RU17267U1 - Портативный дыхательный аппарат - Google Patents

Description

ПОРТАТИВНЫЙ ДЫХАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

Предлагаемое техническое решение относится к области медицинской техники, в частности к аппаратам искусственной вентиляции легких и может быть использовано для проведения экстренной дыхательной реанимации в различных условиях медицинской практики.

Известно множество дыхательных аппаратов, выполненных на пневматических мембранных элементах, например, «Аппарат для проведения искусственной вентиляции легких по авт. свид. № 1077610 М.кл. А61Н 31/02, «Аппарат искусственной вентиляции легких по патенту России Х 1474913, М.КЛ.А61Н 31/02.

Известен также «Портативный дыхательный аппарат для спасательных служб по авт. свид. № 1156686, М.кл. А61Н 31/02, который по технической сущности является наиболее близким к предлагаемому техническому решению и выбран в качестве прототипа.

Он содержит функциональный блок, включающий редуктор давления, переменный дроссель, штуцер пневмопитания, вентиль, два пневмореле и узел присоединения к пациенту, при этом он снабжен инвертором-усилителем с регулируемым порогом срабатывания, выход которого подключен к узлу присоединения к пациенту, один вход при помопщ вентиля соединен со штуцером пневмопитания, а другой связан с обоими пневмореле, переменный дросселем и ред тсгором давления.

Общим в предлагаемом техническом решении и известных устройствах является выполнение устройств на элементах пневмоавтоматики и наличие в них функционального блока, пневмореле, пневмосопротивления, вентиля и устройства присоединения к пациенту, однако принципиальное решение их различно.

М.КЛ.А61Ю1/02

Основные, общие недостатки известных устройств, в том числе и прототипа, состоят в том, что известные технические решения реализуются путем применения и сочетания различных пневмоэлементов релейного и непрерывного действия сложной конструкции. В этих элементах содержатся подвижные механические части, такие как трехмембранные блоки с защемленными мембранами, механические 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 точиости и стабильности установленных параметров дыхания аппаратов, а также снижению надежности их работы из-за различных собственных погрещностей выходных параметров пневмоэлементов разного типа и имеющих различные сроки службы (ресурсные характеристики) и хранения. Кроме того, существенным недостатком известных устройств является невозможность проведения высокочастотной вентиляции легких с частотой дыхательных циклов более 200 циклов в минуту из-за низкого быстродействия пневмоэлементов, использованных в конструкции известных аппаратов.

Одной из задач предлагаемого технического рещения является создание дыхательного аппарата упрощенной конструкции с улучщенными техническими и эксплуатационными характеристиками, такими как увеличение срока службы и хранения аппарата, повышение точности и стабильности установленных параметров дыхания, независимость временных параметров от колебаний давления питания в щироких пределах, а также сокращение расхода газа на работу аппарата.

Другой задачей предлагаемого рещения является обеспечение регулировки частоты дыхательных циклов от нескольких циклов в минуту при традиционной искусственной вентиляции легких до нескольких сотен циклов в минуту во время проведения высокочастотной ИВЛ, при обеспечении постоянства установленного соотнощения продолжительностей вдоха и выдоха.

Для решения указанных задач предлагаемый портатнвный дыхательный аппарат, содержащий источник пневмопитания, функциональный блок, пневмосопротивление, пневмоемкости, выходное пневмореле и узел присоединения к пациенту, включает в себя два интегральных модуля, каждый из которых содержит связанные между собой четыре пневмореле со свободно лежащими мембранами, при этом первый модуль связан с источником пневмопитания через пневмосопротивление, второй модуль связан с ним непосредственно, входы и выходы модулей соединены между собой пневматическими каналами, два из которых связаны также с пневмоемкостями, а один из выходов второго модуля соединен с выходом функционального блока, который, в свою очередь, соединен с управляющим входом выходного пневмореле, связанного входом питания с источником пневмопитания через вентиль, а выходом - с устройством присоединения к пациенту. Кроме того, интегральные модули содержат по четыре пневмореле, каждое из которых включено по схеме «не и имеет вход питания, управляющий вход и выход, при этом вход питания первого модуля связан с входами питания двух реле, выходы которых соединены со входами питания двух других реле и выходами этого модуля, управляющие входы пневмореле первого модуля соединены с соответствующими выходами первого модуля, а выходы четырех реле второго модуля соединены с соответствующими выходами этого модуля, два из которых соединены также с управляющими входами двух реле второго модуля. Один из каналов связи между модулями соединен с пневмовыключателем, выход которого связан с атмосферой.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого аппарата, где:

