Апарат інфузійної терапії новонароджених із внутрішньовенним опроміненням крові

Реферат: Апарат інфузійної терапії новонароджених із внутрішньовенним опроміненням крові містить засіб введення у вигляді одноразової крапельниці-катетера, шприц з кроковим двигуном із системою керування, датчики кінцевого положення поршня шприца, джерело електричного живлення, джерела вторинного живлення, джерело опромінення широкого спектрального складу та систему керування джерелом опромінення, датчик зворотного зв'язку опромінення, мікроконтролер. UA 70364 U (54) АПАРАТ ІНФУЗІЙНОЇ ТЕРАПІЇ НОВОНАРОДЖЕНИХ ІЗ ВНУТРІШНЬОВЕННИМ ОПРОМІНЕННЯМ КРОВІ UA 70364 U UA 70364 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі медичної техніки, а саме до розробки апаратів інфузійної терапії новонароджених, який використовується для введення лікарських рідин (підтримування водного балансу організму новонародженого) та зниження концентрації білірубіну шляхом внутрішньовенного опромінювання крові. Водний баланс організму людини підтримується тільки завдяки адекватному надходженню води відповідно до її витрат (перспірація, потіння, кал і сеча). Як відомо, у новонароджених перших днів життя потреби в надходженні води значно вищі, ніж у дітей другого тижня життя. Особливо це стосується недоношених дітей. Так, наприклад, у недоношених дітей, які мають значні "невідчутні" втрати води, потреба в рідині більше. Недоношені діти з масою тіла менше 1500 г вимагають 80-100 мл/кг/доб. рідини. У глибоконедоношених та дітей з екстремально низькою масою тіла при народженні потреби в рідині можуть становити 150-250 мл/кг/доб., хоча вони практично не пітніють. Оскільки постійно простежується динаміка росту числа патологій новонароджених, це призводить до необхідності використання засобів регулювання параметрів гомеостазу [Шабалов Н. П. Неонатология: учебн. пособие: [В 2 т.] / Н. П. Шабалов. - Т. I.-3-е изд., испр. и доп. - М.: МЕДпресс-информ, 2004.-608 с]. Для регулювання швидкості внутрішньовенного введення рідин застосовуються два основні підходи. Перший підхід полягає у використанні звичайної крапельниці, в якій швидкість протікання крапель через крапельницю регулюється вручну, допоки краплі не падатимуть із заданою швидкістю. Цей підхід має перевагу, бо він простий у застосуванні, оскільки для підтримання потоку рідини через крапельницю необхідні лише гравітаційні сили. Однак у багатьох випадках регульовані вручну крапельниці не задовольняють поставленим задачам, оскільки такі крапельниці можуть допускати похибки у швидкості витоку, з перевищенням або зниженням приписаної швидкості. Причиною появи цих похибок є те, що розміри окремих крапель, які проходять через крапельницю, можуть змінюватися від швидкості витоку, з якою рідина проходить через крапельницю, від тиску рідини та вібраційних впливів на крапельницю. Крім того, незважаючи на те, що крапельниця виготовляється ретельно і з суворими допусками, об'єм краплі може змінюватися від однієї крапельниці до іншої та, безсумнівно, від апарата одного типу до апарата іншого типу. Це означає, що швидкість витікання крапель, яка придатна для вибраної витрати рідини в одній крапельниці, не обов'язково придатна для іншої крапельниці. До того ж, через пластичну деформацію трубок, які використовуються зі звичайними затискачами, з часом може значно змінитися швидкість витікання крапель. У спробі досягти більшої точності у швидкостях інфузії широке застосування знайшли поршневі інфузійні помпи. Перевагою таких помп є точне регулювання швидкостей інфузії, значною мірою незалежно від тиску або в'язкості рідини, яку необхідно ввести. Однак цим інфузійним помпам притаманні власні недоліки. Оскільки вони працюють з тисками до 60 фунтів 2 на кв. дюйм (4,2186 кг/см ), завжди існує загроза інфузії за рахунок надлишкового тиску. Це стосується, в першу чергу, новонароджених, особливо недоношених, оскільки виражені наслідки перевантаження рідиною важко виправити. Іншою розповсюдженою проблемою здоров'я новонароджених є жовтяниця. Жовтяниця новонароджених є наслідком різкого підвищення в організмі концентрації білірубіну, що додає шкірі жовтуватого відтінку. Білірубін погано розчинний у воді; в плазмі крові білірубін зв'язується з альбуміном і в такій формі переноситься потоком крові. Молекули білірубіну розподіляються переважно в органах, багатих ліпідами, до яких належить мозок. У новонароджених, особливо недоношених дітей, немає бар'єру для проникнення білірубіну в мозок. Накопичення білірубіну в мозку викликає серйозні і незворотні його пошкодження та неврологічні захворювання. Запобігти цій патології - гіпербілірубінемії - можна, якщо перевести білірубін у водорозчинну форму, яка легко виводиться з організму. У дорослих це відбувається за участі ферменту печінки; у новонароджених дозрівання ферментативних систем печінки здійснюється із запізненням. Через це концентрація білірубіну в плазмі новонароджених може підвищуватися, що приводить до виникнення ядерної жовтяниці. Тривалий час у важких випадках для боротьби з гіпербілірубінемією у новонароджених застосовували обмінне переливання крові. Ця процедура призводила до тяжких ускладнень, а іноді навіть до летального результату. Білірубін має широку смугу поглинання з максимумом у синій області спектра 450 нм. Поглинання світла молекулами білірубіну супроводжується фотоізомеризацією і переведенням їх у водорозчинну форму [Зродников В. К., Кешишян Е. А. Терапевтическое действие синего света: история и будущее / В. К. Зродников, Е. А. Кешишян // Российский конгресс, 5-й: Тезисы докладов. Современные технологии в педиатрии и детской хирургии. -М, 2006]. 