RU201157U1 - Устройство электронного контроля и дистанционного управления аппарата искусственной вентиляции легких - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к устройствам для воздействия на дыхательную систему пациента смесью различных газов, в частности, к устройствам для проведения искусственной вентиляции легких (ИВЛ). Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в решении технической проблемы, состоящей в необходимости расширения арсенала технических средств, предназначенных для электронного контроля и управления ИВЛ, путем реализации возможности дистанционного управления аппаратами ИВЛ в медицинских учреждениях, не оборудованных кабельными вычислительными сетями. Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в известное устройство электронного контроля и дистанционного управления аппарата ИВЛ, содержащее центральный микроконтроллер, а также программно-аппаратные средства управления функциями доставки воздушной смеси пациенту и многоуровневой тревожной сигнализации об отклонениях от нормативных условий и технических неполадках в аппарате ИВЛ, введены связанные друг с другом микроконтроллер связи и дистанционного управления и радиомодем, выполненный с возможностью связи с точками доступа радиканальной сети, при этом центральный микроконтроллер устройства выполнен с дополнительными входом/выходом, которые связаны с управляющими выходом/входом микроконтроллера связи и дистанционного управления, а, в зависимости от типа применяемой в медицинском учреждении радиоканальной сети связи и передачи данных, радиомодем может быть выполнен в виде интерфейсного аудиомодуля Bluetooth 4.0 BLE, приемопередающего модуля Wi-Fi либо устройства "малого радиуса действия", работающего по технологии LoRa на нелицензируемых частотах мегагерцового диапазона, например, в диапазоне 868 МГц. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к устройствам для воздействия на дыхательную систему пациента путем смешивания различных газов, в частности, к устройствам для проведения искусственной вентиляции легких (ИВЛ) и предназначено для применения в отделениях интенсивной терапии, хирургии, анестезиологии в лечебных учреждениях любого типа.

Известно устройство электронного управления аппарата ИВЛ по патенту на изобретение RU №2240767, А61Н 31/02, включающее электропривод и преобразователь давления, пневматически соединенный с тройником пациента, а также контроллер, первый вход которого соединен с выходом преобразователя давления, второй вход - с электрическим переключателем, который соединен с пневматическим переключателем, а выход контроллера подключен, соответственно, к генератору пневматических импульсов, к управляемому мембранному клапану и электроприводу, при этом дыхательный блок снабжен двумя электрическими концевыми выключателями, которые подключены ко второму входу контроллера и смонтированы с возможностью взаимодействия с подвижной крышкой разделительного меха дыхательного блока, в линии выдоха между мембранным клапаном и генератором пневматических импульсов установлен пневматический переключатель, пневматически связанный с выходом блока подачи дыхательной смеси, а импульсный блок питания подключен соответственно к преобразователю давления, третьему входу контроллера, концевым выключателям и электрическому переключателю.

Основным недостатком указанного устройства является отсутствие в нем средств визуальной и звуковой сигнализации об опасностях для пациента, а также средств интерфейса с пользователем, обеспечивающих эргономичную и безопасную эксплуатацию аппарата ИВЛ в клинических условиях.

Эти недостатки устраняются в серийно выпускаемых и используемых на практике современных аппаратах ИВЛ, в частности, в аппарате "Авента-М", выпускаемом Уральским приборостроительным заводом (УПЗ) Госкорпорации "Ростех", и в зарубежных аналогах, например, в аппарате ИВЛ Puritan Bennett 560 (РВ 560), выпускаемом компанией Medtronic, Ireland. Принципы действия этих аппаратов описаны, соответственно, в "Руководстве по эксплуатации Р51.00.000РЭ. Аппарат ИВЛ "Авента-М" (www.upz.ru) и в инструкции пользователя "Service Manuel. 560 Ventilator", 2019 (www.medtronic.com.).

Широкий набор функций и высокая надежность в работе, и, вместе с тем, компактные размеры, простота использования и сравнительно невысокая цена делают эти аппараты наиболее востребованными для применения в небольших медицинских учреждениях. Данные аппараты ИВЛ предназначены как для взрослых, так и для детей, которым необходимо проведение следующих видов инвазивной или неинвазивной вентиляции легких:

вентиляция с положительным давлением;

вспомогательная вентиляция с поддержкой/управлением, режимы SIMV или СРАР;

дыхание с управлением по давлению, объему или с поддержкой по давлению.

