Мультипликаторный аппарат искусственной вентиляции легких

Изобретение относится к медицине, а именно к мультипликаторному аппарату искусственной вентиляции легких. Аппарат включает неподвижный статор и скользящий по его внутренней поверхности ротор, содержащий газ под избыточным давлением. Статор и ротор в продольном направлении выполнены двухсекционными, с равномерно распределенными в окружном направлении окнами, одна секция которых, компрессионная, сообщена со сжатой кислородной смесью, а другая - атмосферная - с внешней средой. Обе секции статора имеют n одинаковых окон угловой величины , соединенных с дыхательными трубками вдоха и выдоха, которые на других концах соединены с тройниками пациентов. Обе секции ротора имеют L окон угловой величины для компрессионной секции и - для атмосферной, где β=2π/L, эти секции ротора-золотника повернуты относительно друг друга на угол β/(1+b/a) и разделены несущей круговой пластиной. Частота вращения ротора составляет f=ν/L, где ν - требуемая частота дыхания, a/b - отношение длительностей вдоха и выдоха, все окна статора, кроме одной пары, могут быть заглушены для преобразования аппарата ИВЛ из многоканального в индивидуальный. Техническим результатом является эффективная работа в индивидуальном режиме с возможностью подключения нескольких пациентов, достижения оптимального режима аппарата ИВЛ по критерию обслуживания дыхательных контуров, экономичное распределение кислородной смеси. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для принудительной вентиляции дыхательной системы больных в условиях вспышки пандемии и других чрезвычайных ситуаций, когда стремительный рост числа заболевших «захлестывает» возможности здравоохранения. Аппарат искусственной вентиляции легких (ИВЛ) - это весьма высокотехнологичное дорогостоящее медицинское оборудование, предназначенное для принудительной подачи кислородной газовой смеси в легкие пациентов, страдающих дыхательной недостаточностью. В настоящее время это - единственный способ сохранения жизни больных, обеспечивающий насыщение крови кислородом и удаление из нее углекислого газа, пока проводятся восстановительные лечебные процедуры /Горячев А.С., Савин И.А. Основы ИВЛ. Руководство для врачей. Москва, 2019; Полупан А.А., Горячев А.С., Савин И.А. Асинхронии и графика ИВЛ. Москва, 2017; Сатишур О.Е. Механическая вентиляция легких. Москва, 2006; Кассиль В.Л., Выжигина М.А., Лескин Г.С. Искусственная и вспомогательная вентиляция легких Москва, 2004; Лебединский К.М., Мазурок В.А., Нефедов А.В. Основы респираторной поддержки. СПб, 2008; Chang D.W. Clinical Application of Mechanical Ventilation. 3rd Edition, 2006; Hess D.R., Kacmarek R.M. Essentials of Mechanical Ventilation. 2nd Edition, 2002; Papadakos P.J., Lachmann B. Mechanical Ventilation: Clinical Applications and Pathophysiology, 2008; Pilbeam S.P., Cairo J.M. Mechanical Ventilation: Physiological and Clinical Applications. 4th Edition 2006; Tobin M.J. Principles and Practice of Mechanical Ventilation. 3rd edition, McGraw-Hill 2013; MacIntyre N.R., Branson R.D. Mechanical ventilation. 2nd edition, Saunders Elsevier, 2009; Chatburn R.L. Fundamentals of Mechanical Ventilation: A Short Course on the Theory and Application of Mechanical Ventilators. 2nd Edition 2004/.

Целью изобретения является создание очень простого надежного экономичного аппарата ИВЛ, работающего в режиме принудительного дыхания по времени, призванного восполнить внезапный недостаток штатного оборудования при катастрофических пандемиях, приводящих к массовой дыхательной недостаточности населения. Особенностью предложенной конструкции является отсутствие вентилятора, что повышает надежность и экономичность, и возможность в случае чрезвычайных ситуаций подключения к одному аппарату нескольких пациентов. Аппарат, в частности, может работать и как индивидуальное средство ИВЛ, при отключении всех дыхательных контуров, кроме одного, путем простой заглушки окон статора.

