Разработка процессорного модуля аппарата искусственной вентиляции лёгких

Весо-габаритные характеристики , возможность использования автономного источника питания , простота обслуживания , возмож-ность применения как для кратковременной , так и для длительной вентиляции легких , позволяют решать дыхательную проблему прак-тически в любых условиях : в машине скорой помощи, в реанимаци-онном отделении, в жилом помещении, в инвалидной коляске , в ав-томобиле .

Параметры дыхания, необходимые для пациента, задаются с панели управления EV 801 . Микропроцессор управляет дыханием и контролирует его в соответствии с режимом , установленным врачом .

Встроенный насос всасывает воздух из окружающего простран-ства через фильтр, который очищает воздух от частиц пыли. Затем сжатый поршнем воздух через систему шлангов подается к пациенту.

Когда пациенту подведен соответствующий объем, например, достигнуто заданное значение давления , вдох сразу же прекращается . Поршень останавливается и открывается клапан выдоха , через кото-рый пациент выдыхает . Одновременно насос всасывает через фильтр воздух для следующего цикла .

EV 801 имеет следующие режимы работы : СМV , SIMV , РЕЕР .

Прибор обладает следующим встроенным мониторингом :

давление в дыхательных путях;

апное ( остановки дыхания ) ;

недопустимых установках параметров;

электропитания ;

функционирования прибора.

EV 801 может комплектоваться увлажнителем .

Оптический акустический сигнал тревоги сигнализирует о неот-ложном сообщении. Таким образом , пользователю автоматически сообщается, на что он должен отреагировать. Своевременное правильное реагирование обеспечивается тем , что светодиоды индицируют причи-ну сообщения. Пользование прибором при этом облегчается и умень-шается вероятность ошибок в обслуживании прибора.

Технические данные :

Частота дыхания , 1/мин от 1 до 38

Объем дыхания , л от 0,1 до 2,2 л

Тревога оптическая и

акустическая
Питание 100-240В 50Гц или

11,6 - 3ОВ

Потребляемая мощность 110Вт

Габариты 380x245x370 мм

Вес 16,5 кг

Аппарат ЕDАМ 2 . Предназначен для длительной искусственной вентиляции легких пациентов с недостаточным самостоятельным дыха-нием в условиях клинического применения .

Имеет собственный источник дыхательной смеси в виде встроен-ного компрессора с приводом от серводвигателя .

ЕDАМ 2 выполняет следующие режимы ИВЛ : СМV , SIMV, ВiF, СРАР. Все указанные режимы можно применять в сочетании с РЕЕР.

Аппарат имеет внутренний источник электрической энергии в ви-де встроенных аккумуляторов , которые позволяют работать в течении 7 часов в случае отключения электрической сети . Причем , аппарат переключается на внутренний источник автоматически без прерывания вентиляции .

С точки зрения обеспечения безопасности пациента аппарат имеет довольно широкую шкалу тревожной сигнализации :

при падении минутной вентиляции ниже нижнего предела;
при падении напряжения аккумуляторов ниже 12,5 В;
при отсутствии самостоятельного дыхания в режимах SIMV и BiF.
Необходимой составной частью аппарата является паровой увлаж-
нитель ZCH2 с микропроцессорным управлением.
Технические данные :
Дыхательный объем , л (0,4-0,5-0,6-0,7-0,7-0,8-0,9-1,0- 1,1

1,2-1,3-1,5-1,8)

Частота вентиляции , 1/мин (8-10-12-13-13-15-16-17-18-20-22-24)

Соотношение Тi/Те (1:1.5-1:2-1:2.5-1:3-1:4)

Питание 220В 50Гц

Потребляемая мощность , В А 150

Масса, кг 120

Габариты, мм 720x660x1270

Аппарат Chirolog 1 SIMV. Предназначен для длительной непрерывной вентиляции в условиях клинического использования .

Аппарат может работать в следующих режимах : СМV, IМУ,SIMV, СРАР.

Chirolog 1 SIMV является простым аппаратом , но при до-полнении увлажнителем и основным монитором давлений может удов-летворять основным требованиям обеспечения ИВЛ .

Технические данные :

Тi (время вдоха ) 0,5-5с

Те (время выдоха) 0,5-15с

Частота вентиляции , 1/мин 0,63-60

Габаритные размеры , мм 670x670x120

Масса , кг 36

Фирма SIEMNS известна широко распространенными сервовенти-ляторами , которые применяются в профессиональных клиниках . Ниже будут рассмотрены аппараты 900Е , 710 .

Сервовентилятор 900С - высокоразвитая электронная дыхательная система для клинического применения .

Центр сервовентилятора 900С - специфическая система сервоуправ-ления . Измерительный датчик в цепи пациента дает информацию на ав-томатически регулируемый вентиль . При фиксации малейшего отклоне-ния от установленных значений , подается сигнал на сервоуправление вентиля и отклонение компенсируется .

Давление и поток непрерывно измеряются , сравниваются и регу-лируются более 100 раз в секунду . Управляющая сервосистема с об-ратной связью обеспечивает пациенту с высокой точностью назначен-ную врачом вентиляцию .

Сервовентилятор имеет следующие режимы дыхания : контроль объема , контроль давления , поддержка давления , SIMV , СРАР , ручная вентиляция .

Сервовентилятор 900С имеет внешний аналоговый и цифровой выход, через который возможен контроль жизненных параметров .

Вентилятор 710 - современный вентилятор для всех категорий па-циентов . Это компактный прибор , который имеет режимы ручной и автоматической вентиляции, имеет встроенную систему контроля ми-нутного объема, объема одного дыхательного цикла, дыхательного дав-ления , а также концентрации O2 .

На вентиляторе можно устанавливать границы тревог по минутно-му объему , дыхательному давлению и концентрации кислорода .

