RU99707U1 - Наркозно-дыхательный аппарат - Google Patents

Abstract

Наркозно-дыхательный аппарат, содержащий блоки дозирования газовых компонентов дыхательной смеси, блок дозирования жидких испаряющихся анестетиков, а также центральный управляющий электронный блок, отличающийся тем, что каждый из блоков дозирования газовых компонентов дыхательной смеси или жидких испаряющихся анестетиков состоит из двух соединенных между собой магистралью запорно-пропускных электромагнитных клапанов, выход одного из которых соединен с общей смесительной камерой, включающей в себя накопительно-расходный мешок, а вход второго запорно-пропускного электромагнитного клапана в блоке дозирования жидких испаряющихся анестетиков соединен с емкостью для жидкого анестетика, а в блоках дозирования газовых компонентов дыхательной смеси - с линией подачи определенного сжатого дыхательного газа, и при этом каждая из соединительных магистралей между вышеупомянутыми парами запорно-пропускных электромагнитных клапанов связана со своей пневмоемкостью, имеющей фиксированный объем и соединенной в свою очередь с электронным датчиком давления в этой емкости, причем все вышеупомянутые электромагнитные запорно-пропускные клапаны и электронные датчики давления электрически связаны с центральным управляющим электронным блоком.

Description

Настоящая полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована для создания наркозно-дыхательной аппаратуры.

Известны наркозно-дыхательные аппараты, содержащие вентиляционный блок, блок формирования газовых анестетиков и блок испарителей жидких анестетиков, например, аппарат «Фаза-5Н» (производитель - ОАО «Уральский приборостроительный завод, г.Екатеринбург, Технические условия ТУ 92-02.01.006»), аппарат РО-9НР (завод «Красногвардеец», г.С.-Петербург), аппарат МК-1 (производство фирмы «Респект», республика Беларусь).

Однако, эти известные аппараты имеют либо пневмо-механическую систему формирования потоков дыхательной смеси и концентрации жидких анестетиков, либо электронную систему управления, основанную на жесткой логике, или - на микропроцессорах с ограниченным объемом операционной логики, что приводит к ограничению возможностей по расширению диапазона и снижению точности установки требуемых параметров потоков и концентрации компонентов дыхательной смеси.

Известен также «Анестезиологический комплекс» (патент на полезную модель №53154, МКИ - А61Н 31/02) - прототип. В этом аппарате система формирования газовых компонентов дыхательной смеси основана на замере перепада давления на специальных дроссельных элементах, а система управления концентрацией паров жидких испаряющихся анестетиков основана на «барботажном» принципе, когда требуемая концентрация достигается за счет формирования определенной скважности в прохождении потока дыхательного газа через барботажную камеру с жидким анестетиком, либо - минуя ее.

Недостатками данного технического решения является сложность осуществления сверхмалых потоков газа (10-15 мл/мин., которые необходимы, например, при проведении «ксенонового» наркоза по замкнутому контуру), поскольку перепад давления на дроссельных элементах при таких потоках очень сложно замерить с требуемой точностью, тем более, что при этом следует обеспечить и высокий диапазон регулируемого расхода ксенона (до 5 л/мин., то есть изменять расход в несколько сот раз).

А что касается системы регулирования концентрации жидкого испаряющегося анестетика вышеописанным дискретно-барботажным методом, то точность поддержания заданной концентрации получается недостаточной (при требуемом достаточно широком диапазоне концентраций), поскольку концентрация при этом сильно зависит от степени барботажа, от изменяющейся в процессе барботажа температуры анестетика и от многих других факторов, которые сложно практически учесть.

