Электрокардиографы

Электрокардиографы

Физические обоснования и методика электрокардиографии

В. процессе жизнедеятельности различных органов—сердца, головного мозга, скелетных мышц и др.— в них возникают разности электрических потенциалов (биопотенциалы), и в окружающих органы тканях соответственно образуется электрическое поле, эквипотенциальные линии которого можно обнаружить на поверхности тела.

Рис. 1.
а—эквипотенциальные линии электрического поля сердца;
б—треугольник Эйнтховена.

Например, для электрического поля сердца такие линии показаны схематически на рис. 1, а. Поэтому биопотенциалы сердца могут быть обнаружены косвенно с помощью электродов, наложенных в определенных точках на поверхности тела, что значительно упрощает технику их регистрации.

В теории электрокардиографии сердце условно рассматривается как диполь, мгновенные значения электрического момента которого за цикл работы сердца изменяются определенным образом, как по величине, так и по направлению. Вектор электрического момента диполя кратко называют электрическим вектором сердца (ЭВС).

Начало мгновенных значений электрического вектора сердца находится в определенной точке на продольной оси сердца, которая называется «электрическим центром сердца». Концы векторов за цикл работы сердца образуют сложную замкнутую пространственную кривую.

Если около сердца расположить прямоугольную систему координат, состоящую из фронтальной XZ, сагиттальной ZY и горизонтальной YX плоскостей, то проекция этой пространственной кривой на каждую из координатных плоскостей будет иметь форму тройной петли, витки которой обозначаются Р, QRS и Т (рис. 2). Наблюдение или регистрация этих петель, совокупность которых наиболее полно отражает изменение величины и направления мгновенных значений электрического вектора сердца за цикл его работы, производятся при методе исследования, называющемся векторэлектрокардиографией.

Рекомендуемые материалы

Рис.2.
Петли векторэлектрокардиограммы.

Из трех указанных проекций наиболее полно отражает характер изменения мгновенных значений электрического вектора сердца петля во фронтальной плоскости. Если с известной степенью приближения вектор, образующий эту петлю, принять за собственно электрический вектор сердца, то методика исследования изменения этого вектора за цикл работы сердца значительно упрощается, Эта методика называется электрокардиографией.

В основе метода электрокардиографии лежит теория Эйнтховена. Она устанавливает соответствие между величиной электрического  вектора сердца, его направлением и разностям потенциалов, которые измеряются или регистрируются между тремя определенными точками на поверхности тела. Эти три точки А, В и С образуют равносторонний треугольник, к центру которого приложено начало электрического вектора сердца (рис. 1, б). В теории доказывается, что разность потенциалов, зарегистрированная между любыми двумя из этих точек, пропорциональна проекции электрического вектора сердца на соответствующую сторону треугольника.

Практически электроды (в виде небольших металлических пластин) располагаются не в вершинах треугольника АВС, а в более удобных и электрически эквивалентных им стандартных точках: на внутренних поверхностях левого предплечья (электрод левая рука—ЛР), правого предплечья (электрод правая рука—ПР) и на левой голени (электрод левая нога—ЛН). Сами конечности при этом являются проводниками. Каждые две точки наложения электродов, между которыми регистрируются соответствующие разности потенциалов, называются «отведением», а соответствующая им сторона треугольника Эйнтховена—«линией отведения».

Если электрический вектор сердца за цикл работы сердца описывает тройную петлю, то каждая из проекций вектора на соответствующую сторону треугольника АВС, регистрируемая как функция времени, образует кривую с тремя соответствующими зубцами Р, QRS, Т (см. рис. 6). Эта кривая и называется электрокардиограммой (ЭКГ) в соответствующем отведении.

Таким образам, электрокардиограмму можно охарактеризовать как кривую, которая отражает изменение во времени (за цикл работы сердца) проекции электрического вектора сердца на линию соответствующего отведения.

Сопоставляя полученные кривые, главным образом с точки зрения величины и направления зубцов, можно получить представление и о соответствующих изменениях электрического вектора сердца за цикл работы сердца.

Отведения, образуемые каждой парой из предложенных Эйнтховеном электродов, называются стандартными и обозначаются как I, II и III (рис. 3). Для облегчения борьбы с. помехами при регистрации биопотенциалов к стандартным электродам был добавлен четвертый, вспомогательный, который накладывается на правую голень (электрод правая нога—ПН), соединяется с корпусом электрокардиографа и заземляется.

Рис.3.
Стандартные отведения (схема).

В дальнейшем к электродам на конечностях был присоединен электрод, располагаемый на поверхности грудной клетки над областью сердца (грудной электрод—Г). Отведения, образуемые этим электродом с каждым из стандартных электродов, называются грудными и обозначаются соответственно CR, CL, CF (рис. 4, а). По аналогии с теорией Эйнтховена, можно считать, что напряжения, снимаемые с этих отведений, .соответствуют проекциям мгновенных значений электрического вектора .сердца на горизонтальную плоскость тела.

Если грудной электрод переставляют в другие точки на поверхности грудной клетки (таких точек установлено до 6), 'количество возможных грудных отведений значительно возрастает.

Применяют также однополюсные отведения, которые образуются одним из стандартных электродов и средней точкой, полученной путем соединения трех стандартных электродов, каждого последовательно с резистором значительной величины. Наиболее употребительное из них — грудное (обозначается V) — рис. 4, б. Используются также так называемые усиленные отведения, которые представляют собой модификацию однополюсных и образуются каждым из стандартных электродов и средней точкой, полученной путем соединения (через значительные резисторы) двух других стандартных электродов (рис. 4, в, г, д). Усиленные отведения обозначаются aVR. aVL, aVF.

Аппарат для записи электрокардиограмм (ЭКГ) называется электрокардиографом. Он состоит из трех основных частей:

а) входного устройства, или «переключателя отведений», к которому подключаются электроды;

б) усилителя;

в) регистрирующей части.

Переключатель отведений (ПО) - это коммутатор, соединяющий усилитель поочередно с электродами, которые образуют регистрируемое отведение. В нем находятся также резисторы R, с помощью которых образуются однополюсные или усиленные отведения.

Схема записи электрокардиограммы в стандартных отведениях с регистрацией на фотопленке показана на рис. 5: 1—больной с наложенными на него электродами; 2—переключатель отведений; 3—усилитель; 4—гальванометр; 5—оптическая регистрирующая система; 6—лентопротяжный механизм.

Примерный вид электрокардиограммы здорового человека (I отведение) показан на рис. 6. Электрокардиограмма представляет собой кривую сложной несимметричной формы, период которой соответствует частоте пульса; амплитуды зубцов имеют порядок нескольких милливольт.

Электрокардиограмма может регистрироваться также на экране электроннолучевой трубки. Аппарат для визуального наблюдения электрокардиограммы называется электрокардиоскопом и представляет собой электроннолучевой осциллограф, приспособленный для регистрации низкочастотных процессов.

а)

б)

в)

г)

д)

Рис. 4, а, б—грудные отведения (схема); в, г, д — усиленные отведения (схема).

При векторэлектрокардиографии регистрируются петли, являющиеся проекциями на ту или иную координатную плоскость замкнутой пространственной кривой, описываемой концом ЭВС за цикл работы сердца.

Метод является косвенным, так как при этом регистрируются петли, синтезированные (восстановленные) путем геометрического сложения обычных электрокардиограмм и каких-либо двух отведениях. Линии этих отведений и определяют плоскость, в которой образуется наблюдаемая петля.

Рис. 5.
 Схема записи электрокардиограммы.

Сложение векторов, образующих соответствующие электрокардиограммы, производится в системе отклоняющих пластин электроннолучевой трубки, на экране которой и наблюдается векторэлектрокардиограмма (ВЭКГ). Аппарат .называется векторэлектро-кардиоскопом (ВЭКС) и представляет собой электроннолучевой осциллоскоп, приспособленный для регистрации низкочастотных колебательных процессов.

Если на две пары отклоняющих пластин электроннолучевой трубки подать два переменных напряжения, то на экране получится кривая; являющаяся результатом геометрического сложения векторов мгновенных значений этих напряжений и называемая фигурой Лиссажу.

В качестве примера на рис. 7 показана принципиальная схема подключения электродов к электроннолучевой трубке для получения векторэлектрокардиограммы во фронтальной плоскости (I и III отведения), На рис.8 схематически сопоставлены наблюдаемые на экране трубки векторэлектрокардиограммы и две соответствующие ей простые электрокардиограммы (I и III отведения).

Рис.6.
Примерный вид ЭКГ здорового человека (I отведение)

Разработаны также более сложные приемы векторкардиографии с использованием дополнительных электродов, например четвертого электрода, накладываемого на спину. В этом случае можно наблюдать вскторэлектрокардиограммы, соответствующие всем трем координатным плоскостям.

Усилители для записи биопотенциалов имеют высокую чувствительность Вследствие этого они легко подвергаются всевозможным наводкам, Электрические и магнитные поля от находящихся вблизи приборов и аппаратов или электропроводки (особенно силовой), электромагнитные волны, приходящие по эфиру, могут вызвать, появление на электродах, наложенных на больного наведенных потенциалов. Незначительные по величине эти потенциалы усиливаются самим аппаратом и могут регистрироваться вместе с основным процессом, искажая запись. В связи с этим электрокардиограф должен располагаться так, чтобы вблизи от него не было источников сильных электромагнитных полей. Как правило, электрокардиограф должен находиться в изолированной комнате, отдаленной от рентгеновского или физиотерапевтического кабинетов. Вблизи от электрокардиографического кабинета не должны проходить магистрали электрической сети, также нежелательно ставить аппарат в помещении, выходящем в сторону прохождения трамвайных или троллейбусных путей  и т. п.

Рис.7.
Схема подключения электродов при
векторэлектрокардиграфии.

Наложение  электродов при электрокардиографии требует большой тщательности, так как от качества контакта между электродом и кожей зависит как величина сетевых наводок, так и стабильность положения нулевой линии при записи. Обычно между электродом и кожей помещают прокладки из байки или фильтровальной бумаги, предварительно смоченные в теплом 2—5% растворе поваренной соли и слегка отжатые. Площадь прокладки не должна значительно  превышать площадь электрода. Для уменьшения наводок можно рекомендовать легкое протирание кожи (на площади несколько большей, чем площадь электродов) спиртом, а также применение вместо прокладок специальных паст, которые наносятся на кожу тонким слоем.

Рис.8.
Схема образования векторэлектрокардиограммы.

Электроды на конечностях удерживаются с помощью резиновых бинтов. Туго затягивать бинты не следует. Грудной электрод обычно удерживается с помощью резиновой присоски. Неплотное прилегание грудного электрода часто является источником сетевых наводок.

По окончании работы электроды и резиновые бинты надо промыть водой и насухо вытереть.

Во время записи ЭКГ больной должен лежать неподвижно в удобном положении с расслабленными мышцами.

Электроды с помощью разъемных контактов и проводов подключаются ко входной части аппарата. Необходимо следить за надежностью этих контактов, периодически очищать загрязненные поверхности и разводить штыри штепсельных разъемов.

Электрокардиографы подразделяются по следующим трем независимым характеристикам:

1. По числу одновременных записей или соответственно числу каналов усилителя.

