автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.17, диссертация на тему:Переносные наркозно-дыхательные аппараты для медицины катастроф

На правах рукописи

Сорокин Андрей Алексеевич

ПЕРЕНОСНЫЕ НАРКОЗНО-ДЫХАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ КАТАСТРОФ

Специальность: 05.11.17 - Приборы, системы и изделия

медицинского назначения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2005

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете "ЛЭТИ" им. В.И.Ульянова (Ленина)

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Попечителев Е.П.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Авдеев Б.Я.

кандидат технических наук, ст.н.с. Орлов В.А.

Ведущая организация - Северо-западный заочный государственный технический университет

Защита диссертации состоится ¿'/¿'¿¿ъР 2005 г. в ^ часов на

заседании диссертационного совета Д 212.238.06 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" имени В.И.Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург,ул.Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан'_ ¿«¿¿а^ 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Юлдашев З.М.

¿007 - * /2239

24Ш21

1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Искусственную вентиляцию легких (ИВЛ) применяют ежедневно для многих тысяч больных во время оперативных вмешательств, в процессе интенсивной терапии, при внезапных изменениях состояния человека. Сфера применения ИВЛ постоянно расширяется, предлагаются все новые методики и технические средства, пригодные для применения в условиях непредвиденных обстоятельств, когда жизнь человека подвержена значительной опасности за счет влияния внешних неуправляемых факторов - горячие цеха, интенсивный труд, особые атмосферные условия.

Для большинства анестезиологов и реаниматологов ИВЛ - рутинная процедура, но они не единственные, связанные с этим типом лечебной процедуры. Различные методы искусственной вентиляции используют терапевты, невропатологи, токсикологи, врачи скорой помощи. При этом кажущаяся простота и «привычность» ИВЛ не гарантируют от ошибок и связанных с ними осложнений, особенно при применении методов ИВЛ в неклинических условиях. Это объясняет повышенный интерес к различным проблемам теории и практики ИВЛ, исследованию которых посвящено огромное число публикаций и разработок.

За последние 10 лет произошли значительные изменения во многих концепциях и подходах к респираторной поддержке. В первую очередь это касается разработки и внедрения в практику новых способов и режимов ИВЛ, особенно вспомогательной вентиляции легких (ВВЛ). Усовершенствованы методы проведения ИВЛ и ВВЛ, созданы современные аппараты ИВЛ (респираторы), обладающие широкими функциональными возможностями, построены базы данных и знаний, которые сегодня широко доступны для пользователей этой техники - все это позволяет предполагать, что проблемы ИВЛ скоро будут решены.

Однако в некоторых частных, но очень важных для человечества, применениях возникают особые задачи по использованию респираторной техники, связанные с условиями их применения на человеке. К таким задачам следует отнести условия 1фитических состояний человека, когда борьба за его жизнь не может иметь успех без клинической поддержки, а ее быстрое подключение невозможно. К подобным непредвиденным обстоятельствам относятся чрезвычайные ситуации, связанные с природными и техногенными катастрофами. В этих условиях изменяются цели медицинской поддержки пострадавшего; он должен быть в кратчайший срок доставлен в клинический стационар. Поэтому цель всех медицинских мероприятий - поддержать жизнь человека до его поступления в госпиталь или больницу.

i рос. национальная

i г. Г Г. 1 ¡¡отека

Особые требования к выполнению медицинских мероприятий при наступлении непредвиденных обстоятельств привели к формированию нового структурного подразделения в системе здравоохранения - Центра Медицины Катастроф (ЦМК). Территориальные Центры Медицины Катастроф (ТЦМК) призваны обеспечивать в различных регионах страны решение задач по ликвидации медико-санитарных последствий чрезвычайных ситуаций.

Практика показывает, что вероятность поражения дыхательной системы человека в условиях катастроф чрезвычайно велика, поэтому в составе медицинской техники, которой оснащаются бригады оказания первой медицинской помощи ЦМК, должны быть представлены и средства респираторной техники. В то же время условия использования этой техники иные, чем в лечебных учреждениях, поэтому требования к ней существенно отличаются от требований к аппаратам и методам ИВЛ клинического назначения. Известные аппараты ИВЛ лишь в незначительной степени пригодны для использования в условиях чрезвычайных ситуаций, они не отвечают многим требованиям, которые предъявляются к этому виду техники медицинскими специалистами.

Целью дайной работы является разработка малогабаритных, автономных, электроэнергонезависимых аппаратов ИВЛ и ВВЛ, обеспечивающих возможность решения медицинских задач по поддержанию жизни пострадавшего человека в условиях чрезвычайных ситуаций до его поступления в •клинический стационар.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ известных технических решений для ИВЛ и ВВЛ, , пригодных для использования в экстремальных условиях;

г создать модель внешнего дыхания человека, находящегося в условиях чрезвычайной ситуации в процессе оказания ему помощи с применением аппаратов искусственной вентиляции легких;

- предложить обобщенную структуру аппарата ИВЛ, способного решать основные задачи поддержки жизни пострадавшего;

- разработать основные узлы пневмоавтоматики и варианты их включения для создания различных типов портативных аппаратов ИВЛ, не требующих внешних электрических источников питания;

- предложить методики и технические средства поверки и калибровки аппаратов ИВЛ для МК;

- провести испытания различных вариантов аппаратов ИВЛ в лабораторных и полевых условиях.

Объектом исследования являются аппараты ИВЛ и ВВЛ, предназначенные для использования в условиях чрезвычайных ситуаций.

Предметом исследований являются методы и технические решения как отдельных узлов пневмоавтоматики, так и аппаратов ИВЛ и ВВЛ в целом, предназначенных для применения в особо опасных условиях.

Методы исследований. Исследования базируются на теории системного анализа и биотехнических систем, методологии моделирования физиологических систем организма, методах описания пневматических устройств, технологиях исследования метрологических характеристик измерительных устройств, методах статистического анализа и проведения экспериментальных исследований в лабораторных и полевых условиях. При проведении лабораторных исследований использовалась материально-техническая база кафедры БМЭ и ОС СПБГЭТУ "ЛЭТИ", а полевые испытанию проводились на базе территориального Центра медицины катастроф Санкт-Петербурга.

Новые научные результаты. В процессе выполнения исследований автором получены следующие научные результаты:

1. Анализ известных разработок аппаратов для ИВЛ и ВВЛ с точки зрения возможности их использования в условиях катастроф показал, что они малопригодны для применения в экстремальных условиях из-за использования внешних источников питания, громоздкости, сложности управления и настройки, большого числа функций, которые в указанных условиях не нужны. Они не обеспечивают требуемых технических характеристик в широком диапазоне изменения температуры среды, влажности, атмосферного давления, механических воздействий. Анализ опыта работы ТЦМК показал, в таких условиях требуются малогабаритные, автономные и экономичные аппарата, не привязанные к источникам электрического питания и обеспечивающие выполнение всех мероприятий, необходимых для поддержания жизни пострадавших. Предложена номенклатура аппаратов ИВЛ и ВВЛ для ЦМК.

