Респираторное устройство для искусственного дыхания новорожденных и недоношенных младенцев

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) 4 А 6) Н 31/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К flATEHTY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3517465/28-14 (86) РСТ/HU 81/00012 (26.03.81) (22) 25.11.82 (46) 15.02.86.Бюл. ¹- 6 (71) Ваш-Еш Мюсерипари Севеткезет (HU) (72) Янош Кисел, Ласло Папп и Ласло Надь (HU) (53) 615.47(088.8) (56) Патент СССР ¹ 579853, кл. А 61 Н 31/02, опублик. 1977. (54)(57) 1. РЕСПИРАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСКУССТВЕННОГО ДЫХАНИЯ НОВОРОЖДЕННЫХ И НЕДОНОШЕННЫХ МЛАДЕНЦЕВ, содержащее трубопровод кислорода и трубопровод воздуха, средства для регулировки состава кислородно-воздушной смеси, трубопровод для подачи смеси газов, патрубок пациента, соединенный с этим трубопроводом, детектор требования дыхания, систему клапанов регулировки давлейия газа, блок управления режимом работы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции, в него введены генератор биений и последовательно соединенные генератор стартового сигнала, детектор остановки дыхания и сигнализатор, причем система клапанов регулировки давления газа соединена с выходом генератора биений и с патрубком пациента, соединенным с детектором требования дыхания, блок управления режимом работы соединен с первым входом генератора биений, второй и третий входы которого соединены соответственно с вторыми вы-

- ходами генератора стартового сигнала и детектора остановки дыхания, при этом генератор биений содержит последовательно соединенные блок стробирования, генератор пилообразного напряжения, компаратор и усилитель, выход которого является выходом генератора биений, а первый, второй и третий входы блока стробирования являются соответственно первьм, вторым и третьим входами генератора биений.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что детектор требования дыхания содержит мембранный преобразователь разности давлений в электрическую емкость выполненный в виде корпуса, разделенного металлической мембраной на две части, с одной из которых. соединен узел установки давления, а другая часть соединена с внут.ренней полостью патрубка пациента, при этом система клапанов регулировки давления газа содержит управляе-. мый клапан выдоха, управляющий вход которого соединен с выходом генератора биений, а пневматический вход соединен с патрубком пациента, и клапан .вдоха, соединенный с патрубком пациента.

1212315

Изобретение относится к медицин,ской технике, предназначено для искусственного дыхания новорожденных и недоношенных младенцев и для ускорения адаптации младенцев к естественному дыханию и может быть использовано в больничных условиях и при транспортировке.

Цель изобретения — упрощение конструкции устройства.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема устройства; на фиг 2 — схема детектора требования дыхания; на фиг.3 — эпюры напряжений, поясняющие работу генератора стартовых сигналов; на фиг.4 временные диаграммы изменения давления от времени в четырех режимах работы; на фиг.5 — диаграмма повторного старта генератора в режиме контролируемого и вспомогательного ды- хания.

Устройство содержит трубопровод

1 кислорода, трубопровод 2 воздуха ь средства 3 для регулировки состава кислородно-воздушной смеси, трубопровод 4 для подачи смеси газа, патрубок 5 пациента, один из клапанов которого соединен с трубопроводом

4, детектор 6 требования дыхания, систему 7 клапанов регулировки давления газа, блок 8 управления режимом работы, генератор 9 биений, последовательно соединенные генератор

10 стартового сигнала, детектор 11 остановки дыхания и сигнализатор 12.