Простейшие из них—одноканальные—выполняются в виде портативных, в которых особое значение имеют малые размеры и вес. В клиниках и крупных больницах применяются чаще стационарные, многоканальные (от 2 до 6 каналов) аппараты, которые дают возможность не только одновременной регистрации электрокардиограммы в нескольких отведениях, но также некоторых других процессов, связанных с сердечно-сосудистой системой: сердечных тонов, пульсовых колебаний и т. п. (см. раздел 3, § 1).

2. По характеру питания—постоянным током и переменным током (от сети). Способ питания в значительной мере обусловливает сложность устройства аппарата, Аппараты с питанием постоянным током от сухих батарей или аккумулятора имеют простейшее устройство, но эксплуатация их осложнена необходимостью периодической смены батарей или зарядки   аккумулятора. Обычно с таким питанием выполняются одноканальные портативные электрокардиографы.

3. По способу регистрации — со световой, чернильной и тепловой записью.

Световая, или фотозапись, производится световым лучом, отраженным от зеркальца регистрирующего гальванометра (вибратора), на движущейся фотобумаге или фотопленке (см. рис. 5). Колебания луча происходят в направлении, перпендикулярном направлению движения ленты, и запись получается в прямоугольных координатах. Световая запись точна, удобна для чтения, но для проявления требует химической обработки ленты, т. е. не дает возможности непосредственного наблюдения регистрируемой кривой. В этом ее основной недостаток.

Этого недостатка лишена чернильная запись на обычной бумаге с помощью специальных перьев . Однако при этом кончик пера перемещается по дуге радиуса, равного длине держателя пера, и запись получается с так называемыми радиальными искажениями и по виду отличается от записи в прямоугольных координатах. Такой вид записи несколько затрудняет ее анализ. Для облегчения измерения записи применяют бумагу с заранее нанесенной дугообразной масштабной сеткой.

В настоящее время на практике используется третий, более совершенный вид записи—тепловая. Запись производится писчиком (пером) особого устройства, на конце которого расположен продолговатый миниатюрный нагревательный элемент, питаемый электрическим током. Запись производится на специальной черной (или цветной) бумаге, покрытой белым легкоплавким слоем (воск с мелом). При движении кончика писчика по бумаге верхний слой расплавляется и на белом фоне появляется черная (или цветная) линия записи. Запись происходит по прямой линии благодаря продолговатой форме нагревательного элемента (А—Б на рис. 9), несмотря на то что конец писчика (подобно чернильному перу) совершает дугообразные движения. С этой целью на столе, по которому движется бумага 3 (рис. 9, а), в месте касания пера 2 устраивается узкий поперечный выступ 4. Двигаясь по дуге (рис. 9, б), нагревательный элемент касается бумаги только вдоль этого выступа и таким образом осуществляет прямую запись.

Рис.9.
Перо для тепловой записи.

Вывод уравнения движения самописца

Пусть перо самописца является подвижным твёрдым телом с одной степенью свободы, к которому приложена сумма моментов сил, относительно оси движения. В этом случае уравнение моментов сил будет иметь вид:

                                                             ;                                                              (1)

где:     I-приведенный момент инерции;

            α-угол поворота пера самописца;

            М_i-сумма моментов сил приложенных к перу.

Пусть на подвижную часть прибора действует противодействующий момент в виде механической или электрической пружины, который описывается соотношением:

                                                                     M_п=k_пα;                                                                     (2)

Где: К_п-жесткость пружины.

Тогда характеристическое уравнение данной системы будет иметь вид:

                                                              (IP² + K_П)·α(Р)=0                                                             (3)

Т.к. в реальных условиях на движущуюся систему всегда действует ускорение (демпфирование), то уравнение движения описывается:

                                                         (IP² + K_ДP+K_П)·α(Р)=0                                                        (4)

где: К_Д - коэффициент демпфирования

В этом случае решение характеристического уравнения будет иметь комплексную сопряжённую форму:

                                    (5)

где: ;     — степень успокоения.

Т.к. на самописец действует возмущающий момент, то в исходном уравнении появляется правая часть:

                                                                                                     (6)

                                                      (IP² + K_дP+K_П)α(Р)=М_в(Р)                                                     (7)

Чтобы привести к безразмерному виду, поделим всё уравнение (7) на К_п, тогда получим, что выражение для передаточной функции будет иметь вид:

                                                                                 (8)

Анализ динамических характеристик самописца

Выражение для АЧХ и ФЧХ имеет вид:

                                             ;                                            (9)

                                                     ;                                                  (10)

В динамическом режиме больше всего проявляется динамическая погрешность, которая определяется следующим образом:

                                                             ;                                                            (11)

                                                  ;                                                (12)

где: -оценка входного воздействия

                                                           ;                                                          (13)

где:  - абсолютная динамическая погрешность

                                                       .                                                     (14)

Получим выражение для АЧХ и ФЧХ для передаточной функции n-го порядка.

                              ;                            (15)

Любая электромеханическая система считается реализуемой, если порядок числителя не больше порядка знаменателя.

                                                             ;  .                                                            (16)

В общем случае:

                                                     ;                                                    (17)

Выражение АЧХ для передаточной функции n-го порядка будет иметь вид:

               ;             (18)

Выражение ФЧХ для передаточной функции n-го порядка будет иметь вид:

        .       (19)

Центрифуги

Особенности конструкции и теории центрифуг

Центрифугирование — разделение грубо дисперсных систем, которые состоят из твёрдых и  жидких компонентов с разными плотностями под действием центробежных сил. Этот метод применяется в биологии, медицине и технике и очень часто заменяет процессы фильтрования, отстаивания и отжимания.

Ультрацентрифугирование — один из главных современных методов выделения и исследования белков, нуклеиновых кислот, вирусов и других биополимеров. В данном случае большая скорость вращения и оптимальный выбор размеров ротора центрифуги позволяет добиться оседания даже небольших молекул.

Данный метод даёт возможность получить изолированные клеточные структуры, такие как ядро, лизосома, рибосома и другие. Особенности этого метода в сочетании с электронно-микроскопическим изучением позволяют привязать те или иные биохимические процессы, которые совершаются в клетке, к определённым структурам и органоидам. В обычных центрифугах скорость вращения ротора от 1000 об/мин до 8000 об/мин.

В ультрацентрифугах скорость вращения от 20000 об/мин до 80000 об/мин. Центробежная сила может превышать в 400000 раз силу  тяжести Земли.

Особенности конструкции и принципа действия центрифуги

Центрифуга — прибор, который широко применяется в медицине для осаждения частиц, которые взвешены в моче или других жидких средах. Для отделения форменных элементов от плазмы крови.

Центрифуга имеет корпус 2, механизм привода 1, ротор 4, который закреплён на валу 3; на роторе имеется пробиркодержатели 5. С целью избежания травмирования лаборанта есть кожух.

Ротор с пробиркодержателями составляет основную часть центрифуги. Он устанавливается на вертикально расположенном валу электродвигателя. До начала работы пробирки стоят вертикально, а во время вращения ротора принимают горизонтальное положение, поэтому осадок ложится строго перпендикулярно оси пробирки. Имеют место угловые роторы.

В случае углового ротора пробирки занимают наклонное положение, а, следовательно, осадок ложится тоже под углом к оси пробирки.

Принцип действия основан на создании большой центробежной силы, под действием которой скорость разделения компонентов смеси, помещённой в центрифугу, увеличивается во много раз, по сравнению со скоростью осаждения частиц под действием силы тяжести. Частицы, различные по массе распределяются по слоям. При увеличении скорости вращения траектория движения частиц в пробирке происходит по спирали.

Классификация роторов используемых в центрифугах

Роторы с подвесными стаканами

В роторах с подвесными стаканами наблюдаются конвекционные явления. Конвекция является результатом того, что под действием центробежного ускорения частицы оседают в направлении, не строго перпендикулярном оси вращения ротора, и поэтому, как и вугловых роторах, ударяются о стенки пробирки и соскальзывают на дно.

Конвекционных явлений и эффектов завихрения удается до некоторой степени избежать, используя пробирки секторальной формы в роторах с подвесными стаканами и регулируя скорость вращения ротора; перечисленных выше недостатков лишен метод центрифугирования в градиенте плотности.

Роторы непрерывного действия

Роторы непрерывного действия предназначены для скоростного фракционирования относительно нбольших количеств твердого материала из суспензий больших объемов, например для выделения клеток из питательных сред. В ходе центрифугирования суспензия частиц добавляется в ротор непрерывно; пропускная способность ротора зависит от природы осаждаемого препарата и варьируется в пределах от 100 см³ до 1 дм³ в минуту. Особенность ротора состоит в том, что он представляет собой изолированную камеру специальной конструкции, содержимое её не сообщается с внешней средой, а поэтому не загрязняется и не распыляется.

Зональные роторы

Зональные роторы изготавливают из алюминиевых или титановых сплавов, которые способны выдерживать весьма значительные центробежные ускорения. Обычно в них имеется цилиндрическая полость, закрывающаяся съемной крышкой. Внутри полости, на оси вращения расположена осевая трубка, на которую одевается насадка с лопастями, разделяющими полость ротора на четыре сектора. Лопасти или перегородки имеют радиальные каналы, по которым из осевой трубки к периферии ротора нагнетается градиент. Благодаря такой конструкции лопастей конвекция сведена до минимума.

Классификация центрифугирования

Препаративное центрифугирование заключается в выделении биологического материала для последующих биохимических исследований. При этом можно брать большие количества исходного биологического материала для последующих биохимических исследований.

Аналитическое центрифугирование применяется для изучения чистых препаратов макромолекул или частиц, например рибосом. В данном случае небольшое количество материала, а седиментация исследуемых частиц непрерывно регистрируется с помощью специальных оптических систем. Данный метод позволяет получить данные о чистоте, молекулярном весе и структуре материала.

Препаративное центрифугирование

Дифференциальное центрифугирование

Этот метод основан на различиях в скоростях седиментации частиц, различающихся друг от друга размерами и плотностью. Разделяемый материал например, гомогенат ткани, центрифугируют при ступенчатом увеличении центробежного ускорения, которое выбирается так, чтобы на каждом этапе на дно пробирки осаждалась определенная фракция. В конце каждой стадии осадок отделяют от надосадочной жидкости и несколько раз промывают, чтобы в конечном итоге получить чистую осадочную фракцию.

Зонально‑скоростное центрифугирование

Метод заключается в наслаивании исследуемого образца на поверхность раствора с непрерывным градиентом плотности. Затем образец центрифугируют до тех пор, пока частицы не распределятся вдоль градиента в виде дискретных зон или полос. Благодаря созданию градиента плотности удается избежать смешивания зон, возникающего в результате конвекции. Данный метод применяется для разделения гибридов РНК‑ДНК, субъединиц рибосом и других клеточных компонентов.

Изопикническое центрифугирование

Центрифугирование проводят как в градиенте плотности, так и обычным путем. Если центрифугирование проводят не в градиенте плотности, препарат сначала центрифугируют так, чтобы осели частицы, молекулярный вес которых больше, чем у исследуемых частиц. Эти тяжелые частицы отбрасывают и образец суспендирует в среде, плотность которой такая же, как и у фракции, которую хотят выделить, а затем центрифугируют до тех пор, пока исследуемые частицы не осядут на дно пробирки, а частицы меньшей плотности не всплывут на поверхность жидкости.