2. Разработана математическая модель процесса искусственной вентиляции легких пациента, находящегося в условиях чрезвычайной ситуации, отражающая взаимодействие наркозно-дыхательного аппарата с пациентом. Сформулированы требования к аппаратам ИВЛ и ВВЛ для этих условий, и определены рабочие параметры аппаратов, которые необходимо контролировать в процессе медицинских мероприятий. Показано, что этот вид техники представляет собой специфическую биотехническую систему, функционирование которой определяется состоянием дыхательной функции человека.

3. Предложены обобщенная схема переносного наркозно-дыхательного аппарата, а также структурные схемы и конструктивные решения ряда важнейших узлов аппаратов ИВЛ и ВВЛ, выполненных на базе элементов пнев-

моники, обеспечивающих требования по надежности и экономичности и не требующих источников электрического питания.

4. Предложены методики и разработаны технические средства для настройки, калибровки и поверки разных аппаратов ИВЛ и ВВЛ, которые позволяют проводить эти мероприятия в полевых условиях.

Практическую ценность работы составляют:

- математическая модель внешнего дыхания, отражающая работу легких при подключении к аппаратам ИВЛ и ВВЛ, сформулированы требования к этим аппаратам при их использовании в экстремальных условиях;

- структурные схемы и конструктивные решения основных блоков аппаратов ИВЛ и ВВЛ для медицины катастроф, выполненные на элементах пневмоники и обеспечивающие выполнение всех требований к аппаратам этого назначения;

- методики настройки, калибровки и поверки аппаратов ИВЛ и ВВЛ и поверочный стенд, пригодных для выполнения таких функций для любых образцов респираторной техники, в том числе и в полевых условиях;

- образцы аппаратов ИВЛ и ВВЛ, разработанные с применением предложенных узлов и прошедшие аттестацию на пригодность к применению в условиях медицины катастроф;

- результаты лабораторных и полевых испытаний образцов разработанной техники, показавших высокую эффективность их использования.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. При разработке переносных наркозно-дыхательных аппаратов для медицины катастроф необходимо учитывать особенности взаимодействия элементов биотехнической системы врач-спасатель - наркозно-дыхательный аппарат - пациент в чрезвычайных условиях. Они определяют специфические требования, предъявляемые к наркозно-дыхательному аппарату, и его структуру, обеспечивающую независимость задания и изменения параметров вентиляции в чрезвычайных условиях.

2. Для выполнения медико-технических требований, предъявляемых к переносным наркозно-дыхательным аппаратам для задач медицины катастроф, они должны быть реализованы на элементах пневмоники и сохранять работоспособность и технические характеристики в широком диапазоне изменения параметров условий эксплуатации.

3. Структурные особенности переносных аппаратов для искусственной и вспомогательной вентиляции, анестезии и ингаляции определяются последовательностью информационных преобразований, реализуемых элементами пневмоники для изменения давления и скорости объемной вентиляции в структурных элементах легких пациента с учетом их характеристик.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ «ЛЭТИ» (2000 - 2005 гг.), научно-технической конференции НТО РЭС им. А.СЛолова (2003 - 2004 гг.), Международном симпозиуме «Электроника в медицине» (Санкт-Петербург, 2002 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании» (Тверь, 2002 г.), I Международном конгрессе «Новые медицинские технологии» (Санкт-Петербург, 2001 г.). УП Международной конференции «Современные технологии обучения» (Санкт-Петербург, 2001).

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Результаты данной работы использованы при выполнении научно-исследовательских работ на кафедре Биомедицинской электроники и охраны среды СПбГЭТУ БЭС-72 «Метод и автоматизированная система для контроля характеристик и поверки реанимационной пневмотехники» (2002-2003 г.г., № госрегистрации 01200202116), БЭС-61 «Разработка теоретических основ синтеза интеллектуальных биотехнических систем для диагностики, лечения и коррекции состояния человека», (2001-2004 г.г., № госрегистрации № 1200003096).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 научных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, 21 свидетельство на полезную модель Роспатента РФ, б материалов в сборниках научно-технических конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 56 наименований, и одного приложения. Основная часть работы изложена на 135 страницах машинописного текста. Работа содержит 35 рисунка и 5 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, дается характеристика работы, приводится краткое содержание работы по главам.

В первой главе диссертации проведены анализ структуры и функций дыхательной системы человеческого организма, сравнительный анализ характеристик основных вариантов выполнения аппаратов ИВЛ и ВВЛ, отмечены трудности выполнения поверки и калибровки аппаратов этого типа, показано, что они малопригодны для использования в задачах медицины катастроф. Здесь же сформулированы основные задачи исследования.

Вторая глава посвящена изучению потребности центров медицины катастроф в аппаратах ИВЛ и ВВЛ. В ней приведен анализ состояния потерпевших на примере катастроф, случившихся за период 2000-2004 г.г. Показа-

но, что наиболее частыми повреждениями людей, оказавшихся в зоне техногенной или природной катастрофы, являются нарушения дыхания и травматический шок. Для сохранения жизненно важной функции организма - дыхания требуется экстренное назначение искусственной или вспомогательной вентиляции, а для снятия травматического шока - общая анестезия. Сформулированные задачи могут быть решены только с использованием специальных переносных наркозно-дыхательных аппаратов, которые могут быть оперативно доставлены врачом-спасателем. Приведена оценка медицинских задач, возникающих для условий чрезвычайных ситуаций.

Сформулированы требования к переносным наркозно-дыхательным аппаратам для медицины катастроф. Они должны быть: электроэнергонеза-висимымй; простыми в управлении для исключения ошибок со стороны врача-спасателя; обеспечивающими независимость задания и изменения параметров вентиляции и анестезии; сохраняющими технические характеристики в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды, влажности, атмосферного давления, воздействия механических усилий (вибрации, ускорения, ударов); сохраняющими технические характеристики в условиях длительного хранения в законсервированном состоянии на складах медицины катастроф; имеющими минимальное время расконсервации. Для поверки технического состояния переносных наркозно-дыхательных аппаратов требуются методики и испытательные стенды, пригодные для оценки характеристик аппаратов, как в полевых, так и стационарных условиях.

Третья глава диссертации посвящена разработке обобщенной структуры переносного наркозно-дыхательного аппарата и информационной модели, описывающей его работу, на основе анализа взаимодействия аппарата и пациента.