Указанная цель достигается благодаря применению в конструкции медленно вращающегося золотника, обеспечивающего быстрое переключение дыхательных контуров от источника газа под давлением, который выполняет функцию скользящих клапанов, регулирующих одновременную работу всех каналов поступления и отвода газовой смеси. Медленное вращение ротора-золотника снижает мощность сил трения и тепловыделения при его скольжении по поверхности статора, что открывает возможности его применения даже для больших диаметров устройства.

Аппараты, позволяющие успешно проводить ИВЛ одновременно нескольким пациентам, экстренно были созданы в 2020г. в Российской Федерации благодаря наличию бактерицидных фильтров, обеспечивающих 99,9% защиту от бактерий и вирусов /Электронный ресурс https://www.interfax.ru/russia/701318/. Перед госкорпорацией Ростех была поставлена задача рассмотреть возможность разработки опытных образцов одноразовых комплектов контуров вентиляции легких для двух, трех или четырех пациентов по аналогу зарубежных. Разработка представляет собой систему одноразовых дыхательных контуров, переходников и фильтров для вентиляции легких до четырех пациентов, исключающую перекрестное заражение между ними /Электронный ресурс https://tass.ru/ekonomika/8104865/.

Итак, предлагается использовать золотниковый принцип подачи кислородно-воздушной смеси, но не традиционно распространенный в пневматических системах возвратно-поступательный, а наиболее простой и надежный - медленно вращающийся. Применение вращающихся золотниковых пульсаторов до сих пор сдерживалось следующим обстоятельством. С ростом частоты вращения золотника увеличивается окружная скорость на его наружной поверхности трения, и механизм скольжения сопрягающихся поверхностей - ротора и статора,- осложняется ростом мощности сил трения, значительным тепловыделением, трудностями смазки, износом сопрягающихся поверхностей и нарушениями плотности их взаимного прилегания. Следовательно, многократное снижение частоты вращения золотниковых пульсаторов, на порядок и более, при сохранении функциональности, весьма принципиально, ибо открывает возможности их широкого внедрения.

Вращающийся золотниковый аппарат ИВЛ включает в себя неподвижный статор и вращающийся ротор, расположенный внутри статора по его оси симметрии. Функция статора - равномерное размещение по окружности n дыхательных контуров, воспринимающих из ресивера и передающих далее по трубкам вдоха через тройники пациентов кислородную смесь и выводящих через трубки выдоха в атмосферу отработанную углекислотную смесь, а ротора - периодическое последовательное распределение этих дозированных порций газа по дыхательным контурам. Окна статора и ротора выполнены в виде щелевых отверстий. При использовании на роторе только одного окна большая часть времени вращения ротора-золотника расходуется не на выполнение его главной функции - подачи и отвода газа под давлением на окна статора, а на совершенно непроизводительные холостые повороты своего единственного окна ротора к очередному окну статора. Это влечет высокие обороты ротора и малое время совмещения окон ротора и статора для выполнения основной функции. Недопустимо резко снижается функциональность и надежность устройства из-за значительного механического тепловыделения, трудностей смазки, износа сопрягающихся поверхностей и нарушений плотности их взаимного прилегания.

Таким образом, сдерживающим фактором применения вращающихся золотников являлась высокая частота их вращения.

Задачей заявляемого изобретения является многократное снижение частоты вращения ротора золотникового аппарата ИВЛ за счет использования многооконного ротора, при котором полный цикл подачи свежего газа в дыхательные контуры пациентов и вывода из них отработанного осуществляется за время не полного оборота ротора, а только за время весьма малого его поворота, что устраняет перечисленные выше проблемы внедрения вращающихся золотников.

