Введение

Аппарат искусственной вентиляции легких «Спирон-201» предназначен для проведения искусственной вентиляции легких у взрослых при реанимации и интенсивной терапии и эксплуатируется в условиях умеренного климата при температуре от + 10 С^о до + 35 С^о, относительной влажности до 80% при температуре +25 С^о и атмосферном давлении от 87 до 107 кПа (от 600 до 800 мм. рт. ст.), а в условиях тропического климата – в помещениях с кондиционированным воздухом. Аппарат предназначен для работы по нереверсивному дыхательному контуру. При использовании с наркозным аппаратом он может работать как по нереверсивному, так и по реверсивному дыхательным. При использовании с наркозным аппаратом он может работать как по нереверсивному, так и по реверсивному дыхательным контурам, но только с взрывобезопасными анестетиками.

Аппарат обеспечивает следующие режимы работы:

– Режим вспомогательной ИВЛ (ВИВЛ);

– Режим управляемой ИВЛ (УВИЛ);

– Режим синхронизированной периодической принудительной ИВЛ (СППВ);

– Режим самостоятельной вентиляции под постоянным положительным давлением (СДПД);

– Режим самостоятельной ИВЛ или ИВЛ вручную мешком (САМД). Совместно с аппаратом возможно использование увлажнителя дыхательной смеси УДС – 60 и волюметра А – Н45084.

С помощью аппарата ИВЛ «Спирон – 201» вентиляцию легких можно производить в режимах:

• управляемой искусственной вентиляции легких (УИВЛ) – оператор управляет дыханием пациента, задавая параметры дыхания;

• вспомогательной ИВЛ – пациент дышит самостоятельно, аппарат включает ИВЛ лишь по истечении определенного промежутка времени;

• синхронизированной периодической принципиальной вентиляции – это комбинация всех режимов самостоятельного дыхания и ВИВЛ;

• самостоятельного дыхания под постоянным положительным давлением – пациент дышит самостоятельно;

самостоятельного дыхания (или вентиляция вручную мешком).

1. Теоретическая часть

1.1 Обзор патентной и научно-технической литературы по надежности и постановка задачи

Целью данного обзора является сравнение аппаратов искусственной вентиляции легких, выпускаемых разными фирмами за рубежом и в России. Был проведен обзор патентов на АИВЛ с 1986 по 1996 годы.

В результате обзора, выяснилось, что основным недостатком как аналогов, так и АИВЛ «Спирон – 201» является низкая надежность, что недопустимо в аппаратах искусственной вентиляции легких ввиду опасности для жизни пациента.

Некоторые фирмы, выпускающие аппараты искусственной вентиляции легких, стремились к повышению надежности, разными способами. Так, например в патенте SU 1641343 надежность обеспечивается путем обеспечения постоянства заданных временных параметров искусственной вентиляции легких. Достигается за счет введения в аппарат дополнительного электромагнитного клапана и сигнализатора апноэ, введения в блок управления формирователя, реле времени, трех схем совпадений, R-S – триггера и схемы укорочения импульсов. Аппарат позволяет автоматически возобновлять ИВЛ при выходе из строя одного из электромагнитных клапанов.

В патенте SU 1192822 с целью увеличения надежности вентиляции легких и повышения стабильности работы устройства, оно снабжено двумя пневмодросселями питания, дополнительной подпружинной мембранной управления, образующей над- и подмембранную камеры, и перепускным клапаном, образующим две дополнительные проточные камеры, установленными в переключающем механизме, при этом надмембранные камеры переключающего механизма связаны трубопроводами между собой и источником сжатого газа.

В патенте SU 1286202 с целью повышения надежности конструкции, переключающий узел включен между штуцером питания и элементом присоединения к пациенту и состоит из последовательно соединенных входного струйного и выходного струйного клапанов, а эжектор выдоха размещен на выходном струйном клапане и сообщен посредством соединительной трубки с выхолным струйным клапаном переключающего узла.

В патенте RU 2020919 повышение надежности достигается за счет того, что в аппарат искусственной вентиляции легких, содержащий генератор вдоха, соединенный с ним пневматически дыхательный контур и электромагнитные клапаны, объединенные в исполнительное устройство, и электронный блок управления введены по числу электромагнитных клапанов формирователи управляющих импульсов, регулируемые стабилизаторы напряжения с управляемыми делителями и мостовые транзисторные схемы.