Практикующие врачи могут пользоваться различными способами для подключения пациентов к этому аппарату: носовыми или лицевыми масками, эндотрахеальными или трахеотомическими трубками. Удобный интерфейс с пользователем обеспечивается наличием высококачественного цветного дисплея с высоким разрешением, сенсорного экрана (Touchscreen) и специального энкодера (шаттла) для быстрого ввода информации. Для оповещения об опасностях для пациента аппараты снабжены многоуровневой системой визуальной и звуковой тревожной сигнализации. Мониторинговая информация может фиксироваться на флэш-носителе. Имеется разъем для подключения аппаратов к больничной кабельной коммуникационной сети для экстренного вызова к больному медицинского персонала, например, дежурной медсестры, а также USB-порты для подключения к персональному компьютеру (ПК).

Как было сообщено на сайте zdrav.expert, в конце марта 2020 года компания Medtronic опубликовала в открытом доступе техническую документацию аппарата ИВЛ РВ 560 для того, чтобы в условиях дефицита на него значительно расширить глобальное производство данной модели за счет подключения предприятий и научно-исследовательских центров различных стран.

Согласно вышеупомянутой инструкции "Service Manuel. 560 Ventilator", аппарат РВ 560 содержит центральный микроконтроллер, связанный с блоком управления питанием и охлаждением и блоком управления турбиной, выполненным с возможностью электрического управления двигателем турбины, датчики воздушной линии вдоха и датчик потока выдоха, выполненные с возможностью пневматической связи, соответственно, с воздушной линией вдоха и с воздушной линией выдоха, а также дисплей, блок звукового оповещения, электромагнитный клапан выдоха, выполненный с возможностью пневматической связи с турбиной и воздушной линией вдоха, электромагнитный клапан кислорода, выполненный с возможностями пневматической связи с турбиной и с кислородной линией, при этом сигнальные выходы датчиков воздушной линии вдоха и датчика потока выдоха подключены к соответствующим входам центрального микроконтроллера, сигнальные выходы которого соединены со входами, соответственно, электромагнитного клапана выдоха, электромагнитного клапана кислорода, дисплея и блока звукового оповещения, причем блок управления питанием и охлаждением выполнен с возможностями подключения к сети переменного тока, внешнему источнику постоянного тока и с возможностью связи с ПК.

Недостатком модели РВ 560 является необходимость постоянного присутствия при нем медицинского персонала для контроля за техническим состоянием аппарата и жизненно важными функциями пациента и незамедлительной коррекции, в случаях необходимости, настроек (установок) аппарата. Для этого медперсонал вынужден постоянно находиться вблизи постели пациента, то есть подвергаться опасности заражения, и использовать комплекс средств индивидуальной защиты, затрудняющих движения и снижающих работоспособность. Именно этот недостаток отметил медперсонал многих больниц, использовавших аппараты ИВЛ модели РВ 560 во время весеннего пика пандемии коронавируса. В результате уже в середине апреля 2020 года компания Medtronic представила первый вариант новой модели аппарата ИВЛ - РВ 980, отличающейся от РВ 560 наличием возможности дистанционного управления, позволяющей почти на 50% сократить количество необходимых контактов медперсонала с больными COVID-19. По информации сайта https://evercare.ru разработка и внедрение новых программных средств для возможности дистанционного управления аппаратом ИВЛ были осуществлены в кратчайший срок (10 дней), благодаря сотрудничеству с корпорацией Intel. В настоящее время компания Medtronic начала поставку в несколько американских больниц ограниченного количества аппаратов ИВЛ РВ 980, имеющих функцию удаленного управления, позволяющую изменять настройки аппаратов ИВЛ, находясь вне так называемой «красной зоны».

Техническая документация на модель РВ 980 с функцией дистанционного управления доступна неограниченному кругу лиц (www.medtronic.com/content/dam/covidien/library/us/en/product/acute-care-venti-lation/PT00130384A00_US_OM_PB980).

