АНОТАЦІЯ
Дипломний проект присвячений розробці процесорного
модуля апарату штучної вентиляції легенів,
забезпечує управління режимами роботи апарату,
відображення! встановлених параметрів, а також
здійснює управління роботою зволожувача і системи аварійно-попереджувальної сигналізації.
У проекті наведено опис структурної схеми апарату та схеми електричної принципової процесорного модуля.
Розглянуто питання економіки та охорони праці.
Дипломний проект присвячений розробці процесорного
модуля апарату штучної вентиляції легенів,
забезпечує управління режимами роботи апарату,
відображення! встановлених параметрів, а також
здійснює управління роботою зволожувача і системи аварійно-попереджувальної сигналізації.
У проекті наведено опис структурної схеми апарату та схеми електричної принципової процесорного модуля.
Розглянуто питання економіки та охорони праці.
Введення
Апарати штучної вентиляції легенів призначені для підтримки життєво важливих функцій організму під час хірургічного втручання і реанімації. Вони широко використовуються, як в стаціонарних умовах, так і в умовах швидкої допомоги. В даний час спостерігається застосування штучної вентиляції легень (ШВЛ) у хворих з хронічними захворюваннями легенів.
За способом впливу на пацієнта апарати ШВЛ поділяються на апарати зовнішнього (зовнішнього) дії, які вентилюють легені шляхом впливу перемежованого тиску на все тіло пацієнта, за винятком голови, або на частину тіла-грудну клітку і (або) область діафрагми і апарати внутрішньої дії, які вентилюють легені шляхом вдування газу в легені пацієнта через верхні дихальні шляхи.
В даний час випуск апаратів, що реалізують зовнішній спосіб, припинений, тому що вони малоефективні.
Метою даного дипломного проекту є розробка процесорного модуля блоку управління апаратом ШВЛ, забезпечує управління режимами роботи апарату, відображення встановлених параметрів, а також здійснює управління роботою зволожувача і системи аварійно-попереджувальної сигналізації.
Потрібно провести розрахунок економічної доцільності виробництва апарату ШВЛ, а також розглянути питання охорони праці.
Апарати штучної вентиляції легенів призначені для підтримки життєво важливих функцій організму під час хірургічного втручання і реанімації. Вони широко використовуються, як в стаціонарних умовах, так і в умовах швидкої допомоги. В даний час спостерігається застосування штучної вентиляції легень (ШВЛ) у хворих з хронічними захворюваннями легенів.
За способом впливу на пацієнта апарати ШВЛ поділяються на апарати зовнішнього (зовнішнього) дії, які вентилюють легені шляхом впливу перемежованого тиску на все тіло пацієнта, за винятком голови, або на частину тіла-грудну клітку і (або) область діафрагми і апарати внутрішньої дії, які вентилюють легені шляхом вдування газу в легені пацієнта через верхні дихальні шляхи.
В даний час випуск апаратів, що реалізують зовнішній спосіб, припинений, тому що вони малоефективні.
Метою даного дипломного проекту є розробка процесорного модуля блоку управління апаратом ШВЛ, забезпечує управління режимами роботи апарату, відображення встановлених параметрів, а також здійснює управління роботою зволожувача і системи аварійно-попереджувальної сигналізації.
Потрібно провести розрахунок економічної доцільності виробництва апарату ШВЛ, а також розглянути питання охорони праці.
1. Фізіологічні основи вентиляції легенів
1.1. Деякі аспекти фізіології дихання
Дихальні гази переносяться в організмі за допомогою конвекційного і дифузійного транспорту. Для переносу речовин на порівняно великі відстані служать процеси конвекційного транспорту - легенева вентиляція і транспорт газів кров'ю. Дифузійний транспорт служить для переносу газів лише на короткі відстані. При цьому він грає найважливішу роль в перенесенні О 2 і СО 2 в замкнуту систему кровообігу і з неї.
Аж до кінцевих бронхіол перенос повітря по дихальних шляхах відбувається виключно шляхом конвекції. У перехідній же і дихальної зонах легень все більшу роль в транспорті газів починає грати дифузія.
В альвеолах відбувається газообмін між кров'ю легеневих капілярів і повітрям, що містяться в легенях. Підраховано, що загальна кількість альвеол дорівнює приблизно 300 млн., а сумарна площа їх поверхні - приблизно 80 м 2. Діаметр альвеол складає 0,2-0,3 мм. Кожна альвеола оточена щільною мережею капілярів, тому площа контакту крові, що протікає по капілярах, з альвеолами дуже велика.
Газообмін між альвеолярним повітрям і кров'ю здійснюється шляхом дифузії. Для того щоб такий газообмін був досить ефективним, необхідна не тільки велика обмінна поверхня, але і як можна менший дифузійне відстань. Дифузійний бар'єр в легенях повністю відповідає обом цим умовам. Кров легеневих капілярів відокремлена від альвеолярного простору лише тонким шаром тканини - так званої альвеоляр-но-капілярної мембраною. Загальна товщина цієї мембрани не перевищує 1 мкм.
1.1. Деякі аспекти фізіології дихання
Дихальні гази переносяться в організмі за допомогою конвекційного і дифузійного транспорту. Для переносу речовин на порівняно великі відстані служать процеси конвекційного транспорту - легенева вентиляція і транспорт газів кров'ю. Дифузійний транспорт служить для переносу газів лише на короткі відстані. При цьому він грає найважливішу роль в перенесенні О 2 і СО 2 в замкнуту систему кровообігу і з неї.
Аж до кінцевих бронхіол перенос повітря по дихальних шляхах відбувається виключно шляхом конвекції. У перехідній же і дихальної зонах легень все більшу роль в транспорті газів починає грати дифузія.
В альвеолах відбувається газообмін між кров'ю легеневих капілярів і повітрям, що містяться в легенях. Підраховано, що загальна кількість альвеол дорівнює приблизно 300 млн., а сумарна площа їх поверхні - приблизно 80 м 2. Діаметр альвеол складає 0,2-0,3 мм. Кожна альвеола оточена щільною мережею капілярів, тому площа контакту крові, що протікає по капілярах, з альвеолами дуже велика.
Газообмін між альвеолярним повітрям і кров'ю здійснюється шляхом дифузії. Для того щоб такий газообмін був досить ефективним, необхідна не тільки велика обмінна поверхня, але і як можна менший дифузійне відстань. Дифузійний бар'єр в легенях повністю відповідає обом цим умовам. Кров легеневих капілярів відокремлена від альвеолярного простору лише тонким шаром тканини - так званої альвеоляр-но-капілярної мембраною. Загальна товщина цієї мембрани не перевищує 1 мкм.
Внутрішня поверхня альвеол вистелена тонкою плівкою рідини. У зв'язку з цим в альвеолах діють сили поверхневого натягу, які завжди виникають на поверхні розділу між газами і рідинами і прагнуть знизити величину цієї поверхні. Оскільки такі сили діють в кожній з безлічі альвеол, легкі прагнуть спасатися. Ретельні розрахунки показують, що, якщо б альвеоли були вистелені чисто водної плівкою, в них діяли б дуже великі сили поверхневого натягу і вони були б украй нестабільні. Насправді ж поверхневий натяг альвеол в 10 разів менше, ніж теоретична величина, розрахована для відповідної водної поверхні. Це пов'язано з тим, що в альвеолярної рідини містяться речовини, що знижують поверхневий натяг. Їх називають поверхнево-активними речовинами або сурфактантами. Зниження поверхневого натягу відбувається в результаті того, що гідрофільні головки цих молекул міцно пов'язані з молекулами води, а їх гідрофобні закінчення дуже слабо притягуються одне до одного і до інших молекул у розчині, так що молекули сурфактантів утворюють на поверхні рідини тонкий гідрофобний шар. Сурфактанти можна отримати з тканини легенів і проаналізувати їх хімічний склад. Як було показано, альвеолярна рідина містить суміш білків і ліпідів. Найбільшою поверхневою активністю з усіх компонентів цієї суміші мають похідні лецитину, що утворюються в альвеолярному епітелії.
Сурфактанти виконують ще одну функцію - вони перешкоджають спаданню дрібних альвеол і виходу з них повітря у більш великі альвеоли. При цьому тиску в стінці альвеоли тиск у її просвіті зростає в міру зниження радіуса, що повинно було б призвести до переходу повітря з дрібних альвеол у великі. Однак такому дестабілізуючого впливу протидіє те, що в міру зменшення радіусу альвеол знижується і поверхневий натяг в них. Це пов'язано з тим, що ефект поверхнево-
Сурфактанти виконують ще одну функцію - вони перешкоджають спаданню дрібних альвеол і виходу з них повітря у більш великі альвеоли. При цьому тиску в стінці альвеоли тиск у її просвіті зростає в міру зниження радіуса, що повинно було б призвести до переходу повітря з дрібних альвеол у великі. Однак такому дестабілізуючого впливу протидіє те, що в міру зменшення радіусу альвеол знижується і поверхневий натяг в них. Це пов'язано з тим, що ефект поверхнево-
активних речовин тим вище, чим щільніше розташовуються їх молекули, а при зменшенні діаметра альвеол ці молекули зближуються.
Просвіт бронхів регулюється вегетативною нервовою системою. Розширення бронхів (бронходилатація) при вдиху обумовлено розслабленням гладких м'язів їх стінок під дією симпатичних нервів. У кінці видиху бронхи звужуються (бронхоконстрикция), що пов'язано зі скороченням гладких м'язів бронхів під дією парасимпатичних нервів Таким чином, механізми вегетативної регуляції в певній мірі сприяють легеневої вентиляції. При дисфункції вегетативної нервової системи, наприклад при деяких формах бронхіальної астми, може виникати бронхоспазм, що призводить до значного збільшення аеродинамічного опору дихальних шляхів.
Повітроносні шляхи грають не тільки роль трубок, по яких свіже повітря надходить у легені, а відпрацьований виходить з них. Вони виконують також ряд допоміжних функцій, забезпечуючи очищення, зволоження і зігрівання вдихуваного повітря. Очищення вдихуваного повітря починається вже під час проходження його через носову порожнину, слизова якої вловлює дрібні частинки, пил і бактерії. У зв'язку з цим люди, постійно дихаючі через рот, найбільш схильні до запальних захворювань дихальних шляхів. Частинки, не затримані цим фільтром, прилипають до шару слизу, сек-ретіруемому келихоподібними клітинами і субепітеліальний залозистими клітинами, що вистилають стінки дихальних шляхів. У результаті ритмічних рухів війок дихального епітелію слиз постійно просувається у напрямку до надгортанник і, досягнувши стравоходу, заковтується. Так з дихальних шляхів видаляються бактерії і чужорідні частинки. При ураженні війок, наприклад при хронічному бронхіті, слиз накопичується в дихальних шляхах, і-їх аеродинамічний опір зростає.
Просвіт бронхів регулюється вегетативною нервовою системою. Розширення бронхів (бронходилатація) при вдиху обумовлено розслабленням гладких м'язів їх стінок під дією симпатичних нервів. У кінці видиху бронхи звужуються (бронхоконстрикция), що пов'язано зі скороченням гладких м'язів бронхів під дією парасимпатичних нервів Таким чином, механізми вегетативної регуляції в певній мірі сприяють легеневої вентиляції. При дисфункції вегетативної нервової системи, наприклад при деяких формах бронхіальної астми, може виникати бронхоспазм, що призводить до значного збільшення аеродинамічного опору дихальних шляхів.
Повітроносні шляхи грають не тільки роль трубок, по яких свіже повітря надходить у легені, а відпрацьований виходить з них. Вони виконують також ряд допоміжних функцій, забезпечуючи очищення, зволоження і зігрівання вдихуваного повітря. Очищення вдихуваного повітря починається вже під час проходження його через носову порожнину, слизова якої вловлює дрібні частинки, пил і бактерії. У зв'язку з цим люди, постійно дихаючі через рот, найбільш схильні до запальних захворювань дихальних шляхів. Частинки, не затримані цим фільтром, прилипають до шару слизу, сек-ретіруемому келихоподібними клітинами і субепітеліальний залозистими клітинами, що вистилають стінки дихальних шляхів. У результаті ритмічних рухів війок дихального епітелію слиз постійно просувається у напрямку до надгортанник і, досягнувши стравоходу, заковтується. Так з дихальних шляхів видаляються бактерії і чужорідні частинки. При ураженні війок, наприклад при хронічному бронхіті, слиз накопичується в дихальних шляхах, і-їх аеродинамічний опір зростає.
Більш великі частинки або маси слизу, що потрапили в повітроносні шляхи, подразнюють слизові оболонки та викликають кашель. Кашель являє собою рефлекторний акт, при якому спочатку легкі стискаються при замкнутої голосової щілини, а потім вона відкривається і відбувається надзвичайно швидкий видих, з яким викидається дратівливий об'єкт.
1.2. Вентиляція легень
Вентиляція легень - це зміна повітря в легенях, що здійснюються циклічно при вдиху і видиху.
Легеневу вентиляцію характеризують насамперед чотири основних легеневих обсягу: дихальний обсяг, резервний обсяг вдиху, резервний обсяг видиху і залишковий обсяг.
Дихальний об'єм - кількість повітря, яке людина вдихає і видихає при спокійному диханні. У спокої дихальний обсяг малий у порівнянні із загальним обсягом повітря в легенях. Таким чином, людина може як вдихнути, так і видихнути великий додатковий об'єм повітря. Однак навіть при найглибшому видиху в альвеолах і повітроносних шляхах легенів залишається деяка кількість повітря. Для того щоб кількісно описати всі ці взаємини, загальний легеневий об'єм ділять на кілька компонентів.
Резервний обсяг вдиху - кількість повітря, яке людина може додатково вдихнути після нормального вдиху.
Резервний об'єм видиху - кількість повітря, яке людина може додатково видихнути після спокійного видиху.
Залишковий об'єм - кількість повітря, яке залишається в легенях після максимального видиху.
Повітря, що залишився після звичайного, спокійного видиху (тобто залишковий обсяг + резервний об'єм вдиху), визначається як функціональна оста-
1.2. Вентиляція легень
Вентиляція легень - це зміна повітря в легенях, що здійснюються циклічно при вдиху і видиху.
Легеневу вентиляцію характеризують насамперед чотири основних легеневих обсягу: дихальний обсяг, резервний обсяг вдиху, резервний обсяг видиху і залишковий обсяг.
Дихальний об'єм - кількість повітря, яке людина вдихає і видихає при спокійному диханні. У спокої дихальний обсяг малий у порівнянні із загальним обсягом повітря в легенях. Таким чином, людина може як вдихнути, так і видихнути великий додатковий об'єм повітря. Однак навіть при найглибшому видиху в альвеолах і повітроносних шляхах легенів залишається деяка кількість повітря. Для того щоб кількісно описати всі ці взаємини, загальний легеневий об'єм ділять на кілька компонентів.
Резервний обсяг вдиху - кількість повітря, яке людина може додатково вдихнути після нормального вдиху.
Резервний об'єм видиху - кількість повітря, яке людина може додатково видихнути після спокійного видиху.
Залишковий об'єм - кількість повітря, яке залишається в легенях після максимального видиху.
Повітря, що залишився після звичайного, спокійного видиху (тобто залишковий обсяг + резервний об'єм вдиху), визначається як функціональна оста-
точна ємність. Положення грудної клітини в кінці вільного видиху, відповідне функціональної залишкової ємності, як правило сприймається як вихідне.
Фізіологічна роль функціональної залишкової ємності (ФОБ) полягає в тому, що завдяки наявності цієї ємності в альвеолярному просторі згладжуються коливання концентрацій О 2 і СО 2, обумовлені відмінностями в їх утриманні у вдихуваному і видихуваному повітрі. Якби атмосферне повітря надходило безпосередньо в альвеоли, не змішуючись з повітрям, вже містяться в легенях, то зміст О 2 і СО 2 в альвеолах зазнавало б коливання відповідно до фазами дихального циклу. Однак цього не відбувається. Вдихуваний повітря змішується з повітрям, що містяться в легенях, і, оскільки ФОЕ в спокої в кілька разів більше дихального обсягу, зміни складу альвеолярного повітря відносно невеликі.
Величина ФОЕ, що дорівнює сумі залишкового обсягу і резервного обсягу видиху, залежить від ряду факторів. У середньому в молодих чоловіків у горизонтальному положенні вона становить 2,4 л, а у літніх - 3,4 л. У жінок ФОЕ приблизно на 25% менше.
Життєва ємність легень - це обсяг газу, який може бути видихнути при максимальному видиху після максимального вдиху (тобто дихальний обсяг + резервний об'єм вдиху + резервний об'єм видиху). Життєва ємність легень (ЖЕЛ) є показником рухливості легень і грудної клітини. Незважаючи на назву, вона не відображає параметрів дихання в реальних ("життєвих") умовах, так як навіть при найвищих потребах, що пред'являються організмом до дихальній системі, глибина дихання ніколи не досягає максимального з можливих значень.
З практичної точки зору недоцільно встановлювати "єдину" норму для ЖЕЛ, так як ця величина залежить від ряду факторів, зокрема від віку, статі, розмірів і положення тіла (у вертикальному положенні в лег-
Фізіологічна роль функціональної залишкової ємності (ФОБ) полягає в тому, що завдяки наявності цієї ємності в альвеолярному просторі згладжуються коливання концентрацій О 2 і СО 2, обумовлені відмінностями в їх утриманні у вдихуваному і видихуваному повітрі. Якби атмосферне повітря надходило безпосередньо в альвеоли, не змішуючись з повітрям, вже містяться в легенях, то зміст О 2 і СО 2 в альвеолах зазнавало б коливання відповідно до фазами дихального циклу. Однак цього не відбувається. Вдихуваний повітря змішується з повітрям, що містяться в легенях, і, оскільки ФОЕ в спокої в кілька разів більше дихального обсягу, зміни складу альвеолярного повітря відносно невеликі.
Величина ФОЕ, що дорівнює сумі залишкового обсягу і резервного обсягу видиху, залежить від ряду факторів. У середньому в молодих чоловіків у горизонтальному положенні вона становить 2,4 л, а у літніх - 3,4 л. У жінок ФОЕ приблизно на 25% менше.
Життєва ємність легень - це обсяг газу, який може бути видихнути при максимальному видиху після максимального вдиху (тобто дихальний обсяг + резервний об'єм вдиху + резервний об'єм видиху). Життєва ємність легень (ЖЕЛ) є показником рухливості легень і грудної клітини. Незважаючи на назву, вона не відображає параметрів дихання в реальних ("життєвих") умовах, так як навіть при найвищих потребах, що пред'являються організмом до дихальній системі, глибина дихання ніколи не досягає максимального з можливих значень.
З практичної точки зору недоцільно встановлювати "єдину" норму для ЖЕЛ, так як ця величина залежить від ряду факторів, зокрема від віку, статі, розмірів і положення тіла (у вертикальному положенні в лег-
ких міститься менше крові) і ступеня тренованості (вона особливо велика у плавців і веслярів - до 8 л - так як у цих спортсменів сильно розвинені допоміжні дихальні м'язи).
Життєва ємність легень з віком (особливо після 40 років) зменшується. Це пов'язано зі зниженням еластичності легенів і рухливості грудної клітки. У жінок ЖЄЛ в середньому на 25% менше, ніж у чоловіків. Цілком очевидно, що ЖЄЛ залежить від росту, так як величина грудної клітини пропорційна іншим розмірами тіла. У молодих людей ЖЕЛ можна обчислити за допомогою наступного емпіричного рівняння.
ЖЕЛ (л) = 2,5 • зростання (м).
Таким чином, у чоловіків зростом 180 см життєва ємність легень становитиме 4,5 л.
Нарешті, сума дихального обсягу і резервного обсягу вдиху становить ємність вдиху. Таким чином, ємність вдиху - це максимальна кількість повітря, яке можна вдихнути після спокійного видиху.
Загальна ємність легень - кількість повітря, що міститься в легенях на висоті максимального вдиху. З усіх цих величин найбільше значення, крім дихального обсягу, мають життєва ємність легенів і функціональна залишкова ємність.
Із загальної кількості повітря, вдихуваного в нормальних умовах людиною, близько 150 мл не потрапляє в альвеоли і розподіляється у верхніх дихальних шляхах - глотці, гортані, трахеї і бронхах, тобто в так званому мертвому просторі, і, отже не бере участь у газообміні .
Загальне, або фізіологічний, мертвий простір ділиться на дві частини. Перша частина - анатомічне мертве простір, який при дуже великих дихальних обсягах може збільшуватися приблизно на 50%, а при дуже малих - зменшуватися майже до невизначених раз-
Життєва ємність легень з віком (особливо після 40 років) зменшується. Це пов'язано зі зниженням еластичності легенів і рухливості грудної клітки. У жінок ЖЄЛ в середньому на 25% менше, ніж у чоловіків. Цілком очевидно, що ЖЄЛ залежить від росту, так як величина грудної клітини пропорційна іншим розмірами тіла. У молодих людей ЖЕЛ можна обчислити за допомогою наступного емпіричного рівняння.
ЖЕЛ (л) = 2,5 • зростання (м).
Таким чином, у чоловіків зростом 180 см життєва ємність легень становитиме 4,5 л.
Нарешті, сума дихального обсягу і резервного обсягу вдиху становить ємність вдиху. Таким чином, ємність вдиху - це максимальна кількість повітря, яке можна вдихнути після спокійного видиху.
Загальна ємність легень - кількість повітря, що міститься в легенях на висоті максимального вдиху. З усіх цих величин найбільше значення, крім дихального обсягу, мають життєва ємність легенів і функціональна залишкова ємність.
Із загальної кількості повітря, вдихуваного в нормальних умовах людиною, близько 150 мл не потрапляє в альвеоли і розподіляється у верхніх дихальних шляхах - глотці, гортані, трахеї і бронхах, тобто в так званому мертвому просторі, і, отже не бере участь у газообміні .
Загальне, або фізіологічний, мертвий простір ділиться на дві частини. Перша частина - анатомічне мертве простір, який при дуже великих дихальних обсягах може збільшуватися приблизно на 50%, а при дуже малих - зменшуватися майже до невизначених раз-
мірів. Друга частина, альвеолярне мертвий простір, визначається як різниця між фізіологічним і анатомічним мертвими просторами. У здорової людини в стані спокою альвеолярне мертве простір досить невелика, тому фізіологічне (загальне) мертве простір приблизно дорівнює анатомічній і становить близько 30% дихального об'єму.
Анатомічним мертвим простором називають обсяг повітроносних шляхів, тому що в них не відбувається газообміну. Це простір включає носову і ротову порожнини, глотку, гортань, трахею, бронхи і бронхіоли. Обсяг мертвого простору залежить від зростання і положення тіла. Наближено можна вважати, що у сидячої людини об'єм мертвого простору (у мілілітрах) дорівнює подвоєною масі тіла (у кілограмах). Таким чином, у дорослих він дорівнює близько 150 мл. При глибокому диханні він зростає, тому що при расправлении грудної клітини розширюються і бронхи з бронхіолами.
Під функціональним (фізіологічним) мертвим простором розуміють всі ті ділянки дихальної системи, в яких не відбувається газообміну. До функціональному мертвому простору, на відміну від анатомічного, відносяться не тільки повітроносні шляхи, але також і ті альвеоли, які вентилюються, але не перфузируется кров'ю. У таких альвеолах газообмін неможливий, хоча їх вентиляція і відбувається. У здорових легень кількість подібних альвеол невелика, тому в нормі обсяги анатомічного і функціонального мертвого простору практично однакові. Однак при деяких порушеннях функції легень, коли легені вентилюються і забезпечуються кров'ю нерівномірно, обсяг другого може виявитися значно більше обсягу першого.
Обсяг легеневої вентиляції зручно визначити як обсяг газу, що надходить у дихальні шляхи й покидає їх за певний від-
Анатомічним мертвим простором називають обсяг повітроносних шляхів, тому що в них не відбувається газообміну. Це простір включає носову і ротову порожнини, глотку, гортань, трахею, бронхи і бронхіоли. Обсяг мертвого простору залежить від зростання і положення тіла. Наближено можна вважати, що у сидячої людини об'єм мертвого простору (у мілілітрах) дорівнює подвоєною масі тіла (у кілограмах). Таким чином, у дорослих він дорівнює близько 150 мл. При глибокому диханні він зростає, тому що при расправлении грудної клітини розширюються і бронхи з бронхіолами.
Під функціональним (фізіологічним) мертвим простором розуміють всі ті ділянки дихальної системи, в яких не відбувається газообміну. До функціональному мертвому простору, на відміну від анатомічного, відносяться не тільки повітроносні шляхи, але також і ті альвеоли, які вентилюються, але не перфузируется кров'ю. У таких альвеолах газообмін неможливий, хоча їх вентиляція і відбувається. У здорових легень кількість подібних альвеол невелика, тому в нормі обсяги анатомічного і функціонального мертвого простору практично однакові. Однак при деяких порушеннях функції легень, коли легені вентилюються і забезпечуються кров'ю нерівномірно, обсяг другого може виявитися значно більше обсягу першого.
Обсяг легеневої вентиляції зручно визначити як обсяг газу, що надходить у дихальні шляхи й покидає їх за певний від-
різкий часу. Для цієї мети використовують хвилинний об'єм вентиляції, / \
який визначається як сума дихальних обсягів за хвилину.
Хвилинний об'єм дихання, тобто об'єм повітря, вдихуваного (або видихуваного) за 1 хв, дорівнює за визначенням твору дихального обсягу і частоти дихальних рухів. Експіраторний об'єм зазвичай менше ІнСпе-лового, так як поглинання О 2 перевищує величину виділення СО 2 (дихальний коефіцієнт менше 1). Для більшої точності слід розрізняти ін-спіраторний і експіраторний хвилинні обсяги дихання. При розрахунках вентиляції прийнято виходити з експіраторний обсягів, позначуваних "е".
Частота дихальних рухів у дорослої людини в спокої в середньому дорівнює 14/мін. Вона може зазнавати значні коливання (від 10 до 18 за 1 хв). Частота дихальних рухів вище у дітей (20-30/мін); у грудних дітей вона становить 30-40/мін, а в немовлят - 40-50/мін.
Частина хвилинного обсягу дихання, що досягає альвеол, називається альвеолярної вентиляцією; інша його частина становить вентиляцію мертвого простору. Якщо частота дихальних рухів дорівнює 14/мін, ДО = 0, 5 л, альвеолярний обсяг 0,35 л, загальна вентиляція легень складе 7 л / хв, альвеолярна вентиляція - 5 л / хв., А вентиляція мертвого просторів 2 л / хв. Альвеолярна вентиляція служить показником ефективності дихання в цілому. Саме від цієї величини залежить газовий склад, підтримуваний в альвеолярному просторі. Що стосується хвилинного обсягу, то він лише в незначній мірі відображає ефективність вентиляції легень. Так, якщо хвилинний об'єм дихання нормальний, але дихання часте і поверхневе, то вентилюватися буде головним чином мертвий простір, в який повітря надходить раніше, ніж у альвеолярне; в цьому випадку вдихаємо повітря майже не буде досягати альвеол. Таке дихання іноді спостерігається при циркуляторном шоці і являє собою вкрай небезпечний стан.
який визначається як сума дихальних обсягів за хвилину.
Хвилинний об'єм дихання, тобто об'єм повітря, вдихуваного (або видихуваного) за 1 хв, дорівнює за визначенням твору дихального обсягу і частоти дихальних рухів. Експіраторний об'єм зазвичай менше ІнСпе-лового, так як поглинання О 2 перевищує величину виділення СО 2 (дихальний коефіцієнт менше 1). Для більшої точності слід розрізняти ін-спіраторний і експіраторний хвилинні обсяги дихання. При розрахунках вентиляції прийнято виходити з експіраторний обсягів, позначуваних "е".
