Метод и биотехническая система для адаптивной искусственной вентиляции легких

• Автор: Луценко, Анна Евгеньевна
• Шифр специальности: 05.11.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 242 с. : ил.

Глава I. Проблемы адаптивной искусственной вентиляции легких
1.1. Физиологические аспекты внешнего дыхания
1.2. Системы и аппараты для искусственной вентиляции легких
1.3. К вопросу о моделировании состояния системы внешнего дыхания пациента
1.4. Вопросы автоматизации режима искусственной вентиляции легких

1.5. Постановка задач исследования
Глава II. Метод и система адаптивной искусственной вентиляции
2.1. Структура биотехнической системы для адаптивной искусственной вентиляции легких
2.2. Математическая модель процесса внешнего дыхания при ИВЛ
2.3. Алгоритм адаптивного управления параметрами ИВЛ
2.4. Оценка устойчивости системы
Выводы
Глава III. Метрологическое обеспечение ИВЛ
3.1. Источники погрешности мониторинга физического состояния пациента
3.2. Оценка погрешности измерительного канала
3.3. Оценка погрешности канала управления исполнительными устройствами
Выводы
Глава IV. Разработка системы АИВЛ и ее экспериментальное исследование
4.1. Система ИВЛ с адаптивным управлением
4.2. Структура программного комплекса
4.3. Разработка и исследование БТИВС АИВЛ

* 4.4. Результаты экспериментальных исследований
Выводы
Основные результаты диссертации
Список литературы
Приложение
Актуальность темы. Большинство современных аппаратов и систем для искусственной вентиляции легких (ИВЛ) работают в режиме принудительной вентиляции пациента. Его легкие в течение заданного времени периодически «раздуваются» газовой смесью с заданными параметрами. При такой вентиляции с продолжительностью более 20 минут в тканях легких пациента, как правило, появляются механические повреждения, которые становятся причиной серьезных нарушений дыхания. К сожалению, сегодня отсутствуют системы, обеспечивающие адаптивную ИВЛ, при которой параметры вентиляции изменялись бы адекватно изменению состояния пациента, в них отсутствует обратная связь. Программное управление существующих систем ИВЛ не учитывает того, что организм человека представляет собой сложную, биологическую систему, параметры которой изменяются непрерывно и нелинейно. Использование адаптивной ИВЛ позволило бы снизить негативное влияние принудительной вентиляции, повысит эффективность анестезии и реанимации.
Однако реализация метода и систем адаптивной вентиляции легких сегодня осложняется наличием ряда проблем.
Во-первых, для организации обратной связи в целях адаптивного управления необходимо знать, какие параметры дыхания пациента наиболее полно характеризуют состояние системы дыхания и эффективность ее работы. Возникает потребность в изучении взаимосвязей между параметрами внешнего дыхания и параметрами, которые характеризуют процесс газообмена, а в результате и оксигенацию крови в капиллярах легких. Все это вызывает необходимость в разработке математической модели, которая полно отражала бы газодинамические, биомеханические процессы и процессы газообмена, протекающие при дыхании.
и PEEP определяется величиной, измеряемой в конце выдоха [135, 136].
Респираторная поддержка с помощью РЕЕР/СРАР увеличивает функциональную остаточную емкость (FRC) и внутриплевральное давление [117, 119]. В клинической практике РЕЕР/СРАР используется уже более 100 лет и изучено в широком диапазоне клинико-экспериментальных исследований. В зависимости от разнообразных условий [138], РЕЕР/СРАР может увеличивать или не оказывать никакого влияния на следующее: легочно-торакальный комплайнс, соотношение вентиляции/перфузии (Va/Q), Ра02, доставка кислорода, внутрилегочное шунтирование крови (Qsp/Qt), сопротивление легочных сосудов, сердечный выброс, функция правого желудочка, функция левого желудочка, содержание внесосудистой воды в легких. Физиологические эффекты PEEP достаточно предсказуемы в зависимости от состояния легких и сердца, состояния внутрисосудистого объема и вида респираторной поддержки [118].
2.3. Вентиляция поддержкой давления (PSV). Большинство респираторов, работающих на микропроцессорах, позволяют проводить вентиляцию поддержкой инспираторного давления (PSV) [126, 127]. При данном режиме ВИВЛ респиратор включается и продолжает работать в фазе вдоха до предела положительного давления. Все время, в течение которого инспираторное усилие пациента поддерживается, предварительно выбранное положительное давление в дыхательных путях остается постоянным при варьирующей скорости потока газа из респиратора.
Давление в дыхательных путях (Paw) для СРАР и PEEP, например 10 смН20 [133]. СРАР и PEEP - это режимы вспомогательной ИВЛ с положительным дыханием или в сочетании с другими режимами респираторной поддержки [84].
Вдох заканчивается, когда потребность пациента в инспираторном потоке снижается до заранее установленного процента (обычно 25%) от величины начального пикового значения скорости потока на вдохе (рис. 1.8).