Система наркозно-дыхательный аппарат - пациент - врач-спасатель представляет собой пример специфической биотехнической системы, эффективность функционирования которой зависит от степени согласования взаимодействия его звеньев. Со стороны врача-спасателя необходимо исключить ошибки при задании режимов работы и параметров вентиляции и ингаляции. В этой связи наркозно-дыхательный аппарат должен быть прост в управлении, обеспечивать независимость задания и изменения параметров вентиляции. Эффективность вентиляции и ингаляции легких пациента должна зависеть от характера изменения давления и объемной скорости вентиляции с учетом биомеханических характеристик его легких.

. Для формирования газового потока с требуемыми параметрами предложена математическая модель процесса взаимодействия переносного наркозно-дыхательного аппарата с пациентов. Она основывается на использова-

нни закона Менделеева-Клайперона PV=mRT, закона сохранения массы m (масса вдыхаемого газа равна массе выдыхаемого газа) и допущении, что процесс дыхания является изотермическим.

На этапе вдоха (0 i t <tj) импульс давления газа заданной амплитуды рвмах подается в эластичную камеру наркозно-дыхательного аппарата, расширяя его, а далее - в маску пациента. На выходе наркозно-дыхательного аппарата (в маске пациента) скорость изменения давление определяется уравнением:

dP/dt=[(AV/t1-RT/Z,)P(t)+RTPA(tyZ1]/[Vk+AV-AVt/ti].

Формируемый газовый поток через маску пациента направляется в легкие, вызывая их раздутие и изменение давления в альвеолах dPA/dt:

dPA/dt = RTa [P(t) - PA(t)]/{Z, [V0 - Po/Р + PA(t)/p]}, где P - давление в маске пациента (на выходе аппарата); ра - альвеолярное давление в легких пациента; Ро - остаточное давление; р - коэффициент упругости; Vo - функциональная остаточная емкость легких; V(t) = Vk + ДV -AV t/ ti - линейное изменение объема камеры аппарата; Vk - конечный минимальный объем камеры; AV - дыхательный объем легких; Т= ТА - температура газа на вдохе и в альвеолах; Zi - сопротивление дыхательных путей на вдохе; Z2 - сопротивление дыхательных путей на выдохе.

На этапе выдоха (tj ^ t <t2), начало которого задается наркозно-дыха-тельным аппаратом, пациент выдыхает воздух в окружающее воздушное пространство, при этом скорость изменения альвеолярного давления будет определяться уравнением:

dPA/dt = RTa [Ро - PA(t)]/{Z2 [Vo - Ро/р + PA(t)/p]}.

Для решения этих уравнений с учетом непрерывности изменения альвеолярного давления PA(t2)= РА(0), что означает равенство давления в конце фазы выдоха t2 давлению в начале фазы вдоха t = 0, использовался численный метод, который дал следующие зависимости (см. рис. 1).

Во время фазы вдоха давление на выходе наркозно-дыхательного аппарата P(t) медленно нарастает до максимального уровня Рвмах- Такой же характер имеет и изменение объемной скорости воздушного потока. Скорость изменения давления dP/dt максимальна в начале фазы вдоха, а в конце фазы вдоха dP/dt = 0. Далее реверсивный клапан аппарата переключается таким образом, что давление в маске пациента стравливается в окружающее воздушное пространство, альвеолярное давление в легких начнет медленно снижаться до некоторого остаточного уровня Ро. Если продолжительность фазы вдоха больше постоянной времени процесса выдоха, то это давление упадет до уровня атмосферного ро=ратм> в противном случае в легких пациента будет иметь место положительное остаточное давление Ро> РАтм-

Таким образом, для обеспечения вентиляции легких пациента в наркоз-но-дыхательном аппарате необходимо задавать продолжительность (частоту) вдоха-выдоха, скорость объемной вентиляции и рабочее давление Рвмах. В аппарате должна быть предусмотрена возможность задания и изменения концентрации (парциального давления) кислорода, а также анестетика.

Анализ модели взаимодействия переносного наркозно-дыхательного аппарата с пациентом, описывающей изменение давления и объемной скорости вентиляции газа как в аппарате, так и в пациенте с учетом его биомеханических показателей, позволил предложить обобщенную схему переносного наркозно-дыхательного аппарата для медицины катастроф (рис. 2).

Рис. 1. Изменение давления на выходе аппарата P(t) и давления в альвеолах легких пациента P(tA).

Для питания переносного наркозно-дыхательном аппарата используется энергия баллона со сжатым кислородом (ИК - источник кислорода). Учитывая, что в процессе эксплуатации аппарата давление в ИК не является постоянным, для стабилизации рабочего давления используется пневморедук-тор (РД - редуктор давления). Далее на элементах пневмоники реализуется задатчик частоты вентиляции (ЗЧВ) и задатчик скорости объемной вентиляции (ЗВ). ЗЧВ реализуется на пневмоклапанах и камерах заполнения с использованием триггерного переключения. Требуемая величина скорости объемной вентиляции задается путем изменения сечения трубки истечения газа.

Рис. 2. Обобщенная схема наркозно-дыхательного аппарата.

Независимое задание и изменение этих параметров вентиляции обеспечивается блоком управления БУ. В газовом смесителе ГС смешивается в определенных пропорциях кислород и атмосферный воздух, который поступает газовый фильтр ГФ и инжектор И. По такому же принципу в режиме анестезии в смесителе С осуществляется смешивание анестетика (закись азота), подаваемого от источника анестетика ИА через переключатель П. Для исключения разрыва легких пациента в случае превышения давления формируемой газовой смеси предельно-допустимой величины предохранительный

клапан ПК стравливает избыточное давление в атмосферу. Газовая смесь далее подается через клапан вдоха-выдоха КВ в маску М пациента, в режиме выдоха воздух выводится в окружающее пространство. Клапан вдоха-выдоха должен быть реверсивным, при достижении давления выдыхаемого газа уровня атмосферного клапан должен переключаться в режим вдоха.

Представленная структура обеспечивает проведение как принудительной вентиляции, когда аппарат самостоятельно задает начало фазы вдоха и выдоха, так и вспомогательную вентиляцию, когда клапан вдоха-выдоха реагирует на изменение давления в маске при усилиях пациента на вдох и выдох, ингаляцию кислородом, кислородно-воздушной смесью, и анестезию.

Работа аппарата поясняется информационной моделью, в которой имеют место следующие этапы преобразования информации при установке рабочих параметров: стабилизации рабочего давления; задания частоты циклов вдоха-выдоха; скорости объемной вентиляции; концентрации кислорода и анестетика.

Последовательная реализация этапов, представленная на рис. 3, обеспечивает независимость задания и изменения параметров вентиляции: частоты вдоха-выдоха Бв, скорости объемной вентиляции Ув, концентрации кислорода С02 и анестетика Сд- Носителем информации является поток газа с рабочим давлением Рц. Его уровень задается редуктором РД, который преобразует непостоянное давление баллона с кислородом РгбО) в давление Ри.

