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Diseño de Ventiladores Mecánicos

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Los ventiladores proporcionan un soporte ventilatorio temporal o asistencia respiratoria a los pacientes que no pueden respirar por sus propios medios o que requieren asistencia para mantener una ventilación adecuada, debido a enfermedades, trauma, defectos congénitos o fármacos (ej., anestésicos). En casi todos los ventiladores mecánicos, una fuente de presión positiva les suministra gas a los pulmones del paciente, para favorecer el intercambio gaseoso; para abrir o mantener ventilados los alvéolos, donde se realiza el intercambio de gases, y para que los músculos ventilatorios descansen, hasta que el paciente sea capaz de reasumir en forma segura una ventilación espontánea adecuada. Las respiraciones con presión positiva se suministran usualmente a través de un tubo endotraqueal o uno de traqueostomía. La presión en los pulmones aumenta proporcionalmente al volumen del gas insuflado, y se alivia cuando el gas se exhala a través de una vía de exhalación.

Cortesía: Curso de Ingeniería Biomédica, Facultad de Ingeniería / Universidad de la República, Montevideo, Uruguay, 2017. MSc. Ing. Daniel Thevenet. NIB.

Veröffentlicht in: Ingenieurwesen
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Diseño de Ventiladores Mecánicos

  1. 1. MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 Curso de Ingeniería Biomédica Facultad de Ingeniería - Universidad de la República Montevideo - Uruguay 2017 Diseño de venIladores
  2. 2. Introducción MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 Ejercen presión (considerada posiIva) venciendo las resistencias inspiratorias de las vías aéreas y las fuerzas elásIcas de los pulmones y la caja torácica durante la fase inspiratoria. La exhalación se realiza en forma pasiva permiIendo al paciente liberar el aire inspirado por las propias fuerzas elásIcas de la caja torácica. Este proceso se repite cíclicamente susItuyendo así la respiración natural por una asisIda mecánicamente. VenIladores
  3. 3. Introducción MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 La interfaz entre el venIlador y el paciente es un par de tubos plásIcos corrugados unidos por una pieza en “Y” en el extremo del paciente. De esta manera el gas inspirado circula desde el equipo hacia el paciente por uno de los corrugados (rama inspiratoria) y el gas exhalado por el paciente circula hacia el respirador por el otro corrugado (rama espiratoria).
  4. 4. Introducción MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 VenIladores de úlIma generación
  5. 5. Introducción MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 -  Ac#vos (calderas): Generan calor y humedad para acondicionar el aire inspirado. - Gran capacidad de aporte de calor y humedad - EfecIvos en pacientes con hipotermia - Principalmente usado en pacientes neonatales -  Pasivos (intercambiadores de calor y humedad – HME) ReIenen el calor y la humedad exhalada por el paciente para calefaccionar y humidificar el aire inspirado. - Descartables (no requieren esterilización) - Fáciles de uIlizar - Evita contaminación y riesgo bacteriológico - Principalmente usado en pacientes adultos y pediátricos Humidificadores
  6. 6. Introducción MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 Humidificadores acIvos
  7. 7. Introducción MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 Humidificadores pasivos
  8. 8. Introducción MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 Diagrama general de un venIlador Bloque neumáIco Bloque electrónico Alimentación eléctrica Baterías Interfaz con el usuario Gases de alta presión Interfaz con el paciente
  9. 9. Bloque neumáIco (inspiratorio) MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 Regulador de presión Sensor de flujo Filtro de Par_culas y agua Válvula unidireccional Sensor de alta presión Válvula de control de flujo Aire Regulador de presión Sensor de flujo Filtro de par_culas Válvula unidireccional Sensor de alta presión Válvula de control de flujo Oxígeno Válvula de libre respiración Sensor de oxígeno Válvula de alivio de presión Sensor de presión inspiratoria Rama inspiratoria Sensor de flujo Aire O2
  10. 10. Bloque neumáIco (espiratorio) MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 Rama espiratoria Válvula espiratoria Sensor de flujo Sensor de presión Salida al ambiente
  11. 11. Reguladores de presión MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 -  El gas a alta presión es detenido por el obturador. -  A medida que se gira la perilla en senIdo horario ésta ejerce presión sobre el diafragma y el obturador permiIendo el pasaje del gas. -  El gas ingresa a la recámara y ejerce presión sobre el diafragma hasta equilibrar la fuerza ejercida por el resorte. -  El gas escapa por la salida manteniendo el equilibrio en el diafragma.