Необходим учет обслуживания замкнутых оконечных устройств, которыми для аппарата ИВЛ являются дыхательные контуры пациентов. Импульсы свежего газа поступают из области повышенного давления в дыхательные трубки вдоха, а отработанного - выходят в атмосферную среду через трубки выдоха с заданными частотой и соотношением длительностей вдоха-выдоха.

Поставленная задача решается тем, что статор и ротор золотникового аппарата ИВЛ в продольном направлении выполнены двухсекционными, а именно, компрессионными и атмосферными. Обе секции статора - как компрессионная, так и и атмосферная - одинаковые, их окна служат для соединения с трубками вдоха и выдоха, а компрессионная и атмосферная секции ротора - различные. Одна секция ротора сообщена с кислородной смесью под определенным постоянным давлением ресивера, а другая - с атмосферной средой, при этом обе эти секции золотника имеют одинаковое число окон, но длины окон различны, повернуты друг относительно друга и разделены несущей круговой пластиной. Сопутствующим эффектом является простота, надежность и экономичность конструкции, а также многоканальность - возможность дополнительного подключения сразу нескольких пациентов.

Изложенная сущность поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез аппарата ИВЛ, на фиг. 2 - поперечные разрезы по двум сечениям секций A-A и B-B, сообщающихся с компрессионной и атмосферной камерами соответственно, на фиг. 3 - временные развертки площади открытия S попеременно открывающихся-закрывающихся окон статора, соединяющихся с трубками вдоха и выдоха, и давлений P в дыхательных путях пациентов для соотношений длительностей вдоха-выдоха 1/1 и 2/3.

Схема мультипликаторного аппарата ИВЛ

Мультипликаторный аппарат искусственной вентиляции легких (фиг. 1, 2) состоит из вращающегося двухсекционного ротора-золотника 1, каждая продольная секция которого снабжена равномерно распределенными по окружности L окнами 2, 3, где L = 1, 2, 3,… - любое натуральное число - коэффициент мультипликации. Ротор-золотник 1 скользит внутри двухсекционного статора 4 с одинаковыми продольными секциями. Две секции ротора 1 и статора 4 отдельно изображены на поперечных разрезах A-A и B-B (фиг. 2). Обе секции статора 4 одинаковы и снабжены n равномерно распределенными по его окружности окнами 5, 6 угловой величины γ с подсоединенными к ним n дыхательными контурами, где n = 1, 2, 3,… - натуральное число - количество каналов. При n = 1 устройство работает как обычный аппарат ИВЛ индивидуального пользования. Дополнительные каналы n > 1 подсоединяются путем простого открытия заглушек окон статора и служат для одновременного обслуживания нескольких пациентов в случае чрезвычайных ситуаций. Каждый дыхательный контур в простейшем варианте состоит из трубки вдоха 7 и трубки выдоха 8. Одними концами дыхательные трубки вдоха 7 и выдоха 8 соединены с компрессионным 5 и атмосферным 6 окнами статора, а на других концах - замыкаются посредством тройника пациента 9. Обе продольные секции ротора-золотника 1 размещены на несущей круговой пластине 10, которая вращается с малой, по сравнению с требуемой частотой дыхания, частотой f посредством приводного вала 11. Несущая круговая пластина 10 разделяет полости двух секций ротора 1, сообщающихся соответственно с двумя камерами: компрессионной - ресивером 12, - накопительной емкостью сжатой кислородной смеси, предназначенной для принудительной подачи пациентам, и атмосферной 13, сообщающейся с внешней средой для вывода отработанного газа. Компрессионная секция ротора имеет окна 3 угловой величины γ = β/(1+b/a) - γ, а атмосферная - окна 2 с углом γ = β/(1+a/b) - γ, где a/b - соотношение длительностей вдоха и выдоха, β = 2π/L, и эти две секции ротора-золотника повернуты друг относительно друга на угол β/(1+b/a) (фиг. 2).

