PL248932B1 - Hełm do wspomagania układu oddechowego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest hełm do wspomagania układu oddechowego zawierający przezroczystą komorę połączoną z kanałem doprowadzającym powietrze i kanałem odprowadzającym powietrze oraz otwór w dolnej części hełmu otoczony kołnierzem, wyposażony w pasy mocujące, w którym zarówno w kanale doprowadzającym jak i w kanale odprowadzającym powietrze znajdują się filtry, w kanale doprowadzającym powietrze znajduje się filtr do usuwania zanieczyszczeń stałych oraz w kanale odprowadzającym powietrze zamontowany został filtr HEPA i szeregowo do niego zawór regulacji ciśnienia PEEP, charakteryzujący się tym, że na końcu kanału doprowadzającego powietrze (3) od strony wnętrza przeźroczystej komory (2) zamontowano rozpraszacz (6), którego korpus (12) połączony jest elementami mocującymi (16) z pokrywą (15) w kształcie litery U, której odgięte ramiona (17) skierowane są od wnętrza korpusu, jednocześnie kołnierz (18) korpusu jest odgięty na zewnętrz korpusu, przy czym odgięte ramiona (17) z kołnierzem (18) tworzą kanał (14) wypływu powietrza lub tlenu z rozpraszacza.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest hełm do wspomagania układu oddechowego człowieka wyposażony w rozpraszacz powietrza.

W czasie pandemii COVID-19 powstało wiele rozwiązań służących do wsparcia leczenia pacjentów z niewydolnością oddechową. Przykładem może być rozwiązanie typu hełm służący do izolacji pacjenta od otoczenia. W rozwiązaniu typu hełm otoczenie jest izolowane przed zakażeniem przez zastosowanie na wylocie powietrza z hełmu filtrów biologicznie aktywnych (neutralizacja wirusów znajdujących się w wydychanym powietrzu). Kolejną zaletą takiego rozwiązania jest możliwość stworzenia w hełmie środowiska sprzyjającego oddychaniu poprzez zmianę składu powietrza (wzbogacenie powietrza w tlen do 100%). Ważnym aspektem w takim rozwiązaniu jest zapewnienie komfortu pod względem temperatury, wilgotności oraz hałasu wewnątrz hełmu, a także odpowiedniego przepływu powietrza celem zapobiegania gromadzenia się dwutlenku węgla (CO2) wewnątrz hełmu. W tym celu stosuje się stosunkowo wysoki przepływ objętościowy gazów zasilających hełm. Zwiększenie wydatku objętościowego bezpośrednio wpływa na hałas generowany wewnątrz hełmu. Do zasilania hełmu stosowana jest mieszanka powietrza z tlenem lub czysty tlen, a to powoduje wzrost zapotrzebowania na tlen z sieci lub z butli, co wpływa na koszt dostarczania tlenu.

W stanie techniki znane są hełmy ułatwiające oddychanie. W publikacji Bourrianne P. i wsp., 2021 przedstawiono stanowisko badawcze do przeprowadzania testów hełmu do wsparcia układu oddechowego. Wynalazek obrazuje Fig. 1 .a, gdzie testowany hełm umieszczono na manekinie (popiersiu mężczyzny). Widoczne są główne elementy: przewód zasilający, filtr powietrza dolotowego, hełm, filtr powietrza wylotowego z hełmu, przewód odprowadzający powietrze z hełmu, przepływomierz, zawór PEEP (zawór służący do utrzymania stałego ciśnienia w hełmie), interfejs służący do prowadzenia odczytu danych pomiarowych. Budowa testowanego hełmu umożliwia założenie go na głowę pacjenta oraz jego uszczelnienie na odcinku szyjnym. Hełm na popiersiu (pacjencie) jest mocowany za pomocą pasów, które są umieszczone pod ramionami manekina lub pacjenta. Powietrze jest doprowadzane wejściem znajdującym się na boku hełmu na wysokości uszu pacjenta. Natomiast wylot z hełmu umieszczono po drugiej stronie na wysokości czubka głowy pacjenta. W ten sposób powietrze dopływa w okolice ust i nosa pacjenta i wypływa w górnej części hełmu.