Сравнение структурных схем построения моделей РВ-560 и РВ-980 указывает на идентичность их аппаратных частей. Возможность дистанционного управления моделью РВ-980 достигнута, благодаря доработкам программного обеспечения и наличию в обоих устройствах USB-портов, обеспечивающих возможность подключения для осуществления дистанционного управления аппаратами ИВЛ к больничной кабельной сети типа Ethernet. Однако, не все медицинские учреждения имеют цифровые кабельные сети и необходимое число точек доступа к ним. Это относится в первую очередь к помещениям организаций, временно перепрофилированным в периоды пиков эпидемии под инфекционные отделения больниц, а также к небольшим медицинским учреждениям. Указанное ограничение является существенным недостатком новой модели ИВЛ РВ-980, выбранной в качестве ближайшего аналога рассматриваемой полезной модели.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в решении технической проблемы, состоящей в необходимости расширения арсенала технических средств, предназначенных для обеспечения искусственной вентиляции легких путем создания такой модификации ближайшего аналога, которая позволяла бы осуществлять дистанционное управление аппаратом ИВЛ в медицинских учреждениях, не оборудованных кабельными вычислительными сетями. Ожидаемый технический результат состоит в реализации этого назначения.

Указанный технический результат планируется достичь, благодаря тому, что в известное устройство электронного контроля и дистанционного управления аппаратом ИВЛ, содержащее центральный микроконтроллер, связанный с блоком управления питанием и охлаждением и блоком управления турбиной, выполненным с возможностью электрического управления двигателем турбины, а также датчики воздушной линии вдоха и датчик потока выдоха, выполненные с возможностью пневматической связи, соответственно, с воздушной линией вдоха и с воздушной линией выдоха, дисплей и блок звукового оповещения, электромагнитный клапан выдоха, выполненный с возможностью пневматической связи с турбиной и воздушной линией вдоха, электромагнитный клапан кислорода, выполненный с возможностями пневматической связи с турбиной и с кислородной линией, при этом сигнальные выходы датчиков воздушной линии вдоха и датчика потока выдоха подключены к соответствующим входам центрального микроконтроллера, сигнальные выходы которого соединены со входами, соответственно, электромагнитного клапана выдоха, электромагнитного клапана кислорода, дисплея и блока звукового оповещения, причем блок управления питанием и охлаждением выполнен с возможностями подключения к сети переменного тока, внешнему источнику постоянного тока и с возможностью связи с ПК, введены последовательно связанные друг с другом микроконтроллер связи и дистанционного управления и радиомодем, выполненный с возможностью связи с точками доступа радиканальной сети, при этом центральный микроконтроллер выполнен с дополнительными входом/выходом, которые связаны с управляющими выходом/входом микроконтроллера связи и дистанционного управления.

При этом возможны различные варианты доступа к радиоканальной сети. Так, радиомодем может быть выполнен в виде интерфейсного аудиомо-дуля Bluetooth 4.0 BLE, в виде модуля Wi-Fi либо в виде устройства "малого радиуса действия", работающего на нелицензируемых частотах мегагерцово-го диапазона.

Существенными отличиями предлагаемой полезной модели от ближайшего аналога являются новые конструктивные блоки и связи - последовательно связанные друг с другом микроконтроллер связи и дистанционного управления и радиомодем, выполненный с возможностью подключения к точкам доступа радиоканальной сети, а также двухсторонний канал связи центрального микроконтроллера с микроконтроллером связи и дистанционного управления.

Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1, на котором приведена структурная схема заявленного устройства.

На рисунке использованы следующие обозначения: 1 - центральный микроконтроллер; 2 - дисплей; 3 - блок управления питанием и охлаждением; 4 - блок управления турбиной; 5 - датчик воздушной линии вдоха; 6 -датчик потока выдоха; 7 - электромагнитный клапан выдоха; 8 - электромагнитный клапан кислорода; 9 - блок звукового оповещения; 10 - микроконтроллер связи и дистанционного управления; 11 - радиомодем.