Зонально‑изопикническое центрифугирование

Способ заключается в наслаивании образца на поверхность раствора с непрерывным градиентом плотности, охватывающим диапазон плотностей всех компонентов смеси. Центрифугирование проводят до тех пор пока плавучая плотность частиц не сравняется с плотностью соответствующих зон, т.е. пока не произойдет разделение частиц по зонам.

Равновесное центрифугирование в градиенте плотности

Для создания градиента плотности используют соли тяжелых металлов, например рубидия или цезия, а также растворы сахарозы. Данный метод является также одним из методов разделения и изучения липопротеидов плазмы крови человека.

Аналитическое ультрацентрифугирование

В отличие от препаративного центрифугирования, целью которого является разделение веществ и их очистка, аналитическое ультрацентрифугирование применяется в основном для изучения седиментационных свойств биологических макромолекул и других структур. Поэтому в аналитическом центрифугировании применяют роторы и регистрирующие системы особой конструкции; они позволяют непрерывно наблюдать за седиментацией материала в центробежном поле.

Аналитические ультрацентрифуги могут развивать скорость до 70000 об/мин, при этом ускорение до 500000g. Ротор у них, как правило, имеет форму эллипсоида и соединен посредством струны с двигателем, что позволяет варьировать скорость вращения ротора. Ротор вращается в вакуумной камере снабженной холодильной установкой, и имеет две ячейки аналитическую и балансировочную, которые устанавливаются в центрифуге строго вертикально параллельно оси вращения.

Балансировочная ячейка служит для уравновешивания аналитической и представляет собой металлический блок с прецизионной системой. В ней имеются два индексных отверстия, находящиеся на строго определенном расстоянии от оси вращения, с помощью которых определяют соответствующие расстояния аналитической ячейки. Аналитическая ячейка, емкость которой, как правило, равна 1 см³, имеет секторальную форму. При правильной установке в роторе она, несмотря на то, что стоит вертикально, работает по тому же принципу, что и ротор с подвесными стаканами, создавая практически идеальные условия седиментации.

Применение препаративных центрифуг

Препаративные центрифуги можно подразделить на три основные группы:

‑Центрифуги общего назначения;

‑Скоростные центрифуги;

‑Препаративные ультрацентрифуги.

Центрифуги общего назначения развивают максимальную скорость 6000об/мин и ЦУ до 6000g. Они отличаются друг от друга только емкостью и имеют целый ряд сменных роторов: угловых и с подвесными стаканами. Одной из особенностей этих центрифуг является их большая емкость – от 4 до 6 дм³, что позволяет загружать их не только пробирками емкостью 10, 50 и 100см³, но и сосудами емкостью до 1,25дм³. Во всех центрифугах этого типа роторы жестко крепятся на валу привода, и центрифугируемые пробирки должны быть тщательно уравновешены и различаться по весу не более чем 0,25гр. Нельзя загружать в ротор нечетное число пробирок, а при загрузке в ротор пробирки следует размещать симметрично одна против другой, обеспечивая таким образом равномерное распределение пробирок относительно оси вращения ротора.

Скоростные центрифуги развивают предельную скорость вращения до 25000об/мин и ОЦУ до 89000g. Камера ротора снабжена системой охлаждения, предотвращающей нагревание, которое возникает вследствие трения при вращении ротора. Как правило скоростные центрифуги имеют емкость до 1,5 дм³ и снабжены сменными роторами, как угловыми так и с подвесными стаканами.

Препаративные ультрацентрифуги развивают скорость до 75000 об/мин и максимальное угловое ускорение 510000g. Они снабжены как холодильником, так и вакуумной установкой, чтобы предотвратить перегрев воздуха вследствие трения его о воздух. Роторы таких центрифуг изготавливают из высокопрочных алюминиевых и титановых сплавов. Для уменьшения вибраций, возникающих вследствие неравномерного наполнения пробирок, ультрацентрифуги имеют гибкий вал. Пробирки для центрифугирования и их содержимое должны быть тщательно уравновешены с точностью до 0,1г.

Аппарат искусственная почка

Медико-биологические основы работы почек

Почки - парный орган. Они расположены по бокам позвоночного столба на уровне 12-го грудного - 2-го поясничного позвонков (правая несколько ниже, а левая выше) и прилежат к задней стенке брюшной полости. На каждой почке, имеющей бобовидную форму, различают переднюю и заднюю поверхности, верхний и нижний концы, латеральный и медиальный края. На медиальном, вогнутом крае, обращенном к позвоночнику, находятся ворота почки. В воротах лежат: почечная артерия, почечная вена, лимфатические сосуды, лимфатические узлы, нервы и почечная лоханка. Почка покрыта оболочками, которые способствуют ее фиксации.

Структурно-функциональной единицей почки является нефрон система канальцев почки, участвующих в образовании мочи. Длина одного нефрона колеблется от 18 до 50 мм, а общая протяженность их составляет 100 км. В каждой почке насчитывают свыше 1млн. нефронов. Нефрон состоит из капсулы и трехзвенной трубочки: проксимального отдела канальца и дистального отдела канальца, переходящего в собирательную трубочку. Капсула - начальная часть нефрона, расположенная в корковом веществе почки, имеет форму двустенной чаши. Она плотно охватывает капилляры клубочка почки, образуя так называемое почечное тельце. Таким образом, один конец нефрона начинается почечной капсулой, а второй конец впадает в собирательную трубочку. Наиболее активной частью нефрона является проксимальный его отдел, в котором процессы образования мочи отличаются высокой активностью. Способность почки к мочеобразованию, в результате которого выводятся из организма продукты обмена веществ, связана с особенностью ее кровообращения.

Через почки взрослого человека за один час проходит более 40 литров крови, а за сутки около 1000 литров. Кровеносная система почки начинается почечной артерией, которая входит в ворота почки и распадается на более мелкие артерии, проходящие между пирамидами почек до коркового вещества. У основания почечных пирамидок они образуют дугообразные артерии, от которых отходят ветви к корковому веществу почки, где от них в расширенную чашеобразную часть каждого нефрона (почечную капсулу) отходит приносящая артерия (сосуд). В чаше почечной капсулы приносящий сосуд разветвляется на артериальные капилляры и образует клубочек почки. Капилляры клубочка собираются в выносящий сосуд, тоже артериальный, диаметр которого приблизительно в 2 раза меньше, чем диаметр приносящего сосуда, что создает повышенное давление в клубочке (70-90 мм.рт.ст.) При давлении ниже 40-50 мм.рт.ст. образование мочи прекращается. Выносящие сосуды, выйдя из клубочка, вновь расподаются на капилляры, но уже венозные, которые постепенно сливаются в более крупные вены и выходят из ворот почки.

Такое своеобразное разветвление артерий, получило название чудесной сети. Тесный контакт сосудов клубочка с его капсулой, повышенное давление внутри капилляров клубочка создают условия для образования мочи. Моча образуется из плазмы крови. По мере протекания крови в сосудах клубочка внутрь капсулы из нее переходят почти все составные компоненты, кроме белков и форменных элементов, образуя так называемую первичную мочу. За сутки ее вырабатывается около 100 литров. При прохождении первичной мочи через канальцы из нее обратно в кровь всасывается вода, некоторые соли, сахар, в результате чего образуется окончательная моча. Количество окончательной мочи всего 1,0 -1,5 литра.

Понятие гемодиализа

Гемодиализ-это современный аппарат высокого уровня, предназначенный для проведения как стандартного, так и высокоэффективного и высокопроницаемого диализа. Он предназначен для лечения людей с почечной недостаточностью. В стандартной комплектации все модификации аппарата имеют блоки автоматического управления и контроля ультрафильтрации, ультрафильтрационного профилирования, бикарбонатного диализа и профилирования по натрию.

Существует несколько моделей искусственной почки, все они предназначены для одной цели, вывести из организма шлаки и излишки воды. А различает их система управления и система контроля.

В настоящее время существует много различных моделей гемодиализных аппаратов.

Модели " BAXTER 550 "," BAXTER 1550 "," FRESENIUS 2008 " рассчитаны на одного пациента, аппарат гемодиализа, готовит диализат, пропускает кровь через экстракорпоральную сеть кровеносных капилляров и гемодиализатор и постоянно контролирует эту систему для безопасности работы.

Кровь и диализат не контактируют друг с другом, разделенный только диализной мембраной. Эта тонкая полупроницаемая мембрана пропускает только определенные молекулы, (продукты отхода) проходят сквозь мембрану за счет диффузии из крови в диализат, в то время как другие молекулы остаются в крови.

Диализат - раствор солей схожих с нормальной кровью.

Описание конструкции и принцип действия

Задача почек заключается в том, чтобы освобождать кровь от избытка воды и в тоже время удалять из организма твердые растворимые продукты жизнедеятельности (отбросы, продукты распада, шлаки тканей), на таком же принципе работает искусственная почка или гемодиализ.

Кровь и диализ текут с разных сторон диализной мембраны, это тонкая полупроницаемая мембрана дает проникновение только определенным молекулам, основываясь на их размер.

Избыток воды из крови удаляется при помощи ультрафильтрации.

Аппарат BAXTER-550 состоит из следующих основных узлов (см. рис. 6); регулятора давления; клапана контура воды; теплообменника; датчика температуры; порта промывки контура воды; регулятора давления деаэрирования; деаэратора ; насоса деаэратора; регулятора давления дозирующего насоса; блока впрыска бикарбоната; бикарбонатного насоса; резервуара для смешивания; датчика температурной компенсации; датчика проводимости; датчика потока; датчика объема до диализата; датчика объема после диализата; обводного клапана; изолирующего клапана; соединительной колодки; детектора утечки крови; регулятора давления диализа; ограничителя; клапана сброса давления; слива.

Диализат приготовляется при помощи дозирующего насоса, это системы двух насосов, насоса для забора воды и насоса для забора концентрата диализа, за счет смешивания концентрата диализа с водой, которая была отфильтрована, очищена от пузырьков при помощи деаэратора и нагрета при помощи теплообменника. Подача воды осуществляется с постоянной скоростью. До дозирующего насоса вода проходит через: регулятор давления, впускной соленоидный клапан, нагреватель, и контур деаэратора насоса, состоящий из регулятора давления, деаэратора и насоса.

Прежде, чем вода достигает дозирующего насоса в контуре деаэрирующего насоса из нее удаляется растворенный воздух. Отсутствие пузырьков воздуха в воде обеспечивает более эффективный диализ. Регулятор давления контролирует отрицательное давление, создаваемое деаэраторным насосом. Отрицательное давление заставляет микропузырьки растворенного воздуха увеличиваться примерно в шесть раз в размере. Воздух удаляется из деаэратора за счет отрицательного давления, и только очищенная от воздуха вода достигает дозирующего насоса.

Дозированный насос состоит из системы двух насосов, с их помощью концентрат смешивается с водой. 34 части воды смешиваются с 1 частью концентрата диализа.