Система 7 клапанов регулировки давления газа соединена с выходом генератора 9 биений и с патрубком 5 пациента, соединенным с детектором 6 требования дыхания, блок 8 управления режимом работы соединен с первым входом генератора 9 биений, второй и третий входы которого соединены соответственно с вторыми выходами генератора 10 стартового сигнала и детектора 11 остановки дыхания, выполненного, например, в виде ждущего мультивибратора. Генератор 9 биений содержит последовательно соединенные блок 13 стробирования (дополнительный) генератор 14 пилообразного напряжения, компаратор 15 и усилитель

16, выход которого является выходом генератора 9 биений, а первый, второй и третий входы блока 13 стробирования являются соответственно пер вым, вторым и третьим входами генератора 9 биений. Кроме того, детектор 6 требования дыхания содержит мембранный преобразователь разности давлений в электрическую емкость

Ф

5 выполненный в виде корпуса 17, разделенного металлической мембраной

18 на две части, с одной из которых соединен узел 19 установки давления, а другая часть соединена с

10 внутренней полостью патрубка 5 пациента, при этом система 7 клапанов регулировки давления содержит управляемый клапан 20, управляющий вход которого соединен с выходом re15 нератора 9 биений, а пневматический вход соединен с патрубком 5 пациента, и клапан 21 вдоха, соединенный с патрубком 5 пациента.

Генератор 10 стартового сигнала

20 содержит последовательно соединенные мультивибраторы 22 и 23, выходами подключенные к блоку 24 стробирования, выход которого через интегрирующий блок 25 соединен с одним иэ входов блока 13 стробирования.

В устройстве имеется манометр

26, соединенный с вторым клапаном патрубка 5 пациента, третий клапан

30 которого подключен через соединитель к системе 7 клапанов регулировки давления.

В корпусе 17 установлен диск 27

35 над металлической. мембраной 18, снабженный множеством отверстий. У другой стороны мембраны 18 противоположно диску 27 имеется другой диск 28, который также имеет отверстия, а на поверхности диска 28, 0 обращенной к мембране 18, имеется электропров одящее покрытие. Металлическая мембрана 18 с диском 28 образуют электрический конденсатор и два его вывода соединены с входом генератора 10 стартового сигнала (фиг.I). Нижняя полость корпуса 17 соединена через патрубок 5 с гибкой трубкой 29, которая соединена

50 с манометром 26 и вторым клапаном патрубка 5, Узел 19 установки давления имеет поршень (не показан, перемещаемый в цилиндрическом корпусе (не пока55 ° зан), его осевое положение регулируется ручкой 30 с резьбой. С помощью узла 19 может быть установлено требуемое давление, действующее

1212315 на верхнюю поверхность мембраны 18.

При работе устройства в дыхательной системе устанавливается давление, слегка превышающее атмосферное (например 0,4-0,5 кПа) даже при фазе выдоха пациента. Узел 19 служит также для установки опорного давления в полости над мембраной 18, которое примерно на 0,05 кПа ниже, чем требуемое давление при выдохе.

Если новорожденный дает перепад давления, вьгше, чем 0 05 кПа при вдохе в патрубке 5, давление под мембраной 18 будет меньше, чем над ней, и давление в верхней части, задан- ное узлом 19, смещает мембрану 18 к нижнему диску 28, sa счет чего емкость будет увеличена. Два вывода образованного таким образом электрического конденсатора, воспринимающего давление детектора 6 требуемого дыхания, подключены к входам мультивибратора 22, работающего в автоколебательном режиме. Другой, также автоколебательный, мультивибратор 23 работает совместно с первым мультивибратором 22, который имеет ту же номинальную частоту и фиксированную скважность. Оба мультивибратора синхронизированы таким образом, что каждый иэ их периодов начинается одновременно. Выходы мультивибраторов 22 и 23 соединены с соответствующими входами блока 24 стробирования, выход которого соединен с интегрирующим блоком 25.

Блоки 22-25 образуют генератор 10 стартового сигнала, работа которого пояснена на фиг.З.

Мультивибратор 23 генерирует импульсы с постоянной частотой с периодом Т1 (фиг.З) . Начало соответствующих периодов мультивибратора

22 совпадает с началом периодов мультивибратора 23. Предполагается, что до момента t дыхания не было и ширина выходных импульсов мультивибратора 22 меньше, чем мультивибратора

23 фиг.Зб). После момента t начи-

0 нается вдох, за счет чего емкость конденсатора в детекторе 6 увеличивается, что увеличивает ширину импульса мультивибратора 22, который отрегулирован таким образом, чтоширина его выходных импульсов достигает ширины импульсов мультивибратора 23, если давление, получаемое при вдохе новорожденного, равно опор ному давлению, установленному посредством узла 19.

