[1]Полезная модель индивидуального аппарата относится к медицинской технике, в частности к аппаратам и устройствам для осуществления искусственного жидкостного дыхания, и может найти применение в исследовательских целях и в лечебной практике, например, для осуществления дыхания человека в реанимационный период.
[2]Известен аппарат жидкостного дыхания (А.с. СССР №764677, МПК А61Н 3/02), содержащий дозировочный насос с приводом и блоком управления, поглотитель углекислоты (регенератор), оксигенатор с основным и сообщающимся с атмосферой дополнительным сильфоном, емкость для рабочей жидкости и переменный дроссель, соединенный через электромагнитные клапаны (распределители) со входом и выходом дозировочного насоса и с основным сильфоном огксигенатора, причем вход дозировочного насоса связан с присоединительным к легким элементом, отсекающим линию вдоха от линии выдоха.
[3]Известен также аппарат жидкостного дыхания (А.с. СССР №904701, МПК А61Н 31/00), содержащий насос пульсирующего действия, обратные клапаны, оксигенатор, баллон с кислородом, дроссели, распределитель вдоха и выдоха, сливной клапан, регенератор (поглотитель углекислоты), пневмогенератор и соединительные магистрали. Перед подключением аппарата к легким их заполняют дыхательной жидкостью (ДЖ). Затем, насыщенная кислородом жидкость принудительно с определенной периодичностью закачивается в легкие биологического объекта (человека, животного и др.) и откачивается из них для удаления углекислоты, насыщения кислородом, после чего происходит повторение цикла вдоха/выдоха.
[4]Известен аппарат жидкостного дыхания (А.с. СССР №858824, МПК А61Н 31/02), содержащий дозировочные насосы непрерывного и пульсирующего действия с приводами, гидрораспределители с электромагнитным управлением, линии вдоха и выдоха, дроссели, обратные клапаны, оксигенатор с дозатором кислорода, источник кислорода, регенератор углекислого газа и соединительные магистрали. Перед началом работы легкие биологического объекта с помощью насоса непрерывного действия заполняются дыхательной жидкостью в объеме 1,5-2,5 литра и создается давление управляющей жидкости, поступающей в сильфон насоса пульсирующего действия, нагнетающего дыхательную жидкость в оксигенатор, где она обогащается кислородом и подается в линию вдоха, а управляющая жидкость возвращается в бак. Затем цикл повторяется и после заполнения легких аппарат переводится на ритмичное дыхание с забором дыхательной жидкости из легких через линию выдоха со встроенным в нее регенератором углекислого газа.
[5]Реализуемые с помощью данных аппаратов процессы искусственного (принудительного) жидкостного дыхания осуществимы лишь в условиях нормобарии, т.е. при нормальном атмосферном давлении, и не могут быть применены, как и сами аппараты, в условиях гипербарии для принудительного жидкостного дыхания, т.е. когда легкие биологического объекта находятся под изменяющимся высоким (гипербарическим) внешним давлением окружающей водной или газовой среды, которое, с целью предотвращения их баротравмы и повреждения (поломки) элементов аппарата, должно уравновешиваться автоматически изменяющимся давлением ДЖ в изолированных от прямого контакта с внешней средой полостях элементов аппарата и подаваемой в легкие под таким же давлением.
[6]Приведенные аналоги выполнить это условие не могут, так как в их составе, во-первых, отсутствуют функциональные конструктивные элементы, способные реагировать на изменяющееся внешнее давление и вызывать пропорциональное изменение давления ДЖ в полостях аппаратов, уравновешивающего внешнее давление, во-вторых, полости ряда входящих в их состав функциональных элементов, таких, например, как емкости для управляющей и рабочей жидкости, оксигенаторы, пульсирующие насосы, дозаторы и др., выполнены открытыми, т.е. находящаяся в них рабочая среда взаимодействует с окружающей газовой средой в виде атмосферного воздуха под нормальным постоянным давлением, и делает аппараты не пригодными для использования в окружающей водной среде, а в-третьих, их открытое исполнение приводит к значительным потерям кислорода, находящегося в дыхательной жидкости.
[7]В качестве прототипа выбрана полезная модель «Модуль жидкостного дыхания в условиях гипербарии для модельного биообъекта» (Патент RU №203446, МПК А61Н 31/02, А61М 16/00), содержащий насос пульсирующего действия, линии вдоха и выдоха, линию сброса избыточного давления кислорода, распределительные устройства с электромагнитным управлением, регенератор углекислого газа, оксигенатор, емкость для дыхательной жидкости с упругим дном, баллон сжатого кислорода, магистральные трубопроводы и блок управления.
