5. Микрокомпьютерные системы для подачи наркоза

Продемонстрируем на примере анестезиологической системы (рис. 5.20), разработанной в Massachusetts General Hospital, как за счет включения микрокомпьютера в аппарат для подачи ингаляционных анестетиков могут быть расширены возможности* последнего.

Для управления потоками газа и концентрацией анестетика' в системе используют принцип цифрового включения-выключе­ния, при этом характеристики дыхательного контура, по су­ществу, остаются неизменными. Надежность системы повышает­ся вследствие уменьшения числа съемных блоков. Микропро­цессор позволяет также легко модифицировать систему.

Игольчатые клапаны и ротаметры традиционного анестезио­логического оборудования заменены в системе цифровыми кла­панами. Каждый клапан имеет восемь отверстий, которые откры­ваются и закрываются по команде микрокомпьютера. Калиб­ровка потока газа, проходящего через отверстия, осуществляется' с помощью звуковых насадок, расположенных в каждом из отверстий. Величина потока является функцией давления вос­ходящего потока, поперечного сечения отверстий и темпера­туры.

Газовые потоки, проходящие через отверстия, делятся в от­ношении 1 :2. Другими словами, через каждое следующее от­верстие большего диаметра проходит поток газа в два раза больший, чем через предыдущее при том же давлении восходя­щего потока. После того как на дисплее и панели управления-установлен желаемый уровень расхода газа, микрокомпьютер» измеряет давление восходящего потока (с помощью датчика дав­ления) и открывает соответствующее отверстие; два газа смеши­ваются, образуя общий поток.

Рве. "5П9. Блок-схема системы наблюдения дыхания у крыс в виде трех под-сгстем: плетизмографической трубки, формирователя аналогового сигнала и дисплея, а также дисплея компьютера для построения гистограмм [25].

Рис. 5.20. Система подачи анестетика.

Испарители, применяемые в традиционных наркозных аппа­ратах, заменяются цифровой системой впрыскивания, аналогич­ной системе подачи топлива в некоторых видах автомобилей. .Для установления параметров жидкости в микрокомпьютер сна­чала вводится код, написанный на баллоне с анестетиком, а за­тем устанавливается желаемая концентрация анестетика в об­щем потоке газов. Реальный объем анестетика определяется с помощью термистора, помещенного во впрыскиваемый поток. „Для полного испарения анестетика после его распыления ин-.жекторной насадкой используется медная спираль. При этом исключается необходимость в компенсации температуры, по­скольку процесс испарения не сопровождается понижением температуры оставшейся части жидкого анестетика.

Контроль рассматриваемой системы осуществляется с по­мощью микропроцессора Intel 8-080, который во время ее разра­ботки был единственным устройством, удовлетворяющим требо­ваниям, предъявляемым к аппаратному и программному обес­печению [116]. Контроль включает такие операции, как считы-гвание сигналов с датчиков, вычисление управляющих воздей­ствий на основе команд оператора и сигналов с датчиков, уп­равление эффекторами (управляющими органами), а коммуни­кационные функции заключаются в интерпретации команд поль­зователя, получаемых с пульта управления; в воспроизведении на дисплее текущих параметров управления и измеренных зна­чений и в подаче сигнала тревоги при угрожающих или не со­ответствующих заданным параметрам состояниях.

Текущие показатели контроля и считанные с датчиков значе­ния давления в воздухоносных путях и концентрации кислорода

•в выдыхаемом воздухе индицируются на дисплее (Burroughs BG 16101-2). С помощью переключателей «больше-меньше», опра­шиваемых микрокомпьютером, осуществляется изменение уста­новок контрольных органов. Высокой и низкой скорости потока анестетика соответствуют два диапазона разрешения. Напри­мер, при высокой скорости потока газов на дисплее индицирует­ся диапазон расхода от 0 до 10 л в 1 мин; при низкой —от 0 до 1 л в 1 мин. Кроме того, высвечиваются сигналы тревоги или предупреждающие сообщения. В настоящее время на дисплей выдаются одновременно 16 таких сообщений в порядке их важ­ности. Звуковые сигналы тревоги извещают о несоответствии текущих параметров их установленным значениям или о сбоях

•оборудования; звуковые сигналы подаются через каждые 5 с. При возникновении серьезных осложнений микрокомпьютер про­изводит пересмотр установленных значений параметров, если пользователь не изменил их сам по прошествии определенного интервала времени. Пульт управления и дисплей представленье на рис. 5.21.

Аппаратные средства системы подачи наркоза сконструиро­ваны на основе микропроцессора Intel 8080. Программное обес­печение разработано на основе вычислительной системы Ml Т MULTICS на языке ПЛ/М (язык высокого уровня, созданный для микрокомпьютеров фирмой Intel). Общая стоимость разра­ботки составила 150000 долл. Стоимость изготовления следую- . щего образца системы равна 15000 долл. При серийном произ­водстве стоимость системы снизится до уровня, сопоставимого» со стоимостью обычного анестезиологического оборудования.

