Virtausanturiratkaisut tuulettimissa

Virtausantureita käytetäänmittaamaan veren tai hapen virtausnopeutta suonen läpi. Implantoitavat virtausanturit on yleensä sisällytetty joustavaan mansettiin (kuva 20.10), joka asennetaan sen suonen ympärille, jonka virtausnopeus mitataan.

Hengityskoneiden käytön ja leviämisen kasvaessa CMOSens-tekniikka on luonut uuden sukupolven virtausantureita.

Jatkuvat ilmavirtausmittaukset anestesian seurannassa, tehohoidossa sekä kliinisissä ja ambulatorisissa ympäristöissä antavat tärkeää tietoa sydän- ja hengityselimistön käyttäytymisen arvioinnissa ja niistä on tullut korvaamattomia nykyaikaisessa lääketieteessä.

Mekaaniset ventilaatiojärjestelmät syöttävät potilaille hengityskaasua mekaanisten "ilmapumppujen" avulla, ja tämä ventilaatiotekniikka käyttää ylipainetta kuljettamaan ilmaa potilaan keuhkoihin.

Kuva 1: Kaaviomainen rakenne tuulettimesta tyypillisillä eri anturiasennoilla ja ilmankostuttimen käytöllä.

Näihin ventilaattoreihin lisättyjen älykkäiden ominaisuuksien ansiosta ne mukautuvat automaattisesti keuhkojen toiminnan tai potilaan hengityksen muutoksiin. Nykyaikainen paineohjattu tai tilavuusohjattu ilmanvaihto on siksi nyt potilaslähtöisempi kuin koskaan. Koska hengitystiloja tarvitaan yhä harvemmin laitteen älykkyyden lisääntymisen vuoksi, lääketieteellisten ventilaatiolaitteiden käyttö on yleisesti ottaen muuttunut vähemmän monimutkaisiksi.

Non-invasiivisella ventilaatiolla tarkoitetaan hengityshoitoa, joka suoritetaan maskeilla tai nenäkanyylillä. Tätä kutsutaan usein maskiventilaatioksi tai NIV/NPPV:ksi (ei-invasiivinen ventilaatio tai ei-invasiivinen ylipaineventilaatio). Invasiivisessa ventilaatiossa potilaan henkitorveen työnnetään endotrakeaalinen putki tai henkitorvikanyyli keuhkojen ilman syöttämiseksi. Molemmilla ventilaatiotyypeillä – ei-invasiivisella ja invasiivisella – on etuja, ja niitä käytetään toisiaan täydentävästi.

Tekijä, jota ei pidä aliarvioida, on sisäänhengitetyn ilman kostutus, koska se ylittää paljon pelkän potilaan mukavuuden. Hyvin kostutettu ja lämmitetty ilma edistää merkittävästi hengityshoidon onnistumista, sillä se parantaa sekä eritteen poistumista että non-invasiivisen hengityshoidon sietokykyä.

Nykyiset suuntaukset sairaaloissa osoittavat, että non-invasiivista ventilaatiota käytetään nykyään useammin ja paljon useampaan oireeseen kuin koskaan ennen. Esimerkiksi tehohoidossa käytetään yhä useammin ei-invasiivista ventilaatiota ensisijaisena hoitona, mikä vähentää tartuntakomplikaatioita, vieroitusjaksoja, teho-osaston oleskelun pituutta, intubaatioiden määrää ja kustannuksia.

Kaikkien ventilaattoreiden keskeinen kysymys on hengityskaasun virtausnopeuden ja potilaaseen sisään ja ulos virtaavan hengityskaasun määrän tarkka mittaus. Nämä mittaukset suurimmalla herkkyydellä ja tarkkuudella mahdollistavat aiemmin mainitun ja nykyään vallitsevan potilaslähtöisen ventilaation, joka myös heijastaa paremmin potilaan patofysiologiaa. Kuvassa 1 on kaavamainen rakenne ventilaattorista tyypillisillä ilmavirran/anturin asennoilla.