Частота дихальних рухів у дорослої людини в спокої в середньому дорівнює 14/мін. Вона може зазнавати значні коливання (від 10 до 18 за 1 хв). Частота дихальних рухів вище у дітей (20-30/мін); у грудних дітей вона становить 30-40/мін, а в немовлят - 40-50/мін.
Частина хвилинного обсягу дихання, що досягає альвеол, називається альвеолярної вентиляцією; інша його частина становить вентиляцію мертвого простору. Якщо частота дихальних рухів дорівнює 14/мін, ДО = 0, 5 л, альвеолярний обсяг 0,35 л, загальна вентиляція легень складе 7 л / хв, альвеолярна вентиляція - 5 л / хв., А вентиляція мертвого просторів 2 л / хв. Альвеолярна вентиляція служить показником ефективності дихання в цілому. Саме від цієї величини залежить газовий склад, підтримуваний в альвеолярному просторі. Що стосується хвилинного обсягу, то він лише в незначній мірі відображає ефективність вентиляції легень. Так, якщо хвилинний об'єм дихання нормальний, але дихання часте і поверхневе, то вентилюватися буде головним чином мертвий простір, в який повітря надходить раніше, ніж у альвеолярне; в цьому випадку вдихаємо повітря майже не буде досягати альвеол. Таке дихання іноді спостерігається при циркуляторном шоці і являє собою вкрай небезпечний стан.
Оскільки об'єм мертвого простору постійний, альвеолярна вентиляція тим більше, чим глибше диханіе.Одна з перших труднощів, з якими доводиться стикатися при визначенні змісту газів в альвеолах, пов'язана з отриманням проб альвеолярної газової суміші. При видиху з повітроносних шляхів спочатку видаляється повітря мертвого простору і лише після цього починає виходити повітря з альвеол. Однак навіть до кінця видиху складу видихається суміші постійно зазнає невеликі зміни, зумовлені тим, що в альвеолах триває газообмін. У зв'язку з цим були розроблені спеціальні пристрої, що дозволяють за допомогою механічних або електронних пристроїв виробляти паркан останньої порції видихуваного повітря при кожному дихальному циклі.
Після одержання проби альвеолярної газової суміші можна за допомогою спеціальної апаратури визначити вміст у ній різних газів.
Існують газоаналізатори, що дозволяють безперервно реєструвати вміст газів у видихається суміші. Принцип подібних приладів, що вимірюють концентрацію СО 2, заснований на поглинанні цим газом інфрачервоних променів. Для визначення вмісту обох газів використовують також мас-спектрометри. Перевага цих методів полягає в тому, що завдяки безперервного запису вміст газів у будь-який момент часу можна визначити безпосередньо по кривій, так що не потрібно робити відбір серійних проб з альвеол.
Ефективність газообміну в легенях залежить від того, як розподіляється об'єм вдихуваного повітря в альвеолах і кровотік в легеневих судинах. В ідеальному випадку на кожен літр протікає по легеневих судинах крові в хвилину повинно доводиться 0,8 л альвеолярного повітря, тобто так званий вентиляційно-перфузійний коефіцієнт дорівнює
Існують газоаналізатори, що дозволяють безперервно реєструвати вміст газів у видихається суміші. Принцип подібних приладів, що вимірюють концентрацію СО 2, заснований на поглинанні цим газом інфрачервоних променів. Для визначення вмісту обох газів використовують також мас-спектрометри. Перевага цих методів полягає в тому, що завдяки безперервного запису вміст газів у будь-який момент часу можна визначити безпосередньо по кривій, так що не потрібно робити відбір серійних проб з альвеол.
Ефективність газообміну в легенях залежить від того, як розподіляється об'єм вдихуваного повітря в альвеолах і кровотік в легеневих судинах. В ідеальному випадку на кожен літр протікає по легеневих судинах крові в хвилину повинно доводиться 0,8 л альвеолярного повітря, тобто так званий вентиляційно-перфузійний коефіцієнт дорівнює
0,8. У клінічних умовах ця величина може варіюватися від нуля до нескінченності.
Неодмінною умовою нормального газообміну є нормальний процес дифузії кисню з альвеол у кров легеневих капілярів, а вуглекислого газу в зворотному напрямку. Процес переходу газів з альвеоли в кров і назад представляє собою дифузію через проникну мембрану.
Вдих є активним процесом, обумовленим синхронним скороченням дихальних м'язів. Під час вдиху в грудній порожнині створюється негативний тиск і відбувається засмоктування повітря в трахею, бронхи і альвеоли.
Дихальних м'язів при вдиху доводиться долати еластичне опір легеневої тканини і опір дихальних шляхів проходить по ним потоку повітря. Нормальний (нефорсованих) видих представляється процесом пасивним, обумовленим розслабленням дихальної мускулатури і впадінням грудної клітки і легень під впливом еластичних сил і поверхневого натягу альвеол.
Сила скорочень дихальної мускулатури при вентиляції легенів спрямована на подолання пружних і в'язких опорів. При дуже повільному диханні в'язкі опору досить невеликі, тому співвідношення між обсягом і ефективним тиском в дихальній системі майже повністю визначається пружними (еластичними) властивостями легенів і грудної клітини.
При вдиху і видиху дихальна система долає нееластіческое (в'язке) опір, яке складається з наступних компонентів: 1) аеродинамічного опору повітроносних шляхів, 2) в'язкого опору-
Неодмінною умовою нормального газообміну є нормальний процес дифузії кисню з альвеол у кров легеневих капілярів, а вуглекислого газу в зворотному напрямку. Процес переходу газів з альвеоли в кров і назад представляє собою дифузію через проникну мембрану.
Вдих є активним процесом, обумовленим синхронним скороченням дихальних м'язів. Під час вдиху в грудній порожнині створюється негативний тиск і відбувається засмоктування повітря в трахею, бронхи і альвеоли.
Дихальних м'язів при вдиху доводиться долати еластичне опір легеневої тканини і опір дихальних шляхів проходить по ним потоку повітря. Нормальний (нефорсованих) видих представляється процесом пасивним, обумовленим розслабленням дихальної мускулатури і впадінням грудної клітки і легень під впливом еластичних сил і поверхневого натягу альвеол.
Сила скорочень дихальної мускулатури при вентиляції легенів спрямована на подолання пружних і в'язких опорів. При дуже повільному диханні в'язкі опору досить невеликі, тому співвідношення між обсягом і ефективним тиском в дихальній системі майже повністю визначається пружними (еластичними) властивостями легенів і грудної клітини.
При вдиху і видиху дихальна система долає нееластіческое (в'язке) опір, яке складається з наступних компонентів: 1) аеродинамічного опору повітроносних шляхів, 2) в'язкого опору-
лення тканин; 3) інерційного опору (останнє настільки мало, що ним можна знехтувати).
Вдихуваний або видихається повітря рухається по повітроносних шляхах під дією градієнта тиску між порожниною рота і альвеолами. Цей градієнт тиску служить рушійною силою для перенесення дихальних газів .. Нееластіческое опір дорівнює сумі опору повітроносних шляхів і опору тканин. Опір тканин порівняно невелика: в нормі загальне нееластіческое опір легень на 90% створюється опором повітроносних шляхів, і лише на 10%-опором тканин.
При підвищеному аеродинамічному опорі дихальних шляхів спостерігається характерне зниження частоти спонтанного дихання і збільшенні дихального об'єму. Зворотне явище відбувається при збільшенні еластичного опору, коли частота дихання помітно збільшується і може стати в 2 - 3 рази більше нормальної, а дихальний обсяг зменшиться.
Зупинка дихання незалежно від її причини, що смертельно небезпечна. З моменту зупинки дихання і кровообігу людина перебуває у стані клінічної смерті. Як правило, вже через 5-10 хв недолік О 2 і накопичення СО 2 призводять до незворотних ушкоджень клітин життєво важливих органів, внаслідок чого настає біологічна смерть. Якщо за цей короткий термін провести реанімаційні заходи, то людину можна врятувати.
До порушення дихання можуть привести різне причини, в тому числі закупорка дихальних шляхів, пошкодження грудкою клітини, різке порушення газообміну і пригнічення дихальних центрів внаслідок пошкодження головного мозку або отруєння. Протягом деякого часу після раптової зупинки дихання кровообіг ще зберігається: пульс на сонній артерії
Вдихуваний або видихається повітря рухається по повітроносних шляхах під дією градієнта тиску між порожниною рота і альвеолами. Цей градієнт тиску служить рушійною силою для перенесення дихальних газів .. Нееластіческое опір дорівнює сумі опору повітроносних шляхів і опору тканин. Опір тканин порівняно невелика: в нормі загальне нееластіческое опір легень на 90% створюється опором повітроносних шляхів, і лише на 10%-опором тканин.
При підвищеному аеродинамічному опорі дихальних шляхів спостерігається характерне зниження частоти спонтанного дихання і збільшенні дихального об'єму. Зворотне явище відбувається при збільшенні еластичного опору, коли частота дихання помітно збільшується і може стати в 2 - 3 рази більше нормальної, а дихальний обсяг зменшиться.
Зупинка дихання незалежно від її причини, що смертельно небезпечна. З моменту зупинки дихання і кровообігу людина перебуває у стані клінічної смерті. Як правило, вже через 5-10 хв недолік О 2 і накопичення СО 2 призводять до незворотних ушкоджень клітин життєво важливих органів, внаслідок чого настає біологічна смерть. Якщо за цей короткий термін провести реанімаційні заходи, то людину можна врятувати.
До порушення дихання можуть привести різне причини, в тому числі закупорка дихальних шляхів, пошкодження грудкою клітини, різке порушення газообміну і пригнічення дихальних центрів внаслідок пошкодження головного мозку або отруєння. Протягом деякого часу після раптової зупинки дихання кровообіг ще зберігається: пульс на сонній артерії
визначається протягом 3-5 хв після останнього вдиху. У разі ж раптової зупинки серця дихальні рухи припиняються вже через 30-60 с.
Робота, вироблена дихальними м'язами для вентиляції легень, спрямована на подолання всіх видів опору. . Отже, чим вище опір, тим більшу роботу виконує дихальна мускулатура. Споживання кисню дихальними м'язами в нормі становить близько 3% загального споживання його організмом. Однак при фізичному навантаженні енергетичні потреби дихальних м'язів зростають більшою мірою, ніж хвилинний обсяг подиху і поглинання О 2. У зв'язку з цим при важкій фізичній роботі на діяльність дихальної мускулатури витрачається до 20% загального споживання кисню.
Величини легеневих обсягів і ємностей значно варіюють. Коливання в нормі настільки великі, що доцільно приводити лише середні цифрові кордону. У дорослих людей максимальна ємність легенів становить 4500 - 6000 мл, з них залишковий об'єм - 1000 - 1500 мл, резервний об'єм видиху - 1500 - 2000 мл, дихальний об'єм - 300 - 600 мл, резервний обсяг вдиху - 1500 - 2000 мл.
Переміщення повітря між зовнішнім середовищем і легенями, тобто вентиляція легенів, здійснюється завдяки різниці тисків у зовнішньому середовищі і в альвеолах, при цьому повітря завжди переміщається з області з більш високим в область з більш низьким тиском. При самостійному диханні під час вдиху зусилля дихальних м'язів, долаючи еластичне опір легень, збільшує об'єм грудної клітини і створює необхідну різницю тисків між зовнішнім середовищем і легенями. При ШВЛ переміщення повітря (дихальної суміші) між зовнішнім середовищем і легенями відбувається під дією зовнішньої сили, що створює необхідну різницю тисків.
2. Огляд існуючих апаратів
2.1. Способи проведення штучної вентиляції
Існує два основних способи ШВЛ (штучної вентиляції легенів): спосіб вдування і зовнішній (зовнішній) спосіб. При першому способі ШВЛ здійснюється шляхом подачі газової суміші безпосередньо у верхні дихальні шляхи; при другому - в результаті зовнішнього впливу на стінки грудної порожнини: грудну клітку або діафрагму.
ШВЛ зовнішнім (зовнішнім) способом. При цьому способі переміжне тиск у грудній порожнині і в легенях (і пов'язане з цим переміщення газу між зовнішнім середовищем і легенями) відбувається за рахунок зовнішнього впливу на грудну клітку або діафрагму.
Апарати ШВЛ зовнішнього дії працюють на гравітаційному або пневматичному принципі. До перших належить «хитна ліжко», до других - апарати типу «залізні легені», апарати з кіраси і апарати з пневматичними нагрудними поясами.
При ШВЛ за допомогою апарату «хитна ліжко» хворого укладають на спину на ліжку, яка гойдається щодо своєї поперечної горизонтальної осі. При опусканні головного кінця ліжка вміст черевної порожнини своєю масою давить на діафрагму, завдяки чому відбувається активний видих. При підніманні головного кінця ліжка діафрагма опускається, забезпечуючи надходження повітря в легені. Застосування «хитних ліжок» зручно через простоту і доступність обслуговування хворих. Проте, використовуючи даний метод, неможливо забезпечити вентиляційні потреби при повному паралічі дихання; крім того, більш-менш тривалий хитання викликає досить неприємні відчуття у хворого.
Робота, вироблена дихальними м'язами для вентиляції легень, спрямована на подолання всіх видів опору. . Отже, чим вище опір, тим більшу роботу виконує дихальна мускулатура. Споживання кисню дихальними м'язами в нормі становить близько 3% загального споживання його організмом. Однак при фізичному навантаженні енергетичні потреби дихальних м'язів зростають більшою мірою, ніж хвилинний обсяг подиху і поглинання О 2. У зв'язку з цим при важкій фізичній роботі на діяльність дихальної мускулатури витрачається до 20% загального споживання кисню.
Величини легеневих обсягів і ємностей значно варіюють. Коливання в нормі настільки великі, що доцільно приводити лише середні цифрові кордону. У дорослих людей максимальна ємність легенів становить 4500 - 6000 мл, з них залишковий об'єм - 1000 - 1500 мл, резервний об'єм видиху - 1500 - 2000 мл, дихальний об'єм - 300 - 600 мл, резервний обсяг вдиху - 1500 - 2000 мл.
Переміщення повітря між зовнішнім середовищем і легенями, тобто вентиляція легенів, здійснюється завдяки різниці тисків у зовнішньому середовищі і в альвеолах, при цьому повітря завжди переміщається з області з більш високим в область з більш низьким тиском. При самостійному диханні під час вдиху зусилля дихальних м'язів, долаючи еластичне опір легень, збільшує об'єм грудної клітини і створює необхідну різницю тисків між зовнішнім середовищем і легенями. При ШВЛ переміщення повітря (дихальної суміші) між зовнішнім середовищем і легенями відбувається під дією зовнішньої сили, що створює необхідну різницю тисків.
2. Огляд існуючих апаратів
2.1. Способи проведення штучної вентиляції
Існує два основних способи ШВЛ (штучної вентиляції легенів): спосіб вдування і зовнішній (зовнішній) спосіб. При першому способі ШВЛ здійснюється шляхом подачі газової суміші безпосередньо у верхні дихальні шляхи; при другому - в результаті зовнішнього впливу на стінки грудної порожнини: грудну клітку або діафрагму.
ШВЛ зовнішнім (зовнішнім) способом. При цьому способі переміжне тиск у грудній порожнині і в легенях (і пов'язане з цим переміщення газу між зовнішнім середовищем і легенями) відбувається за рахунок зовнішнього впливу на грудну клітку або діафрагму.
Апарати ШВЛ зовнішнього дії працюють на гравітаційному або пневматичному принципі. До перших належить «хитна ліжко», до других - апарати типу «залізні легені», апарати з кіраси і апарати з пневматичними нагрудними поясами.
При ШВЛ за допомогою апарату «хитна ліжко» хворого укладають на спину на ліжку, яка гойдається щодо своєї поперечної горизонтальної осі. При опусканні головного кінця ліжка вміст черевної порожнини своєю масою давить на діафрагму, завдяки чому відбувається активний видих. При підніманні головного кінця ліжка діафрагма опускається, забезпечуючи надходження повітря в легені. Застосування «хитних ліжок» зручно через простоту і доступність обслуговування хворих. Проте, використовуючи даний метод, неможливо забезпечити вентиляційні потреби при повному паралічі дихання; крім того, більш-менш тривалий хитання викликає досить неприємні відчуття у хворого.
Апарат «залізні легені» забезпечує проведення зовнішнього способу ШВЛ шляхом створення циклічних змін тиску повітря навколо всього тіла хворого, за винятком голови. Апарат являє собою герметичну камеру, з'єднану з повітряним насосом. Робота насоса забезпечує періодичне нагнітання або відсмоктування повітря з камери.
Кірасние апарати застосовуються для здійснення ШВЛ шляхом створення циклічних змін тиску повітря навколо грудної клітки та верхньої частини живота хворого. Принцип їх роботи той же, що і «залізних легень", але вентиляційний ефект менше.
Розрядження при вдиху надає дію на все тіло («залізні легені») або на значну його частину (кіраси), що знижує венозний приплив до серця. Це є одним з важливих недоліків методу. Іншими недоліками є труднощі догляду за хворими, неможливість застосування апаратів ШВЛ під час хірургічних операцій, а також громіздкість «залізних легень".
Апарати з пневматичними зовнішніми поясами (манжетами) здійснюють ШВЛ шляхом створення циклічних змін тиску повітря в поясі, накладаються на грудну клітку або на верхню частину живота хворого. Такий спосіб навряд чи можна назвати фізіологічним, тому що при його виконанні для досягнення задовільного вентиляційного ефекту необхідно нагнітати повітря в пояс під значним тиском (до 10 кПа) через малу поверхні зіткнення пояси з тілом. Однак пневматичні манжети все ще застосовуються гірничорятувальної службою зважаючи на простоту і доступності обслуговування.
Перелічені недоліки ШВЛ зовнішнім способом загалом і самих апаратів зокрема послужили причиною поступової відмови від їх застосування.
Кірасние апарати застосовуються для здійснення ШВЛ шляхом створення циклічних змін тиску повітря навколо грудної клітки та верхньої частини живота хворого. Принцип їх роботи той же, що і «залізних легень", але вентиляційний ефект менше.
Розрядження при вдиху надає дію на все тіло («залізні легені») або на значну його частину (кіраси), що знижує венозний приплив до серця. Це є одним з важливих недоліків методу. Іншими недоліками є труднощі догляду за хворими, неможливість застосування апаратів ШВЛ під час хірургічних операцій, а також громіздкість «залізних легень".
Апарати з пневматичними зовнішніми поясами (манжетами) здійснюють ШВЛ шляхом створення циклічних змін тиску повітря в поясі, накладаються на грудну клітку або на верхню частину живота хворого. Такий спосіб навряд чи можна назвати фізіологічним, тому що при його виконанні для досягнення задовільного вентиляційного ефекту необхідно нагнітати повітря в пояс під значним тиском (до 10 кПа) через малу поверхні зіткнення пояси з тілом. Однак пневматичні манжети все ще застосовуються гірничорятувальної службою зважаючи на простоту і доступності обслуговування.
Перелічені недоліки ШВЛ зовнішнім способом загалом і самих апаратів зокрема послужили причиною поступової відмови від їх застосування.
ШВЛ способом вдування. При цьому способі надходження дихального газу в легені забезпечується його нагнітанням в легені до створення в них на вдиху тиску, що перевершує тиск газу навколишнього середовища.
ШВЛ способом вдування можна розділити на два основних види:
• вентиляцію з переміжним позитивним тиском (з ак
тивним вдихом і пасивним видихом);
• вентиляцію з переміжним позитивним-негативним давши
ленням (з активним вдихом і з активним видихом).
Перший вид має наступні різновиди:
а) вентиляцію з переміжним позитивним-нульовому тиску
ем, при якій пасивний видих відбувається вільно, без затримки, і
легені пацієнта спадаються при видиху до розмірів функціональної оста
точної ємності;
б) вентиляцію з переміжним позитивним-позитивним
тиском, при якій з-за опору пасивного видиху (або про
тіводавленія) легені пацієнта за час видиху не спорожняються до функ
ціональною залишкової ємності. При цьому виникають постійні по знаку,
але різні за величиною тиску в кінці вдиху і видиху;
в) переміжна примусова вентиляція легенів. Сутність це
го способу полягає в тому, що при відновленні самостійного нку
ня після тривалої ШВЛ хворий продовжує дихати спонтанно через
дихальний контур апарату ШВЛ. Спонтанне дихання хворого через
апарат може здійснюватися в звичайному режимі - з перепадами тиску-
ній'вдоха і видиху навколо нульового (атмосферного) тиску, або за за
Казані, в режимі, так званого спонтанного дихання під постійним
позитивним тиском.
Для підтримки гарантованого обсягу вентиляції апарат періодично включається для проведення одного «примусового» циклу. Час-
ШВЛ способом вдування можна розділити на два основних види:
• вентиляцію з переміжним позитивним тиском (з ак
тивним вдихом і пасивним видихом);
• вентиляцію з переміжним позитивним-негативним давши
ленням (з активним вдихом і з активним видихом).
Перший вид має наступні різновиди:
а) вентиляцію з переміжним позитивним-нульовому тиску
ем, при якій пасивний видих відбувається вільно, без затримки, і
легені пацієнта спадаються при видиху до розмірів функціональної оста
точної ємності;
б) вентиляцію з переміжним позитивним-позитивним
тиском, при якій з-за опору пасивного видиху (або про
тіводавленія) легені пацієнта за час видиху не спорожняються до функ
ціональною залишкової ємності. При цьому виникають постійні по знаку,
але різні за величиною тиску в кінці вдиху і видиху;
в) переміжна примусова вентиляція легенів. Сутність це
го способу полягає в тому, що при відновленні самостійного нку
ня після тривалої ШВЛ хворий продовжує дихати спонтанно через
дихальний контур апарату ШВЛ. Спонтанне дихання хворого через
апарат може здійснюватися в звичайному режимі - з перепадами тиску-
ній'вдоха і видиху навколо нульового (атмосферного) тиску, або за за
Казані, в режимі, так званого спонтанного дихання під постійним
позитивним тиском.
Для підтримки гарантованого обсягу вентиляції апарат періодично включається для проведення одного «примусового» циклу. Час-
тоту таких включень регулює лікар залежно від вентиляційних можливостей хворого.
г) синхронізована перемежовуються примусова ШВЛ, коли «примусовий вдих» апарата синхронізується з вдихом хворого за допомогою тригерній блоку. При поступовому збільшенні інтервалів між «примусовими» циклами полегшується відвикання хворого від апарату при тривалій ШВЛ.
2.2 Стан перспективи розвитку апаратури ШВЛ
Області застосування ШВЛ в медичній практиці в значній мірі встановилися. Загальними показаннями до її застосування залишаються необхідність підтримання оптимального газового складу крові і необхідність зниження роботи, затрачуваної пацієнтом на вентиляцію в умовах ненормально функціонуючої дихальної та серцево-судинної систем. Звідси випливає застосування ШВЛ для лікування дихальної недостатності, зумовленої захворюваннями різної етіології, травмами, отруєннями, хірургічними втручаннями на органах грудної порожнини, введенням м'язових релаксантів та (або) седативних препаратів, а також для боротьби з асфіксією новонароджених та лікування вад їх розвитку. Відносно новим напрямком є застосування вентиляційної підтримки для боротьби з сонним апное. Основним місцем застосування ШВЛ, як і раніше є стаціонарні лікувальні установи, екстремальна медицина (у більш вузькому сенсі - пересувні засоби швидкої допомоги), пологові будинки та відділення. В умовах Росії в найближчі роки, на жаль, неперспективно лікування з використанням апаратів ШВЛ вдома; майже не знаходить поширення та амбулаторне використання ШВЛ для лікування так званих респіраторних хроніків.
Загальним принципом здійснення ШВЛ залишається метод вдування газу у верхні дихальні шляхи пацієнта. Зовнішній метод вентиляції, електростимуляція дихальних м'язів, екстракорпоральний газообмін, апнойная вентиляція постійним потоком газу і асинхронна вентиляція двох легких не мають видимих перспектив. Практично перестала застосовуватися ШВЛ з активним видихом. Більш чітко визначено межі розумного використання ШВЛ з частотою, набагато перевищує частоту самостійного дихання (високочастотна - ВЧ ШВЛ), а саме: під час реконструктивних хірургічних втручань на верхніх дихальних шляхах, для забезпечення cінхронізаціі потребують ШВЛ пацієнтів, які з різних причин звичайними методами синхронізуються погано, і для струменевого ВЧ ШВЛ через введену черезшкірний в трахею спеціальну голку, коли звичайна інтубація неможлива. Осциляторних вентиляція з частотою 1000 в хвилину клінічного застосування не знайшла.
Разом з тим простежуються цілком певні тенденції розвитку приватних методик ШВЛ. Основний напрямок - перехід від найбільш часто використовується зараз керованої ШВЛ до менш інвазивним методиками. Для них, по-перше, характерні різні поєднання нав'язуваного пацієнтові режиму з самостійним диханням; при цьому апарат виконує не всю, а тільки частина роботи, що витрачається на вентиляцію, і "внесок" керованої ШВЛ можна поступово знижувати. Поширення таких методів обгрунтовує заміну самого терміна "штучна вентиляція легенів" на більш широке поняття "вентиляційна підтримка". По-друге, неінвазивним вважають приєднання апарату для інтенсивної терапії до пацієнта за допомогою трахеальних трубок, що вводяться через ніс, або масок, які забезпечують безпосередній доступ у верхні дихальні шляхи.
Розташувати найбільш відомі методики вентиляційної підтримки в порядку зниження ролі примусової вентиляції і збільшення ролі самостійного дихання можна наступним чином:
Керована ШВЛ (Conrolled Mechanical Ventilation - CMV).
Керована ШВЛ з обмеженням тиску (Pressure Limited Ventilation - PLV).
Керована вентиляція з управлінням по тиску (Pressure Controlled Mechanical Ventilation - PCMV
Керована вентиляція з управлінням у тиску і інверсним ставленням довгостроково
стей вдиху і видиху (Pressure Controlled Inverse).
Допоміжна (тригерних) ШВЛ (Assisted Mechanical Ventilation - AMV).
Підтримка тиском (Pressure Support - PS).
Періодична (синхронізована або несинхронізованих) ШВЛ ((Synchronized) Intermittent Mandatory Ventilation - (S) IMV).
Періодична ШВЛ з автоматичним підтриманням хвилинної вентиляції (Extended Mandatory Minute Ventilation - EMMV).
Вентиляція з періодичним скиданням постійного тиску (Pressure Release Ventilation - PRV).
Двофазна вентиляція - самостійне дихання з двома рівнями підвищеного тиску
ня (Biphasic Positive Airway Pressure - BIPAP).
Самостійне дихання з постійно підвищеним тиском (Continuous Positive Pressure Ventilation-CPAP).
До відносно новим можливостям керованої ШВЛ можна віднести створення затримки на вдиху. ("Плато"), а також інверсних відносин тривалостей вдиху і видиху (з більш коротким, видихом), зміна форми швидкості вдування вдихуваного газу. Сюди ж можна включити і модуляцію цієї швидкості ВЧ-коливаннями, яку можна одночасно вважати і переривчастим варіантом ВЧ ШВЛ.