Компактный анестезиологический монитор и устройство уп­равления им были созданы авторами работы [6]. Через каждые 20 с с 32 каналов производится считывание данных, поступаю­щих от обычных физиологических мониторов, и их преобразова­ние в цифровую форму с точностью, обеспечиваемой 12 битами: С помощью монитора контролируются параметры дыхательной» системы (концентрация кислорода, углекислого газа, галотана,, расход газов, давление и рабочие характеристики аппарата ис­кусственного дыхания) и показатели кровообращения (ЭКГ, ар^ териальное и венозное давление, внутренняя и кожная темпера

Рис. 5.21. Лицевая панель системы подачи наркоза [116].

(Обратите внимание на сходство газоразрядных индикаторов с традиционными рота— метрами.)

тура, фронтомастоидальная плетизмограмма). Монитор произ­водит предварительную обработку данных, которая включает в себя определение максимума и минимума потока вдыхаемого газа, давления и концентрации газов. По значениям централь­ного венозного давления вычисляется среднее давление. Кроме того, на основе данных, получаемых с двух или более входных каналов, вычисляются соответствующие показатели; например, по скорости потока и давлению газов определяются значения

-сопротивления воздухоносных путей и работы, затраченной на

•его преодоление.

В случае непредвиденных изменений поступающих сигналов монитор автоматически определяет ошибку и ее вид. Ошибки злогут быть обусловлены состоянием аппаратуры (например, вы-

-ходом из строя датчика) либо изменением состояния пациента.

В микропроцессоре используется 16-разрядная схема боль­шой степени интеграции (LSI-11). Микропроцессор данного типа 'был выбран потому, что его можно было использовать вместе с компьютером PDP-11, который позволял осуществлять редакти­рование и ассемблирование. Наличие магнитной памяти объемом в 8000 слов обеспечило создание более компактного блока, чем это было бы возможно при использовании гибкого диска: При­менение клавиатуры, работающей в американском стандартном :коде обмена информацией (ASCII), обеспечивает ввод команд для проведения калибровки, после чего система извещает поль­зователя о всех этапах процедуры.

С помощью дисплея осуществляется обратная связь в случа­ях, когда необходимо вмешательство пользователя, а также вы­даются сообщения об ошибках. На экране дисплея, изготовлен­ного по специальному заказу, высвечиваются 16 трехзначных цифр, обновляющихся каждую секунду. При обнаружении про­граммой ошибки подаются световые вспышки. С помощью спе­циально разработанного модема, имеющего пропускную способ­ность 1200 бод, обеспечивается передача данных, полученных за 4 ч, для последующей регистрации на пленке кассетного маг­нитофона.

Данная система позволяет представить всю необходимую анестезиологу информацию на (экране одного цифрового дис­плея, .дает большой объем информации, облегчает калибровку

•системы, обеспечивает появление светового сигнала на дисплее .при внезапных изменениях параметров, производит автоматиче­ское занесение данных в память.

Гибкость компьютера позволяет легко расширять систему :мониторного наблюдения. Например, в настоящее время конст­рукторской группой разрабатывается модель, с помощью кото­рой можно предсказывать наиболее вероятное будущее состоя­ние больного и сигнализировать о значительных отклонениях от этого состояния.

НЕПРЕРЫВНЫЙ КОНТРОЛЬ

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Для сбора, формирования и отображения физиологических параметров в работе [99] был применен микропроцессор Z80. Раньше анестезиологи наблюдали и записывали данные через каждые 5 мин или всякий раз, когда в этом возникала необхо­димость. С помощью новой системы показатели автоматически воспроизводятся на телеэкране. Это позволяет анестезиологу наблюдать за их отклонениями и восстанавливать прошлые со­бытия.

Система осуществляет прием следующих данных, поступаю­щих с мониторов: показателей артериального давления, часто­ты сердечных сокращений, венозного давления, внутричерепно­го давления, назофарингеальной (носоглоточной) температуры, концентрации углекислого газа в конце выдоха.

Применяемый в системе микропроцессор Z80 имеет 26 Кбайт оперативной памяти и внешнюю память на обычных магнито­фонных кассетах (рис. 5.22). Данные, вводимые в определенном формате, помещаются в ОЗУ объемом 8 Кбайт, с помощью ко­торого осуществляется построение графического изображения на экране телевизионного монитора. Микропроцессор Z80 с по­мощью специального контроллера высвечивает на том же дис плее алфавитно-цифровую информацию. Стоимость аппаратных средств составляет 2500 долл.

Клиническое применение этой системы выявило следующие ее достоинства: возможность обнаружения таких событий, кото­рые остались бы совершенно не зарегистрированными с помощью традиционных устройств; например, обнаружение кратковре­менных падений давления, возможность запоминания данных, получаемых во время острой ситуации (когда анестезиолог пол­ностью занят проведением неотложных мероприятий), возмож­ность регистрации реакций на пробные дозы гипотензивных пре­паратов для определения врачом их нужной терапевтической дозы.

Рис. 5.22. Блок-схема аппаратных средств системы наблюдения за физиоло­гическими показателями больного во время операции

32