PL221432B1

PL221432B1 - Gas mixture volume automatic divider

Info

Publication number: PL221432B1
Application number: PL402065A
Authority: PL
Inventors: Marek Darowski; Maciej Kozarski; Barbara Stankiewicz; Marcin Michnikowski; Krzysztof Jakub Pałko; Krzysztof Zieliński
Original assignee: Inst Biocybernetyki I Inżynierii Biomedycznej Im Macieja Nałęcza Polskiej Akademii
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2016-04-29
Also published as: PL402065A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest automatyczny dzielnik objętości mieszanki gazu wdechowego dostarczanego z respiratora do płuc. Automatyczny dzielnik objętości mieszanki wdechowej jest urządzeniem znajdującym zastosowanie podczas sztucznej wentylacji płuc w dwóch przypadkach: osobnej wentylacji płuc u jednego pacjenta lub wentylacji dwóch pacjentów za pomocą tylko jednego respiratora. Ten pierwszy przypadek ma miejsce, gdy patologia (np. zmiany nowotworowe) jednego z płuc powoduje, że korzystniejsze wyniki terapii oddechowej uzyskamy wentylując każde płuco pacjenta niezależnie, dostarczając do nich zróżnicowane i kontrolowane objętości gazu wdechowego. Również podczas torakochirurgii możliwość kontrolowanego zróżnicowania każdego płuca ułatwia przeprowadzenie operacji chirurgicznej. Klasycznym, ale bardzo drogim rozwiązaniem jest wówczas zastosowanie dwóch zsynchronizowanych respiratorów. Natomiast wentylacja dwóch pacjentów za pomocą jednego respiratora ma sens i znaczenie wówczas, gdy na skutek nieprzewidzianych zdarzeń zagrażających zdrowiu i życiu ludzkiemu (np. epidemii, powodzi, czy gazowego ataku terrorystycznego) liczba respiratorów dostępnych na terenie ww. wydarzeń jest mniejsza niż osób wymagających sztucznej wentylacji płuc. Znane są różne rozwiązania techniczne podziału objętości gazu wdechowego dostarczanego z respiratora. Na ogół są one oparte na zastosowaniu prostych rezystorów pneumatycznych umieszczonych w dwóch gałęziach wdechowych prowadzących mieszankę wdechową z respiratora.The present invention relates to an automatic volume divider of the inspiratory gas mixture delivered from the respirator to the lungs. The automatic divider of the inspiratory mixture volume is a device used during artificial lung ventilation in two cases: separate ventilation of the lungs in one patient or ventilation of two patients with only one ventilator. The first case occurs when the pathology (e.g. neoplastic changes) of one of the lungs causes that more favorable results of the respiratory therapy can be obtained by ventilating each lung of the patient independently, supplying them with differentiated and controlled volumes of inspiratory gas. In thoracic surgery, too, the possibility of controlled differentiation of each lung facilitates surgery. A classic, but very expensive solution is then the use of two synchronized respirators. On the other hand, the ventilation of two patients with one ventilator makes sense and meaning when, as a result of unforeseen events threatening human health and life (e.g. epidemics, floods or a gas terrorist attack), the number of respirators available in the above-mentioned area is events are less than those requiring artificial lung ventilation. Various technical solutions are known for dividing the inspiratory gas volume supplied from a respirator. They are generally based on the use of simple pneumatic resistors located in the two inspiratory arms that guide the inspiratory mix from the ventilator.

Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 179784 układ do selektywnej wentylacji płuc, w którym zastosowano regulator natężenia przepływu w jednej lub dwóch gałęziach wdechowych w jednym rozwiązaniu a regulator stosunku natężeń tych przepływów w drugim rozwiązaniu. Zaletą tych rozwiązań jest lepsza dokładność podziału objętości wdechowych niż w przypadku stosowania w tym celu prostych rezystorów pneumatycznych. Jednakże w przypadku występowania różnych profilów prędkości przepływów w dwóch gałęziach wdechowych, co ma miejsce w sytuacji różnych oporów dróg oddechowych i/lub podatności płuc, regulacja natężenia przepływów wdechowych lub ich stosunku nie zapewnia dokładnej i stabilnej kontroli wentylacji każdego z płuc. Inną poważną wadą i ograniczeniem układu do selektywnej wentylacji płuc przedstawionego w opisie patentowym nr 179784 jest konieczność zastosowania wyłącznie respiratorów stałoprzepływowych, które wypierane są obecnie przez respiratory stałociśnieniowe. Automatyczny dzielnik objętości mieszanki gazu wdechowego według wynalazku nie ma tych ograniczeń, bowiem wentylacja każdego z płuc jest bezpośrednio mierzona i stosunek ich podziału między płuca - kontrolowany za pomocą pętli sprzężenia zwrotnego.A system for selective lung ventilation is also known from the Polish patent description No. 179784, in which a flow rate regulator was used in one or two inspiratory branches in one solution, and a regulator of the ratio of these flows in the other solution. The advantage of these solutions is a better accuracy of the division of inspiratory volumes than in the case of using simple pneumatic resistors for this purpose. However, when there are different flow velocity profiles in the two inspiratory branches, such as with different airway resistance and / or lung compliance, adjusting the inspiratory flow rate or ratio does not provide accurate and stable control of the ventilation of each lung. Another serious drawback and limitation of the selective lung ventilation system disclosed in Patent Specification No. 179784 is the need to use only constant-flow respirators, which are now being replaced by constant pressure respirators. The automatic volume divider of the inspiratory gas mixture according to the invention does not have these limitations, since the ventilation of each lung is directly measured and the ratio of their division between the lungs is controlled by a feedback loop.