ЗЧВ ЗВ „ „ , ЗКК Ри -^„{Рв}-► Ри^вЛМ-► Рсм{Рв, С02}

РД РкА

ргв№ Ри^в.Ув, С02, СА}

Рис. 3. Информационная модель работы аппарата.

Остальные этапы характеризуют необходимые преобразования по установке всех рабочих параметров до получения выходного потока газа в виде

Ри^в.Ув, С02, СА}

В четвертой главе диссертации предлагаются структурные схемы переносных наркозно-дыхательных аппаратов для нескольких задач - принудительной и вспомогательной вентиляции легких, ингаляции кислородом и кислородно-воздушной смесью, анестезии, экстренной реанимации. Рассмотрены несколько вариантов реализации аппаратов различного назначения.

Модификации структурных схем были обусловлены необходимостью расширения диапазона регулировок при независимости задания и изменения параметров вентиляции, повышения стабильности характеристик, снижения погрешности задания параметров вентиляции и т.д.

В качестве примера рассмотрим реализацию базового варианта аппарата искусственной вентиляции легких (рис. 4).

В аппарате для задания стабильных промежутков времени вдоха-выдоха принудительной вентиляции газ с источника пневмопитания ИИП (баллон со сжатым кислородом) подается на регулятор потока газа РПГ и модуль управления МУ. Последний построен по триггерной схеме и содержит звенья заполнения пневмокамер ЗЗПК, пневмосопротивление ПС для задания * постоянной скорости потока газа и клапаны сброса КС. Поток газа низкого

давления периодически направляется в одну из камер заполнения, и при достижения давления в них заданной величины поток перераспределяется в другую камеру, стравливая давление газа в заполненной камере через клапаны сброса в атмосферу. Исполнительные устройства ИУ] и ИУ2 обеспечивают поступление кислорода в легкие пациента во время фазы вдоха и вывод выдыхаемого газа в атмосферу.

Рис. 4. Переносной аппарат для ИВЛ для медицины катастроф.

Остальные варианты изменяются, адаптируясь к медицинским задачам, которые могут быть решены с их помощью. В структуры аппаратов включается ряд дополнительных оригинальных узлов, позволяющих приспособить базовый вариант аппарата к этим задачам. Структурные схемы предложенных вариантов переносных наркозно-дыхательных аппаратов защищены 17 авторскими свидетельствами на полезные модели.

Пятая глава диссертации посвящена разработке конкретных образцов переносных наркозно-дыхательных аппаратов, разработке методик их поверки и испытательных стендов и испытаниям разработанных образцов техники.

При непосредственном участии автора были разработаны переносные аппараты для ИВ JI и BBJI - ДАР (несколько образцов) и ТМТ. Аппараты реализованы в соответствии с предложенной обобщенной схемой с использованием элементов пневмоники: редуктора, пневмодросселей, сопротивлений и клапанов. Наиболее совершенный аппарат ДАР-07 обеспечивает принудительную и вспомогательную вентиляцию легких кислородом и кислородно-воздушной смесью с частотой вентиляции от 1/30 до 1/10 мин'1. Он позволяет изменять пределы регулирования дыхательного объема от 0,2 до 1,2 л; пределы регулирования минутной вентиляции от 3,0 до 20,0 л/мин; отношение продолжительности вдоха-выдоха 1:2,0; пределы задания максимального рабочего давления от 3,0 до 8,0 кПа. Предусмотрена возможность задания концентрации кислорода в кислородно-воздушной смеси до 50%. Время установления рабочего режима - 30 с, а гарантийный срок эксплуатации - 4 года. Аппарат ДАР-07 передан для серийного производства в НПО АВРОРА.

Для поверки переносных наркозно-дыхательных аппаратов предложены методики испытаний и переносной испытательный стенд. В нем исполь-зуютсмя: физическая модель легких, волюмоспирометр, мановакуумметр, манометр, образцовый ротаметр, преобразователь, пневмоэлектрический газоанализатор кислорода и электронный секундомер. В стационарном автоматизированном испытательном стенде используется персональная ЭВМ, высокоточный датчик давления серии МРХ2010 фирмы Motorola, датчик скорости воздушного потока серии AWM5000 фирмы Honeywell и двенадцатиразрядный двухканальный аналого-цифрового преобразователь. Эти датчики имеют высокую линейность и достаточную воспроизводимость характеристик преобразования, что обеспечивает погрешность преобразования не более 0,5%.

Важным элементом испытательных стендов является физическая модель легких. В работе предложены оригинальные схемы имитатора и модели легких, пригодные для использования в переносных испытательных стендах и отличающиеся высокой стабильностью характеристик. Эти схемы защищены 4-мя авторскими свидетельствами на полезные модели.

При проведении экспериментальных исследований разработанных нар-козно-дыхательных аппаратов были определены три группы аппаратов: новые аппараты, вышедшие с производства, группа аппаратов, используемых в системе скорой помощи, и аппараты, хранившиеся на складах ТЦМК. Технические характеристики всех трех групп аппаратов соответствовали характеристикам нормативно-технической документации. Погрешности задания частоты вентиляции и скорости вентиляции не превышали 10%.

Испытания этих аппаратов проводились также в испытательных центрах станций скорой медицинской помощи Москвы («АМБУЛАНС-МЕД, Москва), Санкт-Петербурга («АМБУЛАНС-МЕД», СПб) и г. Люберцы. Были разработаны и использованы все необходимые документы (программы, протоколы испытаний и т.п.) Соответствие характеристик наркозно-дыхательных аппаратов требованиям НТД подтверждается соответствующими актами испытаний.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ функциональных возможностей переносных нар-козно-дыхательных аппаратов для медицины катастроф и сформулированы требования, которым должны удовлетворять наркозно-дыхательные аппараты в условиях чрезвычайных ситуаций. Это: электроэнергонезависимость, сохранение работоспособности и требуемых технических характеристик в широком диапазоне изменения температуры, влажности, воздействия механических факторов, обеспечение всех режимов использования такой аппаратуры.

2. Переносной наркозно-дыхательный аппарат в процессе функционирования является элементом специфической биотехнической системы. Для обеспечения эффективной работы аппарата его разработку необходимо осуществлять с учетом свойств и характеристик системы дыхания пациента. Разработана математическая модель процесса внешнего дыхания, позволяющая исследовать взаимодействие наркозно-дыхательного аппарата и системы дыхания человека в процессе искусственной вентиляции легких.

3. Предложена обобщенная структура переносных наркозно-дыха-тельных аппаратов, пригодная для искусственной и вспомогательной вентиляции легких, ингаляции и реанимации, реализуемая на элементах пневмоавтоматики: пневморедукторах, дросселях, пневмоклапанах, пневмосопротив-лениях и др. Построение аппаратов в соответствии с этой структурой позволяет обеспечить независимое задание и изменение параметров вентиляции -

давления нагнетаемого в маску пациента газа, объемную скорость потока, продолжительность вдоха - выдоха, концентрацию кислорода и анестетика.