[8]Одним из недостатков модуля является наличие линии сброс избыточного давления кислорода в окружающую среду.
[9]Поскольку подача дыхательной жидкости и кислорода для ее обогащения осуществляется с одинаковой цикличностью одним насосом пульсирующего действия, отсутствует возможность регулировать отдельно поступление кислорода в эту жидкость. Это отрицательно отражается на функциональных возможностях модуля, приводит к большим потерям кислорода, что, в свою очередь, отрицательно отражается на такой его эксплуатационной характеристике, как продолжительность работы модуля в автономном режиме без дополнительной подзарядки баллона кислородом или его замены новым заряженным баллоном.
[10]К недостаткам модуля также следует отнести конструкцию оксигенатора с дозатором кислорода, которая не обеспечивает равномерное распределение в находящемся в полости оксигенатора объеме жидкости поступающих в нее через отверстия дозатора пузырьков кислорода, что негативно отражается на процессе растворения кислорода в обогащаемой дыхательной жидкости.
[11]Цель предлагаемого технического решения - расширение функциональных возможностей оборудования для жидкостного дыхания путем принудительной циркуляции через дыхательные органы биообъекта попутно насыщаемой кислородом дыхательной жидкости с требуемым давлением, расходом и объемом в условиях изменяющегося гипербарического давления окружающей газовой или жидкой среды.
[12]Достижение поставленной цели осуществляется за счет того, что в индивидуальном аппарате жидкостного дыхания в условиях гипербарии замкнутого типа, содержащем замкнутую систему циркуляции дыхательной жидкости, включающую линии вдоха и выдоха с насосами, электромагнитными клапанами и устройствами для измерения параметров жидкости и кислорода, подключенными к блоку управления, оксигенатор, дозатор кислорода, регенератор углекислого газа, баллон сжатого кислорода с регулятором давления, оксигенатор выполнен в виде цилиндрической камеры с одним входом и одним выходом для дыхательной жидкости, в полости которой соосно установлен с возможностью вращения лопастной смеситель кислорода с жидкостью, связанный через стенку камеры посредством полумуфт магнитной бесконтактной муфты с ротором размещенного снаружи электродвигателя.
[13]В центральной части полости оксигенатора установлены по окружности сопла дозатора кислорода, соединенные посредством трубопровода со встроенными обратным клапаном и датчиком давления, двух равных по длине параллельно расположенных трубопроводов с последовательно встроенными в каждый двумя электромагнитными отсечными клапанами и трубопровода со встроенным регулятором давления с баллоном сжатого кислорода.
[14]Дозатор кислорода выполнен в виде сферического корпуса с двумя разделенными упругой гофрированной мембраной полостями, соединенными с одним из упомянутых выше параллельно расположенных трубопроводов.
[15]Вход в камеру оксигенатора соединен с трубопроводом линии выдоха с последовательно встроенными в него фильтром, регенератором углекислого газа, откачивающим насосом с обратным клапаном, датчиком расхода, дифференциальным датчиком давления и отсечным электромагнитным клапаном, а выход камеры оксигенатора соединен трубопроводом со входом в полость цилиндрической дыхательной камеры с датчиками температуры, давления дыхательной жидкости и кислорода, имеющей один жесткий, обращенный к электрическому термостату торец, а другой в виде упругой гофрированной мембраны.
[16]В центре полости дыхательной камеры расположен заборник дыхательной жидкости, закрепленный на конце трубопровода линии вдоха с последовательно встроенными в него основным и вспомогательным нагнетающими насосами, датчиком расхода и дифференциальным датчиком давления жидкости, обратным клапаном и отсечным электромагнитным клапаном.
[17]Выход трубопровода линии вдоха и вход трубопровода линии выдоха соединены между собой и с переходником эндотрахеальной трубки.
[18]Сравнительный анализ заявленного технического решения с аналогами и прототипом показывает следующее.
[19]Во-первых, наличие в индивидуальном аппарате замкнутой циркуляционной системы дыхательной жидкости без линии сброса избыточного кислорода и открытых полостей входящих в ее состав функциональных элементов, в частности камер, исключает потерю кислорода, используемого для обогащения (оксигенации) дыхательной жидкости.