Niezależna wentylacja dwóch płuc z selektywnym zastosowaniem dodatnich ciśnień wydechowych polega na takim doborze objętości wdechowych i dodatnich ciśnień wydechowych dla każdego z płuc, aby wentylacja ich była dostosowana do ich perfuzji. Ten sposób sztucznej wentylacji umożliwia uzyskanie lepszej, efektywniejszej wymiany gazowej w płucach podczas anestezji, niż w przypadku niekontrolowanego podziału objętości wdechowej między płucami i zastosowania równych wartości dodatnich ciśnień wydechowych dla obu płuc.Independent ventilation of two lungs with the selective use of positive expiratory pressures is based on the selection of inspiratory volumes and positive expiratory pressures for each lung so that their ventilation is adjusted to their perfusion. This method of artificial ventilation enables better, more efficient gas exchange in the lungs during anesthesia than in the case of uncontrolled division of the inspiratory volume between the lungs and the application of equal positive expiratory pressures for both lungs.

Klasyczny układ do niezależnej wentylacji dwóch płuc z selektywnym zastosowaniem dodatnich ciśnień wydechowych zawiera zazwyczaj dwa zsynchronizowane respiratory połączone dwuprzewodową rurką dotchawiczną z każdym z płuc, za pośrednictwem gałęzi wdechowych i wydechowych. Gałęzie te połączone są w dwie pary wdechowo-wydechowe, z których każda zawiera gałęzie wdechową i wydechową zakończone wspólnym punktem połączonym z rurką dotchawiczną. Jedna para wdechowo-wydechowa połączona jest z jednym z dwu przewodów tej rurki, a druga para z pozostałym przewodem rurki dotchawicznej.The classic two-lung independent ventilation system with the selective use of positive expiratory pressures typically includes two synchronized ventilators connected by a twin-line endotracheal tube to each lung via the inspiratory and expiratory branches. These branches are connected into two inspiratory-expiratory pairs, each of which contains inspiratory and expiratory branches ending with a common point connected to the endotracheal tube. One inspiratory-expiratory pair is connected to one of the two tubing of this tube and the other pair is connected to the other tubing of the endotracheal tube.

Układ do niezależnej wentylacji dwóch płuc z selektywnym zastosowaniem dodatnich ciśnień wydechowych, według wynalazku, posiada tylko jeden respirator połączony z dwuprzewodową rurką dotchawiczną za pośrednictwem dzielnika objętości mieszanki wdechowej - urządzenia kontrolno-sterującego zawierającego dwie równoległe linie wdechowe oraz dwie równoległe linie wydechowe. Każda linia połączona jest z dwuprzewodową rurką dotchawiczną za pośrednictwem gałęzi odpowiednio wdechowych i wydechowych.The dual-lung independent ventilation system with the selective use of positive exhalation pressures of the invention has only one respirator connected to a twin-line endotracheal tube via an inspiratory mix volume divider - a control-command device comprising two parallel inspiratory lines and two parallel expiratory lines. Each line is connected to a twin-line endotracheal tube through the inspiratory and expiratory branches, respectively.

W obu liniach wdechowych umieszczony jest zawór stosunku objętości 23.There is a volume ratio valve 23 in both inspiratory lines.

W obu liniach wydechowych umieszczone są zawory dodatniego ciśnienia wydechowego.Both exhaust lines have positive exhalation pressure valves.

Ponadto w obu liniach wdechowych i wydechowych umieszczone są mierniki objętości gazu.In addition, there are gas volume meters on both inspiratory and expiratory lines.