Рассматриваемое устройство электронного контроля и управления аппарата ИВЛ содержит центральный микроконтроллер 1, связанный с блоком 3 управления питанием и охлаждением и блоком 4 управления турбиной, выполненным с возможностью электрического управления двигателем турбины, а также датчики 5 воздушной линии вдоха и датчик 6 потока выдоха, выполненные с возможностью пневматической связи, соответственно, с воздушной линией вдоха и с воздушной линией выдоха, дисплей 2 и блок 9 звукового оповещения, электромагнитный клапан 7 выдоха, выполненный с возможностью пневматической связи с турбиной и воздушной линией вдоха, электромагнитный клапан 8 кислорода, выполненный с возможностями пневматической связи с турбиной и с кислородной линией, при этом сигнальные выходы датчиков 5 воздушной линии вдоха и датчика 6 потока выдоха подключены к соответствующим входам центрального микроконтроллера 1, сигнальные выходы которого соединены со входами, соответственно, электромагнитного клапана 7 выдоха, электромагнитного клапана 8 кислорода, дисплея 2 и блока 9 звукового оповещения, причем блок 3 управления питанием и охлаждением выполнен с возможностями подключения к сети переменного тока, внешнему источнику постоянного тока и с возможностью связи с ПК, отличающееся тем, что в него введены связанные друг с другом микроконтроллер 10 связи и дистанционного управления и радиомодем 11, выполненный с возможностью обмена данными с удаленными устройствами через точки доступа радиканальной сети, при этом центральный микроконтроллер 1 выполнен с дополнительными входом/выходом, которые связаны с управляющими выходом/входом микроконтроллера 10 связи и дистанционного управления.

Радиомодем может быть выполнен в виде интерфейсного аудиомодуля Bluetooth 4.0 BLE, или в виде модуля Wi-Fi либо в виде устройства "малого радиуса действия", работающего на нелицензируемых частотах мегагерцового диапазона.

В качестве узлов электронного контроля, управления пневматикой, отображения информации и звукового оповещения могут быть использованы типовые узлы базового аппарата ИВЛ РВ 560 фирмы Medtronic, доступного на отечественном рынке медтехники (https://nda.ru/catalog/puritam-bermett-560.html). Такая возможность появилась после того, как 30 марта этого года компания Medtronic объявила о том, что бесплатно предоставляет полные проектные спецификации и руководства для своего портативного аппарата ИВЛ РВ 560 (https://meditex.ru/news_all), а также предоставляет предприятиям открытую лицензию на его производство. Компания отказалась от своей коммерческой лицензии на дизайн аппарата, чтобы позволить другим странам самим производить критически важное в условиях пандемии коронавируса медицинское оборудование. На сегодняшний день, по заявлению представителей компании Medtronic, зарегистрировано более 100000 заявок на получение данных спецификаций. На фоне пандемии нового коронавируса многие отечественные и зарубежные компании пытаются запустить производство аппаратов ИВЛ или модифицировать существующее оборудование, чтобы обслуживать как можно больше пациентов. Производитель может спроектировать свою продукцию с такими же или похожими характеристиками, которую они могут выпустить за сравнительно короткое время (https://habr.com/ru/news/t/494960). Поставка указанного оборудования в нашу страну осуществляется представительством фирмы Medtronic в России и дочерней российской компанией (ООО «Медтроник»).

В качестве микроконтроллера 10 связи и дистанционного управления предприятием-заявителем использована часть большой интегральной схемы (БИС) nRF52832 норвежской компании Nordic Semicondacter, в состав которой входит универсальный асинхронный приемопередатчик (UART) - стандартный узел вычислительных устройств, предназначенный для организации связи с другими цифровыми устройствами. Он преобразует передаваемые данные в последовательный вид так, чтобы было возможно передавать их по одной физической цифровой линии другому аналогичному устройству, в данном случае центральному микроконтроллеру 1 и получать от него соответствующую цифровую информацию. Указанный узел представляет собой логическую схему, с одной стороны подключенную к шине вычислительного устройства, а с другой имеющую два или более выводов для внешнего соединения. UART может представлять собой отдельную микросхему (например, Intel I8251, I8250) или являться частью БИС. Другой составной частью БИС nRF52832 является радиомодем 11 Гигагерцового диапазона (2.4 ГГц). Этот радиомодем выполнен в виде интерфейсного аудиомодуля Bluetooth 4.0 BLE на микросборке CSR8630 (arduino.ua), обеспечивающего работу в сети передачи данных Bluetooth Mesh. Эту сеть использует большинство современных мобильных инфокоммуникационных устройств (смартфонов, планшетов), которые в рассматриваемом случае могут выполнять роль точек доступа радиоканальной сети медицинского учреждения, в котором установлен аппарат ИВЛ в диусе до 10 м.

