Λύσεις αισθητήρων ροής σε αναπνευστήρες

Χρησιμοποιούνται αισθητήρες ροήςγια τη μέτρηση του ρυθμού ροής του αίματος ή του οξυγόνου μέσω ενός αγγείου. Οι εμφυτεύσιμοι αισθητήρες ροής συνήθως ενσωματώνονται σε μια εύκαμπτη περιχειρίδα (Εικ. 20.10) που προσαρμόζεται γύρω από το δοχείο του οποίου ο ρυθμός ροής πρόκειται να μετρηθεί.

Καθώς η χρήση και η εξάπλωση των αναπνευστήρων συνεχίζει να αυξάνεται, έτσι μια τεχνολογία CMOSens έχει δημιουργήσει μια νέα γενιά αισθητήρων ροής.

Οι συνεχείς μετρήσεις ροής αέρα κατά την παρακολούθηση της αναισθησίας, τη θεραπεία εντατικής θεραπείας καθώς και σε κλινικά και περιπατητικά περιβάλλοντα παρέχουν σημαντικές πληροφορίες για την αξιολόγηση της συμπεριφοράς του καρδιοαναπνευστικού και του αναπνευστικού κυκλώματος και έχουν καταστεί απαραίτητες στη σύγχρονη ιατρική.

Τα συστήματα μηχανικού αερισμού παρέχουν στους ασθενείς αναπνευστικό αέριο μέσω μηχανικών «αντλιών αέρα» και αυτή η τεχνική αερισμού χρησιμοποιεί θετική πίεση για την παροχή αέρα στους πνεύμονες του ασθενούς.

Εικόνα 1: Σχηματική κατασκευή ενός αναπνευστήρα με τις τυπικές διαφορετικές θέσεις αισθητήρων και τη χρήση υγραντήρα.

Η αύξηση των έξυπνων χαρακτηριστικών που ενσωματώνονται σε αυτούς τους αναπνευστήρες, τους επιτρέπει να προσαρμόζονται αυτόματα στις αλλαγές στη λειτουργία των πνευμόνων ή στην αναπνοή του ασθενούς. Επομένως, ο σύγχρονος αερισμός ελεγχόμενης πίεσης ή όγκου είναι πλέον πιο προσανατολισμένος στον ασθενή από ποτέ. Δεδομένου ότι απαιτούνται όλο και λιγότεροι τρόποι αερισμού λόγω της αύξησης της ευφυΐας της συσκευής, οι ιατρικοί αναπνευστήρες έχουν γίνει συνολικά λιγότερο πολύπλοκοι στη λειτουργία τους.

Ο μη επεμβατικός αερισμός αναφέρεται σε θεραπείες αερισμού που εκτελούνται με χρήση μάσκες ή ρινικών σωληνίσκων. Αυτό αναφέρεται συχνά ως αερισμός με μάσκα ή NIV/NPPV (μη επεμβατικός αερισμός ή μη επεμβατικός αερισμός θετικής πίεσης). Στον επεμβατικό αερισμό, ένας ενδοτραχειακός σωλήνας ή ένας σωληνίσκος τραχείας εισάγεται στην τραχεία του ασθενούς για την παροχή αέρα στους πνεύμονες. Και οι δύο τύποι αερισμού - μη επεμβατικός και επεμβατικός - έχουν αξία και χρησιμοποιούνται με συμπληρωματικό τρόπο.

Ένας παράγοντας που δεν πρέπει να υποτιμάται είναι η ύγρανση του εισπνεόμενου αέρα καθώς υπερβαίνει την απλή άνεση του ασθενούς. Ο καλά υγροποιημένος και θερμαινόμενος αέρας συμβάλλει σημαντικά στην επιτυχία της θεραπείας αερισμού, καθώς βελτιώνει τόσο την παροχέτευση των εκκρίσεων όσο και την ανοχή της μη επεμβατικής θεραπείας αερισμού.

Οι τρέχουσες τάσεις στα νοσοκομεία δείχνουν ότι ο μη επεμβατικός αερισμός χρησιμοποιείται πιο συχνά σήμερα και για πολύ περισσότερα συμπτώματα από ποτέ. Οι μονάδες εντατικής θεραπείας, για παράδειγμα, χρησιμοποιούν όλο και περισσότερο τον μη επεμβατικό αερισμό ως πρώτη γραμμή θεραπείας, ο οποίος μειώνει τις λοιμώδεις επιπλοκές, τις περιόδους απογαλακτισμού, τη διάρκεια παραμονής στη ΜΕΘ, τα ποσοστά διασωλήνωσης και το κόστος.

Το βασικό ζήτημα για όλους τους αναπνευστήρες είναι η ακριβής μέτρηση του ρυθμού ροής του αναπνευστικού αερίου και του όγκου του αναπνευστικού αερίου που ρέει μέσα και έξω από τον ασθενή. Αυτές οι μετρήσεις με την υψηλότερη ευαισθησία και ακρίβεια επιτρέπουν τον προσανατολισμένο προς τον ασθενή αερισμό που αναφέρθηκε προηγουμένως και σήμερα επικρατεί, ο οποίος επίσης αντικατοπτρίζει καλύτερα την παθοφυσιολογία του ασθενούς. Το σχήμα 1 δείχνει τη σχηματική κατασκευή ενός αναπνευστήρα με τις τυπικές θέσεις ροής αέρα/αισθητήρα.

