Soluções de sensores de fluxo em ventiladores

Os sensores de fluxo são usadospara medir a taxa de fluxo de sangue ou oxigênio através de um vaso. Sensores de fluxo implantáveis ​​são comumente incorporados a um manguito flexível (Fig. 20.10) que é colocado ao redor do vaso cuja taxa de fluxo deve ser medida.

À medida que o uso e a disseminação de ventiladores continuam a crescer, a tecnologia CMOSens estabeleceu uma nova geração de sensores de fluxo.

As medições contínuas do fluxo de ar durante a monitorização anestésica, tratamento de terapia intensiva, bem como em ambientes clínicos e ambulatoriais fornecem informações importantes para a avaliação do comportamento do circuito cardiorrespiratório e respiratório e tornaram-se indispensáveis ​​na medicina moderna.

Os sistemas de ventilação mecânica fornecem aos pacientes gás respiratório por meio de "bombas de ar" mecânicas e essa técnica de ventilação usa pressão positiva para fornecer ar aos pulmões do paciente.

Figura 1: Construção esquemática de um ventilador com as típicas diferentes posições do sensor e o uso de um umidificador.

O aumento de recursos inteligentes incorporados a esses ventiladores permite que eles se adaptem automaticamente às mudanças na função pulmonar ou na respiração do paciente. A ventilação moderna controlada por pressão ou controlada por volume é, portanto, agora mais orientada para o paciente do que nunca. Uma vez que são necessários cada vez menos modos de ventilação devido ao aumento da inteligência do dispositivo, os ventiladores médicos tornaram-se, em geral, menos complexos de operar.

A ventilação não invasiva refere-se a terapias de ventilação que são realizadas usando máscaras ou cânulas nasais. Isso geralmente é chamado de ventilação com máscara ou VNI/NPPV (ventilação não invasiva ou ventilação não invasiva com pressão positiva). Na ventilação invasiva, um tubo endotraqueal ou uma cânula traqueal é inserido na traqueia do paciente para fornecer ar aos pulmões. Ambos os tipos de ventilação – não invasiva e invasiva – têm méritos e são utilizados de forma complementar.

Um fator que não deve ser subestimado é a umidificação do ar inspirado, pois vai muito além do mero conforto do paciente. O ar bem umidificado e aquecido contribui significativamente para o sucesso da terapia ventilatória, pois melhora tanto a drenagem de secreções quanto a tolerância à terapia ventilatória não invasiva.

As tendências atuais em hospitais mostram que a ventilação não invasiva é usada com mais frequência hoje e para muito mais sintomas do que nunca. As unidades de terapia intensiva, por exemplo, usam cada vez mais a ventilação não invasiva como primeira linha de tratamento, o que reduz complicações infecciosas, períodos de desmame, tempo de internação na UTI, taxas e custos de intubação.

A questão principal para todos os ventiladores é a medição precisa da taxa de fluxo de gás respiratório e do volume de gás respiratório que entra e sai do paciente. Essas medições com a maior sensibilidade e precisão permitem a ventilação orientada para o paciente mencionada anteriormente e atualmente predominante, que também reflete melhor a fisiopatologia do paciente. A Figura 1 mostra a construção esquemática de um ventilador com as posições típicas de fluxo de ar/sensor.

desafios técnicos

Os circuitos respiratórios complexos possuem uma ampla gama de variabilidade de composição devido aos diferentes tipos de tubos, umidificadores, filtros e adaptadores utilizados. Isso geralmente resulta em vazamentos e imperfeições, razão pela qual o fluxo inspiratório (I) às vezes difere significativamente do fluxo que realmente chega ao paciente. O mesmo se aplica ao fluxo expiratório (E). As medições do fluxo de ar também são prejudicadas pelas constantes mudanças na temperatura do ar, umidade e composição do gás respiratório, bem como pela contaminação de mangueiras e sensores expiratórios/proximais com escarro, patógenos e sangue. Devido a limitações técnicas, as medições dos fluxos inspiratório (I) e expiratório (E) eram realizadas no interior do ventilador no passado. Os valores aproximados do fluxo foram então corrigidos tanto quanto possível usando algoritmos de compensação complexos e muitas vezes imprecisos.

Figura 2. Esquema de uma configuração de ventilação com ar extremamente úmido e um volume corrente muito pequeno de apenas 5 ml.

Os sensores de fluxo proximal devem ser confiáveis ​​e econômicos, estáveis ​​a longo prazo e, além disso, apresentar vários outros recursos específicos do ventilador para serem adequados para a ventilação moderna orientada para o paciente. Além disso, requisitos particularmente rigorosos para esterilização higiênica são necessários, pois os sensores entram em contato com o ar potencialmente contaminado com patógenos.

O calcanhar de Aquiles de todos os sensores de fluxo de ar atuais é o uso em combinação com umidificadores. A alta umidade torna-se um problema quando leva à condensação, fazendo com que gotas de água macroscópicas caiam nas partes mais frias do circuito do ventilador. Como solução, todos os sensores proximais e expiratórios Sensirion são equipados com um elemento de aquecimento externo adicional. A operação deste elemento de aquecimento com um máximo de 0,5 W é suficiente para evitar de forma confiável a condensação no sensor e, assim, garantir uma operação estável e confiável a longo prazo.

O esquema ilustrado na Figura 2 mostra um umidificador normalmente usado em configurações de ventilador para garantir que o ar respirável esteja bem umidificado. O cilindro de aço no forno é mantido a 37 graus e simula os pulmões com o sensor de pressão conectado usado como referência. A válvula controlada é fechada durante o ciclo respiratório inspiratório e aberta uma vez por segundo durante a parte expiratória do ciclo respiratório.

Sem o uso do aquecedor, gotas individuais de água podem escorrer sobre o elemento sensor e causar erros na leitura dos valores de medição. Essa leitura incorreta pode ser claramente reconhecida pelos desvios do volume expiratório/inspiratório do volume de referência.

Panorama

O uso e a disseminação de ventiladores continuarão a crescer fortemente no futuro devido ao número crescente de doenças pulmonares. Os ventiladores modernos impõem demandas cada vez maiores aos sensores, a fim de colocar o foco nos pacientes e em sua terapia.

A tecnologia CMOSens estabeleceu uma nova geração de sensores de fluxo que comprovaram sua confiabilidade milhões de vezes no campo de dispositivos CPAP e aplicações automotivas com vantagens evidentes para os ventiladores.

É a vantagem tecnológica que permitirá aos fabricantes realizar os próximos saltos quânticos na ventilação.