Необхідно підкреслити кілька особливостей нових методик. Поява деяких з них не є результатом планомірної розробки, іноді вони виявлені випадково або ж з'явилися за пропозицією творців апаратури. Тому не завжди зрозумілий механізм їх впливу, а показання до застосування не можна вважати цілком визначеними. Хоча поступове поширення перерахованих методик, безсумнівно, є тенденцією розвитку апаратів ШВЛ, через наведені особливостей цей процес вимагає певної обачності.
г) синхронізована перемежовуються примусова ШВЛ, коли «примусовий вдих» апарата синхронізується з вдихом хворого за допомогою тригерній блоку. При поступовому збільшенні інтервалів між «примусовими» циклами полегшується відвикання хворого від апарату при тривалій ШВЛ.
2.2 Стан перспективи розвитку апаратури ШВЛ
Області застосування ШВЛ в медичній практиці в значній мірі встановилися. Загальними показаннями до її застосування залишаються необхідність підтримання оптимального газового складу крові і необхідність зниження роботи, затрачуваної пацієнтом на вентиляцію в умовах ненормально функціонуючої дихальної та серцево-судинної систем. Звідси випливає застосування ШВЛ для лікування дихальної недостатності, зумовленої захворюваннями різної етіології, травмами, отруєннями, хірургічними втручаннями на органах грудної порожнини, введенням м'язових релаксантів та (або) седативних препаратів, а також для боротьби з асфіксією новонароджених та лікування вад їх розвитку. Відносно новим напрямком є застосування вентиляційної підтримки для боротьби з сонним апное. Основним місцем застосування ШВЛ, як і раніше є стаціонарні лікувальні установи, екстремальна медицина (у більш вузькому сенсі - пересувні засоби швидкої допомоги), пологові будинки та відділення. В умовах Росії в найближчі роки, на жаль, неперспективно лікування з використанням апаратів ШВЛ вдома; майже не знаходить поширення та амбулаторне використання ШВЛ для лікування так званих респіраторних хроніків.
Загальним принципом здійснення ШВЛ залишається метод вдування газу у верхні дихальні шляхи пацієнта. Зовнішній метод вентиляції, електростимуляція дихальних м'язів, екстракорпоральний газообмін, апнойная вентиляція постійним потоком газу і асинхронна вентиляція двох легких не мають видимих перспектив. Практично перестала застосовуватися ШВЛ з активним видихом. Більш чітко визначено межі розумного використання ШВЛ з частотою, набагато перевищує частоту самостійного дихання (високочастотна - ВЧ ШВЛ), а саме: під час реконструктивних хірургічних втручань на верхніх дихальних шляхах, для забезпечення cінхронізаціі потребують ШВЛ пацієнтів, які з різних причин звичайними методами синхронізуються погано, і для струменевого ВЧ ШВЛ через введену черезшкірний в трахею спеціальну голку, коли звичайна інтубація неможлива. Осциляторних вентиляція з частотою 1000 в хвилину клінічного застосування не знайшла.
Разом з тим простежуються цілком певні тенденції розвитку приватних методик ШВЛ. Основний напрямок - перехід від найбільш часто використовується зараз керованої ШВЛ до менш інвазивним методиками. Для них, по-перше, характерні різні поєднання нав'язуваного пацієнтові режиму з самостійним диханням; при цьому апарат виконує не всю, а тільки частина роботи, що витрачається на вентиляцію, і "внесок" керованої ШВЛ можна поступово знижувати. Поширення таких методів обгрунтовує заміну самого терміна "штучна вентиляція легенів" на більш широке поняття "вентиляційна підтримка". По-друге, неінвазивним вважають приєднання апарату для інтенсивної терапії до пацієнта за допомогою трахеальних трубок, що вводяться через ніс, або масок, які забезпечують безпосередній доступ у верхні дихальні шляхи.
Розташувати найбільш відомі методики вентиляційної підтримки в порядку зниження ролі примусової вентиляції і збільшення ролі самостійного дихання можна наступним чином:
Керована ШВЛ (Conrolled Mechanical Ventilation - CMV).
Керована ШВЛ з обмеженням тиску (Pressure Limited Ventilation - PLV).
Керована вентиляція з управлінням по тиску (Pressure Controlled Mechanical Ventilation - PCMV
Керована вентиляція з управлінням у тиску і інверсним ставленням довгостроково
стей вдиху і видиху (Pressure Controlled Inverse).
Допоміжна (тригерних) ШВЛ (Assisted Mechanical Ventilation - AMV).
Підтримка тиском (Pressure Support - PS).
Періодична (синхронізована або несинхронізованих) ШВЛ ((Synchronized) Intermittent Mandatory Ventilation - (S) IMV).
Періодична ШВЛ з автоматичним підтриманням хвилинної вентиляції (Extended Mandatory Minute Ventilation - EMMV).
Вентиляція з періодичним скиданням постійного тиску (Pressure Release Ventilation - PRV).
Двофазна вентиляція - самостійне дихання з двома рівнями підвищеного тиску
ня (Biphasic Positive Airway Pressure - BIPAP).
Самостійне дихання з постійно підвищеним тиском (Continuous Positive Pressure Ventilation-CPAP).
До відносно новим можливостям керованої ШВЛ можна віднести створення затримки на вдиху. ("Плато"), а також інверсних відносин тривалостей вдиху і видиху (з більш коротким, видихом), зміна форми швидкості вдування вдихуваного газу. Сюди ж можна включити і модуляцію цієї швидкості ВЧ-коливаннями, яку можна одночасно вважати і переривчастим варіантом ВЧ ШВЛ.
Необхідно підкреслити кілька особливостей нових методик. Поява деяких з них не є результатом планомірної розробки, іноді вони виявлені випадково або ж з'явилися за пропозицією творців апаратури. Тому не завжди зрозумілий механізм їх впливу, а показання до застосування не можна вважати цілком визначеними. Хоча поступове поширення перерахованих методик, безсумнівно, є тенденцією розвитку апаратів ШВЛ, через наведені особливостей цей процес вимагає певної обачності.
З різноманіття показань і місць застосування ШВЛ випливає необхідність оснащення лікувальних установ досить обширною номенклатурою апаратів даного призначення, а саме:
1. Для тривалого застосування у відділеннях інтенсивної терапії, реанімації, післяопераційних палатах і відділеннях. У зв'язку з різким розходженням діапазонів параметрів необхідні окремі моделі, призначені: а) для дорослих і дітей старшого віку і б) для новонароджених і дітей у віці до 5-6 років. У кожній "вікової" категорії апаратів знаходять попит 2-3 моделі, що відрізняються шириною набору функціональних можливостей, діапазоном установки параметрів, ступенем оснащення засобами моніторингу, додатковими можливостями, а також вартістю.
Для застосування під час ІА по будь-якому дихального контуру і з використанням будь-яких
відомих анестетиків. При цьому також повинна бути забезпечена можливість застосування і у
дорослих, і у дітей. Функціональні можливості таких апаратів можуть бути значно звуження
ни, і градація за широтою можливостей, мабуть, не потрібно.
Для застосування в умовах швидкої допомоги, екстремальної медицини, при медичній евакуації,
куаціі та ін Тут на перший план виступають автономність, портативність, можливість використання так званими парамедиків. Проглядаються дві категорії апаратів - з приводом вручну і з автономним пневможивлення. Градації за віком пацієнтів також необхідні.
В окрему групу варто виділити апарати для реалізації деяких специфічних ме-
Тодики, наприклад ВЧ ШВЛ, бронхоскопії та ін
Кількісні характеристики традиційних режимів ШВЛ можна вважати сталими. Для апаратів, призначених для інтенсивної терапії дорослих пацієнтів, зазвичай вважаються достатніми максимальні значення хвилинної вентиляції 40-50 л / хв, дихального обсягу 1,5-2 л, частоти вентиляції 60 в хвилину. Для застосування апаратів під час анестезії, в екстремальній медицині і для амбулаторного лікування вимоги до цих характеристик можуть бути трохи знижені.
Для апаратів, призначених для новорожденних.і дітей молодшого віку, відзначимо; тен-денцію до забезпечення вентиляції дітей, народжених із значним ступенем недоношеності. Провідні фахівці-медики Росії по-різному оцінюють верхня межа частоти вентиляції. Важко не погодитися з думкою, що для частоти більше 60-80 за хвилину необхідна спеціальна апаратура. Проте в ряді зарубіжних апаратів, що реалізують традиційні методики ШВЛ, можна зустріти можливість установки частоти аж до 120-150 на хвилину.
Практичний інтерес представляє визначення верхньої межі установки хвилинної вентиляції та інших параметрів, що залежать від швидко змінюються з віком вентиляційних потреб дитини. Більшість виробників орієнтуються тільки на дві вікові градації: апарат для дорослих, включаючи дітей старшого віку, і апарат для новонароджених та дітей молодшого віку. У ряді міжнародних стандартів кордон проводиться не за віком, а за масою тіла дитини (15 кг), що більш обгрунтовано. У всякому разі, можна вважати, що максимальні значення об'ємних параметрів (хвилинна вентиляція і дихальний об'єм) апаратів для новонароджених і дітей молодшого віку повинні перекривати мінімальні значення тих же параметрів, що забезпечуються апаратами для дорослих, і навпаки.
Верхня межа тиску, який апарати можуть створювати в легенях пацієнта, зазвичай обмежується значенням 60-100 гПа. Максимальне значення позитивного тиску кінця
вдиху в переважній більшості випадків складає 15-20 гПа.
Технічні рішення сучасних апаратів ШВЛ багато в чому зблизилися. В даний час застосовуються 4 схеми для подачі газової суміші пацієнтові.
Генератор вдиху постійного потоку з коммутирующими пристроями в лініях вдиху і видиху, виконаний у вигляді змішувача стисненого кисню, що надходить ззовні, і стислого повітря.
У більшості зарубіжних апаратів останній також подається із зовнішнього джерела (апарати серій "Putitan-Bennet", "Веаг", більшість моделей фірм "Bird" "Drager" та ін) або поставляються окремо компресором високого тиску. У вітчизняних апаратах повітря подає вбудований в апарат компресор низького тиску. Така схема дозволяє досить легко реалізувати різноманітні режими роботи і вимірювати характеристики вентиляції. Однак конструктивне здійснення цієї схеми досить складно, використання під час ІА утруднено. Прикладом
такого рішення є апарати "Спірон-201", "Фаза-5" і ін
Генератор вдиху постійного потоку з комутуючим пристроєм лише в лінії видиху. Тут через лінії вдиху газ тече постійно, з частотою дихання перекривається тільки лінія видиху, тому конструкція таких апаратів простіше, ніж за схемою 1. Особливо проста реалізація режимів, що вимагають створення в лінії видиху постійного підпору позитивного тиску (ПДКВ, самостійне дихання під позитивним тиском та ін.) Конструктивна форма виконання генератора вдиху така ж, що і для схеми 1. Постійний потік газу, через дихальний контур, з одного боку дозволяє легше, контролювати його величину і подається хвилинну вентиляцію, а з іншого - визивает1 підвищена витрата газової суміші, ускладнює вимірювання видихуваного обсягу та застосування під час ІА. Тому даний принцип використовується майже виключно в апаратах для інтенсивної терапії у дітей (наприклад, в апараті "Спіро-Віта-412"), де підвищена витрата кисню незначний за абсолютною величиною.
Поступово розширюється використання генератора вдиху, встановлений у вигляді хутра, циліндра з поршнем і т. п., що приводяться в рух спеціальним електроприводом, який дозволяє гнучко управляти всіма характеристиками руху рухомого елемента, а отже,
потоку газу і вентиляції. Режими, які використовують в лінії видиху динамічно створюване постійний тиск, реалізувати складно. Перевагою є можливість обійтися як без
зовнішнього пневможивлення, так і без вбудованого компресора. Зниження розмірів і маси такіхаппаратов поєднується з тим, що споживається в даний момент потужність визначається режимом вентиляції і максимальне навантаження на привід потрібна дуже рідко. Такий пристрій зустрічається
поки тільки в апаратах середньої складності, призначених для дорослих, наприклад в апараті фірми "Kontron", в моделі "Веаг-33".
4. Описані вище схеми орієнтовані на подачу певного потоку або об'єму газу, а що створюється при цьому в дихальному контурі тиск вдруге. Відома, однак, схема, первинно орієнтована на створення заданого тиску. Її основу складає ємність з регульованою еластичністю, в яку газова суміш подається постійно, а відбирається тільки під час вдиху. Принципова перевага - можливість накопичення газу, через що миттєве значення подачі газу завжди одно хвилинної вентиляції, але не перевищує її, як в інших схемах. Приклад реалізації - апарати сімейства "Servoventilator - 900 фірми" Siemens ".
У всіх сучасних апаратах, крім найпростіших моделей для швидкої допомоги та апаратів для ШВЛ вручну, застосування мікропроцесорів стало стандартним прийомом навіть для моделей з пневматичним приводом. Пневматичні пристрої для управління апаратами практично вийшли з ужитку. Переваги мікропроцесорного управління по гнучкості, різноманітної обробці та візуалізації інформації дуже великі. Однак простежується тенденція надання апаратурі можливостей, які легко реалізуються програмними методами, але чіткі показання до їх застосування або дуже вузькі, або ще не визначені.
Відомо, що важливі характеристики апарату ШВЛ - стабільність встановлених режимів і легкість налаштування на них - багато в чому визначаються застосованим принципом перемикання з вдиху на видих. Оскільки мікропроцесорна техніка легко забезпечує дозування тимчасових характеристик, найбільшого поширення набуло перемикання за часом. Разом з тим для реалізації багатьох режимів роботи цей первинний механізм доповнюється перемиканням апарату на видих по досягненню заданого тиску в дихальному контурі і зрідка - внаслідок подання заданого обсягу. Іншим аспектом мікропроцесорного управління стало широке застосування, для стабілізації ряду характеристик внутрішніх зворотних зв'язків. Прикладом може служити реалізоване в моделях "Спірон-201" і "Спірон-Віта-402" автоматична підтримка заданої вентиляції при зміні оператором відносної тривалості вдиху або величини затримки на вдиху.
Одночасно мікропроцесорна техніка дозволяє так сильно оснастити апарат пристроями для моніторного контролю та вимірювання показників вентиляції та стану пацієнта, настільки витончено обробляти і представляти відповідну інформацію, що стає важким забезпечити безпеку пацієнта без таких пристроїв і, більше того, грамотно використовувати можливості апарату ШВЛ. Справедливо стверджувати, що найважливіша тенденція розвитку апаратів ШВЛ - перетворення багатофункціональних апаратів ШВЛ у своєрідні інформаційно-керуючі центри.
Прообразом подібного симбіозу можна вважати апарат ШВЛ "Evita-4" німецької фірми "Drager", в якому на великий кольоровий екран виводяться значення задаються і вимірюваних показників вентиляції, кілька функціональних кривих, що задаються кордону сигналізації, дані про пацієнта і про технічне обслуговування і ін Навіть управління більшістю характеристик здійснюється зображеними на екрані "віртуальними" органами управління. Потрібно все-таки відзначити, що і вартість цього апарату не менш вражаюча.
На підставі наведених даних можна сформулювати наступні перспективи розвитку вітчизняної апаратури.
Перспективи розвитку апаратів ШВЛ
Будуть продовжувати розширюватися функціональні можливості апаратів найбільш високого класу. До режимам керованої (у всіх її різновидах), допоміжного та періодичної вентиляції і самостійного дихання з постійно позитивним рівнем тиску будуть додані ті нові режими, показання до застосування та реалізація яких вже встановлені і які не потребують значного технічного ускладнення, а саме, підтримки тиску і вентиляції з двома фазами позитивного тиску.
Триватимуть забезпечуватися робота апаратів без подачі ззовні стисненого повітря та використання стисненого кисню тільки для оксигенації вдихуваного повітря. Для апаратів найбільш високого класу буде переважно використовуватися більш гнучка схема з керованими
клапанами в лініях вдиху і видиху. У ній знайдуть застосування електромагнітні пристрої, що дозволяють управляти не тільки тимчасовими характеристиками, але й витратою газу.
У простіших апаратах, мабуть, буде переважно застосовуватися схема з керованим електродвигуном і хутром, а також схема з накопичувальної ємністю. У цих моделях перспективно застосування вбудованого акумулятора для забезпечення 20-30 хв роботи апарату після порушення електроживлення.
Як і раніше буде застосовуватися мікропроцесорне управління з використанням сучасної елементної бази і забезпечуватися розбірної дихального контуру. Ще більше
увагу буде приділено спрощенню керування апаратами, в тому числі шляхом використання автоматичної стабілізації заданих оператором характеристик.
Особливо швидко розвиватиметься оснащення апаратів вбудованими і надає моніторами з вимірюванням показників тиску і об'ємних характеристик ШВЛ і з сигналізацією про вихід основних характеристик вентиляції із заданого діапазону. В апаратах високого класу, мабуть, стане обов'язковим висновок інформації, в тому числі функціональних кривих на екран.
2.3. Апарати штучної вентиляції легенів
Фірма DRAGER є визнаним світовим лідером у виробництві апаратів ШВЛ, історію створення яких веде з 1907р., Коли Генріх Драгер винайшов дихальний прилад для першої допомоги та повернення людей до життя. Подих сьогодні забезпечується застосуванням керованої комп'ютером техніки, що дозволяє створити необхідні вимоги безпеки. Далі будуть розглянуті деякі апарати випускаються цією фірмою: ЕV 801, EDAM 2.
Апарат EV 801. Призначений для тривалої за часом вентиляції легенів для домашнього, транспортного та клінічного застосування.
EV 801 - це керований за часом дихальний прилад. Експлуатується без медичного стисненого повітря. Живиться від електричної мережі, від зовнішнього постійної напруги (батареї 12В або 24В).
Незалежність від стисненого повітря забезпечується за рахунок вбудованого насоса.
Переключення живлення з одного джерела на інше, наприклад, при пропажі напруги мережі, відбувається само собою без припинення обслуговування пацієнта.
Ваго-габаритні характеристики, можливість використання автономного джерела живлення, простота обслуговування, можливість застосування як для короткочасної, так і для тривалої вентиляції легень, дозволяють вирішувати дихальну проблему практично в будь-яких умовах: у машині швидкої допомоги, в реанімаційному відділенні, в житловому приміщенні, в інвалідному візку, в автомобілі.
Параметри дихання, необхідні для пацієнта, задаються з панелі управління EV 801. Мікропроцесор управляє диханням і контролює його відповідно до режиму, встановленим лікарем.
Вбудований насос всмоктує повітря з навколишнього простору через фільтр, який очищає повітря від часток пилу. Потім стислий поршнем повітря через систему шлангів подається до пацієнта.
Коли пацієнтові підведений відповідний обсяг, наприклад, досягнуто задане значення тиску, вдих відразу ж припиняється. Поршень зупиняється і відкривається клапан видиху, через який пацієнт видихає. Одночасно насос всмоктує через фільтр повітря для наступного циклу.
EV 801 має наступні режими роботи: СМV, SIMV, РЕЕР.
Прилад володіє наступним вбудованим моніторингом:
тиск у дихальних шляхах;
апное (зупинки дихання);
неприпустимих установках параметрів;
електроживлення;
функціонування приладу.
EV 801 може комплектуватися зволожувачем.
Оптичний акустичний сигнал тривоги сигналізує про невідкладне повідомленні. Таким чином, користувачеві автоматично повідомляється, на що він повинен відреагувати. Своєчасне правильне реагування забезпечується тим, що світлодіоди индицируют причину повідомлення. Використання даного обладнання при цьому полегшується і зменшується ймовірність помилок в обслуговуванні приладу.
Технічні дані:
Частота дихання, 1/хв від 1 до 38
Обсяг дихання, л від 0,1 до 2,2 л
Тривога оптична та
акустична
Харчування 100-240В 50Гц або
11,6 - 3ОВ
Споживана потужність 110Вт
Габарити 380x245x370 мм
Вага 16,5 кг
Апарат ЕDАМ 2. Призначений для тривалої штучної вентиляції легень пацієнтів з недостатнім самостійним диханням в умовах клінічного застосування.
Має власне джерело дихальної суміші у вигляді вбудованого компресора з приводом від серводвигуна.
ЕDАМ 2 виконує наступні режими ШВЛ: СМV, SIMV, ВiF, СРАР. Усі зазначені режими можна застосовувати в поєднанні з РЕЕР.
Апарат має внутрішнє джерело електричної енергії у вигляді вбудованих акумуляторів, які дозволяють працювати протягом 7 годин у разі відключення електричної мережі. Причому, апарат перемикається на внутрішнє джерело автоматично без переривання вентиляції.
1. Для тривалого застосування у відділеннях інтенсивної терапії, реанімації, післяопераційних палатах і відділеннях. У зв'язку з різким розходженням діапазонів параметрів необхідні окремі моделі, призначені: а) для дорослих і дітей старшого віку і б) для новонароджених і дітей у віці до 5-6 років. У кожній "вікової" категорії апаратів знаходять попит 2-3 моделі, що відрізняються шириною набору функціональних можливостей, діапазоном установки параметрів, ступенем оснащення засобами моніторингу, додатковими можливостями, а також вартістю.
Для застосування під час ІА по будь-якому дихального контуру і з використанням будь-яких
відомих анестетиків. При цьому також повинна бути забезпечена можливість застосування і у
дорослих, і у дітей. Функціональні можливості таких апаратів можуть бути значно звуження
ни, і градація за широтою можливостей, мабуть, не потрібно.
Для застосування в умовах швидкої допомоги, екстремальної медицини, при медичній евакуації,
куаціі та ін Тут на перший план виступають автономність, портативність, можливість використання так званими парамедиків. Проглядаються дві категорії апаратів - з приводом вручну і з автономним пневможивлення. Градації за віком пацієнтів також необхідні.
В окрему групу варто виділити апарати для реалізації деяких специфічних ме-
Тодики, наприклад ВЧ ШВЛ, бронхоскопії та ін
Кількісні характеристики традиційних режимів ШВЛ можна вважати сталими. Для апаратів, призначених для інтенсивної терапії дорослих пацієнтів, зазвичай вважаються достатніми максимальні значення хвилинної вентиляції 40-50 л / хв, дихального обсягу 1,5-2 л, частоти вентиляції 60 в хвилину. Для застосування апаратів під час анестезії, в екстремальній медицині і для амбулаторного лікування вимоги до цих характеристик можуть бути трохи знижені.
Для апаратів, призначених для новорожденних.і дітей молодшого віку, відзначимо; тен-денцію до забезпечення вентиляції дітей, народжених із значним ступенем недоношеності. Провідні фахівці-медики Росії по-різному оцінюють верхня межа частоти вентиляції. Важко не погодитися з думкою, що для частоти більше 60-80 за хвилину необхідна спеціальна апаратура. Проте в ряді зарубіжних апаратів, що реалізують традиційні методики ШВЛ, можна зустріти можливість установки частоти аж до 120-150 на хвилину.
Практичний інтерес представляє визначення верхньої межі установки хвилинної вентиляції та інших параметрів, що залежать від швидко змінюються з віком вентиляційних потреб дитини. Більшість виробників орієнтуються тільки на дві вікові градації: апарат для дорослих, включаючи дітей старшого віку, і апарат для новонароджених та дітей молодшого віку. У ряді міжнародних стандартів кордон проводиться не за віком, а за масою тіла дитини (15 кг), що більш обгрунтовано. У всякому разі, можна вважати, що максимальні значення об'ємних параметрів (хвилинна вентиляція і дихальний об'єм) апаратів для новонароджених і дітей молодшого віку повинні перекривати мінімальні значення тих же параметрів, що забезпечуються апаратами для дорослих, і навпаки.
Верхня межа тиску, який апарати можуть створювати в легенях пацієнта, зазвичай обмежується значенням 60-100 гПа. Максимальне значення позитивного тиску кінця
вдиху в переважній більшості випадків складає 15-20 гПа.
Технічні рішення сучасних апаратів ШВЛ багато в чому зблизилися. В даний час застосовуються 4 схеми для подачі газової суміші пацієнтові.
Генератор вдиху постійного потоку з коммутирующими пристроями в лініях вдиху і видиху, виконаний у вигляді змішувача стисненого кисню, що надходить ззовні, і стислого повітря.
У більшості зарубіжних апаратів останній також подається із зовнішнього джерела (апарати серій "Putitan-Bennet", "Веаг", більшість моделей фірм "Bird" "Drager" та ін) або поставляються окремо компресором високого тиску. У вітчизняних апаратах повітря подає вбудований в апарат компресор низького тиску. Така схема дозволяє досить легко реалізувати різноманітні режими роботи і вимірювати характеристики вентиляції. Однак конструктивне здійснення цієї схеми досить складно, використання під час ІА утруднено. Прикладом
такого рішення є апарати "Спірон-201", "Фаза-5" і ін
Генератор вдиху постійного потоку з комутуючим пристроєм лише в лінії видиху. Тут через лінії вдиху газ тече постійно, з частотою дихання перекривається тільки лінія видиху, тому конструкція таких апаратів простіше, ніж за схемою 1. Особливо проста реалізація режимів, що вимагають створення в лінії видиху постійного підпору позитивного тиску (ПДКВ, самостійне дихання під позитивним тиском та ін.) Конструктивна форма виконання генератора вдиху така ж, що і для схеми 1. Постійний потік газу, через дихальний контур, з одного боку дозволяє легше, контролювати його величину і подається хвилинну вентиляцію, а з іншого - визивает1 підвищена витрата газової суміші, ускладнює вимірювання видихуваного обсягу та застосування під час ІА. Тому даний принцип використовується майже виключно в апаратах для інтенсивної терапії у дітей (наприклад, в апараті "Спіро-Віта-412"), де підвищена витрата кисню незначний за абсолютною величиною.
Поступово розширюється використання генератора вдиху, встановлений у вигляді хутра, циліндра з поршнем і т. п., що приводяться в рух спеціальним електроприводом, який дозволяє гнучко управляти всіма характеристиками руху рухомого елемента, а отже,
потоку газу і вентиляції. Режими, які використовують в лінії видиху динамічно створюване постійний тиск, реалізувати складно. Перевагою є можливість обійтися як без
зовнішнього пневможивлення, так і без вбудованого компресора. Зниження розмірів і маси такіхаппаратов поєднується з тим, що споживається в даний момент потужність визначається режимом вентиляції і максимальне навантаження на привід потрібна дуже рідко. Такий пристрій зустрічається
поки тільки в апаратах середньої складності, призначених для дорослих, наприклад в апараті фірми "Kontron", в моделі "Веаг-33".
4. Описані вище схеми орієнтовані на подачу певного потоку або об'єму газу, а що створюється при цьому в дихальному контурі тиск вдруге. Відома, однак, схема, первинно орієнтована на створення заданого тиску. Її основу складає ємність з регульованою еластичністю, в яку газова суміш подається постійно, а відбирається тільки під час вдиху. Принципова перевага - можливість накопичення газу, через що миттєве значення подачі газу завжди одно хвилинної вентиляції, але не перевищує її, як в інших схемах. Приклад реалізації - апарати сімейства "Servoventilator - 900 фірми" Siemens ".
У всіх сучасних апаратах, крім найпростіших моделей для швидкої допомоги та апаратів для ШВЛ вручну, застосування мікропроцесорів стало стандартним прийомом навіть для моделей з пневматичним приводом. Пневматичні пристрої для управління апаратами практично вийшли з ужитку. Переваги мікропроцесорного управління по гнучкості, різноманітної обробці та візуалізації інформації дуже великі. Однак простежується тенденція надання апаратурі можливостей, які легко реалізуються програмними методами, але чіткі показання до їх застосування або дуже вузькі, або ще не визначені.