При пропадании напряжения питания прибор автоматически пере-ходит на питание от встроенной батареи. Важнейшим преимуществом вентилятора является возможность сопровождения транспортируемого пациента.

6-60

25,33 или 50% дых.цикла

0-40

59x28x16

100,120,220 и 240В

50/60Гц

аккумулятор 12В

30 Вт

10кг

Технические данные :

Частота дыхания , 1/мин

Длительность вдоха

Минутный дыхательный объем, л/мин

Габариты, см

Сетевое напряжение

Резервная батарея

Потребляемая мощность

Вес 10кг.

Фирма Puritan BENNET представлена двумя аппаратами : 7200 и КОМПАНЬЕН 2801.

Микропроцессорный аппарат серии 7200 - это современная высоко-точная пневматическая система.

Основные конструктивные особенности аппарата :

принципиально новая пневматическая система;

микропроцессорный контроль и управление пневматической и мо-ниторной системами;

постоянное автоматическое самотестирование критических элек-тронных и пневматических компонентов в процессе работы;

автоматическое распознание остановки дыхания больного с вклю-чением экстренного режима " Вентиляция апноэ ".

Информация о давлениях и потоках с трех датчиков давления и трех датчиков потока поступает для анализа в систему микропроцес-сорного контроля с частотой 50Гц.

Аппарат постоянно следит за спонтанной дыхательной активно-стью больного. Если она прекращается, аппарат диагностирует состоя-ние апноэ и начинает принудительную "Вентиляцию апноэ ", инфор-мируя оператора случившемся активацией аудиовизуальной тревоги. Параметры "Вентиляции апноэ" задаются оператором перед помещением каждого больного на вентиляцию.

Аппарат предоставляет следующие дополнительные возможности:

интерфейс связи с компьютером;

мониторирование механики дыхания

графическое отображение динамики основных параметров вентиля-ции.

Аппарат КОМПАНЬЕН 2801 представляет собой портативный ап-парат с электрическим приводом и микропроцессорным контролем функционирования.

КОМПАНЬЕН 2801 содержит микропроцессор, осуществляющий мониторирование и контроль функции вентилятора.

Вентилятор способен работать от трех типов источников электро--
питания - переменного сетевого тока, внутренних или внешних батарей .
Внутренние батареи повышают безопасность вентилируемого больного
при авариях в системе сетевого электропитания , а также предназначе--
ны для кратковременного энергоснабжения вентилятора в транспортных
и полевых условиях на срок до 1 часа. г

Задаваемыми параметрами являются частота дыхания, дыхатель-ный объем, чувствительность триггера для запуска вспомогательного дыхания и предел давления.

Задаваемые пределы тревог позволяют контролировать нарушения сетевого электропитания, низкую мощность батарей,высокое давление , низкое давление апноэ .

Аппараты типа РО-6 предназначены для длительной искусственной вентиляции легких в отделениях респираторных, реанимации и интенсивной терапии. Модель РО-6Н в основном используется во время наркоза. Аппара-ты имеют привод от электросети и рассчитаны для ИВЛ у взрослых пациен-тов. Подача кислорода и других газов на установленный режим вентиляции не влияет и при необходимости автоматически дополняется воздухом.

Аппараты имеют нереверсивный и реверсивный дыхательные контуры, управляемую и вспомогательную вентиляцию (последняя отсутствует в мо-дели РО-6-03), ИВЛ вручную, самостоятельное дыхание через аппарат. В состав аппаратов входят блок подачи кислорода или наркозный блок (РО-6Н), пневматический отсасыватель (кроме РО-6-03), увлажнитель. Преду-смотрена возможность периодического раздувания легких - вручную и (кроме РО-6-03) автоматически.

В аппаратах независимо друг от друга и по калиброванным шкалам ус-танавливают дыхательный объем (до 1,2 л при активном вдохе и до 2,5 л при пассивном), минутную вентиляцию до 25 л/мин при активном вдохе и до 50 л/мин при пассивном), отношение длительности вдоха и выдоха, кроме РО-6-03, где оно фиксировано на значении 1:2. Дезинфекцию внутренней части дыхательного контура осуществляют без разборки - парами формаль-дегида и другими «холодными» методами.

Модели РО-6Н и РО-6Р отличаются только тем, что в последнем вме-сто наркозного блока типа «Полинаркон-2П» устанавливается блок подачи

кислорода . РО-6-03 является упрощенной модификацией РО-6Р и отлича-ется от него отсутствием блоков вспомогательной ИВЛ и периодического раздувания легких , а также имеет только одно значение отношения продол-жительности вдоха и выдоха.

Модель РО-6Р-04 приспособлена для наиболее широких возможностей выбора режимов работы, включая управляемую, вспомогательную и перио-дическую ИВЛ, самостоятельное дыхание через аппарат под положитель-ным давлением и др. Предусмотрен встроенный сигнализатор нарушений нормальной работы.

Модель РО-6Н-05 представляет собой комбинацию простейшей моде-ли РО-6-03 с наркозным блоком. Модель РО-6Р-06 заменит РО-6-03 и бу-дет отличаться отсутствием активного выдоха. В обеих моделях встроенный увлажнитель заменяется эффективным увлажнителем УДС-Ш. В комплект новых моделей будет включен клапан повышения давления конца выдоха .

Аппарат «Вдох» отличают компактные размеры и сравнительно малая масса ( менее 15 кг). В сочетании с конструктивным выполнением в виде металлического чемодана эти качества делают удобным применение аппара-та в поликлиниках и для экстренной реанимации в приемных отделениях , на дому у пострадавшего и т.п.

Аппарат обеспечивает управляемую ИВЛ в диапазоне от 0,7 до 20 л/мин с независимой установкой частоты дыхания от 10 до 50 мин ^-1. Он может быть включен по любому дыхательному контуру, однако, средств для подачи кислорода или ингаляционных анестетиков в аппарате не преду-смотрено.