W publikacji na Fig. 1 .b przedstawiono również rozwiązanie, gdzie do hełmu jest doprowadzane powietrze z CO2. Stanowisko dodatkowo wyposażono w czujnik stężenia CO2, który monitoruje jego stężenie w kanale wylotowym. Dwutlenek węgla jest dostarczany do hełmu przez dodatkowy przewód i jest on dostarczany przez osobę biorącą udział w badaniu. Przedstawione stanowisko pozwala na monitorowanie stężenia CO2, dzięki umieszczeniu czujnika stężenia dwutlenku węgla w kanale wylotowym. Na stanowisku możliwa jest również kontrola objętości powietrza dopływającego do hełmu z aparatury służącej do zapewnienia odpowiedniego stężenia powietrza z tlenem.

Natomiast w publikacji Olivieri C. i wsp., 2012 przedstawiono stanowisko z hełmem do wsparcia układu oddechowego z nadmuchiwanym kołnierzem. Hełm (Fig. 2) charakteryzuje się specjalnym rozwiązaniem typu nadmuchiwany kołnierz, który umieszczono na wysokości szczęki pacjenta. Do kołnierza doprowadzony jest kanał służący do doprowadzania sprężonego powietrza do kołnierza. Podobnie jak w poprzednich rozwiązaniach w budowie hełmu znajduje się sztywny pierścień służący do przyłączenia dodatkowych kanałów. Do tego elementu mocowany jest element zamykający. Na figurze przedstawiono również sam hełm oraz kanały doprowadzające powietrze oraz odprowadzające powietrze, które podobnie jak w poprzednich rozwiązaniach umieszczono naprzeciw na bocznych ścianach na wysokości ust pacjenta.

W publikacji Khan Y. i wsp., 2020, przedstawiono hełm do wsparcia układu oddechowego z kanałami doprowadzającymi i odprowadzającymi powietrze umieszczonymi w dolnej części hełmu w sztywnym kołnierzu (Fig. 3). Podobnie jak w poprzednich rozwiązaniach w kanale wlotowym umieszczono filtr biologicznie aktywny oraz w kanale wylotowym dodatkowo umieszczono zawór regulacji ciśnienia PEEP.

W publikacji Bello G. i wsp., 2018 przedstawiono hełm do wsparcia układu oddechowego z kanałami doprowadzającymi i odprowadzającymi powietrze umieszczonymi w dolnej części hełmu z zamknięciem (Fig. 4). Charakterystyczną cechą przedstawionego rozwiązania jest zastosowanie zamka umożliwiającego szybki dostęp do pacjenta np. do podania leków lub karmienia. W dolnej części umieszczono dużą liczbę kanałów doprowadzających i/lub odprowadzających powietrze do i z hełmu.

Celem wynalazku jest rozwiązanie problemu usuwania skażonego powietrza z przestrzeni oddechowej pacjenta z chorobami płuc, tak, żeby wydychane powietrze nie pozostawało w hełmie oraz zapewnienie lepszego dopływu świeżego powietrza w okolice układu oddechowego dzięki zastosowaniu rozpraszacza.

Wynalazek dotyczy hełmu do wspomagania układu oddechowego pozwalającego na poprawę funkcji życiowych pacjentów z chorobami płuc, którzy mają trudnościami z oddychaniem. Dodatkowo wypływające powietrze z hełmu przepływa przez filtr biologicznie aktywny, który neutralizuje skażone powietrze wydychane przez pacjenta. Odpowiednie rozmieszczenie kanałów zapewnia bardzo dobre warunki do usuwania wydychanego powietrza z hełmu oraz skierowanie głównej części świeżego powietrza/tlenu w okolice układu oddechowego pacjenta (w okolice nosa). Pozwala to na skuteczną terapię tlenową oraz na efektywne wykorzystanie tlenu doprowadzanego do hełmu. W przypadku dużej liczby pacjentów z niewydolnością oddechową może to prowadzić do znacznego obciążenia sieci tlenowej a także zwiększenia zużycia energii. Dodatkowo w proponowanym rozwiązaniu kanał doprowadzający do hełmu wyposażono w rozpraszacz, którego kształt zapewnia dopływ świeżego powietrza lub tlenu w okolice układu oddechowego, a część tego powietrza lub tlenu jest wykorzystywana do przewietrzania hełmu, co zabezpiecza przed zaleganiem CO2 i pary wodnej w hełmie, gdzie mogą pojawić się zastoje powietrza. Realizowane w ten sposób przewietrzanie hełmu pozwala na obniżenie temperatury powietrza wewnątrz hełmu. W efekcie dzięki proponowanemu rozmieszczeniu kanałów można zapewnić zmniejszenie wilgotności powietrza oraz utrzymanie zawartości CO2 na odpowiednim poziomie zapewniając bezpieczne użytkowanie hełmu oraz poziom komfortu przy ograniczeniu zużycia tlenu z sieci. Dodatkowo, jeśli są zastosowane mniejsze wydatki objętościowe przepływu powietrza, wpływa to bezpośrednio na jego prędkość przepływu przez kanały, co z kolei wpływa na obniżenie poziomu hałasu w hełmie, a to wiąże się z poczuciem komfortu pacjenta znajdującego się w hełmie.