1 UA 70364 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Таким чином, головною нерозв'язаною проблемою є визначення оптимального складу структури блоків приладу, що реалізує технологію лікування новонароджених на жовтяницю та корекцію порушень гомеостазу. Супутньою проблемою є усунення можливості інфузії внаслідок надлишкового тиску в системі гнучких трубок крапельниці. На сьогодні відомі наступні пристрої введення лікарських рідин. Відомий інвазійний пристрій контролю за потоком [Патент США № 4,504,263 винахідників Штойєра та ін.]. У пристрої, описаному Штойєром, окремі краплі вимірюються за допомогою інфрачервоного датчика. Недоліком інвазійних пристроїв є те, що між використаннями їх потрібно стерилізувати, а це породжує відповідальність лікарні і, як наслідок, незручність для неї, пов'язану з необхідністю мати багато пристроїв з додатковими елементами, котрі потребують стерилізації. Крім інвазивності, недоліком винаходу Штойєра є те, що автор вважає краплі сферичними, а це не завжди відповідає дійсності. Відомі рішення, в яких пропонуються неінвазійні пристрої для підрахунку крапель, наприклад [Патент США № 6,083,206 винахідник Молко]. Молко пропонує пристрій, який з великою точністю може підрахувати краплі шляхом реєстрації інфрачервоного випромінювання, що пройшло крізь крапельницю, але не проводить вимірювань об'єму кожної краплі, отже, необхідно встановлювати параметри краплі для кожного апарату і контролювати відхилення цих параметрів у часі. Найближчим рішенням є патент Клюева Володимира Костянтиновича [Патент РФ № 2009123925/14 винахідника Клюева В. К.], що пропонує апарат автоматичного введення лікарських рідин. Як пристрій для створення тиску пропонується поршень, що переміщується електроприводом (кроковий двигун). Апарат має електронну частину та датчик реєстрації діаметра гнучкої трубки крапельниці для визначення параметра, що вказує на тиск. Недоліками вказаного апарата є складна процедура калібрування датчика та насоса, яку необхідно виконувати при кожній зміні гнучкого трубопроводу та інших одноразових елементів крапельниці. Іншим недоліком є використання як ємності з речовиною герметичного пакету, що призводить до значної похибки у вимірюваннях необхідного об'єму інфузії при малих значеннях. Крім того, при використанні даного устаткування неможливо здійснювати прямого опромінювання крові низькоінтенсивним лазерним світлом або світлом, що випромінюють над'яскраві світлодіоди. Завдяки системному аналізу різних конструкцій існуючих приладів пропонується система, яка поєднує в собі інфузійну помпу та світлотерапевтичний пристрій внутрішньовенного опромінення крові. Передумовами такого поєднання є високий відсоток хвороб на гіпербілірубінемію серед новонароджених (особливо недоношених), яким призначається інфузійна терапія, тобто, використання для опромінення крові вже встановленого катетера для інфузійної терапії та ін. Структурна схема пропонованої системи представлена кресленні. Система складається з наступних блоків: 1. Мікроконтролер; 2. Блок живлення комбінований; 3. Блок управління двигуном; 4. Кроковий двигун; 5. Редуктор; 6. Датчик кінцевого положення; 7. Система керування джерелом опромінення; 8. Шприц; 9. Крапельниця-катетер; 10. Датчик тиску; 11. Блок сигналізації; 12. Блок вводу інформації; 13. Блок виводу інформації (РКІ); 14. Джерело опромінення; 15. Датчик зворотного зв'язку, що контролює наявність та параметри опромінення. Мікроконтролер 1 живиться від комбінованого блока живлення 2, останній живить також різною за величиною напругою блок управління двигуном 3, систему керування 7 та джерело опромінення 14, у якості якого використовуються лазерні джерела широкого спектрального складу (від синього до інфрачервоного), або набір над'яскравих світлодіодів синього, червоного та інфрачервоного випромінювання. Мікроконтролер 1 з'єднано з блоком виводу інформації 12, за допомогою якого встановлюються вхідні параметри процедури, наприклад такі, як черговість опромінення та доза, дозування ліків (швидкість інфузії), обмеження величини тиску рідини (розчину ліків), що вводиться. Крім цього, мікроконтролер 1 з'єднано з блоком управління двигуном 3, датчиком кінцевого