Принцип работы мультипликаторного аппарата ИВЛ

Для пояснения принципа работы мультипликаторного аппарата ИВЛ, анализа переключений компрессионной и атмосферной секций и результирующих давлений в дыхательных путях пациентов служат фиг. 2 и 3. На фиг. 3 изображены временные развертки работы аппарата ИВЛ для соотношения длительностей вдоха-выдоха a/b = 1 и a/b = 2/3. Для определенности показан режим работы для аппарата ИВЛ с 4 дыхательными контурами, n = 4. Аппараты с другим числом каналов - количеством дыхательных контуров, - работают совершенно аналогично.

Направление вращения ротора-золотника 1 показано круговой стрелкой, помеченной буквой f (фиг. 1, 2). Далее f будет обозначать также частоту вращения ротора 1. Угловая частота вращения ротора 1 обозначена через ω и составляет ω = 2πf.

Работает устройство следующим образом. При вращении ротора 1 поочередно открываются (включаются) и закрываются (выключаются) окна компрессионной (сечение A-A) и атмосферной (B-B) секций статора 4 (фиг. 1, 2). Дыхательная смесь из ресивера 12 поступает через окно 5, трубку вдоха 7 на тройник пациента 9 и в его дыхательные пути, а затем через тройник 9, трубку выдоха 8 и окно 6 выводится в атмосферу 13 (фиг. 1). Для любого из дыхательных контуров временные развертки площади S открытия окон статора 5, 6, соединяющихся соответственно с трубками вдоха 7, выдоха 8, и давлений P в тройниках пациентов 9 и их дыхательных путях для соотношений тактов вдоха-выдоха a/b = 1 и a/b = 2/3 изображены на фиг. 3.

Пусть в начальный момент времени включается окно компрессионной секции (фиг. 2). Газ под действием градиента давления начинает поступать из компрессионной камеры 12 через окно 5, трубку вдоха 7 на тройник пациента 9 и далее - в его дыхательные пути (фиг. 1). Переменная во времени площадь S открывающегося окна 5 статора как функция времени представляет собой часть меандра, расположенного в положительной полуплоскости (на фиг. 3 отмечена через A-A, по обозначению поперечного сечения на фиг. 1, 2). Когда окно 5 компрессионной секции выключается, синхронно включается окно 6 атмосферной секции. Тогда газ под действием градиента давления из дыхательных путей через тройник пациента 9, трубку выдоха 8 и окно 6 выходит в атмосферную камеру 13. Теперь переменная во времени площадь S открывающегося окна статора 6 как функция времени представляет собой часть меандра в отрицательной полуплоскости (на фиг. 3 помечена как B-B, по обозначению соответствующего поперечного сечения на фиг. 1, 2).

Такому временному закону площади открытия окон статора 5, 6 отвечает вполне определенная временная развертка давления P на тройнике пациента 9 и в его дыхательных путях, в том же масштабе времени также представленная на фиг. 3. Это - меандр сжатия, - положительного избыточного давления, сменяющийся нулевым избыточным давлением при переключении дыхательного контура с компрессионной камеры 12 на атмосферную 13.

Для рассматриваемого дыхательного контура фаза вдоха начинается с нулевого момента времени и заканчивается моментом безразмерного времени (ω/β)t = γ/β = (γ+ γ)/β = 1/(1+b/a). Далее с момента времени (ω/β)t = γ/β = (γ+ γ)/ β = 1/(1+b/a) и до (ω/β)t = 1 длится фаза выдоха. Процесс периодичен и повторяется с периодом (ω/β)T = 1.

Так, для соотношения длительностей вдоха-выдоха a/b = 1 фаза вдоха начинается с нулевого момента времени и заканчивается моментом безразмерного времени (ω/β)t = 1/2. Далее с момента времени (ω/β)t = 1/2 и до (ω/ β)t = 1 длится фаза выдоха. Процесс периодичен и повторяется с периодом (ω/β)T = 1.