Затем диализат подается в диализатор, где с его помощью удаляются из крови продукты отхода и вода. В режиме перепуска включается электромагнитный перепускной клапан, и диализирующая жидкость минует диализатор, так же он включается при аварийной ситуации вызванной неправильным смешиванием диализата или выхода его температуры за допустимые рамки. Детектор утечки крови, установленный после диализатора, следит за тем, чтобы кровь не протекала сквозь мембрану в диализат.

Следующая часть системы - контур поддерживания давления диализа состоит из измерителя давления диализата, насоса. Насос и датчик давления работают вместе, поддерживая выбранное давление диализата. После того, как еще теплый диализат проходит через этот контур, он попадает в теплообменник, где помогает поднять температуру поступающей воды. Вытекающая из прибора жидкость попадает в слив.

Аппарат искусственного кровообращения

Медико – биологические основы работы системы кровообращения

 Кровообращение - движение крови в кровеносной системе, обеспечивающее обмен веществ между всеми тканями организма и внешней средой и поддерживающее постоянство внутренней среды – гомеостаз. Система кровообращения доставляет тканям и органам кислород, воду, белки, углеводы, жиры, минеральные вещества, витамины и удаляет из тканей и органов углекислый газ и другие вредные продукты обмена, образующиеся в процессе жизнедеятельности; обеспечивает теплорегуляцию и гуморальную регуляцию в организме, является важным фактором иммунитета.

В кровеносной системе выделяют сердце – главный орган кровообращения, ритмические сокращения которого обусловливают движение крови. Сосуды, по которым кровь выносится из сердца и поступает к органам, называются артериями, а сосуды приносящие, приносящие кровь к сердцу – венами.

Сердце – четырехкамерный мышечный орган, располагающийся в грудной полости. Правая половина сердца (правое предсердие и правый желудочек) полностью отделена от левой его половины (левое предсердие и левый желудочек). В правое предсердие по верхней и нижней полым венам, а также по собственным венам сердца поступает венозная кровь. Пройдя через правое предсердно – желудочковое отверстие, по краям которого укреплен правый предсердно – желудочковый (трехстворчатый) клапан, кровь попадает в правый желудочек, а из него – в легочный ствол, затем по легочным артериям в легкие. В капилярах легких, тесно прилежащих к стенкам альвеол, происходит газообмен между поступающим в легкие воздухом и кровью. Обогащенная кислородом артериальная кровь по легочным венам поступает в левое предсердие. Пройдя затем левое предсердно – желудочковое отверстие, по краям которого прикрепляется левый предсердно – желудочковый митральный  (двустворчатый) клапан, она попадает в левый желудочек, а из него – в самую большую артерию – аорту. В теле человека выделяют два круга кровообращения – большой и малый.

Большой круг кровообращения – начинается в левом желудочке, откуда выходит аорта, и заканчивается в правом предсердии, в которые впадают верхняя и нижняя полые вены. По аорте и ее ветвям артериальная кровь, содержащая кислород и другие вещества, направляется ко всем частям тела. К каждому органу подходит одна или несколько артерий. Из органов выходят вены, которые, сливаясь друг с другом, в конечном итоге образуют самые крупные венозные сосуды тела человека – верхнюю и нижнюю полые вены, впадающие в правое предсердие. Между артериями и венами находится дистальная часть сердечно – сосудистой системы – микроциркуляторное русло, являющееся путями местного кровотока, где обеспечивается взаимодействие крови и тканей.

Малый круг кровообращения – начинается в правом желудочке, из которого выходит легочный ствол, и заканчивается в левом предсердии, куда впадают легочные вены. От сердца к легким поступает венозная кровь, а к сердцу притекает артериальная кровь. Поэтому малый круг кровообращения называют легочным.

Искусственным кровообращением называют различные способы поддержания кровообращения и обмена веществ в организме (или в отдельных его частях и органах) на оптимальном уровне при помощи перфузии (пропускание крови или кровозаменителей), осуществляемой специальным аппаратом - аппаратом искусственного кровообращения. В зависимости от показаний проводится в различных вариантах:

Общая перфузия – полное выключение сердца и легких из кровообращения с временной заменой их аппаратом исскуственного кровообращения – применяется при некоторых операциях на сердце и крупных сосудах.

Вспомогательной перфузией пользуются при необходимости временного облегчения работы сердца и легких механическими средствами, например при сердечной и легочной недостаточности, при выведении организма из состояния клинической смерти.

Регионарная или изолированная перфузия, при которой механически перфузируется лишь часть организма или отдельные органы, временно лишенные нормального притока крови, проводится при лечении некоторых заболеваний и повреждений.

Эффективность искусственного кровообращения зависит от адекватности его проведения, т.е. поддержания во время перфузии объема перфузионного тока, артериального и венозного давления, объема циркулирующей крови, контроля и корригирования обменных процессов (кислотно – щелочного равновесия, водно – электролитного баланса, газового состава крови), активности головного мозга, функции почек, биохимического и клеточного состава крови.

Первые операции на сердце с применением аппарата исскуственного кровообращения были осуществлены американскими хирургами Ф.Д. Додриллом (1952) и Дж.Х. Гиббоном (1954) и советским хирургом А.А. Вишневским (1957).

Классификация насосов используемых в АИК

В аппарате искусственного кровообращения одним из основных узлов является насос для перекачивания крови, в связи с этим проведем классификацию существующих насосов:

1. Классификация насосов по виду подводимой энергии. Известные насосы делятся на тепловые, электрические и механические. Тепловые насосы действуют в результате теплового расширения либо самой перекачиваемой жидкости, либо элементов насоса, которые могут твердыми, жидкими или газообразными. К такому виду можно отнести, например, теплосифонные системы отопления и охлаждения. Из электрических можно указать на три вида насосов: электрогидродинамические (электромагнитные), действующие за счет взаимодействия тока подведенного к электропроводящей жидкости и магнитного поля, через которое жидкость протекает; электроискровые, в которых энергия передается жидкости в результате локального испарения и резкого увеличения объема жидкости в зоне разряда; магнитострикционные, основанные на свойствах некоторых жидкостей изменять свой объем под действием электромагнитного поля. Механические насосы преобразуют энергию твердого, жидкого или газообразного тела в механическую энергию жидкости.

2. Классификация насосов по принципу действия. Насос является энергетической машиной, в основу классификации по принципу действия положен энергетический признак, отражающий механизм передачи энергии – характер преобладающих в насосе сил. На жидкость и в жидкости действуют следующие силы: массовые, жидкостного трения, поверхностного давления. В зависимости от этого насосы делятся на динамические и объемные. В динамическом насосе природой преобладающих сил является инерция или вязкость. Для внешних характеристик динамических насосов справедливы общие законы гидродинамического подобия. Объемный – это механический насос, в котором жидкость перемещается под действием поверхностного давления при периодическом изменении объема занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся с входом и выходом насоса. Объемно – динамический - это механический насос, в котором происходит вытеснение жидкости при одновременном действии массовой силы или силы жидкостного трения. Динамические насосы в соответствии с природой преобладающих сил делятся на инерционные, жидкостного трения и смешанные.

3. Классификация насосов по конструктивным признакам. В основу положена классификация по форме рабочих органов или характер движения жидкости в проточной части насоса. Среди динамических наиболее распространенными являются лопастные насосы, в которых сообщение энергии жидкости происходит благодаря инерционным силам при протекании ее через лопастное колесо. К лопастным относятся насосы центробежные, центробежно – осевые (диагональные) и осевые. Из других типов динамических инерционных насосов наиболее распространенным является клапанный вибрационный. К насосам трения относят ленточный и тангенциальный дисковые насосы. Широко распространены вихревые насосы и их можно рассматривать, как конструктивную разновидность тангенциального дискового, хотя в рабочем процессе некоторых типов вихревых насосов значительную роль играют инерционные силы. В вихревом насосе передача энергии жидкости происходит благодаря вихревому обмену количеством движения, возникающему в результате увеличения жидкости рабочим колесом. К этому же типу насосов относятся свободно – вихревые насосы. Топологическая разновидность вихревого насоса – лабиринтный насос, в котором перемещение жидкости осуществляется при вращении цилиндрического ротора с наружной резьбой в цилиндре с внутренней резьбой противоположного направления. Как массовая сила, так и сила трения действуют в насосах дисковом, радиальном, черпаковом, вибрационно-бесклапанном, струйном. Существуют независимые конструкционные классификационные признаки (и соответствующие им виды насосов): расположение оси вращения (вертикальный, горизонтальный, с наклонной осью), расположение и выполнение опор (консольный, с выносными опорами и т.п.), количество колес (одно-, двух-, многоступенчатый), выполнение подвода и отвода (с полуспиральным подводом, с лопаточным отводом), конструкция рабочего колеса (с открытым или закрытым рабочим колесом, поворотно – лопастной и т.п.) и т.д.

4. Классификация насосов по назначению. В принципе является совершенно не зависимой от классификации по всем перечисленным выше признакам. Так, химические насосы, т.е. насосы, предназначенные для химического производства, могут быть объемными, центробежными, герметичными и т.д. Приведенная выше классификация может быть построена в пределах насосов одного назначения. В свою очередь, классификационные признаки насосов по назначению распадаются на ряд независимых. Целесообразно выделить три признака насосов при классификации по назначению: по отрасли техники или производства, по непосредственному назначению насоса и по роду перекачиваемой жидкости. При планировании испытаний, составлении программ и выборе методик важно определить как тип насоса, так и его назначение.

5. Классификация динамических насосов по размеру. Признаками условного деления по размеру могут служить номинальные параметры: полезная гидравлическая мощность или подача насоса, а именно:

Таблица Классификация насосов

Описание конструкции и принципа действия аппарата искусственного кровообращения

Комплекс содержит аппарат АИК-6.07 (ИСЛ-7), включающий перфузионную стойку, кардиоплегическую стойку, термоагрегат ТАМ-15 , физиологический блок, включающий оксигенератор Е2, теплообменник Т1, артериальный фильтр Ф, кардиоплегический резервуар Е1, и кардиоплегический физиологический блок, включающий газообменную емкость Е3, погружной теплообменник Т2, магистрали.