Микроконтроллер 10 связи и дистанцинного управления может быть выполнен и в виде отдельного модуля CC3200MOD или модуля CC3220MOD компании TexasInstrument. В этом случае обеспечивается взаимодействие с точками доступа радиоканальной сети Wi-Fi и радиус дистанционного управления аппаратом ИВЛ может быть увеличен до примерно 100 м.

Радиомодем 11 может быть реализован также в виде хоппинг-модуля "малой дальности действия" на интегральной схеме трансивера SX1272 компании Semtech Corporation, использующей нелицензируемые частоты мега-герцового диапазона 860-1050 МГц и технологию LoRa. Указанный трансивер хотя и относится, в соответствии с Решением Государственной комиссии по радиочастотам от 7 мая 2007 г. №07-20-03-001 (приложение 10) к устройствам «малого радиуса действия», обладает дальностью действия до нескольких километров, обеспечивая выход в сеть "интернет вещей" (icquest.ru/news). Отличительными особенностями этой ИС являются: чрезвычайно низкая потребляемая мощность, высокая чувствительность, широкий диапазон измерения и регулирования уровня мощности принимаемого сигнала, возможность работы без ухудшения параметров при низком (до 1,8 В) напряжении питания, применение хоппинг-технологии Frequency Hopping ("прыгания по частотам") и эффективное использование с помощью техники LBT ("прослушивания эфира перед передачей") ограниченного частотного диапазона без коллизий при множественном доступе и эффекта"замирания" сигналов из-за интерференции. В этом случае зона дистанционного управления аппаратом ИВЛ с помощью удаленного пульта дистанционного управления может быть увеличена до нескольких км, то есть управление может осуществляться практически из любой точки медицинского учреждения, не находящейся в "красной зоне".

Таким образом, возможность практической реализации предлагаемого технического решения не вызывает сомнений.

Рассматриваемое устройство электронного контроля и дистанционного управления аппарата ИВЛ работает следующим образом.

Ключевым звеном устройства контроля и управления является центральный микроконтроллер 1, осуществляющий обработку по заданным алгоритмам информации, поступающей от всех датчиков, находящихся в пневматических контурах воздушных линий вдоха и выдоха, а также кислородной линии. Указанные контуры являются внешними по отношению к рассматриваемому устройству и поэтому детально в данной заявке на полезную модель не рассматриваются.

Центральный микроконтроллер 1 выполняет следующие общие с ближайшим аналогом операции:

- управление функциями доставки газовой смеси через воздушные линии и блоки;

- визуальное представление информации пользователю на жидкокристаллическом экране дисплея 2 и звуковое оповещение;

- взаимодействие с блоком 3 управления питанием и охлаждением;

- определение статусного состояния аппарата ИВЛ и мониторинг ошибок и тревожных ситуаций;

- регистрацию и хранение в памяти установок параметров аппарата, данных о пациенте и различной информации о текущих событиях;

- взаимодействие с внешними силовыми сетями переменного и постоянного напряжения;

- взаимодействие с ПК.

