RU16453U1 - Пневматическая система управления медицинскими аппаратами - Google Patents

Description

Пневматическая система управления медицинскими аннаратами

Предлагаемое техническое решение относится к области медицинской техники, в частности к медицинским системам (аппаратам), которые осуществляют прерывистую подачу газа к устройствам для присоединения к пациенту и выполнены на пневматических логических мембранных элементах, например, к аппаратам искусственной вентиляции легких, наружного массажа сердца, отсасывания жидкостей и газов, и др.

Известно множество медицинских систем (аппаратов), выполненных на пневматических мембранных элементах, например, аппарат для проведения искусственной вентиляции легких по авт.свид. № 1077610 кл. А61 Н 31/02, портативный дыхательный аппарат для спасательных служб по авт.свид. № 1156686 кл. А 61 Н 31/02, аппарат искусственной вентиляции легких по патенту России № 1474913, кл. А 61 Н 31/02, портативный медицинский отсасыватель по патенту России № 1697318 кл. А 61 М 1/ 00, медицинский отсасыватель по авт.свид. № 1225580, кл. А 61 М 1/00, аппарат для непрямого массажа сердца по авт.свид. № 294619, кл. А 61 Н 31/00, устройство для перекачивания крови по авт.свид. JSfe 405551, кл. А 61 М 1/03 и др.

Наиболее близким по технической сущности авторы считают «Портативный дыхательный для спасательных служб по авт.свид. № 1156686, кл. А 61 Н 31/02, содержащий функциональный пневматический блок, включающий редуктор давления, переменный дроссель, штуцер пневмопитания, вентиль, два пневмореле и соединительные трубопроводы, и узел присоединения к пациенту, при этом он снабжен инвертором-усилителем с регулиМ.КЛ.А61Н 31/02

A61 М 1/00

A61H 31/00

руемым порогом срабатывания, выход которого подключен к узлу присоедннения к пациенггу, один вход при помоши вентиля соединен со штуцером пневмопитания, а другой связан с обоими пневмореле, переменным дросселем и редуктором давления.

Общим в предлагаемом техническом решении и известных устройствах является выполнение устройств на элементах пневмоавтоматики и наличие в них пневмореле, пневмоклапанов и пневмосопротивления, однако принципиальное решение их различно.

Известные системы управления медицинскими аппаратами, работающие от источника сжатого газа, конструктивно выпо1шены таким образом, что при циклическом потоке газа (пневмоимпульсах) на своем выходе продолжительность единичного и нулевого тактов на выходе системы определяется величиной нарастающего давления в пневмокамере одного реле, которая лежит внзггри дифференциала срабатывания другого реле, при этом нарастание давления в камерах обоих элементов происходит одновременно. При таком принципе построения системы точность установки и стабильность временных параметров внутри цикла зависит от формы кривой нарастающего давления в камерах пневмоэлементов, которая меняется при колебаниях давления питания и величин порогов срабатывания элементов. Независимость установленного соотношения временных параметров внутри цикла от частоты циклов может быть достигнута только в случае обеспечения линейности нарастающего давления в камерах пневмоэлементов, что связано с использованием аналоговых пневмоэлементов, отличающихся невысокой стабильностью работы и постоянным потреблением газа на свою работу.

Указанный технический принцип построения известных устройств, работающих в циклическом режиме, в том числе и выбранного прототипа предлагаемого технического решения реализуется путем применения и сочетания различных пневмоэлементов сложной конструкции, в которых содержатся подвижные механические элементы, такие как трехмембранные блоки с защемленными мембранами, металлические жесткие центры и клапаны, пружины, регулировочные винты и др. В результате эти элементы с течением времени, изменением давления питания и окружающих условий изменяют свои характеристики и приводят к снижению точности и стабильности временных параметров устройств, а также снижению надежности работы из-за конструктивной сложности пневмоэлементов, отличаюпщхся собственных погрешностей выходных параметров разных пневмоэлементов и различных сроков их службы (ресурсных характеристик) и хранения. Сказанное характеризует основные недостатки известных устройств, в том числе и прототипа.

