Аппарат для искусственного дыхания

 

ОПИСАНИЕ l9369l

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

Зависимое от авт. свидетельства Ко

Кл. 30k, 13/01

Заявлено 14.XII.1965 (М. 1042326/31-16) с присоединением заявки М

Приоритет

Опубликовано 13.III.1967. Бюллетень М 7

Дата опубликования описания 16Л .1967

МПК А 61m

УДК 615.816(088.8) Комитет оо делам изобретений и открытий ори Совете Ы настрое

СС Р

Авторы изобретения гс „„ : „. ев н(д)ту-,автомаСР

М. К. Сомс, И. Б. Криштул, В. И. Поляков, В. Н. Дмитр и В. Г. Градецкий

Всесоюзный научно-исследовательский институт медицинск ментов и оборудования и Научно-исследовательский инстит тики и телемеханики (технической кибернетики) АН С

Заявители

A1lIlAPAT ДЛЯ ИСКУССТВЕННОГО ДЫХАНИЯ

Аппараты для искусственного давления, содержащие источник сжатого газа, инжекторы, эжектор, управляемые клапаны и переключающий механизм с датчиком времени, известны.

Предлагаемый аппарат отличается от известных тем, что его переключающий механизм выполнен в виде струйного элемента с усилителем. Струйный элемент, управляемый устройствами типа сопло-заслонка, имеет три входных и два взаимно исключающих друг друга выходных газопроводящих канала. Такое выполнение аппарата устраняет взаимную зависимость регулируемых параметров дыхания и обеспечивает получение минимальных значений давления входа и разряжения выдоха.

Усилитель содержит две камеры, разделенные мембраной с жестким центром, две заслонки в виде мембраны меньшей площади с жесткими центрами и два сопла в виде выходных отверстий инжекторов. Это позволяет усиливать сигналы по давлению и производительности на выходе струйного элемента с одновременным получением сигналов разного знака в обоих управляющих каналах.

B качестве заслонок, вызывающих переключение струйного элемента по давлению (разрежению), используются мембраны датчиков давления (разрежения), а в качестве заслонки, вызывающей переключение струйного элемента по времени, используются мембраны пневматического датчика времени, Кроме того, датчики давления, разрежения и времени выполнены в виде мембранных коробок с двумя соединенными между собой и отличающимися по площади мембранами, нагруженными регулируемыми пружинами.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого аппарата.

Аппарат состоит из переключающего устройства I. блока 2 низкого давления и блока 8 высокого давления.

Основным узлом переключающего устройства является струйный элемент 4, пять газопроводящих каналов: канал 5 питания, каналы б и 7 управления и два взаимно исключающих друг друга выходных канала 8 и 9.

Благодаря применению струйного элемента достигается стабильность и надежность (отсутствие механических трущихся пар), быстродействие, составляющее тысячные доли секунды, нечувствительность к коррозии. (струйный элемент изготовляется печатным способом из пластмасс), отсутствие износа, экономичность (питание струйного элемента осуществляется газом с избыточным давлением 100—

200 л л вод. ст.), строгая фиксация положений вдоха и выдоха, возможность использовать аппарат для вспомогательного дыхания, а также широкий диапазон регулирования давления и разрежения (практически от нуля) вви30 ду малых величин переключающих сигналов, независимость регулировки давления и разрежения от других параметров дыхания и друг

193691 от друга ввиду отсутствия механической связи струйного элемента с регулирующими устройствами. Аппарат содержит также датчик 10 давления, датчик 11 разре>кения попытки вдоха и датчик 12 времени выдоха (или паузы при вспомогательном дыхании), представляющие собой мембранные коробки, ограниченные с одной стороны мембраной большого диаметра с жестким центром большой площади, а с другой стороны — мембраной малого диаметра с жестким центром малой площади. Обе мембраны жестко соединены осью, причем каждая ось подпружинена при помощи регулируемых пружин 18, 14, 15, посредством которых осуществляется плавная регулировка давления, разрежения попытки вдоха и времени выдоха или паузы. Необходимое натяжение пружин устанавливается с помощью рукояток 1б, 17, 18.