  12. 12. Sensores de flujo MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 -  Hilo caliente -  Presión diferencial Tecnologías
  13. 13. Válvulas de control de flujo MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 -  Válvulas proporcionales (corriente-flujo) -  Una o varias en paralelo -  Aptas para Aire y Oxígeno -  Velocidad de respuesta medida por “Producto Presión Tiempo” (PTP): área bajo la curva Presión-Tiempo en los primeros 300 ms.
  14. 14. Sensores de oxígeno MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 Ventajas: -  Más económico -  Más robusto frente a vibraciones -  Menos interferencia cruzada con otros gases (NO, NO2, etc.) Ventajas: -  No se agota (vida úIl muy superior) -  No requiere calibración periódica -  Mayor velocidad de respuesta Galvánicos ParamagnéIcos vs.
  15. 15. Sensores de oxígeno MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 -  El gas medido difunde a través de una membrana sintéIca y se disuelve en un electrolito. -  El electrolito conIene 2 electrodos que están conectados a una red de resistencias. -  La proporción de oxígeno disuelto es reducida en el electrodo acIvo (cátodo) y la oxidación se lleva a cabo en el electrodo complementario (ánodo). -  La corriente iónica resultante deriva en una corriente eléctrica externa proporcional a la concentración de oxígeno. -  La difusión de las moléculas de gas es un proceso dependiente de la temperatura. Para compensarlo, la corriente es converIda a un voltaje a través de termistores. Sensores Galvánicos
  16. 16. Sensores de oxígeno MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 Sensores ParamagnéIcos -  Dos esferas de vidrio rellenas con nitrógeno penden en presencia de un campo magnéIco no uniforme. -  Las moléculas de O2 (gran suscepIbilidad magnéIca) son atraídas por el campo magnéIco alterando la posición de las esferas. -  Dicha desviación es detectada por un fotodiodo a través de un espejo solidario a las esferas. -  La luz captada es converIda a corriente y realimentada a una espira fija a las esferas recuperando la posición inicial. -  Dicha corriente es proporcional a la concentración de O2 y es converIda a tensión.
  17. 17. Válvula espiratoria MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 -  Cierra el circuito durante la inspiración. -  Abre el circuito durante la espiración. -  Permite controlar el nivel de PEEP. -  Generalmente incluyen un sensor de flujo espiratorio. -  Pueden disponer de una trampa de agua para evitar acumulación de agua por condensación. -  Pueden ser calefaccionadas o no.
  18. 18. Bloque electrónico MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 Fuente de poder Distribución de poder y cargador de baterías CPU Control de venIlación Monitorización de venIlación Válvulas Interfaz con usuario ConecIvidad (RS232, RS485, Ethernet, USB, etc.) Sensores Baterías Alimentación
  19. 19. Calibraciones MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 Las calibraciones son necesarias para ajustar variaciones en el suministro de gases y entre componentes mismos. Componentes que requieren calibraciones: -  Reguladores de presión -  Válvulas de control de flujo -  Sensores de flujo -  Sensores de presión -  Sensor de O2 0 2 4 6
  20. 20. Seguridad MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 -  Alarmas visuales y audibles (norma ISO/IEC 60601-1-8) -  Válvula de sobrepresión (alivio de presión, pressure relief valve) -  Válvula de libre respiración (free breathing valve) -  Normas de seguridad eléctrica (ISO/IEC 60601-1, ISO 80601-2-12) (fugas, interferencias recibidas y generadas). -  Watchdog entre placas. -  Comprobación de sistema antes de cada paciente (fugas, audio, operación de válvulas y sensores, baterías, esImación de compliance y resistencias) Elementos necesarios a tener en cuenta
  21. 21. Complementos MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 -  Interfaz de sokware amigable y de fácil aprendizaje para el usuario. -  Disponibilidad de modos venIlatorios convencionales y no convencionales. -  VenIlación no invasiva (compensación de fugas). -  Herramientas de sokware para el usuario (mecánica venIlatoria, gráficas, tendencias, registros de alarmas, etc.). -  Pantallas tácIles (mulItouch). -  ConecIvidad (exportación de datos (HL7)). -  Diseño de fácil limpieza. -  EstéIca. CaracterísIcas que aportan
  22. 22. Servicio técnico MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017 -  Mantenimiento prevenIvo (costos, kits, etc.). -  Diseño pensado para servicio técnico. -  Herramientas de diagnósIco (logs de errores, sokware para manejo de válvulas y lecturas de sensores, etc.) Aspectos importantes
  23. 23. Gracias MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017

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