Целью предлагаемой полезной модели является:

- обеспечение возможности более точного регулирования подаваемого объемного расхода компонентов дыхательного газа в широком диапазоне регулирования,

- обеспечение возможности регулирования концентрации паров жидкого анестетика с высокой точностью и в широком диапазоне изменения концентраций и потоков газа-носителя,

- упрощение конструкции устройства.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемая полезная модель содержит блоки дозирования газовых компонентов дыхательной смеси, блок дозирования жидких испаряющихся анестетиков, а также центральный управляющий электронный блок, при этом каждый из блоков дозирования газовых компонентов дыхательной смеси или жидких испаряющихся анестетиков состоит из двух соединенных между собой магистралью запорно-пропускных электромагнитных клапанов, выход одного из которых соединен с общей смесительной камерой, включающей в себя накопительно-расходный мешок, а вход второго запорно-пропускного электромагнитного клапана в блоке дозирования жидких испаряющихся анестетиков соединен с емкостью для жидкого анестетика, а в блоках дозирования газовых компонентов дыхательной смеси - с линией подачи определенного сжатого дыхательного газа, и при этом каждая из соединительных магистралей между вышеупомянутыми парами запорно-пропускных электромагнитных клапанов связана со своей пневмоемкостью, имеющей фиксированный объем и соединенной в свою очередь с электронным датчиком давления в этой емкости, причем все вышеупомянутые электромагнитные запорно-пропускные клапаны и электронные датчики давления электрически связаны с центральным управляющим электронным блоком.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемой полезной модели. Основными элементами этой схемы являются:

1. Входной электромагнитный запорно-пропускной клапан системы регулирования потока газового компонента дыхательной смеси.

2. Выходной электромагнитный запорно-пропускной клапан системы регулирования потока газового компонента дыхательной смеси.

3. Входной электромагнитный запорно-пропускной клапан системы регулирования концентрации жидкого анестетика.

4. Выходной электромагнитный запорно-пропускной клапан системы регулирования концентрации жидкого анестетика.

5. Пневмоемкость системы регулирования потока газового компонента дыхательной смеси.

6. Емкость (трубка) системы регулирования концентрации жидкого анестетика.

7. Электронный датчик давления.

8. Смесительная камера.

9. Накопительный мешок.

10. Флакон с жидким анестетиком.

11. Генератор потока дыхательного газа (воздуходувка) блока искусственной вентиляции легких (ИВЛ).

12. Клапан выдоха блока ИВЛ.

13. Клапан вдоха блока ИВЛ.

14. Ограничительный предохранительный клапан давления на входе в дыхательный контур блока ИВЛ.

15. Центральный электронный блок управления.

В предлагаемой полезной модели в каждой из цепей управления потоками компонентов дыхательного газа (кислород О₂; закись азота N₂0; ксенон Xe; возможно дополнительно воздух и др.) установлены по два связанных между собой магистралью запорно-пропускных электромагнитных клапана: входной клапан 1 и выходной клапан 2. В качестве этих клапанов могут использоваться, например, стандартные электропневматические распределители прямого действия модели А331-1Е2 фирмы «Камоцци-Пневматика» (см. сайт www.camozzi.ru).

Указанные клапаны 1 и 2 соединены между собой пневматической магистралью, к которой присоединены пневмоемкость 5 с определенным фиксированным объемом: для линии кислорода и закиси азота этот объем составляет примерно 1 литр, а для линии ксенона - 0,5 литров (поскольку ксенон имеет значительно более высокую плотность, чем кислород). К пневмоемкости 5 подсоединен электронный датчик давления 7 (в качестве которого может использоваться, например, стандартный высокочувствительный пневмоэлектропреобразователь типа МРХ 5050-DP фирмы «Motorolla»).

Входы клапанов 1 соединены с линиями подвода соответствующего сжатого газа (кислорода, закиси азота, ксенона с давлением, например, 2 бара), а выходы каждого из клапанов 1 соединены магистралями со смесителем 8 (представляющим из себя, например, емкость объемом 0,2 литра, к которой пристыкован стандартный дыхательный мешок 9 емкостью, например, 3 литра).