Відомо, що важливі характеристики апарату ШВЛ - стабільність встановлених режимів і легкість налаштування на них - багато в чому визначаються застосованим принципом перемикання з вдиху на видих. Оскільки мікропроцесорна техніка легко забезпечує дозування тимчасових характеристик, найбільшого поширення набуло перемикання за часом. Разом з тим для реалізації багатьох режимів роботи цей первинний механізм доповнюється перемиканням апарату на видих по досягненню заданого тиску в дихальному контурі і зрідка - внаслідок подання заданого обсягу. Іншим аспектом мікропроцесорного управління стало широке застосування, для стабілізації ряду характеристик внутрішніх зворотних зв'язків. Прикладом може служити реалізоване в моделях "Спірон-201" і "Спірон-Віта-402" автоматична підтримка заданої вентиляції при зміні оператором відносної тривалості вдиху або величини затримки на вдиху.
Одночасно мікропроцесорна техніка дозволяє так сильно оснастити апарат пристроями для моніторного контролю та вимірювання показників вентиляції та стану пацієнта, настільки витончено обробляти і представляти відповідну інформацію, що стає важким забезпечити безпеку пацієнта без таких пристроїв і, більше того, грамотно використовувати можливості апарату ШВЛ. Справедливо стверджувати, що найважливіша тенденція розвитку апаратів ШВЛ - перетворення багатофункціональних апаратів ШВЛ у своєрідні інформаційно-керуючі центри.
Прообразом подібного симбіозу можна вважати апарат ШВЛ "Evita-4" німецької фірми "Drager", в якому на великий кольоровий екран виводяться значення задаються і вимірюваних показників вентиляції, кілька функціональних кривих, що задаються кордону сигналізації, дані про пацієнта і про технічне обслуговування і ін Навіть управління більшістю характеристик здійснюється зображеними на екрані "віртуальними" органами управління. Потрібно все-таки відзначити, що і вартість цього апарату не менш вражаюча.
На підставі наведених даних можна сформулювати наступні перспективи розвитку вітчизняної апаратури.
Перспективи розвитку апаратів ШВЛ
Будуть продовжувати розширюватися функціональні можливості апаратів найбільш високого класу. До режимам керованої (у всіх її різновидах), допоміжного та періодичної вентиляції і самостійного дихання з постійно позитивним рівнем тиску будуть додані ті нові режими, показання до застосування та реалізація яких вже встановлені і які не потребують значного технічного ускладнення, а саме, підтримки тиску і вентиляції з двома фазами позитивного тиску.
Триватимуть забезпечуватися робота апаратів без подачі ззовні стисненого повітря та використання стисненого кисню тільки для оксигенації вдихуваного повітря. Для апаратів найбільш високого класу буде переважно використовуватися більш гнучка схема з керованими
клапанами в лініях вдиху і видиху. У ній знайдуть застосування електромагнітні пристрої, що дозволяють управляти не тільки тимчасовими характеристиками, але й витратою газу.
У простіших апаратах, мабуть, буде переважно застосовуватися схема з керованим електродвигуном і хутром, а також схема з накопичувальної ємністю. У цих моделях перспективно застосування вбудованого акумулятора для забезпечення 20-30 хв роботи апарату після порушення електроживлення.
Як і раніше буде застосовуватися мікропроцесорне управління з використанням сучасної елементної бази і забезпечуватися розбірної дихального контуру. Ще більше
увагу буде приділено спрощенню керування апаратами, в тому числі шляхом використання автоматичної стабілізації заданих оператором характеристик.
Особливо швидко розвиватиметься оснащення апаратів вбудованими і надає моніторами з вимірюванням показників тиску і об'ємних характеристик ШВЛ і з сигналізацією про вихід основних характеристик вентиляції із заданого діапазону. В апаратах високого класу, мабуть, стане обов'язковим висновок інформації, в тому числі функціональних кривих на екран.
2.3. Апарати штучної вентиляції легенів
Фірма DRAGER є визнаним світовим лідером у виробництві апаратів ШВЛ, історію створення яких веде з 1907р., Коли Генріх Драгер винайшов дихальний прилад для першої допомоги та повернення людей до життя. Подих сьогодні забезпечується застосуванням керованої комп'ютером техніки, що дозволяє створити необхідні вимоги безпеки. Далі будуть розглянуті деякі апарати випускаються цією фірмою: ЕV 801, EDAM 2.
Апарат EV 801. Призначений для тривалої за часом вентиляції легенів для домашнього, транспортного та клінічного застосування.
EV 801 - це керований за часом дихальний прилад. Експлуатується без медичного стисненого повітря. Живиться від електричної мережі, від зовнішнього постійної напруги (батареї 12В або 24В).
Незалежність від стисненого повітря забезпечується за рахунок вбудованого насоса.
Переключення живлення з одного джерела на інше, наприклад, при пропажі напруги мережі, відбувається само собою без припинення обслуговування пацієнта.
Ваго-габаритні характеристики, можливість використання автономного джерела живлення, простота обслуговування, можливість застосування як для короткочасної, так і для тривалої вентиляції легень, дозволяють вирішувати дихальну проблему практично в будь-яких умовах: у машині швидкої допомоги, в реанімаційному відділенні, в житловому приміщенні, в інвалідному візку, в автомобілі.
Параметри дихання, необхідні для пацієнта, задаються з панелі управління EV 801. Мікропроцесор управляє диханням і контролює його відповідно до режиму, встановленим лікарем.
Вбудований насос всмоктує повітря з навколишнього простору через фільтр, який очищає повітря від часток пилу. Потім стислий поршнем повітря через систему шлангів подається до пацієнта.
Коли пацієнтові підведений відповідний обсяг, наприклад, досягнуто задане значення тиску, вдих відразу ж припиняється. Поршень зупиняється і відкривається клапан видиху, через який пацієнт видихає. Одночасно насос всмоктує через фільтр повітря для наступного циклу.
EV 801 має наступні режими роботи: СМV, SIMV, РЕЕР.
Прилад володіє наступним вбудованим моніторингом:
тиск у дихальних шляхах;
апное (зупинки дихання);
неприпустимих установках параметрів;
електроживлення;
функціонування приладу.
EV 801 може комплектуватися зволожувачем.
Оптичний акустичний сигнал тривоги сигналізує про невідкладне повідомленні. Таким чином, користувачеві автоматично повідомляється, на що він повинен відреагувати. Своєчасне правильне реагування забезпечується тим, що світлодіоди индицируют причину повідомлення. Використання даного обладнання при цьому полегшується і зменшується ймовірність помилок в обслуговуванні приладу.
Технічні дані:
Частота дихання, 1/хв від 1 до 38
Обсяг дихання, л від 0,1 до 2,2 л
Тривога оптична та
акустична
Харчування 100-240В 50Гц або
11,6 - 3ОВ
Споживана потужність 110Вт
Габарити 380x245x370 мм
Вага 16,5 кг
Апарат ЕDАМ 2. Призначений для тривалої штучної вентиляції легень пацієнтів з недостатнім самостійним диханням в умовах клінічного застосування.
Має власне джерело дихальної суміші у вигляді вбудованого компресора з приводом від серводвигуна.
ЕDАМ 2 виконує наступні режими ШВЛ: СМV, SIMV, ВiF, СРАР. Усі зазначені режими можна застосовувати в поєднанні з РЕЕР.
Апарат має внутрішнє джерело електричної енергії у вигляді вбудованих акумуляторів, які дозволяють працювати протягом 7 годин у разі відключення електричної мережі. Причому, апарат перемикається на внутрішнє джерело автоматично без переривання вентиляції.
З точки зору забезпечення безпеки пацієнта апарат має досить широку шкалу тривожної сигналізації:
при падінні хвилинної вентиляції нижче нижньої межі;
при падінні напруги акумуляторів нижче 12,5 В;
при відсутності самостійного дихання у режимах SIMV і BiF.
Необхідною складовою частиною апарату є паровий зволож
вача ZCH2 з мікропроцесорним управлінням.
Технічні дані:
Дихальний об'єм, л (0,4-0,5-0,6-0,7-0,7-0,8-0,9-1,0 - 1,1
при падінні хвилинної вентиляції нижче нижньої межі;
при падінні напруги акумуляторів нижче 12,5 В;
при відсутності самостійного дихання у режимах SIMV і BiF.
Необхідною складовою частиною апарату є паровий зволож
вача ZCH2 з мікропроцесорним управлінням.
Технічні дані:
Дихальний об'єм, 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 вентиляції, 1/хв (8-10-12-13-13-15-16-17-18-20-22-24)
Співвідношення Тi / Ті (1:1.5-1:2-1:2.5-1:3-1:4)
Живлення 220В 50Гц
Споживана потужність, В А 150
Маса, кг 120
Габарити, мм 720x660x1270
Апарат Chirolog 1 SIMV. Призначений для тривалої безперервної вентиляції в умовах клінічного використання.
Апарат може працювати в наступних режимах: СМV, IМУ, SIMV, СРАР.
Chirolog 1 SIMV є простим апаратом, але при доповненні зволожувачем і основним монітором тисків може задовольняти основним вимогам забезпечення ШВЛ.
Технічні дані:
Тi (час вдиху) 0,5-5с
Ті (час видиху) 0,5-15с
Частота вентиляції, 1/хв 0,63-60
Частота вентиляції, 1/хв (8-10-12-13-13-15-16-17-18-20-22-24)
Співвідношення Тi / Ті (1:1.5-1:2-1:2.5-1:3-1:4)
Живлення 220В 50Гц
Споживана потужність, В А 150
Маса, кг 120
Габарити, мм 720x660x1270
Апарат Chirolog 1 SIMV. Призначений для тривалої безперервної вентиляції в умовах клінічного використання.
Апарат може працювати в наступних режимах: СМV, IМУ, SIMV, СРАР.
Chirolog 1 SIMV є простим апаратом, але при доповненні зволожувачем і основним монітором тисків може задовольняти основним вимогам забезпечення ШВЛ.
Технічні дані:
Тi (час вдиху) 0,5-5с
Ті (час видиху) 0,5-15с
Частота вентиляції, 1/хв 0,63-60
Габаритні розміри, мм 670x670x120
Маса, кг 36
Фірма SIEMNS відома широко поширеними сервовенті-ром, які застосовуються у фахових клініках. Нижче будуть розглянуті апарати 900Е, 710.
Сервовентілятор 900С - високорозвинена електронна дихальна система для клінічного застосування.
Центр сервовентілятора 900С - специфічна система сервоуправ-лення. Вимірювальний датчик у ланцюзі пацієнта дає інформацію на автоматично регульований вентиль. При фіксації найменшого відхилення від встановлених значень, подається сигнал на сервоуправленіє вентиля і відхилення компенсується.
Тиск і потік безперервно вимірюються, порівнюються і регулюються більш 100 разів на секунду. Керуюча сервосистеми зі зворотним зв'язком забезпечує пацієнту з високою точністю призначену лікарем вентиляцію.
Сервовентілятор має наступні режими дихання: контроль обсягу, контроль тиску, підтримка тиску, SIMV, СРАР, ручна вентиляція.
Сервовентілятор 900С має зовнішній аналоговий і цифровий вихід, через який можливий контроль життєвих параметрів.
Вентилятор 710 - сучасний вентилятор для всіх категорій пацієнтів. Це компактний прилад, який має режими ручної та автоматичної вентиляції, має вбудовану систему контролю хвилинного обсягу, обсягу одного дихального циклу, дихального тиску, а також концентрації O 2.
Маса, кг 36
Фірма SIEMNS відома широко поширеними сервовенті-ром, які застосовуються у фахових клініках. Нижче будуть розглянуті апарати 900Е, 710.
Сервовентілятор 900С - високорозвинена електронна дихальна система для клінічного застосування.
Центр сервовентілятора 900С - специфічна система сервоуправ-лення. Вимірювальний датчик у ланцюзі пацієнта дає інформацію на автоматично регульований вентиль. При фіксації найменшого відхилення від встановлених значень, подається сигнал на сервоуправленіє вентиля і відхилення компенсується.
Тиск і потік безперервно вимірюються, порівнюються і регулюються більш 100 разів на секунду. Керуюча сервосистеми зі зворотним зв'язком забезпечує пацієнту з високою точністю призначену лікарем вентиляцію.
Сервовентілятор має наступні режими дихання: контроль обсягу, контроль тиску, підтримка тиску, SIMV, СРАР, ручна вентиляція.
Сервовентілятор 900С має зовнішній аналоговий і цифровий вихід, через який можливий контроль життєвих параметрів.
Вентилятор 710 - сучасний вентилятор для всіх категорій пацієнтів. Це компактний прилад, який має режими ручної та автоматичної вентиляції, має вбудовану систему контролю хвилинного обсягу, обсягу одного дихального циклу, дихального тиску, а також концентрації O 2.
На вентиляторі можна встановлювати межі тривог з хвилинному обсягу, дихальному тиску і концентрації кисню.
При зникненні напруги живлення прилад автоматично переходить на живлення від вбудованої батареї. Найважливішою перевагою вентилятора є можливість супроводу транспортується пацієнта.
Технічні дані:
Частота дихання, 1/хв
Тривалість вдиху
Хвилинний дихальний об'єм, л / хв
Габарити, см
Напруга
Резервна батарея
Споживана потужність
Вага 10кг.
Фірма Puritan BENNET представлена двома апаратами: 7200 і КОМПАНІЄЮ 2801.
Мікропроцесорний апарат серії 7200 - це сучасна високоточна пневматична система.
Основні конструктивні особливості апарату:
принципово нова пневматична система;
мікропроцесорний контроль і управління пневматичної і мо-ніторной системами;
постійне автоматичне самотестування критичних електронних і пневматичних компонентів у процесі роботи;
автоматичне розпізнавання зупинки дихання хворого з включенням екстреного режиму "Вентиляція апное".
Інформація про тисках і потоках з трьох датчиків тиску і трьох датчиків потоку надходить для аналізу в систему мікропроцесорного контролю з частотою 50Гц.
Апарат постійно стежить за спонтанною дихальної активністю хворого. Якщо вона припиняється, апарат діагностує стан апное і починає примусову "Вентиляцію апное", інформуючи оператора те, що трапилося активацією аудіовізуальної тривоги. Параметри "Вентиляції апное" задаються оператором перед приміщенням кожного хворого на вентиляцію.
Апарат надає наступні додаткові можливості:
інтерфейс зв'язку з комп'ютером;
моніторування механіки дихання
графічне відображення динаміки основних параметрів вентиляції.
Апарат КОМПАНІЄЮ 2801 являє собою портативний апарат з електричним приводом і мікропроцесорним контролем функціонування.
КОМПАНІЄЮ 2801 містить мікропроцесор, який здійснює моніторування та контроль функції вентилятора.
Вентилятор здатний працювати від трьох типів джерел електро-
харчування - змінного струму мережі, внутрішніх або зовнішніх батарей.
Внутрішні батареї підвищують безпеку вентильованого хворого
при аваріях в системі мережевого електроживлення, а також призначений-
ни для короткочасного енергопостачання вентилятора в транспортних
і польових умовах на термін до 1 години. г
При зникненні напруги живлення прилад автоматично переходить на живлення від вбудованої батареї. Найважливішою перевагою вентилятора є можливість супроводу транспортується пацієнта.
| 6-60 25,33 або 50% дих.цікла 0-40 59x28x16 100,120,220 і 240В 50/60Гц акумулятор 12В 30 Вт 10кг |
Частота дихання, 1/хв
Тривалість вдиху
Хвилинний дихальний об'єм, л / хв
Габарити, см
Напруга
Резервна батарея
Споживана потужність
Вага 10кг.
Фірма Puritan BENNET представлена двома апаратами: 7200 і КОМПАНІЄЮ 2801.
Мікропроцесорний апарат серії 7200 - це сучасна високоточна пневматична система.
Основні конструктивні особливості апарату:
принципово нова пневматична система;
мікропроцесорний контроль і управління пневматичної і мо-ніторной системами;
постійне автоматичне самотестування критичних електронних і пневматичних компонентів у процесі роботи;
автоматичне розпізнавання зупинки дихання хворого з включенням екстреного режиму "Вентиляція апное".
Інформація про тисках і потоках з трьох датчиків тиску і трьох датчиків потоку надходить для аналізу в систему мікропроцесорного контролю з частотою 50Гц.
Апарат постійно стежить за спонтанною дихальної активністю хворого. Якщо вона припиняється, апарат діагностує стан апное і починає примусову "Вентиляцію апное", інформуючи оператора те, що трапилося активацією аудіовізуальної тривоги. Параметри "Вентиляції апное" задаються оператором перед приміщенням кожного хворого на вентиляцію.
Апарат надає наступні додаткові можливості:
інтерфейс зв'язку з комп'ютером;
моніторування механіки дихання
графічне відображення динаміки основних параметрів вентиляції.
Апарат КОМПАНІЄЮ 2801 являє собою портативний апарат з електричним приводом і мікропроцесорним контролем функціонування.
КОМПАНІЄЮ 2801 містить мікропроцесор, який здійснює моніторування та контроль функції вентилятора.
Вентилятор здатний працювати від трьох типів джерел електро-
харчування - змінного струму мережі, внутрішніх або зовнішніх батарей.
Внутрішні батареї підвищують безпеку вентильованого хворого
при аваріях в системі мережевого електроживлення, а також призначений-
ни для короткочасного енергопостачання вентилятора в транспортних
і польових умовах на термін до 1 години. г
Задаються параметрами є частота дихання, дихальний обсяг, чутливість тригера для запуску допоміжного дихання і межа тиску.
Задаються межі тривог дозволяють контролювати порушення мережевого електроживлення, низьку потужність батарей, високий тиск, низький тиск апное.
Апарати типу РО-6 призначені для тривалої штучної вентиляції легень у відділеннях респіраторних, реанімації та інтенсивної терапії. Модель РВ-6Н в основному використовується під час наркозу. Апарати мають привід від електромережі і розраховані для ШВЛ у дорослих пацієнтів. Подача кисню та інших газів на встановлений режим вентиляції не впливає і при необхідності автоматично доповнюється повітрям.
Апарати мають нереверсивний і реверсивний дихальні контури, керовану і допоміжну вентиляцію (остання відсутня в моделі РО-6-03), штучна вентиляція легенів вручну, самостійне дихання через апарат. До складу апаратів входять блок подачі кисню або наркозний блок (РО-6Н), пневматичний відсмоктувач (крім РВ-6-03), зволожувач. Передбачена можливість періодичного роздування легень - вручну і (окрім РВ-6-03) автоматично.
В апаратах незалежно один від одного і за каліброваним шкалами встановлюють дихальний об'єм (до 1,2 л при активному вдиху і до 2,5 л при пасивному), хвилинну вентиляцію до 25 л / хв при активному вдиху і до 50 л / хв при пасивному ), відношення тривалості вдиху і видиху, крім РВ-6-03, де воно фіксовано на значенні 1:2. Дезінфекцію внутрішньої частини дихального контуру здійснюють без розбирання - парами формальдегіду та іншими «холодними» методами.
Моделі РВ-6Н і РО-6Р відрізняються тільки тим, що в останньому замість наркозного блоку типу «Полінаркон-2П» встановлюється блок подачі
Задаються межі тривог дозволяють контролювати порушення мережевого електроживлення, низьку потужність батарей, високий тиск, низький тиск апное.
Апарати типу РО-6 призначені для тривалої штучної вентиляції легень у відділеннях респіраторних, реанімації та інтенсивної терапії. Модель РВ-6Н в основному використовується під час наркозу. Апарати мають привід від електромережі і розраховані для ШВЛ у дорослих пацієнтів. Подача кисню та інших газів на встановлений режим вентиляції не впливає і при необхідності автоматично доповнюється повітрям.
Апарати мають нереверсивний і реверсивний дихальні контури, керовану і допоміжну вентиляцію (остання відсутня в моделі РО-6-03), штучна вентиляція легенів вручну, самостійне дихання через апарат. До складу апаратів входять блок подачі кисню або наркозний блок (РО-6Н), пневматичний відсмоктувач (крім РВ-6-03), зволожувач. Передбачена можливість періодичного роздування легень - вручну і (окрім РВ-6-03) автоматично.
В апаратах незалежно один від одного і за каліброваним шкалами встановлюють дихальний об'єм (до 1,2 л при активному вдиху і до 2,5 л при пасивному), хвилинну вентиляцію до 25 л / хв при активному вдиху і до 50 л / хв при пасивному ), відношення тривалості вдиху і видиху, крім РВ-6-03, де воно фіксовано на значенні 1:2. Дезінфекцію внутрішньої частини дихального контуру здійснюють без розбирання - парами формальдегіду та іншими «холодними» методами.
Моделі РВ-6Н і РО-6Р відрізняються тільки тим, що в останньому замість наркозного блоку типу «Полінаркон-2П» встановлюється блок подачі
кисню. РВ-6-03 є спрощеною модифікацією РВ-6Р і відрізняється від нього відсутністю блоків допоміжної ШВЛ і періодичного роздування легень, а також має тільки одне значення відношення тривалості вдиху і видиху.
Модель РВ-6Р-04 пристосована для найбільш широких можливостей вибору режимів роботи, включаючи керовану, допоміжну і періодичну ШВЛ, самостійне дихання через апарат під позитивним тиском і ін Передбачений вбудований сигналізатор порушень нормальної роботи.
Модель РВ-6Н-05 являє собою комбінацію найпростішої моделі РО-6-03 з наркозних блоком. Модель РВ-6Р-06 замінить РВ-6-03 і буде відрізнятися відсутністю активного видиху. В обох моделях вбудований зволожувач замінюється ефективним зволожувачем УДС-Ш. У комплект нових моделей буде включений клапан підвищення тиску кінця видиху.
Апарат «Вдих» відрізняють компактні розміри і порівняно мала маса (менше 15 кг). У поєднанні з конструктивним виконанням у вигляді металевого валізи ці якості роблять зручним застосування апарату в поліклініках і для екстреної реанімації в приймальних відділеннях, вдома у потерпілого і т.п.
Апарат забезпечує керовану ШВЛ в діапазоні від 0,7 до 20 л / хв з незалежною установкою частоти дихання від 10 до 50 хв -1. Він може бути включений за будь-якого дихального контуру, однак, засобів для подачі кисню або інгаляційних анестетиків в апараті не передбачено.
Відмітна особливість моделі - можливість перемикання актів дихального циклу вручну. Тиск кінця видиху може регулюватися в діапазоні від 0 до 1,5 кПа (від 0 до 15 см вод. Ст.) І контролюється за показаннями вбудованого мановакуумметри.
Модель РВ-6Р-04 пристосована для найбільш широких можливостей вибору режимів роботи, включаючи керовану, допоміжну і періодичну ШВЛ, самостійне дихання через апарат під позитивним тиском і ін Передбачений вбудований сигналізатор порушень нормальної роботи.
Модель РВ-6Н-05 являє собою комбінацію найпростішої моделі РО-6-03 з наркозних блоком. Модель РВ-6Р-06 замінить РВ-6-03 і буде відрізнятися відсутністю активного видиху. В обох моделях вбудований зволожувач замінюється ефективним зволожувачем УДС-Ш. У комплект нових моделей буде включений клапан підвищення тиску кінця видиху.
Апарат «Вдих» відрізняють компактні розміри і порівняно мала маса (менше 15 кг). У поєднанні з конструктивним виконанням у вигляді металевого валізи ці якості роблять зручним застосування апарату в поліклініках і для екстреної реанімації в приймальних відділеннях, вдома у потерпілого і т.п.
Апарат забезпечує керовану ШВЛ в діапазоні від 0,7 до 20 л / хв з незалежною установкою частоти дихання від 10 до 50 хв -1. Він може бути включений за будь-якого дихального контуру, однак, засобів для подачі кисню або інгаляційних анестетиків в апараті не передбачено.
Відмітна особливість моделі - можливість перемикання актів дихального циклу вручну. Тиск кінця видиху може регулюватися в діапазоні від 0 до 1,5 кПа (від 0 до 15 см вод. Ст.) І контролюється за показаннями вбудованого мановакуумметри.
Перемикання зі вдиху на видих: за часом, який визначається електронним реле або вручну.
Апарати типу «Спірон» призначені для оснащення всіх лікувальних установ, де застосовується ШВЛ. Всі моделі мають привід від електромережі і подання в них стислих газів потрібно тільки для формування складу дихальної суміші. Головні особливості апаратів даного типу:
-Безпосереднє, без розділової ємності, включення генератора вдиху, виконаного у вигляді багатокамерного мембранного насоса, в дихальний контур;
-Можливість дезінфекції та стерилізації дихального контуру різними методами, у тому числі з повним розбиранням для мийки та автоклаву-вірованія;
-Перемикання актів дихального циклу за часом з використанням електронних керуючих пристроїв.
«Спірон-101» призначений для застосування в самих складних випадках реанімації, проведеної у відділеннях реанімації, інтенсивної терапії, післяопераційних палатах. Він дозволяє здійснювати керовану, допоміжну і періодичну примусову вентиляцію, ШВЛ вручну, самостійне дихання через апарат із звичайним або підвищеним тиском; отримати позитивне, нульове або негативне тиск кінця видиху, різні форми кривої швидкості вдування. Передбачається можливість регулювання паузи вдиху і автоматична стабілізація заданої величини хвилинної вентиляції. До складу апарату включено зволожувач УДС-1П, спіромонітор СМ-1 «Аргус-1», розпилювачі лікарських і дезінфекційних засобів та пульт дистанційного перемикання актів дихального циклу. Основному призначенню апарату відповідають і широкі межі регулювання хвилинної вентиляції (до
Апарати типу «Спірон» призначені для оснащення всіх лікувальних установ, де застосовується ШВЛ. Всі моделі мають привід від електромережі і подання в них стислих газів потрібно тільки для формування складу дихальної суміші. Головні особливості апаратів даного типу:
-Безпосереднє, без розділової ємності, включення генератора вдиху, виконаного у вигляді багатокамерного мембранного насоса, в дихальний контур;
-Можливість дезінфекції та стерилізації дихального контуру різними методами, у тому числі з повним розбиранням для мийки та автоклаву-вірованія;
-Перемикання актів дихального циклу за часом з використанням електронних керуючих пристроїв.
«Спірон-101» призначений для застосування в самих складних випадках реанімації, проведеної у відділеннях реанімації, інтенсивної терапії, післяопераційних палатах. Він дозволяє здійснювати керовану, допоміжну і періодичну примусову вентиляцію, ШВЛ вручну, самостійне дихання через апарат із звичайним або підвищеним тиском; отримати позитивне, нульове або негативне тиск кінця видиху, різні форми кривої швидкості вдування. Передбачається можливість регулювання паузи вдиху і автоматична стабілізація заданої величини хвилинної вентиляції. До складу апарату включено зволожувач УДС-1П, спіромонітор СМ-1 «Аргус-1», розпилювачі лікарських і дезінфекційних засобів та пульт дистанційного перемикання актів дихального циклу. Основному призначенню апарату відповідають і широкі межі регулювання хвилинної вентиляції (до
50 л / хв), частоти дихання (10 ... 60хв -1), відносини продолжительностей вдиху і видиху і тиску вдиху (до 10 кПа).
«Спірон -201» також призначений для застосування у відділеннях реанімації та інтенсивної терапії, але відрізняється від попередньої моделі відсутністю можливості зміни форми швидкості вдування, паузи на вдиху і автоматичної стабілізації заданої величини хвилинної вентиляції. У ньому також передбачена керована, допоміжна і періодична примусова вентиляція, ШВЛ вручну, самостійне дихання через апарат. Комплектується зволожувачем УДС-Ш і розпилювачем лікарських і дезінфекційних засобів, проте спіромонітор СМ-1 замінений більш простим СМ-3. Як і в моделі «Спірон-101», використовується пристрій для дозованої подачі кисню і закису азоту. Кількісні характеристики ті ж, що і для попереднього апарату, але верхня межа регулювання хвилинної вентиляції трохи нижче - 35 л / хв.