Τεχνικές προκλήσεις

Τα πολύπλοκα κυκλώματα αναπνοής έχουν μεγάλο εύρος μεταβλητότητας σύνθεσης λόγω των διαφορετικών τύπων σωλήνων, υγραντήρων, φίλτρων και προσαρμογέων που χρησιμοποιούνται. Αυτό συχνά οδηγεί σε διαρροές και ατέλειες, γι' αυτό ο ρυθμός εισπνευστικής ροής (I) μερικές φορές διαφέρει σημαντικά από τον ρυθμό ροής που φθάνει στην πραγματικότητα στον ασθενή. Το ίδιο ισχύει και για τον ρυθμό ροής εκπνοής (Ε). Οι μετρήσεις ροής αέρα παρεμποδίζονται επίσης από τις συνεχείς αλλαγές στη θερμοκρασία του αέρα, την υγρασία και τη σύνθεση αερίων που αναπνέουν, καθώς και από τη μόλυνση των εύκαμπτων σωλήνων και των αισθητήρων εκπνοής/εγγύς με πτύελα, παθογόνα και αίμα. Λόγω τεχνικών περιορισμών, στο παρελθόν πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις της εισπνευστικής ροής (Ι) και της εκπνευστικής ροής (Ε) εντός του αναπνευστήρα. Οι τιμές πρόχειρης ροής στη συνέχεια διορθώθηκαν όσο το δυνατόν περισσότερο χρησιμοποιώντας πολύπλοκους και συχνά ανακριβείς αλγόριθμους αντιστάθμισης.

Εικόνα 2. Σχηματική διάταξη εξαερισμού με εξαιρετικά υγρό αέρα και πολύ μικρό αναπνεόμενο όγκο μόνο 5 ml.

Οι αισθητήρες εγγύς ροής πρέπει να είναι αξιόπιστοι και οικονομικά αποδοτικοί, μακροπρόθεσμα σταθεροί και, επιπλέον, να διαθέτουν πολυάριθμα άλλα χαρακτηριστικά ειδικά για τον αναπνευστήρα, προκειμένου να είναι κατάλληλοι για σύγχρονο αερισμό προσανατολισμένο στον ασθενή. Επιπλέον, απαιτούνται ιδιαίτερα αυστηρές απαιτήσεις για υγιεινή αποστείρωση, καθώς οι αισθητήρες έρχονται σε επαφή με αέρα που είναι δυνητικά μολυσμένος με παθογόνα.

Η αχίλλειος πτέρνα όλων των σημερινών αισθητήρων ροής αέρα είναι η χρήση σε συνδυασμό με υγραντήρες. Η υψηλή υγρασία γίνεται πρόβλημα όταν οδηγεί σε συμπύκνωση, προκαλώντας τη βροχή μακροσκοπικών σταγονιδίων νερού στα ψυχρότερα μέρη του κυκλώματος του αναπνευστήρα. Ως λύση, όλοι οι αισθητήρες εγγύς και εκπνοής Sensirion είναι εξοπλισμένοι με ένα επιπλέον εξωτερικό θερμαντικό στοιχείο. Η λειτουργία αυτού του θερμαντικού στοιχείου με μέγιστο 0,5 W είναι επαρκής για την αξιόπιστη αποφυγή συμπύκνωσης στον αισθητήρα και, επομένως, για τη διασφάλιση μακροχρόνιας σταθερής και αξιόπιστης λειτουργίας.

Το σχηματικό σχήμα που απεικονίζεται στο Σχήμα 2 δείχνει έναν υγραντήρα που χρησιμοποιείται συνήθως σε εγκαταστάσεις αναπνευστήρα για να διασφαλιστεί ότι ο αέρας που αναπνέει είναι καλά υγροποιημένος. Ο χαλύβδινος κύλινδρος στο φούρνο διατηρείται στις 37 μοίρες και προσομοιώνει τους πνεύμονες με τον συνδεδεμένο αισθητήρα πίεσης που χρησιμοποιείται ως αναφορά. Η ελεγχόμενη βαλβίδα κλείνει κατά τη διάρκεια του εισπνευστικού κύκλου αναπνοής και ανοίγει μία φορά το δευτερόλεπτο για το εκπνευστικό τμήμα του κύκλου αναπνοής.

Χωρίς τη χρήση του θερμαντήρα, μεμονωμένες σταγόνες νερού μπορεί να τρέξουν πάνω από το στοιχείο αισθητήρα και να προκαλέσουν εσφαλμένη ανάγνωση των τιμών μέτρησης. Αυτή η εσφαλμένη ανάγνωση μπορεί ξεκάθαρα να αναγνωριστεί από τις αποκλίσεις του εκπνευστικού/αναπνευστικού όγκου από τον όγκο αναφοράς.

Αποψη

Η χρήση και η εξάπλωση των αναπνευστήρων θα συνεχίσει να αυξάνεται έντονα στο μέλλον λόγω του αυξανόμενου αριθμού πνευμονικών παθήσεων. Οι σύγχρονοι αναπνευστήρες θέτουν συνεχώς αυξανόμενες απαιτήσεις σε αισθητήρες προκειμένου να εστιάσουν στους ασθενείς και τη θεραπεία τους.

Η τεχνολογία CMOSens έχει δημιουργήσει μια νέα γενιά αισθητήρων ροής που έχουν αποδείξει την αξιοπιστία τους εκατομμύρια φορές στον τομέα των συσκευών CPAP και των εφαρμογών αυτοκινήτων με τα πλεονεκτήματα για τους αναπνευστήρες να είναι εμφανή.

Είναι το τεχνολογικό πλεονέκτημα που θα επιτρέψει στους κατασκευαστές να πραγματοποιήσουν τα επόμενα κβαντικά άλματα στον αερισμό.