Отличительная особенность модели - возможность переключения актов дыхательного цикла вручную. Давление конца выдоха может регулироваться в диапазоне от 0 до 1,5 кПа ( от 0 до 15 см вод. Ст.) и контролируется по по-казаниям встроенного мановакуумметра.

Переключение со вдоха на выдох : по времени , определяемому элек-тронным реле или вручную.

Аппараты типа «Спирон» предназначены для оснащения всех лечебных учреждений, где применяется ИВЛ. Все модели имеют привод от электро-сети и подача в них сжатых газов требуется только для формирования соста-ва дыхательной смеси. Главные особенности аппаратов данного типа:

-непосредственное, без разделительной емкости, включение генератора вдоха, выполненного в виде многокамерного мембранного насоса, в дыха-тельный контур;

--возможность дезинфекции и стерилизации дыхательного контура раз-личными методами, в том числе с полной разборкой для мойки и автокла-вирования;

-переключение актов дыхательного цикла по времени с использованием электронных управляющих устройств.

«Спирон-101» предназначен для применения в самых сложных случа-ях реанимации, проводимой в отделениях реанимации, интенсивной тера-пии, послеоперационных палатах. Он позволяет осуществлять управляемую, вспомогательную и периодическую принудительную вентиляцию, ИВЛ вручную, самостоятельное дыхание через аппарат с обычным или повышен-ным давлением; получить положительное, нулевое или отрицательное дав-ление конца выдоха, различные формы кривой скорости вдувания. Преду-сматривается возможность регулирования паузы вдоха и автоматическая стабилизация заданной величины минутной вентиляции. В состав аппарата включен увлажнитель УДС-1П, спиромонитор СМ-1 «Аргус-1», распыли-тели лекарственных и дезинфицирующих средств и пульт дистанционного переключения актов дыхательного цикла. Основному назначению аппарата соответствуют и широкие пределы регулирования минутной вентиляции (до

50 л/мин), частоты дыхания (10...60мин ^-1), отношения продолжительностей вдоха и выдоха и давления вдоха (до 10 кПа).

«Спирон -201» также предназначен для применения в отделениях реа-нимации и интенсивной терапии, но отличается от предыдущей модели от-сутствием возможности изменения формы скорости вдувания, паузы на вдо-хе и автоматической стабилизации заданной величины минутной вентиля-ции. В нем также предусмотрена управляемая, вспомогательная и периоди-ческая принудительная вентиляция, ИВЛ вручную, самостоятельное дыха-ние через аппарат. Комплектуется увлажнителем УДС-Ш и распылителем лекарственных и дезинфицирующих средств, однако спиромонитор СМ-1 заменен более простым СМ-3. Как и в модели «Спирон-101», используется устройство для дозированной подачи кислорода и закиси азота. Количест-венные характеристики те же, что и для предыдущего аппарата, но верхний предел регулирования минутной вентиляции несколько ниже -- 35 л/мин.

«Спирон-301» предназначен для использования во время наркоза по любому дыхательному контуру. Обеспечивает управляемую ИВЛ с пассив-ным выдохом, ИВЛ вручную, самостоятельное дыхание через аппарат. По-зволяет получить положительное давление конца вдоха. Состав дыхательно-го газа задается наркозным блоком типа «Полинаркон-4П» и не влияет на установленный режим вентиляции. Назначению модели соответствуют пре-делы регулирования минутной вентиляции (до 25 л/мин), частоты дыхания (10...30 мин ^-1), максимального давления вдоха -- до 6 кПа (60 см вод.ст.). Отношение продолжительностей вдоха и выдоха является нерегулируемым и составляет 1:2.

«Спирон-303» применяется для проведения дыхательной реабилитации в поликлиниках, больницах, в домашних условиях, как и другие модели ти-па, имеет цифровые табло частоты и вентиляции. Обеспечивает ИВЛ с пас-сивным выдохом и при необходимости с положительным давлением конца

вдоха. Укомплектован дозиметром для кислорода, распылителем лекарст-венных средств, волюметром, мановакуумметром, пультом дистанционного переключения актов дыхательного цикла вручную. Минутная вентиля-ция регулируется в пределах до 25 л/мин, частота дыхания -- от 10 до 60 мин ^-1, отношение продолжительностей вдоха и выдоха -- от 2:1 до 1:3 (ступенчато).

"Спирон-305" предназначен для включения в состав универсально-го аппарата ингаляционного наркоза . Аппарат может обеспечивать ИВЛ по любому дыхательному контуру , предусмотрена цифровая индикация установленных значений минутной вентиляции , дыхательного объема и частоты вентиляции . Части дыхательного контура легко разбираются для очистки , дезинфекции и стерилизации .

Имеется встроенная сигнализация о неисправностях аппарата.

Дыхательный объем составляет от 0,2 до 1,5 л, обеспечивается ми-нутная вентиляция в пределах от 3 до 25 л/мин , отношение вдох/выдох: 1:1.5, 1:2,1:3 .

Аппарат «Энгстрем-Эрика» является первым аппаратом ИВЛ, в ко-тором использовано микропроцессорное управляющее устройство. Силовая часть аппарата требует питания сжатым воздухом и кислородом, а подклю-чение к электросети необходимо для питания цепей управления и измере-ния. Аппарат предназначен для длительной работы в реанимационных отде-лениях и обеспечивает широкий выбор режимов работы -- управляемую, вспомогательную и периодическую ИВЛ, периодическое раздувание легких, периодическую ИВЛ с автоматическим включением при снижении интен-сивности самостоятельного дыхания, обычное самостоятельное дыхание че-рез аппарат. Предусмотрен только пассивный выдох и возможность повы-шения давления в конце выдоха.