Соответственно, в цепи управления концентрацией жидкого анестетика установлены два связанных между собой электромагнитных клапана 3 и 4 (в качестве которых могут быть использованы электропневматические минираспределители прямого действия серии «К» фирмы «Камоцци-Пневматика»). Эти клапана также связаны между собой магистралью, к которой присоединена вертикально расположенная емкость 6 (представляющая из себя, например, стеклянную или пластиковую трубку с внутренним диаметром 4 мм и высотой примерно 60÷70 мм), к верхней точке которой присоединен датчик давления 7. Выход клапана 4 соединен тонкой трубкой со смесительной камерой 8, а вход клапана 3 соединен с флаконом 10, в который залит жидкий анестетик, причем вертикальный уровень жидкости во флаконе 10 должен быть всегда выше, чем уровень верхнего конца емкости 6 (чтобы в емкости 6 всегда был гидростатический напор, либо во флаконе 10 необходимо создать любым образом пневматический подпор давлением 50÷60 см. водн. столба).

Все электромагнитные клапана 1; 2; 3 и 4, а также электронные датчики давления 7 связаны электрическими цепями с центральным управляющим электронным блоком 15, представляющим собой компьютеризированную программируемую систему, обеспечивающую математическую обработку поступающих сигналов и координирующую по специальному алгоритму включение и выключение электромагнитных клапанов при достижении определенного уровня давления в емкостях 5 и 6.

Смесительная камера 8 связана магистралью с блоком искусственной вентиляции легких (ИВЛ), а именно - со входом генератора пока газа 11, который по дыхательному контуру связан с пациентом посредством клапана вдоха 13 и клапана выдоха 12. На входе в генератор потока 11 установлен предохранительный клапан избыточного давления 14 (отрегулированный на уровень 3÷4 см водн. столба), который сообщается с атмосферой (либо с системой эвакуации из операционной отработанного дыхательного газа).

Функционирует заявляемая полезная модель следующим образом:

Регулирование подаваемого объема газа основано на использовании известного газодинамического закона Бойля-Мариотта, согласно которому если давление сжатого газа в какой-то фиксированной емкости в результате истечения из нее газа снизится в n раз, то и объем газа, оставшийся в этой емкости (в пересчете на нормальное атмосферное давление) уменьшится также в n раз. Следовательно, создаваемый объемный расход газа, то есть разница между начальным объемом газа и конечным объемом оставшегося в данной емкости газа (в пересчете на нормолитры) будет пропорциональна перепаду давлений в этой емкости в начале и конце цикла.

В начале цикла свежий газ (кислород; закись азота; ксенон и т.п.) через открывшийся (по команде центрального электронного управляющего блока 15) входной электромагнитный клапан 1 поступает в емкость 5 (выходной электромагнитный клапан 2 при этом закрыт). Давление в емкости 5 начинает возрастать, и когда оно достигнет заданного программой уровня Р_{начальное}, то по сигналу датчика давления 7 электронный блок управления 15 выдаст команду на закрытие входного клапана 1 и одновременно - на открытие выходного электромагнитного клапана 2. Начинается истечение газа из емкости 5 и скопление его в смесителе 8. Это истечение будет происходить до тех пор, пока электронный блок 15 по заданной программе не зарегистрирует на основании сигнала от датчика 7 падение давления в емкости до уровня Р_{конечное}, определяющего истечения необходимого объема газа, после чего по команде электронного блока 15 выходной клапан 2 закроется, а входной клапан 1 откроется, и весь цикл повторится столько раз, сколько требуется для обеспечения заданного суммарного дыхательного объема газа за требуемое время.

Например, если требуется создать поток газа, равный 10 л/мин., а объем емкости 1 выбран равным 1 литр, то за счет впуска создается в емкости 1 начальное давление, равное, например, 2 ата, то есть в емкость закачано 2 нормолитра газа, а затем оно стравливается до до 1,5 ата (при этом в емкости 1 остается 1,5 нормолитра газа), то есть из емкости вытекло за один цикл 0,5 нормолитра газа. И таких циклов за 1 минуту повторяют (с помощью центрального электронного управляющего блока) 20 раз, и, следовательно, создают требуемый поток газа, равный 10 л/мин.