Задачей предлагаемого технического решения является создание простой, надежной системы управления различными медицинскими аппаратами с улучшенными техническими и эксплуатационными характеристикам, такими как увеличение срока службы и хранения, повышение точности и стабильности установленных временных параметров, независимость параметров от колебаний давления питания в широких пределах, а также сокращение расхода газа на приведение системы в действие при обеспечении постоянства установленных соотношения продолжительностей тактов внутри цикла при изменении частоты циклов, а также существенное упрощение конструкции системы.

Для решения заказанной задачи предлагаемая пневматическая система управления медицинскими аппаратами, выполненная на пневмоэлементах и содержащая источник пневмопитания, выходное пневмореле, пневмосопротивление, управляемые клапаны сброса давления в атмосферу и исполнительное устройство для присоединения к пациенту, снабжена функциональным блоком формирования поочередного равноскоростного заполнения пневмокамер, включающим в себя связанные между собой два звена заполнения пневмокамер и управления этими звеньями, при этом функциональный блок своим входом связан с источником пневмопиташм, выходамис управляюпщми клапанами сброса давления в атмосферу и выходным пневмореле, выход которого соединен с исполнительным устройством для присоединения к нациенту. При этом один из входов каждого звена заполнения пневмокамер соединен с двумя выходами узла управления этими звеньями, второй из входов каждого звена заполнения пневмокамер связан с источником пневмопитания через единое пневмосопротивление, один из выходов первого звена соединен с входом узла управления звеньями заполнения пневмокамер, а другой выход первого звена заполнения пневмокамер и два выхода второго звена заполнения пневмокамер соединены с выходами функционального блока формирования поочередного равноскоростного заполнения пневмокамер. Кроме того, функциональный блок системы выполнен на пневмореле со свободно лежащими мембранами.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемой системы управления медицинскими аппаратами, где:

1- источник пневмопитания

2- регулятор потока газа

3- выходное пневмореле

4- функциональный блок формирования поочередного равноскоростного заполнения пневмокамер

5,6 - звенья заполнения пневмокамер

7- узел управления звеньями заполнения пневмокамер

8- пневмосопротивление

9,10 - управляемые клапаны сброса давления в атмосферу 11,12и13- исполнительные устройства для присоединения к пациенту

14- нереверсивный клапан выдоха

15- дыхательная маска

16- пневмоцилиндр 17-толкатель

18- управляющая камера

19- поршневая группа

23 - всасывающий наконечник.

Система содержит источник пневмопитания 1, выход которого через регулятор 2 потока газа соединен с входом питания выходного пневмореле 3 и с входом функционального блока 4 формирования поочередного равноскоростного заполнения пневмокамер, включающим в себя звенья 5 и 6 заполнения пневмокамер, узел 7 управления звеньями 5 и 6 заполнения пневмокамер и пневмосопротивление 8, а также два управляемых клапана 9 и 10 сброса давления в атмосферу, входы которых связаны с выходами функционального блока 4, а выходы с атмосферой, один из выходов фзшкционального блока 4 соединен с управляющим входом пневмореле 3, выход которого соединен с одним из исполнительных устройств 11,12 или 13 для присоединения к пациенту, при этом устройство 11 содержит последовательно соединенные нереверсивный клапан 14 выдоха и дыхательную маску 15, устройство 12 выполнено в виде пневмоцилиндра 16с размещенным в нем подпрз жиненным поршнем, связанным с толкателем 17, а устройство 13 содержит управляющую камеру 18, поршневую группу 19 и всасывающую камеру 20, связанную с невозвратными клапанами 21, 22 и всасывающим наконечником 23.

