Vooluanduri lahendused ventilaatorites

Kasutatakse vooluandureidvere või hapniku voolukiiruse mõõtmiseks läbi anuma. Siirdatavad vooluandurid on tavaliselt integreeritud painduvasse mansetti (joonis 20.10), mis paigaldatakse mõõdetava veresoone ümber.

Kuna ventilaatorite kasutamine ja levik kasvab, on CMOSensi tehnoloogia loonud uue põlvkonna vooluandureid.

Pidevad õhuvoolu mõõtmised anesteesia monitooringul, intensiivravis ning kliinilistes ja ambulatoorsetes keskkondades annavad olulist teavet kardiorespiratoorse ja hingamisringe käitumise hindamiseks ning on muutunud kaasaegses meditsiinis asendamatuks.

Mehaanilised ventilatsioonisüsteemid varustavad patsiente hingamisgaasiga mehaaniliste "õhupumpade" abil ja see ventilatsioonitehnika kasutab positiivset rõhku õhu toimetamiseks patsiendi kopsudesse.

Joonis 1: Ventilaatori skemaatiline konstruktsioon tüüpiliste erinevate andurite asenditega ja niisutaja kasutamisega.

Nendes ventilaatorites sisalduvate intelligentsete funktsioonide suurenemine võimaldab neil automaatselt kohaneda muutustega kopsufunktsioonis või patsiendi hingamises. Kaasaegne rõhu- või helitugevusega juhitav ventilatsioon on seetõttu patsiendikesksem kui kunagi varem. Kuna seadmete intelligentsuse suurenemise tõttu on vaja järjest vähem ventilatsioonirežiime, on meditsiiniliste ventilaatorite kasutamine üldiselt muutunud vähem keerukaks.

Mitteinvasiivne ventilatsioon viitab ventilatsiooniteraapiatele, mida tehakse maskide või ninakanüülide abil. Seda nimetatakse sageli maskventilatsiooniks või NIV/NPPV-ks (mitteinvasiivne ventilatsioon või mitteinvasiivne positiivse rõhuga ventilatsioon). Invasiivse ventilatsiooni korral sisestatakse patsiendi hingetorusse endotrahheaalne toru või hingetoru kanüül, et varustada kopse õhuga. Mõlemal ventilatsioonitüübil – mitteinvasiivsel ja invasiivsel – on eelised ja neid kasutatakse täiendavalt.

Tegur, mida ei tohiks alahinnata, on sissehingatava õhu niisutamine, kuna see ületab patsiendi mugavuse. Hästi niisutatud ja soojendatud õhk aitab oluliselt kaasa ventilatsiooniravi õnnestumisele, kuna see parandab nii sekretsiooni äravoolu kui ka mitteinvasiivse ventilatsiooniravi taluvust.

Praegused suundumused haiglates näitavad, et mitteinvasiivset ventilatsiooni kasutatakse tänapäeval sagedamini ja palju rohkemate sümptomite korral kui kunagi varem. Näiteks intensiivraviosakondades kasutatakse esmavaliku ravina üha enam mitteinvasiivset ventilatsiooni, mis vähendab nakkuslikke tüsistusi, võõrutusperioode, intensiivravi osakondades viibimise kestust, intubatsiooni määra ja kulusid.

Kõigi ventilaatorite võtmeküsimuseks on hingamisgaasi voolukiiruse ja patsiendist sisse- ja väljavoolava hingamisgaasi mahu täpne mõõtmine. Need kõrgeima tundlikkuse ja täpsusega mõõtmised võimaldavad eelnevalt mainitud ja tänapäeval valdavalt patsiendile suunatud ventilatsiooni, mis peegeldab paremini ka patsiendi patofüsioloogiat. Joonisel 1 on kujutatud tüüpiliste õhuvoolu/anduri asenditega ventilaatori skemaatiline konstruktsioon.

Tehnilised väljakutsed

Komplekssetel hingamisahelatel on lai valik koostise varieeruvust tänu erinevat tüüpi torudele, õhuniisutajatele, filtritele ja adapteritele. See põhjustab sageli lekkeid ja ebatäiuslikkust, mistõttu sissehingamise voolukiirus (I) erineb mõnikord oluliselt voolukiirusest, mis tegelikult patsiendini jõuab. Sama kehtib ka väljahingamise voolukiiruse (E) kohta. Õhuvoolu mõõtmist takistavad ka pidevad muutused õhutemperatuuris, niiskuses ja hingamisgaaside koostises ning voolikute ja väljahingamis-/proksimaalsete andurite saastumine röga, patogeenide ja verega. Tehniliste piirangute tõttu mõõdeti varem ventilaatoris sissehingamise (I) ja väljahingamise voolukiirust (E). Seejärel korrigeeriti töötlemata vooluväärtusi nii palju kui võimalik, kasutades keerulisi ja sageli ebatäpseid kompensatsioonialgoritme.

Joonis 2. Väga niiske õhu ja väga väikese, vaid 5 ml hingamismahuga ventilatsiooni seadistuse skeem.

Proksimaalsed vooluandurid peavad olema töökindlad ja kulutõhusad, pikaajaliselt stabiilsed ning lisaks peavad neil olema palju muid ventilaatorile omaseid omadusi, et need sobiksid kaasaegseks patsiendile suunatud ventilatsiooniks. Lisaks on vaja eriti rangeid hügieenilise steriliseerimise nõudeid, kuna andurid puutuvad kokku õhuga, mis võib olla patogeenidega saastunud.

Kõigi praeguste õhuvooluandurite Achilleuse kand on kasutus koos niisutajatega. Kõrge õhuniiskus muutub probleemiks, kui see põhjustab kondenseerumist, mis põhjustab makroskoopiliste veepiiskade sajamist ventilaatoriringi jahedamatesse osadesse. Lahendusena on kõik Sensirioni proksimaal- ja väljahingamisandurid varustatud täiendava välise kütteelemendiga. Selle kütteelemendi maksimaalselt 0,5 W tööst piisab, et usaldusväärselt ära hoida anduris kondenseerumist ja seega tagada pikaajaline stabiilne ja usaldusväärne töö.

Joonisel 2 kujutatud skeem näitab õhuniisutit, mida tavaliselt kasutatakse ventilaatori seadistustes, et tagada sissehingatava õhu hea niisutamine. Ahju terassilindrit hoitakse 37 kraadi juures ja see simuleerib kopse koos ühendatud rõhuanduriga, mida kasutatakse võrdlusalusena. Kontrollitav klapp suletakse sissehingamise tsükli ajal ja avatakse kord sekundis hingamistsükli väljahingamise osa jaoks.

Ilma küttekeha kasutamata võivad üksikud veepiisad voolata üle andurielemendi ja põhjustada mõõtmisväärtuste valesti lugemist. Selle vale lugemise saab selgelt ära tunda väljahingamise/sissehingamise mahu kõrvalekallete järgi võrdlusmahust.

Väljavaade

Ventilaatorite kasutamine ja levik kasvab ka edaspidi jõudsalt seoses kopsuhaiguste sagenemisega. Kaasaegsed ventilaatorid seavad anduritele üha suuremaid nõudmisi, et keskenduda patsientidele ja nende ravile.

CMOSensi tehnoloogia on loonud uue põlvkonna vooluandureid, mis on miljoneid kordi tõestanud oma töökindlust CPAP-seadmete ja autorakenduste valdkonnas, kusjuures ventilaatorite eelised on ilmsed.

See on tehnoloogiline eelis, mis võimaldab tootjatel ventilatsiooni valdkonnas teha järgmised hüpped.