Для соотношения длительностей вдоха-выдоха a/b = 2/3 фаза вдоха начинается с нулевого момента времени и заканчивается моментом безразмерного времени (ω/β)t = 2/5. Далее с момента времени (ω/β)t = 2/5 и до (ω/β)t = 1 длится фаза выдоха. Процесс периодичен и повторяется с периодом (ω/β)T = 1.

Вращающаяся часть представленного аппарата ИВЛ имеет осевую симметрию L порядка, т.е. при повороте ее вокруг оси вращения на угол β = 2π/L она совмещается сама с собой. Именно это и обеспечивает полный цикл работы всех дыхательных контуров не за полный период вращения ротора-золотника, а только за его 1/L часть, обуславливая эффект мультипликации.

Технические характеристики мультипликаторного аппарата ИВЛ. Сводка основных формул

Главными характеристиками аппаратов ИВЛ являются частота дыхания ν и соотношение длительностей вдоха-выдоха a/b на каждом дыхательном контуре. Отметим, что отношение длительностей вдоха-выдоха a/b в англоязычной литературе традиционно обозначается через i/e (от англ. “inspiration” - вдох, “exspiration” - выдох).

Частота дыхания ν на каждом контуре определяется исключительно частотой вращения f ротора-золотника:

ν = Lf.

Соотношение длительностей вдоха-выдоха a/b определяется отношением конструктивных углов γ = γ+ γ и γ = γ+ γ:

a/b = γ/γ.

Здесь γ = γ+ γ и γ = γ+ γ - суммарные угловые величины окон ротора и статора для компрессионной и атмосферной секций соответственно, связанные соотношением:

γ + γ = β.

Тогда имеем:

a/b = γ/(β - γ) = β/γ - 1,

b/a = γ/(β - γ) = β/γ - 1,

где

γ = γ+ γ - суммарная угловая величина окон ротора γ и статора γ для компрессионной секции,

γ = γ+ γ - суммарная угловая величина окон ротора γ и статора γ для атмосферной секции,

β = 2π/L,

L - число окон ротора.

Формулы для выбора конструктивных углов γ = γ+ γ и γ = γ+ γ:

γ = γ+ γ = β/(1+b/a),

γ = γ+ γ = β/(1+a/b).

Время замкнутого состояния τ (время перекрытия окон секции ротора и статора) составляет:

τ = a/(a+b)/ ν = γ/β/ν = (1 - γ/β)/ν - для компрессионной секции,

τ = b/(a+b)/ ν = γ/β/ν = (1 - γ/β)/ν - для атмосферной.

Частные случаи конструктивного исполнения ротора, приводящие к особым физическим волновым явлениям

1. Пусть число окон ротора L кратно числу окон статора n, т.е. ротор содержит L = mn окон, где m - любое натуральное число: m = 1, 2, 3,…. Тогда все n дыхательных контуров по времени работают синфазно, или синхронно (одновременно), и пульсация на них носит характер стоячей волны. Полный цикл работы устройства осуществляется за время поворота ротора на угол 2π/(mn). Расчетные формулы примут вид:

ν = mnf ,

τ = a/(a+b)/(mnf) - для компрессионной секции,

τ = b/(a+b)/(mnf) - для атмосферной.

2. Пусть ротор содержит L = mn+1 окон. Тогда все n дыхательных контуров по времени работают последовательно с одинаковым отставанием по фазе, и пульсация на них носит характер бегущей волны, частота вращения которой ровно в mn+1 раз превышает частоту вращения ротора. Направление вращения этой волны пульсаций совпадает с направлением вращения ротора. Поэтому назовем генерируемую волну пульсаций на всех дыхательных контурах попутной, или прямой. Полный цикл работы устройства осуществляется за время поворота ротора на угол 2π/(mn+1). Расчетные формулы примут вид:

ν = (mn+1)f ,

τ = a/(a+b)/(mn+1)/f - для компрессионной секции,

τ = b/(a+b)/(mn+1)/f - для атмосферной.