4. Разработаны структурно-функциональные схемы переносных аппаратов, обеспечивающие принудительную искусственную и вспомогательную вентиляцию легких пациентов с заданными параметрами давления, скорости вентиляции, продолжительности вдоха-выдоха, отличающиеся высокой стабильностью и воспроизводимостью характеристик вентиляции. Выполнены экспериментальные исследования их функциональных возможностей и характеристик, которые подтвердили правильность принципов построения переносных наркозно-дыхательных аппаратов для медицины катастроф. Предложенные образцы аппаратов переданы для серийного производства.

5. Предложены функциональные схемы переносных аппаратов ингаляционного наркоза, обеспечивающие принудительную и вспомогательную вентиляцию легких газовой смесью с заданными параметрами вентиляции и содержанием кислорода и закиси азота, независимое задание и регулировку временных параметров вентиляции, давления и объемной скорости вентиляции.

6. Для проведения поверки и периодических испытаний в полевых условиях переносных наркозно-дыхательных аппаратов разработан переносной испытательный стенд и физические модели легких. Предложены методики испытания основных технических характеристик наркозно-дыхательных аппаратов. Кроме того, для поверки и испытания аппаратов в условиях производства разработан стационарный автоматизированный испытательный стенд, позволяющий проводить выходной контроль выпускаемой продукции.

7. Испытания наркозно-дыхательных аппаратов, эксплуатируемых в разных условиях, подтвердили соответствие разработанных аппаратов требованиям здравоохранения и медицины катастроф.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Луценко А. Е., Сорокин А. А. Метод и система для адаптивной искусственной вентиляции легких / Известия ГЭТУ. - 2004. - Вып. 1: Биотехнические системы в медицине и экологии. - С. 54 - 59.

2. Луценко А. Е., Сорокин А. А. К вопросу о комплексном исследовании функции внешнего дыхания человека / Известия ГЭТУ. - 2003. - Вып. 1: Биотехнические системы в медицине и экологии. - С. 32 -34.

3. Сорокин А. А. Система для поверки характеристик аппаратов ИВ Л // Материалы 58-ой НТК СПб НТОРЭС им. А.С.Попова, Изд-во СПб ГЭТУ «ЛЭТИ», апрель 2003, С. 190-191.

4. Сорокин A.A., Попечителев Е.П. Респираторная техника для территориальных центров медицины катастроф. Труды Ш междунар. симпозиума Электроника в медицине. Мониторинг, диагностика, терапия. - Вестник аритмологии. - Вып. № 25. - 2002. - С. 150.

5. Луценко А.Е., Сорокин A.A. Модифицированная модель процесса внешнего дыхания человека / Известия 11 РТУ, - 2002. - Вып. 1: Медицинские информационные системы. - С. 40 - 42.

6. Сорокин A.A. Автоматизированный комплекс для контроля и поверки характеристик систем искусственной вентиляции легких. Труды Междунар. научн. техн. конференции "Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании" 3-5 декабря 2002. - ТГТУ. - С. 127-129.

7. Сорокин A.A. Новое поколение автоматизированной реанимационной пневмотехники. Труды 1 Международного конгресса Новые медицинские технологии. Санкт-Петербург, 8-12 июля 2001. - С. 66-67.

8. Попечителев Е.П., Сорокин A.A. Особенности технической подготовки специалистов для центров экстремальной медицины. Труды VII Международной конференции Современные технологии обучения. Санкт-Петербург, 18 апреля 2002. - С. 53 - 54.

9. Ремизов В.Д., Сорокин A.A. Пневматическая система управления медицинскими аппаратами. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 16453 от 10.01.2001.

10. Ремизов В.Д., Сорокин A.A. Портативный дыхательный аппарат. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 17267 от 27.03.2001. П.Сорокин A.A., Ремизов В.Д. Портативный аспиратор. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 17270 от 27.03.2001.

12. Ремизов В.Д., Сорокин A.A. Устройство пневмопитания медицинских аппаратов. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 17427 от 10.04.2001.

13. Ремизов В.Д., Сорокин A.A. Реаниматор. Свидетельство Роспатента на полезную модель №17854 от 10.05.2001.

14. Сорокин A.A., Ремизов В.Д. Аппарат комплексной сердечно-легочной реанимации. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 17853 от 10.05.2001.

15. Сорокин A.A., Ремизов В.Д. Аппарат управляемой вентиляции легких. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 18047 от 20.05.2001.

16. Ремизов В.Д., Сорокин A.A. Аппарат ингаляционного наркоза. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 18349 от 20.06.2001.

17. Сорокин A.A. Аппарат для экстренной дыхательной реанимации. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 19264 от 20.08.2001.

18. Сорокин A.A. Аппарат управляемой и вспомогательной вентиляции легких. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 19683 от 27.09.2001.

19. Сорокин A.A. Аппарат ингаляционного наркоза. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 19684 от 27.09.2001.

20. Сорокин A.A. Портативный аппарат ингаляционного наркоза. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 19685 от 27.09.2001.

21. Сорокин A.A. Портативный аппарат для проведения дыхательной реанимации. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 20240 от 27.10.2001.

22. Сорокин A.A. Портативный аппарат вспомогательного дыхания. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 20241 от 27.10.2001.

23. Сорокин A.A. Аппарат вспомогательного дыхания. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 20239 от 27.10.2001.

24. Сорокин A.A. Устройство подачи дыхательного газа пациенту. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 20028 от 20.10.2001.

25. Сорокин A.A. Устройство для экстренного дозированного переливания инфузионных растворов. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 21868 от 27.02.2002.

26. Сорокин A.A. Устройство для экстренного дозированного переливания инфузионных растворов. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 21868 от 27.02.2002.

27. Сорокин A.A. Аппарат дыхательной реанимации. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 23565 от 27.06.2002.

28. Сорокин A.A. Модель легких. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 24385 от 10.09.2002.

29. Сорокин A.A. Устройство для контроля медико-технических характеристик наркозно-дыхательной аппаратуры. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 23764 от 20.06.2002.

30. Сорокин A.A. Имитатор легких. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 24384 от 10.09.2002.

Подписано в печать 26.05.2005. Формат 60x84/16 Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии ЗАО «КопиСервис». Печать ризографическая. Заказ Na 1/2605. П. л. 1.0. Уч.-изд. л, 1.0. Тираж 100 экз.

ЗАО «КопиСервис» Адрес юр.: 194017, Санкт-Петербург, Скобелевский пр., д. 16. Адрес факт.: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 5. тел.: (812) 327 5098

РНБ Русский фонд

2007-4 12829

Введение.

Глава I. Искусственная вентиляция легких в медицине.

1.1. Биофизические основы искусственная вентиляция легких.