[20]Во-вторых, цикличность работы дозатора аппарата не зависит от цикличности работы насосов линий вдоха и выдоха, а устанавливается в зависимости от количества растворенного кислорода в находящейся в дыхательной камере жидкости, определяемого с помощью входящего в состав камеры датчика кислорода, т.е. показания датчика влияют на количество подаваемого дозатором в оксигенатор кислорода, позволяя поддерживать заданное (оптимальное) содержание кислорода в дыхательной жидкости и исключить его избыточность и необходимость сброса в окружающую среду, т.е. перерасход.
[21]В-третьих, наличие в составе оксигенатора аппарата лопастного смесителя обеспечивает равномерное распределение в объеме находящейся в камере оксигенатора жидкости поступающего через сопла дозатора в жидкость кислорода, фрагментацию пузырьков кислорода на более мелкие по размерам, что улучшает их растворение в жидкости и повышает ее качество.
[22]На фиг. 1 приведена принципиальная схема индивидуального аппарата жидкостного дыхания в условиях гипербарии замкнутого типа.
[23]Индивидуальный аппарат разработан на основе замкнутой системы циркуляции дыхательной жидкости, включающей линии вдоха и выдоха, связанные с оксигенатором, выполненном в виде цилиндрической камеры 1 (фиг. 1), вход в которую для дыхательной жидкости соединен с трубопроводом 2 линии выдоха с последовательно встроенными в него фильтром 3, регенератором углекислого газа 4, откачивающим насосом 5 с обратным клапаном 6, датчиком расхода 7, дифференциальным датчиком давления 8 и отсечным электромагнитным клапаном (2/2 - гидрораспределителем с электромагнитным управлением) 9.
[24]Выход для дыхательной жидкости из камеры оксигенатора соединен трубопроводом 10 со входом в полость цилиндрической дыхательной камеры 11, снабженной датчиками температуры 12, давления дыхательной жидкости 13 и кислорода 14. Возле торца 15 камеры, выполненного жестким, расположен электрический термостат 16, другой торец камеры выполнен в виде упругой гофрированной мембраны 17, являющейся компенсатором давления.
[25]В центре полости дыхательной камеры расположен заборник 18 дыхательной жидкости, закрепленный на конце трубопровода 19 линии вдоха с последовательно встроенными в него основным и вспомогательным нагнетающими насосами 20 и 21, соответственно, датчиком расхода 22 и дифференциальным датчиком давления жидкости 23, обратным клапаном 24 и отсечным электромагнитным клапаном 25.
[26]В полости цилиндрической камеры оксигенатора соосно установлен с возможностью вращения лопастной смеситель кислорода с жидкостью 26, связанный через стенку камеры с размещенным снаружи камеры электродвигателем 27 посредством бесконтактной магнитной муфты, одна из полумуфт 28 которой закреплена на валу смесителя внутри камеры, а другая полумуфта 29 на конце ротора электродвигателя. В центральной части полости оксигенатора установлены по окружности сопла 30 дозатора кислорода, соединенные посредством трубопровода 31 со встроенными в него обратным клапаном 32 и датчиком давления 33, двух равных по длине параллельно расположенных трубопроводов 34 и 35 с последовательно встроенными в каждый двумя электромагнитными отсечными клапанами (2/2 - пневмораспределители с электромагнитным управлением) 36, 37 и 38, 39, трубопровода 40 со встроенным регулятором давления 41 с манометром (на фиг. не показан) с баллоном сжатого кислорода 42.
[27]Дозатор кислорода имеет сферический корпус 43 с двумя равными по объему полостями 44 и 45, разделенными упругой гофрированной мембраной 46, соединенными трубопроводами 47 и 48 с одним из упомянутых выше параллельно расположенных трубопроводов.
[28]Выход 49 трубопровода линии вдоха и вход 50 трубопровода линии выдоха соединены между собой и с переходником 51 эндотрахеальной (интубационной) трубки (на фиг. не показана).
[29]Индивидуальный аппарат работает следующим образом.
[30]Перед началом работы аппарата все полости замкнутой системы циркуляции дыхательной жидкости заполняются, например, перфторуглеродом.
[31]Цикл работы аппарата состоит из двух фаз - фазы вдоха, продолжительностью 2...3 секунды, и фазы выдоха, продолжительностью 4... 6 секунд. Необходимое время длительности каждой из фаз устанавливается с помощью пульта блока управления (на схеме не показан).