3. Пусть ротор содержит L = mn-1 окон. Тогда все n дыхательных контуров также работают последовательно с одинаковым отставанием по фазе, и пульсация на них носит характер бегущей волны, частота вращения которой ровно в mn-1 раз превышает частоту вращения ротора. Но направление вращения этой волны пульсаций противоположно направлению вращения ротора. Поэтому назовем генерируемую волну пульсаций на всех дыхательных контурах встречной, или обратной. Расчетные формулы примут вид:

ν = (mn-1)f ,

τ = a/(a+b)/(mn-1)/f - для компрессионной секции,

τ = b/(a+b)/(mn-1)/f - для атмосферной.

Примеры расчета многоканальных мультипликаторных аппаратов ИВЛ

Итак, основными характеристиками аппаратов ИВЛ являются частота дыхания ν и соотношение длительностей вдоха-выдоха a/b на каждом дыхательном контуре пациента.

Частота дыхания ν определяется частотой вращения f ротора-золотника, которая допускает простое изменение в рабочем режиме:

ν = Lf .

Соотношение длительностей вдоха-выдоха a/b:

a/b = γ/(β - γ) , где

β = 2π/L,

тогда для синхронной вентиляции имеем:

ν = mn f ,

a/b = γ/(2π/(mn) - γ),

для прямой:

ν = (mn+1) f ,

a/b = γ/(2π/(mn+1) - γ),

для обратной:

ν = (mn-1) f ,

a/b = γ/(2π/(mn-1) - γ)

где γ = γ+ γ - суммарная угловая величина окон ротора γ и статора γ для компрессионной секции.

Таким образом, соотношение длительностей вдоха-выдоха a/b определяется конструктивным углом γ и числами m, n.

1. Пример расчета режима синхронной вентиляции, когда работа всех дыхательных контуров синфазна и образует на них стоячую волну, частота которой в mn раз превышает частоту вращения ротора.

В качестве первого примера рассчитаем схему синхронной вентиляции для 4-контурного статора, n = 4, посредством mn-оконного золотника ротора, для последовательных значений коэффициента m = 1, 2, 3. Пусть требуемая частота дыхания на каждом из дыхательных контуров статора составляет 20 тактов в минуту, или ν = .33 Гц, т.е. период дыхания - 3 с. Тогда период вращения T и частота вращения f ротора составят:

2. Пример расчета режима прямой вентиляции, когда последовательность работы дыхательных контуров совпадает с направлением вращения ротора и образует на этих контурах вращающуюся волну, частота вращения которой в mn+1 раз превышает частоту вращения ротора.

В качестве второго примера рассчитаем схему прямой вентиляции для 4-контурного статора, n = 4, посредством mn+1-оконного золотника ротора, для последовательных значений коэффициента m = 1, 2, 3. Пусть требуемая частота дыхания на каждом из дыхательных контуров статора составляет 20 тактов в минуту, или ν = .33 Гц, т.е. период дыхания - 3 с. Тогда период вращения T и частота вращения f ротора составят:

3. Пример расчета режима обратной вентиляции, когда последовательность работы дыхательных контуров противоположна направлению вращения ротора и образует на контурах вращающуюся волну, частота вращения которой в mn-1 раз превышает частоту вращения ротора.

В качестве третьего примера рассчитаем схему обратной вентиляции для 6-контурного статора, n = 6, посредством mn-1-оконного золотника ротора, для последовательных значений коэффициента m = 1, 2, 3. Пусть требуемая частота дыхания на каждом из дыхательных контуров статора по-прежнему составляет 20 циклов в минуту, или ν = .33 Гц, период дыхания - 3 с. Тогда период вращения T и частота вращения f ротора составят:

Общий вывод. Учитывая, что для однооконного ротора период вращения составлял бы 3 с, видим, что для мультипликаторного ротора период вращения увеличивается на порядок и более. Таким образом, наглядно виден эффект мультипликации частоты дыхания, проявляющийся в mn, mn+1 или mn-1-кратном снижении требуемых частот вращения ротора многооконного золотника. Это обусловлено тем, что все время вращения многооконного ротора эффективно расходуется на совершение главной его функции - последовательной генерации импульсов давления на окнах статора, а непроизводительное холостое вращение ротора только лишь для поворота его единственного окна к следующим окнам статора полностью исключено.