В SU 1209214 с целью упрощения конструкции и повышения надежности, он снабжен реле, установленным между регулятором параметров дыхания и микропроцессорами вдоха и выдоха, с обмоткой, включенной на выход регулятора, и с нормально замкнутыми и нормально разомкнутыми контактами, связанными соответственно с микропроцессорами вдоха и выдоха, при этом регулятор параметров дыхания включает электронный генератор прямоугольных импульсов.

В патенте SU1075945 упрощение конструкции аппарата и повышение его надежности достигается тем, что исполнительный механизм выполнен в виде соосно расположенных, противоположно направленных закругленными суженными концами конических сопел с узкой щелью между ними и заключенных в камеру, соединенную с редуктором, а на выходе расширенного конца одного из сопел установлен клапан, сообщенный пневматической обратной связью с расширением другого сопла.

В патенте SU 1075945 повышение надежности достигается тем, что в устройстве для искусственного дыхания, содержащем вводимую в рот сменную жесткую дыхательную трубку. Элемент фиксации дыхательной трубки во рту пациента в виде эллиптической шайбы с центральным герметичным вводом дыхательной трубки и узел герметизации носовых ходов, шайба элемента фиксации выполнена эластичной и снабжена краевым утолщением в виде пневматической шины.

Итак, было предложено несколько методов повышения надежности, но нигде в русских патентах не предлагалось повысить надежность электрических схем, а точнее микроконтроллера, в элементах которого заложена программа управления аппаратом.

Были случаи, когда выходы из строя микроконтроллеров приводили пациент к смерти.

Предлагается повысить надежность микроконтроллера, а с ним и всего блока управления, заменив отечественные микросхемы на их зарубежные аналоги, а также путем экранирования блока печатных плат от внешних помех (электромагнитных излучений).

Известны аппараты искусственного дыхания, содержащие механизм вдоха и выдоха, электродвигатель, редуктор, схему управления скоростью электродвигателя, механизм преобразования вращательного движения электродвигателя в возвратно – поступательное движение меха и устройства плавного регулирования частоты и дыхательного объема.

Однако в указанных аппаратах значительную трудность представляет регулирование частоты дыхания и соотношения вдоха и выдоха с помощью управления режимом приводного двигателя.

В патенте 371939 целью изобретения является повышение стабильности и точности работы аппарата при независимом от соотношения вдоха и выдоха регулирования частоты минутной вентиляции, а также управлением режимом вспомогательного дыхания.

Поставленная цель достигается тем, что схема управления скоростью двигателя снабжена жесткой следящей системой и отрицательной обратной связью в виде многоступенчатого делителя напряжения.

Предлагается в качестве следящей системы на выходной вал двигателя поставить тахогенератор, вырабатывающий напряжение, пропорциональное скорости вращения его ротора.

1.2 Описание конструкции и принципа действия аппарата искусственной вентиляции легких

Технические данные.

1. Минутная вентиляция, л/ мин:

– нижний предел 3

– верхний предел не менее 50.

Ступенчатая установка следующих значений минутной вентиляции:

• в интервале от 3 до 10 л/мин включительно – через 0,5 л/мин;

• в интервале от 10 до 30 л/мин включительно – через 1 л/мин;

• в интервале от 30 до 50 л/мин включительно – через 2 л/мин;

• в интервале свыше 50 л/мин – через 5 л/мин;

1. Отклонение по м абсолютной величине установленного на аппарате значения инутной вентиляции от ее действительной величины:

• в диапазоне установленных значений до 10 л/мин включительно – 1,5 л/мин;

• в диапазоне установленных значений свыше 10 л/мин – 10% от действительной величины.

1. Переключение фаз дыхательного цикла в режиме управляемой ИВЛ по времени.

2. Частота вентиляции, 1/ мин:

– нижний предел не более 10

– верхний предел не менее 80.

Ступенчатая установка следующих значений частоты вентиляции;

– в интервале от 10 до 20 включительно через 1 мин;

– в интервале от 20 до 40 включительно через 2 мин;

– в интервале от 40 до 80 включительно через 5 мин.

1. Относительное отклонение по абсолютной величине установленного значения частоты вентиляции от ее действительной величины не должно быть более 2% в диапазоне установленных значений до 20 мин включительно и 4% в диапазоне свыше 20 мин.

2. Аппарат обеспечивает переключение фаз дыхательного цикла вручную с помощью пульта дистанционного управления.

7. Кратковременная звуковая индикация обеспечивается в следующих случаях:

– при достижении величиной рабочего давления установленного значения;

– при попытке установить значения параметров вентиляции вне диапазона регулирования;

– при нажатии на кнопки, расположенные под пустыми полями цифрового табло;

– при попытке установить недопустимые сочетания режимов.