[32]Затем в трахею вводится эндотрахеальная трубка, установленная в переходнике 51. Отсечные клапаны 36, 37, 38 и 39 закрыты. С помощью регулятора давления 41 устанавливается давление кислорода в трубопроводе 40, превышающее на 0,2 МПа максимально допустимое давление окружающей среды (газовой или жидкой).
[33]Фаза вдоха реализуется при закрытом отсечном клапане 9 и выключенном насосе 5 линии выдоха. Включаются насосы 20 и 21 и открывается отсечной клапан 25. Жидкость из полости дыхательной камеры 11 поступает через заборник 18 по трубопроводу 19 к его выходу 49 и далее к переходнику 51 эндотрахеальной трубки. Поскольку продолжительность фазы вдоха в два раза меньше продолжительности фазы выдоха, а производительность насосов 5, 20 и 21 одинаковая, использование в линии вдоха двух нагнетающих насосов 20 и 21 обеспечивает равенство объемов жидкости, перекачиваемой по линиям вдоха и выдоха.
[34]Фаза выдоха реализуется при закрытом отсечном клапане 25, выключенных насосов 20 и 21. Включается насос 5, открывается отсечной клапан 9. Откачиваемая жидкость поступает через регенератор углекислого газа 4 и фильтр 3 по трубопроводу 2 в полость корпуса 1 оксигенатора, в котором происходит ее обогащение кислородом, подаваемым через сопла 30 дозатора кислорода. С помощью лопастного смесителя 26 осуществляется фрагментация (дробление) пузырьков кислорода на более мелкие по размеру и их перемешивание с целью равномерного распределения и лучшего растворения в дыхательной жидкости. Вращение лопастного смесителя осуществляется электродвигателем 27 посредством взаимодействия магнитных потоков полумуфт 28 и 29 бесконтактной магнитной муфты.
[35]Дозирование кислородом происходит при попеременном включении попарно отсечных клапанов 37, 38 и 36, 39. Переключение клапанов осуществляется по командам из блока управления на основании выходного сигнала датчика кислорода 14. При открытии отсечных клапанов 37, 38 и закрытом состоянии отсечных клапанов 36, 39, кислород поступает по трубопроводам 34 и 47 в полость 44 корпуса 43 дозатора, вызывая прогиб мембраны 46, вытеснение кислорода из полости 45 в трубопроводы 48 и 35, и далее через открытый отсечной клапан 38 по трубопроводу 31 через сопла 30 в полость оксигенатора. Объем порции кислорода определяется объемом полостей 44 и 45 корпуса дозатора 43.
[36]Датчик кислорода 14 определяет содержание растворенного в дыхательной жидкости кислорода и задает необходимое количество подаваемых в оксигенатор порций кислорода. Количество поданных порций кислорода определяется по числу срабатываний датчика давления 33. Обратный клапан 32 препятствует попаданию дыхательной жидкости в полости корпуса дозатора.
[37]Обогащенная кислородом жидкость поступает из оксигенатора по трубопроводу 10 в дыхательную камеру, восполняя объем жидкости, затраченной ранее для вдоха, вызывая деформацию мембраны 17, которая одновременно является компенсатором давления, выравнивая давление жидкости в камере и давление окружающей среды, которое контролируется датчиком давления 13. Дифференциальный датчик давления 23 контролирует избыточное давление жидкости, поступающей к эндотрахеальной трубке, т.е. является датчиком безопасности, предохраняющим легкие биообъекта от баротравмы. Предохранительный клапан 24 устраняет превышение давления жидкости в линии вдоха. Датчик расхода 22 определяет необходимое количество жидкости, подаваемой на вдох. Дифференциальный датчик давления 8 контролирует уровень разрежения в линии выдоха, предохраняя легкие биообъекта от баротравмы, вызванной разрежением. Обратный клапан 6 обеспечивает возврат жидкости ко входу 50 трубопровода 2 линии выдоха, также способствуя устранению баротравмы легких от разрежения. Датчик расхода 7 определяет количество жидкости, поступающей в линию выдоха, и управляет работой насоса 5 и отсечного клапана 9.
[38]Заданную температуру дыхательной жидкости поддерживает электрический термостат 16, управление которым осуществляется источником температуры 12.