 Работа аппарата в режиме перфузии с равномерной подачей при управлении с лицевой панели насоса происходит следующим образом: к насосу, выполняющему роль артериального, подключается, минуя блок управления, блок контроля БК1. После нажатия клавиши ПУСК клавишами на лицевой панели насоса задается требуемая объемная подача в диапазоне 0,1 – 8 л/мин. Предварительно насос должен быть откалиброван на трубке с диаметром, равным диаметру рабочей трубки в разовой физиологической системе. Калибровка производится следующим образом: нажимая кнопку ОБ/МИН, задают по табло, например 150 об/мин, мерным сосудом измеряют перекаченный за 1 мин объем жидкости. Далее при вращении роликовой головки с частотой 150 об/мин калибровочным потенциометром выставляется на цифровом табло величина измеренного объема в л/мин. Артериальный насос Н1 обеспечивает равномерную подачу в артериальную магистраль под контролем перфузионного давления блоком контроля БК1. На нем выставляют требуемый верхний допустимый предел перфузионного давления клавишами при нажатой клавиши . При превышении предельного значения давления срабатывается звуковая сигнализация и пульсирует показание на табло. При нажатии клавиши на табло высвечивается символ “ “. В этом случае, при превышении предельного давления и срабатывании сигнализации объемная подача насоса снижается ступенчато по 10% от заданной величины до снижения перфузионного давления. Насосы Н3 и Н4 используются для коронарного отсоса и сбора крови в кардиотомический резервуар Е1, в этом случае возможно управление включения (ПУСК) и включение (СТОП) насоса с помощью ножного пульта ПН, управляемого хирургом. Насос Н2 может оставаться в резервуаре или использоваться для других целей. Гравитационный отток крови в аппарат регулируется с помощью венозного зажима В3, изменяющего сечение венозной магистрали. Контроль температуры крови, пациента, применяемой жидкости, теплоносителя обеспечивается 4-х канальным электротермометром в блоке контроля БК1 с комплектом датчиков ДТ. Обеспечение нормо- и гипотермических операций производится с помощью термоагрегата медицинского ТАМ-15, подключенного к теплообменнику Т1. Режим превращения циркулирующей крови по газовому составу из венозной в артериальную обеспечивается подачей регулятором газов РГ1 в оксигенератор Е2 кислорода, воздуха от 0 до 10 л/мин и СО от 0 до 1 л/мин.

 Аппарат позволяет проводить перфузию с равномерной подачей при управлении от блока управления БУ. В этом случае блок контроля БК1 подключается к БУ и воздействует на артериальный насос Н1 через него. На лицевой панели блока управления (при готовности блока к работе высвечивается индекс “0”) нажимается клавиша равномерного режима, задается объемная подача , показания табло л/мин на Б1 и Н1 при этом совпадают. Остановка насоса производится клавишей . Благодаря процессорной связи БУ и Н1, функционирует обратная связь по числу оборотов электродвигателя насоса.

 Работа аппарата в режиме перфузии с импульсирующей подачей от внутреннего генератора происходит следующим образом: с помощью органов управления БУ устанавливают требуемую величину равномерной подачи крови насосом, затем насос переводят в режим пульсирующей подачи (клавиша). В этом режиме автоматически поддерживается средний заданный расход при регулировании в широком диапазоне параметров пульсирующего потока. Алгоритм функционирования артериального насоса с блоком управления в пульсирующем режиме основан на формировании управляющего задания на привод насоса в фазу пульсовой волны и паузы с учетом заданных параметров: МАКС ОБ/МИН; УД/МИН; ВОЛНА, %; ПОДАЧА В ПАУЗУ, %. Наличие обратной связи осуществляет автоматическое регулирование заданной объемной подачи при любых вариациях параметров волны. При различных величинах задаваемой объемной подачи существует два подрежима работы блока управления:

1) если амплитуда пульсовой волны соответствует числу оборотов роликовой головки, которое меньше или равно заданному параметру МАКС ОБ/МИН, то регулирование заданной объемной подачи осуществляет каждый последующий цикл путем ступенчатой коректировки амплитуды пульсовой волны при неизменном уровне управляющего воздействия в паузу , определямое установкой ПОДАЧА В ПАУЗУ, % ;

2) если амплитуда пульсовой волны соответствует числу оборотов пульсовой головки , которой становится больше заданного параметра МАКС ОБ/МИН, то амплитуда пульсовой волны ограничивается этим параметром, а регулирование при дальнейшем увеличении объемной подачи осуществляется путем автоматического увеличения установки ПОДАЧА В ПАУЗУ , %, несмотря на заданный ее уровень. При этом на табло установок блока управления высвечивает и пульсирует полученная величина параметра.

 Работа аппарата в режиме перфузии с синхронизируемой пульсирующей подачей происходит следующим образом: с помщью органов управления устанавливают параметры пульсирующего потока, синхронизированного по R- зубцу ЭКГ- сигнала ; задержку переднего фронта (параметр ЗАДЕРЖКА, мс) импульса воздействия на привод насоса относительно R-зубца (ВОЛНА); минимальную и максимальную частоту сердечных сокращений (МАКС ЧСС, МИН ЧСС), при достижении которых включается равномерная подача; амплитуду потока в паузу (ПОДАЧА В ПАУЗУ); урежение пульса в соотношении 1: 2 или 1:3. Подбором указанных параметров добиваются требуемого диастолического усиления на кривой аортального давления. Смещение пульсовой волны влево возможно лишь до момента прихода Р-зубца; при включении урежения 1:2 или 1:3 соответственно один или два цикла пульсация не производится. Алгоритм предусматривает в эти циклы равномерную подачу, причем автоматическое регулирование заданной объемной подачи осуществляется за счет уровня равномерной подачи без корректировки амплитуд воздействия в активном цикле.

 В режиме кардиоплегии аппарат работает следующим образом: охлаждение раствора емкости Е3 разового кардиоплегического блока обеспечивается за счет его циркуляции с подачей до 1 л/мин с помощью насоса перфузионного Н6 через теплообменник Т2, помещенный в камеру аккумулятора холода термоагрегата ТАМ-15, в котором поддерживается температура 2 – 4 С. Контроль температуры в емкости Е3 производят блоком контроля БК2 с датчиком ДТ. Насыщение раствора кислородом или СО производят путем подачи газа регулятора РГ2 в емкость Е3. Подачу приготовленного раствора в коронарную систему осуществляют насосом Н5 под контролем давления в напорной магистрали с помощью блока контроля БК2. Время проведения кардиоплегии отсчитывается с помощью пуска и остановки часов, встроенных в БК2. При превышении заданного на БК2 давления происходит автоматическое снижение подачи насоса Н5 ступенчато вплоть до полной остановки или до снижения давления в напорной магистрали до заданного уровня.

Аппарат искусственной вентиляции легких «СПИРОН-201»

Аппарат ИВЛ "Спирон-201" предназначен для проведения  ИВЛ  у взрослых при  реанимации и интенсивной терапии и эксплуатируется в условиях умеренного климата при температуре от + 10°С до + 35°С» относительной влажности до 80%  при температуре +25°С к атмосферном давлении от 97 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  no реверсивному  дыхательным контурам но только с взрывобезопасными анестетиками.

Аппарат обеспечивает следующие режимы работы:

1. режим вспомогательной ИВЛ (ВИВЛ)

2. режим управляемой ИВЛ (УИВЛ)

3. режим с синхронизированной периодической принудительной ИВЛ (СППВ)

4. режим самостоятельной вентиляции под постоянным положительным давлением (СДПД)

5. режим самостоятельной ИВЛ или ИВЛ вручную мешком (САМД) совместно о аппаратом возможно использование увлажнителя дыхательной смеси УДС-2, сигнализатора "Астра", указателя давления УДМ-60 и волюметра A-H45084.

С помощью  аппарата  ИВЛ "Спирон-201" вентиляцию легких можно производить в следующих 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 принудительной вентиляции -это комбинация двух режимов - самостоятельного дыхания и ВИВЛ.

-самостоятельного дыхания под постоянный положительным  давлением - пациент дышит самостоятельно;

- самостоятельного дыхания (или вентиляция вручную мешком).

Устройство и принцип действия аппарата

Аппарат содержит следующие основные блоки:

Тележка 1, блок. пациента 10, генератор вдоха 3, блок управления 23, увлажнитель 8, сигнализатор 11, блок приборный 27, блок подачи кислорода 19, блок активного выдоха 20, отсасыватель 48.

Аппарат содержит следующие съемные узлы:

Клапан предохранительный 16, мешок для проведения ИВЛ вручную 9, отстойники 38 и 39, пульт дистанционного управления, распылитель лекарственных средств.

Блок управления 23 выполнен в виде плоского параллелепипеда, на передней грани которого расположена панель управления. На панели управления расположены световое (цифровос) 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 появлении признаков отсутствия вентиляции и "ПУЛЬТ ДУ" при работе с ПДУ. На аналоговом табло 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 ПДКВ. 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:

а) 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.

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

- кнопка 1 на время ее удержания в нажатом состоянии обеспечивает высвечивание на цифровом табло значения дыхательного объема вместо минутной вентиляции;

- кнопка 21 включает активный выдох при УИВЛ;

- кнопка 24 включает; питание распылителя лекарственных г средств и обеспечивает насыщение дыхательной смеси лекарственными аэрозолями;

- кнопка 25 включает режим искусственного вздоха при УИВЛ.

в) кнопки 4 и 5, З и 2, 23 и 22, 20 и 16 служат для увеличения и уменьшения значений регулируемых параметров, высвечиваемых на цифровом табло 6

г) Кнопки 10 и 11, 7 и 8 служат для регулирования значений установок наибольшего давления конца вдоха и давления конца выдоха (ПДКВ) на аналоговом табло 9 и имеют маркировку "<" и ">".

д) Регулятор 17 уровня постоянного положительного давления при СДПД или в фазе самостоятельного дыхания в режиме СППВ.

Блок подачи кислорода содержит ротаметр, обеспечивающий измерение расхода кислорода до 20 г/мин, предохранительный клапан, мешок. Регулирование подачи кислорода производится с помощью игольчатого дросселя о ручкой. Предохранительный клапан блока имеет поворотную головку на три положения, маркированных на "10", "300" и ''ЗАКРЫТО". Положения "10" и "300" соответствуют ограничению давления в мешке на уровне соответственно 0,1 кПа (10мм вод.ст.) и 3 кПа (300 мм вод. ст.). В патрубке расположен всасывающий клапан изготовленный из силиконовой резины, который позволяет подсасывать воздух из атмосферы. На патрубок надет противопылевой фильтр. Блок подачи кислорода имеет резьбовой штуцер для присоединения при помощи шланга к источнику сжатого кислорода. Блок по­дачи кислорода устанавливается на кронштейне с помощью патрубка.

Блок активного выдоха содержит съемный блок разрежения, расположенный под крышкой и закрепленный в корпусе с помощью гайки. кроме того, в корпусе неподвижно закреплен распределитель обеспечивающий во время выдоха подачу питающего газа в эжектор блока разрежения. Крышка крепится на корпусе вручную винтом. На верхнем торце блока активного выдоха расположена рукоятка с маркировкой для регулирования разрежения активного выдоха. На передней панели блока расположены штуцер с маркировкой "БЛОК ПАЦИЕНТА" для присоединения к штуцеру выхода блока пациента и штуцер выхода выдыхаемого газа с маркировкой "ВЫХОД".

Клапан предохранительный состоит из корпуса с седлом, шайбы, барабана с тремя штоками и винтами которые осуществляют сжатие трех пружин, и крышки. Поворотом барабана клапан устанавливается в три 'фиксированных положения при которых в окошке корпуса устанавливается маркировка "З", "6" и "10", что соответствует срабатыванию при давлении соответственно 3 кПа, 6 кПа и 10 кПа.

Блок приборный содержит указатель давления УДМ-60, закрепленный скобой и винтами. В боковое отверстие блока приборного вставлен тройник для присоединения указателя давления к дыхательному контуру и установки вольтметра. В тройнике зажимом закреплен бактериальный фильтр, предохраняющий от инфицирования указатель давления. Кран служит для подключения указателя давления к дыхательному контуру. Штуцер должен быть закрыт заглушкой.

