RU2174386C2

RU2174386C2 - Apparatus for applying artificial lung ventilation

Info

Publication number: RU2174386C2
Application number: RU98123961A
Authority: RU
Inventors: П.С. Кантор; Г.С. Лескин; Х.Х. Хапий
Original assignee: Московский областной научно-исследовательский клинический институт; Общество с ограниченной ответственностью "БИОАРТ"
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1998-12-29
Publication date: 2001-10-10

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: device has flow generator, patient T-piece, control system, transducers for measuring flow rate and pressure in the upper breathing paths connected in pneumatic way to the patient T-piece and to the control system in electric way. The device has gas distribution unit having inhalation choke regulator unit, exhalation choke regulator unit and proportional electropneumatic regulator unit. The inhalation choke regulator unit is connected to flow generator outlet through a pneumatic inlet and through pneumatic outlet to patient T-piece inhalation line. It is connected to the first electric output of the control system through the electric input. The exhalation choke regulator unit is connected to the patient T-piece inhalation line through pneumatic inlet, to atmosphere through pneumatic outlet. It is connected to the second electric output of the control system through the electric input. The proportional electropneumatic regulator unit is connected to compressed oxygen source through pneumatic inlet. It is connected to the patient T-piece inhalation line through pneumatic outlet. It is connected to the third output of the control system through the electric input. EFFECT: wide range of functional applications; simplified design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано в отделениях интенсивной терапии и реанимации, а также в специализированных респираторных кабинетах для немедикоментозного лечения больных с хроническими неспецифическими заболеваниями легких. The invention relates to the field of medical equipment and can be used in intensive care and resuscitation departments, as well as in specialized respiratory rooms for non-medication treatment of patients with chronic non-specific lung diseases.

Из предшествующего уровня медицинской техники известен аппарат искусственной вентиляции легких (ИВЛ), содержащий генератор вдоха, блок управления, формирователь управляющих сигналов, электромагнитные клапаны, стабилизаторы, управляемые делители и мостовые транзисторные схемы (пат. РФ N 2020919, кл. A 61 H 31/02, 1991 г.). From the prior art medical apparatus is known artificial lung ventilation (IVL), containing a breath generator, a control unit, a driver of control signals, solenoid valves, stabilizers, controlled dividers and bridge transistor circuits (US Pat. RF N 2020919, class A 61 H 31 / 02, 1991).

Недостатком данного аппарата является сложность его конструкции и, как следствие этого, ненадежность в работе. The disadvantage of this apparatus is the complexity of its design and, as a consequence of this, the unreliability in operation.

Известен также аппарат ИВЛ, содержащий генератор потока, тройник пациента, систему управления, датчики скорости потока и давления в верхних дыхательных путях, которые пневматически соединены с тройником пациента, а электрически - со входами системы управления (пат. РФ N 2119323, кл. A 61 H 31/02, 1998 г.). Also known is a ventilator apparatus containing a flow generator, a patient’s tee, a control system, flow rate and pressure sensors in the upper respiratory tract, which are pneumatically connected to the patient’s tee, and electrically to the inputs of the control system (US Pat. RF N 2119323, class A 61 H 31/02, 1998).

Недостатком данного аппарата является ограниченность функциональных возможностей, обусловленная тем, что при необходимости применения различных методик вспомогательной вентиляции легких (например, с управлением по объему и высокочастотной ИВЛ) необходимо наличие двух аппаратов: известного ИВЛ и аппарата для осуществления ВЧИВЛ, что создает определенные трудности в управлении и размещении их у кровати больного. The disadvantage of this device is the limited functionality due to the fact that, if necessary, the use of various techniques for assisted ventilation (for example, with volume control and high-frequency ventilation) requires two devices: the well-known mechanical ventilation and the device for the implementation of VCHIVL, which creates certain difficulties in management and placing them at the patient’s bed.

Указанные недостатки снижают лечебный эффект вспомогательной вентиляции легких. These shortcomings reduce the therapeutic effect of assisted ventilation.