В схеме аппарата традиционно используется разделительная емкость. Особенностью аппарата является автоматическое поддержание заданного дыхательного объема в диапазоне 0,1-0,2 л. Частота дыхания уста-навливается в диапазоне от 0,4 до 40 мин ^-1, причем малые значения частоты дыхания используются в режиме периодической принудительной ИВЛ. От-ношение продолжительности вдоха и выдоха регулируются в пределах от 1:3 до 3:1. Минутная вентиляция до 30 л/мин. В аппарате предусмотрена также регулировка скорости вдувания газовой смеси, что в сочетании с переклю-чением актов дыхательного цикла по времени позволяет установить пере-менную длительность паузы вдоха.

Встроенные измерительные средства дают возможность измерить 8 различных характеристик режима работы, включая растяжимость легких и сопротивление дыхательных путей. Ряд каналов измерения охвачен сигнали-зацией и может выявлять медленные тенденции изменения измеряемых ве-личин.

Акт вдоха: генератор переменного потока, обеспечивающий примерно постоянную скорость вдувания и выполненный в виде мембранного насоса с пневматическим приводом, работающего с частотой дыхания.

Переключение со вдоха на выдох: по времени, задаваемому электрон-ной схемой; распределение потоков газа в дыхательном контуре аппарата обеспечивается электромагнитными клапанами. Возможно также переклю-чение по давлению.

Акт выдоха: генератор «нулевого» давления, однако выдыхаемый газ выводится не непосредственно в атмосферу, а в дополнительную раздели-тельную емкость, которая используется для измерения его объема. Переключение с выдоха на вдох: по времени или при вспомогательной ИВЛ вследствие дыхательного усилия пациента.

Аппарат "Фаза-5" предназначен для проведения длительной управляемой искусственной вентиляции легких в стационарных и поле-вых условиях медицинских учреждений, а также для проведения крат-ковременной управляемой искусственной вентиляции легких в подвиж-ных эвакосредствах у раненых и больных.

При применении аппарата в подвижных эвакосредствах , обору-дованных электросетью постоянного тока , аппарат должен подключатся посредством преобразователя напряжения, изготавливаемого по спецза-казу , при этом подключение увлажнителя не допускается .

Аппарат имеет встроенный воздушный компрессор (воздуходувку ), систему электрически управляемых клапанов, устройства регулирования пневматических и электрических параметров, блок цифровой индикации основных показателей вентиляции, пульт ручного управления.

Аппарат может работать по любой схеме дыхания, обеспечивая проведение управляемой вентиляции с пассивным выдохом, регули-руемым сопротивлением выдоху , подогревом и увлажнением дыхатель-ной смеси , подаваемой пациенту .

Отличительной особенностью аппарата является возможность про-ведения термической дезинфекции дыхательного контура аппарата без его разборки ( с помощью увлажнителя, входящего в комплект постав-ки ).

Аппарат позволяет проводить ИВЛ при различных отношениях времени вдоха , с индикацией значений минутной вентиляции и объема вдоха, автоматически пересчитываемых встроенным микропроцессором .

Звуковая и световая сигнализация срабатывает при разгерметиза-ции дыхательного контура , при отклонении от заданного уровня дав-ления , при повышении температуры дыхательной смеси , а также при случайном отключении аппарата .

Аппарат обеспечивает следующие режимы работы : РЕЕР, СМV, СРАР , с ручным управлением частотой дыхания . Используется увлаж-нитель дыхательных смесей УДС-02 , который предназначен для нагре-ва и повышения влагосодержания дыхательной смеси , поступающей к пациенту. Управление увлажнителем осуществляется через микропроцес-сор, обеспечивается автоматическая блокировка нагрева в аварийных ситуациях.

Технические характеристики:

Минутная вентиляция, л/мин 3-25

(при Твд/Твыд =1/2 )

Общий диапазон минутной вентиляции , л/мин 1-35

Частота дыхания , 1/мин 1-160

Температура газа в тройнике пациента, *С 32-38

Масса, кг 25

Габаритные размеры, мм 365x330x275

Питание 220В 50Гц
Потребляемая мощность, ВА

С увлажнителем 975

без увлажнителя 175
Установленный срок службы до списания, лет 2,5
Средний срок службы до списания, лет 4.

3. Принцип работы аппарата

3.1. Медико-технические требования к аппарату ИВЛ

Искусственная вентиляция легких является высокоэффективной и

в то же время практически безопасной , если она основана на обеспе-чении адекватного газообмена при максимальном исключении вредных эффектов, а также при сохранении субъективного ощущения "дыха-тельного комфорта" у больного, если он во время ИВЛ остается в сознании .

Это обеспечивается прежде всего рациональным выбором для данного больного следующих параметров:

минутного объема вентиляции;

дыхательного объема;

частоты дыхания;

отношения продолжительности вдоха и выдоха.
Минутный объем вентиляции - это сумма дыхательных объемов

за минуту. Обычно рассматривают минутный объем альвеолярной вен-тиляции , который равен разности дыхательного объема и общего объ-ема мертвого пространства , умноженной на частоту дыхания .

Дыхательный объем - это количество дыхательного газа , пода-ваемого в легкие в течении одного дыхательного цикла . Дыхательный объем должен быть достаточным для промывки "мертвого пространства " и удаления углекислого газа из легких . Зависит от пола пациента , массы его тела, частоты дыхания, возраста .

Частота дыхания - это количество дыхательных маневров ( вдох-выдох ) за минуту.

Значения основных параметров искусственной вентиляции легких нормированы ГОСТ 18856-81 .

Данный аппарат ИВЛ предназначен для длительной или повторно-кратковременной ИВЛ для взрослых и детей старше 6 лет в отделениях ин-тенсивной терапии и реанимации, послеоперационных отделениях и пала-тах.

