Flowsensorløsninger i ventilatorer

Der anvendes flowsensorerat måle strømningshastigheden af ​​blod eller ilt gennem et kar. Implanterbare flowsensorer er almindeligvis indbygget i en fleksibel manchet (fig. 20.10), der er monteret rundt om beholderen, hvis flowhastighed skal måles.

Efterhånden som brugen og udbredelsen af ​​ventilatorer fortsætter med at vokse, har en CMOSens-teknologi etableret en ny generation af flowsensorer.

Kontinuerlige luftstrømsmålinger under anæstesimonitorering, intensivbehandling samt i kliniske og ambulante miljøer giver vigtig information til vurdering af kardiorespiratorisk og vejrtrækningskredsløbsadfærd og er blevet uundværlig i moderne medicin.

Mekaniske ventilationssystemer forsyner patienter med åndegas ved hjælp af mekaniske "luftpumper", og denne ventilationsteknik bruger positivt tryk til at levere luft til patientens lunger.

Figur 1: Skematisk konstruktion af en ventilator med de typiske forskellige sensorpositioner og brug af en luftfugter.

Forøgelsen af ​​intelligente funktioner indbygget i disse ventilatorer gør det muligt for dem automatisk at tilpasse sig ændringer i lungefunktion eller patientens vejrtrækning. Moderne trykstyret eller volumenstyret ventilation er derfor nu mere patientorienteret end nogensinde. Da der kræves færre og færre ventilationstilstande på grund af stigningen i enhedens intelligens, er medicinske ventilatorer generelt blevet mindre komplekse at betjene.

Ikke-invasiv ventilation refererer til ventilationsterapier, der udføres ved hjælp af masker eller næsekanyler. Dette omtales ofte som maskeventilation eller NIV/NPPV (non-invasiv ventilation eller non-invasiv overtryksventilation). Ved invasiv ventilation indsættes en endotracheal tube eller en trakealkanyle i patientens luftrør for at forsyne lungerne med luft. Begge typer ventilation - ikke-invasiv og invasiv - har fordele og bruges på en komplementær måde.

En faktor, der ikke bør undervurderes, er befugtningen af ​​den indåndede luft, da det går langt ud over den blotte patientkomfort. Godt fugtet og opvarmet luft bidrager væsentligt til ventilationsterapiens succes, da den forbedrer både sekretdræning og tolerancen af ​​ikke-invasiv ventilationsterapi.

Aktuelle tendenser på hospitaler viser, at non-invasiv ventilation bruges hyppigere i dag og til langt flere symptomer end nogensinde før. Intensivafdelinger bruger for eksempel i stigende grad non-invasiv ventilation som en første behandlingslinje, hvilket reducerer infektionskomplikationer, fravænningsperioder, ICU-opholdslængder, intubationsrater og omkostninger.

Nøglespørgsmålet for alle ventilatorer er den nøjagtige måling af åndedrætsgasstrømningshastigheden og mængden af ​​åndedrætsgas, der strømmer ind og ud af patienten. Disse målinger med den højeste følsomhed og nøjagtighed muliggør den tidligere nævnte og nu til dags fremherskende patientorienterede ventilation, som også bedre afspejler patientens patofysiologi. Figur 1 viser den skematiske konstruktion af en ventilator med de typiske luftstrøms-/sensorpositioner.

Tekniske udfordringer

De komplekse åndedrætskredsløb har en bred vifte af sammensætningsvariabilitet på grund af de forskellige typer slanger, befugtere, filtre og adaptere, der anvendes. Dette resulterer ofte i utætheder og ufuldkommenheder, hvorfor den inspiratoriske flowhastighed (I) nogle gange adskiller sig væsentligt fra den flowhastighed der rent faktisk når patienten. Det samme gælder for ekspiratorisk flowhastighed (E). Luftstrømsmålinger hæmmes også af de konstante ændringer i lufttemperatur, fugtighed og åndedrætsgassammensætning samt forurening af slanger og ekspiratoriske/proksimale sensorer med sputum, patogener og blod. På grund af tekniske begrænsninger blev målinger af inspiratoriske (I) og ekspiratoriske flowhastigheder (E) tidligere udført inde i ventilatoren. De grove flowværdier blev derefter korrigeret så vidt muligt ved hjælp af komplekse og ofte unøjagtige kompensationsalgoritmer.

Figur 2. Skematisk af et ventilationssetup med ekstremt fugtig luft og et meget lille tidalvolumen på kun 5 ml.

Proksimale flowsensorer skal være pålidelige og omkostningseffektive, langtidsstabile og desuden have adskillige andre ventilatorspecifikke funktioner for at være velegnet til moderne patientorienteret ventilation. Derudover er der behov for særligt strenge krav til hygiejnisk sterilisering, da sensorerne kommer i kontakt med luft, der potentielt er forurenet med patogener.

Akilleshælen for alle nuværende luftstrømssensorer er brugen i kombination med luftfugtere. Høj luftfugtighed bliver et problem, når det fører til kondens, hvilket får makroskopiske vanddråber til at regne ud i de køligere dele af ventilatorkredsløbet. Som en løsning er alle Sensirion proksimale og ekspiratoriske sensorer udstyret med et ekstra eksternt varmeelement. Drift af dette varmeelement med maksimalt 0,5 W er tilstrækkeligt til pålideligt at forhindre kondens i sensoren og dermed sikre langsigtet stabil og pålidelig drift.

Det skema, der er illustreret i figur 2, viser en befugter, der typisk bruges i ventilatoropsætninger for at sikre, at indåndingsluften er godt befugtet. Stålcylinderen i ovnen holdes på 37 grader og simulerer lungerne med den tilsluttede tryksensor brugt som reference. Den kontrollerede ventil lukkes under den inspiratoriske vejrtrækningscyklus og åbnes en gang i sekundet for den ekspiratoriske del af vejrtrækningscyklussen.

Uden brug af varmelegemet kan enkelte vanddråber løbe hen over sensorelementet og forårsage fejllæsning af måleværdierne. Denne fejllæsning kan tydeligt genkendes på afvigelserne af det ekspiratoriske/inspiratoriske volumen fra referencevolumenet.

Outlook

Brugen og udbredelsen af ​​ventilatorer vil fortsætte med at vokse kraftigt i fremtiden på grund af det stigende antal lungesygdomme. Moderne ventilatorer stiller stadigt stigende krav til sensorer for at sætte fokus på patienterne og deres terapi.

CMOSens-teknologien har etableret en ny generation af flowsensorer, der har bevist deres pålidelighed millioner af gange inden for CPAP-enheder og automobilapplikationer, hvor fordelene for ventilatorer er tydelige.

Det er den teknologiske fordel, der vil gøre det muligt for producenterne at realisere de næste kvantespring inden for ventilation.