Разработка алгоритмов и программы для аппарата искусственной вентиляции легких

И. И. Артамонов; М. А. Аль Аккад

doi:10.22213/2410-9304-2020-3-4-19

Авторы

И. И. Артамонов ИжГТУ имени М .Т. Калашникова, Ижевск
М. А. Аль Аккад ИжГТУ имени М .Т. Калашникова, Ижевск

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2020-3-4-19

Ключевые слова:

микроконтроллеры, искусственная вентиляция легких, математическое моделирование, программные средства, системы баз данных, управление знаниями, операционные системы, распределенная обработка данных

Аннотация

Описаны алгоритмы и программы для аппарата искусственной вентиляции легких, которые обеспечивают различные режимы работы аппарата. Работа является актуальной в условиях пандемии COVID-19 в связи с возросшим спросом на данные устройства.

Цель исследования – разработка программного комплекса для микроконтроллера STM32L151ZDTx-LQFP144, используемого на переносном аппарате ИВЛ Axion A-IVL-E-03 и обеспечивающего работу в различных режимах вентиляции, графическое отображение динамики дыхания на дисплее и подачу оператору голосовых подсказок и световых сигналов во время работы. Разработанные алгоритмы также предназначены для управления периферийными устройствами и контроля правильности их работы, разрешения аварийных ситуаций с помощью дисплея, голосовых подсказок и световой индикации. Кроме того, в качестве инструмента, который позволяет врачу понять важное взаимодействие между входными параметрами пациента (частота, давление в дыхательных путях и степень вдоха) и клинически важными параметрами (дыхательный объем, средний объем минутной вентиляции), предложены математические модели вентиляции легких с контролируемым давлением. Реализация данных математических моделей показала их применимость для симуляции данных сложных процессов. Разработан удобный и интуитивно понятный графический пользовательский интерфейс.

В статье также приводится сравнение существующих аналогов с предложенными разработками.

Библиографические ссылки

Goryachev A.S., Savin I.A. Asinkhronii i grafika IVL [Asynchrony and ventilation schedule]. Moscow, Aksiom grafiks yunion Publ., 2018, 370 p. (in Russ.).

Chatburn R.L. [Fundamentals of mechanical ventilation]. Mandu Press Ltd, Ohio, 2003, p. 312 p.

Colice G.L. Historical perspective on the development of mechanical ventilation. Principles and Practice of Mechanical Ventilation. Third. Tobin MJ, editor. New York, McGraw Hill, 2013, pp. 3-41.

Satishour O.E. Mechanical ventilation of lungs. Moscow, Medical Literature Publ., 2006, 349 p.

Housley E., Louzada N., Becklake M.R. To sigh or not to sigh. Am Rev Respir Dis, 1970, vol. 17, pp. 611-614.

Goryachev A.S., Savin I.A. Osnovy IVL [Basics of mechanical ventilation]. Moscow, Medizdat Publ., 2009 (in Russ.).

Mezhirova N.M, V'yun V.V., Danilova V.V. Az-buka iskusstvennoi ventilyatsii legkikh [The alphabet of artificial lung ventilation]. Khar'kov, KhNMU Publ., 2014, 29 с. (in Russ.).

Bendixen H.H., Hedley-Whyte J., Laver M.B. Impaired oxygenation in surgical patients during general anesthesia with controlled ventilation. A concept of atelectasis. N Engl J. Med, 1963, vol. 17, pp. 991-996.

Marini J.J., Kirk W., Culver B.H. Flow resistance of the exhalation valves and PEEP devices used in mechanical ventilation. Am Rev Respir Dis, 1985, vol. 17, pp. 850-854.

Torok P., Majek M. Multilevel Ventilation: Theory and Simplified Mathematical Model. General Reanimatology Publ., 2008, p. 7.

[10] Paradokas P.J. Mechanical ventilation. Saunders, New York, 2008, 369 p.

Ashbaugh D.G., Bigelow D.B., Petty T.L., Levine B.E. Acute respiratory distress in adults. Lancet, 1967, vol. 17, pp. 319-323.

Tawflic Q.A. Liquid ventilation. Oman Medical J., 2011, p. 9.

Weil M.H., Tang W. From intensive care to critical care medicine: a historical perspective. Am. J. Respir Crit Care Med, 2011, vol. 17, pp. 1451-1453.

Ashbaugh D.G., Petty T.L., Bigelow D.B., Harris T.M. Continuous positive-pressure breathing (CPPB) in adult respiratory distress syndrome. J. Thorac Cardiovasc Surg, 1969, vol. 17, pp. 31-41.

Tobin M.J. Principles and Practice of mechanical ventilation. The McGraw-Hill Companies, 2013, 443 p.

Drinker P., McKhann C.F. The use of a new apparatus for the prolonged administration of artificial respiration. JAMA, 1929, vol. 17, pp. 1658-1660.

Zapol W.M. Extracorporeal membrane oxygenation in severe acute respiratory failure. A randomized prospective study. JAMA, 1979, vol. 17, pp. 2193-2196.

Baker A.B. Artificial respiration, the history of an idea, 1960, p. 6.

Barach A.L., Eckman M., Ginsburg E. Studies on positive pressure respiration. J. Aviat Med, 1946, vol. 17, pp. 290-356.