«Спірон-301» призначений для використання під час наркозу за будь-дихального контуру. Забезпечує керовану ШВЛ з пасивним видихом, ШВЛ вручну, самостійне дихання через апарат. Дозволяє отримати позитивний тиск кінця вдиху. Склад дихального газу задається наркозних блоком типу «Полінаркон-4П» і не впливає на встановлений режим вентиляції. Призначенню моделі відповідають межі регулювання хвилинної вентиляції (до 25 л / хв), частоти дихання (10 ... 30 хв -1), максимального тиску вдиху - до 6 кПа (60 см вод.ст.). Ставлення продолжительностей вдиху і видиху є нерегульованим і становить 1:2.
«Спірон-303» застосовується для проведення дихальної реабілітації в поліклініках, лікарнях, в домашніх умовах, як і інші моделі типу, має цифрові табло частоти і вентиляції. Забезпечує ШВЛ з пасивним видихом і при необхідності з позитивним тиском кінця
«Спірон -201» також призначений для застосування у відділеннях реанімації та інтенсивної терапії, але відрізняється від попередньої моделі відсутністю можливості зміни форми швидкості вдування, паузи на вдиху і автоматичної стабілізації заданої величини хвилинної вентиляції. У ньому також передбачена керована, допоміжна і періодична примусова вентиляція, ШВЛ вручну, самостійне дихання через апарат. Комплектується зволожувачем УДС-Ш і розпилювачем лікарських і дезінфекційних засобів, проте спіромонітор СМ-1 замінений більш простим СМ-3. Як і в моделі «Спірон-101», використовується пристрій для дозованої подачі кисню і закису азоту. Кількісні характеристики ті ж, що і для попереднього апарату, але верхня межа регулювання хвилинної вентиляції трохи нижче - 35 л / хв.
«Спірон-301» призначений для використання під час наркозу за будь-дихального контуру. Забезпечує керовану ШВЛ з пасивним видихом, ШВЛ вручну, самостійне дихання через апарат. Дозволяє отримати позитивний тиск кінця вдиху. Склад дихального газу задається наркозних блоком типу «Полінаркон-4П» і не впливає на встановлений режим вентиляції. Призначенню моделі відповідають межі регулювання хвилинної вентиляції (до 25 л / хв), частоти дихання (10 ... 30 хв -1), максимального тиску вдиху - до 6 кПа (60 см вод.ст.). Ставлення продолжительностей вдиху і видиху є нерегульованим і становить 1:2.
«Спірон-303» застосовується для проведення дихальної реабілітації в поліклініках, лікарнях, в домашніх умовах, як і інші моделі типу, має цифрові табло частоти і вентиляції. Забезпечує ШВЛ з пасивним видихом і при необхідності з позитивним тиском кінця
вдиху. Укомплектований дозиметром для кисню, розпилювачем лікарських засобів, волюметром, мановакуумметри, пультом дистанційного перемикання актів дихального циклу вручну. Хвилинна вентиляція регулюється в межах до 25 л / хв, частота дихання - від 10 до 60 хв -1, ставлення продолжительностей вдиху і видиху - від 2:1 до 1:3 (східчасто).
"Спірон-305" призначений для включення до складу універсального апарату інгаляційного наркозу. Апарат може забезпечувати ШВЛ з будь-якого дихального контуру, передбачена цифрова індикація встановлених значень хвилинної вентиляції, дихального обсягу і частоти вентиляції. Частини дихального контуру легко розбираються для очищення, дезінфекції та стерилізації.
Є вбудована сигналізація про несправності апарату.
Дихальний об'єм становить від 0,2 до 1,5 л, забезпечується хвилинна вентиляція в межах від 3 до 25 л / хв, ставлення вдих / видих: 1:1.5, 1:2,1:3.
Апарат «Енгстрем-Еріка» є першим апаратом ШВЛ, в якому використано мікропроцесорне управляючий пристрій. Силова частина апарату вимагає живлення стисненим повітрям і киснем, а підключення до електромережі необхідно для живлення ланцюгів управління і вимірювання. Апарат призначений для тривалої роботи в реанімаційних відділеннях і забезпечує широкий вибір режимів роботи - керовану, допоміжну і періодичну ШВЛ, періодичне роздування легень, періодичну ШВЛ з автоматичним включенням при зниженні інтенсивності самостійного дихання, звичайне самостійне дихання через апарат. Передбачено лише пасивний видих і можливість підвищення тиску в кінці видиху.
"Спірон-305" призначений для включення до складу універсального апарату інгаляційного наркозу. Апарат може забезпечувати ШВЛ з будь-якого дихального контуру, передбачена цифрова індикація встановлених значень хвилинної вентиляції, дихального обсягу і частоти вентиляції. Частини дихального контуру легко розбираються для очищення, дезінфекції та стерилізації.
Є вбудована сигналізація про несправності апарату.
Дихальний об'єм становить від 0,2 до 1,5 л, забезпечується хвилинна вентиляція в межах від 3 до 25 л / хв, ставлення вдих / видих: 1:1.5, 1:2,1:3.
Апарат «Енгстрем-Еріка» є першим апаратом ШВЛ, в якому використано мікропроцесорне управляючий пристрій. Силова частина апарату вимагає живлення стисненим повітрям і киснем, а підключення до електромережі необхідно для живлення ланцюгів управління і вимірювання. Апарат призначений для тривалої роботи в реанімаційних відділеннях і забезпечує широкий вибір режимів роботи - керовану, допоміжну і періодичну ШВЛ, періодичне роздування легень, періодичну ШВЛ з автоматичним включенням при зниженні інтенсивності самостійного дихання, звичайне самостійне дихання через апарат. Передбачено лише пасивний видих і можливість підвищення тиску в кінці видиху.
У схемі апарату традиційно використовується розділова ємність. Особливістю апарата є автоматичне підтримання заданого дихального об'єму в діапазоні 0,1-0,2 л. Частота дихання встановлюється в діапазоні від 0,4 до 40 хв -1, причому малі значення частоти дихання використовуються в режимі періодичної примусової ШВЛ. Відношення тривалості вдиху і видиху регулюються в межах від 1:3 до 3:1. Хвилинна вентиляція до 30 л / хв. В апараті передбачена також регулювання швидкості вдування газової суміші, що в поєднанні з перемиканням актів дихального циклу за часом дозволяє встановити змінну тривалість паузи вдиху.
Вбудовані вимірювальні засоби дають можливість виміряти 8 різних характеристик режиму роботи, включаючи розтяжність легенів і опір дихальних шляхів. Ряд каналів вимірювання охоплений сигналізацією і може виявляти повільні тенденції зміни вимірюваних величин.
Акт вдиху: генератор змінного потоку, що забезпечує приблизно постійну швидкість вдування і виконаний у вигляді мембранного насоса з пневматичним приводом, що працює з частотою дихання.
Перемикання зі вдиху на видих: за часом, що задається електронною схемою; розподіл потоків газу в дихальному контурі апарату забезпечується електромагнітними клапанами. Можливо також переключення щодо тиску.
Акт видиху: генератор «нульового» тиску, проте видихається газ виводиться не безпосередньо в атмосферу, а в додаткову розділову ємність, яка використовується для вимірювання його обсягу. Перемикання з видиху на вдих: за часом або при допоміжній ШВЛ внаслідок дихального зусилля пацієнта.
Вбудовані вимірювальні засоби дають можливість виміряти 8 різних характеристик режиму роботи, включаючи розтяжність легенів і опір дихальних шляхів. Ряд каналів вимірювання охоплений сигналізацією і може виявляти повільні тенденції зміни вимірюваних величин.
Акт вдиху: генератор змінного потоку, що забезпечує приблизно постійну швидкість вдування і виконаний у вигляді мембранного насоса з пневматичним приводом, що працює з частотою дихання.
Перемикання зі вдиху на видих: за часом, що задається електронною схемою; розподіл потоків газу в дихальному контурі апарату забезпечується електромагнітними клапанами. Можливо також переключення щодо тиску.
Акт видиху: генератор «нульового» тиску, проте видихається газ виводиться не безпосередньо в атмосферу, а в додаткову розділову ємність, яка використовується для вимірювання його обсягу. Перемикання з видиху на вдих: за часом або при допоміжній ШВЛ внаслідок дихального зусилля пацієнта.
Апарат "Фаза-5" призначений для проведення тривалої керованої штучної вентиляції легенів в стаціонарних та польових умовах медичних установ, а також для проведення короткочасної керованої штучної вентиляції легень у рухливих евакосредствах у поранених і хворих.
При застосуванні апарату в рухливих евакосредствах, обладнаних електромережею постійного струму, апарат повинен підключаться допомогою перетворювача напруги, яке виготовляється за спецзамовленням, при цьому підключення зволожувача не допускається.
Апарат має вбудований повітряний компресор (повітродувку), систему електрично керованих клапанів, пристрої регулювання пневматичних і електричних параметрів, блок цифрової індикації основних показників вентиляції, пульт ручного управління.
Апарат може працювати по будь-якій схемі дихання, забезпечуючи проведення керованої вентиляції з пасивним видихом, регульованим опором видиху, підігрівом і зволоженням дихальної суміші, що подається пацієнтові.
Відмінною рисою апарата є можливість проведення термічної дезінфекції дихального контуру апарата без його розбирання (за допомогою зволожувача, що входить в комплект поставки).
При застосуванні апарату в рухливих евакосредствах, обладнаних електромережею постійного струму, апарат повинен підключаться допомогою перетворювача напруги, яке виготовляється за спецзамовленням, при цьому підключення зволожувача не допускається.
Апарат має вбудований повітряний компресор (повітродувку), систему електрично керованих клапанів, пристрої регулювання пневматичних і електричних параметрів, блок цифрової індикації основних показників вентиляції, пульт ручного управління.
Апарат може працювати по будь-якій схемі дихання, забезпечуючи проведення керованої вентиляції з пасивним видихом, регульованим опором видиху, підігрівом і зволоженням дихальної суміші, що подається пацієнтові.
Відмінною рисою апарата є можливість проведення термічної дезінфекції дихального контуру апарата без його розбирання (за допомогою зволожувача, що входить в комплект поставки).
Апарат дозволяє проводити ШВЛ при різних відносинах часу вдиху, з індикацією значень хвилинної вентиляції та обсягу вдиху, автоматично перераховуваних вбудованим мікропроцесором.
Звукова та світлова сигналізація спрацьовує при розгерметизації дихального контуру, при відхиленні від заданого рівня тиску, при підвищенні температури дихальної суміші, а також при випадковому вимкненні апарату.
Звукова та світлова сигналізація спрацьовує при розгерметизації дихального контуру, при відхиленні від заданого рівня тиску, при підвищенні температури дихальної суміші, а також при випадковому вимкненні апарату.
Апарат забезпечує наступні режими роботи: РЕЕР, СМV, СРАР, з ручним керуванням частотою дихання. Використовується зволожувач дихальних сумішей УДС-02, який призначений для нагрівання і підвищення вологовмісту дихальної суміші, що надходить до пацієнта. Управління зволожувачем здійснюється через мікропроцесор, забезпечується автоматичне блокування нагріву в аварійних ситуаціях.
Технічні характеристики:
Хвилинна вентиляція, л / хв 3-25
(При ТВД / Твид = 1 / 2)
Загальний діапазон хвилинної вентиляції, л / хв 1-35
Частота дихання, 1/хв 1-160
Температура газу в трійнику пацієнта, * З 32-38
Маса, кг 25
Габаритні розміри, мм 365x330x275
Живлення 220В 50Гц
Споживана потужність, ВА
З зволожувачем 975
без зволожувача 175
Встановлений термін служби до списання, років 2,5
Середній термін служби до списання, років 4.
Технічні характеристики:
Хвилинна вентиляція, л / хв 3-25
(При ТВД / Твид = 1 / 2)
Загальний діапазон хвилинної вентиляції, л / хв 1-35
Частота дихання, 1/хв 1-160
Температура газу в трійнику пацієнта, * З 32-38
Маса, кг 25
Габаритні розміри, мм 365x330x275
Живлення 220В 50Гц
Споживана потужність, ВА
З зволожувачем 975
без зволожувача 175
Встановлений термін служби до списання, років 2,5
Середній термін служби до списання, років 4.
3. Принцип роботи апарату
3.1. Медико-технічні вимоги до апарату ШВЛ
Штучна вентиляція легенів є високоефективної і
в той же час практично безпечною, якщо вона заснована на забезпеченні адекватного газообміну при максимальному виключення шкідливих ефектів, а також при збереженні суб'єктивного відчуття "дихального комфорту" у хворого, якщо він під час ШВЛ залишається у свідомості.
Це забезпечується перш за все раціональним вибором для даного хворого наступних параметрів:
• хвилинного об'єму вентиляції;
• дихального об'єму;
• частоти дихання;
• відносини тривалості вдиху і видиху.
Хвилинний об'єм вентиляції - це сума дихальних обсягів
за хвилину. Зазвичай розглядають хвилинний об'єм альвеолярної вентиляції, що дорівнює різниці дихального обсягу і загального обсягу мертвого простору, помноженої на частоту дихання.
Дихальний об'єм - це кількість дихального газу, що подається в легені протягом одного дихального циклу. Дихальний об'єм повинен бути достатнім для промивки "мертвого простору" і видалення вуглекислого газу з легких. Залежить від статі пацієнта, маси його тіла, частоти дихання, віку.
Частота дихання - це кількість дихальних маневрів (вдих-видих) за хвилину.
Значення основних параметрів штучної вентиляції легенів нормовані ГОСТ 18856-81.
3.1. Медико-технічні вимоги до апарату ШВЛ
Штучна вентиляція легенів є високоефективної і
в той же час практично безпечною, якщо вона заснована на забезпеченні адекватного газообміну при максимальному виключення шкідливих ефектів, а також при збереженні суб'єктивного відчуття "дихального комфорту" у хворого, якщо він під час ШВЛ залишається у свідомості.
Це забезпечується перш за все раціональним вибором для даного хворого наступних параметрів:
• хвилинного об'єму вентиляції;
• дихального об'єму;
• частоти дихання;
• відносини тривалості вдиху і видиху.
Хвилинний об'єм вентиляції - це сума дихальних обсягів
за хвилину. Зазвичай розглядають хвилинний об'єм альвеолярної вентиляції, що дорівнює різниці дихального обсягу і загального обсягу мертвого простору, помноженої на частоту дихання.
Дихальний об'єм - це кількість дихального газу, що подається в легені протягом одного дихального циклу. Дихальний об'єм повинен бути достатнім для промивки "мертвого простору" і видалення вуглекислого газу з легких. Залежить від статі пацієнта, маси його тіла, частоти дихання, віку.
Частота дихання - це кількість дихальних маневрів (вдих-видих) за хвилину.
Значення основних параметрів штучної вентиляції легенів нормовані ГОСТ 18856-81.
Даний апарат ШВЛ призначений для тривалої або повторно-короткочасної ШВЛ для дорослих та дітей старше 6 років у відділеннях інтенсивної терапії та реанімації, післяопераційних відділеннях і палатах.
ГОСТ 18856-81 для апаратів групи 2 встановлює наступні мінімальні діапазони регулювання параметрів ШВЛ:
- Дихальний об'єм 0,2 ... 2,0 л;
- Хвилинна вентиляція 3 ... 30 л / хв;
- Частота дихання 10 ... 50 л / хв;
- Відношення тривалості вдиху і видиху 1:1,5 ... 1:2.
Апарат використовується в різних випадках медичної практики. ШВЛ проводиться хворим різної вікової категорії. Параметри ШВЛ у різних людей сильно відрізняються, тому доцільно розширити діапазон регулювання параметрів ШВЛ (дихальний обсяг, хвилинну вентиляцію, частоту дихання і т.д), щоб лікар міг в кожному конкретному випадку встановити необхідні параметри ШВЛ.
Аналізуючи існуючі апарати ШВЛ та відповідно до ГОСТ 18856-81 в розглянутому апараті необхідно мати можливість регулювати параметри у таких межах:
- Дихальний об'єм 0,1 ... 2,5 л;
- Хвилинна вентиляція 1 ... 50 л / хв;
- Частота дихання 10 ... 99 л / хв;
- Відношення тривалості вдиху і видиху 1:4 ... 4:1.
Межі регулювання позитивного тиску наприкінці вдиху повинні бути 0,2-2 кПа. В апараті повинен забезпечуватися контроль среднеінтегрального і поточного тиску.
ГОСТ 18856-81 для апаратів групи 2 встановлює наступні мінімальні діапазони регулювання параметрів ШВЛ:
- Дихальний об'єм 0,2 ... 2,0 л;
- Хвилинна вентиляція 3 ... 30 л / хв;
- Частота дихання 10 ... 50 л / хв;
- Відношення тривалості вдиху і видиху 1:1,5 ... 1:2.
Апарат використовується в різних випадках медичної практики. ШВЛ проводиться хворим різної вікової категорії. Параметри ШВЛ у різних людей сильно відрізняються, тому доцільно розширити діапазон регулювання параметрів ШВЛ (дихальний обсяг, хвилинну вентиляцію, частоту дихання і т.д), щоб лікар міг в кожному конкретному випадку встановити необхідні параметри ШВЛ.
Аналізуючи існуючі апарати ШВЛ та відповідно до ГОСТ 18856-81 в розглянутому апараті необхідно мати можливість регулювати параметри у таких межах:
- Дихальний об'єм 0,1 ... 2,5 л;
- Хвилинна вентиляція 1 ... 50 л / хв;
- Частота дихання 10 ... 99 л / хв;
- Відношення тривалості вдиху і видиху 1:4 ... 4:1.
Межі регулювання позитивного тиску наприкінці вдиху повинні бути 0,2-2 кПа. В апараті повинен забезпечуватися контроль среднеінтегрального і поточного тиску.
Апарат повинен забезпечувати подачу дихальної суміші пацієнтові по нереверсивного дихального контуру. Необхідно також забезпечити можливість роботи апарату в багатьох режимах.
Для забезпечення цих вимог доцільно управління апаратом здійснювати за допомогою мікропроцесора. Застосування перепрограммируемой пам'яті програм дозволить створити гнучку систему управління.
Індикацію встановлених параметрів для поліпшення сприйняття необхідно відображати на цифрових табло. При роботі апарату повинні відображатися такі параметри: хвилинна вентиляція, частота вентиляції, відношення тривалості вдиху до тривалості циклу, обсяг вдиху, швидкість вдування, температура дихальної суміші.
Збільшення температури і вологості вдихуваного повітря на шляху навколишнє середовище - легкі відбувається завдяки унікальній здатності дихальних шляхів незалежно від коливань температури і вологості повітря нагрівати вдихаємо газову суміш до температури тіла і насичувати її водяними парами.
При штучній вентиляції легенів виникає місцеве пересихання та охолодження слизової оболонки трахеї і бронхів. У залежності від тривалості та інтенсивності дії цих факторів можуть виникнути пошкодження слизової оболонки трахеї і бронхів, руйнування миготливого епітелію, утворення кірок, нерідко закупорюють бронхи, виникнення деструктивного бронхіту, що загрожує важкими бронхолегеневими ускладненнями. У маленьких дітей до цього можуть додатися порушення загального водного і теплового балансу.
На підставі викладеного вище при ШВЛ необхідно використовувати зволожувач для зволоження і обігріву вдихуваного газу. Межі регу-
Для забезпечення цих вимог доцільно управління апаратом здійснювати за допомогою мікропроцесора. Застосування перепрограммируемой пам'яті програм дозволить створити гнучку систему управління.
Індикацію встановлених параметрів для поліпшення сприйняття необхідно відображати на цифрових табло. При роботі апарату повинні відображатися такі параметри: хвилинна вентиляція, частота вентиляції, відношення тривалості вдиху до тривалості циклу, обсяг вдиху, швидкість вдування, температура дихальної суміші.
Збільшення температури і вологості вдихуваного повітря на шляху навколишнє середовище - легкі відбувається завдяки унікальній здатності дихальних шляхів незалежно від коливань температури і вологості повітря нагрівати вдихаємо газову суміш до температури тіла і насичувати її водяними парами.
При штучній вентиляції легенів виникає місцеве пересихання та охолодження слизової оболонки трахеї і бронхів. У залежності від тривалості та інтенсивності дії цих факторів можуть виникнути пошкодження слизової оболонки трахеї і бронхів, руйнування миготливого епітелію, утворення кірок, нерідко закупорюють бронхи, виникнення деструктивного бронхіту, що загрожує важкими бронхолегеневими ускладненнями. У маленьких дітей до цього можуть додатися порушення загального водного і теплового балансу.
На підставі викладеного вище при ШВЛ необхідно використовувати зволожувач для зволоження і обігріву вдихуваного газу. Межі регу-
лювання температури газу в трійнику пацієнта повинні бить32-38 ° С, а відносна вологість газу 80-100%.
При видиху дихальна суміш охолоджується і волога конденсується на поверхні дихальних шлангів. Конденсат може потрапити в апарат, що порушить його роботу або в легені пацієнта. Тому необхідно встановити на шлангу видиху відстійник куди б стікала конденсуватися рідина.
Як дихальної суміші в апараті можуть використовуватися кисень і киснево-повітряна суміш, закис азоту, атмосферне повітря. Коли до апарату ШВЛ підводять стислі гази, то необхідно запобігти можливості попадання у вхідні лінію апарату будь-якого іншого газу, крім того, для якого вона призначена. Така небезпека повинна запобігати застосуванням невзаємозамінні для різних газів з'єднань між їхніми джерелами та апаратом, належної маркуванням сполучних пристроїв. Прокладка газових магістралей всередині апарату також повинна здійснюватись із застосуванням невзаємозамінних-
^
мих з'єднань і належного маркування.
Необхідно дотримати заходів для запобігання підвищенню тиску в дихальному контурі вище допустимого 6кПа (60 см вод.ст.), що може призвести до розриву легенів. Для цього можна використовувати пружинний запобіжний клапан.
Щоб уникнути нещасних випадків під час ШВЛ, особливо при тривалої ШВЛ, повинні бути передбачені світлова та звукова сигналізації
»
ції у випадках: перевищення температури дихальної суміші вище 41 ° С, непередбаченого відключення напруги живильної мережі, розгерметизації дихального контуру.
Електричне живлення апарату має здійснюватися від мережі змінного струму напругою 220В з частотою 50Гц.
При видиху дихальна суміш охолоджується і волога конденсується на поверхні дихальних шлангів. Конденсат може потрапити в апарат, що порушить його роботу або в легені пацієнта. Тому необхідно встановити на шлангу видиху відстійник куди б стікала конденсуватися рідина.
Як дихальної суміші в апараті можуть використовуватися кисень і киснево-повітряна суміш, закис азоту, атмосферне повітря. Коли до апарату ШВЛ підводять стислі гази, то необхідно запобігти можливості попадання у вхідні лінію апарату будь-якого іншого газу, крім того, для якого вона призначена. Така небезпека повинна запобігати застосуванням невзаємозамінні для різних газів з'єднань між їхніми джерелами та апаратом, належної маркуванням сполучних пристроїв. Прокладка газових магістралей всередині апарату також повинна здійснюватись із застосуванням невзаємозамінних-
^
мих з'єднань і належного маркування.
Необхідно дотримати заходів для запобігання підвищенню тиску в дихальному контурі вище допустимого 6кПа (60 см вод.ст.), що може призвести до розриву легенів. Для цього можна використовувати пружинний запобіжний клапан.
Щоб уникнути нещасних випадків під час ШВЛ, особливо при тривалої ШВЛ, повинні бути передбачені світлова та звукова сигналізації
»
ції у випадках: перевищення температури дихальної суміші вище 41 ° С, непередбаченого відключення напруги живильної мережі, розгерметизації дихального контуру.
Електричне живлення апарату має здійснюватися від мережі змінного струму напругою 220В з частотою 50Гц.
Апарат ШВЛ повинен бути надійним і зручним в експлуатації і забезпечувати мінімальні витрати часу, енергії та коштів на ремонт.
При цьому мінімальна робоча температура +10 ° С, максимальна робоча температура +35 ° С. Апарат ШВЛ не працює на відкритому повітрі і не піддається впливу атмосферних факторів.
3.2 Існуючі методики перевірки об'ємних показників апаратів штучної вентиляції легень (ШВЛ)
Контроль об'ємних показників - дихального обсягу Vt і хвилинної вентиляції VM займає важливе місце в створенні і виробництві апаратів ШВЛ. Методики перевірки цих та інших характеристик апаратів повинні бути адекватні умовам їх застосування забезпечувати необхідну точність та відтворюваність результатів і по можливості не вимагати використання складного нестандартного обладнання. Далі будуть розглянуті тільки методики вимірювання Vt оскільки хвилинна вентиляція визначається як VM = Vm * f (f-частота вентиляції) або ж діленням Vt, підсумованого за ціле число дихальних циклів, на їхню тривалість.
До останнього часу для визначення застосовувалася одна з методик за раніше розробленим стандартом [3] (рис. 1).
Перевага схеми полягає в.том, що під час видиху нереверсивний клапан _2 пропускає в спірометр 5 тільки той газ, який дійсно вентилює модель легенів, проте даний клапан повинен працювати досить чітко і мати низьким опором. Принциповий недолік схеми - надходження в спірометр не тільки дійсного дихального обсягу, а й частині вийшов з апарата 1 обсягу, який був витрачений на підвищення під час вдиху тиску газу у всіх еластичних і жорстких частинах дихального контуру, поєднаних з пацієнтом. На величину такої втрати обсягу впливає розтяжність апарату Сa, яка під час вдиху підключена паралельно Сп (рис. 7), і можна припустити, що ця втрата обсягу пропорційна величині Сa Сn.
Добре відомо, що значення Сп сильно залежать від антропометричних даних і стану органів дихання пацієнта, але для перевірки апаратів ШВЛ зазвичай використовуються такі стандартизовані характеристики (табл. 1).
Значення Са визначаються схемою та конструкцією апарату, типом дихальних шлангів, числом і видом включених в дихальний контур частин і т. п. У табл. 2 наведено частково виміряні нами і частково запозичені з експлуатаційних документів дані про розтяжності Са деяких апаратів ШВЛ і їх компонентів.
Рис.1. Схеми вимірювання дихального обсягу V T
1 - перевіряється апарат; 2 - неверсівний клапан; 3-опір моделі легких R n; 4 - розтяжність моделі легких C n, 5 - Вимірювач обсягу;
6 - вихідний отвір апарату;
Зміни за ГОСТом Р ИСО 10651.1-99 та СТ МЕК 601-2-12:2001
Введений в дію - новий стандарт [2] і стандарт [10] вимагають, щоб апарати ШВЛ, виключаючи призначені для застосування під час інгаляційної анестезії вдома і під час транспортування, оснащувалися каналом вимірювання видихуваного дихального обсягу і (або) хвилинної вентиляції з похибкою не більше ± 20% від дійсного значення для. обсягу понад 100 мл:. Для контролю даного каналу повинна застосовуватися методика с. використанням схеми, представленої на рис. 2.
Дійсне значення дихального обсягу за даною методикою визначається за формулою
VT = Cn * (Pmax - Pmin), (1)
де Сп - розтяжність моделі легких; Рmax і Pmin - найбільше і найменше значення тиску в моделі легких у дихальному циклі.