Сопла 19, 20, 21 в паре с жесткими центрами датчиков составляют элементы типа соплозаслонка. В этих элементах формируются сигналы переключения, поступающие в каналы б и 7 струйного элемента. Элементы типа соплозаслонка дьпот возможнос ь получать релейный сигнал. Расположение заслонок на разных датчиках делает регулировку параметров дыхания независимой друг от друга и от минутной вентиляции, так как питание и сигналы, поступающие на струйный элемент, остаются неизменными при любых значениях параметров дыхания. Расход газа через открытые сопла незначителен ввиду малых значений сигналов, управляющих струйным элементом (в пределах 10 мл вод. cT.). Перемещение заслонок составляет десягые доли миллиметра при отсутствии механического трения.

Инжектор 22 с высоким коэффициентом эжекции, включенный после редуктора 28 и баллона 24, обеспечивает автономную систему питания переключающего устройства, что также гарантирует независимость регулировки параметров дыхания.

Необходимая характеристика питания по давлению и расходу устанавливается вентилем 25 на инжекторе 22. Необходимое давление в соответствующих каналах устанавливается с помощью пневмосопротивлений 2б, 27, 28 и 29. Датчик 11 разрежения попытки входа при работе на автоматическом режиме отключается краном 80. Перемещения заслонок-мембран в сторону, противоположную от сопел, ограничиваются упорами 81. Камера датчика 12 времени заполняется через пневмосопротивление 82, которое предварительно регулируется, исходя из максимального значения времени паузы при максимальном натяжении пружины. Камера датчика времени мгновеи 10 опоро>княется через самодействующий клапан

88.

Самодействующие клапаны 84 и 85 препятствуют выходу в атмосферу управляющего сигнала от датчика П разряжения попытки вдоха через открытое сопло датчика 12 времени (и наоборот) .

55 бО

Так как величины регулируемых параметров значительно превышают величины выходных сигналов струйного элемента, в переключающее устройство включен усилитель 86, содер>кащий камеры 87 и 88, разделенные большой мембраной 89 с жестким центром большой площади и отделенных от атмосферы малыми мембранами 40 и 41 с жесткими центрами малой площади.

Малые жесткие центры вместе с соплами инжекторов 42 и 48 образуют элемент типа соило-заслонка, благодаря чему достигается одновременное получение сигналов разного знака в обоих выходных каналах усилителя.

Зто значительно расширяет возможности управления.

Блок 2 низкого давления содержит клапаны

44 и 45, управляемые от усилителя 86. Благодаря наличию одновременно в обоих каналах усилителя сигналов разного знака клапаны полностью управляемы и не подвержены воздействию протекающих через них потоков газа с различным расходом и давлением, так как они всегда надежно фиксированы управляющим давлением или разрежением в одном из двух своих положений.

Физиологичная кривая дыхания обеспечивается клапаном 4б сброса давления. С помощью обратного клапана 47, пациенту облегчается возможность создания необходимого разре>кения при попытке вдоха, так как он препятствует возможности сделать вдох из атмосферы через диффузор эжектора. 5Келаемое разрежение выдоха от 0 до максимума устанавливается регулируемым клапаном 48 разрежения. Клапан 48 устанавливается в линии вдоха, что обеспечивает подсос свежего газа. Он является также предохранительным клапаном разрежения. Благодаря наличию длинной регулируемой пружины 49 значение разрежения практически не зависит от минутной вентиляции.

Предохранительный гравитационный клапан

50 давления предотвращает повышение внутрилегочного давления выше допустимой нормы.

Блок 8 высокого да.вления содержит инжектор 51, обеспечивающий нагнетание в легкие кислородо-воздушной смеси при вдохе и работающий только в фазе вдоха, и эжектор 52, который включается только при автоматическом режиме краном 58 и работает только в фазе выдоха, обеспечивая разрежение после сброса давления до нуля. При вспомогательном дыхании кран 58 перекрывает доступ сжатого газа к эжектору. Такое разделение работы инжектора и эжектора позволяет полностью устранить соприкосновение свежего и выдохнутого газа внутри аппарата, а также дает возможность сделать эжектор более низкой производительности, чем инжектор, т. к. объем, отсасываемый через эжектор, меньше объема вдоха за счет сброса части объема в атмосферу, а, кроме того, время выдоха всегда оольше времени вдоха. Тем самым предот193691

65 вращается неэкономичный расход кислорода.