Пульт дистанционного управления служит для переключения фаз дыхательного цикла вручную. ПДУ имеет корпус с клавишей и кнопкой. Удерживая пальцем или ладонью клавишу оператор выключает автома­тический переключатель фаз в аппарате. нажимая на кнопку он включает фазу вдоха, отпуская кнопку - фазу выдоха. Как только оператор выпускает ПДУ из рук (отпуская тем самым клавишу) аппарат включается в автоматический режим.

Распылитель имеет прозрачный корпус с нанесенной на нем шкалой объема залитого вещества, герметично закрытый крышкой с накидной гайкой. В корпусе герметично установлено сопло, заканчивающееся снаружи резьбовым штуцером. Штуцер шлангом соединяется с соответствующим  штуцером блока пациента. На сопло надет колпачок с вырезами по открытому торцу, опущенному в раствор. Колпачок имеет на закрытом торце отверстие, соосное отверстию сопла. При подаче в сопло газа под давлением 0,14 MПа (1,4 кгс/см) в полости колпачка создается разрежение раствор .засасывается по колпачку вверх и вместе с питающим газом в виде аэрозоля через отверстие в закрытом торце колпачка выбрасывается в корпус распылителя и через его патрубок в шланг вдоха. Сепаратор обеспечивает выделение аэрозоля требуемой дисперсности.

В комплект поставки аппарата входит мешок для проведения ИВЛ вручную - Мешок эластичен и после сжатия расправляется самостоятельно со скоростью обеспечивающей требуемые частоты вентиляции.

Рассмотрим упрощенную функциональную схему аппарата. Схема аппарата содержит следующие блоки: блок подачи кислорода 1, генератор вдоха 2, блок пациента З, увлажнитель дыхательной смеси 5, блок управления 7, блок приборный 12, отсасыватель 14, сборник секрета 15, блок активного выдоха 16.

Кроме того, в дыхательном контуре установлены предохранительный клапан 4, распылитель 6 лекарственных средств, отстойники 8 и 13, мешок для проведения ИВЛ вручную 17, сигнализатор 18.

Блок подачи кислорода 1 служит для создания дыхательной смеси, обогащенной кислородом. Подачу дыхательной смеси во время вдоха обеспечивает генератор вдоха 2. Особенностью его является независимость объема минутной вентиляции от давления в дыхательном контуре.

Блок пациента 3 предназначен для обеспечения различных режимов работы аппарата ИВЛ переключением распределителей и клапанов по сигналам от блока управления 7.Для обеспечения активного выдоха предназначен блок активного выдоха создающий разрежение в дыхательном контуре.

Отсасыватель 14 создает разрежение, необходимое для отсоса секрета (слизистой -жидкости) из дыхательных путей пациента. Сборник секрета 15 служит для его накопления.

Блок приборный 12 предназначен для отслеживания давления в дыхательном контуре и объема минутной вентиляции. В дыхательный кон­тур включен предохранительный клапан 4,ограничивавший давление на уровне 3 кПа, 6 кПа, 10 кПа.

Для увлажнения дыхательной смеси служит увлажнитель 5. Последовательно с ним устанавливается распылитель дыхательной смеси 6.

Отстойники 8 и 13, установленные в линиях вдоха и выдоха соответственно служат для сбора влаги, осаждающейся на внутренней поверхности воздуховодов.

Тройник пациента 10 подсоединен к линиям при помощи гофрированных шлангов 9 и 11, обеспечивающих подвижность пациента в ограниченных пределах.

Сигнализатор 18 подключается к тройнику пациента и вырабатывает аварийный сигнал при отсутствии избыточного давления на выходе тройника пациента.

Блок подачи кислорода 1 содержит ротаметр 1.2 и вентиль 1.1 для дозировки подачи кислорода, самодействующий клапан 1.4 для забора воздуха из атмосферы через фильтр 1.6. Кроме того, блок подачи кислорода 1 снабжен резиновым мешком 1.5 и предохранительным клапаном 1.3, предотвращающим чрезмерное раздувание мешка.

Генератор вдоха 2 обеспечивает подачу пациенту дыхательной смеси во время вдоха. Он состоит из воздуходувки 2.2, приводимой в действие от электродвигателя 2.3 и стабилизатора 2.1.

Стабилизатор 2.1 поддерживает постоянный перепад давления на дросселе 3.3, регулирующем минутную вентиляцию, благодаря чему обеспечивается независимость минутной вентиляции от давления в дыхательном контуре, кроме того, во время выдоха стабилизатор 2.1 соединяет между собой линии нагнетания и всасывания, снижая нагрузку на воздуходувку 2.2- Дроссель 2.4 служит для снижения уровня пульсаций в линии обратной связи. Клапан 2.5 служит для снижения уровня пульсаций в линии всасывания.

Блок пациента 3 содержит дроссель-perулятор вентиляции 3.3, управляемый шаговым двигателем (ШД) 3.2, электромагнитные клапаны ЭМК 3.4, 3.7, 3.10, самодействующие клапаны 3.6, 3.9, 3.17, электромагнитные распределители (ЭР) 3.11, 3.13, 3.l4, 3.22, фильтры 3.1, 3.5, 3.16, предохранительный клапан 3.8, регулятор 3.21, обратные клапаны 3.18, 3.19, 3.20, 3.23.

ЭМК 3.4 в открытом положении сообщает при выдохе легкие пациента с атмосферой. Самодействующий клапан 3.6 предотвращает выдыхание газа из легких в –линию вдоха, а клапан 3.9 вдыхание газа из линии выдоха. При самостоятельной вентиляции клапан 3.17 обеспечивает при ИВЛ вручную мешком 17 заполнение мешка при его расправлении свежей смесью из блока подачи кислорода 1 и предотвращает обратный заброс смеси в блок подачи кислорода 1 при сжатии мешка. Клапан УВД 3.12 мемб­ранный, управляется пневматически от мешка 17 и обеспечивает при ИВЛ вручную мешком 17 перекрытие линии выдоха при сжатии мешка, то есть во время вдоха, и сообщение легких пациента с атмосферой при расправлении мешка во время выдоха. ЭР 3.13 в режиме ИВЛ вручную сообщает надмембранное пространство клапана УДВ 3.12 с мешком 17 через бактериальный фильтр 3.16, что предотвращает инфицирование ЭР 3.13. В других режимах ЭР 3.13 включен и сообщает надмембранное пространство клапана УДВ 3.12 с ЭР 3.14 и ЭР 3.11, ЭР 3.14 служит для соединения камеры управления клапана УДВ 3.12 через ЭР 3.13 в одном положении с линией нагнетания генератора вдоха 2, в другом - через клапан 16.3 с атмосферой либо с линией разрежения блока активного выдоха. Фильтр 3.1 предотвращает инфицирование ЭР 3.14. ЭР 3.11 служит для подключений к камере управления клапана УДВ 3.12 через ЭР 3.13 устройств регулирования давления в указанной камере. Постоянный дроссель 3.15 на входе ЭР 3.14 обеспечивает поступление в линию управления клапана УДВ 3.12 заданного расхода газа из линии нагнетания генератора вдоха 2. Клапан предохранительный 3.9 служит для ограничения максимально допустимого положительного давления в режиме СДПД. Клапан содержит две мембранные камеры глухую, соединенную с дыхательным контуром, и проточную» подключенную к линии управления клапана УДВ 3.12. Глухая камера образована двумя мембранами большой и малой, жестко связанных между собой. Мембраны нагружены регулируемой пружиной. В проточной камере расположено сопло, перекрываемое малой мембраной. Штуцер с клапанами 3.19 служит для подвода питающего газа под давлением 400 кПа (4 кгс/см²) к блоку подачи кислорода 1 и сигнализатору 18. Штуцер с клапаном 3.20 - для подвода питающего газа под давлением 400 кПа (4 кгс/см²) к отсасывателю 14. Штуцер с клапаном 3.18 для подвода питающего газа под давлением 400 кПа (4 кгс/см²) к аппарату, а также на вход регулятора 3.21 с выхода которого питающий газ под давлением 140 кПа ( 1, 4 кгс/см²) через ЭР 3.22 поступает на вход распылителя 6. Штуцер с клапаном 3.23 служит для подачи питающего газа под давлением 400 кПа (4 кгс/см²) через ЭР 16.4 на эжектор 16.2 блока активного выдоха 16. Дроссель 3.24 служит для снижений уровня пульсаций в прео6рааователе давления 7.3.

Блок управления 7 служит для управления всеми ЭМК и ЭР. Он содержит регулятор положительного давления в режиме СДПД 7.1, обеспечивающий изменения давления в линии управления клапана УДВ 3.12 блока пациента 3 электропреобразователь 7.2, служащий для периодического соединения преобразователя 7.3 с атмосферой, что позволяет существенно снизить ошибку преобразователя 7.3 вследствие дрейфа нуля  поскольку отсчет измеряемых значений в дальнейшем ведется от уровня» измеренного в момент сообщения с атмосферой и принимаемого за нулевой.

Блок приборный 12 содержит указатель давления 12.1 с краном 2.2 включения, волюметр 12.3 и фильтр 12.4, предотвращающий инфицирование блока приборного. Отсасыватель 14 создает разрежение, необходимое для отсоса секрета из дыхательных путей пациента. Он содержит эжектор 14.2 и вентиль 14.1, регулирующий величину разрежения. Сборник секрета 15 служит для накопления секрета, поступающего через аспирационный наконечник 15.2 и шланг отсоса 15.1. Блок активного выдоха 16 содержит регулятор разрежения 16.1, эжектор 16.2 и клапан самодействующий 16.3, электромагнитный распределитель (ЭР) 16.4.

Эжектор 16.2 служит для создания разрежения в дыхательной контуре при активном выдохе. ЭР 16.4 служит для подачи сжатого газа в эжектор 16.2 во время выдоха. Регулятор разрежения 16.1 представляет собой мембранный клапан, нагруженный регулируемой пружиной. Глухая мембранная камера соединена обратной связью с линией разрежения эжектора 16.2, что предотвращает полное перекрытие седла клапана 16.1 мембраной под действием разрежения. Клапан самодействующий 16.3 служит для быстрого сброса давления в дыхательном контуре в начале выдоха.

Работа аппарата в режиме УИВЛ

Работа аппарата в режиме УИВЛ с давлением конца выдоха

ЭМК 3.7 открыт постоянно, ЭМК 3.4 при вдохе – сообщает легкие пациента с генератором вдоха 2, ЭМК 10, при выдохе – легкие пациента с атмосферой. ЭМК – 3.7 и самодействующий клапан 3.6 обеспечивает возможность дополнительного вдоха пациента непосредственно из блока подачи кислорода 1, минуя генератор вдоха 2. Во время вдоха газовая смесь из мешка 15 блока подачи кислорода 1 засасывается воздуходувкой 2.2 генератора вдоха 2, нагнетается в линию вдоха блока пациента и через дроссель – регулятор 3.3 открытый ЭМК 3.4, увлажнитель 5, отстойник 8, шланг вдоха 9 и тройник пациента 10 вдувается в легкие. Избыток газовой смеси из линии нагнетания воздуходувки 2.2 сбрасывается через стабилизатор 2.1 в линию всасывания. Переключение аппарата со вдоха на выдох происходит по t, сек (по g, Гц). При этом ЭМК 3.4 закрыт, ЭМК 3.10 открыт, происходит выдох. Пациент через тройник 10, шланг выдоха 11, отстойник 13, самодействующий клапан 3.9, ЭМК 3.10, клапан УДВ 3.12 и клапан 16.3 выдыхает в атмосферу.