Необхідність обчислення дійсного обсягу, вентилюючого модель легенів, в той час як через датчик 2, крім цього обсягу, проходить ще й обсяг, витрачений на зміну під час вдиху тиску в дихальному контурі, вимагає особливої уваги до всіх факторів, які мо-
При цьому мінімальна робоча температура +10 ° С, максимальна робоча температура +35 ° С. Апарат ШВЛ не працює на відкритому повітрі і не піддається впливу атмосферних факторів.
3.2 Існуючі методики перевірки об'ємних показників апаратів штучної вентиляції легень (ШВЛ)
Контроль об'ємних показників - дихального обсягу Vt і хвилинної вентиляції VM займає важливе місце в створенні і виробництві апаратів ШВЛ. Методики перевірки цих та інших характеристик апаратів повинні бути адекватні умовам їх застосування забезпечувати необхідну точність та відтворюваність результатів і по можливості не вимагати використання складного нестандартного обладнання. Далі будуть розглянуті тільки методики вимірювання Vt оскільки хвилинна вентиляція визначається як VM = Vm * f (f-частота вентиляції) або ж діленням Vt, підсумованого за ціле число дихальних циклів, на їхню тривалість.
До останнього часу для визначення застосовувалася одна з методик за раніше розробленим стандартом [3] (рис. 1).
Перевага схеми полягає в.том, що під час видиху нереверсивний клапан _2 пропускає в спірометр 5 тільки той газ, який дійсно вентилює модель легенів, проте даний клапан повинен працювати досить чітко і мати низьким опором. Принциповий недолік схеми - надходження в спірометр не тільки дійсного дихального обсягу, а й частині вийшов з апарата 1 обсягу, який був витрачений на підвищення під час вдиху тиску газу у всіх еластичних і жорстких частинах дихального контуру, поєднаних з пацієнтом. На величину такої втрати обсягу впливає розтяжність апарату Сa, яка під час вдиху підключена паралельно Сп (рис. 7), і можна припустити, що ця втрата обсягу пропорційна величині Сa Сn.
Добре відомо, що значення Сп сильно залежать від антропометричних даних і стану органів дихання пацієнта, але для перевірки апаратів ШВЛ зазвичай використовуються такі стандартизовані характеристики (табл. 1).
Значення Са визначаються схемою та конструкцією апарату, типом дихальних шлангів, числом і видом включених в дихальний контур частин і т. п. У табл. 2 наведено частково виміряні нами і частково запозичені з експлуатаційних документів дані про розтяжності Са деяких апаратів ШВЛ і їх компонентів.
Рис.1. Схеми вимірювання дихального обсягу V T
1 - перевіряється апарат; 2 - неверсівний клапан; 3-опір моделі легких R n; 4 - розтяжність моделі легких C n, 5 - Вимірювач обсягу;
6 - вихідний отвір апарату;
Зміни за ГОСТом Р ИСО 10651.1-99 та СТ МЕК 601-2-12:2001
Введений в дію - новий стандарт [2] і стандарт [10] вимагають, щоб апарати ШВЛ, виключаючи призначені для застосування під час інгаляційної анестезії вдома і під час транспортування, оснащувалися каналом вимірювання видихуваного дихального обсягу і (або) хвилинної вентиляції з похибкою не більше ± 20% від дійсного значення для. обсягу понад 100 мл:. Для контролю даного каналу повинна застосовуватися методика с. використанням схеми, представленої на рис. 2.
Дійсне значення дихального обсягу за даною методикою визначається за формулою
VT = Cn * (Pmax - Pmin), (1)
де Сп - розтяжність моделі легких; Рmax і Pmin - найбільше і найменше значення тиску в моделі легких у дихальному циклі.
Необхідність обчислення дійсного обсягу, вентилюючого модель легенів, в той час як через датчик 2, крім цього обсягу, проходить ще й обсяг, витрачений на зміну під час вдиху тиску в дихальному контурі, вимагає особливої уваги до всіх факторів, які мо-
гут впливати на калібрування каналу. Інша особливість перевірки за ГОСТом Р ИСО 10651.1-99-обумовлені умови її визначення (табл. третій конкретизацією-по МЕК 601-2-12:2001) [4, 6].
Таке формулювання умов перевірки вимагає контролювати похибка вимірювання об'єму Vt тільки при одній комбінації характеристик легень пацієнтів цієї вікової групи до тільки на одній комбінації показників вентиляції. Тому формально виробник апаратів не відповідає за похибка в будь-яких інших умовах. Крім того, вибрані комбінації обсягу і частоти не є типовими для даної вікової групи пацієнтів. Мабуть, ці вимоги слід розглядати як мінімально необхідні і намагатися забезпечити граничну похибку в досить широкому діапазоні показників вентиляції та характеристик органів дихання пацієнтів цієї вікової групи. Наведені особливості ГОСТу Р ИСО 10651.1-99 ви
Таке формулювання умов перевірки вимагає контролювати похибка вимірювання об'єму Vt тільки при одній комбінації характеристик легень пацієнтів цієї вікової групи до тільки на одній комбінації показників вентиляції. Тому формально виробник апаратів не відповідає за похибка в будь-яких інших умовах. Крім того, вибрані комбінації обсягу і частоти не є типовими для даної вікової групи пацієнтів. Мабуть, ці вимоги слід розглядати як мінімально необхідні і намагатися забезпечити граничну похибку в досить широкому діапазоні показників вентиляції та характеристик органів дихання пацієнтів цієї вікової групи. Наведені особливості ГОСТу Р ИСО 10651.1-99 ви
рухають такі завдання для виконання нових вимог:
1) забезпечити отримання потрібного номіналу розтяжності моделі легких і стабільність цього
показника при її експлуатації з збільшенням діапазону вводяться в модель обсягів;
2) забезпечити настройку необхідних номіналів опорів, їх відтворюваність при виготовленні і стабільність в процесі експлуатації;
3) зрозуміти і кількісно охарактеризувати вплив розтяжності апарату на дійсні значення дихального об'єму;
4) оцінити вплив інших факторів на різницю між заданим і дійсним обсягом.
Аналогічна вимога до цих апаратів є в чинному ГОСТі Р МЕК 60601-2-13-2001.
Рис.3. Схема перевірки похибки вимірювання видихуваного обсягу за новим стандартом: 1 - апарат ШВЛ; 2 - перевіряється вимірювач обсягу; 3 - опір; 4 - модель легенів; 5 - датчик тиску; 6 - реєстратор тиску; 7 - дихальний контур.
1) забезпечити отримання потрібного номіналу розтяжності моделі легких і стабільність цього
показника при її експлуатації з збільшенням діапазону вводяться в модель обсягів;
2) забезпечити настройку необхідних номіналів опорів, їх відтворюваність при виготовленні і стабільність в процесі експлуатації;
3) зрозуміти і кількісно охарактеризувати вплив розтяжності апарату на дійсні значення дихального об'єму;
4) оцінити вплив інших факторів на різницю між заданим і дійсним обсягом.
Аналогічна вимога до цих апаратів є в чинному ГОСТі Р МЕК 60601-2-13-2001.
Рис.3. Схема перевірки похибки вимірювання видихуваного обсягу за новим стандартом: 1 - апарат ШВЛ; 2 - перевіряється вимірювач обсягу; 3 - опір; 4 - модель легенів; 5 - датчик тиску; 6 - реєстратор тиску; 7 - дихальний контур.
Для виконання вимог вступило в дію ДСТУ ISO 10651.1-99 до точності вимірювання дійсного дихального обсягу і до калібрування відповідного каналу апарату ШВЛ рекомендується:
1.В як дійсного значення дихального обсягу використовувати обсяг, розрахований як добуток розтяжності моделі ліг-
ких і різниці максимального і мінімального тисків дихального циклу, заміряних усередині моделі.
Для моделювання розтяжності легень пацієнта застосовувати тільки пневматичні моделі легких, забезпечуючи ізотермічні характери
стіки коливань тиску в них і коригування розтяжності відповідно до атмосферним тиском в момент застосування моделей.
Для забезпечення відтворюваності і стабільності моделювання опору дихальних шляхів пацієнта використовувати нелінійні
дроселі, виготовлені з необхідною точністю і відкалібровані на верхній межі діапазону швидкостей газу для кожної вікової групи пацієнтів.
Огляду на значний вплив внутрішньої розтяжності апарату ШВЛ на дійсний дихальний обсяг застосовувати схемні та конструктивні прийоми для всебічного зниження величини цієї характеристики апарату, вказувати її в експлуатаційній документації.
Доповнювати режими перевірки похибки вимірювання дихального обсягу, зазначені в Гості Р ИСО 10651.1-99, перевіркою на несколь
ких інших комбінаціях встановлених значень дихального обсягу і частоти вентиляції, а також при зміні на цих режимах розтяжності
і опору моделі легких в межах, характерних для пацієнтів цієї вікової групи.
6. Враховувати, що внутрішній опір ап
препарату та його інерційні властивості можуть знизити
позитивний вплив затримки на вдиху на вирівнювання тиску в ділянках легень з різними сталими часу, а також призвести до появи ненавмисного внутрішнього ПДКВ; ймовірність і величина цього впливу зростає при зростанні відносини Са / Сn, тобто при вентиляції підлітків і дітей.
7. Високочастотні викиди, нерідко фіксуються на функціональних кривих тиску і швидкості газу, пояснюються головним чином слідством інерційних властивостей апарату ШВЛ у момент різкої зміни величини та (або) напрямку руху газу і проявляються у вигляді високочастотних затухаючих коливань, що виникають у момент різкої зміни стану системи і моменти зміни фаз дихального циклу (вдування, пауза, видих).
Перспективи розвитку апаратів ШВЛ
1.В як дійсного значення дихального обсягу використовувати обсяг, розрахований як добуток розтяжності моделі ліг-
ких і різниці максимального і мінімального тисків дихального циклу, заміряних усередині моделі.
Для моделювання розтяжності легень пацієнта застосовувати тільки пневматичні моделі легких, забезпечуючи ізотермічні характери
стіки коливань тиску в них і коригування розтяжності відповідно до атмосферним тиском в момент застосування моделей.
Для забезпечення відтворюваності і стабільності моделювання опору дихальних шляхів пацієнта використовувати нелінійні
дроселі, виготовлені з необхідною точністю і відкалібровані на верхній межі діапазону швидкостей газу для кожної вікової групи пацієнтів.
Огляду на значний вплив внутрішньої розтяжності апарату ШВЛ на дійсний дихальний обсяг застосовувати схемні та конструктивні прийоми для всебічного зниження величини цієї характеристики апарату, вказувати її в експлуатаційній документації.
Доповнювати режими перевірки похибки вимірювання дихального обсягу, зазначені в Гості Р ИСО 10651.1-99, перевіркою на несколь
ких інших комбінаціях встановлених значень дихального обсягу і частоти вентиляції, а також при зміні на цих режимах розтяжності
і опору моделі легких в межах, характерних для пацієнтів цієї вікової групи.
6. Враховувати, що внутрішній опір ап
препарату та його інерційні властивості можуть знизити
позитивний вплив затримки на вдиху на вирівнювання тиску в ділянках легень з різними сталими часу, а також призвести до появи ненавмисного внутрішнього ПДКВ; ймовірність і величина цього впливу зростає при зростанні відносини Са / Сn, тобто при вентиляції підлітків і дітей.
7. Високочастотні викиди, нерідко фіксуються на функціональних кривих тиску і швидкості газу, пояснюються головним чином слідством інерційних властивостей апарату ШВЛ у момент різкої зміни величини та (або) напрямку руху газу і проявляються у вигляді високочастотних затухаючих коливань, що виникають у момент різкої зміни стану системи і моменти зміни фаз дихального циклу (вдування, пауза, видих).
Перспективи розвитку апаратів ШВЛ
Будуть продовжувати розширюватися функціональні можливості апаратів найбільш високого класу. До режимам керованої (у всіх її різновидах), допоміжного та періодичної вентиляції і самостійного дихання з постійно позитивним рівнем тиску будуть додані ті нові режими, показання до застосування та реалізація яких вже встановлені і які не потребують значного технічного ускладнення, а саме, підтримки тиску і вентиляції з двома фазами позитивного тиску.
Триватимуть забезпечуватися робота апаратів без подачі ззовні стисненого повітря та використання стисненого кисню тільки для оксигенації вдихуваного повітря. Для апаратів найбільш високого класу буде переважно використовуватися більш гнучка схема з керованими
клапанами в лініях вдиху і видиху. У ній знайдуть застосування електромагнітні пристрої, що дозволяють управляти не тільки тимчасовими характеристиками, але й витратою газу.
У простіших апаратах, мабуть, буде переважно застосовуватися схема з керованим електродвигуном і хутром, а також схема з накопичувальної ємністю. У цих моделях перспективно застосування вбудованого акумулятора для забезпечення 20-30 хв роботи апарату після порушення електроживлення.
Як і раніше буде застосовуватися мікропроцесорне управління з використанням сучасної елементної бази і забезпечуватися розбірної дихального контуру. Ще більше
увагу буде приділено спрощенню керування апаратами, в тому числі шляхом використання автоматичної стабілізації заданих оператором характеристик.
Особливо швидко розвиватиметься оснащення апаратів вбудованими і надає моніторами з вимірюванням показників тиску і об'ємних характеристик ШВЛ і з сигналізацією
про вихід основних характеристик вентиляції із заданого діапазону. В апаратах високого класу, мабуть, стане обов'язковим висновок інформації, в тому числі функціональних кривих
на екран.
3.2. Принцип роботи апарату по структурній схемі
Розглянемо принцип роботи апарату за структурною схемою представленою на малюнку 3.1.
Апарат складається з робочого блоку, блоку живлення, блоку управління та додаткового обладнання (зволожувача, блоку дозиметрів, відстійника конденсату), які, за допомогою дихальних шлангів, включаються в дихальний контур.
Дихальний контур апарату нереверсивний, тобто при видиху суміш надходить через трійник пацієнта на клапан видиху.
Так як при видиху у дихальному контурі суміш охолоджується, то передбачений відстійник для збору конденсату.
Робочий блок забезпечує формування газового потоку і складається з повітряного компресора і системи газорозподільних електромагнітних клапанів (клапан вдиху і клапан видиху). Для контролю поточного та середнього значення тиску встановлені два манометра, що показують значення тиску в трійнику пацієнта і середній тиск.
Для вимірювання середнього тиску використовується інтегруюча ланцюг, що складається з пневмосопротівленія і пневмоемкости.
Для запобігання розриву легень, у разі перевищення тиску дихальної суміші вище допустимого передбачений запобіжний клапан, який, якщо тиск вище допустимого, відкривається і підбурює надлишок тиску.
Триватимуть забезпечуватися робота апаратів без подачі ззовні стисненого повітря та використання стисненого кисню тільки для оксигенації вдихуваного повітря. Для апаратів найбільш високого класу буде переважно використовуватися більш гнучка схема з керованими
клапанами в лініях вдиху і видиху. У ній знайдуть застосування електромагнітні пристрої, що дозволяють управляти не тільки тимчасовими характеристиками, але й витратою газу.
У простіших апаратах, мабуть, буде переважно застосовуватися схема з керованим електродвигуном і хутром, а також схема з накопичувальної ємністю. У цих моделях перспективно застосування вбудованого акумулятора для забезпечення 20-30 хв роботи апарату після порушення електроживлення.
Як і раніше буде застосовуватися мікропроцесорне управління з використанням сучасної елементної бази і забезпечуватися розбірної дихального контуру. Ще більше
увагу буде приділено спрощенню керування апаратами, в тому числі шляхом використання автоматичної стабілізації заданих оператором характеристик.
Особливо швидко розвиватиметься оснащення апаратів вбудованими і надає моніторами з вимірюванням показників тиску і об'ємних характеристик ШВЛ і з сигналізацією
про вихід основних характеристик вентиляції із заданого діапазону. В апаратах високого класу, мабуть, стане обов'язковим висновок інформації, в тому числі функціональних кривих
на екран.
3.2. Принцип роботи апарату по структурній схемі
Розглянемо принцип роботи апарату за структурною схемою представленою на малюнку 3.1.
Апарат складається з робочого блоку, блоку живлення, блоку управління та додаткового обладнання (зволожувача, блоку дозиметрів, відстійника конденсату), які, за допомогою дихальних шлангів, включаються в дихальний контур.
Дихальний контур апарату нереверсивний, тобто при видиху суміш надходить через трійник пацієнта на клапан видиху.
Так як при видиху у дихальному контурі суміш охолоджується, то передбачений відстійник для збору конденсату.
Робочий блок забезпечує формування газового потоку і складається з повітряного компресора і системи газорозподільних електромагнітних клапанів (клапан вдиху і клапан видиху). Для контролю поточного та середнього значення тиску встановлені два манометра, що показують значення тиску в трійнику пацієнта і середній тиск.
Для вимірювання середнього тиску використовується інтегруюча ланцюг, що складається з пневмосопротівленія і пневмоемкости.
Для запобігання розриву легень, у разі перевищення тиску дихальної суміші вище допустимого передбачений запобіжний клапан, який, якщо тиск вище допустимого, відкривається і підбурює надлишок тиску.
В апараті є можливість регулювати максимальний тиск вдиху від 1 до 6 кПа.
Блок живлення перетворює надходить на нього змінний струм напругою 220В в необхідний для інших пристроїв апарату постійний струм (напругою 5, 9, 12, 27, 36 В), а також здійснює комутаційні функції електроживлення.
Блок управління складається з двох модулів:
- Процесорний модуль;
- Модуль індикації і клавіатури.
Процесорний модуль забезпечує управління режимами роботи апарату, а також здійснює управління роботою зволожувача і системи аварійно-попереджувальної сигналізації.
Модуль індикації та клавіатури забезпечує введення параметрів ШВЛ, вибір режимів ШВЛ і забезпечує відображення встановлених параметрів.
Зволожувач призначений для підігріву та зволоження дихальної суміші.
Зволожувач складається з наступних складових частин:
- Блок підігріву води в ємності зволожувача;
- Блок підігріву дихального газу в шлангу вдиху;
- Блоку датчика температури газу перед трійником пацієнта.
Як дихальної суміші в апараті ШВЛ використовується або атмосферне повітря, або суміш повітря з киснем, або суміш повітря з закисом азоту N 2 О. У ряді випадків при ШВЛ необхідна тривала і стабільна аналгезія. Ефективним засобом є закис азоту, для подання якої передбачений спеціальний ротаметр на дозиметричному блоці.
Блок живлення перетворює надходить на нього змінний струм напругою 220В в необхідний для інших пристроїв апарату постійний струм (напругою 5, 9, 12, 27, 36 В), а також здійснює комутаційні функції електроживлення.
Блок управління складається з двох модулів:
- Процесорний модуль;
- Модуль індикації і клавіатури.
Процесорний модуль забезпечує управління режимами роботи апарату, а також здійснює управління роботою зволожувача і системи аварійно-попереджувальної сигналізації.
Модуль індикації та клавіатури забезпечує введення параметрів ШВЛ, вибір режимів ШВЛ і забезпечує відображення встановлених параметрів.
Зволожувач призначений для підігріву та зволоження дихальної суміші.
Зволожувач складається з наступних складових частин:
- Блок підігріву води в ємності зволожувача;
- Блок підігріву дихального газу в шлангу вдиху;
- Блоку датчика температури газу перед трійником пацієнта.
Як дихальної суміші в апараті ШВЛ використовується або атмосферне повітря, або суміш повітря з киснем, або суміш повітря з закисом азоту N 2 О. У ряді випадків при ШВЛ необхідна тривала і стабільна аналгезія. Ефективним засобом є закис азоту, для подання якої передбачений спеціальний ротаметр на дозиметричному блоці.
Балони з закисом азоту або з киснем підключаються до апарату через блок дозиметрів, що дає можливість регулювати витрати газу.
Блок дозиметрів має два скляних ротаметра: один вимірює потік кисню в діапазоні від 0,2 до 2 л / хв, а другий - від 2 до 10 л / хв. До блоку дозиметрів обов'язково приєднують дихальний мішок.
Компресор створює необхідний тиск вдиху і через клапан вдиху дихальна суміш надходить на зволожувач, де нагрівається до температури тіла людини і зволожується. Якщо цього не робити, то при тривалій вентиляції легень в організмі хворого можуть статися безповоротні патологічні зміни, а також це може призвести до цілого ряду захворювань.
Зволожена і нагріта суміш надходить через трійник пацієнта до хворого. По завершенню циклу вдиху клапан вдиху закривається і відкривається клапан видиху, і тиск в легенях знижується до атмосферного.
Параметри дихання встановлюються і відображуються на блоці управління, а також визначаються програмою управління мікропроцесором і вибраним режимом роботи апарату.
Для контролю, за параметрами дихання використовуються датчик тиску і датчик температури у трійника пацієнта і датчик температури в зволожувачі. Сигнали від датчиків надходять у пристрій сполучення з датчиками, а потім перетворені сигнали видаються в мікропроцесор, розташований у блоці керування.
Мікропроцесор видає сигнали управління, які через схему управління виконавчими пристроями, видаються на відповідні виконавчі пристрої (електропривод компресора, клапан вдиху, клапан видиху нагрівач в зволожувачі і нагрівач в шлангу вдиху).
Блок дозиметрів має два скляних ротаметра: один вимірює потік кисню в діапазоні від 0,2 до 2 л / хв, а другий - від 2 до 10 л / хв. До блоку дозиметрів обов'язково приєднують дихальний мішок.
Компресор створює необхідний тиск вдиху і через клапан вдиху дихальна суміш надходить на зволожувач, де нагрівається до температури тіла людини і зволожується. Якщо цього не робити, то при тривалій вентиляції легень в організмі хворого можуть статися безповоротні патологічні зміни, а також це може призвести до цілого ряду захворювань.
Зволожена і нагріта суміш надходить через трійник пацієнта до хворого. По завершенню циклу вдиху клапан вдиху закривається і відкривається клапан видиху, і тиск в легенях знижується до атмосферного.
Параметри дихання встановлюються і відображуються на блоці управління, а також визначаються програмою управління мікропроцесором і вибраним режимом роботи апарату.
Для контролю, за параметрами дихання використовуються датчик тиску і датчик температури у трійника пацієнта і датчик температури в зволожувачі. Сигнали від датчиків надходять у пристрій сполучення з датчиками, а потім перетворені сигнали видаються в мікропроцесор, розташований у блоці керування.
Мікропроцесор видає сигнали управління, які через схему управління виконавчими пристроями, видаються на відповідні виконавчі пристрої (електропривод компресора, клапан вдиху, клапан видиху нагрівач в зволожувачі і нагрівач в шлангу вдиху).
3.3. Режими роботи апарату
Режим CMV (Control Mecanical Ventilation)-керована штучна вентиляція легенів.
Сутність даного режиму в тому, що під час вдиху в дихальному контурі апарату створюється тиск дихального газу, що перевершує тиск навколишнього середовища, і під впливом різниці тисків газ вдувається в легені пацієнта. При досягненні заданого значення дихального обсягу газу в контурі апарату відбувається перемикання з фази вдиху на видих, при якому тиск в контурі апарату, а отже і в легенях пацієнта, вільно падає до рівня атмосферного.
У цьому режимі заданими величинами є:
• дихальний об'єм;
• частота дихання;
• відношення часу вдиху і видиху.
Зазначені величини встановлюються на апараті лікарем залежно від стану пацієнта.
Режим застосовується в тому випадку, коли пацієнт не в змозі підтримувати власне дихання.
Режим CMV (Control Mecanical Ventilation)-керована штучна вентиляція легенів.
Сутність даного режиму в тому, що під час вдиху в дихальному контурі апарату створюється тиск дихального газу, що перевершує тиск навколишнього середовища, і під впливом різниці тисків газ вдувається в легені пацієнта. При досягненні заданого значення дихального обсягу газу в контурі апарату відбувається перемикання з фази вдиху на видих, при якому тиск в контурі апарату, а отже і в легенях пацієнта, вільно падає до рівня атмосферного.
У цьому режимі заданими величинами є:
• дихальний об'єм;
• частота дихання;
• відношення часу вдиху і видиху.
Зазначені величини встановлюються на апараті лікарем залежно від стану пацієнта.
Режим застосовується в тому випадку, коли пацієнт не в змозі підтримувати власне дихання.
Режим CMV + S (Control Mecanical Ventilation + Sign)-керована штучна вентиляція легень з періодичним роздуванням легенів.
CMV + S є підрежиму класичного режиму CMV і відрізняється від нього тим, що періодично апарат видає подвоєний об'єм вдиху для роздування легень.
Режим SIMV (Sinchronizet Intermittent Mandatory Ventilation) - синхронізована переривчаста примусова вентиляція.
Сутність цього режиму полягає в тому, що при відновленні самостійного дихання хворий може самостійно спонтанно дихати через дихальний контур апарату, проте для підтримки гарантованого обсягу вентиляції апарат періодично залучається до проведення одного "примусового" циклу після декількох циклів спонтанного дихання. Зазначені цикли синхронізовані у часі з вдихами пацієнта за допомогою критичної-го блоку апарату.
Частоту таких включень визначає оператор шляхом установки величини дихального обсягу, часу вдиху і видиху.
Цей режим дозволяє тренувати дихальну мускулатуру пацієнта.
Режим A + CMV (Assistant Control Mecanical Ventilation) - (критичний режим) Допоміжна керована штучна вентиляція легенів.
Цей режим здійснюється за допомогою тригерній пристрою апарата, призначеного для перемикання розподільного пристрою апарату на вдих внаслідок дихального зусилля паці-
CMV + S є підрежиму класичного режиму CMV і відрізняється від нього тим, що періодично апарат видає подвоєний об'єм вдиху для роздування легень.
Режим SIMV (Sinchronizet Intermittent Mandatory Ventilation) - синхронізована переривчаста примусова вентиляція.
Сутність цього режиму полягає в тому, що при відновленні самостійного дихання хворий може самостійно спонтанно дихати через дихальний контур апарату, проте для підтримки гарантованого обсягу вентиляції апарат періодично залучається до проведення одного "примусового" циклу після декількох циклів спонтанного дихання. Зазначені цикли синхронізовані у часі з вдихами пацієнта за допомогою критичної-го блоку апарату.
Частоту таких включень визначає оператор шляхом установки величини дихального обсягу, часу вдиху і видиху.
Цей режим дозволяє тренувати дихальну мускулатуру пацієнта.
Режим A + CMV (Assistant Control Mecanical Ventilation) - (критичний режим) Допоміжна керована штучна вентиляція легенів.
Цей режим здійснюється за допомогою тригерній пристрою апарата, призначеного для перемикання розподільного пристрою апарату на вдих внаслідок дихального зусилля паці-
ента. При проведенні тригерній способу штучної вентиляції легенів слід пам'ятати про регулювання ще одного параметра-часу очікування дихальної спроби.
Регулювання цієї величини введена в тригерні пристрій для того, щоб забезпечити перехід на керований "примусовий" режим вентиляції через певний проміжок часу після того, як у пацієнта припинилося самостійне дихання. Винятково важлива для хворих у важкому несвідомому стані цей захід не має значення для хворих з більш-менш задовільним станом і збереженим свідомістю. У таких хворих при сеансах.
штучної вентиляції легенів час очікування спроби повинно бути встановлено на досить велику величину.
Режим PEEP (Positive and Exspiratory Pressure) - вентиляція з позитивним тиском в кінці видиху.