Управление функциями доставки воздушной смеси пациенту осуществляется с помощью прикладного программного обеспечения центрального микроконтроллера 1, задающего скорость вращения турбины и направление движения воздушного потока. Управление скоростью воздушного потока осуществляется блоком 4 управления турбиной с помощью сигналов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), параметры которой задаются центральным микроконтроллером 1 при вдохе и выдохе пациента. Скорость воздушного потока измеряется одним из датчиков воздушной линии 5 вдоха и датчиком 6 потока выдоха, сигналы с которых подаются на соответствующие входы центрального микроконтроллера 1. Направление воздушных потоков регулируется электромагнитным клапаном 7 выдоха, пневматически связанным с турбиной и воздушной линией вдоха. Измеренные значения скорости воздушного потока и давления сравниваются в центральном микроконтроллере 1 с заданными пороговыми уровнями и, в зависимости от результатов указанного сравнения, с помощью блока 4 управления турбиной осуществляется ускорение или замедление вращения лопастей турбины. Цикл выдоха начинается после того, как скорость потока вдоха уменьшилась (в процентах) на некоторую предустановленную величину по отношению к заданному пиковому значению. Электромагнитный клапан 7 выдоха срабатывает по сигналу с ШИМ, поступающему с соответствующего выхода центрального микроконтроллера 1. Напряжение, прикладываемое к электромагнитному клапану 7 выдоха зависит от того в какой фазе (вдох или выдох) находится дыхание пациента. В фазе вдоха к электромагнитному клапану 7 выдоха приложено напряжение величиной 24 В, поддерживающее электромагнитный клапан 7 выдоха в закрытом состоянии, что позволяет потоку воздуха при вдохе пройти по всей воздушной линии вдоха. В фазе выдоха управляющее напряжение модулировано так, чтобы воздушный поток шел через блок (воздушную линию) выдоха.

Газовая смесь воздуха и кислорода образуется с помощью кислородной линии. Доступ к ней осуществляется с помощью электромагнитного клапана 8 кислорода, также управляемого сигналами с ШИМ, параметры которых задаются центральным микроконтроллером 1. Этот клапан остается открытым в течение всего режима вентиляции и закрывается лишь при отключении питания аппарата ИВЛ, либо перевода его в режим ожидания либо при аварийной перегрузке турбины, вызванной сочетанием двух факторов - перегрева турбины и недопустимо низкой скорости ее вращения.

Функциями дисплея 2 являются отображение на экране настроек аппарата, графических изображений диаграмм дыхания и служебной информации, включая различные виды тревог (подсветка и мигание экрана, текстовые сообщения). Как и в ближайшем аналоге, важнейшими условиями работы рассматриваемого устройства являются определение статусного состояния работоспособности аппарата, мониторинг ошибок и различных тревожных ситуаций с соответствующими типами визуальной и звуковой тревожной сигнализации.

Функцией блока 9 звукового оповещения является подача звуковых сигналов тревоги, в соответствии с уровнями приоритетов тревог, отображаемых на дисплее 2.

Ключевой принцип, определяющий построение многоуровневой программно-аппаратной системы тревожной сигнализации заключается в том, что ни при каких технических неполадках или отклонениях от заданных режимов подготовки и прохождения воздушно-кислородной смеси через легкие пациента искусственная вентиляция легких пациента не должна прекращаться даже на короткий (измеряемый минутами) интервал времени

Автоматическое аварийное отключение аппарата ИВЛ недопустимо, поскольку может привести к летальному исходу для пациента. Поэтому контроль за величинами напряжений и токов в различных контрольных точках (цепях), позволяющими судить о состоянии аппарата, должны вестись в режиме постоянного мониторинга. Этот режим обеспечивает центральный микроконтроллер 1, посылая через заданные интервалы времени соответствующие команды и инструкции в различные контрольные цепи прибора и получая от них соответствующую статусную и мониторинговую информацию.

Для регистрации и хранения установок параметров прибора, данных о пациенте и информации о текущих событиях центральный микроконтроллер 1 содержит несколько блоков памяти. Это:

1. Память для хранения параметров настройки аппарата и тревожных сигналов на случай падения мощности питания до недопустимо низкого уровня;

2. Память для хранения истории применения аппарата, включая различные тревожные события, сопровождавшиеся подачей сигналов тревоги блоком 9 звукового оповещения, например, буззерами, и отображением на экране дисплея 2 текстовых тревожных сообщений и пиктограмм;

3. Память для регистрации во времени медицинских параметров пациента в сопровождении информационных сообщений о происходивших с ним событиях;

4. Память, фиксирующая информацию о работе программного обеспечения.

Блок 3 управления питанием и охлаждением предлагаемого устройства выполняет в рассматриваемом устройстве те же функции, что и в ближайшем аналоге. Это:

1. Преобразование переменного напряжение в постоянное, регулировка этого напряжения и распределение в электронных цепях аппарата;

2. Контроль и управление уровнем зарядки АБ;

3. Выбор, в зависимости от ситуации, источников переменного/постоянного тока либо питания от АБ;

4. Передача через USB-порт извне программного обеспечения;

5. Передача через USB-порты информации от аппарата в ПК;

6. Формирование и передача результатов измерений напряжений, токов и температуры в центральный микроконтроллер 1.

