Датчики потоку в апаратах штучної вентиляції легень

Використовуються датчики потокудля вимірювання швидкості потоку крові або кисню через судину. Імплантовані датчики потоку зазвичай вбудовуються в гнучку манжету (рис. 20.10), яка встановлюється навколо судини, швидкість потоку якої потрібно виміряти.

Оскільки використання та поширення вентиляторів продовжує зростати, технологія CMOSens створила нове покоління датчиків потоку.

Безперервні вимірювання повітряного потоку під час моніторингу анестезії, інтенсивної терапії, а також у клінічних та амбулаторних умовах надають важливу інформацію для оцінки поведінки кардіореспіраторного та дихального контурів і стали незамінними в сучасній медицині.

Системи механічної вентиляції забезпечують пацієнтів дихальним газом за допомогою механічних «повітряних насосів», і ця техніка вентиляції використовує позитивний тиск для доставки повітря в легені пацієнта.

Рисунок 1: Схематична конструкція вентилятора з типовими різними положеннями датчиків і використанням зволожувача.

Розширення інтелектуальних функцій, вбудованих у ці апарати ШВЛ, дозволяє їм автоматично адаптуватися до змін у функції легенів або диханні пацієнта. Таким чином, сучасна вентиляція з регульованим тиском або об’ємом більше орієнтована на пацієнта, ніж будь-коли. Оскільки через підвищення інтелектуальних пристроїв потрібно все менше і менше режимів вентиляції, медичні апарати штучної вентиляції легенів загалом стали менш складними в експлуатації.

Неінвазивна вентиляція – це вентиляційна терапія, яка виконується за допомогою масок або носових канюль. Це часто називають вентиляцією через маску або NIV/NPPV (неінвазивна вентиляція або неінвазивна вентиляція з позитивним тиском). При інвазивній вентиляції ендотрахеальна трубка або трахеальна канюля вставляється в трахею пацієнта для постачання легень повітрям. Обидва типи вентиляції – неінвазивна та інвазивна – мають переваги та використовуються як доповнення.

Фактором, який не можна недооцінювати, є зволоження вдихуваного повітря, оскільки воно виходить далеко за рамки простого комфорту пацієнта. Добре зволожене та підігріте повітря значно сприяє успіху вентиляційної терапії, оскільки воно покращує як дренаж секрету, так і переносимість неінвазивної вентиляційної терапії.

Сучасні тенденції в лікарнях свідчать про те, що неінвазивна вентиляція легень сьогодні використовується все частіше і для значно більшої кількості симптомів, ніж будь-коли. Наприклад, у відділеннях інтенсивної терапії все частіше використовують неінвазивну вентиляцію легенів як лікування першої лінії, що зменшує кількість інфекційних ускладнень, періоди відлучення, тривалість перебування у відділенні інтенсивної терапії, частоту інтубації та витрати.

Ключовим питанням для всіх апаратів ШВЛ є точне вимірювання швидкості потоку дихального газу та об’єму дихального газу, який надходить і виходить з пацієнта. Ці вимірювання з найвищою чутливістю та точністю забезпечують згадану раніше та нині переважаючу вентиляцію, орієнтовану на пацієнта, яка також краще відображає патофізіологію пацієнта. На малюнку 1 показано схематичну конструкцію вентилятора з типовими положеннями потоку повітря/датчика.

Технічні проблеми

Складні дихальні контури мають широкий діапазон варіативності складу завдяки використанню різних типів трубок, зволожувачів, фільтрів і адаптерів. Це часто призводить до витоків і недосконалостей, через що швидкість потоку при вдиху (I) іноді значно відрізняється від швидкості потоку, який фактично досягає пацієнта. Те саме стосується швидкості видиху (E). Вимірюванню повітряного потоку також перешкоджають постійні зміни температури повітря, вологості та складу дихальних газів, а також забруднення шлангів і експіраторних/проксимальних датчиків мокротою, патогенами та кров’ю. Через технічні обмеження раніше вимірювання швидкості потоку на вдиху (I) і видиху (E) проводилися всередині апарата ШВЛ. Потім приблизні значення витрати були скориговані, наскільки це було можливо, за допомогою складних і часто неточних алгоритмів компенсації.

Рисунок 2. Схема вентиляційної установки з надзвичайно вологим повітрям і дуже малим дихальним об’ємом лише 5 мл.

Датчики проксимального потоку повинні бути надійними та економічно ефективними, довгостроково стабільними та, крім того, мати численні інші специфічні функції ШВЛ, щоб бути придатними для сучасної вентиляції, орієнтованої на пацієнта. Крім того, необхідні особливо суворі вимоги до гігієнічної стерилізації, оскільки датчики контактують з повітрям, потенційно зараженим патогенами.

Ахіллесовою п'ятою всіх сучасних датчиків потоку повітря є використання в поєднанні з зволожувачами повітря. Висока вологість стає проблемою, коли вона призводить до конденсації, що спричиняє випадання макроскопічних крапель води в холодніші частини контуру вентилятора. Як рішення, всі сенсори Sensirion проксимальні та експіраторні оснащені додатковим зовнішнім нагрівальним елементом. Роботи цього нагрівального елемента з максимальною потужністю 0,5 Вт достатньо, щоб надійно запобігти утворенню конденсату в датчику й таким чином забезпечити тривалу стабільну та надійну роботу.

На схемі, зображеній на малюнку 2, показаний зволожувач, який зазвичай використовується в установках штучної вентиляції легень, щоб забезпечити добре зволоження повітря для дихання. Сталевий циліндр у духовці підтримується при 37 градусах і імітує легені за допомогою підключеного датчика тиску, який використовується як еталон. Контрольований клапан закритий під час циклу вдиху та відкривається один раз на секунду для частини циклу видиху.

Без використання нагрівача окремі краплі води можуть набігати на сенсорний елемент і викликати неправильне зчитування вимірюваних значень. Це неправильне читання можна чітко розпізнати за відхиленням об’єму видиху/вдиху від контрольного об’єму.

Outlook

Використання та розповсюдження апаратів штучної вентиляції легенів продовжить стрімко зростати в майбутньому через збільшення кількості захворювань легенів. Сучасні апарати штучної вентиляції легенів висувають дедалі зростаючі вимоги до датчиків, щоб зосередити увагу на пацієнтах та їх лікуванні.

Технологія CMOSens створила нове покоління датчиків потоку, які довели свою надійність мільйони разів у сфері CPAP-пристроїв і автомобільних додатків з очевидними перевагами для вентиляторів.

Це технологічна перевага, яка дозволить виробникам реалізувати наступний стрибок у вентиляції.