ГОСТ 18856-81 для аппаратов группы 2 устанавливает следующие минимальные диапазоны регулирования параметров ИВЛ:

дыхательный объем 0,2 ... 2,0 л;

минутная вентиляция 3 ... 30 л/мин;

частота дыхания 10 ... 50 л/мин;

отношение длительности вдоха и выдоха 1:1,5... 1:2.

Аппарат используется в различных случаях медицинской практики. ИВЛ проводится больным разной возрастной категории. Параметры ИВЛ у разных людей сильно отличаются, поэтому целесообразно расширить диа-пазон регулирования параметров ИВЛ (дыхательный объем, минутную вентиляцию, частоту дыхания и т.д ), чтобы врач мог в каждом кон-кретном случае установить требуемые параметры ИВЛ.

Анализируя существующие аппараты ИВЛ и в соответствии с ГОСТ 18856-81 в рассматриваемом аппарате необходимо иметь возможность ре-гулировать параметры в следующих пределах:

дыхательный объем 0,1 ... 2,5 л;

минутная вентиляция 1 ... 50 л/мин;

частота дыхания 10 ... 99 л/мин;

отношение длительности вдоха и выдоха 1:4 ... 4:1.

Границы регулирования положительного давления в конце вдоха должны быть 0,2-2 кПа . В аппарате должен обеспечиваться контроль среднеинтегрального и текущего давления .

Аппарат должен обеспечивать подачу дыхательной смеси пациенту по нереверсивному дыхательному контуру . Необходимо также обеспе-чить возможность работы аппарата во многих режимах.

Для обеспечения этих требований целесообразно управление аппара-том осуществлять с помощью микропроцессора. Применение перепро-граммируемой памяти программ позволит создать гибкую систему управ-ления.

Индикацию установленных параметров для улучшения восприятия не-обходимо отображать на цифровых табло. При работе аппарата должны отображаться такие параметры : минутная вентиляция , частота вентиля-ции , отношение длительности вдоха к длительности цикла , объем вдоха , скорость вдувания , температура дыхательной смеси.

Увеличение температуры и влажности вдыхаемого воздуха на пути окружающая среда - легкие происходит благодаря уникальной способно-сти дыхательных путей независимо от колебаний температуры и влажно-сти воздуха нагревать вдыхаемую газовую смесь до температуры тела и на-сыщать ее водяными парами.

При искусственной вентиляции легких возникает местное пересыхание и охлаждение слизистой оболочки трахеи и бронхов. В зависимости от продолжительности и интенсивности действия этих факторов могут воз-никнуть повреждения слизистой оболочки трахеи и бронхов, разрушение мерцательного эпителия, образование корок, нередко закупоривающих бронхи, возникновение деструктивного бронхита, чреватого тяжелыми бронхолегочными осложнениями. У маленьких детей к этому могут доба-виться нарушения общего водного и теплового баланса.

На основании изложенного выше при ИВЛ необходимо использовать увлажнитель для увлажнения и обогрева вдыхаемого газа. Границы регу-

лирования температуры газа в тройнике пациента должны быть32-38 °С, а относительная влажность газа 80-100% .

При выдохе дыхательная смесь охлаждается и влага конденсируется на поверхности дыхательных шлангов. Конденсат может попасть в аппарат, что нарушит его работу или в легкие пациента. Поэтому необходимо уста-новить на шланге выдоха отстойник куда бы стекала конденсировавшаяся жидкость.

В качестве дыхательной смеси в аппарате могут использоваться кислород и кислородно-воздушная смесь , закись азота , атмосферный воздух. Когда к аппарату ИВЛ подводят сжатые газы, то необходимо пре-дотвратить возможность попадания во входную линию аппарата любого другого газа, кроме того, для которого она предназначена. Такая опасность должна предотвращаться применением невзаимозаменяемым для разных газов соединений между их источниками и аппаратом, надлежащей марки-ровкой соединительных устройств. Прокладка газовых магистралей внутри аппарата также должна осуществляться с применением невзаимозаменяе-

^

мых соединений и надлежащей маркировки.

Необходимо соблюсти меры для предотвращения повышения давле-ния в дыхательном контуре выше допустимого 6кПа (60 см вод.ст.), что может привести к разрыву легких. Для этого можно использо-вать пружинный предохранительный клапан.

Во избежание несчастных случаев во время ИВЛ, особенно при дли-тельной ИВЛ, должны быть предусмотрены световая и звуковая сигнализа-

»

ции в случаях: превышение температуры дыхательной смеси выше 41 °С, непредвиденного отключения напряжения питающей сети , разгерметиза-ции дыхательного контура.

Электрическое питание аппарата должно осуществляться от сети переменного тока напряжением 220В с частотой 50Гц.

Аппарат ИВЛ должен быть надежным и удобным в эксплуатации и обеспечивать минимальные затраты времени, энергии и средств на ремонт.

При этом минимальная рабочая температура +10°С, максимальная ра-бочая температура +35 °С. Аппарат ИВЛ не работает на открытом воздухе и не подвергается воздействию атмосферных факторов.

3.2 Существующие методики проверки объемных показателей аппаратов искусственен вентиляции легких (ИВЛ)

Контроль объемных показателей -- дыхательно-го объема Vt и минутной вентиляции VM занимает важное место в создании и производстве аппаратов ИВЛ. Методики проверки этих и других характе-ристик аппаратов должны быть адекватны услови-ям их применения обеспечивать необходимую точность и воспроизводимость результатов и по возможности не требовать использования сложно-го нестандартного оборудования. Далее будут рас-смотрены только методики измерения Vt посколь-ку минутная вентиляция определяется как VM =Vm *f (f- частота вентиляции) или же деле-нием Vt, суммированного за целое число дыхатель-ных циклов, на их длительность.