Przedmiotem wynalazku jest hełm do wspomagania układu oddechowego zawierający przeźroczystą komorę połączoną z kanałem doprowadzającym powietrze i kanałem odprowadzającym powietrze oraz otwór w dolnej części hełmu otoczony kołnierzem, przy czym zarówno w kanale doprowadzającym jak i w kanale odprowadzającym powietrze znajdują się filtry, w kanale doprowadzającym powietrze znajduje się filtr do usuwania zanieczyszczeń stałych oraz w kanale odprowadzającym powietrze zamontowano filtr HEPA i szeregowo do niego zawór regulacji ciśnienia PEEP, jednocześnie hełm jest wyposażony w pasy mocujące, charakteryzujący się tym, że na końcu kanału doprowadzającego powietrze lub tlen od strony wnętrza przeźroczystej komory zamontowano rozpraszacz za pośrednictwem części walcowej wewnątrz której znajduje się kanał doprowadzający powietrze do korpusu rozpraszacza, gdzie korpus rozpraszacza połączony jest elementami mocującymi z pokrywą w kształcie ściętego stożka, którego wierzchołek jest skierowany do wnętrza korpusu, a tworzące stożka stanowiące odgięte ramiona są równoległe do kołnierza korpusu, który jest odgięty na zewnętrz korpusu, przy czym odgięte ramiona z kołnierzem tworzą kanał dopływu w korpusie.

Hełm charakteryzuje się tym, że kanał doprowadzający powietrze, w momencie użytkowania, znajduje się z boku twarzy na wysokości nosa pacjenta, a kanał doprowadzający powietrze i kanał odprowadzający powietrze są rozmieszczone względem siebie o kąt w zakresie 50-75 stopni, przy czym kanał odprowadzający powietrze znajduje się na wprost ust pacjenta.

Korzystnie hełm charakteryzuje się tym, że elementami mocującymi są żebra z tworzywa sztucznego stanowiącego kopolimer politereftalanu etylenu z domieszką glikolu (PETG) albo kopolimer akrylonitrylo-butadienowo-styrenowy medyczny (ABS Med).

Opis figur:

Fig. 5 przedstawia hełm z kanałami doprowadzającym i odprowadzającym powietrze;

Fig. 6 przedstawia schemat rozpraszacza 6 powietrza;

Fig. 7 przedstawia wykonany model hełmu na stanowisku badawczym.