Аналогичным образом функционирует и блок регулирования концентрации жидкого анестетика, однако при этом требуемый объем подаваемого в систему жидкого анестетика определяется исходя из известного физического закона Авогадро, согласно которому при испарении одной граммолекулы жидкости получается 24 нормолитра газа. Поэтому для достижения заданной концентрации К в потоке газа, равном V, необходимо впрыснуть в этот поток испаряющийся анестетик в объеме, определяемом формулой:

где N - объем испаряющейся жидкости (мл/мин)

V - поток газа-носителя (л/мин)

М - молекулярный вес жидкого анестетика

γ - удельный вес жидкого компонента (г/мл)

К - концентрация анестетика в дыхательной смеси (в частях)

Эту формулу программируют в электронный управляющий блок 15, который и осуществляет по заданному алгоритму командное управление клапанами 3 и 4 следующим образом: вначале открывается клапан 3 (при закрытом клапане 4), и жидкий анестетик из емкости 10 затекает в емкость (трубку) 6, сжимая находящийся в трубке 6 воздух до определенного давления, определяемого гидростатическим напором уровня жидкости, находящейся во флаконе с анестетиком 10. Это давление фиксируется датчиком давления 7, соединенным с емкостью 6. При этом по команде электронного блока 15 клапан 3 закрывается, а клапан 4 - открывается, и жидкий анестетик из емкости 6 под давлением сжавшегося в емкости 6 воздуха начинает выдавливаться в смесительную камеру 8 (где и испаряется). При этом давление воздуха в емкости 6 начинает снижаться (что фиксируется датчиком 7 и поступает в управляющий электронный блок 15). А снижение давления в емкости 6 согласно вышеописанной методике, основанной на законе Бойля-Мариотта, пропорционально расходу жидкости из этой емкости. И при снижении этого давления до уровня, определяющего объем вытесненной жидкости, равный требуемому значению «N» исходя из вышеприведенной формулы (I), клапан 4 закрывается, а клапан 3 вновь открывается, и весь процесс повторяется при следующем дыхательном цикле.

Таким образом, в смесительной камере 8 и накопительном мешке 9 создается требуемый объем всех компонентов дыхательной смеси с заданной концентрацией испарившегося жидкого анестетика.

В дальнейшем эта дыхательная смесь из смесительной камеры 8 засасывается генератором потока газов 11 блока искусственной вентиляции легких и поступает пациенту через клапан 13 (во время цикла вдоха), или возвращается от пациента на вход генератора потока 11 через клапан 12 (во время цикла выдоха).

Предлагаемые технические решения позволят осуществить формирование потока дыхательного газа с требуемыми характеристиками по концентрации всех компонентов с более высокой точностью и в более широком диапазоне изменения требуемых параметров.

Claims (1)

1. Наркозно-дыхательный аппарат, содержащий блоки дозирования газовых компонентов дыхательной смеси, блок дозирования жидких испаряющихся анестетиков, а также центральный управляющий электронный блок, отличающийся тем, что каждый из блоков дозирования газовых компонентов дыхательной смеси или жидких испаряющихся анестетиков состоит из двух соединенных между собой магистралью запорно-пропускных электромагнитных клапанов, выход одного из которых соединен с общей смесительной камерой, включающей в себя накопительно-расходный мешок, а вход второго запорно-пропускного электромагнитного клапана в блоке дозирования жидких испаряющихся анестетиков соединен с емкостью для жидкого анестетика, а в блоках дозирования газовых компонентов дыхательной смеси - с линией подачи определенного сжатого дыхательного газа, и при этом каждая из соединительных магистралей между вышеупомянутыми парами запорно-пропускных электромагнитных клапанов связана со своей пневмоемкостью, имеющей фиксированный объем и соединенной в свою очередь с электронным датчиком давления в этой емкости, причем все вышеупомянутые электромагнитные запорно-пропускные клапаны и электронные датчики давления электрически связаны с центральным управляющим электронным блоком.