В многоуровневой программно-аппаратной системе тревожной сигнализации предусмотрены различные меры реагирования на те или иные тревожные ситуации. Все тревоги классифицируются в зависимости от того, насколько сильно они влияют на выполнение основной функции аппарата -спасение жизни пациента и, соответственно, предусмотрены различные уровни приоритета для реагирования на них.

Самый высокий уровень приоритета имеют тревожные ситуации, приводящие к прекращению процесса ИВЛ. В этих ситуациях блок 9 звукового оповещения издает непрерывный звуковой сигнал максимальной громкости, сопровождаемый визуальным подтверждением тревоги - красной подсветкой экрана дисплея 2 и появлением на нем соответствующего тревожного сообщения.

Высокий уровень приоритета имеют ситуации, связанные с нарушениями каких-либо параметров вентиляции. В этих случаях звуковой сигнал тревоги носит прерывистый характер (например, три коротких, а затем два коротких сигнала) с громкостью, устанавливаемой пользователем. Звуковая тревога сопровождается визуальной тревогой - красной подсветкой экрана дисплея 2 и соответствующего текстового тревожного сообщения на экране.

Средний уровень приоритета имеют ситуации, когда отклонения параметров воздушного потока от нормы таковы, что еще не могут нанести вред пациенту, но представляют опасность в том случае, если своевременно не вмешаться в ситуацию и не скорректировать соответствующие параметры. В этих случаях звуковой сигнал тревоги также носит прерывистый характер в виде повторяющихся серий из трех кратковременных звуковых сигналов, сопровождаемых желтой подсветкой экрана дисплея 2 и текстовыми тревожными сообщениями на экране.

Пожарная безопасность аппарата обеспечивается, благодаря контролю центральным микроконтроллером 1 работы блока 3 управления питанием и охлаждением и блока 4 управления турбиной.

Из описанной выше концепции безопасности следует, что при автономном использовании аппаратов ИВЛ рядом с каждым из них, то есть в «красной зоне», должен находиться сотрудник медицинского учреждения, прошедший необходимую подготовку по управлению аппаратом. Это требует от медперсонала высокой физической выносливости и психологической устойчивости в течение всего рабочего дня.

Для снижения указанной нагрузки на медицинский персонал и служит вновь введенный в устройство связи и дистанционного контроля микроконтроллер 10, связанный с радиомодемом 11, обеспечивающим доступ к радиоканальной сети, охватывающей несколько расположенных в «красной зоне» аппаратов ИВЛ и находящиеся вне этой зоны пульт дистанционного управления, М автоматизированные рабочие места (АРМ) медицинского персонала и пункт технического обслуживания. За каждым АРМ медперсонала закреплены один или несколько аппаратов ИВЛ. Пункт технического обслуживания обеспечивает бесперебойную техническую эксплуатацию всего парка аппаратов ИВЛ, пульта дистанционного управления и всех АРМ медицинского персонала.

При возникновении тревожного события, вызванного отклонениями от заданных режимов подготовки и прохождения воздушно-кислородной смеси через легкие пациента или техническими неполадками, центральный микроконтроллер 1 формирует тревожные сообщения, соответствующие вышеупомянутым «самому высокому, высокому либо среднему уровням приоритета тревог». С помощью UART эти сообщения передаются в микроконтроллер 10 связи и дистанционного управления, который, сохраняя информационное содержание указанных сообщений, преобразует их в формат, зависящий от стандарта, примененный в радиомодеме 11, который, в свою очередь, определяется стандартом радиосети передачи данных, функционирующей в данном лечебном учреждении.