Przykład wykonania

W proponowanym rozwiązaniu hełm 1 zawierający przeźroczystą komorę 2 wykonaną z polietylenu jest wyposażony w kanał doprowadzający 3 powietrze lub tlen, kanał odprowadzający 7 powietrze, a układ kanałów doprowadzającego 3 powietrze lub tlen i odprowadzającego 7 powietrze są rozmieszczone w taki sposób, aby jak najwięcej tlenu lub mieszanki powietrza z tlenem dopływało w okolice nosa człowieka a powietrze wydychane przez usta wpływało bezpośrednio do kanału odprowadzającego 7 powietrze z hełmu. Takie rozmieszczenie kanałów zapobiega nadmiernemu gromadzeniu się CO2 w hełmie oraz zapobiega gromadzeniu się pary wodnej wydychanej przez człowieka. Ponadto hełm ma otwór 10 komory 2 hełmu 1 uszczelniony kołnierzem 11 o wielkości umożliwiającej nałożenie hełmu 1 na głowę człowieka. Odpowiednie umieszczenie kanału doprowadzającego 3 z rozpraszaczem 6 wpływa również korzystnie na komfort pacjenta przebywającego w hełmie 1. Rozpraszacz 6 pozwala na skierowanie powietrza w odpowiednim kierunku, zaś w przypadku braku rozpraszacza 6 powietrze jest bezpośrednio kierowane na skórę pacjenta co obniża komfort. W rozwiązaniu dobrano wartość przepływów wynoszącą 8 dm³/min, ponieważ ta wartość nie powoduje lokalnego wzrostu prędkości przepływu. Dzięki temu nie następuje dodatkowe podwyższenie poziomu hałasu powietrza dopływającego do hełmu, co miałoby wpływ na obniżenie poziomu odczucia komfortu pacjenta.

Rozwiązanie hełmu z elementami doprowadzającymi powietrze oraz kanałem odprowadzającym 7 przedstawiono na Fig. 5, która przedstawia hełm 1 zawierający przeźroczystą komorę 2, który jest umieszczony na popiersiu człowieka przedstawionego przez model głowy. Do hełmu 1 powietrze jest doprowadzane przez kanał doprowadzający 3 powietrze lub tlen, który jest przyłączony do urządzenia doprowadzającego mieszaninę powietrza przez przyłącze 4, gdzie powietrze przepływa przez filtr 5 HEPA. Na końcu kanału doprowadzającego 3 powietrze lub tlen od strony wnętrza przeźroczystej komory 2 zamontowany jest rozpraszacz 6 za pośrednictwem części walcowej wewnątrz której znajduje się kanał doprowadzający 13 powietrze do korpusu 12 rozpraszacza 6. Powietrze z hełmu 1 wypływa przez kanał odprowadzający 7, do którego jest szeregowo dołączony filtr 8 HEPA. Nadciśnienie w hełmie jest na poziomie 5-20 mbar i jest ono utrzymywane przez zawór 9 regulacji ciśnienia PEEP. Wówczas powietrze doprowadzane do hełmu jest kierowane przez rozpraszacz 6 i wpływa na wysokości nosa pacjenta. Na tej samej wysokości jest umieszczony kanał odprowadzający 7 powietrze, który umieszczono bezpośrednio przed ustami. Takie ustawienie zapewnia największy wypływ wydychanego powietrza z hełmu.

Schemat rozpraszacza 6, który umożliwia odpowiednie ukierunkowanie przepływu powietrza przedstawiono na Fig. 6. Widoczny jest korpus 12 rozpraszacza 6 połączonego z pokrywą 15 przez żebra 16 z tworzywa sztucznego, takiego jak PETG albo ABS Med, które stanowią elementy mocujące pokrywę. Powietrze dopływające do rozpraszacza 6 z przewodu zasilającego przez kanał doprowadzający 3 jest dzięki zamknięciu korpusu 12 przez pokrywę 15 kierowane do kanału 14 dopływu w korpusie 12, gdzie jest ono odpowiednio wprowadzane stycznie do ścianek hełmu 1 przez kanał 14 dopływu w korpusie 12, który jest wytworzony przez odgięte ramiona 17 pokrywy oraz kołnierz 18 korpusu 12 rozpraszacza 6. Wówczas powietrze nie uderza w powierzchnię skóry pacjenta, ale jest rozprowadzane w obszarze wewnątrz hełmu. Takie rozwiązanie poprawia przewietrzanie całej objętości hełmu oraz zapobiega gromadzeniu się CO2 i wilgoci w hełmie. Hełm 1 na manekinie lub pacjencie jest mocowany za pomocą rozpinanych pasów mocujących 19, które są przymocowane z przodu do wzmocnienia 20 do mocowania pasów w hełmie 1 przez zastosowanie podwójnej warstwy polietylenu części przeźroczystej komory 2, przechodzą pod pachami manekina lub pacjenta i są przymocowane z tyłu do wzmocnionej części przeźroczystej komory 2.