1- источник пневмопитания

2- функциональный блок

3- первый интегральный модуль

6, 7, 8,9, 10 - межмодульные каналы 11,12 - пневмоемкости

13- пневмовыключатель

14- вентиль

15- выходное пневмореле

16- устройство присоединения к пациенту

Аппарат содержит источник 1 пневмопитания, выход которого соединен с входом функционального блока 2, связанным с входом интегрального модуля 3 через регулируемое пневмосопротивление 4, а с входом интегрального модуля 5 непосредственно, входы и выходы модулей 3 и 5 соединены между собой межмодульными пневматическими каналами 6, 7, 8,9,10, межмодульные каналы 8 и 9 связаны с пневмоемкостями 11 и 12 соответственно, канал 8 связан также с пневмовыключателем 13, выход которого связан с атмосферой, выход модуля 5 соединен с выходом функционального блока 2 и с управляющим входом выходного реле 15, вход питания реле 15 соединен с источником 1 пневмопитания через вентиль 14, а его выход - с устройством 16 присоединения к пациенту.

Аппарат работает следующим образом.

При подаче давления питания в аппарат от источника 1 пневмосхема модуля 5 обеспечивает в межмодульном канале 6 единичный сигнал, а в межмодульном канале 7 нулевой сигнал, при которых на выходе модуля 5 появляется нулевой сигнал, включающий выходное реле 15, которое обеспечивает подачу газа от источника 1 питания к устройству присоединения к пациенту 16 через вентиль 14. Одновременно газ от источника 1 пневмопитания через регулируемое сопротивление 4 и модуль 3 поступает в межмодульный канал 8, пневмоемкость 11 и модуль 5 с нарастающим во времени давлением до фиксированной величины, определяемой уставкой модуля 5. При достижении этой величины давления происходит смена сигналов в межмодульных каналах 6 и 7 на противоположные, в результате чего поток газа к устройству 16 присоединения к пациенту прекращается, нарастание давления газа в

межмодульном канале 8 также прекращается, и газ от источника 1 питания поступает через пневмосопротивление 4 и модуль 3 в межмодульный канал 9, пневмоемкость 12 и модуль 5, в которых происходит нарастание давления газа во времени также до величины, определяемой уставкой модуля 5. При достижении величины давления в межмодульном канале 9, равной уставке в модуле 5, в межмодульном канале 10 появляется единичный пневмосигнал, который обеспечивает в модуле 3 сообщение каналов 8 и 9 с атмосферой, в результате чего все выходные сигналы модулей меняются на противоположные, на выходе реле 15 появляется поток газа, и цикл повторяется. На выходе модуля 5 происходит циклическая смена сигналов, которые, поступая на управляющий вход реле 15 осуществляют циклическую подачу газа через пневмореле 15 к устройству присоединения к пациенту, обеспечивая управляемое дыхание.

При включении пневмовыключателя 13 межмодульный канал 8 и пневмоемкость 11 сообщаются с атмосферой, в результате чего на выходе модуля 5 появляется нулевой сигнал, который обеспечивает на выходе реле 15 непрерывный поток газа (ингаляцию), направляемый к устройству 16. Частота дыхательных циклов регулируется пневмосопротивлением 4, отношение продолжительностей вдоха и выдоха (время подачи газа и его отсутствия) определяется соотношением емкостей 11 и 12, а величина потока газа (дыхательный объем) регулируется вентилем 14.

