Riešenia prietokových snímačov vo ventilátoroch

Používajú sa prietokové snímačena meranie prietoku krvi alebo kyslíka cievou. Implantovateľné snímače prietoku sú bežne zabudované do pružnej manžety (obr. 20.10), ktorá je pripevnená okolo cievy, ktorej prietok sa má merať.

Keďže používanie a rozširovanie ventilátorov neustále rastie, technológia CMOSens vytvorila novú generáciu prietokových senzorov.

Kontinuálne merania prietoku vzduchu počas monitorovania anestézie, intenzívnej starostlivosti, ako aj v klinickom a ambulantnom prostredí poskytujú dôležité informácie pre hodnotenie správania sa kardiorespiračného a dýchacieho okruhu a stali sa nepostrádateľnými v modernej medicíne.

Mechanické ventilačné systémy dodávajú pacientom dýchací plyn pomocou mechanických „vzduchových púmp“ a táto ventilačná technika využíva pretlak na dodávanie vzduchu do pacientových pľúc.

Obrázok 1: Schématická konštrukcia ventilátora s typickými rôznymi polohami senzorov a použitím zvlhčovača.

Rozšírenie inteligentných funkcií zabudovaných do týchto ventilátorov im umožňuje automaticky sa prispôsobiť zmenám funkcie pľúc alebo dýchania pacienta. Moderná tlakovo riadená alebo objemovo riadená ventilácia je preto teraz viac orientovaná na pacienta ako kedykoľvek predtým. Vzhľadom na to, že v dôsledku zvýšenej inteligencie zariadenia je potrebných stále menej ventilačných režimov, sú lekárske ventilátory celkovo menej zložité na prevádzku.

Neinvazívna ventilácia sa vzťahuje na ventilačné terapie, ktoré sa vykonávajú pomocou masiek alebo nosových kanýl. Toto sa často označuje ako ventilácia maskou alebo NIV/NPPV (neinvazívna ventilácia alebo neinvazívna ventilácia pozitívnym tlakom). Pri invazívnej ventilácii sa do trachey pacienta zavedie endotracheálna trubica alebo tracheálna kanyla na zásobovanie pľúc vzduchom. Obidva typy ventilácie – neinvazívna aj invazívna – majú svoje opodstatnenie a používajú sa komplementárne.

Faktorom, ktorý netreba podceňovať, je zvlhčovanie vdychovaného vzduchu, ktoré ďaleko presahuje len komfort pacienta. Dobre zvlhčený a ohriaty vzduch významne prispieva k úspechu ventilačnej terapie, pretože zlepšuje odtok sekrétu aj toleranciu neinvazívnej ventilačnej terapie.

Súčasné trendy v nemocniciach ukazujú, že neinvazívna ventilácia sa dnes používa častejšie a pri oveľa väčšom počte symptómov ako kedykoľvek predtým. Jednotky intenzívnej starostlivosti napríklad čoraz častejšie využívajú neinvazívnu ventiláciu ako prvú líniu liečby, ktorá znižuje infekčné komplikácie, obdobia odstavenia, dĺžku pobytu na JIS, mieru intubácie a náklady.

Kľúčovou otázkou pre všetky ventilátory je presné meranie rýchlosti prietoku dýchacieho plynu a objemu dýchacieho plynu, ktorý prúdi dovnútra a von z pacienta. Tieto merania s najvyššou citlivosťou a presnosťou umožňujú už spomínanú a v súčasnosti prevládajúcu ventiláciu orientovanú na pacienta, ktorá zároveň lepšie odráža patofyziológiu pacienta. Obrázok 1 zobrazuje schematickú konštrukciu ventilátora s typickými polohami prietoku vzduchu/senzorov.

Technické výzvy

Komplexné dýchacie okruhy majú širokú škálu variability zloženia vďaka rôznym typom použitých hadičiek, zvlhčovačov, filtrov a adaptérov. To často vedie k netesnostiam a nedokonalostiam, čo je dôvod, prečo sa inspiračný prietok (I) niekedy výrazne líši od prietoku, ktorý skutočne dosiahne pacienta. To isté platí pre rýchlosť výdychového prietoku (E). Meranie prietoku vzduchu tiež sťažujú neustále zmeny teploty vzduchu, vlhkosti a zloženia dýchacích plynov, ako aj kontaminácia hadíc a exspiračných/proximálnych senzorov spútom, patogénmi a krvou. Kvôli technickým obmedzeniam boli v minulosti merania inspiračných (I) a exspiračných prietokov (E) vykonávané vo vnútri ventilátora. Hrubé hodnoty prietoku boli potom čo najviac korigované pomocou zložitých a často nepresných kompenzačných algoritmov.

Obrázok 2. Schéma ventilačného zariadenia s extrémne vlhkým vzduchom a veľmi malým dychovým objemom iba 5 ml.

Senzory proximálneho prietoku musia byť spoľahlivé a nákladovo efektívne, dlhodobo stabilné a navyše sa vyznačujú mnohými ďalšími vlastnosťami špecifickými pre ventilátor, aby boli vhodné pre modernú ventiláciu orientovanú na pacienta. Okrem toho sú potrebné obzvlášť prísne požiadavky na hygienickú sterilizáciu, pretože senzory prichádzajú do kontaktu so vzduchom, ktorý je potenciálne kontaminovaný patogénmi.

Achillovou pätou všetkých súčasných snímačov prietoku vzduchu je použitie v kombinácii so zvlhčovačmi vzduchu. Vysoká vlhkosť sa stáva problémom, keď vedie ku kondenzácii, čo spôsobuje, že makroskopické kvapky vody prší do chladnejších častí okruhu ventilátora. Ako riešenie sú všetky proximálne a exspiračné senzory Sensirion vybavené dodatočným externým vyhrievacím prvkom. Prevádzka tohto vykurovacieho telesa s maximálnym výkonom 0,5 W je dostatočná na to, aby spoľahlivo zabránila kondenzácii v senzore a zabezpečila tak dlhodobú stabilnú a spoľahlivú prevádzku.

Schéma znázornená na obrázku 2 zobrazuje zvlhčovač, ktorý sa zvyčajne používa v zostavách ventilátorov, aby sa zabezpečilo dobré zvlhčenie dýchaného vzduchu. Oceľový valec v peci je udržiavaný na 37 stupňoch a simuluje pľúca s pripojeným tlakovým senzorom použitým ako referenčný. Riadený ventil je uzavretý počas cyklu inspiračného dýchania a otvorený raz za sekundu počas exspiračnej časti cyklu dýchania.

Bez použitia ohrievača môžu jednotlivé kvapky vody stekať cez snímací prvok a spôsobiť nesprávne odčítanie nameraných hodnôt. Toto nesprávne odčítanie možno jasne rozpoznať podľa odchýlok exspiračného/inspiračného objemu od referenčného objemu.

Outlook

Používanie a šírenie ventilátorov bude v budúcnosti v dôsledku zvyšujúceho sa počtu pľúcnych ochorení naďalej výrazne rásť. Moderné ventilátory kladú neustále rastúce požiadavky na senzory, aby sa zamerali na pacientov a ich terapiu.

Technológia CMOSens vytvorila novú generáciu prietokových senzorov, ktoré svoju spoľahlivosť miliónkrát preukázali v oblasti zariadení CPAP a automobilových aplikácií, pričom výhody pre ventilátory sú evidentné.

Práve technologická výhoda umožní výrobcom realizovať ďalšie kvantové skoky vo ventilácii.