В течение периода вдоха новорожденного блок 24 стробирования выра5 батывает стробирующие импульсы в каждом периоде мультивибраторов 22 и 23, и выходной сигнал интегрирующего блока 25 ступенчато увеличивается вследствие интегрирования выход10 1гых импульсов. На фиг.3 используется увеличенная шкала времени по сравнению с циклами дыхания, вследствие чего проинтегрированный сиг нал на фиг.3 короче по сравнению

15 с циклом дыхания. Таким образом, на выходе интегрирующего блока 25 вырабатывается импульс в ответ на обнаружение дыхания. Процесс интенгрирования требуется для исклю20 чения случайных помех и для того, чтобы схема не реагировала на недостаточные усилия дыхания. Достаточный вдох новорожденного вызывает выдачу следующего импульса.

25 Компаратор 15 имеет вход опорного напряжения, соединенный с потенциометром (не показан}, регулирующим отношение длительности цикла выдоха к циклу вдоха.

З0 Если через усилитель 16 не проходит сигнал управления, трубопровод

1 идущий от патрубка 5 к клапану 20 выдоха, открыт, и сравнительно низкий порог давления, установленный для клапана 20 выдоха, определяет давление, поддерживаемое в системе °

Этот порог обычно на 0,4-0,5 кПа выше нормального атмосферного давления ° Если через усилитель 16 про40 ходит сигнал управления, проход через клапан 20 выдоха закрыт и давление в системе определяется порогом

> установленным для клапана 21 вдоха, который соответствует обычно повы45 шенному давлению 1,5-2,5 кПа. Кла пан 21 вдоха не работает в интервале выдоха, потому что клапан 20 выдоха с его более низким порогом давления предотвращает повышение давления выше этого значения.

Усгройство работает в четырех режимах.

Первый режим — искусственное дыхание, который устанавливается при

55 отсутствии спонтанного дыхания (фиг.4 А). Давление в текущей смеси газов ритмически меняется между соответствующими заранее установ-

1212315

30 роких пределах посредством изменения опорного уровня, и отрегулированное таким образом отношение не зависит от регулировки частоты.

На фиг.4 показана диаграмма зависимости давления от времени. Для режима искусственного дыхания в первом режиме давление меняется независимо от дыхательных усилий ново40 рожденного.

Второй режим (фиг.4В) — искусственное вспомогательное дыхание — устанавливается, когда наблюдается IIQB" торяющееся спонтанное дыхание. В этом режиме происходит управляемый 45 процесс дыхания (фиг.4 В), используется детектор 6 требования дыха.ния для определения моментов, когда пациент начинает вдыхать. Если чувствуется такой вдох (на фиг. 4 B соот- ветствующие моменты показаны короткими вертикальными стрелками), устройство переключается на вдох, что дает возможность адаптации устройства к дыхательному ритму пациента. 55

Этот процесс подробно проиллюстри рован на фиг.5. В положении переключателя 8 режима работы искусственленными величинами давления вдоха и выдоха. Количество циклов дыхания, а также отношение длительности выдоха и длительности вдоха мо- 5 жет регулироваться в широких пределах.

В этом режиме работы на первый ,(автоколебательный) вход генератора

14 пилообразного напряжения поступает разрешающий сигнал. Частота генератора 14 может быть установлена потенциометром (не показан). Генератор 14 генерирует непрерывную последовательность пилообразных сиг- 15 налов. Когда нарастающий участок пилообразного сигнала достигает опорного уровня, компаратор 15 срабатывает и начинается период выдоха. Логический единичный уровень выхода компаратора 15 соответствует вдоху, а нулевой логический уровень — выдоху. Если частота пилообразного напряжения меняется, отношение периода выдоха к периоду вдоха не ме- . 25 няется. Моменты времени соответственно показывают края интервалов, в которых отношение периодов выдох/вдох постоянно, Это отношение может быть изменено в ши- З0 ного вспомогательного дыхания разрешающий сигнал поступает на второй вход (вход повторного запуска) генератора 14 пилообразного напряжения.