Wykaz oznaczeń:

- hełm

- przeźroczysta komora

- kanał doprowadzający powietrze lub tlen

- przyłącze do urządzenia zasilającego

- filtr HEPA w kanale doprowadzającym

- rozpraszacz

- kanał odprowadzający powietrze

- filtr biologicznie aktywny HEPA w kanale odprowadzającym

- zawór regulacji ciśnienia PEEP

- otwór komory hełmu

- kołnierz uszczelniający otwór komory hełmu

- korpus rozpraszacza

- kanał doprowadzający powietrze do korpusu rozpraszacza

- kanał dopływu w korpusie

- pokrywa korpusu rozpraszacza

- żebra jako elementy mocujące pokrywę rozpraszacza

- odchylone ramiona pokrywy

- kołnierz korpusu

- pasy mocujące hełm na manekinie lub pacjencie

- wzmocnienie hełmu do mocowania pasów

Wykaz literatury:

1. Bourrianne P., Chidzik S., Cohen D., Elmer P., Hallowell T., Kilbaugh T. J., Lange D., Leifer A. M., Marlow D. R., Meyers P. D., Normand E., Nunes J., Oh M., Page L., Periera T., Pivarski J., Schreiner H., Stone H. A., Tank D. W., Thiberge S., Tully C.: Inexpensive multi-patient respiratory monitoring system for helmet ventilation during COVID-19 pandemic, Journal of Medical Devices, 2021, https://doi.org/10.1101/2020.06.29.20141283

2. Olivieri C., Costa R., Spinazzola G., Ferrone G., Longhini F., Cammarota G., Conti G. I Navalesi P.: Bench comparative evaluation of a new generation and standard helmet for delivering non-invasive ventilation, Intensive Care Med 39, 734-738 (2013). https://doi.org/- /10.1007/s00134-012-2765-z

3. Khan Y., Fahad H. M., Muin S., Gopalan K., A low-cost, helmet-based, non-invasive ventilator for COVID-19, arXiv preprint arXiv:2005.11008, 2020., https://doi.org//10.48550/- /arxiv.2005.11008

4. Bello G., De Santis P., Antonelli M., Non-invasive ventilation in cardiogenic pulmonary edema, Annals of Translational Medicine, 2018; 6(18):355, http://dx.doi.org/- /10.21037/atm.2018.04.39

Claims (3)

1. Hełm do wspomagania układu oddechowego zawierający przeźroczystą komorę połączoną z kanałem doprowadzającym powietrze i kanałem odprowadzającym powietrze oraz otwór w dolnej części hełmu otoczony kołnierzem, przy czym zarówno w kanale doprowadzającym jak i w kanale odprowadzającym powietrze znajdują się filtry, w kanale doprowadzającym powietrze znajduje się filtr do usuwania zanieczyszczeń stałych oraz w kanale odprowadzającym powietrze zamontowano filtr HEPA i szeregowo do niego zawór regulacji ciśnienia PEEP, jednocześnie hełm jest wyposażony w pasy mocujące, znamienny tym, że na końcu kanału doprowadzającego (3) powietrze lub tlen od strony wnętrza przeźroczystej komory (2) zamontowano rozpraszacz (6) za pośrednictwem części walcowej wewnątrz której znajduje się kanał doprowadzający (13) powietrze do korpusu (12) rozpraszacza (6), gdzie korpus (12) rozpraszacza (6) połączony jest elementami mocującymi (16) z pokrywą (15) w kształcie ściętego stożka, którego wierzchołek jest skierowany do wnętrza korpusu, a tworzące stożka stanowiące odgięte ramiona (17) są równoległe do kołnierza (18) korpusu (12), który jest odgięty na zewnętrz korpusu (12), przy czym odgięte ramiona (17) z kołnierzem (18) tworzą kanał (14) dopływu w korpusie (12).

2. Hełm według zastrz. 1, znamienny tym, że kanał doprowadzający (3) powietrze lub tlen, w momencie użytkowania, znajduje się na wysokości nosa pacjenta z boku twarzy i kanał doprowadzający (3) powietrze lub tlen i odprowadzający (7) powietrze są rozmieszczone względem siebie o kąt w zakresie 50-75 stopni, przy czym kanał odprowadzający (7) powietrze znajduje się na wprost ust pacjenta.

3. Hełm według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że elementami mocującymi (16) są żebra z tworzywa PETG lub ABS Med.