Отметим, что вышеприведенные таблицы для 4-оконного статора при синхронной и прямой вентиляции и 6-оконного при обратной - весьма похожи. Это подтверждает, что и синхронная с коэффициентом мультипликации mn, и прямая mn+1, и обратная mn-1 вентиляция, обладают одинаковой эффективностью.

Когда n мало, например, 4, как в первом и втором примерах, выгоднее использовать синхронную или прямую вентиляцию, когда же n велико, например, 6, как во втором примере, - обратную, потому что конструктивно ширина окон ротора при этом получается приблизительно одна и та же.

Главное, что увеличением коэффициента мультипликации L можно неограниченно снижать скорости скольжения ротора-золотника по поверхности статора, чтобы подавить мощность сил трения и тепловыделение, из-за которых до сих пор вращательные золотники малоупотребительны в машиностроении по сравнению с возвратно-поступательными (начиная с золотников паровых двигателей), несмотря на их большую простоту, надежность и экономичность, а также отсутствие зон залипания золотников в окрестностях их нулевых скоростей.

Так приходим к понятию мультипликации, означающему, что малая частота вращения ротора дает высокую частоту волны реакции статора. Эта волна может быть стоячей, как в случае синхронной вентиляции, или бегущей, как в случаях прямой или обратной вентиляции. Дополнительным «бонусом» является возможность изменения направления вращения волны реакции статора на противоположное направлению вращения ротора.

Выводы. Технический результат

1. Многоканальный мультипликаторный аппарат искусственной вентиляции легких позволяет, прежде всего, эффективно работать и в индивидуальном режиме. При возникновении чрезвычайных ситуаций представленный аппарат ИВЛ сразу приспособлен к подключению нескольких пациентов. Число каналов определяется количеством открытых окон статора n.

2. Благодаря эффекту мультипликации удается использовать наиболее простые и надежные медленно вращающиеся золотники, выполняющие функции постоянно вращающихся скользящих клапанов, обеспечивающие требуемые частоты дыхания. При низких скоростях вращения роторов-золотников подавляется мощность сил трения и тепловыделение, что обуславливает их функциональность. Достигнут оптимальный режим аппарата ИВЛ с вращающимся многооконным ротором-золотником по критерию обслуживания дыхательных контуров. Мультипликативный коэффициент определяется количеством окон ротора L.

3. Определены особые режимы мультипликаторных стоячих и бегущих вращающихся волн работы дыхательных контуров устройства, причем вращающиеся волны могут быть как попутные, так и встречные относительно направления вращения ротора.

4. Варьирование частоты дыхания осуществляется путем простого изменения частоты вращения двухсекционного ротора-золотника. Соотношение длительностей вдоха-выдоха определяются соотношением углов окон компрессионной и атмосферной секций.

5. Применено наиболее простое экономичное золотниковое распределение кислородной смеси под небольшим избыточным давлением сразу по нескольким дыхательным контурам. Пневматическая энергия расходуется только на питание дыхательных контуров, тогда как активация механизма аппарата ИВЛ осуществляется наиболее простым приводом постоянного медленного вращения, что оптимизирует форму кривых давления в дыхательных контурах по критерию купирования дыхательной недостаточности.

6. Предложенное устройство особенно эффективно для реализации высокочастотной ИВЛ, когда другие средства затруднительны.

7. Устройство отличает простота, надежность и экономичность, что повышает мобилизационные возможности разворачивания техники при внезапных пандемиях.