Если в медицинском стационаре, например, во временном госпитале отсутствует радиоканальная сеть со стационарными точками доступа, то для реализации дисанционного управления аппаратами ИВЛ может быть сфрмирована мобильная сеть передачи данных типа Bluetooth Mesh, роль точек доступа в которой могут играть практически все виды современных мобильных инфокоммуникационных устройств (смартфоны, айфоны, планшеты). В этом случае в качестве радиомодема 11 может быть использован интерфейсный аудиомодуль гигагерцового диапазона Bluetooth 4.0 BLE, обеспечивающий обмен данными на максимальном расстоянии порядка 10 м. Медработник с мобильным инфокоммуникационным устройством должен находиться в пределах указанной зоны. Он может располагаться за пультом дистанционного управления либо выполнять роль ретранслятора в мобильной радиоканальной сети, обеспечивая передачу данных на указанный пульт.

Если в медицинском учреждения, в котором установлены аппараты ИВЛ, есть стационарные точки доступа в радиоканальную сеть гигагерцового диапазона стандарта Wi-Fi, то в качестве радиомодема 11 в рассматриваемом устройстве применяется приемопередающий модуль Wi-Fi, работающий на нелицензируемой часототе 2.4 ГГц. В этом случае зона действия радиосети может составлять порядка 100 м, что значительно расширяет возможности дистанционного управления аппаратами ИВЛ с помощью пульта дистанционного управления, расположенного вне «красной зоны». Это позволяет значительно сократить количество необходимых появлений медработников в указанной зоне и, соответственно, уменьшить физическую и психологическую нагрузку на них.

Еще больший эффект может быть достигнут при использовании радиосети мегагерцового диапазона, построенной на принципах «интернета вещей» (LoRa). Роль радиомодема 11 играет при этом устройство «малого радиуса действия», работающее на нелицензируемых частотах мегагерцового диапазона, например, 868 МГц. В этом случае зона действия системы дистанционного управления аппаратами ИВЛ внутри медицинского учреждения может быть увеличена до 1-2 км.

Таким образом, совокупность общих с ближайшим аналогом и отличительных существенных признаков позволяет получить ожидаемый технический результат, заключающийся в решении технической проблемы, состоящей в необходимости расширения арсенала технических средств, предназначенных для обеспечения искусственной вентиляции легких путем создания такой модификации ближайшего аналога, которая позволяла бы осуществлять дистанционное управление аппаратом ИВЛ в медицинских учреждениях, не оборудованных кабельными вычислительными сетями. Достигаемый технический результат состоит в реализации этого назначения.

Предлагаемое устройство является новым и может быть промышленно реализовано на существующей элементной базе с использованием доступных технологических решений, что позволяет классифицировать предлагаемое техническое решение в качестве полезной модели.

Claims (4)

1. Устройство электронного контроля и дистанционного управления аппаратом искусственной вентиляции легких, содержащее центральный микроконтроллер, связанный с блоком управления питанием и охлаждением и блоком управления турбиной, выполненным с возможностью электрического управления двигателем турбины, а также датчики воздушной линии вдоха и датчик потока выдоха, выполненные с возможностью пневматической связи, соответственно, с воздушной линией вдоха и с воздушной линией выдоха, дисплей и блок звукового оповещения, электромагнитный клапан выдоха, выполненный с возможностью пневматической связи с турбиной и воздушной линией вдоха, электромагнитный клапан кислорода, выполненный с возможностями пневматической связи с турбиной и с кислородной линией, при этом сигнальные выходы датчиков воздушной линии вдоха и датчика потока выдоха подключены к соответствующим входам центрального микроконтроллера, сигнальные выходы которого соединены со входами, соответственно, электромагнитного клапана выдоха, электромагнитного клапана кислорода, дисплея и блока звукового оповещения, причем блок управления питанием и охлаждением выполнен с возможностями подключения к сети переменного тока, внешнему источнику постоянного тока и с возможностью связи с персональным компьютером, отличающееся тем, что в него введены связанные друг с другом микроконтроллер связи и дистанционного управления и радиомодем, выполненный с возможностью связи с точками доступа радиканальной сети, при этом центральный микроконтроллер выполнен с дополнительными входом/выходом, которые связаны с управляющими выходом/входом микроконтроллера связи и дистанционного управления.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что радиомодем выполнен в виде интерфейсного аудиомодуля Bluetooth 4.0 BLE.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что радиомодем выполнен в виде модуля Wi-Fi.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что радиомодем выполнен в виде устройства "малого радиуса действия", работающего на нелицензируемых частотах мегагерцового диапазона.

Images