Аппарат искусственной вентиляции легких

 

Изобретение обеспечивает адекватный газообмен для поддержания жизнедеятельности пациента в реанимационный период при ИВЛ за счет построения системы управления на принципе автоматического подбора величины скорости потока в зависимости от измеряемых параметров дыхания, что обеспечивается установкой в тройнике пациента первичного преобразователя 5 давления и выполнением системы 3 управления, которая снабжена последовательно соединенными измерительным преобразователем, сумматором , к второму входу которого подключены задатчик внутрилегочного давления, нечетким контроллером и формирователем сигналов управления скоростью потока . 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 А 61 Н 31/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4652731/14 (22) 21.02.89 (46) 23.01.91. бюл. N. 3 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт медицинского приборостроения (72) В.B. Глухов, И.П. Ионов, П,С. Кантор и С.В. Ульянов (53) 616.475(088.8) (56) Аппарат "Энготрем Эрика". Проспект фирмы "Гамбро". Швеция, 1988; (54) АППАРАТ ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ (57) Изобретение обеспечивает адекватный газообмен для поддержания жизнедеятель„„5LJ„„1621936 Al ности пациента в реанимационный пеоиод при ИВЛ за счет построения системы управления на принципе автоматического подбора величины скорости потока в зависимости от измеряемых параметров дыхания, что обеспечивается установкой в тройнике пациента первичного преобразователя 5 давления и выполнением системы 3 управления, которая снабжена последовательно соединен ными измерительным преобразователем. сумматором, к второму входу которого подключены задатчик внутрилегочного давления, нечетким контроллером и формирователем сигналов управления скоростью потока, 6 ил, 1621930

10 ного контроллера; на фиг.6 — таблица линг- 15 вистических переменных.

35 данные врач с помощью переключателя 14- 40 сопротивление, и переключателя 15 †.емзначение величины внутрилегочного давления в виде электрического сигнала опреде- 45 ции, отношение длительностей вдоха и. выдоха), Сигнал с выхода задатчика 12 через 55

Изобретение относится к медицинской технике и мажет быть использован в анестезиологии, реанимации и интенсивной тера- пии при замещении временно утраченной вентиля цион ной фун кции организма.

Цель изобретения — повышение адекватностй механизма искусственной вентиляции легких, На фиг. 1 показана структурная схема аппарата; на.фиг.2 — структурная схема дыхательного контура; на фиг,3 — структурная схема системы управления; на фиг,4 — структурная схема нечетного контроллера, на фиг.5 — структурная схема алгоритма нечетАппарат искусственной вентиляции легких содержит генератор 1 вдоха, дыхательный контур 2, систему 3 управления, тройник 4 пациента; первичный измерительный преобразователь (ПИП) 5, исполнительный механизм 6 скорости потока, электромагнитный клапан 7 вдоха, электромагнитный клапан 8 выдоха, формирователь 9, нечетный. контроллер 10 скорости потока, сумматор 11, задатчик 12 внутрилегочного давления, измерительный преобразомтель (ИП) 13, переключатели 14 и 15, второй формирователь 16, задатчик 17 частоты вентиляции, интегратор 18, дифференциатар 19 и микропроцессорный контроллер 20:

Аппарат работает следующим образом

После включения аппарата в электрическую сеть генератор 1 подает постоянный поток газа в дыхательный контур 2. На основании данных предварительного обследования или используя нормализованные кость, задатчика 12 устанавливает индивидуальное для конкретного пациента ленной амплитуды и длительности, а задатчиком 17 — временные параметры

ИВЛ. По сигналу с задатчика 17 формирователь Ф2 16 формирует на своем выходе сигналы управления ЭМК 7 и 8, частота следования этих сигналов и их скважность пропорциональны заданным врачом временным параметрам ИВЛ (частота вентилясумматор 11. поступает на вход нечеткого контроллера 10, на выходе которого появляется последовательность прямоугольных импульсов, пропорциональная скорости патока, обеспечивающего заданную величину

30 внутрилегочнога.давления. Эта последовательность в Ф1 9 формируется в цифровой код "1 — 2 — 3" и передается на исполнительный механизм 6. В зависимости от частоты следования пропорциональных импульсов на выходе контроллера 10, а следовательно, и частоты следования кода "1 — 2 — 3" с выхода Ф1 9 исполнительный механизм 6 обеспечивает заданную врачом скорость потока. Аппарат подключают к пациенту.

В процессе проведения ИВЛ истинное значение давления измеряется ПИП 5 и подается на вход ИП 13. Электрический сигнал на выходе ПИП 5, пропорциональный пневматическому сигналу давления в тройнике 4 пациента; проходя ИП 13, нормируется по. амплитуде и длительности в электрический сигнал Х (t), Этот сигнал поступает íà вход сумматора 11, на второй вход которого поступает электический сигнал g(t). Сумматор

11 осуществляет алгебраическое суммирование этих сигналов, в результате которого на его выходе появляется сигнал ошибки

a (t). Исходя из выбранной модели объекта управления (фиг.1) можно записать

Х (t)=Pген (e )

g()=р- (< - ) где X(t) — текущее значение внутрилегочноГо давления;

g(t) — текущее значение заданной àïïaратом величины давления; т1.— постоянная времени легких; т — постоянная (эквивалентная) времени аппарата и модели;

t — длительность входа;

Рге — давление, создаваемое генератором потока.