Для отключения эжектора в фазе вдоха с целью экономии кислорода служит устройство

54, которое содержит две камеры 55 и 56, разделенные мембраной 57. 3а счет разницы эффективных площадей мембраны со стороны инжектора 51 и эжектора 52 (за счет площади сопла 58) мембрана в фазе вдоха, когда обе камеры сообщаются с линией высокого давления, перекрывает сопло и препятствует подаче высокого давления в эжектор. Когда же в фазе выдоха давление перед инжектором падает до нуля, сообщаясь с атмосферой через вентиль 59, мембрана поднимается под действием давления в камере 55 и пропускает газ в эяектор.

Вентиль 59 отключает инжектор от линии высокого давления и соединяет его с атмосферой, когда аппарат находится в состоянии ожидания попытки вдоха. Он также позволяет применять отдельно инжектор и эжектор и легко отключать их в ту фазу дыхательного цикла, когда они не должны работать. Переключение вентиля 59 осуществляется с помощью двух мембран 60 и 61 с жесткими центрами, управляемых от усилителя 86.

Одновременное наличие сигналов разного знака в обоих каналах усилителя позволяет получить на рычаге вентиля то (весьма значительное) усилие, которое необходимо для

его переключения.

Давление сжатого газа перед инжектором и эжектором регулируется краном 62. В блоке 8 имеются противопылевые фильтры 68 и 64 для кислорода и для воздуха.

Аппарат снабжен также увлажнптелем 65 для увлажнения вдыхаемого газа.

Аппарат оснащен измерительными приборами: мановакуумметром бб для измерения давления и разрежения и вентилометром 67 для измерения дыхательного объема и минутной вентиляции. При работе аппарата кислород из баллона 24 через редуктор 23 и фильтр 68 поступает в аппарат. Далее кислород поступает через вентиль 25 в инжектор 22 питания системы управления, где происходит подсос атмосферного воздуха через фильтр 64. Таким образом, система управления получаст питающий газ необходимого расхода и давления. Через пневмосопротивление 26 газ посту.пает в канал 5 питания струйного элемента 4, откуда перетекает в приемное сопло выходного канала 8 и далее в камеру 37 усилителя 86.

Так как давление в канале 9 в этот момент равно нулю, то мембрана 39 под действием давления в камере 87 перемещается вправо, закрывая мембраной 40 сопло инжектора 42, и открывая сопла инжектора 48, что сопровождается появлением давления в управляющей линии с инжектором 42 и разреяения— в управляющей линии с ин)кектопом 43. При этом под действием усилия, развиваемого мембранами 60 и 61, управляемый вентиль 59 высокого давления перекрывает поступление сжатого газа в инжектор 51, сообщая его с

2О

55 атмосферой. С)катый газ через устройство 54 и крап )8 посту НВсТ в эжектор 52.

Одновременно под действием давления в управляющей линии с инжектором 42 закрывается управляемый клапан 44 вдоха, а под действием разрежения в управляющей линии с инжектором 48 открывается управляемый клапан 45 выдоха. Пациент выдыхает — клапан ,f 7 открыт. Причем, в первый момент выдоха происходит быстрый сброс давления до нуля в атмосферу через клапан 46, далее в легких пациента под действием работы эжектора 52 начинает создаваться разрежение, величина которого ограничена клапаном 48, который открывается после достижения уст ановленного з аченпя, подсасывания воздуха из атмосферы.

Одновременно с поступлением газа из канала 8 струйного элемента 4 в камеру 87 усилителя 86, начинается заполнение через пневмосопротивление 82 камеры датчика 12 времени. В этот момент, когда давление в камере достигнет величины, способной преодолеть натяжение пружины 15, мембрана-заслонка перекроет сопло 21, вследствие чего в линии, связанной с управляющим каналом 6 струйного элемента 4, возникает давление газа, под действием которого происходит переброс струи из канала 8 в канал 9, в котором струя будет зафиксирована благодаря каналу обратной связи.

