Решения за сензори за поток във вентилатори

Използват се сензори за потокза измерване на скоростта на потока на кръвта или кислорода през съд. Имплантируемите сензори за поток обикновено се вграждат в гъвкав маншет (Фиг. 20.10), който се монтира около съда, чиято скорост на потока трябва да се измерва.

Тъй като използването и разпространението на вентилатори продължава да расте, технологията CMOSens създаде ново поколение сензори за поток.

Непрекъснатите измервания на въздушния поток по време на мониторинг на анестезия, интензивно лечение, както и в клинични и амбулаторни среди предоставят важна информация за оценка на поведението на кардиореспираторния и дихателния кръг и са станали незаменими в съвременната медицина.

Механичните вентилационни системи доставят на пациентите газ за дишане посредством механични „въздушни помпи“ и тази техника на вентилация използва положително налягане, за да достави въздух до белите дробове на пациента.

Фигура 1: Схематична конструкция на вентилатор с типичните различни позиции на сензора и използването на овлажнител.

Увеличаването на интелигентните функции, включени в тези вентилатори, им позволява автоматично да се адаптират към промените в белодробната функция или дишането на пациента. Следователно съвременната вентилация с контролирано налягане или обем е по-ориентирана към пациента от всякога. Тъй като са необходими все по-малко режими на вентилация поради увеличаването на интелигентността на устройството, медицинските вентилатори като цяло са станали по-малко сложни за работа.

Неинвазивната вентилация се отнася до вентилационни терапии, които се извършват с помощта на маски или назални канюли. Това често се нарича маскова вентилация или NIV/NPPV (неинвазивна вентилация или неинвазивна вентилация с положително налягане). При инвазивна вентилация в трахеята на пациента се вкарва ендотрахеална тръба или трахеална канюла, за да се снабдят белите дробове с въздух. И двата вида вентилация – неинвазивна и инвазивна – имат предимства и се използват взаимно допълващи се.

Фактор, който не бива да се подценява, е овлажняването на вдишвания въздух, тъй като то надхвърля обикновения комфорт на пациента. Добре овлажненият и затоплен въздух допринася значително за успеха на вентилационната терапия, тъй като подобрява както дренажа на секретите, така и поносимостта на неинвазивната вентилационна терапия.

Настоящите тенденции в болниците показват, че неинвазивната вентилация се използва по-често днес и за много повече симптоми от всякога. Отделенията за интензивно лечение, например, все повече използват неинвазивна вентилация като първа линия на лечение, което намалява инфекциозните усложнения, периодите на отбиване, продължителността на престоя в интензивното отделение, честотата на интубация и разходите.

Ключовият въпрос за всички вентилатори е точното измерване на скоростта на потока на дихателния газ и обема на дихателния газ, който изтича и излиза от пациента. Тези измервания с най-висока чувствителност и точност позволяват споменатата по-горе и преобладаваща в днешно време ориентирана към пациента вентилация, която също отразява по-добре патофизиологията на пациента. Фигура 1 показва схематична конструкция на вентилатор с типичните позиции на въздушния поток/сензора.

Технически предизвикателства

Сложните дихателни вериги имат широк диапазон на променливост на състава поради различните видове използвани тръби, овлажнители, филтри и адаптери. Това често води до течове и несъвършенства, поради което скоростта на вдишвания поток (I) понякога се различава значително от скоростта на потока, който действително достига до пациента. Същото важи и за скоростта на експираторния поток (E). Измерванията на въздушния поток също се възпрепятстват от постоянните промени в температурата на въздуха, влажността и състава на дихателния газ, както и от замърсяването на маркучите и експираторните/проксималните сензори с храчки, патогени и кръв. Поради технически ограничения, измерванията на скоростите на вдишване (I) и експираторен поток (E) са извършвани в миналото във вентилатора. След това грубите стойности на потока бяха коригирани, доколкото е възможно, с помощта на сложни и често неточни алгоритми за компенсация.

Фигура 2. Схема на вентилационна инсталация с изключително влажен въздух и много малък дихателен обем от само 5 ml.

Сензорите за проксимален поток трябва да бъдат надеждни и рентабилни, дълготрайно стабилни и освен това да притежават множество други специфични за вентилатора функции, за да бъдат подходящи за модерна вентилация, ориентирана към пациента. Освен това са необходими особено строги изисквания за хигиенна стерилизация, тъй като сензорите влизат в контакт с въздух, който е потенциално замърсен с патогени.

Ахилесовата пета на всички настоящи сензори за въздушен поток е използването им в комбинация с овлажнители. Високата влажност се превръща в проблем, когато води до кондензация, причинявайки дъжд на макроскопични водни капчици в по-хладните части на кръга на вентилатора. Като решение, всички проксимални и експираторни сензори Sensirion са оборудвани с допълнителен външен нагревателен елемент. Работата на този нагревателен елемент с максимум 0,5 W е достатъчна, за да предотврати надеждно кондензацията в сензора и по този начин да осигури дългосрочна стабилна и надеждна работа.

Схемата, илюстрирана на Фигура 2, показва овлажнител, който обикновено се използва в вентилационни системи, за да се гарантира, че въздухът за дишане е добре овлажнен. Стоманеният цилиндър във фурната се поддържа на 37 градуса и симулира белите дробове със свързания сензор за налягане, използван като еталон. Контролираният клапан е затворен по време на инспираторния дихателен цикъл и се отваря веднъж в секунда за експираторната част на дихателния цикъл.

Без използването на нагревателя отделни капки вода могат да се стичат върху сензорния елемент и да причинят неправилно отчитане на измерваните стойности. Това грешно разчитане може ясно да се разпознае по отклоненията на експираторния/инспираторния обем от референтния обем.

Outlook

Използването и разпространението на вентилатори ще продължи да нараства силно в бъдеще поради нарастващия брой белодробни заболявания. Съвременните вентилатори поставят все по-големи изисквания към сензорите, за да поставят фокуса върху пациентите и тяхната терапия.

Технологията CMOSens създаде ново поколение сензори за поток, които са доказали своята надеждност милиони пъти в областта на CPAP устройствата и автомобилните приложения, като предимствата за вентилаторите са очевидни.

Това е технологичното предимство, което ще позволи на производителите да реализират следващите квантови скокове във вентилацията.