Soluciones de sensor de flujo en ventiladores

Se utilizan sensores de flujopara medir la tasa de flujo de sangre u oxígeno a través de un vaso. Los sensores de flujo implantables se incorporan comúnmente en un manguito flexible (Fig. 20.10) que se coloca alrededor del vaso cuyo caudal se va a medir.

A medida que el uso y la difusión de los ventiladores continúan creciendo, la tecnología CMOSens ha establecido una nueva generación de sensores de flujo.

Las mediciones continuas del flujo de aire durante la monitorización de la anestesia, el tratamiento de cuidados intensivos, así como en entornos clínicos y ambulatorios, brindan información importante para la evaluación del comportamiento del circuito cardiorrespiratorio y respiratorio y se han vuelto indispensables en la medicina moderna.

Los sistemas de ventilación mecánica suministran a los pacientes gas respirable por medio de "bombas de aire" mecánicas y esta técnica de ventilación utiliza presión positiva para suministrar aire a los pulmones del paciente.

Figura 1: Construcción esquemática de un ventilador con las diferentes posiciones típicas de los sensores y el uso de un humidificador.

El aumento de funciones inteligentes incorporadas en estos ventiladores les permite adaptarse automáticamente a los cambios en la función pulmonar o la respiración del paciente. Por lo tanto, la ventilación moderna controlada por presión o por volumen ahora está más orientada al paciente que nunca. Dado que se requieren cada vez menos modos de ventilación debido al aumento de la inteligencia del dispositivo, los ventiladores médicos en general se han vuelto menos complejos de operar.

La ventilación no invasiva se refiere a las terapias de ventilación que se realizan mediante máscaras o cánulas nasales. Esto a menudo se denomina ventilación con máscara o NIV/NPPV (ventilación no invasiva o ventilación con presión positiva no invasiva). En la ventilación invasiva, se inserta un tubo endotraqueal o una cánula traqueal en la tráquea del paciente para suministrar aire a los pulmones. Ambos tipos de ventilación, no invasiva e invasiva, tienen mérito y se usan de manera complementaria.

Un factor que no debe subestimarse es la humidificación del aire inhalado ya que va mucho más allá de la mera comodidad del paciente. El aire bien humidificado y calentado contribuye significativamente al éxito de la terapia de ventilación, ya que mejora tanto el drenaje de secreciones como la tolerancia de la terapia de ventilación no invasiva.

Las tendencias actuales en los hospitales muestran que la ventilación no invasiva se usa con más frecuencia hoy en día y para muchos más síntomas que nunca. Las unidades de cuidados intensivos, por ejemplo, utilizan cada vez más la ventilación no invasiva como primera línea de tratamiento, lo que reduce las complicaciones infecciosas, los períodos de destete, la duración de la estancia en la UCI, las tasas de intubación y los costos.

El tema clave para todos los ventiladores es la medición precisa de la tasa de flujo de gas respiratorio y el volumen de gas respiratorio que entra y sale del paciente. Estas mediciones con la más alta sensibilidad y precisión permiten la ventilación orientada al paciente mencionada anteriormente y que prevalece en la actualidad, que también refleja mejor la fisiopatología del paciente. La figura 1 muestra la construcción esquemática de un ventilador con las posiciones típicas de sensor/flujo de aire.

Desafíos técnicos

Los circuitos de respiración complejos tienen una amplia gama de variabilidad de composición debido a los diferentes tipos de tubos, humidificadores, filtros y adaptadores utilizados. Esto suele dar lugar a fugas e imperfecciones, por lo que el caudal inspiratorio (I) a veces difiere significativamente del caudal que realmente llega al paciente. Lo mismo se aplica al caudal espiratorio (E). Las mediciones del flujo de aire también se ven obstaculizadas por los cambios constantes en la temperatura del aire, la humedad y la composición del gas respirable, así como por la contaminación de las mangueras y los sensores espiratorios/proximales con esputo, patógenos y sangre. Debido a limitaciones técnicas, en el pasado se realizaban mediciones de las tasas de flujo inspiratorio (I) y espiratorio (E) dentro del ventilador. Luego, los valores de flujo aproximado se corrigieron en la medida de lo posible utilizando algoritmos de compensación complejos y, a menudo, inexactos.

Figura 2. Esquema de una configuración de ventilación con aire extremadamente húmedo y un volumen tidal muy pequeño de solo 5 ml.

Los sensores de flujo proximal deben ser fiables y rentables, estables a largo plazo y, además, presentar muchas otras características específicas del ventilador para que sean adecuados para la ventilación moderna orientada al paciente. Además, se necesitan requisitos especialmente estrictos para la esterilización higiénica, ya que los sensores entran en contacto con aire que puede estar contaminado con patógenos.

El talón de Aquiles de todos los sensores de flujo de aire actuales es el uso en combinación con humidificadores. La alta humedad se convierte en un problema cuando conduce a la condensación, lo que hace que caigan gotas de agua macroscópicas en las partes más frías del circuito del ventilador. Como solución, todos los sensores proximales y espiratorios Sensirion están equipados con un elemento de calentamiento externo adicional. El funcionamiento de este elemento calefactor con un máximo de 0,5 W es suficiente para evitar de forma fiable la condensación en el sensor y garantizar así un funcionamiento estable y fiable a largo plazo.

El esquema ilustrado en la Figura 2 muestra un humidificador que se usa normalmente en configuraciones de ventiladores para garantizar que el aire respirable esté bien humidificado. El cilindro de acero en el horno se mantiene a 37 grados y simula los pulmones con el sensor de presión conectado que se usa como referencia. La válvula controlada se cierra durante el ciclo respiratorio inspiratorio y se abre una vez por segundo durante la parte espiratoria del ciclo respiratorio.

Sin el uso del calentador, las gotas individuales de agua pueden correr sobre el elemento del sensor y provocar una lectura incorrecta de los valores de medición. Este error de lectura puede reconocerse claramente por las desviaciones del volumen espiratorio/inspiratorio con respecto al volumen de referencia.

panorama

El uso y la difusión de los ventiladores seguirán creciendo con fuerza en el futuro debido al creciente número de enfermedades pulmonares. Los ventiladores modernos imponen exigencias cada vez mayores a los sensores para centrarse en los pacientes y su terapia.

La tecnología CMOSens ha establecido una nueva generación de sensores de flujo que han demostrado su confiabilidad millones de veces en el campo de los dispositivos CPAP y aplicaciones automotrices con ventajas evidentes para los ventiladores.

Es la ventaja tecnológica que permitirá a los fabricantes realizar los próximos saltos cuánticos en ventilación.