4), - проксимальнее датчика температуры 1 (3) вне зоны блокады. Включают устройство с помощью узла управления (5). Аналоговые сигналы от датчиков температуры (3, 4) поступают на вход дифференциального усилителя (6), где обрабатываются и полученный градиент температур между датчиками температуры (3, 4), установленными на тело пациента, с выхода дифференциального усилителя (6) поступает на вход коммутатора - мультиплексора (7) и далее на АЦП (8) процессора-микроконтроллера (9), где оцифровывается. Перед началом работы потенциометром 1 (10) задают время работы шагового двигателя с драйвером (11) шприцевого насоса (1) подачи лекарственных средств (объем вводимого местного анестетика), а потенциометром 2 (12) - эталон сравнения градиента температур. Напряжение с потенциометров поступает на один из входов коммутатора - мультиплексора (7), который осуществляет коммутацию выбранного аналогового входа на один выход, сигнал с которого поступает на АЦП (8), где сигнал оцифровывается, считывается процессором-микроконтроллером (9) и далее уже в цифровом виде используется программой управления работой устройства, зашитой в память (13). Программа подает на коммутатор - мультиплексор (7) код, по которому на вход АЦП (8) поступает один из сигналов (время работы насоса, эталон сравнения градиента температур, измеренная разность температуры тела пациента, положение поршня насоса). Через какое-то время процессор-микроконтроллером (9) подает следующий код и получает следующий сигнал.

Обработка сигналов производится разработанной нами на языке C программой управления работой устройства, зашитой в память (13) процессора-микроконтроллера (9).

При получении командного сигнала вращение вала шагового (11) двигателя с драйвером при помощи червячной передачи преобразуется в поступательное движение поршня шприцевого насоса. Этот поршень через линию высокого давления, соединенную с катетером пациента, вводит находящийся в шприце местный анестетик в необходимое анатомическое пространство (в частности, в эпидуральное).

После введения в эпидуральное пространство заданного объема местного анестетика на пять минут шаговый двигатель с драйвером (11) шприцевого насоса подачи лекарственных средств (1) переходит в режим ожидания командного сигнала на введение очередной дозы анестетика. Датчики температуры 1 и 2 (3, 4) постоянно отслеживают градиент температур с тела пациента. Пятиминутная экспозиция после очередного введения местного анестетика на фоне постоянной регистрации градиента температур позволяет введенному местному анестетику распространиться по эпидуральному пространству с развитием характерных для эпидуральной блокады эффектов симпатической блокады, исключает ложное срабатывание устройства и передозировку местного анестетика при общем повышении температуры тела у больного (после операции либо в силу воспалительного процесса). По нашим данным, пятиминутная экспозиция позволяет проявиться эффектам симпатической блокады от однократно введенной дозы местного анестетика в эпидуральное пространство, предупреждает преждевременное введение анестетика и, как следствие этого, уменьшает возможность развития системных реакций от введения избыточных доз местного анестетика и создает условия для поддержания эпидуральной блокады на заданном уровне.

В случае достижения заданного градиента температур или его превышения, устройство переходит в режим ожидания. Очередное введение местного анестетика происходит при формировании командного сигнала при уменьшении градиента температур с тела пациента относительно изначально заданного эталона сравнения градиента температур. Описанный цикл повторяется в течение всего времени подключения предлагаемого устройства к пациенту.

Питание электронной схемы устройства, шагового двигателя с драйвером (11) шприцевого насоса подачи лекарственных средств (1) осуществляется от автономного источника питания (14) (батарейки). Узел управления (5) осуществляет включение устройства, световую и звуковую индикацию рабочего состояния устройства и постоянно контролирует величину питающего напряжения.

В качестве датчика положения поршня шприцевого насоса подачи лекарственных средств (1) используется оптронная пара (15), сигнал от которой поступает на АЦП, оцифровывается и в дальнейшем используется программой БОС.

В качестве датчиков температуры нами использованы термосопротивления (активные датчики со встроенными усилителями).

Коммерческое название дифференциального усилителя (6) AD627.

Коммерческое название используемого процессора-микроконтроллера (9) - PIC18F452.

Разработанное устройство для автоматической стабилизации эпидуральной блокады позволяет персонифицировать эпидуральную блокаду, создать автоматическую БОС для контроля и автоматического поддержания эпидуральной блокады в пределах зоны очага болевой импульсации, минимизировать количество вводимого лекарственного препарата, что снижает его системное побочное действие и себестоимость процедуры.

Устройство для автоматической стабилизации эпидуральной блокады, содержащее линию высокого давления, соединенную со шприцевым насосом подачи лекарственных средств, двигатель шприцевого насоса, датчик положения поршня шприцевого насоса, узел управления, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит автономный источник питания, двигатель шприцевого насоса выполнен в виде шагового двигателя с драйвером, а узел управления включает в себя память с записанной управляющей программой работы устройства и соединенной со входами драйвера, процессор-микроконтроллер, содержащий аналого-цифровой преобразователь, коммутатор-мультиплексор, а также дифференциальный усилитель, входы которого соединены с двумя датчиками температуры, а выход - с коммутатором-мультиплексором; устройство содержит также два потенциометра, соединенных с коммутатором-мультиплексором; датчик положения поршня шприцевого насоса выполнен в виде оптронной пары и соединен с аналого-цифровым преобразователем процессора-микроконтроллера.