Внутри функционального блока 4 один из входов каждого звена 5 и 6 соединен с двумя выходами узла 7 управления звеньями 5 и 6, вторые входы каждого звена 5 и 6 связаны между собой и с входом функционального блока 4 через пневмосопротивление 8, один из выходов звена 5 соединен с входом узла 7, другой выход звена 5 и два выхода звена 6 соединены с выходами функционального блока 4.

Система работает следующим образом:

При подаче пневмопитания в систему, газ от источника 1 пневмопитания поступает к функциональному блоку 4 и через регулятор 2 потока газа подводится к питающему входу пневмореле 3. При этом на выходе узла 7, связанном с входом звена 5, и на выходе этого узла, связанном с управляющим входом реле 3 обеспечивается разрешаюпщй пневмосигнал, а на выходе узла 7, связанном с входом звена 6 - запрещающий пневмосигнал, в результате

появления которых на выходе пневмореле 3 появляется поток газа, направляемый к одному из исполнительных устройств 11,12 или 13 для присоединения к пациенту, а на выходе звена 5 и связанном с ним питающем входе управляемого клапана 9 происходит нарастание давления газа во времени от источника 1 питания через пневмосопротивление 8. Нарастание давления на выходе звена 5 происходит до тех пор, пока оно не достигнет определенной величины, при которой на втором выходе звена 5, связанном с входом узла 7 появляется сигнал, переключающий узел 7 таким образом, что сигналы на его выходах меняются на противоположные, и при этом поток газа на выходе реле 3 прекращается, звено 5 выключается, на его выходе сохраняется накопленное давление газа, а звено 6 включается, и на его выходе, связанном с питающим входом управляющего клапана 10 начинает нарастать во времени давление газа от источника 1 пневмопитания через пневмосопротивление 8. Нарастание давления на выходе звена 6 также как и в звене 5 происходит до определенной величины, при достижении которой на втором выходе звена 6, связанном с управляющими входами клапанов 9 и 10, появляется сигнал, по которому питающие входы клапанов 9 и 10 соединяются с атмосферой. Нри этом звенья 5 и 6, в которых происходило нарастание давления газа, опорожняются, элементы системы возвращаются в первоначальное положение, на выходном реле 3 системы появляется поток газа, и щпси повторяется.

Таким образом, при работе системы на выходе пневмореле 3 появляется циклический поток газа (пневмоимпульсы), который постзшает на вход одного из исполнительных устройств 11,12 или 13 для присоединения к пациенту и управляет его работой.

При подключении к выходу пневмореле 3 исполнительного устройства 11 система выполняет функции аппарата искусственной вентиляции легких, в котором поток газа с выхода пневмореле 3 через нереверсивный клапан 14 выдоха и маску 15 поступает к пациенту. В этом случае дыхательный объем устанавливается постоянным или регулируется регулятором 2 потока газа, а

частота дыхательных циклов определяется проходным сечением пневмосопротивления 8, которое может быть постоянным или регулируемым.

При подключении к выходу пневмореле 3 исполнительного устройства 12 система выполняет функции аппарата для проведения наружного массажа сердца, при котором устройство 12 укрепляется на груди пациента, а толкатель 17, управляемый пневмоимпульсами с выхода пневмореле 3, производит циклическое сжатие грудной клетки пациента. Частота сжатий грудной клетки при этом регулируется также сопротивлением 8, а усилие нажатия определяется величиной давления газа на выходе реле 3.

При подключении к выходу пневмореле 3 исполнительного устройства 13 в его управляющую камеру 18 поступает циклический поток газа, который перемещает порщневую группу 19 и создает разрежение во всасывающей камере 20. Благодаря наличию во всасывающей камере 20 невозвратных клапанов 21 и 22, работающих в противоположном проводящем направлении, во всасывающей камере 20 и во всасывающем наконечнике 23 при циклическом перемещении поршневой группы 19, создается постоянное разрежение, и система в этом случае выполняет функции аппарата для отсасывания жидкостей и газов в специальный сосуд (на чертеже не показан).

