аппарат для непрерывного измерения содержания двуокиси углерода в дыхательной смеси
Классы МПК: | A61B5/08 измерительные устройства для оценки состояния органов дыхания A61B5/083 измерение скорости обмена веществ путем контроля дыхания, например измерение скорости потребления кислорода |
Автор(ы): | Бурлаков Р.И., Стерлин Ю.Г., Розенблат Л.Ш., Сакс Е.К., Максимов Г.И. |
Патентообладатель(и): | ЗАО "ВНИИМП-ВИТА" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-11-28 публикация патента:
10.11.2003 |
Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для длительного непрерывного контроля и измерения процентного содержания двуокиси углерода в дыхательной смеси пациента на вдохе и выдохе. Аппарат содержит отражатель, излучатель, измерительную камеру, вход которой соединен с патрубком подачи дыхательной смеси, на входе которого установлен адаптер, соединенный магистралью с влагоотделителем, который соединен с первым входом пневморегулятора, второй вход которого через поглотитель СО2 связан с атмосферой. Выход камеры соединен с помпой для отбора дыхательной смеси. За камерой смонтированы оптические интерференционные фильтры, а за ними расположены первый и второй приемники оптического излучения, которые через предусилители подключены к первому и второму входам блока обработки сигналов, который двунаправленной многоразрядной шиной соединен с блоком управления. Аппарат содержит также блок питания. Устройство характеризуется повышением точности измерения, эксплуатационных характеристик, а также устойчивости и надежности в работе. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Аппарат для непрерывного измерения содержания двуокиси углерода в дыхательной смеси, содержащий последовательно расположенные отражатель, в оптическом фокусе которого установлен излучатель, измерительную камеру, соединенную с патрубком подачи измеряемой дыхательной смеси, на входе которого установлен влагоотделитель, а на выходе - помпа для отбора пробы дыхательной смеси, оптические интерференционные фильтры для СО2 и N2O, приемник оптического излучения, подключенный через предусилитель к первому входу блока обработки сигналов, который двунаправленной многоразрядной шиной соединен с блоком управления и индикации, и блок питания, первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к входу блока управления и индикации, третьему входу блока обработки сигнала, второму входу первого предусилителя и к помпе, отличающийся тем, что аппарат снабжен переключателем потока газов, установленным между влагоотделителем и измерительной камерой на патрубке подачи дыхательной смеси, первый вход переключателя соединен с влагоотделителем, а второй через поглотитель СО2 связан с атмосферой, а выход - с измерительной камерой, вторым приемником оптического излучения и вторым предусилителем, первый и второй приемники оптического излучения расположены каждый за соответствующим оптическим интерференционным фильтром на его оптической оси, выход второго приемника излучения через второй предусилитель подключен ко второму входу блока обработки сигналов, а пятый выход блока питания подключен к второму входу второго предусилителя, при этом переключатель потока газов и излучатель связаны с выходами блока обработки сигнала, а излучатель выполнен в виде быстродействующего селективного источника излучения, перекрывающего диапазон спектров поглощения СО2 и NО2.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам инфракрасной фотометрии, и предназначено для длительного непрерывного контроля и измерения процентного содержания двуокиси углерода (CO2) в дыхательной смеси пациента на вдохе и выдохе. Изобретение найдет применение в отделениях анестезиологии, интенсивной терапии, хирургии, дыхательной терапии больниц, клиник и других медицинских учреждений. Известен аппарат для непрерывного контроля двуокиси углерода в дыхательной смеси (проспект датской фирмы "Bruel & Kjaer", монитор модели 1304, опубликован - июль 1986 г.), содержащий последовательно расположенные отражатель, в оптическом фокусе которого установлен излучатель, прерыватель с тремя рядами различных по форме и количеству отверстий и измерительную камеру. В передней части измерительной камеры установлены оптические фильтры, форма которых соответствует форме отверстий прерывателя. Таким образом, обеспечивается соответствие частоты прерывания и длины волны падающего света спектрам поглощения исследуемых газов дыхательной смеси: двуокиси углерода (СО2), закиси азота (N2O) и паров анестетиков. Проба газа засасывается в измерительную камеру через влагоотделитель и регулятор потока с помощью помпы. В измерительной камере поглощение падающего света приводит к изменениям давления каждого газа с частотой, соответствующей частоте прерывания ИК-излучения. В результате создаются пульсации давления, которые регистрируются микрофоном. Суммарный сигнал с микрофона подвергается аналого-цифровому преобразованию, а после фильтрации и обработки формируются текущие значения концентраций анализируемых газов в реальном масштабе времени. На экране блока индикации и управления отображается кривая изменения концентрации CO2 на вдохе-выдохе (капнограмма) и числовые значения содержания других газов дыхательной смеси. Известный аппарат обладает рядом существенных недостатков:- наличие механических подвижных узлов и деталей заметно снижает надежность работы аппарата;