Це спосіб вентиляції з активним вдихом і пасивним видихом, при якому легені пацієнта під час видиху не спорожняються до функціональної залишкової ємності, а перебувають під певним залишковим позитивним тиском, який виставляє оператор.
Ряд досліджень показав, що штучна вентиляція легень при цьому способі, збільшуючи функціональну залишкову ємність легенів, зменшує ефект передчасного закриття дихальних шляхів, підтримує прохідність повітроносних шляхів, перешкоджає впадання альвеол. Однак РЕЕР небажаний при хронічній обструкції дихальних шляхів, при якій ослаблені
Регулювання цієї величини введена в тригерні пристрій для того, щоб забезпечити перехід на керований "примусовий" режим вентиляції через певний проміжок часу після того, як у пацієнта припинилося самостійне дихання. Винятково важлива для хворих у важкому несвідомому стані цей захід не має значення для хворих з більш-менш задовільним станом і збереженим свідомістю. У таких хворих при сеансах.
штучної вентиляції легенів час очікування спроби повинно бути встановлено на досить велику величину.
Режим PEEP (Positive and Exspiratory Pressure) - вентиляція з позитивним тиском в кінці видиху.
Це спосіб вентиляції з активним вдихом і пасивним видихом, при якому легені пацієнта під час видиху не спорожняються до функціональної залишкової ємності, а перебувають під певним залишковим позитивним тиском, який виставляє оператор.
Ряд досліджень показав, що штучна вентиляція легень при цьому способі, збільшуючи функціональну залишкову ємність легенів, зменшує ефект передчасного закриття дихальних шляхів, підтримує прохідність повітроносних шляхів, перешкоджає впадання альвеол. Однак РЕЕР небажаний при хронічній обструкції дихальних шляхів, при якій ослаблені
дихальні шляхи і альвеоли і без того мають тенденцію до роздування.
Також апарат може працювати і в режимі BiPEEP (Binary Positive End Expiratory Pressure) - режимі штучної вентиляції легенів з періодично змінними параметрами РЕЕР.
I
Режим СРАР (Continuous Positive Airway Pressure) - вентиляція з постійним позитивним тиском у дихальних шляхах.
У цьому режимі здійснюється підтримка власного спонтанного дихання пацієнта постійним позитивним тиском у дихальних шляхах.
Величину постійного позитивного тиску встановлює оператор.
Крім перерахованих апарат забезпечує також наступні режими:
- ВiF (Binary Flow) - допоміжний потік газу;
-SB (Spontaneus Breath) - режим спонтанного дихання пацієнта через апарат.
Режими роботи апарату показані на малюнках 3.2. Та 3.3.
Також апарат може працювати і в режимі BiPEEP (Binary Positive End Expiratory Pressure) - режимі штучної вентиляції легенів з періодично змінними параметрами РЕЕР.
I
Режим СРАР (Continuous Positive Airway Pressure) - вентиляція з постійним позитивним тиском у дихальних шляхах.
У цьому режимі здійснюється підтримка власного спонтанного дихання пацієнта постійним позитивним тиском у дихальних шляхах.
Величину постійного позитивного тиску встановлює оператор.
Крім перерахованих апарат забезпечує також наступні режими:
- ВiF (Binary Flow) - допоміжний потік газу;
-SB (Spontaneus Breath) - режим спонтанного дихання пацієнта через апарат.
Режими роботи апарату показані на малюнках 3.2. Та 3.3.
4. Розробка процесорного модуля
4.1. Алгоритм роботи процесорного модуля
Процесорний модуль забезпечує управління режимами роботи апарату, а також здійснює управління роботою зволожувача і системи аварійно-попереджувальної сигналізації.
Параметри дихання встановлюються і відображуються на блоці управління, а також визначаються програмою управління мікропроцесором і вибраним режимом роботи апарату.
Для контролю за параметрами дихання використовуються датчик тиску і датчик температури у трійника пацієнта і датчик температури в зволожувачі. Сигнали від датчиків надходять у пристрій сполучення з датчиками, а потім перетворені сигнали видаються в мікропроцесор, розташований у блоці керування.
Мікропроцесор видає сигнали управління, які через схему управління виконавчими пристроями, видаються на відповідні виконавчі пристрої (електропривод компресора, клапан вдиху, клапан видиху нагрівач в зволожувачі і нагрівач в шлангу вдиху). Алгоритм роботи процесорного модуля наведений на малюнку 4,1. Робота починається при включенні харчування, спочатку тестується обладнання, а саме: перевіряється ПЗУ, ОЗУ, процесор. Якщо обладнання не справно, то видається повідомлення і апарат зупиняється, якщо тест пройшов успішно, то далі автоматично встановлюються початкові параметри для проведення штучної вентиляції, і в процесі роботи їх можна буде змінювати за допомогою клавіатури блоку управління.
Далі відбувається перевірка, включений або вимкнений режим проведення дезінфекції, якщо включений, то відбувається дезінфекція дихального контуру. При цьому періодично відбувається перевірка.
4.1. Алгоритм роботи процесорного модуля
Процесорний модуль забезпечує управління режимами роботи апарату, а також здійснює управління роботою зволожувача і системи аварійно-попереджувальної сигналізації.
Параметри дихання встановлюються і відображуються на блоці управління, а також визначаються програмою управління мікропроцесором і вибраним режимом роботи апарату.
Для контролю за параметрами дихання використовуються датчик тиску і датчик температури у трійника пацієнта і датчик температури в зволожувачі. Сигнали від датчиків надходять у пристрій сполучення з датчиками, а потім перетворені сигнали видаються в мікропроцесор, розташований у блоці керування.
Мікропроцесор видає сигнали управління, які через схему управління виконавчими пристроями, видаються на відповідні виконавчі пристрої (електропривод компресора, клапан вдиху, клапан видиху нагрівач в зволожувачі і нагрівач в шлангу вдиху). Алгоритм роботи процесорного модуля наведений на малюнку 4,1. Робота починається при включенні харчування, спочатку тестується обладнання, а саме: перевіряється ПЗУ, ОЗУ, процесор. Якщо обладнання не справно, то видається повідомлення і апарат зупиняється, якщо тест пройшов успішно, то далі автоматично встановлюються початкові параметри для проведення штучної вентиляції, і в процесі роботи їх можна буде змінювати за допомогою клавіатури блоку управління.
Далі відбувається перевірка, включений або вимкнений режим проведення дезінфекції, якщо включений, то відбувається дезінфекція дихального контуру. При цьому періодично відбувається перевірка.
минув Чи час відведений на дезінфекцію, якщо час минув, то відбувається зупинка апарату. Якщо режим дезінфекції вимкнений, то починається робочий цикл.
Протягом одного робочого циклу відбувається відпрацювання сигналу що надійшов від натиснутої клавіші, далі перевіряється, минув Чи час вдиху чи ні. Якщо минув, то виробляється сигнал відключення двигуна і відкриття клапана видиху, інакше, сигнал включення двигуна і закриття клапана видиху. Потім відбувається видача параметрів на індикацію,
Потім перевіряється чи включений зволожувач, якщо включений, то перевіряється температура зволоженою дихальної суміші в зволожувачі і в трійнику пацієнта. Якщо температура вище нормальної, го надходить команда відключити нагрівач, при підвищенні температури вище 40 ° С спрацьовує аварійна сигналізація. Коли температура нижче нормальної, то надходить команда включити нагрівач.
Далі виконується перевірка тиску в дихальному контурі, при відхиленні тиску вдиху більш ніж на 30% від встановленого значення спрацьовує аварійна сигналізація. Після виконання перерахованих вище дій починається новий цикл.
4.2. Електрична схема процесорного модуля
Процесорний модуль виконаний на основі восьмирозрядний однокристальної мікроЕОМ (ОМЕВМ) сімейства МК51. Через чотири програмованих порту введення / висновку він взаємодіє з середовищем в стандарті ТТЛ-схем з трьома станами виходу. ОМЕВМ КР1816ВЕ51 може використовувати до 64 Кбайт зовнішньої постійної або перепрограммируемой пам'яті. У модулі процесорному в якості зовнішньої пам'яті використовується мікросхема К573РФ6 з об'ємом пам'яті 8 Кбайт. Ця мікросхема відноситься до
Протягом одного робочого циклу відбувається відпрацювання сигналу що надійшов від натиснутої клавіші, далі перевіряється, минув Чи час вдиху чи ні. Якщо минув, то виробляється сигнал відключення двигуна і відкриття клапана видиху, інакше, сигнал включення двигуна і закриття клапана видиху. Потім відбувається видача параметрів на індикацію,
Потім перевіряється чи включений зволожувач, якщо включений, то перевіряється температура зволоженою дихальної суміші в зволожувачі і в трійнику пацієнта. Якщо температура вище нормальної, го надходить команда відключити нагрівач, при підвищенні температури вище 40 ° С спрацьовує аварійна сигналізація. Коли температура нижче нормальної, то надходить команда включити нагрівач.
Далі виконується перевірка тиску в дихальному контурі, при відхиленні тиску вдиху більш ніж на 30% від встановленого значення спрацьовує аварійна сигналізація. Після виконання перерахованих вище дій починається новий цикл.
4.2. Електрична схема процесорного модуля
Процесорний модуль виконаний на основі восьмирозрядний однокристальної мікроЕОМ (ОМЕВМ) сімейства МК51. Через чотири програмованих порту введення / висновку він взаємодіє з середовищем в стандарті ТТЛ-схем з трьома станами виходу. ОМЕВМ КР1816ВЕ51 може використовувати до 64 Кбайт зовнішньої постійної або перепрограммируемой пам'яті. У модулі процесорному в якості зовнішньої пам'яті використовується мікросхема К573РФ6 з об'ємом пам'яті 8 Кбайт. Ця мікросхема відноситься до
групі РПЗУ-УФ стирання інформації якої проводиться джерелом УФ-випромінювання.
ОМЕВМ КР1816ВЕ51 містить вбудоване ОЗУ пам'яті даних ємністю 128 байт, а для розширення загального обсягу оперативної пам'яті даних використовується мікросхема КР537РУ10 з об'ємом пам'яті 2 Кбайта. Пам'ять даних призначена для прийому, зберігання та видачі інформації в процесі виконання програми.
Зв'язок із засобами розширення здійснюється через системну магістраль утворену лініями порту Р0 (шина адресу / дані), порту Р2 (старша частина адреси), сигналами АLЕ (строб фіксації адреси),
Р5ЕК (строб читання пам'яті програми), а також порту РЗ. Лінії порту РЗ використовується для послідовного введення-виведення (РЗ.О., Р3.1), введення запиту на переривання (Р 3.3.), Управління циклами обміну (Р3.6, Р3.7).
При зверненні до зовнішньої пам'яті даних (КР537РУ10) формується восьмирозрядний адресу, що видається через порт РВ ОМЕВМ. Можливе формування шестнадцатіразрядного адреси, молодший байт якого видається через порт РВ, а старший - видається через порт Р2. Байт адреси, що видається через порт РВ фіксується в зовнішньому регістрі (мікросхема ВГ34 КР1533ІР22) по негативному фронті сигналу АЬЕ, тому що надалі лінії порту РВ використовуються як шина даних, через яку байт даних приймається з пам'яті (ОВ8 КР537РУ10) при читанні або видається в пам'ять даних при записі. При цьому сигнал читання стробирующий сигналом ОМЕВМ КГ), а запис - сигналом ОМЕВМ РУК. При роботі з внутрішньою пам'яттю
ОМЕВМ КР1816ВЕ51 містить вбудоване ОЗУ пам'яті даних ємністю 128 байт, а для розширення загального обсягу оперативної пам'яті даних використовується мікросхема КР537РУ10 з об'ємом пам'яті 2 Кбайта. Пам'ять даних призначена для прийому, зберігання та видачі інформації в процесі виконання програми.
Зв'язок із засобами розширення здійснюється через системну магістраль утворену лініями порту Р0 (шина адресу / дані), порту Р2 (старша частина адреси), сигналами АLЕ (строб фіксації адреси),
Р5ЕК (строб читання пам'яті програми), а також порту РЗ. Лінії порту РЗ використовується для послідовного введення-виведення (РЗ.О., Р3.1), введення запиту на переривання (Р 3.3.), Управління циклами обміну (Р3.6, Р3.7).
При зверненні до зовнішньої пам'яті даних (КР537РУ10) формується восьмирозрядний адресу, що видається через порт РВ ОМЕВМ. Можливе формування шестнадцатіразрядного адреси, молодший байт якого видається через порт РВ, а старший - видається через порт Р2. Байт адреси, що видається через порт РВ фіксується в зовнішньому регістрі (мікросхема ВГ34 КР1533ІР22) по негативному фронті сигналу АЬЕ, тому що надалі лінії порту РВ використовуються як шина даних, через яку байт даних приймається з пам'яті (ОВ8 КР537РУ10) при читанні або видається в пам'ять даних при записі. При цьому сигнал читання стробирующий сигналом ОМЕВМ КГ), а запис - сигналом ОМЕВМ РУК. При роботі з внутрішньою пам'яттю
сигнали КО та № К не формуються.
Пам'ять програм призначена для зберігання програм і має окреме від пам'яті даних адресний простір об'ємом до 64 Кбайт. Пам'ять програм розташована на мікросхемі К573РФ6 ємністю 8 Кбайт. Читання ич зовнішньої пам'яті ппогпямм ГПП ° Л птпобігтуетоя оігняттпм ОМЕВМ
Пам'ять програм призначена для зберігання програм і має окреме від пам'яті даних адресний простір об'ємом до 64 Кбайт. Пам'ять програм розташована на мікросхемі К573РФ6 ємністю 8 Кбайт. Читання ич зовнішньої пам'яті ппогпямм ГПП ° Л птпобігтуетоя оігняттпм ОМЕВМ
Р8ЕИ. При зверненні до зовнішньої пам'яті програм завжди формується шестнадцатіразрядний адресу, молодший байт якого видається через порт РВ, а старший - через порт Р2. При цьому байт адреси видається через порт РВ фіксується в зовнішньому регістрі (ВВ4) по негативному фронті сигналу АЬЕ, тому що надалі лінії порту РВ використовуються як шина даних, по якій байт із зовнішньої пам'яті програм вводиться в ОМЕВМ .. Коли молодший байт адреси знаходиться на виходах порту РВ, сигнал АЬЕ защелкивает його в адресному регістрі (ВВ4). Старший байт адреси знаходиться на виходах порту Р2 протягом всього часу звернення до ППЗУ (ВВ9). Сигнал
Іржа "дозволяє вибірку байта з ППЗУ, після чого вибраний байт надходить на порт РВ і вводиться в ОМЕВМ (ВВ2).
Дешифратор ВВ5 (КР1533ІД7) виробляє сигнали звернення до зовнішніх пристроїв.
Сигнали:
АА-вибірка зовнішньої пам'яті даних
АОС-вибірка АЦП ВА7 К572ПВ4
АЕ-вибірка контролера клавіатури і індикації ВВЗ (КР580ВВ79А)
АР-вибірка порту вию (КР580ВВ55А)
Мікросхеми ВВ1 (К1102ЛП1) і ВВ6 (К1102АП15) виконують роль буфера, призначеного для узгодження сигналів послідовного інтерфейсу при організації введення-виведення послідовних потоків інформації із зовнішніми пристроями.
На мікросхемі ВВ11 зібрано пристрій формування сигналу скидання (КЕ8ЕТ) при включенні живлення процесорного модуля.
Через порт ВВ10 (КР580ВВ55А) відбувається обмін інформацією ОМЕВМ із зовнішніми пристроями. КР580ВВ55А представляє з себе однокристальної програмований пристрій введення / швода паралельної
Іржа "дозволяє вибірку байта з ППЗУ, після чого вибраний байт надходить на порт РВ і вводиться в ОМЕВМ (ВВ2).
Дешифратор ВВ5 (КР1533ІД7) виробляє сигнали звернення до зовнішніх пристроїв.
Сигнали:
АА-вибірка зовнішньої пам'яті даних
АОС-вибірка АЦП ВА7 К572ПВ4
АЕ-вибірка контролера клавіатури і індикації ВВЗ (КР580ВВ79А)
АР-вибірка порту вию (КР580ВВ55А)
Мікросхеми ВВ1 (К1102ЛП1) і ВВ6 (К1102АП15) виконують роль буфера, призначеного для узгодження сигналів послідовного інтерфейсу при організації введення-виведення послідовних потоків інформації із зовнішніми пристроями.
На мікросхемі ВВ11 зібрано пристрій формування сигналу скидання (КЕ8ЕТ) при включенні живлення процесорного модуля.
Через порт ВВ10 (КР580ВВ55А) відбувається обмін інформацією ОМЕВМ із зовнішніми пристроями. КР580ВВ55А представляє з себе однокристальної програмований пристрій введення / швода паралельної
інформації. До порту А вию підключений цифроаналоговий перетворювач (ДАВ), побудований на мікросхемі ВА1 (К572ПА1), яка представляє з себе десятирозрядний перетворювач двійкового коду в струм, який під управлінням ОМЕВМ виробляє аналоговий сигнал. Цей сигнал через пристрій вибірки й зберігання управляє виконавчими механізмами підключаються до блоку керування. Через порт З ВВ10 приймаються сигнали переривання, а через порт В відбувається обмін інформацією (8 розрядів) з зовнішніми пристроями,
Аналогово-цифровий перетворювач (АЦП) ^ А7 (К572ПВ4) перетворює сигнал з зовнішніх датчиків в код (8 розрядів) і передає його на ОМЕВМ.
Програмований інтерфейс клавіатури і індикації ОВЗ (КР580ВВ79) призначений для реалізації обміну інформацією між ОМЕВМ і матрицею клавіш і індикацією. Клавіатура сканується кодом з виходів інтерфейсу 80 ... 83 і приймає інформацію про самій клавіші на входу К. ЕТО ... К.ЕТ7.Код кожної клавіші передається по шині даних інтерфейсу на ОМЕВМ. Інтерфейс забезпечує роботу індикації в динамічному режимі. Інформація на індикатори подається з виходів В8РАО ... В8РАЗ і В8РВО ... В8РВЗ.
4.3. Розробка системи пам'яті процесорного модуля 4.3.1. Загальна характеристика мікросхем пам'яті
Компактна мікроелектронна пам'ять знаходить широке застосування в самих різних за призначенням електронних пристроях. Поняття "пам'ять" пов'язується з ЕОМ і визначається, як її функціональна частина, призначена для запису, зберігання та видачі даних.
Мікросхема пам'яті містить виконані в одному напівпровідниковому кристалі матрицю накопичувач, що представляє собою сово-
Аналогово-цифровий перетворювач (АЦП) ^ А7 (К572ПВ4) перетворює сигнал з зовнішніх датчиків в код (8 розрядів) і передає його на ОМЕВМ.
Програмований інтерфейс клавіатури і індикації ОВЗ (КР580ВВ79) призначений для реалізації обміну інформацією між ОМЕВМ і матрицею клавіш і індикацією. Клавіатура сканується кодом з виходів інтерфейсу 80 ... 83 і приймає інформацію про самій клавіші на входу К. ЕТО ... К.ЕТ7.Код кожної клавіші передається по шині даних інтерфейсу на ОМЕВМ. Інтерфейс забезпечує роботу індикації в динамічному режимі. Інформація на індикатори подається з виходів В8РАО ... В8РАЗ і В8РВО ... В8РВЗ.
4.3. Розробка системи пам'яті процесорного модуля 4.3.1. Загальна характеристика мікросхем пам'яті
Компактна мікроелектронна пам'ять знаходить широке застосування в самих різних за призначенням електронних пристроях. Поняття "пам'ять" пов'язується з ЕОМ і визначається, як її функціональна частина, призначена для запису, зберігання та видачі даних.
Мікросхема пам'яті містить виконані в одному напівпровідниковому кристалі матрицю накопичувач, що представляє собою сово-
купность елементів пам'яті, і функціональні вузли, необхідні для управління матрицею-накопичувачем, посилення сигналів під час запису і зчитуванні, забезпечення режиму синхронізації.
За призначенням мікросхеми пам'яті ділять на дві групи: для оперативних запам'ятовуючих пристроїв (ОЗП) і для постійних запам'ятовуючих пристроїв (ПЗУ). Оперативні запам'ятовувальні пристрої призначені для зберігання змінної інформації: програм і чисел, необхідних для поточних розрахунків. Такі ЗУ дозволяють у ході виконання програм замінювати стару інформацію новою. За способом зберігання інформації ОЗУ поділяють на статичні та динамічні. Статичні ОЗП, елементами пам'яті в яких є тригери, здатні зберігати інформацію необмежений час, за умови, що є напруга живлення. Динамічні ОЗУ, роль елементів пам'яті в яких виконують конденсатори, для збереження записаної інформації потребують її періодичної перезапису. Обидва типи ОЗП є енергозалежними, при виключенні живлення інформація руйнується.
Постійні ЗУ призначені для зберігання постійної інформації: підпрограм, констант і т.п. Такі ЗУ працюють тільки в режимі багаторазового зчитування. За способом програмування, тобто занесений-
*-
ня інформації, ПЗУ поділяють на масочний (замовні), програмовані користувачем (ППЗУ) і репрограмміруемие (РПЗУ). Перші два різновиди ПЗУ програмують одноразово, і вони не допускають подальшої зміни занесеної інформації. По пристрою накопичувача ПЗУ істотно відрізняються від ОЗУ, перш за все тим, що місце елементів пам'яті в накопичувачі ПЗУ займають перемички між шинами у вигляді плівкових провідників, діодів або транзисторів. Наявність перемички відповідає 1, її відсутність - 0, або навпаки, якщо виходи інверсні.
За призначенням мікросхеми пам'яті ділять на дві групи: для оперативних запам'ятовуючих пристроїв (ОЗП) і для постійних запам'ятовуючих пристроїв (ПЗУ). Оперативні запам'ятовувальні пристрої призначені для зберігання змінної інформації: програм і чисел, необхідних для поточних розрахунків. Такі ЗУ дозволяють у ході виконання програм замінювати стару інформацію новою. За способом зберігання інформації ОЗУ поділяють на статичні та динамічні. Статичні ОЗП, елементами пам'яті в яких є тригери, здатні зберігати інформацію необмежений час, за умови, що є напруга живлення. Динамічні ОЗУ, роль елементів пам'яті в яких виконують конденсатори, для збереження записаної інформації потребують її періодичної перезапису. Обидва типи ОЗП є енергозалежними, при виключенні живлення інформація руйнується.
Постійні ЗУ призначені для зберігання постійної інформації: підпрограм, констант і т.п. Такі ЗУ працюють тільки в режимі багаторазового зчитування. За способом програмування, тобто занесений-
*-
ня інформації, ПЗУ поділяють на масочний (замовні), програмовані користувачем (ППЗУ) і репрограмміруемие (РПЗУ). Перші два різновиди ПЗУ програмують одноразово, і вони не допускають подальшої зміни занесеної інформації. По пристрою накопичувача ПЗУ істотно відрізняються від ОЗУ, перш за все тим, що місце елементів пам'яті в накопичувачі ПЗУ займають перемички між шинами у вигляді плівкових провідників, діодів або транзисторів. Наявність перемички відповідає 1, її відсутність - 0, або навпаки, якщо виходи інверсні.
Репрограммірувмте ПЗУ дооуокагох пводпократттое
свого вмісту. Перепрограмування виробляють за допомогою спеціально передбачених у структурі РПЗУ функціональних вузлів. Елементом пам'яті в РПЗУ є польовий транзистор зі структурою багато хто чи МОП з плаваючим затвором, нерідко званий МОП транзистором з лавинної інжекцією заряду. Тут буде доречним нагадати про те, що ці транзистори під впливом програмують напруги здатні запасати електричний заряд під затвором і зберігати його там багато тисяч годин без напруги живлення. Зазначений заряд змінює порогову напругу транзистора: воно стає менше того значення яке має транзистор без заряду під затвором. На цю властивість і заснована можливість програмування матриці РПЗУ. Однак час програмування досить значне, що робить практично неможливим використання РПЗУ в якості ОЗУ,
Для перепрограмування такого ПЗУ необхідно попередньо стерти наявну інформацію. Цю операцію здійснюють по-різному: у РПЗУ на багато хто транзисторах стирання проводить електричний сигнал, який витісняє накопичений під затвором заряд: у РПЗУ на Львiвському iзоляторному-МОП транзисторах цю функцію виконує ультрафіолетове випромінювання, яке опромінює кристал через спеціально передбачене в корпусі вікно.
Основні функціональні характеристики мікросхем пам'яті - інформаційна ємність, розрядність, швидкодію, споживана потужність.
Т / Г Т
дяться в накопичувачі одиниць інформації - біт. Для характеристики інформаційної ємності нерідко використовують більші одиниці: байт, Кбайт.
свого вмісту. Перепрограмування виробляють за допомогою спеціально передбачених у структурі РПЗУ функціональних вузлів. Елементом пам'яті в РПЗУ є польовий транзистор зі структурою багато хто чи МОП з плаваючим затвором, нерідко званий МОП транзистором з лавинної інжекцією заряду. Тут буде доречним нагадати про те, що ці транзистори під впливом програмують напруги здатні запасати електричний заряд під затвором і зберігати його там багато тисяч годин без напруги живлення. Зазначений заряд змінює порогову напругу транзистора: воно стає менше того значення яке має транзистор без заряду під затвором. На цю властивість і заснована можливість програмування матриці РПЗУ. Однак час програмування досить значне, що робить практично неможливим використання РПЗУ в якості ОЗУ,
Для перепрограмування такого ПЗУ необхідно попередньо стерти наявну інформацію. Цю операцію здійснюють по-різному: у РПЗУ на багато хто транзисторах стирання проводить електричний сигнал, який витісняє накопичений під затвором заряд: у РПЗУ на Львiвському iзоляторному-МОП транзисторах цю функцію виконує ультрафіолетове випромінювання, яке опромінює кристал через спеціально передбачене в корпусі вікно.
Основні функціональні характеристики мікросхем пам'яті - інформаційна ємність, розрядність, швидкодію, споживана потужність.
Т / Г Т
дяться в накопичувачі одиниць інформації - біт. Для характеристики інформаційної ємності нерідко використовують більші одиниці: байт, Кбайт.
Розрядність визначається кількістю двійкових символів, тобто розрядів, в запоминаемом слові. Під "словом" розуміється сукупність нулів та одиниць.
Розрядність коду адреси т і інформаційна ємність М мікросхеми пам'яті пов'язані співвідношенням: М = 2 й • • Багато мікросхеми пам'яті мають по кілька входів і виходів і дозволяють записувати і зчитувати інформацію словами. Сукупність елементів пам'яті в накопичувачі, в яких розміщується слово, називають осередком пам'яті. Кількість елементів пам'яті в комірці пам'яті визначається кількістю входів (виходів). Кожна комірка пам'яті має свою адресу і для звернення до неї необхідно на адресні входи мікросхеми подати код адреси цього осередку пам'яті. Інформаційна ємність мікросхеми зі словникової організацією дорівнює 2 "х N, де N-розрядність комірки пам'яті.
Швидкодія кількісно характеризується кількома часовими параметрами, серед яких можна виділити як узагальнюючого параметра час циклу запису (зчитування), що відраховується від моменту надходження коду адреси до завершення всіх процесів в ІС під час запису (зчитуванні) інформації. У статичних ОЗУ час циклу зчитування практично дорівнює часу вибірки адреси, яке визначається затримкою вихідного сигналу щодо моменту надходження коду адреси. У динамічних ОЗП час циклу зчитування більше часу вибірки адреси, тому що після завершення зчитування необхідно деякий час на встановлення функціональних вузлів в початковий стан.