Продолжительность тактов внутри цикла на выходе системы определяется величиной емкостей в звеньях 5 и 6, включая пневматические каналы связи от выхода пневмосопротивления 8 до каждого из входов питания управляемых клапанов 9 и 10. При этом указанные пневмоемкости могут быть постоянными или переменными, а установленное соотношение продолжительностей тактов внутри цикла на выходе системы зависит только от соотношения этих емкостей и не зависит от изменения частоты циклов и величины потока газа на выходном реле 3.

Принцип построения предлагаемой пневматической системы управления медицинскими аппаратами может быть реализован на различной элементной базе, однако наибольший технический эффект и дополнительные преимущества системы состоят в том, что предложенный принцип позволяет реализовать систему на однотипных дискретных пневмоэлементах (пневмореле) со свободно лежащими мембранами и решить поставленную задачу.

На фиг.2 представлена принципиальная схема предлагаемой системы управления медицинскими аппаратами. Схема является примером практической реализации системы на пневмореле со свободно лежащими мембранами. На схеме (фиг.2) кроме позиций, совпадающих с позициями, указанными на фиг.1, позиции 24,25,26,27,28,29 - пневмореле со свободно лежащими мембранами, каждое из которых имеет вход питания, управляющий вход и выход и выполняет логическую функцию «отрицание также как и пневмореле 3, 30,31 - пневмоемкости.

Работа системы, представленной на фиг.2, происходит следз ощим образом:

При подаче пневмопитания в схему от источника 1 пневмопитания на выходе реле 28 звена 5 появляется единичный пневмосигнал, который, поступая на управляющий вход реле 24 )шга 7, обеспечивает на выходе последнего нулевой сигнал, который, в свою очередь, появляется на управляющих входах реле 25 узла 7, реле 26 звена 5 и выходного реле 3 . В результате на выходном реле 3 системы появляется поток газа, который поступает от источника 1 пневмопитания через регулятор 2 потока газа на вход питания реле 3 и далее через выход к одному из устройств 11,12, или 13 для присоединения к пациенту. При этом реле 26 звена 5 включается, пропускает через себя газ от источника 1 пневмопитания через пневмосопротивление 8, в результате чего на управляющем входе реле 28, в пневмоемкости 30 звена 5 и на входе питания управляемого клапана 9 происходит нарастание давления газа во времени. Одновременно с этим происходит блокировка реле 27 и работы всего звена 6, благодаря тому, что появившийся на выходе реле 25 узла 7 единичный пневмосигнал поступает на управляющий вход реле 27 звена 6. Нарастание давления газа в управляющей камере реле 28 и пневмоемкости 30 звена 5, а также в камере питания клапана 9 происходит до величины верхнего порога срабатывания реле 28, при достижении которой на выходе реле 28

появляется нулевой сигнал, поступающий на управляющий вход реле 24 узла 7 и обеспечивающий на выходе реле 24 единичный пневмосигнал. Этот единичный сигнал блокирует выходное реле 3, на котором прекращается поток газа, блокирует реле 25, реле 26 и работу всего звена 5, в котором сохраняется накопленное давление газа. Одновременно с этим, благодаря появлению нулевого сигнала на управляющем входе реле 27 звена 6, в работу включается звено 6. При этом газ от источника 1 пневмопитания через пневмосопротивление 8 и реле 27 поступает на управляющий вход реле 29 и в пневмоемкость 31 звена 6, а также на вход питания управляемого клапана 10, в которых происходит нарастание давления до величины верхнего порога срабатывания реле 29 звена 6. При достижении этой величины на выходе реле 29 и на управляющих входах клапанов 9 и 10 единичный пневмосигнал сменяется на нулевой, при котором каналы заполнения пневмоемкостей в звеньях 5 и 6 сообщаются с атмосферой и опорожняются до величины нижнего порога срабатывания реле 29. В результате этого все элементы схемы возвращаются в первоначальное состояние, и щжл повторяется.