Urządzenie będące przedmiotem wynalazku eliminuje konieczność użycia dla realizacji niezależnej wentylacji dwóch płuc z zastosowaniem dodatnich ciśnień dwóch respiratorów wydechowych. Wentylację taką realizuje przy użyciu jednego tylko respiratora.The device of the invention eliminates the need to use two exhalation respirators for independent ventilation using positive pressures. It performs such ventilation with the use of only one respirator.

PL 221 432 B1PL 221 432 B1

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku przedstawiającym schemat urządzenia do niezależnej wentylacji dwóch płuc z selektywnym zastosowaniem dodatnich ciśnień wydechowych.The subject matter of the invention in an exemplary embodiment is shown in the drawing showing a diagram of a device for independent ventilation of two lungs with the selective use of positive expiratory pressures.

Dzielnik objętości zawiera dwie równoległe linie wdechowe 18 i 19 oraz dwie równoległe linie wydechowe 20 i 21. Zakończenie linii wdechowych i wydechowych stanowią gałęzie odpowiednio wdechowe 14 i 16 oraz wydechowe 15 i 17, połączone w pary wdechowo-wydechowe. W każdej parze gałąź wdechowa 14 z gałęzią wydechową 15 oraz gałąź wdechowa 16 z gałęzią wydechową 17, są wzajemnie połączone. Wspólny punkt gałęzi wdechowej 14 i wydechowej 15 połączony jest z jednym przewodem rurki dotchawicznej RD, a wspólny punkt gałęzi wdechowej 16 i wydechowej 17 połączony jest z drugim przewodem rurki RD.The volume divider includes two parallel inspiratory lines 18 and 19 and two parallel expiratory lines 20 and 21. The inspiratory and expiratory lines are ended by inspiratory 14 and 16 and expiratory branches 15 and 17, respectively, connected in inhalation-expiratory pairs. In each pair, the inspiratory branch 14 with the expiratory branch 15 and the inspiratory branch 16 with the expiratory branch 17 are interconnected. A common point of the inspiratory 14 and expiratory branches 15 is connected to one conduit of the endotracheal tube RD, and the common point of the inspiratory 16 and expiratory branches 17 is connected to the other conduit of the RD tube.

W połączonych równolegle liniach wdechowych 18 i 19 umieszczone są odpowiednio jednokierunkowe zawory pneumatyczne 2 i 3. W liniach wydechowych 20 i 21 znajdują się wskaźniki ciśnienia 6 i 8. W połączonych równolegle, liniach wydechowych 20 i 21 umieszczone są jednokierunkowe zawory pneumatyczne 7 i 12.One-way pneumatic valves 2 and 3 are located in the parallel connected inspiratory lines 18 and 19. In the exhaust lines 20 and 21 there are pressure indicators 6 and 8. In the parallel connected exhaust lines 20 and 21 there are one-way pneumatic valves 7 and 12.

Zawór jednokierunkowy 7 połączony jest szeregowo z miernikiem objętości 5, zaworem dodatniego ciśnienia wydechowego 11 i gałęzią wydechową 15 a zawór jednokierunkowy 12 połączony jest szeregowo z miernikiem objętości 4 i gałęzią wydechową 17.A check valve 7 is connected in series with a volume gauge 5, a positive exhalation valve 11 and an exhaust branch 15, and a check valve 12 is connected in series with a volume gauge 4 and an exhaust branch 17.

Wspólne wejście zaworów jednokierunkowych 2 i 3 połączone jest z kanałem wdechowym IP respiratora 1, wspólne wyjście zaworów jednokierunkowych 7 i 12 połączone jest z kanałem wydechowym EP respiratora 1.The common input of the check valves 2 and 3 is connected to the respirator 1 IP inspiratory channel, the common output of the check valves 7 and 12 is connected to the ventilator 1 exhalation channel EP.

Działanie urządzenia według wynalazku jest następujące. W fazie wdechu gaz wypływający z kanału wdechowego IP respiratora 1 dzielony jest między dwie linie wdechowe 18 i 19 i przepływa przez mierniki objętości wdechowej gazu 9 i 10 oraz jednokierunkowe zawory pneumatyczne 2 i 3. Gaz płynący linią wdechową 18 kierowany jest za pośrednictwem gałęzi wdechowej 14 i jednego z przewodów rurki dotchawicznej do jednego płuca, ponieważ port wydechowy EP respiratora jest zamknięty podczas fazy wdechu. Gaz płynący linią wdechową 19 kierowany jest za pośrednictwem gałęzi wdechowej 16 i drugiego przewodu rurki dotchawicznej RD do drugiego płuca.The operation of the device according to the invention is as follows. During the inspiration phase, the gas flowing from the respirator's IP inspiratory channel 1 is divided between the two inspiratory lines 18 and 19 and flows through the inspiratory gas volume meters 9 and 10 and the unidirectional pneumatic valves 2 and 3. The gas flowing through the inspiratory line 18 is directed through the inspiratory branch 14 and one of the tubing of the endotracheal tube to one lung, since the ventilator's EP expiratory port is closed during the inspiratory phase. The gas flowing through the inspiratory line 19 is directed through the inspiratory branch 16 and the second duct of the RD endotracheal tube to the second lung.