До последнего времени для определения при-менялась одна из методик по ранее разработанному стандарту [3] (рис. 1).

Преимущество схемы состоит в.том, что во вре-мя выдоха нереверсивный клапан _2 пропускает в спирометр 5 только тот газ, который действительно вентилирует модель легких, однако данный клапан должен работать достаточно четко и обладать низ-ким сопротивлением. Принципиальный недоста-ток схемы -- поступление в спирометр не только действительного дыхательного объема, но и части вышедшего из аппарата 1 объема, который был за-трачен на повышение во время вдоха давления газа во всех эластичных и жестких частях дыхательного контура, соединенных с пациентом. На величину такой потери объема влияет растяжимость аппара-та Сa, которая во время вдоха подключена парал-лельно Сп (рис. 7), и можно предположить, что эта потеря объема пропорциональна величине Сa Сn.

Хорошо известно, что значения Сп сильно зави-сят от антропометрических данных и состояния ор-ганов дыхания пациента, но для проверки аппаратов ИВЛ обычно используются следующие стан-дартизованные характеристики (табл. 1).

Значения Са определяются схемой и конструк-цией аппарата, типом дыхательных шлангов, чис-лом и видом включенных в дыхательный контур частей и т. п. В табл. 2 приведены частично изме-ренные нами и частично заимствованные из экс-плуатационных документов данные о растяжимо-сти Са некоторых аппаратов ИВЛ и их компонен-тов.

Рис.1. Схемы измерения дыхательного объёма VT

1- проверяемый аппарат; 2- неверсивный клапан; 3-сопротивление модели легких Rn ; 4- растяжимость модели легких Cn; 5- Измеритель объема;

6- выходное отверстие аппарата;

Изменения по ГОСТу Р ИСО 10651.1-99 и СТ МЭК 601-2-12:2001

Введенный в действие - новый стандарт [2] и стандарт [10] требуют, чтобы аппараты ИВЛ, ис-ключая предназначенные для применения во время ингаляционной анестезии на дому и во время транспортирования, оснащались каналом измере-ния выдыхаемого дыхательного объема и (или) ми-нутной вентиляции с погрешностью не более ± 20% от действительного значения для. объ-ема свыше 100 мл:. Для контроля данного канала должна применяться методика с. использованием схемы, представленной на рис. 2.

Действительное значение дыхательного объема по данной методике определяется по формуле

VT = Cn* (Pmax - Pmin), (1)

где Сп -- растяжимость модели легких; Рmax и Pmin -- наибольшее и наименьшее значения давления в модели легких в дыхательном цикле.

Необходимость вычисления действительного объема, вентилирующего модель легких, в то время как через датчик 2, кроме этого объема, проходит еще и объем, затраченный на изменение во время вдоха давления в дыхательном контуре, требует особого внимания ко всем факторам, которые мо-гут влиять на калибровку канала. Другая особен-ность проверки по ГОСТу Р ИСО 10651.1--99 -оговоренные условия ее определения (табл. 3-е конкретизацией-по МЭК 601-2-12:2001) [4, 6].

Такая формулировка условий проверки требует контролировать погрешность измерения объема Vt только при одной комбинации характеристик лег-ких пациентов данной возрастной группы к только на одной комбинации показателей вентиляции. Поэтому формально изготовитель аппаратов не от-вечает за погрешность в любых других условиях. Кроме того, выбранные комбинации объема и час-тоты не являются типичными для данной возрас-тной группы пациентов. Видимо, эти требования следует рассматривать как минимально необходи-мые и стараться обеспечить предельную погреш-ность в достаточно широком диапазоне показате-лей вентиляции и характеристик органов дыхания пациентов данной возрастной группы. Приведен-ные особенности ГОСТа Р ИСО 10651.1--99 выдвигают следующие задачи для выполнения новых требований:

1)обеспечить получение нужного номинала растяжимости модели легких и стабильность этого
показателя при ее эксплуатации с увеличением диапазона вводимых в модель объемов;

2) обеспечить настройку требуемых номиналов сопротивлений, их воспроизводимость при изго-товлении и стабильность в процессе эксплуатации;

3) понять и количественно охарактеризовать воздействие растяжимости аппарата на действи-тельные значения дыхательного объема;

4) оценить влияние других факторов на разницу между заданным и действительным объемом.

Аналогичное требование к этим аппаратам имеется в дей-ствующем ГОСТе Р МЭК 60601-2-13--2001.

Рис.3. Схема проверки погрешности измерения выдыхаемого объёма по новому стандарту: 1 - аппарат ИВЛ; 2 - проверяемый измеритель объёма; 3 - сопротивление; 4- модель легких; 5- датчик давления; 6 - регистратор давления; 7 - дыхательный контур.Для выполнения требований вступившего в дей-ствие ГОСТа Р ИСО 10651.1--99 к точности изме-рения действительного дыхательного объема и к калибровке соответствующего канала аппарата ИВЛ рекомендуется:

1.В качестве действительного значения дыхательного объёма использовать объем, рассчитанный как произведение растяжимости модели лег-
ких и разности максимального и минимального давлений дыхательного цикла, измеренных внутри модели.

Для моделирования растяжимости легких пациента применять только пневматические модели легких, обеспечивая изотермические характери-
стики колебаний давления в них и корректировку растяжимости в соответствии с атмосферным дав-лением в момент применения моделей.

Для обеспечения воспроизводимости и ста-бильности моделирования сопротивления дыха-тельных путей пациента использовать нелинейные
дроссели, изготовленные с необходимой точно-стью и откалиброванные на верхнем пределе диа-пазона скоростей газа для каждой возрастной груп-пы пациентов.