- отсутствие эталонного сигнала снижает точность измерения концентраций газов в пробе из-за нестабильности оптоэлектронного тракта, особенно из-за нестабильности интенсивности источника излучения;
- технологическая сложность изготовления оптических фильтров и отверстий прерывателя с определенной формой значительно повышает себестоимость аппарата в целом;
- неизбежное загрязнение измерительной камеры в процессе эксплуатации требует частой калибровки аппарата и соответственно вызывает простои в его работе и увеличивает затраты на обслуживание. Известен аппарат для непрерывного контроля двуокиси углерода в дыхательной смеси (проспект финской фирмы "Dateks Instrumentarium Corp., опубликованный в сентябре 1988 г.), содержащий последовательно расположенные отражатель, в оптическом фокусе которого установлен излучатель, эталонную и измерительные камеры. Измерительная камера соединена с патрубком подачи измеряемой дыхательной смеси, на входе которого смонтирован влагоотделитель, а на выходе - помпа для отбора пробы дыхательной смеси. За эталонной и измерительной камерами расположен обтюратор с оптическими интерференционными фильтрами для СО2 и N2O и приемник оптического излучения, размещенный в оптическом фокусе второго отражателя и подключенный через предусилитель к первому входу блока обработки сигнала, который соединен двунаправленной многоразрядной шиной с блоком управления и индикации. Блок питания аппарата подключен ко входам помпы, предусилителя, приемника оптического излучения, блоку обработки сигнала и блоку управления и индикации. Известный аппарат выполнен двухканальным, что позволяет осуществлять непрерывный контроль и измерение процентного содержания двуокиси углерода в дыхательной смеси пациента путем сравнения показаний эталонной камеры и измерительной. Анализ схемотехники аппарата и оценка результатов использования его в медицинской практике свидетельствуют о наличии существенных конструктивных и эксплуатационных недостатков:
- наличие механических подвижных узлов и деталей заметно снижает надежность работы аппарата;
- неизбежное загрязнение измерительной камеры в процессе эксплуатации требует частой калибровки аппарата и соответственно вызывает простои в его работе и увеличивает затраты на обслуживание. Настоящее изобретение решает задачу повышения точности измерения содержания двуокиси углерода в дыхательной смеси, повышения эксплуатационных характеристик, а также устойчивости и надежности работы аппарата. Решение поставленной задачи достигается следующим образом. Аппарат для непрерывного измерения содержания двуокиси углерода в дыхательной смеси, содержащий последовательно расположенные отражатель, в оптическом фокусе которого установлен излучатель, измерительную камеру, соединенную с патрубком подачи измеряемой дыхательной смеси, на входе которого установлен влагоотделитель, а на выходе - помпа для отбора пробы дыхательной смеси, оптические интерференционные фильтры для СО2 и N2O, приемник оптического излучения, подключенный через предусилитель к первому входу блока обработки сигналов, который двунаправленной многоразрядной шиной соединен с блоком управления и индикации, и блок питания, первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к входу блока индикации и управления, третьему входу блока обработки сигнала, второму входу первого предусилителя и к помпе, согласно настоящему изобретению снабжен переключателем потока газов, установленным после влагоотделителя перед измерительной камерой на патрубке подачи дыхательной смеси, первый вход переключателя соединен с влагоотделителем, а второй через поглотитель CO2 связан с атмосферой и последовательно соединенными вторым приемником оптического излучения и вторым предусилителем. Согласно изобретению первый и второй приемники оптического излучения расположены каждый за соответствующим оптическим фильтром на его оптической оси, выход второго приемника излучения через второй предусилитель подключен ко второму входу блока обработки сигналов, а пятый выход блока питания подключен к второму входу второго предусилителя. Согласно настоящему изобретению излучатель соединен со вторым выходом блока обработки сигнала и выполнен в виде быстродействующего селективного источника излучения, перекрывающего диапазон спектров поглощения СО2 и NО2. Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении надежности и устойчивости работы аппарата за счет отсутствия подвижных узлов и деталей в измерительном тракте аппарата и улучшении эксплуатационных характеристик измерения содержания двуокиси углерода в дыхательной смеси пациента. Непрерывное измерение СО2 в дыхательной смеси в условиях ингаляционного наркоза часто происходит с использованием закиси азота высокой концентрации (до 70%). Присутствие в смеси молекул N2О из-за эффекта расширения столкновения оказывает заметное влияние на результаты измерения концентрации СО2. Поэтому в аппаратах для непрерывного измерения содержания двуокиси углерода в дыхательной смеси необходимо измерять концентрацию N2О и автоматически вводить поправку в показания СО2. Для оптического разделения сигналов, соответствующих каждому из газов, используются узкополосные фильтры с
![аппарат для непрерывного измерения содержания двуокиси углерода в дыхательной смеси, патент № 2215473](/images/patents/253/2215003/955.gif)
![аппарат для непрерывного измерения содержания двуокиси углерода в дыхательной смеси, патент № 2215473](/images/patents/253/2215003/955.gif)
![аппарат для непрерывного измерения содержания двуокиси углерода в дыхательной смеси, патент № 2215473](/images/patents/253/2215007/177.gif)
![аппарат для непрерывного измерения содержания двуокиси углерода в дыхательной смеси, патент № 2215473](/images/patents/253/2215003/955.gif)
![аппарат для непрерывного измерения содержания двуокиси углерода в дыхательной смеси, патент № 2215473](/images/patents/253/2215003/955.gif)
фиг.1 - блок-схема аппарата;
фиг.2 - блок-схема блока 17 обработки сигналов;
фиг.3 - укрупненная блок-схема алгоритма работы аппарата. Аппарат для непрерывного измерения содержания двуокиси углерода в дыхательной смеси содержит (фиг.1) последовательно расположенные отражатель 1, в оптическом фокусе которого расположен излучатель 2, выполненный в виде импульсного селективного источника ИК-излучения, измерительную камеру 3, вход которой соединен с патрубком 4 подачи дыхательной смеси, на входе которого установлен адаптер 5, подключенный к дыхательному контуру пациента, соединенный магистралью 6 с влагоотделителем 7, который соединен с первым входом переключателя потока газов 8, второй вход которого через поглотитель СО2 9 связан с атмосферой. Выход измерительной камеры 3 соединен с помпой 10 для отбора дыхательной смеси. За измерительной камерой 3 смонтированы оптические интерференционные фильтры: фильтр 11 для СО2 и фильтр 12 для N2O. На оптической оси фильтров 11 и 12 расположены первый приемник оптического излучения 13 и второй приемник оптического излучения 14, которые соответственно через предусилители 15 и 16 подключены к первому и второму входам блока обработки сигналов 17, первый выход которого подключен к переключателю потока газов 8, второй выход - к излучателю 2, а своей двунаправленной многоразрядной шиной соединен с блоком управления и индикации 18. Блок питания аппарата 19 первым, вторым, третьим, пятым и четвертым выходами подключен соответственно к первому входу блока управления и индикации 18, третьему входу блока обработки сигналов 17, вторым входам предусилителей 15 и 16 и к помпе 10. Отражатель 1 с излучателем 2 представляют собой оптоэлектронное устройство, содержащее матрицу светодиодов, расположенную в фокусе эллиптического металлического отражателя и излучающую в области
![аппарат для непрерывного измерения содержания двуокиси углерода в дыхательной смеси, патент № 2215473](/images/patents/253/2215003/955.gif)
![аппарат для непрерывного измерения содержания двуокиси углерода в дыхательной смеси, патент № 2215473](/images/patents/253/2215003/955.gif)
![аппарат для непрерывного измерения содержания двуокиси углерода в дыхательной смеси, патент № 2215473](/images/patents/253/2215003/955.gif)
![аппарат для непрерывного измерения содержания двуокиси углерода в дыхательной смеси, патент № 2215473](/images/patents/253/2215003/955.gif)
![аппарат для непрерывного измерения содержания двуокиси углерода в дыхательной смеси, патент № 2215473](/images/patents/253/2215003/955.gif)
Класс A61B5/08 измерительные устройства для оценки состояния органов дыхания
Класс A61B5/083 измерение скорости обмена веществ путем контроля дыхания, например измерение скорости потребления кислорода