По определению ошибка равна а(т) =Х(1) — 9(), отсюда получают

-г -Е

F (1 )=Рген (g э е

g ГЭ е ег е г. ()= Рген()

Сигнал, пропорционалЬный е (t), поступа-. ет на вход нечетного контроллера 10, в котором с помощью устройства 18 и 19 происходит соответственно интегрирование и дифференцирование сигнала ошибки. Для множества входных ивыходныхвеличин(Е, k,U) можно ввести функции принадлежности и лингвистические переменные, Причем функция принадлежности для U отражает качественное значение этой величины для пациента. Для нормированной функции принадлежности значения аргумента и самой функции

1621930 заключены в интервале (0.1). Значение "1" соответствует условию наибольшего рассогласования с эталоном здоровья, а значение "0" полное с ним совпадение.

Лингвистические переменные для функций 5 принадлежностей могут быть представлены в виде терм-множеств нормированной ошибки, ее производной и управляющего воздействия, Далее всех трех переменных приняты одинаковые интервалы: "Б" — боль- 10 шой, "ВС" — выше среднего, "С" — средний, "НС" — ниже среднего, "M" — малый, "Н"— близкий к нулю. На основании выбранных интервалов составлена таблица лингвистических правил для продукции типа: если 15

Т г,<= :<,< (и(ц )- В С)иг.<ч(о)=г<ч<(и(q <,<) — H ),то,u (A LJ ) =С (/» (Л 0 ) — = Л 0 ) где f: N f. <,< (о ) — максимальные зна <ения переменных; 20 ,и (. << ),,и (f: N ),,и (Л0 ) — функции принадлежности лингвистических переменных;

"8C", "Н" и "С" — примеры термов.

На основании данной теории в MK 20 происходит выделение максимумов входных сигналов и их преобразования в функции принадлежности лингвистических переменных ,и (f: <ч ) =f. <ч ех р (К < (1 — К N ) ), К < = 2;

/l (е g (о)= : „,(О) ехр 4 (I — <ч (o)) К2

=0,3.

В 03У процессора хранятся решающие правила. собранные в таблицу лингви- 35 стических переменных, и осуществляется вычисление (выбор) управляющего воздействия также в виде лингвистической переменной и (Л 0 ). Функционирование MK 20 осуществляется таким образом, что про- 40 грэмма начинается с задания таблицы лингвистических переменных в виде целочисленного массива L(J, j). Далее с шины данных считываются лингвистические переменные,и (f: <) — ЕС1 и лингвистиче- 45 ские переменные и (с <ч (о) 1 — ЕД1. После аыбора знака ЕС1 и ЕД1 логически обрабатываются с присвоением новой перемен.ной М1 значения Р1 ("= ЕС1) и новой переменной M2 = Г2 (ЕД1) индексов массива

L (1, j). после чего определяется значение величины Z = (M1, М2), Логическая обработка этой величины дает лингвистическую переменную МЗ = ГЗ(), которая в виде лингвистической переменной,и (Л U) поступает на вход функционального преобразователя, с помощью которого происходит обратное преобразование лингвистической переменной в цифровой код. Этот код поступает на вход Ф19, сигналь< управления с выхода Ф 9 определяют направление и угол поворота шагового двигателя, а следовательно, уменьшение или увеличение зазора. в устройстве "сопла-заслонка"., Тем самым происходит автоматическое управление величиной V«<(t) в направлении минимизации величины r (t ) .

Таким образом осуществляется работа аппарата с ауторегуляцией величины минутной вентиляции с учетом изменения интегральных параметров системы внешнего дыхания.

Формула изобретения . Аппарат искусственной вентиляции легких, содержащий генератор вдоха постоянного потока и систему упра.вления, включающую формирователь сигналов управления временными параметрами, под-, ключенные к первому и второму входам дыхательного контура с исполнительными механизмами, третий вход и выход которого связаны с тройником пациента, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения адекватности искусственной вентиляции легких, в тройнике пациента установлен первичн ы и измерител ьный преобразователь, выход которого подключен к системе управления, которая снабжена последовательно соединенными измерительным преобразователем, сумматором, к второму входу которого подключен задатчик внутрилегочного давления, нечетким контроллером и формирователем сигналов управления скоростью потока, причем вход задатчика давления подключен к выходу формирователя сигналов управления временными параметрами, являющемуся первым выходом системы управления, вторым выходом которой служит выход формирователя сигналов управления скоростью потока, подключенный к четвертому входу дыхательного контура, 1621930

- пнедиагпическое сдязо

1621930

1621930

Составитель Д,Николаев

Техред М,Моргентал Корректор Л.Бескид

Редактор А.Мотыль

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 65 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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