Мгновенно произойдет опорожение камеры датчика 12 времени через клапан 88. Новому положению струйного элемента будет соответствовать давление в камере 88 усилителя 86, тогда как в камере 87 давление упадет до нуля.

Под действием давления в камере 88 мембрана 39 передвинется. При этом мембрана

41 перекроет сопло инжектора 43, создавая давление в этой управляющей линии. Сопло инжектора 42 окажется открытым, вследствие чего будет создано разрежение в этой управляющей линии.

Вентиль 59 высокого давления перекрывает выход в атмосферу и сообщает инжектор с линией подачи сжатого газа. Одновременно, благодаря давлению в камере 55 устройства

54, отключается эжектор 52 — происходит переключение клапанов. Клапан 44 вдоха открывается, а клапан 45 выдоха закрывается. При этом кислород через инжектор 51, подсасывая газ пз атмосфсры, поступает через клапан 44 вдоха в легкие пациента. Наполнение легких пациента продолжается до тех пор, пока давление, повышаясь, не достигнет величины, способной преодолеть натяжение пружины 18 датчика 10 давления.

При этом мембрана-заслонка датчика давления перекроет сопло 19 и в канале 7 струйного элемента 4 возникает давление, под действием которого струйный элсме 1Т и все связаш>ые с ни..I клапаны переходяT в положение гыдоха. Затем цикл повторяется.

193691

Типография, пр. Сапунова, 2

При автоматическом режиме с пассивным выдохом и при вспомогательном дь ханин эжектор 52 отключается с помощью крана 53.

При этом через кран 30 к дыхательной системе подключается датчик 11 разрежения попытки вдоха. Усилие попытки устанавливается рукояткой 17 путем натяжения пружин 14. С помощью рукоятки 18 датчика 12 времени устанавливается интервал времени, заведомо превышающий тот, через который происходят дыхательные попытки пациента. Таким образом, переключение с выдоха на вдох происходит в такт с дыхательными попытками пациента вследствие срабатывания датчика 11 разрежения попытки вдоха.

Под действием разряжения происходит перекрытие сопла 20, что создает переключающий сигнал в канале б струйного элемента и включает аппарат на вдох.

При отсутствии попытки вдоха со стороны пациента переключение с выдоха на гдох произойдет вследствие срабатывания пневматического датчика времени.

Предмет изобретения

1. Аппарат для искусственного дыхания, содержащий источник сжатого газа, инжектор,, эжектор, управляемые клапаны и переключающий механизм с датчиком времени, от,гггчагощийся тем, что, с целью устранения взаимной зависимости регулируемых параметров дыхания и получения минимальных значений давления вдоха и разряжения выдоха, переключающий механизм выполнен в виде струйного элемента с усилителем, имеющего три вход5 ных и два взаимно исключающих друг друга выходных газопроводящих канала, управляемого устройствами типа сопло-заслонка.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что, с целью усиления сигналов по давлению и

10 производительности на выходе струйного элемента с одновременным получением сигналов разного знака в обоих управляющих каналах, усилитель содержит две камеры, разделенные мембраной с жестким центром, две заслонки

15 в виде мембраны меньшей площади с жесткими центрами и два сопла в виде выходных отверстий инжекторов.

3. Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве заслонок, вызывающих пере20 ключение струйного элемента по давлению (разрежению), использованы мембраны датчиков давления (разрежения), а в качестве заслонки, вызывающей переключение струйного элемента по времени, использованы мем2о браны пневматического датчика времени.

4. Аппарат по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что датчики давления, разрежения и времени выполнены в виде мембранных коробок с двумя соединенными между собой и отличающимися по площади мембранами, нагруженными регулируемыми пружинами.

Составитель Е. Я. Ланцбург

2 Peдактор А И Пименова

Текред Л. Бриккер

Корректоры: А. М. Смак и С. М. Белугина

" аказ 1197г15 Тираж 535

Подписное

I1НИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при

Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4