Ввиду значительного влияния внутренней растяжимости аппарата ИВЛ на действительный дыхательный объем применять схемные и конст-руктивные приемы для всемерного снижения вели-чины этой характеристики аппарата, указывать ее в эксплуатационной документации.

Дополнять режимы проверки погрешности измерения дыхательного объема, указанные в ГОСТе Р ИСО 10651.1--99, проверкой на несколь-
ких других комбинациях установленных значений дыхательного объема и частоты вентиляции, а так-же при изменении на этих режимах растяжимости
и сопротивления модели легких в пределах, харак-терных для пациентов данной возрастной группы.

6. Учитывать, что внутреннее сопротивление ап-
парата и его инерционные свойства могут снизить
положительное влияние задержки на вдохе на выравнивание давления в участках легких с различ-ными постоянными времени, а также привести к появлению непреднамеренного внутреннего ПДКВ; вероятность и величина этого влияния воз-растает при росте отношения Са/Сn, т. е. при вен-тиляции подростков и детей.

7. Высокочастотные выбросы, нередко фикси-руемые на функциональных кривых давления и скорости газа, объясняются главным образом след-ствием инерционных свойств аппарата ИВЛ в мо-мент резкого изменения величины и (или) направ-ления движения газа и проявляются в виде высо-кочастотных затухающих колебаний, возникающих в момент резкого изменения состояния системы и моменты смены фаз дыхательного цикла (вдува-ние, пауза, выдох).

Перспективы развития аппаратов ИВЛ

Будут продолжать расширяться функцио-нальные возможности аппаратов наиболее высо-кого класса. К режимам управляемой (во всех ее разновидностях), вспомогательной и периодиче-ской вентиляции и самостоятельного дыхания с постоянно положительным уровнем давления бу-дут добавлены те новые режимы, показания к применению и реализация которых уже установ-лены и которые не требуют значительного техни-ческого усложнения, а именно, поддержки давле-ния и вентиляции с двумя фазами положительно-го давления.

Будут продолжаться обеспечиваться работа аппаратов без подачи извне сжатого воздуха и ис-пользование сжатого кислорода только для оксигенации вдыхаемого воздуха. Для аппаратов наи-более высокого класса будет преимущественно ис-пользоваться более гибкая схема с управляемыми
клапанами в линиях вдоха и выдоха. В ней найдут применение электромагнитные устройства, позво-ляющие управлять не только временными харак-теристиками, но и расходом газа.

В более простых аппаратах, видимо, будет пре-имущественно применяться схема с управляемым электродвигателем и мехом, а также схема с нако-пительной емкостью. В этих моделях перспектив-но применение встроенного аккумулятора для обеспечения 20--30 мин работы аппарата после нарушения электропитания.

По-прежнему будет применяться микропроцессорное управление с использованием совре-менной элементной базы и обеспечиваться разборность дыхательного контура. Еще большее
внимание будет уделено упрощению управления аппаратами, в том числе путем использования ав-томатической стабилизации заданных оператором характеристик.

Особенно быстро будет развиваться оснаще-ние аппаратов встроенными и придаваемыми мо-ниторами с измерением показателей давления и объемных характеристик ИВЛ и с сигнализацией
о выходе основных характеристик вентиляции из заданного диапазона. В аппаратах высокого клас-са, по-видимому, станет обязательным вывод информации, в том числе функциональных кривых
на экран.

3.2. Принцип работы аппарата по структурной схеме

Рассмотрим принцип работы аппарата по структурной схеме пред-ставленной на рисунке 3.1.

Аппарат состоит из рабочего блока, блока питания, блока управления и дополнительного оборудования (увлажнителя, блока дозиметров, отстой-ника конденсата ), которые, с помощью дыхательных шлангов, включаются в дыхательный контур.

Дыхательный контур аппарата нереверсивный, т.е. при выдохе смесь поступает через тройник пациента на клапан выдоха.

Так как при выдохе в дыхательном контуре смесь охлаждается, то пре-дусмотрен отстойник для сбора конденсата.

Рабочий блок обеспечивает формирование газового потока и состоит из воздушного компрессора и системы газораспределительных электромагнит-ных клапанов (клапан вдоха и клапан выдоха). Для контроля текущего и среднего значения давления установлены два манометра, показывающие значения давления в тройнике пациента и среднее давление.

Для измерения среднего давления используется интегрирующая цепь, состоящая из пневмосопротивления и пневмоемкости.

Для предотвращения разрыва легких, в случае превышения давления дыхательной смеси выше допустимого предусмотрен предохранительный клапан, который, если давление выше допустимого, открывается и страв-ливает избыток давления.

В аппарате имеется возможность регулировать максимальное давление вдоха от 1 до 6 кПа.

Блок питания преобразует поступающий на него переменный ток на-пряжением 220В в требуемый для других устройств аппарата постоянный ток (напряжением 5, 9, 12, 27, 36 В ), а также осуществляет коммутацион-ные функции электропитания.

Блок управления состоит из двух модулей:

процессорный модуль;

модуль индикации и клавиатуры.

Процессорный модуль обеспечивает управление режимами работы ап-парата, а также осуществляет управление работой увлажнителя и системы аврийно-предупредительной сигнализации.

Модуль индикации и клавиатуры обеспечивает ввод параметров ИВЛ, выбор режимов ИВЛ и обеспечивает отображение установленных парамет-ров.

Увлажнитель предназначен для подогрева и увлажнения дыхательной смеси.

Увлажнитель состоит из следующих составных частей:

блок подогрева воды в емкости увлажнителя;

блок подогрева дыхательного газа в шланге вдоха;

блока датчика температуры газа перед тройником пациента.