Teknisiä haasteita

Monimutkaisissa hengityspiireissä on monenlaisia ​​koostumuksia vaihtelevia erityyppisten letkujen, kostuttimien, suodattimien ja sovittimien ansiosta. Tämä aiheuttaa usein vuotoja ja epätäydellisyyksiä, minkä vuoksi sisäänhengityksen virtausnopeus (I) eroaa joskus merkittävästi virtausnopeudesta, joka todella saavuttaa potilaan. Sama koskee uloshengitysvirtausta (E). Ilmavirran mittaamista vaikeuttavat myös jatkuvat muutokset ilman lämpötilassa, kosteudessa ja hengityskaasun koostumuksessa sekä letkujen ja uloshengitys-/proksimaalisten antureiden saastuminen ysköksellä, taudinaiheuttajilla ja verellä. Teknisistä rajoituksista johtuen sisäänhengitys- (I) ja uloshengitysvirtausten (E) mittauksia tehtiin aiemmin hengityslaitteen sisällä. Tämän jälkeen karkeat virtausarvot korjattiin niin pitkälle kuin mahdollista käyttämällä monimutkaisia ​​ja usein epätarkkoja kompensointialgoritmeja.

Kuva 2. Kaavio ilmanvaihtojärjestelystä erittäin kostealla ilmalla ja erittäin pienellä, vain 5 ml:n hengityksen tilavuudella.

Proksimaalisten virtausanturien tulee olla luotettavia ja kustannustehokkaita, pitkäkestoisia ja lisäksi niissä on oltava lukuisia muita ventilaattorikohtaisia ​​ominaisuuksia, jotta ne soveltuvat nykyaikaiseen potilaslähtöiseen ventilaatioon. Lisäksi vaaditaan erityisen tiukkoja hygieenistä sterilointia koskevia vaatimuksia, koska anturit joutuvat kosketuksiin ilman kanssa, joka on mahdollisesti patogeenien saastuttamaa.

Kaikkien nykyisten ilmavirta-anturien Akilleen kantapää on käyttö yhdessä kostuttimien kanssa. Korkea kosteus tulee ongelmaksi, kun se johtaa kondensoitumiseen, jolloin makroskooppisia vesipisaroita sataa ulos hengityslaitteen viileämpiin osiin. Ratkaisuna kaikki Sensirionin proksimaaliset ja uloshengitysanturit on varustettu ulkoisella lisälämmityselementillä. Tämän lämmityselementin käyttö maksimiteholla 0,5 W riittää luotettavasti estämään kondensoitumisen anturissa ja varmistamaan siten vakaan ja luotettavan toiminnan pitkällä aikavälillä.

Kuvan 2 kaavio esittää ilmankostuttimen, jota tyypillisesti käytetään hengityskoneissa varmistamaan, että hengitysilma on hyvin kostutettu. Uunissa oleva terässylinteri pidetään 37 asteessa ja simuloi keuhkoja liitetyn paineanturin kanssa, jota käytetään referenssinä. Ohjattu venttiili suljetaan sisäänhengitysjakson aikana ja avataan kerran sekunnissa hengityssyklin uloshengitysjakson ajaksi.

Ilman lämmittimen käyttöä yksittäiset vesipisarat voivat valua anturielementin yli ja aiheuttaa mittausarvojen virheellisen lukemisen. Tämä väärinkäsitys voidaan selvästi tunnistaa uloshengitys-/sisäänhengitystilavuuden poikkeamista vertailutilavuudesta.

Näkymät

Hengityskoneiden käyttö ja leviäminen tulee jatkossakin kasvamaan voimakkaasti lisääntyvien keuhkosairauksien vuoksi. Nykyaikaiset ventilaattorit asettavat antureille jatkuvasti kasvavia vaatimuksia, jotta ne voivat keskittyä potilaisiin ja heidän hoitoonsa.

CMOSens Technology on kehittänyt uuden sukupolven virtausantureita, jotka ovat todistaneet luotettavuutensa miljoonia kertoja CPAP-laitteiden ja autoteollisuuden sovellusten alalla, ja ventilaattoreiden edut ovat ilmeiset.

Se on teknologinen etu, jonka ansiosta valmistajat voivat toteuttaa seuraavat suuret harppaukset ilmanvaihdossa.