положення 6, датчиком тиску 10, системою керування джерелом опромінення 7, блоком виводу інформації 13 про поточний стан роботи системи (етап процедури, введення ліків, опромінення, поточний час, час до завершення, значення тиску, інтенсивність випромінювання та ін.), датчиком зворотного зв'язку 15, що контролює параметри опромінення безпосередньо у пацієнта, та блоком сигналізації 11, який здатний видавати звукові сигнали про стан процедури наприклад її кінець, або аварії, чи формувати електричні сигнали, що передаються на загальний пульт медичного персоналу. Світловод від джерела 2 UA 70364 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 опромінення 14 введено до крапельниці-катетера 9, у конструкції якого передбачено прозорий елемент (на схемі не вказано). Апарат працює наступним чином. На першому етапі відповідно до призначення лікаря вводиться інформація до мікроконтролера 1 через блок введення інформації 12. Остання містить черговість опромінення, інтенсивність, дозу, спектральний склад, час початку процесу, інтервал перерви між світловим опроміненням крові та початком вводу рідини, що містить лікарські (або споживчі) речовини, тиск максимальний та мінімальний, дозування рідини та ін. Наступним етапом є безпосередня робота апарата зі здійснення процедури. Під час процедури (залежно від виду) інформація від датчиків подається на мікроконтролер 1. Так під час опромінення вмикається система керування опроміненням 7, яка забезпечує відповідно до установок задану інтенсивність та спектральний склад опромінення джерела 14. Контроль за фактичним станом здійснюється завдяки інформації, що передається від датчика 15 до мікроконтролера 1, який відповідно корегує сигнал, що передається на систему керування 7, а при виконанні процедури повністю відключає. У випадку, коли за відсутності команди на опромінення датчик 15 реєструє опромінення, контролер 1 надсилає сигнал до блоку сигналізації 11, який виробляє звуковий сигнал про вид аварії "Неконтрольоване опромінення" і одночасно повністю відключає джерело 2, за винятком напруги, що живить власне контролер 1. Під час введення рідини за допомогою шприца 8 сигнал від мікроконтролера 1 надходить до блоку управління двигуном 3, який керує обмотками крокового двигуна 4, швидкість обертання якого зменшується за допомогою редуктора 5, чим забезпечується прецизійність подачі рідини, тобто якості процесу інфузії, за допомогою шприца 8 крізь вивід крапельниці-катетера 9. У випадку падіння тиску в системі, коли подається рідина, або при швидкому зростанні тиску до граничної величини, яка задається на етапі введення, команда, що подавалась на привод 4, знімається контролером 1, та виробляється звуковий сигнал про аварію "Неполадки у системі помпи", одночасно повністю відключається напруга, що подавалася на блок 2, крім напруги, що живить власне мікроконтролер 1. Розблокування роботи системи у випадках зареєстрованих аварійних ситуацій здійснюється тільки вручну після усунення причин аварії через блок вводу 12. Стерильність процедури забезпечується за рахунок використання неінвазивних засобів, що реалізовано у конструкції датчиків тиску, стану опромінення та вводу самого опромінення безпосередньо через прозорий елемент, передбачений на корпусі катетера-крапельниці 9, завдяки чому контактує безпосередньо із кров'ю та тілом тільки знезаражений (одноразовий) катетер. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Апарат інфузійної терапії новонароджених із внутрішньовенним опроміненням крові, що містить засіб введення у вигляді одноразової крапельниці-катетера, шприца, котрий приводиться в дію кроковим двигуном із системою керування, датчиками кінцевого положення поршня шприца та джерелом електричного живлення, який відрізняється тим, що для розширення функціональних можливостей шляхом внутрішньовенного опромінення крові, його доповнено джерелами вторинного живлення, котрі об'єднано у комбіноване джерело, джерелом опромінення широкого спектрального складу та системою керування джерелом опромінення, датчиком зворотного зв'язку опромінення, а також розширено можливості мікроконтролера, який з'єднано з системами керування блоками вторинного живлення, приводом крокового двигуна, з системою керування джерела опромінення та усіма датчиками, блоками введення та виводу інформації і системою сигналізації, завдяки чому реалізується черговість та порядок проведення процедур, а також аварійне відключення апарата. 2. Апарат за п. 1, який відрізняється тим, що для забезпечення неінвазивності, корпус крапельниці-катетера виготовлено з прозорими вставками, крізь які вводиться опромінення крові та контролюються його параметри. 3. Апарат за п. 1, який відрізняється тим, що для забезпечення неінвазивності, датчик тиску виготовлено у вигляді кільцевої мембрани, яка одягається поверх гнучкої трубки крапельниці. 3 UA 70364 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4