Динамічні параметри характеризують часові процеси в мікросхемах пам'яті при записі, зчитуванні, регенерації, програмування. У систему динамічних параметрів включають тривалість сигналів і пауз між ними, взаємний зсув між сигналами під
Розрядність коду адреси т і інформаційна ємність М мікросхеми пам'яті пов'язані співвідношенням: М = 2 й • • Багато мікросхеми пам'яті мають по кілька входів і виходів і дозволяють записувати і зчитувати інформацію словами. Сукупність елементів пам'яті в накопичувачі, в яких розміщується слово, називають осередком пам'яті. Кількість елементів пам'яті в комірці пам'яті визначається кількістю входів (виходів). Кожна комірка пам'яті має свою адресу і для звернення до неї необхідно на адресні входи мікросхеми подати код адреси цього осередку пам'яті. Інформаційна ємність мікросхеми зі словникової організацією дорівнює 2 "х N, де N-розрядність комірки пам'яті.
Швидкодія кількісно характеризується кількома часовими параметрами, серед яких можна виділити як узагальнюючого параметра час циклу запису (зчитування), що відраховується від моменту надходження коду адреси до завершення всіх процесів в ІС під час запису (зчитуванні) інформації. У статичних ОЗУ час циклу зчитування практично дорівнює часу вибірки адреси, яке визначається затримкою вихідного сигналу щодо моменту надходження коду адреси. У динамічних ОЗП час циклу зчитування більше часу вибірки адреси, тому що після завершення зчитування необхідно деякий час на встановлення функціональних вузлів в початковий стан.
Динамічні параметри характеризують часові процеси в мікросхемах пам'яті при записі, зчитуванні, регенерації, програмування. У систему динамічних параметрів включають тривалість сигналів і пауз між ними, взаємний зсув між сигналами під
часу, який необхідний для сталої роботи мікросхем.
Все різноманіття цих параметрів можна систематизувати, об'єднавши їх наступні групи: параметри характеризують тривалість сигналів; параметри характеризують взаємний зсув сигналів у часі: час встановлення одного сигналу про іншого, час утримання одного сигналу про іншого, час збереження одного сигналу після другого. Час встановлення - визначається, як інтервал часу між початками двох сигналів на різних входах мікросхеми. Час утримання - визначається, як інтервал часу між початком одного і закінченням іншого сигналу на різних входах мікросхеми. Час збереження - визначається, як інтервал часу між закінченнями двох сигналів на різних входах мікросхеми. Час циклу - інтервал часу між початками (закінченнями) сигналів на адресних або з керуючих входів, у перебігу якого мікросхема виконує функцію запису або зчитування. Час вибірки - інтервал часу між подачею на вхід мікросхеми заданого сигналу, наприклад сигналів адреси, і отриманням на виході зчитувальних даних.
Споживана потужність може істотно відрізнятися при зберіганні і при зверненні, тому в таких випадках наводять два значення цього параметра.
4.3.3. Вибір мікросхем пам'яті
Пам'ять визначають, як функціональну частину ЕОМ, призначену для запису, зберігання і видачі команд і оброблюваних даних. Комплекс технічних засобів, що реалізують функцію пам'яті, називають запам'ятовуючим пристроєм.
Все різноманіття цих параметрів можна систематизувати, об'єднавши їх наступні групи: параметри характеризують тривалість сигналів; параметри характеризують взаємний зсув сигналів у часі: час встановлення одного сигналу про іншого, час утримання одного сигналу про іншого, час збереження одного сигналу після другого. Час встановлення - визначається, як інтервал часу між початками двох сигналів на різних входах мікросхеми. Час утримання - визначається, як інтервал часу між початком одного і закінченням іншого сигналу на різних входах мікросхеми. Час збереження - визначається, як інтервал часу між закінченнями двох сигналів на різних входах мікросхеми. Час циклу - інтервал часу між початками (закінченнями) сигналів на адресних або з керуючих входів, у перебігу якого мікросхема виконує функцію запису або зчитування. Час вибірки - інтервал часу між подачею на вхід мікросхеми заданого сигналу, наприклад сигналів адреси, і отриманням на виході зчитувальних даних.
Споживана потужність може істотно відрізнятися при зберіганні і при зверненні, тому в таких випадках наводять два значення цього параметра.
4.3.3. Вибір мікросхем пам'яті
Пам'ять визначають, як функціональну частину ЕОМ, призначену для запису, зберігання і видачі команд і оброблюваних даних. Комплекс технічних засобів, що реалізують функцію пам'яті, називають запам'ятовуючим пристроєм.
Для забезпечення роботи мікропроцесора необхідна програма, тобто послідовність команд і дані над якими процесор виробляє приписувані командами операції. Основна пам'ять складається з ЗУ двох видів ОЗУ і ПЗУ.
ОМЕВМ КР1816ВЕ51 може використовувати до 64 Кбайт зовнішньої постійної або перепрограммируемой пам'яті програм. Для постійного зберігання інформації, необхідної для роботи процесорного модуля потрібно трохи менше 8 Кбайт. Щоб зберігалася можливість самостійного програмування та внесення змін у вміст постійної пам'яті у вигляді перепрограмування, потрібно вибирати мікросхему РПЗУ.
Випускаються ІС РПЗУ прийнято розділяти на два класи за способом програмування: ІС з режимом запису і стирання електричними сигналами і ІС із записом електричними сигналами й стиранням ультрафіолетовим випромінюванням.
Основні вимоги пред'являються до ПЗУ процесорного блоку: РПЗУ УФ, ємність 8 Кбайт, 8 розрядів, напруга живлення 5В, мінімальний час зчитування.
Таблиця 4.1. Основні параметри мікросхем серії К573
Виберемо мікросхему із серії К573РФ використовуючи таблицю 4.1., В якій наведено основні параметри мікросхем цієї серії.
Наведеним вище вимогам задовольняє мікросхема К573РФ6, яку виберемо як мікросхеми ПЗУ процесорного модуля.
Висновки мікросхеми:
ОМЕВМ КР1816ВЕ51 може використовувати до 64 Кбайт зовнішньої постійної або перепрограммируемой пам'яті програм. Для постійного зберігання інформації, необхідної для роботи процесорного модуля потрібно трохи менше 8 Кбайт. Щоб зберігалася можливість самостійного програмування та внесення змін у вміст постійної пам'яті у вигляді перепрограмування, потрібно вибирати мікросхему РПЗУ.
Випускаються ІС РПЗУ прийнято розділяти на два класи за способом програмування: ІС з режимом запису і стирання електричними сигналами і ІС із записом електричними сигналами й стиранням ультрафіолетовим випромінюванням.
Основні вимоги пред'являються до ПЗУ процесорного блоку: РПЗУ УФ, ємність 8 Кбайт, 8 розрядів, напруга живлення 5В, мінімальний час зчитування.
Таблиця 4.1. Основні параметри мікросхем серії К573
| Мікросхема | Ємність | Час зчитування, МКС | Споживана мо-тужністю обраще-ніе/храненіе, мВт | Напруга живлення, В | ||||||
К573РФ1 | 1Кх8 | |||||||||
0,45 | 5 | |||||||||
| 1100 | ||||||||||
| К573РФ2 | 2Кх8 | 0,45 | 580/200 | 5 | ||||||
| К573РФЗ | 4Кх16 | 0,45 | 450/210 | 5 | ||||||
| К573РФ4 | 8Кх8 | 0,3 | 400 | 5 | ||||||
| К573РФ5 | 2Кх8 | 0,45 | 500/150 | 5 | ||||||
| К573РФ6 | 8Кх8 | 0,3 | 870/265 | 5 | ||||||
| К573РФ7 | 32Кх8 | 0,35 | 600/200 | 5 | ||||||
| К573РФ8 | 32Кх8 | 0,45 | 150/15 | 5 | ||||||
| К573РФ10 | 2Кх8 | 0,2 | 150/15 | 5 | ||||||
Наведеним вище вимогам задовольняє мікросхема К573РФ6, яку виберемо як мікросхеми ПЗУ процесорного модуля.
Висновки мікросхеми:
| рис. 4.2. Графічне зображення мікросхеми К573РФ6. |
| АТ | КРШМ | ||
| А1 | • *- »• | ||
| А2 | В1 | - | |
| АЗ | В2 | - | |
| А4 | ВЗ | 1 - | |
| А5 | В4 | ||
| А6 | В5 | ||
| А7 | В6 | , - | |
| А8 | В7 | ||
| А9 | |||
| А10 | |||
| АІ | ОУ | - | |
| А12 | |||
| • С8 | Ір | ||
| 5 | Исс | - |
1-ір
2 - адреса А12
3 - адресу А7
4 - адреса А6
5 - адреса А5
6 - адреса А4
7 - адреса АЗ
8 - адреса А2
9 - адресу А1
10 - адресу АТ
11-вихід ВО
12 - вихід В1
13-вихід В2
14 - загальний
15-вихід ВЗ
16 - вихід В4
17 - вихід В5
18-вихід В6
19 - вихід, Р7
20-вхід С8
21-адреса А10
22 - ОЕ
23 - адреса А11
24 - адреса А9
25 - адреса А8
26-вільний
27-Ж
28 - Осе
Режими роботи К573РФ6 наведені у таблиці 4.2. Таблиця 4.2. Таблиця істинності К573РФ6
Для стирання записаної інформації мікросхему потрібно витягти з контактного пристрою, замкнути всі її висновки смужкою фольги і помістити під джерело УФ освітлення, забезпечивши її обдув. Проте стирання можна зробити, не витягуючи мікросхему з контактного пристрою, але тоді потрібно відключити напругу живлення і сигнали. Типові джерела стираючого випромінювання - дугові ртутні лампи і лампи з парами ртуті у кварцових балонах: ДРТ-220, ДБ-8 та ін Випромінювання проникає до кристалу 'РПЗУ через прозоре вікно в кришці корпусу. Час стирання 30 ... 60 хвилин.
Для запобігання від випадкового стирання інформації вікно в кришці корпусу закривається спеціальною плівкою.
ОМЕВМ КР1816ВЕ51 містить вбудоване ОЗУ пам'яті даних ємністю 128 байт, а для розширення загального обсягу оперативної пам'яті необхідна додаткова мікросхема зовнішнього ОЗУ з об'ємом пам'яті 2 Кбайта. ОЗУ служить для тимчасового зберігання значень робочих змінних і параметрів. Пам'ять даних призначена для прийому, зберігання та видачі інформації в процесі виконання програми.
Основні вимоги пред'являються до мікросхеми зовнішнього ОЗУ: напруга живлення 5В, ємність 2 Кбайта, словникова організація, рівні ТТЛ вхідних і вихідних сигналів, невелика споживана
| A | CS | OE | РК | Up | Ucc | |
| Зберігання | X | Uн | X | X | Ucc | +5 В |
| Зчитування | А | ТЛ | 1Л | Ш | Усе | +5 В |
| Контроль запису | А | 1Л | 1Л | Ш | + 19В | +5 В |
| Запис слова | А | Ш | Ш | ш | +19 У | +5 В |
Для запобігання від випадкового стирання інформації вікно в кришці корпусу закривається спеціальною плівкою.
ОМЕВМ КР1816ВЕ51 містить вбудоване ОЗУ пам'яті даних ємністю 128 байт, а для розширення загального обсягу оперативної пам'яті необхідна додаткова мікросхема зовнішнього ОЗУ з об'ємом пам'яті 2 Кбайта. ОЗУ служить для тимчасового зберігання значень робочих змінних і параметрів. Пам'ять даних призначена для прийому, зберігання та видачі інформації в процесі виконання програми.
Основні вимоги пред'являються до мікросхеми зовнішнього ОЗУ: напруга живлення 5В, ємність 2 Кбайта, словникова організація, рівні ТТЛ вхідних і вихідних сигналів, невелика споживана
потужність, здатність тривалий час зберігати інформацію при зниженій напрузі харчування.
Найбільш повно цим вимогам задовольняє серія КМДП-мікросхем пам'яті КР537. Значне число мікросхем серії має словникову організацію: КР537РУ8, КР537РУ9, КР537РУ10, КР537РУ13, КР537РУ17. Ці мікросхеми допускають запис (зчитування) чотирирозрядний (КР537РУ13) і восьмирозрядним словами (інші мікросхеми). Нас цікавлять восьмирозрядних мікросхеми. Параметри цих мікросхем наведені в таблиці 4.3.
Найбільш повно цим вимогам задовольняє серія КМДП-мікросхем пам'яті КР537. Значне число мікросхем серії має словникову організацію: КР537РУ8, КР537РУ9, КР537РУ10, КР537РУ13, КР537РУ17. Ці мікросхеми допускають запис (зчитування) чотирирозрядний (КР537РУ13) і восьмирозрядним словами (інші мікросхеми). Нас цікавлять восьмирозрядних мікросхеми. Параметри цих мікросхем наведені в таблиці 4.3.
Таблиця 4.3. Основні параметри мікросхем серії КР537
У таблиці були прийняті наступні позначення: {су-час циклу, {С8-час вибірки, 18у (а-С8) - час встановлення сигналу С8 щодо сигналів адреси, 1Ш (С8) - тривалість сигналу С8.
Таблиця 4.4. Характеристики мікросхем К537 в режимі зберігання
| Ємність, біт | 1су, не | {С8, НС | 18у (а-С8), НС | ГУУ, не | РСЗ мВт | |
| КР537РУ8 | 2Кх8 | 350 | 200 | 70 | 220 | 150 |
| КР537РУ9 | 2Кх8 | 400 | 220 | 20 | 220 | 150 |
| КР537РУ10 | 2Кх8 | 220 | 220 | 30 | 220 | 350 |
| КР537РУ17 | 8Кх8 | 200 | 200 | 20 | 200 | 425 |
Таблиця 4.4. Характеристики мікросхем К537 в режимі зберігання
| Исс, У | РСЗ, мкВт | |
| КР537РУ8 | 5 | 5000 |
| КР537РУ9 | 3,3 | 2000 |
| КР537РУ10 | 2 | 0,6 |
| КР537РУ17 | 2 | 40 |
Використовуючи наведені вище таблиці вибираємо мікросхему КР537РУ10 в якості ОЗУ.
Таблиця 4.5. Таблиця істинності КР537РУ10
рис. 4.3. Графічне зображення мікросхеми КР537РУ10
При зверненні до зовнішньої пам'яті даних формується шістнадцяти-
Таблиця 4.5. Таблиця істинності КР537РУ10
| С8 | СЕО | ш / к | АТ-А10 | |
| Зберігання | 1 | X | X | X |
| Запис | 0 | X | 0 | А |
| Заборона виходу | 0 | 1 | 1 | А |
| Зчитування | 0 | 0 | 1 | А |
| АТ | КАМ | |
| А1 | «*-» • | |
| А2 | ВО | |
| АЗ | О1 | |
| А4 | В2 | |
| - А5 | вз | |
| А6 | В4 | |
| А7 | В5 | |
| А8 | В6 | |
| А9 | в? | |
| А10 | ||
| С8 | ||
| СЕО | ОУ | |
| ^ / К | 5У |
При зверненні до зовнішньої пам'яті даних формується шістнадцяти-
розрядний адреси, молодший байт якого видається через порт РВ, а старший - видається через порт Р2. Байт адреси, що видається через порт РВ потрібно зафіксувати, тому що надалі лінії порту РВ використовуються як шина даних, через яку байт даних приймається з пам'яті при читанні або видається в пам'ять даних при записі.
Для фіксації молодшого байта шестнадцатіразрядного адреси використовуємо зовнішній регістр. У його як використовуємо восьмирозрядний регістр КР1533ІР22. Мікросхеми цієї серії в порівнянні іншими серіями ТТЛ мікросхем володіють мінімальним значенням твори швидкодії на рассеиваемую потужність і призначені для організації високошвидкісного обміну та обробки інформації.
Мікросхема КР1533ІР22 представляє з себе восьмирозрядний регістр на тригерах з засувкою з трьома станами на виході. Застосування виходу з трьома станами і збільшена навантажувальна здатність забезпечує можливість роботи безпосередньо на магістраль в системах з магістральною організацією без додаткових схем інтерфейсу. Саме це дозволяє використовувати КР1533ІР22 як регістр, буферного регістра і т.д.
рис.4.4. Графічне зображення КР1533ІР22
Режими роботи регістра КР1533ІР22 наведені в таблиці істинності 4,6 ..
Для фіксації молодшого байта шестнадцатіразрядного адреси використовуємо зовнішній регістр. У його як використовуємо восьмирозрядний регістр КР1533ІР22. Мікросхеми цієї серії в порівнянні іншими серіями ТТЛ мікросхем володіють мінімальним значенням твори швидкодії на рассеиваемую потужність і призначені для організації високошвидкісного обміну та обробки інформації.
Мікросхема КР1533ІР22 представляє з себе восьмирозрядний регістр на тригерах з засувкою з трьома станами на виході. Застосування виходу з трьома станами і збільшена навантажувальна здатність забезпечує можливість роботи безпосередньо на магістраль в системах з магістральною організацією без додаткових схем інтерфейсу. Саме це дозволяє використовувати КР1533ІР22 як регістр, буферного регістра і т.д.
| В1 | КВ | 01 | - |
| 1) 2 | 02 | - | |
| ВЗ | 03 | - | |
| В4 | 04 | - | |
| В5 | 05 | - | |
| Про | Про | - | |
| В7 | 07 | ||
| В8 | 08 | ||
| З |
Режими роботи регістра КР1533ІР22 наведені в таблиці істинності 4,6 ..
істинності КР1533ІР22
Базовий елемент мікросхеми - По-тригер-спроектований за типом прохідний засувки. При високому рівні напруги на вході будів-бированием інформація проходить із входу на вихід минаючи тригер, звідси висока швидкодія. При подачі напруги низького рівня регістр переходить в режим зберігання. Високий рівень напруги на вході Е7, переводить виходи мікросхеми в високоімпедансний стан.
Байт адреси видається через порт РВ фіксується в зовнішньому регістрі КР1533ІР22 по негативному фронті сигналу АЬЕ подається на вхід С, тому що надалі лінії порту РВ використовуються як шина даних, по якій байт із зовнішньої пам'яті програм вводиться в ОМЕВМ .. Коли молодший байт адреси знаходиться на виходах порту РВ, сигнал АЬЕ защелкивает його в адресному регістрі.
4.3.3. Інтерфейс мікропроцесор-пам'ять
Загальний інтерфейс мікропроцесор-пам'ять має три шини. Шина-це тракт, по якому можна передавати і приймати дані, адреси і сигнали управління, з кожною шиною асоціюються джерело та одержувач. Для шини адреси (ША) джерелом є мікропроцесор, а одержувачем пам'ять. Шина адреси направляється відразу до кількох одержувачам, тому доводиться вирішувати, який із них є при-
| ея | З | О1-В8 | дьдв |
| ь | Н | Н | н |
| 1 | Н | Ь | ь |
| Н | X | X | 2 |
Байт адреси видається через порт РВ фіксується в зовнішньому регістрі КР1533ІР22 по негативному фронті сигналу АЬЕ подається на вхід С, тому що надалі лінії порту РВ використовуються як шина даних, по якій байт із зовнішньої пам'яті програм вводиться в ОМЕВМ .. Коли молодший байт адреси знаходиться на виходах порту РВ, сигнал АЬЕ защелкивает його в адресному регістрі.
4.3.3. Інтерфейс мікропроцесор-пам'ять
Загальний інтерфейс мікропроцесор-пам'ять має три шини. Шина-це тракт, по якому можна передавати і приймати дані, адреси і сигнали управління, з кожною шиною асоціюються джерело та одержувач. Для шини адреси (ША) джерелом є мікропроцесор, а одержувачем пам'ять. Шина адреси направляється відразу до кількох одержувачам, тому доводиться вирішувати, який із них є при-
ляется приймачем інформації, для цієї мети використовується дешифратор. Шина даних у двох напрямках шиною, тобто спрямована
I,
в мікропроцесор і пам'ять. Дані може видавати мікропроцесор, а пам'ять приймати їх (операція запису в пам'ять) або, навпаки, зчитувати! (Операція зчитування з пам'яті),
Однак для ПЗУ шина даних буде односпрямованої, причому ПЗУ служить джерелом, а мікропроцесор одержувачем. А ОЗУ необхідно інформувати, є вона джерелом або одержувачем. Інформація подібного роду передається від МП по шині керування.
рис 4.5. Спрощена структурна схема процесорного модуля.
У мікроконтролерних системах, побудованих на основі КР1816ВЕ51, можливе використання двох типів зовнішньої пам'яті: постійної пам'яті програм і оперативної пам'яті даних. Електрична схема, на якій показано зв'язок між мікропроцесором і системою пам'яті наведена на рис. 4.6.
При зверненні до зовнішньої пам'яті даних (КР537РУ10) формується восьмирозрядний адресу, що видається через порт РВ ОМЕВМ. Можливе формування шестнадцатіразрядного адреси, молодший байт якого видається через порт РВ, а старший - видається через порт Р2, Байт адреси, що видається через порт РВ фіксується в зовнішньому регістрі (мікросхема ^ ^ 4 КР1533ІР22) по негативному фронті сигналу АЬЕ, тому що надалі лінії порту РВ використовуються як шина даних, через яку байт даних приймається з пам'яті (ВВ8 КР537РУ10) при читанні або видається в пам'ять даних при записі. При цьому сигнал читання стробирующий сигналом ОМЕВМ
КВ, а запис - сигналом ОМЕВМ РК. При роботі з внутрішньою пам'яттю
I,
в мікропроцесор і пам'ять. Дані може видавати мікропроцесор, а пам'ять приймати їх (операція запису в пам'ять) або, навпаки, зчитувати! (Операція зчитування з пам'яті),
Однак для ПЗУ шина даних буде односпрямованої, причому ПЗУ служить джерелом, а мікропроцесор одержувачем. А ОЗУ необхідно інформувати, є вона джерелом або одержувачем. Інформація подібного роду передається від МП по шині керування.
| Система введення-виведення | Мікропроцесор | Система пам'яті | ||
У мікроконтролерних системах, побудованих на основі КР1816ВЕ51, можливе використання двох типів зовнішньої пам'яті: постійної пам'яті програм і оперативної пам'яті даних. Електрична схема, на якій показано зв'язок між мікропроцесором і системою пам'яті наведена на рис. 4.6.
При зверненні до зовнішньої пам'яті даних (КР537РУ10) формується восьмирозрядний адресу, що видається через порт РВ ОМЕВМ. Можливе формування шестнадцатіразрядного адреси, молодший байт якого видається через порт РВ, а старший - видається через порт Р2, Байт адреси, що видається через порт РВ фіксується в зовнішньому регістрі (мікросхема ^ ^ 4 КР1533ІР22) по негативному фронті сигналу АЬЕ, тому що надалі лінії порту РВ використовуються як шина даних, через яку байт даних приймається з пам'яті (ВВ8 КР537РУ10) при читанні або видається в пам'ять даних при записі. При цьому сигнал читання стробирующий сигналом ОМЕВМ
КВ, а запис - сигналом ОМЕВМ РК. При роботі з внутрішньою пам'яттю
сигнали КБ і ~ № К не формуються.
Пам'ять програм розташована на мікросхемі К573РФ6 ємністю 8 Кбайт. Читання з зовнішньої пам'яті програм (ВВ9) стробирующий сигналом
ОМЕВМ Р8ЕN. При зверненні до зовнішньої пам'яті програм завжди формується шестнадцатіразрядний адресу, молодший байт якого видається через порт РВ, а старший - через порт Р2. При цьому байт адреси видається через порт РВ фіксується в зовнішньому регістрі (^ ^ 4) по негативному фронті сигналу АЬЕ, тому що надалі лінії порту РВ використовуються як шина даних, по якій байт із зовнішньої пам'яті програм вводиться в ОМЕВМ .. Коли молодший байт адреси знаходиться на виходах порту РВ, сигнал АЬЕ защелкивает його в адресному регістрі (ОО) 4). Старший байт адреси знаходиться на виходах порту Р2 протягом всього часу звернення до ППЗУ
(ВВ9). Сигнал Р8ЕИ дозволяє вибірку байта з ППЗУ, після чого вибраний байт надходить на порт РВ і вводиться в ОМЕВМ (^ ^ 2). Дешифратор ВВ5 (КР1533ІД7) виробляє сигнали звернення до зовнішніх пристроїв, одним з них є сигнал АА, який при використанні двох зовнішніх логічних елементів АБО, на які подаються сигна-
ли КО та йРК, дозволяє робити вибірку зовнішньої пам'яті даних. Основна функція сигналу АЬЕ - забезпечити тимчасове узгодження передачі з порту РВ на зовнішній регістр молодшого байта адреси в циклі читання із зовнішньої пам'яті програм. Сигнал АЬЕ набуває значення 1 двічі у кожному машинному циклі. Це відбувається навіть тоді, коли в циклі немає звернення зовнішньої пам'яті програм. Доступ до зовнішньої пам'яті даних можливий тільки в тому випадку, якщо сигнал АЬЕ відсутній, тому для доступу перший сигнал АЬЕ у другому машинному циклі блокується. При зверненні до зовнішньої пам'яті про-
грам сигнал Р8ЕN виконує функцію строб-сигналу читання. Тимчасові діаграми на рис 4.7. і 4.8. ілюструють процес вибірки
Пам'ять програм розташована на мікросхемі К573РФ6 ємністю 8 Кбайт. Читання з зовнішньої пам'яті програм (ВВ9) стробирующий сигналом
ОМЕВМ Р8ЕN. При зверненні до зовнішньої пам'яті програм завжди формується шестнадцатіразрядний адресу, молодший байт якого видається через порт РВ, а старший - через порт Р2. При цьому байт адреси видається через порт РВ фіксується в зовнішньому регістрі (^ ^ 4) по негативному фронті сигналу АЬЕ, тому що надалі лінії порту РВ використовуються як шина даних, по якій байт із зовнішньої пам'яті програм вводиться в ОМЕВМ .. Коли молодший байт адреси знаходиться на виходах порту РВ, сигнал АЬЕ защелкивает його в адресному регістрі (ОО) 4). Старший байт адреси знаходиться на виходах порту Р2 протягом всього часу звернення до ППЗУ
(ВВ9). Сигнал Р8ЕИ дозволяє вибірку байта з ППЗУ, після чого вибраний байт надходить на порт РВ і вводиться в ОМЕВМ (^ ^ 2). Дешифратор ВВ5 (КР1533ІД7) виробляє сигнали звернення до зовнішніх пристроїв, одним з них є сигнал АА, який при використанні двох зовнішніх логічних елементів АБО, на які подаються сигна-
ли КО та йРК, дозволяє робити вибірку зовнішньої пам'яті даних. Основна функція сигналу АЬЕ - забезпечити тимчасове узгодження передачі з порту РВ на зовнішній регістр молодшого байта адреси в циклі читання із зовнішньої пам'яті програм. Сигнал АЬЕ набуває значення 1 двічі у кожному машинному циклі. Це відбувається навіть тоді, коли в циклі немає звернення зовнішньої пам'яті програм. Доступ до зовнішньої пам'яті даних можливий тільки в тому випадку, якщо сигнал АЬЕ відсутній, тому для доступу перший сигнал АЬЕ у другому машинному циклі блокується. При зверненні до зовнішньої пам'яті про-
грам сигнал Р8ЕN виконує функцію строб-сигналу читання. Тимчасові діаграми на рис 4.7. і 4.8. ілюструють процес вибірки
команди з зовнішньої пам'яті програм і роботу з зовнішньою пам'яттю даних в режимі читання і запису відповідно.