Па фиг.2 представлена принципиальная схема предлагаемого дыхательного аппарата. Схема является примером практической реализации аппарата на пневмореле со свободно лежащими мембранами. Па схеме (фиг.2) кроме позиций, совпадающих с позициями, указанными на фиг.1, позиции 17,18,19, 20,21,22, 23 и 24- пневмореле со свободно лежащими мембранами, входящие в состав модулей 3 и 5. Каждое пневмореле имеет вход питания, управляющий вход и выход и выполняет логическую функцию «отрицание, также как и выходное пневмореле 15. Пневмореле, входяпще в состав модулей 3 и 5 связаны следующим образом:

Интегральный модуль 3 содержит четыре пневмореле 17,18, 19 и 20 со свободно лежащими мембранами, выполняющие логическую функцию «не, вход питания первого модуля связан со входами питания реле 17 и 18, выходы которых соединены со входами питания реле 19 и 20 и связаны с межмо дульными каналами 8 и 9 соответственно, управляющие входы пневмореле 17 и 18 соединены с межмодульными каналами 6 и 7 соответственно, а управляющие входы реле 19 и 20 связаны между собой и соединены с межмодульным каналом 10.

Интегральный модуль 5, также как и модуль 3, содержит четыре пневмореле 21,22,23 и 24 со свободно лежащими мембранами, выполняющие логическую операцию «не. Входы питания реле 21,22,23 и 24 связаны с входом питания модуля 5, выходы реле 22 и 23 соединены с межмодульными каналами 6 и 10 соответственно, выход реле 21 связан с управляющим входом реле 24, управляющие входы реле 21 и 23 связаны с межмодульными каналами 8 и 9 соответственно. Выход реле 24 соединен с управляющими входами реле 17 и 22 и с выходом функционального блока 2, который соединен с управляющим входом реле 15, связанным входом питания с источником 1 питания через вентиль 14, а выходом - с устройством 16 присоединения к пациенту.

Работа аппарата, представленного на фиг.2, происходит следующим образом:

При подаче пневмопитания в схему от источника 1 пневмопитания на выходе реле 21 модуля 5 появляется единичный пневмосигнал, который, поступая на управляющий вход реле 24 модуля 5, обеспечивает на выходе последнего нулевой сигнал, который, в свою очередь, появляется на управляющих входах реле 22 модуля 5, реле 17 модуля 3 и выходного реле 15. В результате на выходном реле 15 появляется поток газа, который поступает от источника 1 питания (на чертеже не показан) через вентиль 14 на вход питания реле 15 и далее к устройству 16 присоединения к пациенту. При этом реле 17 модуля 3 включается, пропускает через себя газ от источника 1 пневмопитания через

пневмосопротивление 4, в результате чего на управляющем входе реле 21 модуля 5, в межмодульном канале 8, в пневмоемкости 11 и на входе питания реле 19 модуля 3 происходит нарастание давления газа во времени. Одновременно с этим происходит блокировка реле 18 модуля 3, благодаря тому, что появившийся на выходе реле 22 модуля 5 единичный пневмосигнал поступает на управляющий вход реле 18 модуля 3, Нарастание давления газа в управляющей камере реле 21 модуля 5, межмодульном канале 8, пневмоемкости 11, а также в камере питания реле 19 модуля 3 происходит до величины верхнего порога срабатывания реле 21 (уставки) модуля 5, при достижении которой на выходе реле 21 модуля 5 появляется нулевой сигнал, поступающий на управляющий вход реле 24 модуля S и обеспечивающий на выходе реле 24 единичный пневмосигнал. Этот единичный сигнал блокирует выходное реле 15, на котором прекращается поток газа, блокирует реле 22 модуля 5 и реле 17 модуля 3. Одновременно с этим, благодаря появлению нулевого сигнала на управляющем входе реле 18 модуля 3, газ от источника 1 пневмопитания через пневмосопротивление 4 и реле 18 поступает в межмодульный канал 9, пневмоемкость 12, на управляющий вход реле 23 модуля 5, а также на вход питания реле 20 модуля 3, в которых происходит нарастание давления газа до величины верхнего порога срабатывания реле 23 (уставки) модуля 5. При достижении этой величины на выходе реле 23 и на управляющих входах реле 19 и 20 модуля 3 единичный пневмосигнал сменяется на нулевой, при котором межмодульные каналы 8 и 9 заполнения пневмоемкостей сообщаются с атмосферой и опорожняются до величины нижнего порога срабатывания реле 23. В результате этого все элементы схемы возвращаются в первоначальное состояние, и цикл повторяется.