Работа аппарата в режиме УИВЛ с ПДКВ

В момент выдоха, когда давление в дыхательном контуре равно установленному ПДКВ, эр. 3.14 соединяет мембранную камеру управления клапана УДВ 3.12 через ЭР 3.13 и фильтр 3.1 с линией нагнетания генератора вдоха 2. Поставленный дроссель 3.15 на входе ЭР 3.14 обеспечивает поступление в линию управления клапана УДВ 3.12 заданного расхода газа из линии нагнетания генератора вдоха 2 и клапан УДВ 3.12 закрывается. Выдох прекращается.

Работа аппарата в режиме УИВЛ с паузой вдоха

В момент вдоха, когда оставшееся до конца вдоха время равно установленной паузе, ЭМК 3.14 закрывается, и вдувание прекращается. ЭМК 3.10 остается также закрытым до истечения времени вдоха, определяемого установленной частотой вентиляции и долей вдоха от времени цикла. По истечении времени вдоха 3.10 открывается и происходит выдох.

Работа аппарата в режиме УИВЛ с АВ

В фазе выдоха ЭМИК 3.7 закрыт, сжатый газ от внешнего источника питается под давлением 4000 кПа через обратный клапан 3.18 ЭР 16.4 и эжектор 16.2 истекает в атмосферу. При этом создается разрежение в линии выдоха, под действием которого газ отсасывается из дыхательных путей пациента. Одновременно разрежение через ЭР 3.14 и 3.13 поступает в камеру управления клапана УДВ 3.12 и поддерживает его в открытом состоянии. Изменение значения разрежения осуществляется поворотом рукоятки регулятора 16.1. обратный клапан 16.3 осуществляет быстрый сброс давления в дыхательном контуре в начале фазы выдоха.

Работа аппарата в режиме УИВЛ с ограничением максимального давления конца вдоха

В момент вдоха, когда давление в дыхательном контуре становится равным заданному значению Pmax ЭМК 3.4 закрывается, ЭМК 3.10 продолжает быть закрытым и вдувание прекращается до истечения заданного времени вдоха.

Работа аппарата в режиме УИВЛ с помощью пульта дистанционного управления (ПДУ)

Нажатие и удержание клавиши ПДУ приводит аппарат в состояние выдоха. ЭМК 3.4 закрыт, ЭМК 3.10 открыт. Дополнительное нажатие ПДУ вызывает на время ее нажатия переключение аппарата в фазу вдоха, ЭМК 3.4 открыт, ЭМК 3.10 закрыт. Как только оператор выпускает ПДУ из рук, аппарат включается в автоматический режим.

Работа аппарата в режиме УИВЛ с распылением аэрозоля лекарственных средств

В фазе выдоха статный газ под давлением поступает на вход регулятора 3.21 с выхода которого газ под давлением 140 кПа через ЭР 3.22 поступает на вход распылителя 6. Аэрозоль распыляется с шланга вдоха 9. В фазе вдоха аэрозоль из 9 выносится потоком дыхательного газа в легкие пациента через тройник 10.

Работа аппарата в режиме ВИВЛ

ЭМК 3.7 закрыт постоянно. В момент конца выдоха, ЭМК 3.4 закрыт, ЭМК 3.10 открыт. При попытке вдоха пациент создает разрежение в линии ограниченной с одной стороны клапаном З.9, а с другой - закрытыми ЭМК 3.4 и 3.7. Созданное разрежение через фильтр 3.5поступая в электропневмопреобразователь 7.2 блока управления 7 и далее на преобразователь давления 7.3. В блоке управления 7 происходит сравнение создаваемого пациентом разрежения с заданным. Когда разряжение в линии становится равным заданному  происходит переключение аппарата в положение вдоха - При этом ЭМК 3.4 открывается, ЭМК 3.10 закрывается. Переключение со вдоха на выдох происходит по давлению. Когда давление в легких .достигает заданного значения (сравнение производится в блоке управления 7), ЭМК 3.4 закрывается, ЭМК 3.10 открывается, происходит выдох и аппарат остается в положении выдоха до поступления попытки вдоха или до окончания установленного времени ожидания попытки. Если в течении  3 сек давление конца вдоха не станет равным заданному, переключение на выдох произойдет автоматически по времени. Такое явление может произойти при неправильной установке скорости вдувания Q (недостаточной) или при разгерметизации линии пациента. При ВИВЛ также возможно осуществить режим дыхания с ПДКВ. При этом коммутация линии выдоха осуществляется так же, как и при УИВЛ. А разрежение попытки вдоха отсчитывается от уровня давления конца выдоха . При ВИВЛ также возможно распыление аэрозоля лекарственных средств. Оно осуществляется в шланг вдоха 9 во время фазы вдоха.

Работа аппарата в режиме СППВ

При СППВ периодически перемежаются два режима вентиляции: самостоятельное дыхание и один цикл ВИВЛ. Генератор вдоха 2. работает. В фазе самостоятельного дыхания ЭМК 3.4, 3.7 и 3.10 открыты. Если самостоятельное дыхание проводится без повышения уровня давления выше атмосферного, то УР 3.13,3.14 соединяют камеру управления клапана УДВ 3.12 через клапан 16.3 с атмосферой. Дроссель-регулятор вентиляции 3.3 перекрыт ИД 3.12. Поток из линии нагнетания -генератора вдоха 2 через стабилизатор 2.1 сбрасывается в линию всасывания генератора вдоха 2- Пациент через клапан 3.6, ЭМК 3.7 и клапан 3.17 делает вдох из мешка 1.5 блока подачи кислорода 1 и выдыхает через клапан 3.9 ЭМК 3.10, клапан УДВ 3.12 и клапан 16.3 в атмосферу. Если самостоятельное дыхание ведется под постоянным положительным давлением, то нажатием кнопки «Установка величины потока G» воздействуют на ШД 3.2, и он открывает дроссель-регулятор вентиляции 3.3. В дыхательный контур поступает постоянный поток газа G от генератора вдоха 2. Камера управляющего клапана УДВ 3.12 через 3.13, 3.14, фильтр 3.1 соединяется с линией нагнетания генератора вдоха, а через ЭР 3.11 с предохранительным клапаном 3.6 и регулятором давления 7.1. Поворотом рукоятки регулятора 7.1 на его мембране формируется усилие, обеспечивающего большую или меньшую степень стравливания газа из камеры управления клапана УДВ 3.12 и соответственно уровень давления в ней. Это давление определяет уровень ПДКВ, который составляет при СДПД амплитуду колебании й давления. Средний уровень, давления зависит от значения скорости потока 9. Предохранительный клапан 3.8 срабатывает в случае, если уровень давления в дыхательном контуре превышает 4кПа (400 мм вод.ст.). Таким образом даже при установке чрезмерных значений G, при которых уровень давления может стать опасным, обеспечивается безопасность пациента. По истечении заданного времени L, в течение которого пациент дышит самостоятельно, аппарат переключается в положение ожидания попытки  вдоха. При этом ЭМК 3.4, 3.7 закрываются, ЭМК 3.10 остается открытым. ШД 3.2 переводит дроссель регулятор 3.3 в положение соответствующее установленной скорости вдувания Q. Переключение на выдох происходит либо по достижении заданного давления либо по истечении 3секунд. При этом ЭМК 3.4 закрывается, ЭМК 3.10 открывается. Если в интервале L было установлено G=0, то ЭР 3.13 остается в положении УИВЛ, ЭР 3.11 закрывается, а ЭР 3.14 в конце вдоха соединяет камеру управления клапана УДВ 3.12 с линией нагнетания генератора вдоха 2, так, что в цикле ВИВЛ сохраняется ПДКВ, заданное при самостоятельном дыхании. Если же в L интервале имело место G=0, то ЭР 3.11 остается закрытым, ЭР 3.14 перекрывает линию из генератора вдоха 2 и соединяет камеру управления клапана УДВ 3.12 через клапан 16.3 с атмосферой. Переключение на самостоятельное дыхание происходит через 2 секунды после окончания вдоха. При этом ЭМК открываются, а ЭР переходит в положение , соответствующее выбранному уровню давления, как описано выше. В режиме СППВ возможно распыление лекарственных средств. При этом ЭР 3.22 соединяет распылитель 6 с источником питания на всё время самостоятельного дыхания и в фазе вдоха цикла ВИВЛ.

Работа аппарата в режиме СДПД

В режиме СДПД схема работает так же т как в фазе СДПД в режиме СППВ- Возможно одновременное проведение распыления лекарственных средств, которое производится в этом режиме непрерывно.

Работа аппарата в режиме САМД

При самостоятельном дыхании САМД генератор вдоха 2 не работает. ЭМK 3.4, 3.7, 3.10 открыты. Пациент вдыхает свежую смесь из мешка 1.5 блока подачи кислорода 1 через самодействующие клапаны 3.17, 3.6 и ЭМК 3.7.Коммутация пациента с линиями вдоха и выдоха в соответствующих фазах дыхательного цикла происходит с помощью самодействующих клапанов 3.6 и 3.9.

При ИВЛ вручную (ВР) (мешком 17) клапан 3.17 обеспечивает заполнение мешка свежей смесью из блока подачи кислорода 1 при его расправлении и предотвращает обратный сброс смеси в блок подачи кислорода 1 при сжатии мешка. Клапан УДВ 3.12 управляется пневматически от мешка 17 и обеспечивает перекрытие линии выдоха при сжатии мешка 17, то есть во время вдоха и сообщение легких пациента с атмосферой при расправлении мешка 17 во время выдоха. ЭР 3.13 сообщает камеру управления клапана УДВ 3.12 с мешком 17 через бактериальный фильтр 3.16, что предотвращает инфицирование ЭР 3.13.

Описание структурной схемы системы управления

Все функции управления аппаратом осуществляет ОМК. Сопроцессор ОМК обеспечивает постоянное сканирование клавиатуры и через основной процессор производит настройку на режимы, задаваемые оператором. Типы режимов, задаваемые параметры и информация о давлении в дыхательном контуре отображается на двух газоразрядных индикаторах. Также через ОМК на один из индикаторов выводится цифровые значения, задаваемые или выбираемые, на другой – в виде столбиков переменной длины выводится текущее давление в дыхательном контуре и его различные установки. Для быстрой визуализации изменяющегося давления основной процессор ОМК через БИС параллельного ввода вывода с частотой 100 Гц запускает АЦП, считывает и обрабатывает результаты замера и передает информацию сопроцессору. Через эту же БИС осуществляется управление ЭМК в блоке пациента. Системное время ОМК (порядка 10 мс) задается таймером через один из входов контроллера прерываний.