1.2. Искусственная и вспомогательная вентиляция легких.

1.3. Влияние искусственной вентиляции на легочные функции.

1.4. ИВЛ и самостоятельное дыхание.

1.5. Методы искусственной вентиляции легких.

1.6. Системы и аппараты для искусственной вентиляции легких.

Выводы.

Глава II. Системы и аппараты ИВЛ для задач медицины катастроф.

2.1. Центры медицины катастроф и их медицинское обеспечение.

2.2. Методики разделения пострадавших на группы риска.

2.3. Исследование потребности систем ИВЛ для медицины катастроф.

2.4. Медико-технические требования к переносным аппаратам ИВЛ и ингаляционного наркоза.

2.5. Характеристика выпускаемых образцов аппаратов.

2.6. Обоснование необходимости поверки аппаратов ИВЛ, используемых в 64 медицине катастроф.

2.7. Постановка задач исследования.

Глава III. Биотехнические аспекты синтеза аппаратов для искусственной вентиляции легких.

3.1. Модель процесса внешнего дыхания при искусственной вентиляции легких.

3.2. Обобщенная структура систем ИВЛ для медицины катастроф.

3.3. Компьютерное моделирование работы аппарата для искусственной вентиляции легких.

Выводы.

Глава IV. Структурные особенности приборов и аппаратов ИВЛ для медицины катастроф.

4.1. Переносные аппараты искусственной вентиляции легких для медицины 95 катастроф.

4.2. Переносные аппараты вспомогательного дыхания.

4.3. Переносные аппараты дыхательной реанимации.

4.4. Переносные наркозно-дыхательные аппараты.

Выводы.

Глава V. Разработка и экспериментальные исследования приборов и аппаратов ИВЛ.

5.1. Разработка и производство приборов пневмотехники для медицины катастроф

5.2. Основные параметры аппаратуры дыхательной реанимации, подлежащие контролю и регламентным проверкам.

5.3. Разработка испытательных стендов.

5.4. Методики контроля параметров аппаратов ИВЛ.

5.5. Автоматизированный комплекс для поверки дыхательно-реанимационной техники.

5.6. Функциональные схемы оборудования контроля и проверки дыхательной аппаратуры.

5.7. Результаты испытаний и поверки разработанных наркознодыхательных аппаратов.

Выводы.

Основные результаты диссертации.

Искусственную вентиляцию легких (ИВЛ) применяют ежедневно для многих тысяч больных во время оперативных вмешательств, в процессе интенсивной терапии, при внезапных изменениях состояния человека. Сфера применения ИВЛ постоянно расширяется, предлагаются все новые методики и технические средства, пригодные для применения в условиях непредвиденных обстоятельств, когда жизнь человека подвержена значительной опасности за счет влияния внешних неуправляемых факторов - горячие цеха, интенсивный труд, особые атмосферные условия [1].

Для большинства анестезиологов и реаниматологов ИВЛ - рутинная процедура, но они не единственные, связанные с этим типом лечебной процедуры. Различные методы искусственной вентиляции используют терапевты, невропатологи, токсикологи, врачи скорой помощи. При этом кажущаяся простота и «привычность» ИВЛ не гарантируют от ошибок и связанных с ними осложнений, особенно при применении методов ИВЛ в неклинических условиях. Это объясняет повышенный интерес к различным проблемам теории и практики ИВЛ, исследованию которых посвящено огромное число публикаций и разработок [2, 3, 5,9].

За последние 10 лет произошли значительные изменения во многих концепциях и подходах к респираторной поддержке. В первую очередь это касается разработки и внедрения в практику новых способов и режимов ИВЛ, особенно вспомогательной вентиляции легких (ВВЛ). Усовершенствованы методы проведения ИВЛ и ВВЛ, созданы современные аппараты ИВЛ (респираторы), обладающие широкими функциональными возможностями, построены базы данных и знаний, которые сегодня широко доступны для пользователей этой техники - все это позволяет предполагать, что проблемы ИВЛ скоро будут решены. Однако в некоторых частных, но очень важных для человечества, применениях возникают особые задачи по использованию респираторной техники, связанные с условиями их применения на человеке.[3, 5]

К таким задачам следует отнести условия критических состояний человека, когда борьба за его жизнь не может иметь успех без клинической поддержки, а ее быстрое подключение невозможно. К таким непредвиденным обстоятельствам относятся катастрофические ситуации, связанные с природными и техногенными факторами. В этих условиях изменяются цели медицинской поддержки пострадавшего; он должен быть в кратчайший срок доставлен в клинический стационар. Поэтому цель всех медицинских мероприятий - поддержать жизнь человека до его поступления в госпиталь или больницу. Особые требования к выполнению медицинских мероприятий при наступлении непредвиденных обстоятельств привели к формированию нового структурного подразделения в системе здравоохранения -Центры Медицины Катастроф (ЦМК), для реализации задач которой сформированы территориальные Центры Медицины Катастроф (ТЦМК), призванные обеспечивать в различных регионах страны решение медицинских задач в особо сложных условиях [24, 25, 26].

Практика показывает, что вероятность поражения дыхательной системы человека в условиях катастроф очень велика, поэтому в составе медицинской техники, которой оснащаются ЦМК, должны быть представлены и средства респираторной техники. В то же время условия использования этой техники иные, поэтому требования к ней существенно отличаются от требований в аппаратам и методам ИВЛ для клинических применений. Известные аппараты ИВЛ лишь в незначительной степени пригодны для катастрофических ситуаций, они не отвечают многим требованиям, которые предъявляются к этому виду техники медицинскими специалистами [3, 4].

Целью данной работы является разработка малогабаритных, автономных, электроэнергонезависимых аппаратов ИВЛ и ВВЛ, обеспечивающих возможность решения медицинских задач по поддержанию жизни пострадавшего человека в условиях чрезвычайных ситуаций до его поступления в клинический стационар.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ известных технических решений для ИВЛ и ВВЛ, пригодных для использования в экстремальных условиях;

- создать модель внешнего дыхания человека, находящегося в условиях чрезвычайной ситуации в процессе оказания ему помощи с применением аппаратов искусственной вентиляции легких;

- предложить обобщенную структуру аппарата ИВЛ, способного решать основные задачи поддержки жизни пострадавшего;

- разработать основные узлы пневмоавтоматики и варианты их включения для создания различных типов портативных аппаратов ИВЛ, не требующих внешних электрических источников питания;

- предложить методики и технические средства поверки и калибровки аппаратов ИВЛ для МК;

- провести испытания различных вариантов аппаратов ИВЛ в лабораторных и полевых условиях.

Объектом исследования являются аппараты ИВЛ и ВВЛ, предназначенные для использования в условиях чрезвычайных ситуаций.

Предметом исследований выступают методы и технические решения как отдельных узлов, так и аппаратов в целом, предназначенных для применения в особо опасных для жизни человека условий.

