Rješenja senzora protoka u ventilatorima

Koriste se senzori protokaza mjerenje brzine protoka krvi ili kisika kroz žilu. Implantabilni senzori protoka obično su ugrađeni u fleksibilnu manšetu (Sl. 20.10) koja se postavlja oko žile čiji se protok mjeri.

Kako uporaba i širenje ventilatora nastavlja rasti, tako je tehnologija CMOSens uspostavila novu generaciju senzora protoka.

Kontinuirana mjerenja protoka zraka tijekom praćenja anestezije, liječenja intenzivne njege kao iu kliničkim i ambulantnim okruženjima pružaju važne informacije za procjenu ponašanja kardiorespiratornog i dišnog kruga i postala su nezamjenjiva u modernoj medicini.

Mehanički ventilacijski sustavi opskrbljuju pacijente plinom za disanje pomoću mehaničkih "zračnih pumpi", a ova tehnika ventilacije koristi pozitivan tlak za isporuku zraka u pacijentova pluća.

Slika 1: Shema konstrukcije ventilatora s tipičnim različitim položajima senzora i upotrebom ovlaživača.

Povećanje broja inteligentnih značajki ugrađenih u ove ventilatore omogućuje im automatsku prilagodbu promjenama u funkciji pluća ili disanju pacijenta. Suvremena ventilacija kontrolirana tlakom ili volumenom stoga je sada više nego ikada orijentirana na pacijenta. Budući da je potrebno sve manje i manje načina ventilacije zbog povećanja inteligencije uređaja, medicinski respiratori općenito su postali manje složeni za rukovanje.

Neinvazivna ventilacija odnosi se na ventilacijske terapije koje se izvode pomoću maski ili nosnih kanila. To se često naziva ventilacija maskom ili NIV/NPPV (neinvazivna ventilacija ili neinvazivna ventilacija pozitivnim tlakom). Kod invazivne ventilacije, endotrahealni tubus ili trahealna kanila umetnuta je u dušnik pacijenta kako bi se pluća opskrbila zrakom. Obje vrste ventilacije – neinvazivna i invazivna – imaju prednosti i koriste se na komplementaran način.

Čimbenik koji se ne smije podcijeniti je ovlaživanje udahnutog zraka jer ono daleko nadilazi puku udobnost pacijenta. Dobro ovlažen i zagrijan zrak značajno pridonosi uspjehu ventilacijske terapije jer poboljšava i drenažu sekreta i podnošljivost neinvazivne ventilacijske terapije.

Trenutačni trendovi u bolnicama pokazuju da se neinvazivna ventilacija danas koristi češće i za mnogo više simptoma nego ikad prije. Jedinice intenzivne njege, na primjer, sve više koriste neinvazivnu ventilaciju kao prvu liniju liječenja, što smanjuje infektivne komplikacije, razdoblja odvikavanja, duljinu boravka u JIL-u, stope intubacije i troškove.

Ključno pitanje za sve ventilatore je točno mjerenje brzine protoka plina za disanje i volumena plina za disanje koji ulazi i izlazi iz pacijenta. Ova mjerenja s najvećom osjetljivošću i preciznošću omogućuju već spomenutu i danas prevladavajuću ventilaciju usmjerenu na bolesnika, koja također bolje odražava patofiziologiju bolesnika. Slika 1 prikazuje shematski prikaz konstrukcije ventilatora s tipičnim položajima protoka zraka/senzora.

Tehnički izazovi

Složeni disajni krugovi imaju širok raspon varijabilnosti sastava zbog različitih vrsta korištenih cijevi, ovlaživača, filtara i adaptera. To često rezultira curenjem i nesavršenostima, zbog čega se inspiratorni protok (I) ponekad značajno razlikuje od protoka koji stvarno dolazi do pacijenta. Isto vrijedi i za brzinu ekspiratornog protoka (E). Mjerenja protoka zraka također su otežana stalnim promjenama temperature zraka, vlažnosti i sastava plinova za disanje, kao i kontaminacijom crijeva i ekspiracijskih/proksimalnih senzora ispljuvkom, patogenima i krvlju. Zbog tehničkih ograničenja, mjerenja inspiratornog (I) i ekspiratornog protoka (E) u prošlosti su se provodila unutar ventilatora. Grube vrijednosti protoka zatim su ispravljene koliko je to bilo moguće korištenjem složenih i često netočnih algoritama kompenzacije.

Slika 2. Shema ventilacijske instalacije s ekstremno vlažnim zrakom i vrlo malim plimnim volumenom od samo 5 ml.

Senzori proksimalnog protoka moraju biti pouzdani i isplativi, dugoročno stabilni i, štoviše, imati brojne druge karakteristike specifične za ventilator kako bi bili prikladni za modernu ventilaciju usmjerenu na pacijenta. Osim toga, potrebni su posebno strogi zahtjevi za higijensku sterilizaciju jer senzori dolaze u dodir sa zrakom koji je potencijalno kontaminiran patogenima.

Ahilova peta svih trenutnih senzora protoka zraka je uporaba u kombinaciji s ovlaživačima. Visoka vlažnost postaje problem kada dovodi do kondenzacije, uzrokujući kišu makroskopskih kapljica vode u hladnijim dijelovima kruga ventilatora. Kao rješenje, svi Sensirion proksimalni i ekspiracijski senzori opremljeni su dodatnim vanjskim grijaćim elementom. Rad ovog grijaćeg elementa s najviše 0,5 W dovoljan je da pouzdano spriječi kondenzaciju u senzoru i tako osigura dugoročno stabilan i pouzdan rad.

Shema prikazana na slici 2 prikazuje ovlaživač zraka koji se obično koristi u postavkama ventilatora kako bi se osiguralo da je zrak za disanje dobro ovlažen. Čelični cilindar u pećnici održava se na 37 stupnjeva i simulira pluća s povezanim senzorom tlaka koji se koristi kao referenca. Kontrolirani ventil je zatvoren tijekom inspiratornog ciklusa disanja i otvoren jednom u sekundi za ekspiratorni dio ciklusa disanja.

Bez upotrebe grijača, pojedinačne kapi vode mogu preći preko senzorskog elementa i uzrokovati pogrešno očitavanje mjernih vrijednosti. Ovo pogrešno očitavanje jasno se može prepoznati po odstupanjima ekspiracijskog/inspiratornog volumena od referentnog volumena.

Outlook

Upotreba i širenje respiratora nastavit će snažno rasti u budućnosti zbog sve većeg broja plućnih bolesti. Suvremeni respiratori postavljaju sve veće zahtjeve za senzore kako bi fokus stavili na pacijente i njihovu terapiju.

Tehnologija CMOSens uspostavila je novu generaciju senzora protoka koji su dokazali svoju pouzdanost milijune puta u području CPAP uređaja i automobilskih aplikacija s očiglednim prednostima za ventilatore.

Upravo će tehnološka prednost omogućiti proizvođačima da ostvare sljedeće kvantne skokove u ventilaciji.