8. Средняя наработка на отказ не менее 2000 ч.

Критерий отказов – это такое состояние аппарата, при котором имеет место хотя бы одно из следующих нарушений:

– невозможно установить минутную вентиляцию в диапазоне от 7 до 30 л/мин;

– невозможно установить частоту вентиляции в диапазоне от 10 до 30 мин^-1;

– невозможно установить отношение продолжительности вдоха и цикла (33±3)%.

9. Средний срок службы до списания, не менее 4 лет.

10. По электробезопасности аппарат соответствует требованиям ГОСТ 12.2.025 для изделий класса I типа В.

11. Средняя интенсивность эксплуатации – 8 ч. в сутки.

Время непрерывной работы аппарата ограниченно лишь необходимостью периодического проведения обеззараживания дыхательного контура.

12. Питание от сети переменного тока с частотой 50 Гц., с номинальным напряжением 220В при отклонении напряжения сети на ±10% от номинального значения. Мощность не более 500 В·А.

Устройство и принцип действия аппарата.

Аппарат содержит основные блоки: тележка, блок пациента, генератор вдоха, блок управления, увлажнитель, сигнализатор, блок приборный, блок подачи кислорода, блок активного выдоха, отсасыватель. Аппарат содержит следующие съемные узлы: клапан предохранительный, мешок для проведения ИВЛ вручную, отстойники, пульт дистанционного управления, распылитель лекарственных средств.

Блок управления выполнен в виде плоского параллелепипеда, на передней грани которого расположена панель управления (рис. 1.2.1). На панели управления расположены световое (цифровое) табло 6 и световое (аналоговое) табло 9 и органы управления. На табло 6 высвечиваются буквенные обозначения и значения параметров вентиляции, соответствующих установленному режиму вентиляции. Максимальное количество одновременно высвечиваемых параметров – четыре. Кроме того, на этом табло могут высвечиваться словесные обозначения ситуации, а именно: «вдох» во время искусственного вдоха, «АПНОЭ» при проявлении признаков отсутствия вентиляции и «ПУЛЬТ Д.У.» при работе с ПДУ. На аналоговом табло 9, над которым расположена шкала, высвечиваются горизонтальные столбики в верхнем уровне. В нижнем уровне правый столбик является установкой наибольшего давления конца вдоха, левый – отслеживает текущее значение давления в дыхательном контуре. Под верхним горизонтальным столбиком высвечивается точка, определяющая значение ПДВК. В нижнем уровне также два горизонтальных столбика: левый, определяющий уровень давления в момент ожидания попытки, и правый, определяющий установку чувствительности к попытке вдоха пациента. Шкала, расположенная над аналоговым табло 9, представляет собой линейку индикации, масштаб которой для столбиков нижнего уровня в десять раз меньше, чем для столбиков верхнего уровня и светящейся точки.

На панели расположены следующие органы управления:

1. Кнопки 12,13,16,15,14 включения режимов вентиляции:

• Управляемой ИВЛ (УИВЛ);

• Вспомогательной ИВЛ (ВИВЛ);

• Синхронизированной периодической принудительной ИВЛ (СППВ);

• Самостоятельной вентиляции под постоянным положительным давлением (СДПД);

• Самостоятельной ИВЛ или ИВЛ вручную мешком (САМД);

На каждой кнопке имеется светодиод, фиксирующий включение режима; в поле, очерченном вокруг кнопки, расположены записи, определяющие наименование, буквенное обозначение и диапазоны регулирования параметров вентиляции, регулируемых в данном режиме.

– Кнопки 1,19,21,24,25, при нажатии которых аппарат обеспечивает некоторые дополнительные функции, а именно:

– Кнопка 1 на время ее держания в нажатом состоянии обеспечивает высвечивание на цифровом табло значения дыхательного объема вместо минутной вентиляции;

• Кнопка 21 включает активный вдох при УИВЛ;

Кнопка 24 включает питание распылителя лекарственных средств и обеспечивает насыщение дыхательной смеси лекарственной аэрозолью;

• Кнопка 25 включает режим искусственного вздоха при УИВЛ.

2. Кнопки 4 и 5, 3 и 2, 23 и 22, 20 и 18 служат для увеличения и уменьшения значения регулируемых параметров, высвечиваемых на цифровом табло 6, и имеют соответствующую маркировку «▲» и «▼».