В качестве управляемых клапанов 9 и 10 и пневмореле 24, 25,26,27,28, 29 использованы пневмореле со свободно лежащими мембранами, входящие в состав модулей интегральных пневматических типа П1МИ, серийно выпускаемых промыишенностью (см. каталог ЦНИИТЭИ приборостроения «Универсальные элементы и модули пневмоавтоматики).

Из описания работы функщюнальной и принципиальной схем (фиг.1 и фиг.2) предлагаемой системы видно, что обеспечение независимости установленных параметров (тактов) Щ1кла от частоты щишов, а также необходимой точности и стабильности их не требует формирования линейного нарастания давления в звеньях заполнения пневмоемкостей, и не связано с формой кривой нарастающего давления. При этом нарастание давления как в первом, так и во втором звене происходит в пределах дифференциала срабатывания пневмореле, т.е. в более широком диапазоне. Это, несомненно, повышаег точность и стабильность выходных параметров системы и обеспечивает работоспособность системы при различных уровнях давления питания.

Важной особенностью предлагаемого технического решения является обеспечение возможности его выполнения на однотипных дискретных пневмореле со свободно лежащими мембранами, что придает системе ряд дополнительных преимуществ. Эти преимущества определяются собственными свойствами элементов со свободно лежапщми мембранами, такими как:

-миниатюрность констрзосции и малые емкости пневмокамер, что обеспечивает минимальное потребление газа на работу;

-полное отсутствие подвижных механических частей, (пружин, жестких центров, клапанов, регулировочных винтов и т.д.), влияющих на технические харакгеристики элементов, благодаря чему эти элементы имеют значительно более высокие характеристики надежности работы. Наработка на отказ у таких элементов на три порядка выще, чем у Элементов с подвижными механическими частями;

-высокое быстродействие;

-выполнение элементов в виде малогабаритных интегральных модулей.

В результате предложенного технического решения пневматическая система управления медицинскими аппаратами обеспечивает достижение поставленной задачи и заявленного технического эффекта, обладает упрощенной конструкцией, повыщенной надежностью, уменьшенным расходом газа на приведение ее в действие, устойчивостью к колебаниям и уровню давления питания, а также повышенными точностью, стабильностью выходных параметров н быстродействием.

Заявленное техническое решение, по мнению авторов, не является очевидным, а его технический уровень достаточно высок.

Возможность щюмышленного применения предлагаемой системы не вызывает сомнения, так как она выгодно отличается от широко выпускаемых устройств подобного назначения применяемых в здравоохранении.

Claims (3)

1. Пневматическая система управления медицинскими аппаратами, выполненная на пневмоэлементах, содержащая источник питания, выходное пневмореле, пневмосопротивление, управляемые клапаны сброса давления в атмосферу и исполнительное устройство для присоединения к пациенту, например, дыхательную маску с нереверсивным клапаном, массирующее устройство, устройство для создания разрежения, отличающаяся тем, что она снабжена функциональным блоком формирования поочередного равноскоростного заполнения пневмокамер, включающим в себя связанные между собой два звена заполнения пневмокамер и узел управления этими звеньями, при этом функциональный блок своим входом связан с источником пневмопитания, выходами с управляющими клапанами сброса давления в атмосферу и выходным пневмореле, выход которого соединен с исполнительным устройством для присоединения к пациенту.

2. Система управления по п. 1, отличающаяся тем, что один из входов каждого звена заполнения пневмокамер соединен с двумя выходами узла управления этими звеньями, второй из входов каждого звена заполнения пневмокамер связан с источником пневмопитания через единое пневмосопротивление, один из выходов первого звена соединен с входом узла управления звеньями заполнения пневмокамер, а другой выход первого звена заполнения пневмокамер и два выхода второго звена заполнения пневмокамер соединены с выходами функционального блока формирования поочередного равноскоростного заполнения пневмокамер.

3. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что ее функциональный блок выполнен на связанных между собой пневмореле со свободно лежащими мембранами.