Методы исследований. Исследования базируются на теории системного анализа и биотехнических систем, методологии моделирования физиологических систем организма, методах описания пневматических устройств, технологиях исследования метрологических, характеристик измерительных устройств, методах статистического анализа и проведения экспериментальных исследований в лабораторных и полевых условиях. При проведении лабораторных исследований использовалась материально-техническая база кафедры БМЭ и ОС СПБГЭТУ "ЛЭТИ", а полевые испытанию проводились на базе территориального Центра медицины катастроф Санкт-Петербурга.

Новые научные результаты. В процессе выполнения исследований автором получены следующие научные результаты:

1. Анализ известных разработок аппаратов для ИВЛ и ВВЛ с точки зрения возможности их использования в условиях катастроф показал, что они малопригодны для применения в экстремальных условиях из-за использования внешних источников питания, громоздкости, сложности управления и настройки, большого числа функций, которые в указанных условиях не нужны. Они не обеспечивают требуемых технических характеристик в широком диапазоне изменения температуры среды, влажности, атмосферного давления, механических воздействий. Анализ опыта работы ТЦМК показал, в таких условиях требуются малогабаритные, автономные и экономичные аппараты, не привязанные к источникам электрического питания и обеспечивающие выполнение всех мероприятий, необходимых для поддержания жизни пострадавших. Предложена номенклатура аппаратов ИВЛ и ВВЛ для ЦМК.

2. Разработана математическая модель процесса искусственной вентиляции легких пациента, находящегося в условиях чрезвычайной ситуации, отражающая взаимодействие наркозно-дыхательного аппарата с пациентом. Сформулированы требования к аппаратам ИВЛ и ВВЛ для этих условий, и определены рабочие параметры аппаратов, которые необходимо контролировать в процессе медицинских мероприятий. Показано, что этот вид техники представляет собой специфическую биотехническую систему, функционирование которой определяется состоянием дыхательной функции человека.

3. Предложены обобщенная схема переносного наркозно-дыхательного аппарата, а также структурные схемы и конструктивные решения ряда важнейших узлов аппаратов ИВЛ и ВВЛ, выполненных на базе элементов пневмоники, обеспечивающих требования по надежности и экономичности и не требующих источников электрического питания. .

4. Предложены методики и разработаны технические средства для настройки, калибровки и поверки разных аппаратов ИВЛ и ВВЛ, которые позволяют проводить эти мероприятия в полевых условиях.

Практическую ценность работы составляют:

- математическая модель внешнего дыхания, отражающая работу легких при подключении к аппаратам ИВЛ и ВВЛ, сформулированы требования к этим аппаратам при их использовании в экстремальных условиях;

- структурные схемы и конструктивные решения основных блоков аппаратов ИВЛ и ВВЛ для медицины катастроф, выполненные на элементах пневмоники и обеспечивающие выполнение всех требований к аппаратам этого назначения;

- методики настройки, калибровки и поверки аппаратов ИВЛ и ВВЛ и поверочный стенд, пригодных для выполнения таких функций для любых образцов респираторной техники, в том числе и в полевых условиях;

- образцы аппаратов ИВЛ и ВВЛ, разработанные с применением предложенных узлов и прошедшие аттестацию на пригодность к применению в условиях медицины катастроф;

- результаты лабораторных и полевых испытаний образцов разработанной техники, показавших высокую эффективность их использования.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. При разработке переносных наркозно-дыхательных аппаратов для медицины катастроф необходимо учитывать особенности взаимодействия элементов биотехнической системы врач-спасатель - наркозно-дыхательный аппарат - пациент в чрезвычайных условиях. Они определяют специфические требования, предъявляемые к наркозно-дыхательному аппарату, и его структуру, обеспечивающую независимость задания и изменения параметров вентиляции в чрезвычайных условиях.

2. Для выполнения медико-технических требований, предъявляемых к переносным наркозно-дыхательным аппаратам для задач медицины катастроф, они должны быть реализованы на элементах пневмоники и сохранять работоспособность и технические характеристики в широком диапазоне изменения параметров условий эксплуатации.

3. Структурные особенности переносных аппаратов для искусственной и вспомогательной вентиляции, анестезии и ингаляции определяются последовательностью информационных преобразований, реализуемых элементами пневмоники для изменения давления и скорости объемной вентиляции в структурных элементах легких пациента с учетом их характеристик.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ «ЛЭТИ» (2000 - 2005 гг.), научно-технической конференции НТО РЭС им. А.С.Попова (2003 - 2004 гг.), Международном симпозиуме «Электроника в медицине» (Санкт-Петербург, 2002 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании» (Тверь, 2002 г.), I Международном конгрессе «Новые медицинские технологии» (Санкт-Петербург, 2001 г.). VII Международной конференции «Современные технологии обучения» (Санкт-Петербург, 2001).

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Результаты данной работы использованы при выполнении научно-исследовательских работ на кафедре Биомедицинской электроники и охраны среды СПбГЭТУ БЭС-72 «Метод и автоматизированная система для контроля характеристик и поверки реанимационной пнев-мотехники» (2002-2003 г.г., № госрегистрации 01200202116), БЭС-61 «Разработка теоретических основ синтеза интеллектуальных биотехнических систем для диагностики, лечения и коррекции состояния человека», (2001-2004 г.г., № госрегистрации № 1200003096).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 научных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, 21 свидетельство на полезную модель Роспатента РФ, 6 материалов в сборниках научно-технических конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 56 наименований, и одного приложения. Основная часть работы изложена на 135 страницах машинописного текста. Работа содержит 35 рисунка и 5 таблиц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Проведен анализ функциональных возможностей переносных наркозно-дыхательных аппаратов для медицины катастроф и сформулированы требования, которым должны удовлетворять наркозно-дыхательные аппараты в условиях чрезвычайных ситуаций. Это: электроэнергонезависимость, сохранение работоспособности и требуемых технических характеристик в широком диапазоне изменения температуры, влажности, воздействия механических факторов, обеспечение всех режимов использования такой аппаратуры.

2. Переносной наркозно-дыхательный аппарат в процессе функционирования является элементом специфической биотехнической системы. Для обеспечения эффективной работы аппарата его разработку необходимо осуществлять с учетом свойств и характеристик системы дыхания пациента. Разработана математическая модель процесса внешнего дыхания, позволяющая исследовать взаимодействие наркозно-дыхательного аппарата и системы дыхания человека в процессе искусственной вентиляции легких.

3. Предложена обобщенная структура переносных наркозно-дыхательных аппаратов, пригодная для искусственной и вспомогательной вентиляции легких, ингаляции и реанимации, реализуемая на элементах пневмоавтоматики: пневморе-дукторах, дросселях, пневмоклапанах, пневмосопротивлениях и др. Построение аппаратов в соответствии с этой структурой позволяет обеспечить независимое задание и изменение параметров вентиляции - давления нагнетаемого в маску пациента газа, объемную скорость потока, продолжительность вдоха - выдоха, концентрацию кислорода и анестетика.