Использованная литература

1. Горячев А.С., Савин И.А. Основы ИВЛ. Москва, 2019.

2. Полупан А.А., Горячев А.С., Савин И.А. Асинхронии и графика ИВЛ. Москва, 2017.

3. Сатишур О.Е. Механическая вентиляция легких. Москва, 2006.

4. Кассиль В.Л., Выжигина М.А., Лескин Г.С. Искусственная и вспомогательная вентиляция легких Москва, 2004.

5. Лебединский К.М., Мазурок В.А., Нефедов А.В. Основы респираторной поддержки. СПб, 2008.

6. Chang D.W. Clinical Application of Mechanical Ventilation. 3rd Edition, 2006.

7. Hess D.R., Kacmarek R.M. Essentials of Mechanical Ventilation. 2nd Edition, 2002.

8. Papadakos P.J., Lachmann B. Mechanical Ventilation: Clinical Applications and Pathophysiology, 2008.

9. Pilbeam S.P., Cairo J.M. Mechanical Ventilation: Physiological and Clinical Applications. 4th Edition 2006.

10. Tobin M.J. Principles and Practice of Mechanical Ventilation. 3rd edition, McGraw-Hill 2013.

11. MacIntyre N.R., Branson R.D. Mechanical ventilation. 2nd edition, Saunders Elsevier, 2009.

12. Chatburn R.L. Fundamentals of Mechanical Ventilation: A Short Course on the Theory and Application of Mechanical Ventilators. 2nd Edition 2004.

13. Электронный ресурс https://www.interfax.ru/russia/701318.

14. Электронный ресурс https://tass.ru/ekonomika/8104865.

1. Мультипликаторный аппарат искусственной вентиляции легких, включающий неподвижный статор и скользящий по его внутренней поверхности ротор, содержащий газ под избыточным давлением, статор и ротор в продольном направлении выполнены двухсекционными, с равномерно распределенными в окружном направлении окнами, одна секция которых, компрессионная, сообщена со сжатой кислородной смесью, а другая - атмосферная - с внешней средой, при этом обе секции статора имеют n одинаковых окон угловой величины , соединенных с дыхательными трубками вдоха и выдоха, которые на других концах соединены с тройниками пациентов, обе секции ротора имеют L окон угловой величины для компрессионной секции и - для атмосферной, где β=2π/L, эти секции ротора-золотника повернуты относительно друг друга на угол β/(1+b/a) и разделены несущей круговой пластиной, при этом частота вращения ротора составляет f=ν/L, где ν - требуемая частота дыхания, a/b - отношение длительностей вдоха и выдоха, все окна статора, кроме одной пары, могут быть заглушены для преобразования аппарата ИВЛ из многоканального в индивидуальный.

2. Мультипликаторный аппарат искусственной вентиляции легких по п.1, отличающийся тем, что L=mn, где m=1, 2, 3, … - любое натуральное число, тогда все n дыхательных контуров работают синхронно и образуют стоячую волну, частота которой в mn раз превышает частоту вращения ротора.

3. Мультипликаторный аппарат искусственной вентиляции легких по п.1, отличающийся тем, что L=mn+1, где m=1, 2, 3, … - любое натуральное число, тогда все n дыхательных контуров работают последовательно с одинаковым сдвигом по фазе и образуют бегущую волну, частота вращения которой в mn+1 раз превышает частоту вращения ротора, и направление вращения этой волны совпадает с направлением вращения ротора.

4. Мультипликаторный аппарат искусственной вентиляции легких по п.1, отличающийся тем, что L=mn-1, где m=1, 2, 3, … - любое натуральное число, тогда все n дыхательных контуров работают последовательно с одинаковым сдвигом по фазе и образуют бегущую волну, частота вращения которой в mn-1 раз превышает частоту вращения ротора, а направление вращения этой волны противоположно направлению вращения ротора.