В качестве дыхательной смеси в аппарате ИВЛ используется либо ат-мосферный воздух, либо смесь воздуха с кислородом , либо смесь воздуха с закисью азота N2О. В ряде случаев при ИВЛ необходима длительная и ста-бильная анальгезия. Эффективным средством является закись азота, для по-дачи которой предусмотрен специальный ротаметр на дозиметрическом блоке.

Баллоны с закисью азота либо с кислородом подключаются к аппарату через блок дозиметров, что дает возможность регулировать расход газа.

Блок дозиметров имеет два стеклянных ротаметра: один измеряет по-ток кислорода в диапазоне от 0,2 до 2 л/мин, а второй -- от 2 до 10 л/мин. К блоку дозиметров обязательно присоединяют дыхательный мешок.

Компрессор создает требуемое давление вдоха и через клапан вдоха дыхательная смесь поступает на увлажнитель, где нагревается до темпера-туры тела человека и увлажняется. Если этого не делать, то при длительной вентиляции легких в организме больного могут произойти необратимые па-тологические изменения, а также это может привести к целому ряду заболе-ваний.

Увлажненная и нагретая смесь поступает через тройник пациента к больному. По завершению цикла вдоха клапан вдоха закрывается и откры-вается клапан выдоха, и давление в легких снижается до атмосферного.

Параметры дыхания устанавливаются и отображаются на блоке управ-ления, а также определяются программой управления микропроцессором и выбранным режимом работы аппарата.

Для контроля, за параметрами дыхания используются датчик давления и датчик температуры у тройника пациента и датчик температуры в увлаж-нителе. Сигналы от датчиков поступают в устройство сопряжения с датчи-ками, а затем преобразованные сигналы выдаются в микропроцессор, рас-положенный в блоке управления.

Микропроцессор выдает сигналы управления, которые через схему управления исполнительными устройствами, выдаются на соответствующие исполнительные устройства (электропривод компрессора, клапан вдоха, клапан выдоха нагреватель в увлажнителе и нагреватель в шланге вдоха).

3.3. Режимы работы аппарата

Режим CMV (Control Mecanical Ventilation) --управляемая ис-кусственная вентиляция легких.

Сущность данного режима в том, что во время вдоха в ды-хательном контуре аппарата создается давление дыхательного газа, превосходящее давление окружающей среды, и под воздействием разности давлений газ вдувается в легкие пациента. При достиже-нии заданного значения дыхательного объема газа в контуре аппа-рата происходит переключение с фазы вдоха на выдох, при котором давление в контуре аппарата, а следовательно и в лег-ких пациента, свободно падает до уровня атмосферного.

В этом режиме заданными величинами являются:

дыхательный объем;

частота дыхания;

отношение времени вдоха и выдоха.

Указанные величины устанавливаются на аппарате врачом в зави-симости от состояния пациента.

Режим применяется в том случае, когда пациент не в состоянии поддерживать собственное дыхание.

Режим CMV+S (Control Mecanical Ventilation +Sign) -управляемая искусственная вентиляция легких с периодическим раздуванием легких .

CMV+S является подрежимом классического режима CMV и от-личается от него тем , что периодически аппарат выдает удвоен-ный объем вдоха для раздувания легких.

Режим SIMV (Sinchronizet Intermittent Mandatory Ventilation) - синхронизированная прерывистая принудительная вентиляция.

Сущность этого режима состоит в том, что при восстановлении самостоятельного дыхания больной может самостоятельно спонтанно дышать через дыхательный контур аппарата, однако для поддержа-ния гарантированного объема вентиляции аппарат периодически включается для проведения одного "принудительного" цикла после нескольких циклов спонтанного дыхания . Указанные циклы синхро-низированы во времени со вдохами пациента с помощью триггерно-го блока аппарата .

Частоту таких включений определяет оператор путем установки вели-чины дыхательного объема, времени вдоха и выдоха.

Этот режим позволяет тренировать дыхательную мускулатуру пациента.

Режим A+CMV (Assistant Control Mecanical Ventilation) -- (триггерный режим) вспомогательная управляемая искусственная вентиляция легких.

Этот режим осуществляется с помощью триггерного устройства аппарата, предназначенного для переключения распределительного устройства аппарата на вдох вследствие дыхательного усилия паци-

ента . При проведении триггерного способа искусственной вентиляции легких следует помнить о регулировании еще одного параметра -времени ожидания дыхательной попытки .

Регулировка этой величины введена в триггерное устройство для того, чтобы обеспечить переход на управляемый "принудительный" режим вентиляции через определенный промежуток времени после того, как у пациента прекратилось самостоятельное дыхание. Ис-ключительно важная для больных в тяжелом бессознательном со-стоянии эта мера не имеет значения для больных с более или ме-нее удовлетворительным состоянием и сохраненным сознанием. У таких больных при сеансах.

искусственной вентиляции легких время ожидания попытки должно быть установлено на достаточно большую величину.

Режим PEEP (Positive and Exspiratory Pressure) - вентиля-ция с положительным давлением в конце выдоха.

Это способ вентиляции с активным вдохом и пассивным выдо-хом , при котором легкие пациента во время выдоха не опорожня-ются до функциональной остаточной емкости, а находятся под определенным остаточным положительным давлением, которое выставляет оператор.

Ряд исследований показал, что искусственная вентиляция лег-ких при этом способе, увеличивая функциональную остаточную ем-кость легких, уменьшает эффект преждевременного закрытия дыха-тельных путей, поддерживает проходимость воздухоносных путей, препятствует впадению альвеол. Однако РЕЕР нежелателен при хро-нической обструкции дыхательных путей, при которой ослабленные

дыхательные пути и альвеолы и без этого имеют тенденцию к раздуванию.

Также аппарат может работать и в режиме BiPEEP (Binary Positive End Expiratory Pressure ) - режиме искусственной вентиляции легких с периодически меняющимися параметрами РЕЕР.