4. Разработаны структурно-функциональные схемы переносных аппаратов, обеспечивающие принудительную искусственную и вспомогательную вентиляцию легких пациентов с заданными параметрами давления, скорости вентиляции, продолжительности вдоха-выдоха, отличающиеся высокой стабильностью и воспроизводимостью характеристик вентиляции. Выполнены экспериментальные исследования их функциональных возможностей и характеристик, которые подтвердили правильность принципов построения переносных наркозно-дыхательных аппаратов для медицины катастроф. Предложенные образцы аппаратов переданы для серийного производства.

5. Предложены функциональные схемы переносных аппаратов ингаляционного наркоза, обеспечивающие принудительную и вспомогательную вентиляцию легких газовой смесью с заданными параметрами вентиляции и содержанием кислорода и закиси азота, независимое задание и регулировку временных параметров вентиляции, давления и объемной скорости вентиляции.

6. Для проведения поверки и периодических испытаний в полевых условиях переносных наркозно-дыхательных аппаратов разработан переносной испытательный стенд и физические модели легких. Предложены методики испытания основных технических характеристик наркозно-дыхательных аппаратов. Кроме того, для поверки и испытания аппаратов в условиях производства разработан стационарный автоматизированный испытательный стенд, позволяющий проводить выходной контроль выпускаемой продукции.

7. Испытания наркозно-дыхательных аппаратов, эксплуатируемых в разных условиях, подтвердили соответствие разработанных аппаратов требованиям здравоохранения и медицины катастроф.

159

1. Актуальные вопросы технического обеспечения анестезиологической и реаниматологической помощи. Сборник научных трудов под ред. Полушина Ю.С. и Левшанкова А.И. СПб.: Агентство «РДК-принт», 2000. 44 с.

2. Актуальные вопросы оказания анестезиологической и реаниматологической помощи. Сборник научных трудов под ред. Левшанкова А.И. СПб.: Агентство «РДК-принт», 2001. 101 с.

3. Актуальные вопросы сестринской практики в анестезиологии и реаниматологии. Сборник научных трудов под ред. Левшанкова А.И. СПб.: Агентство «РДК-принт», 2000. 96 СПб.: Агентство «РДК-принт», 2001.-101 с.

4. Анестезиология и реаниматология. Под ред. Долиной О.А.- М.: Медицина, 1998.

5. Березин Б. А., Леонов Г. Н., Луценко А. Е. Модернизация аппаратуры ИВЛ. Труды Всероссийской научно-технической конференции «Биотехнические системы в XXI веке», Санкт-Петербург, Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 22 26 марта 2004г., С. 120-121.

6. Бегун П.И. Биомеханика. СПб.: Политехника, 2002.

7. Бегун П.И., Афонин П.Н. Моделирование в биомеханике. М.: Высшая школа. 2004.-390 с.

8. Бондаренко А.В., Лебедева Р.Н., Караваев Б.И. Анестезиология и реаниматология. 1986.-№ 4. - С. 20 - 23.

9. Бурлаков Р.И., Гальперин Ю.Ш., Юревич В.М. Искусственная вентиляция легких: Принципы, методы, аппаратура. М., 1986.

10. Васильева О.И., Ионов И.П., Кантор П.С., Ульянов С.В. Дуальное управление процессом искусственной вентиляции легких с использованием нечеткого регулятора в цепи обратной связи. Медицинская техника № 1 1989 г., С. 11 20.

11. Гриппи М. А. Патофизиология легких. Невский диалект. Санкт-Петербург, 2001,315.

12. ГОСТ 18856-81. Аппараты ИН и ИВЛ. Общие технические требования . Методы испытаний.

13. ГОСТ Р ИСО 10651.1-99 Аппараты ИВЛ медицинские. Часть 1. Технические требования.

14. ГОСТ Р ИСО 10651.3-99. Аппараты ИВЛ медицинские. Част. 3. Частные требования безопасности к аппаратам ИВЛ, применяемым в экстренных ситуациях и в транспортных средствах.

15. ГОСТ Р 50327.1-92. Аппараты ИН и ИВЛ.

16. ГОСТ Р 50663-99. Аппараты ИВЛ для оживления. Общие технические требования и методы испытаний.

17. ГОСТ Р 51535-99. Аппараты ИВЛ медицинские.

18. Кассиль В.Л. Искусственная вентиляция легких в интенсивной терапии. М. 1987.

19. Кореневский Н.А., Попечителев Е.П., Филист С.А. Проектирование электронной медицинской аппаратуры для диагностики и лечебных воздействий. Курск. 1999.- 537 с.

20. Кореневский Н.А., Попечителев Е.П., Филист С.А. Приборы и технические средства функциональной диагностики. Курск. 2004. 640 с.

21. Левшанков А.И. Метрологическая проверка средств измерений аппаратов искусственной вентиляции легких. В сб. «Актуальные вопросы технического обеспечения анестезиологической и реаниматологической помощи». СПб.: Агентство «РДК-принт», 2000. С 32-34.

22. Медицина катастроф./ Под ред. Гончарова С.Ф. Москва.- ВЦМК Защита. 1998.-238 с.

23. Медицина катастроф./Под ред. Рябочкина В.М. и Назаренко Г.И. Москва. ИНИ Лтд.-1996.-262 с.

24. Первая медицинская помощь в чрезвычайных ситуациях./под ред Агапова В.К.-Москва. 120 с.

25. Луценко А. Е., Сорокин А. А. Метод и система для адаптивной искусственной вентиляции легких. Санкт-Петербург, Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», Известия ТЭТУ, 2004 г., Выпуск № 1, С. 54 59;

26. Луценко А.Е., Сорокин А.А. Модифицированная модель процесса внешнего дыхания человека. Известия ТГРТУ. Медицинские информационные системы. 2002. С. 40-42;

27. Луценко А. Е., Сорокин А. А. К вопросу о комплексном исследовании функции внешнего дыхания человека. Санкт-Петербург, Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», Известия ТЭТУ, 2003 г., Выпуск № 1, С. 32 -34;

28. Пинский И.Ф., Пельц A.M., Титов А.Д., Веткин А.Н. Математическая модель биомеханики дыхания при искусственной вентиляции легких. Медицинская техника, № 3,1990. С. 11 13.

29. Сахно И.И., Сахно В.И. Медицина катастроф. Организационные вопросы. -М.: ГОУ ВУНМЦ МЗ РФ. 2002. - 560 с.

30. Ремизов В.Д., Сорокин А.А. Пневматическая система управления медицинскими аппаратами. Свидетельство Роспатента на полезную модель № 16453 от 10.01.2001.34.