В соответствии с этим поставлена задача, направленная на расширение функциональных возможностей аппарата путем использования его при различных методиках вспомогательной вентиляции легких. In accordance with this, a task has been set aimed at expanding the functionality of the apparatus by using it with various techniques for assisted ventilation.

Эта задача решена тем, что аппарат искусственной вентиляции легких, содержащий генератор потока, тройник пациента, систему управления, датчики скорости потока и давления в верхних дыхательных путях, которые пневматически соединены с тройником пациента, а электрически - со входами системы управления, дополнительно снабжен источником сжатого кислорода и газораспределительным устройством, которое содержит дроссель-регулятор вдоха, дроссель-регулятор выдоха, и пропорциональный электропневматический регулятор, при этом дроссель-регулятор вдоха пневматическим входом соединен с выходом генератора потока, пневматическим выходом - с линией вдоха тройника пациента, а электрическим выходом - с первым электрическим входом системы управления, дроссель-регулятор выдоха пневматическим входом соединен с линией выдоха тройника пациента, пневматическим выходом - с атмосферой, а электрическим входом - со вторым электрическим выходом системы управления, пропорциональный электрический регулятор пневматическим входом соединен с источником сжатого кислорода, пневматическим выходом - с линией вдоха тройника пациента, а электрическим входом - с третьим электрическим выходом системы управления. This problem is solved in that the artificial lung ventilation apparatus comprising a flow generator, a patient’s tee, a control system, flow rate and pressure sensors in the upper airways, which are pneumatically connected to the patient’s tee, and electrically to the control system inputs, is additionally equipped with a compressed source oxygen and a gas distribution device that contains a throttle-regulator of inspiration, a throttle-regulator of exhalation, and a proportional electro-pneumatic regulator, while the throttle is regulated p inhalation by a pneumatic input is connected to the output of the flow generator, a pneumatic output is connected to the inspiratory line of the patient’s tee, and an electric output is connected to the first electrical input of the control system, an exhalation throttle-regulator is connected by a pneumatic input to the expiratory line of the patient’s tee, and the pneumatic output is connected to the atmosphere, and electrical input - with the second electrical output of the control system, the proportional electrical regulator is connected via a pneumatic input to a source of compressed oxygen, a pneumatic output - with the inspiratory line of the patient's tee, and with the electric input - with the third electrical output of the control system.

На фиг. 1 изображена блок-схема аппарата; на фиг. 2 - блок-схема газораспределительного устройства. In FIG. 1 shows a block diagram of an apparatus; in FIG. 2 is a block diagram of a gas distribution device.

Аппарат искусственной вентиляции легких содержит генератор потока 1, газораспределительное устройство 2, тройник пациента 3, систему управления 4, выполненную в виде микропроцессорного контроллера на базе процессора PIC 16C74, электрические выходы которой соединены с электрическими выходами газораспределительного устройства 2, а также датчик скорости потока 5, датчик давления 6. The artificial lung ventilation apparatus contains a flow generator 1, a gas distribution device 2, a patient 3 tee, a control system 4 made in the form of a microprocessor controller based on a PIC 16C74 processor, the electrical outputs of which are connected to the electrical outputs of the gas distribution device 2, and a flow rate sensor 5, pressure sensor 6.

Линия выдоха тройника 3 пациента пневматически соединена с датчиком 5 скорости потока, который электрически соединен со вторым входом системы управления 4, а тройник 3 пациента пневматически соединен с датчиком 6 давления в верхних дыхательных путях пациента, электрический выход которого соединен с первым входом системы управления 4. The exhalation line of the patient’s tee 3 is pneumatically connected to the flow rate sensor 5, which is electrically connected to the second input of the control system 4, and the patient’s tee 3 is pneumatically connected to the pressure sensor 6 in the upper respiratory tract of the patient, whose electrical output is connected to the first input of the control system 4.

Газораспределительное устройство 2 содержит дроссель-регулятор вдоха 7 (Др_вд), пневматический вход которого является первым входом, а пневматический выход - первым пневматическим выходом газораспределительного устройства 2 (фиг. 1); электрический вход Др_вд является первым выходом системы управления 4.The gas distribution device 2 contains a throttle-regulator of inspiration 7 (Dr _vd ), the pneumatic input of which is the first input, and the pneumatic output is the first pneumatic output of the gas distribution device 2 (Fig. 1); electric input Dr _vd is the first output of the control system 4.