В качестве интегральных модулей 3 и 5, включающих в себя реле 17, 18,19,20 и реле 21,22,23,24 соответственно использованы модули интегральные пневматические П1МИ, содержащие четыре реле со свободно лежащими мембранами. Модули П1МИ серийно выпускаются промыпшенностью (см. каталог ЦНИИТЭИ приборостроения «Универсальные элементы и модули пневмоавтоматики).

В качестве пневмовыключателя 13 могут быть использованы пневмокиопка или пневмотумблер.

Из описания работы функциональной и принципиальной схем (фиг.1 и фиг.2) предлагаемого дыхательного аппарата видно, что временное нарастание давления газа в обеих емкостях, определяющих точность и стабильность временных параметров вдоха и выдоха аппарата, происходит в пределах дифференциала срабатывания пневмореле, т.е. в более широком диапазоне, чем в известных устройствах. Это, несомненно, повышает точность и стабильность выходных параметров аппарата и обеспечивает работоспособность аппарата при различных уровнях давления питания. Кроме того, предложеиный принцип построения аппарата с использованием интегральных пневмомодулей, выполненных на реле со свободно лежащими мембранами обеспечивает в дыхательном аппарате дополнительные преимущества, такие как:

-миниатюрность конструкции аппарата 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.), влияюпщх на технические характеристики элементов, благодаря чему примененные элементы имеют значительно более высокие характеристики надежности работы. Наработка на отказ у таких элементов на три порядка выше, чем у элементов с подвижными механическими частями;

-высокое быстродействие, позволяющее проводить аппаратом искусственную вентиляцию легких в режиме высокочастотной вентиляции.

Таким образом, в результате предложенного технического рещения дыхательный аппарат обеспечивает достижение поставленных задач и заявленного технического эффекта, обладает упрощенной конструкцией, повышенной надежностью работы, уменьшенным расходом газа на приведение его в действие, устойчивостью к колебаниям и уровню давления питания, а также повышенной точностью, стабильностью выходных параметров и высоким быстродействием..

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

Возможность промышленного применения предлагаемого дыхательного аппарата не вызывает сомнения, т.к. он выгодно отличается от широко выпускаемых устройств подобного назначения, применяемых в здравоохранении.

Claims (3)

1. Портативный дыхательный аппарат, содержащий источник пневмопитания, функциональный блок, пневмосопротивление, пневмоемкости, выходное пневмореле и узел присоединения к пациенту, отличающийся тем, что функциональный блок включает в себя два интегральных модуля, каждый из которых содержит связанные между собой четыре пневмореле со свободно лежащими мембранами, при этом первый модуль связан с источником пневмопитания через пневмосопротивление, второй модуль связан с ним непосредственно, входы и выходы модулей соединены между собой пневматическими каналами, два из которых связаны также с пневмоемкостями, а один из выходов второго модуля соединен с выходом функционального блока, который, в свою очередь, соединен с управляющим входом выходного пневмореле, связанного входом питания с источником пневмопитания через вентиль, а выходом - с устройством присоединения к пациенту.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что интегральные модули содержат по четыре пневмореле, каждое из которых включено по схеме НЕ и имеет вход питания, управляющий вход и выход, при этом вход питания первого модуля связан с входами питания двух реле, выходы которых соединены с входами питания двух других реле и выходами этого модуля, управляющие входы пневмореле первого модуля соединены с соответствующими выходами первого модуля, а выходы четырех реле второго модуля соединены с соответствующими выходами этого модуля, два из которых соединены также с управляющими входами двух реле второго модуля.

3. Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что один из каналов связи между модулями соединен с пневмовыключателем, выход которого связан с атмосферой.