Другой вход внешнего прерывания используется для дистанционного управления ЭМК входа и выхода вручную. Микроконтроллер (ОМК) представляет собой плату, на которой размещены 2 МП. Основной процессор обеспечивает основные функции вычисления и управления, а сопроцессор – обслуживание дисплея и клавиатуры. Память основного процессора составляет 16 кбайт, а сопроцессора – 2 кбайта. Основной процессор дополнен 2 БИС параллельного ввода вывода. БИС последовательного интерфейса контроллера прерываний, 2 программируемыми таймерами, а также оперативной памятью 2 кбайта и схемами интерфейсов системной шины и 4.1. сопроцессор дополнен экспандером параллельного интерфейса.

Вывод уравнения движения двигателя

Поведение дискретного привода описывается системой дифференциальных уравнений, включающей в себя уравнения электрического равновесия напряжений и токов в обмотках ШД и уравнение движения исполнительного вала.

                                                                                          (1)

                                                                                                          (2)

                                                                                                                         (3)

                                                                                                                                  (4)

Приведенные выражения справедливы при мгновенном установлении токов в обмотках, когда уравнения электрического равновесия напряжений на фазах в любой момент времени определяются равенствами:

                                                                                                               (5)

                                                                                               (6)

                                                                                               (7)

Теперь допустим, что ротор имеет положительную скорость  и при его движении в обмотках наводятся ЭДС вращения:

                                                                                                              (8)

                                                                                                             (9)

                                                                                                           (10)

Для нашего двигателя:

                                                                                                               (11)

                                                                                                 (12)

                                                                                                 (13)

                                                                                        (14)

Сравнивая полученные выражения токов и потокосцепления с выражением статического синхронизирующего момента, нетрудно убедиться, что:

                                                          (15)

В более общем случае непрерывно изменяющихся во времени токов вместо дискретных значений

                                                                                                                         (16)

                                                                                                           (17)

                                                                                                           (18)

При вычислении электромагнитного момента должны браться соответствующие мгновенные величины. С учетом этих пояснений мы можем записать уравнения динамического равновесия для рассматриваемого ШД:

                                                                                                      (19)

                                                                                       (20)

                                                                                       (21)

                                                                                    (22)

                                                         N=0, 1, 2, …                                                (23)

Мы сознательно пренебрегли ЭДС самоиндукции , ,  положив L₁=L₂=L₃=0 для всех фаз. Сделано это для того, чтобы уравнения электрического равновесия напряжений в обмотках оказались алгебраическими, и их можно было бы разрешить относительно токов i₁, i₂, i₃  независимо от уравнения движения ротора двигателя:

                                                                                                        (24)

                                                                                         (25)

                                                                                         (26)

Подставив выражения мгновенных токов i₁(t), i₂(t), i₃(t) в уравнение равновесия моментов:

                             (26)

Получим после выполнения обычных тригонометрических операций:

                                                                                   (27)

И запишем окончательно:

                                                                                   (28)

Тепловизор "РАДУГА"

Описание конструкции и принципа действия

Любое тело с температурой выше абсолютного нуля испускает инфрак расное излучение. Не составляет в этом отношении исключения тело человека. Поток излучения имеет взаимосвязь с поверхностной температурой и излучательной способностью и выражается соотношением:

                                                   

 Ф-поток излучения,Вт/м

ε -излучательная способность тела:

δ =5,6696 10 Вт/м

К -постоянная Стефана Больцмана

Т - температура.К.

Если визуализировать поток излучения с элементов выбранной площади тела. то получится картина, характеризующая различие в излучательной способности и температуре этих элементов. излучательную способность кожи человека можно принять ε=0.97. поэтому без большой погрешности можно приравнять излучательную способность кожи человека к излучательной способности абсолютно черного тела ε=1. С учетом этого можно считать, что тепловая картина характеризует распределение распределение температуры по визуализируемой поверхности .

Тепловизор "Радуга" состоит, из следующих основных блоков:

1) оптическая головка (ОГ)

2) блок преобразования стандартов разложения (БПСР)):

3) блок отображения информации (БОИ);

4) блок выносных ИК-излучателей (БВИКИ) Излучение от объекта попадает на одну из граней сканера выполненного в виде 12-гранной усеченной пирамиды. На гранях сканера установлены 12 зеркал, причем каждая грань имеет различный наклон к оси вращения. Сканирование по горизонтали осуществляется за счет поворота на каждые 30°, по вертикали за счет изменения наклона граней от ее середины в пределах 9°.

Сканер приводится во вращение со скоростью 1500 об/мин синхронным двигателем через муфту.

Излучение, отразившись от грани сканера, попадает в зеркальный объектив. Фокусировка объектива осущществляется при перемещении зеркала в осевом направлении с помощью двигателя постоянного тока через редуктор. Ирисовая диафрагма позволяет изменять относительное отверстие объектива.

Объектив фокусирует излучение на 11-элементный приемник излучения охлаждаемый до температуры 77 К жидким азотом приемник излучение преобразует тепловое излучение в видеосигнал который усиливается 11-канальным блоком предусилителей

Перед входным окном ОГ (симметрично слева и справа) расположены эталонные излучатели, температура которых поддерживается постоянной. Излучение от них последовательно вводится в оптический канал при бора (в то время, когда излучение от .объекта, не попадает в объектив, а приемник сканирует поверхности эталонных излучателей). нa одной оси со сканером установлен кодовый синхронизирующий диск 1 с отверстиями Кроме того, в ОГ расположены фотодатчики синхроимпульсов В1 и В2 и формирователь синхроимпульсов. Он осуществляет формирование коротких импульсов по передним фронтам световых импульсов от ламп H1 и Н2 которые проходят через отверстия в кодовом диске. Один ряд отверстий служит для формирования группы синхроимпульсов, которые содержат информацию о начале и конце поля зрения ввода опорного излучения. В другом ряду имеется только одно кадровое синхроотверстие. которое служит для определения начала кадра.

Видеосигналы и синхроимпульсы попадают в БПСР для дальнейшей обработки.

В БПСР синхронизатор осуществляет дешифрацию синхроимпульсов и формирование интервалов времени, соответствующих началу кадра. началу полукадров вводу опорного излучения, левой и правой частям подкадра. нижней и верхней частям кадра.

Видеосигналы попадают в масштабный усилитель, где происходит привязка видеосигнала к нулю во время ввода опорного излучения импульса привязки поступают из синхронизатора. Выводы масштабных усилителей поочередно опрашиваются и сводятся 9 один канал с помощью аналогового коммутатора, дополнительно усиливаются и поступают на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП), выхода ной сигнал которого пропорционален разнице между температурой объекта и температурой эталонного излучения. Калибрование шкалы АЦП осуществляется посредством БВИКИ. Например, если выбраны диапазон измеряемых температур 10°С уровень отсчета 30°С. то 30°С считают уровнем белого, 40°С - уровнем черного.

Цифровой код АЦП записывается в 4-разрядное ОЗУ, которое разделено на два блока: А (соответствующий нижней части кадра) и В (соответствующий верхней части кадра) Блоки А и В работают поочередно. Если информация о нижней части кадра записывается в блок А, то информация о верхней части кадра считывается из блока В, и наоборот.

Далее информация попадает на распределитель вывода информации и Б0И.

Требования к параметрам тепловизора определяются параметрами теплового изображения.

Размер теплового изображения совпадает с общим полем обзора. Это может быть проекция всего тела человека или отдельного органа (руки, ноги. головы и т.д.). В тепловизоре "Радуга" поле обзора составляет 30х20°.

Детальность тепловой картины от различных частей тела человека изучена недостаточно. Косвенно о ней можно судить по количеству терморецепторов, находящихся на коже человека. С них начинается процесс саморегуляции температуры тела. Установлено, что на коже человека имеется около 25·10⁴холодковых и около 3·10⁴тепловых рецепторов. Если каж дому рецептору поставить в соответствие элемент изображения то можно оценить верхний предел детальности тепловой картины всего человеческого тела - 280000 элементов. Так как не существует технических средств позволяющих воспроизводить одновременно тепловое изображение всего тела, детальность изображений получаемых на экране тепловизора, существенно меньше - около 4·10⁴ что достаточно для большинства приме нений тепловидения в медицине.

Подвижностью тепловых изображений из-за сильной инерционности тепловых процессов практически можно пренебречь, если фиксировать исследуемые органы пациента. Это значит, что при правильном режиме съемки динамическая нерезкость изображения отсутствует. поэтому тепловизор может работать при частоте кадров ниже, чем частота слияния мельканий лри рассматривании изображения на экране видеоконтрольного устройства 10. Однако мелькания изображения крайне нежелательны, т.к. они утомляют зрение и приводят к снижение его восприятия. В тепловизорах с медленным стандартом разложения, который диктуется инерционностью и чувствительностью ИК-приемников, используются устройства запоминания изображения с возможностью его последующего длительного считывания в стандартном для телевизионных систем режиме

Радиационный контраст К теплового изображения определяется максимальным перепадом температур в сканируемой области человеческого тела

                                             

 Для каждого человека характерно определенное распределение температуры по поверхности тела. В условиях комнатной температуры, которая в смотровом помещении составляет 2^Гс, у обнаженного человека выяв ляется определенная топография кожной температуры: относительно низкая (23-30°С) на конечностях и лице, более высокая (33-37°С в подмышечных областях и на животе. На остальных участках тела температура обычно не выходит за диапазон 31-33,5°С Как правило, перепад температуры между патологической зоной и окружающими тканями составляет при остром воспалении 1-1,5°С при гнойно-деструктивном процессе 1.5-2°С. при хроническом воспалении 0.7- 1°С.

Прибор гипотермический ПГВ-2

Принцип работы

Гипотермия Гипотермия (как метод) - искусственное снижение температуры тела (или части тела) путем охлаждения. Применяется как самостоятельное или вспомогательное лечебное средство. Различают локальную (местную) и общую гипотермию.

Работа прибора основана на использовании струйного способа охлаждения (согревания) живого организма через наружные покровы. Теплоноситель (воздух), подаваемый на голову, в приборе циркулирует по замкнутому контуру (рис. 1). Центробежный вентилятор подает теплоноситель по нагнетательному шлангу в устройство для струйного охлаждения (согревания) головы (шлем). Шлем распределяет теплоноситель на струи, которые под углом, близким к прямому, воздействуют на наружные покровы головы, исключая лицо и шею. После контакта с обрабатываемой поверхностью теплоноситель поступает, в сборник, откуда по всасывающему шлангу попадает в теплообменник и нагреватель, где достигает необходимой температуры, вновь засасывается вентилятором и направляется в шлем. Нагревание теплоносителя производится электрическим нагревателем, а охлаждение с помощью теплообменника, входящего в систему охлаждения прибора. Система охлаждения прибора состоит из стандартного фреонного холодильного агрегата ВС-1250, терморегулирующего вентиля ТРВ-2М и испарителя (теплообменника). Хладоагентом в системе охлаждения служит Фреон-12.

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - 4.2.3. Административно-организационная функция менеджмента.

Рис. 2. Схемы работы СТ-сканеров первого (а), второго (б) и третьего (в) поколений. 1 — излучатель, 2 — объект, 3 — детектор; I. II. Ill — позиции сканирования.

Рис. 1. Метода реконструктивной томографии.

а — гамма-лучевой (эмиссионной); б — рентгенолучевой (трансмиссион­ной); в — позиции сканирования. 1 — излучатель. 2 — детектор.