Газораспределительное устройство 2 содержит также дроссель-регулятор выдоха 8 (Др_выд), пневматический вход которого является третьим входом, а пневматический выход - третьим пневматическим выходом газораспределительного устройства 2 (фиг. 1); электрический вход (Др_выд) 8 является вторым выходом системы управления 4.The gas distribution device 2 also contains an exhalation throttle-regulator 8 (Dr _ex ), the pneumatic input of which is the third input, and the pneumatic output is the third pneumatic output of the gas distribution device 2 (Fig. 1); electrical input ( _DR output) 8 is the second output of the control system 4.

В состав газораспределительного устройства 2 включен пропорциональный электропневматический регулятор 9 (ПЭПР), пневматический вход которого соединен с источником сжатого кислорода 10 и является вторым входом газораспределительного устройства 2, а пневматический выход - вторым пневматическим выходом газораспределительного устройства 2; электрический вход (ПЭПР) соединен с третьим электрическим выходом системы управления 4. The composition of the gas distribution device 2 includes a proportional electro-pneumatic controller 9 (PEPR), the pneumatic input of which is connected to a source of compressed oxygen 10 and is the second input of the gas distribution device 2, and the pneumatic output is the second pneumatic output of the gas distribution device 2; an electrical input (PEPR) is connected to the third electrical output of the control system 4.

Аппарат работает следующим образом. The device operates as follows.

а) Реализация методик вспомогательной вентиляции легких
(ВВЛ) с управлением по объему (Assist или SIMV).a) Implementation of assisted ventilation techniques
(VVL) with volume control (Assist or SIMV).

При поступлении с датчика 5 скорости потока сигнала о попытке вдоха пациента "flow triggering" система управления 4 в соответствии с заданными врачом параметрами формирует электрические сигналы, обеспечивающие нарастающую подачу газовой смеси в заданной концентрации в верхние дыхательные пути пациента с помощью Др_вд 7 ПЭПР 9, Др_выд при этом закрыт. Нарастание потока газовой смеси продолжается пока пациенту не будет подан заданный дыхательный объем. При получении сигнала с датчика 5 о достижении заданного объема система управления 4 формирует сигналы закрытия Др_вд 7 и ПЭПР 9 с одновременным формированием сигнала открытия Др_выд 8. Последний находится в открытом состоянии, пока давление в верхних дыхательных путях пациента, измеренное датчиком 6, не станет равным величине заданного врачом давления конца выдоха. Др_выд 8 зарывается. Аппарат находится в состоянии ожидания следующей попытки вдоха пациента, при этом система управления включает таймер ожидания для автоматической работы аппарата в случае отсутствия попыток пациента.On admission to the sensor 5 an attempt signal flow rate of inhalation of the patient "flow triggering" control system 4 in accordance with predetermined physician parameters generates electrical signals for the rising flow of the gas mixture at a predetermined concentration in the upper airways of the patient via Dr. _tm 7 PEPR 9 Dr. _{vyd is} thus closed. The increase in the flow of the gas mixture continues until the patient is given a given tidal volume. When receiving the signal from the sensor 5 reaches a predetermined amount of the control system 4 generates signals closing Dr. _tm PEPR 7 and 9 with simultaneous formation signal Ap _vyd opening 8. The latter is in the open position until the pressure in the upper airways of the patient measured by sensor 6, not will become equal to the value of the end expiratory pressure set by the doctor. Dr _vyd 8 burrows. The device is in a state of waiting for the next attempt to inhale the patient, while the control system includes a standby timer for automatic operation of the device in the absence of patient attempts.