Wzrost ciśnienia w gałęziach wdechowych 14 i 16 w fazie wdechu jest mierzony i wskazywany odpowiednio przez wskaźniki ciśnienia 6 i 8. W fazie wydechu kanał wdechowy IP respiratora jest zamknięty a kanał wydechowy EP respiratora jest otwarty, co powoduje wypływ gazów z płuc. I tak z jednego płuca gaz przepływa jednym z przewodów rurki dotchawicznej RD przez gałąź wydechową 15, miernik objętości 5, zawór dodatniego ciśnienia wydechowego PEEP 11, jednokierunkowy zawór pneumatyczny 7, do kanału wydechowego EP respiratora. Z drugiego płuca natomiast gaz przepływa drugim przewodem rurki dotchawicznej RD przez gałąź wydechową 17, miernik objętości 4, jednokierunkowy zawór pneumatyczny 12, do kanału wydechowego EP respiratora. Jednokierunkowe zawory pneumatyczne 2, 3, 7, 12 umieszczone w ściśle określonych miejscach rozpatrywanego układu połączeń urządzenia determinują taki jak wyżej opisany przepływ gazów między respiratorem a płucami w poszczególnych fazach cyklu oddechowego (podczas wdechu i wydechu), umożliwiając w ten sposób zarówno prowadzenie niezależnej wentylacji każdego płuca jak i uzyskiwanie dodatniego ciśnienia wydechowego tylko w jednym z płuc (za pomocą zaworu PEEP 11). Za pomocą regulatora stosunku objętości 22 i zaworu 23 jednocześnie zmniejsza się przepływ gazu w jednej linii wdechowej, a zwiększa - w drugiej linii wdechowej.The increase in pressure in the inspiratory branches 14 and 16 during the inspiratory phase is measured and indicated by the pressure indicators 6 and 8, respectively. During the exhalation phase, the respirator's IP inspiratory channel is closed and the ventilator's expiratory EP channel is open, causing gases to escape from the lungs. Thus, from one lung, gas flows through one of the tubes of the endotracheal tube RD through the expiratory branch 15, volume meter 5, PEEP positive exhalation valve 11, one-way pneumatic valve 7, to the respirator exhalation channel EP. From the second lung, gas flows through the second endotracheal tube RD through the expiratory branch 17, volume meter 4, one-way pneumatic valve 12, to the expiratory channel EP of the ventilator. One-way pneumatic valves 2, 3, 7, 12 located in strictly defined places of the considered connection system of the device determine the gas flow described above between the ventilator and the lungs in particular phases of the respiratory cycle (during inhalation and exhalation), thus enabling both independent ventilation each lung and obtaining positive expiratory pressure in only one of the lungs (using the PEEP 11 valve). The volume ratio regulator 22 and valve 23 simultaneously reduce the gas flow in one inspiratory line and increase the gas flow in the other inspiratory line.

Urządzenie według wynalazku posiada dodatkowo zawór dodatniego ciśnienia wydechowego PEEP 13, którym nastawiane jest dodatnie ciśnienie wydechowe w gałęzi wydechowej 17 (a zatem i w płucu z nią połączonym przez przewód rurki dotchawicznej).The device according to the invention additionally has a PEEP 13 positive exhalation pressure valve which is used to set the positive exhalation pressure in the expiratory branch 17 (and thus in the lung connected to it via the endotracheal tube).

Rozwiązanie powyższe umożliwia poza niezależną wentylacją każdego płuca także uzyskiwanie dodatnich ciśnień wydechowych niezależnie w obu płucach.The above solution allows, apart from independent ventilation of each lung, also obtaining positive expiratory pressures independently in both lungs.

Claims

Patent claim

A volume divider for independent ventilation of two lungs connected to the lungs by an endotracheal tube via two inspiratory and two expiratory branches, joined into two inspiratory-expiratory pairs, each pair terminating at a common point of the inspiratory and expiratory branches and connected to one tubing of the endotracheal tube, and exhalation branches contain valves for positive exhalation pressure, characterized in that in both inspiratory lines (18, 19)

There is provided a volume ratio valve (23) of the inspiratory gas mixture controlled by the inspiratory volume ratio controller (22).