В этом режиме генератор 14 выдает колебания непрерывно, как и в предыдущем режиме работы, и давление в системе периодически изменяется соответственно установленным заранее величинам. Однако в этом. режиме при каждом спонтанном вдохе генерирует. ся соответствующий импульс на выходе интегрирующего блока 25. Блок 24 стробирования пропускает импульсы, связанные со спонтанными вдохами на вход повторного запуска генератора 14, который в ответ начинает г; новый цикл пилообразного напряже ния.

На. фиг.5 короткие вертикальные стрелки показывают моменты вдохов, в ответ на которые начинается новый цикл, который начинается со вдоха.

Спрос пациента на вдох таким образом немедленно удовлетворяется.

Третий режим (фиг.4С) вЂ, контролируемое и вспомогательное дыхание. Этот режим предпочтителен, когда во время терапии установилось достаточное спонтанное дыхание. В этом режиме нет искусственного дыхания с фиксированной частотой, и ритм дыхания определяется только потреблением пациента. На диаграмме фиг.4С моменты вдохов показаны короткими вертикальными стрелками.

Каждый вдох фиксируется детектором

6 требования дыхания, а генератор

10 стартового сигнала генерирует соответствующий стартовый импульс.

Блок 8 управления режимом работы управляет блоком 24 стробирования для выдачи .разрешающего сигнала на третий вход — вход запуска генератора 14, который соединяет выход детектора 11 остановки дыхания и автоколебательный вход генератора 14.

Генерация пилообразного напряжения будет идти только тогда; когда на вход запуска поступает управляющий сигнал с выхода интегрирующего блока 25 при начале спонтанного вдоха пациента. В начальном периоде генератора 14 начинается вдох, после которого следует период выдоха, который длится до следующего стартового момента.

7 1

Функция контроля заключается в том, что в каждый момент вдоха детектор 10 остановки дыхания начинает период ожидания, который длится примерно 15 с. Если следующий вдох происходит в пределах периода ожидания, то начинается новый период ожидания и состояние детектора 10 не изменяется. Если период ожидания закончился, а вдоха не было, изменится логический уровень детектора 10, автоколебательный вход генератора 14 будет под напряжением и пойдет искусственное дыхание в соответствии с режимом искусственного дыхания на определенный заранее интервал времени, В это время детектор 10 подает сигнал на сигналнзатор 12, и выдается сигнал тревоги.

На диаграмме С фиг.4) период Т

2 показывает период ожидания, который соответствует максимальной приоста- новке дыхания, после чего следует

212315 период Т искусственного дыхания. длительностью 10 с,его величина может быть изменена в соответствующих пределах. Если после периода искусственного дыхания начнется спонтанное дыхание, то вспомогательное дыхание будет продолжено.

В четвертом режиме работы (фиг,4Д)

10 действует режим контролируемого дыхания с постоянным положительным давлением (С.Р.А..Р.) . Этот режим подобен режиму С.P.À.P.., обычно используемому в дыхательной терапии, при

15 котором пациент спонтанно дьппит газовой смесью под положительным давлением. Отличие по сравнению с обычным режимом С.P.À.P. заключается в способе реакции на приостановку

20 спонтанного дыхания, в данном случае контроль за дыханием ведется автоматически контрольной функцией устройства.

1212315

Составитель А.Дмитриева, Редактор Н.Киштулинец Техреду.Гергель Корректор; М.Самборская

Заказ 652/62 Тираж 659 Подписное

/ ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал 1ШП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная, 4