б) Реализация методик ВВЛ с управлением по давлению в верхних дыхательных путях пациента (СРАР или Pressure Support)
Функционирование Др_вд 7, Др_выд 8 и ПЭПР 9 находятся в зависимости от заданных величин давления конца вдоха и выдоха. Сигналами системы управления 4 Др_вд 7 и ПЭПР 9 создают в верхних дыхательных путях пациента постоянный поток с величиной постоянного давления, заданной врачом. Др_выд обеспечивает заданное давление конца выдоха.b) Implementation of IVL techniques with pressure control in the upper respiratory tract of the patient (CPAP or Pressure Support)
Operation of Dr. _tm 7, Dr. _vyd PEPR 8 and 9 are according to the predetermined end pressure values of inhalation and exhalation. The signals of the control system 4 Dr _vd 7 and PEPR 9 create a constant flow in the upper respiratory tract of the patient with a constant pressure value set by the doctor. The dr _exp provides a predetermined end expiratory pressure.

В фазу самостоятельного вдоха пациента давление в верхних дыхательных путях начинает снижаться по отношению к величине заданного постоянного давления, что фиксируется датчиком 6 и обеспечивает формирование сигналов управления Др_вд 7 и ПЭПР 9 направленных на увеличение скорости потока для компенсации снижения давления. В фазу выдоха пациента давление в верхних дыхательных путях начинает увеличиваться по отношению к величине заданного постоянного давления, что фиксируется датчиком 6 и обеспечивает формирование сигналов управления Др_выд 8 направленное на уменьшение скорости потока для компенсации увеличения давления.In the phase of the patient’s independent inhalation, the pressure in the upper respiratory tract begins to decrease with respect to the set constant pressure, which is detected by the sensor 6 and provides the formation of control signals Dr _vd 7 and PEPR 9 aimed at increasing the flow rate to compensate for the decrease in pressure. In the expiratory phase of the patient, the pressure in the upper respiratory tract begins to increase with respect to the value of the set constant pressure, which is detected by the sensor 6 and provides the formation of control signals Dr _ex 8 aimed at decreasing the flow rate to compensate for the increase in pressure.

в) Реализация методики высокочастотной (ВЧ) ВВЛ
Система управления 4 формирует сигналы управления ПЭПР 9, обеспечивающие прерывание постоянного потока кислорода. При этом врач может регулировать скорость потока, частоту и скважность его прерывания.c) Implementation of the high-frequency (HF) VVL technique
The control system 4 generates control signals PEPR 9, interrupting a constant flow of oxygen. In this case, the doctor can adjust the flow rate, frequency and duty cycle of its interruption.

Выполнение газораспределительного устройства 2 в виде трех электронноуправляемых исполнительных механизмов их пневматические и электрические связи обеспечивают реализацию одним аппаратом всех известных методик ВВЛ при относительной простоте конструкции. The implementation of the gas distribution device 2 in the form of three electronically controlled actuators, their pneumatic and electrical connections ensure the implementation by one device of all known methods of VVL with the relative simplicity of design.

Использование данного аппарата позволит существенно расширить его функциональные возможности, поскольку он может быть использован как для реализации методик ИВЛ, так и для реализации методик ВВЛ. The use of this device will significantly expand its functionality, since it can be used both for the implementation of mechanical ventilation techniques and for the implementation of mechanical ventilation techniques.

Claims

An artificial lung ventilation apparatus comprising a flow generator, a patient’s tee, a control system, flow rate and pressure sensors in the upper respiratory tract, which are pneumatically connected to the patient’s tee, and electrically to the inputs of the control system, characterized in that it is provided with a compressed oxygen source and gas distribution device that contains a throttle-regulator of inspiration, a throttle-regulator of exhalation, and a proportional electro-pneumatic regulator, while the throttle-regulator of inspiration of pneumatics the input is connected to the output of the flow generator, the pneumatic output to the inspiratory line of the patient's tee, and the electrical input to the first electrical output of the control system, the throttle-regulator of exhalation by the pneumatic input is connected to the exhalation line of the patient's tee, the pneumatic output to the atmosphere, and the electrical input - with the second electrical output of the control system, the proportional electrical regulator is connected via a pneumatic input to a source of compressed oxygen, and a pneumatic output - into the inspiratory line roynika patient, and an electrical input - to a third electric output control system.