Tıbbi Ventilatörler Nasıl Yapılır?

Tıbbi ventilatörler, kelimenin tam anlamıyla her gün hayat kurtaran kritik tıbbi ekipman parçalarıdır. Bu makineler, kendi başlarına hemen nefes almada zorluk çeken sıkıntılı hastalara solunum desteği sağlamaya hizmet eder. Bir tıbbi ventilatör, solunumla ilişkili işi (akciğerlere ve akciğerlerden gazların solunması ve ekshalasyonu) gerçekleştirmek için normalde hastanın kasları tarafından yapılan işi artırır veya değiştirir. Tıbbi ventilatörler, hastaları hem hastalıktan iyileşirken kısa vadede hem de kronik bir sağlık durumu nedeniyle uzun vadede desteklemek için kullanılır.

Bu makale, tıbbi ventilatörlerin solunum fonksiyonunu desteklemek veya devralmak için nasıl işlev gördüğünün, imalatlarında kullanılan bileşenlerin ve bu makineler için temel çalışma modlarının anlaşılmasını sağlayacaktır. Ventilatör tedarikçileri ve üreticileri hakkında daha fazla bilgi Tıbbi Ventilatör Üreticileri ve Şirketleri hakkındaki makalemizde bulunabilir.

Tıbbi Ventilatör Çeşitleri

Tıbbi ventilatörler farklı tiplerde gelir. Basit bir form, EMT'ler ve tıbbi personel tarafından kısa süreli solunum yardımı için kullanılan ve bir hastaya hayatı sürdürmek için havayı zorlamak için elle çalıştırılan torba-valf-maske-resüsitatördür.

Bu makalede tartışılacak olan daha tanıdık tıbbi ventilatörler, bir hastaya uzun süreler boyunca sürekli ve otomatik olarak gaz vermek için seçilebilir giriş ayarlarına sahip güçlü makinelerdir. Bu üniteler genellikle hareketlidir ve birçoğu sabit kullanım için tasarlanmış olmasına rağmen bir hastayla birlikte hareket edebilir. Bu birimler için uygulamalar şunları içerir:

Hastane içi ulaşım

Hastaneler arası ulaşım

Uzun vadeli bakım

Toplu yaralanma / kritik bakım

Hastane öncesi ve sonrası bakım

Evde kullanım

Bazı üniteler, kolay taşıma için bir çanta tasarımına paketlenirken, diğerleri yapıları desteklemek için monte edilir ve kolay hareketi kolaylaştırmak için tekerlekleri veya tekerlekleri vardır.

Tıbbi Ventilatör Temelleri

Bir tıbbi ventilatör, özünde, bir güç kaynağından, genellikle bir elektrikli AC veya DC beslemesinden veya basınçlı hava kaynağından giriş enerjisini alır ve daha sonra, bu enerjiyi, hastaya gazların verilmesi şeklinde istenen bir çıktı oluşturmak için kullanır. istenen bir havalandırma modu. Bu ventilasyon modu, hastanın ihtiyaçlarına bağlı olarak gazların belirli bir basınçta, belirli bir hacimde veya belirli bir akış hızı dalga formunda iletilmesi olabilir. Ventilatör modları tıbbi personel tarafından ventilatör üzerindeki bir dizi kontrol düğmesi, anahtar ve düğme olan HMI (İnsan Makine Arayüzü) aracılığıyla ayarlanır ve makinenin hastaya bağımsız olarak spesifik gaz iletimi sağlayacak şekilde programlanmasına izin verir. o hastanın spontan nefesi ile birlikte veya bununla bağlantılı olarak.

Üst düzey bir perspektiften bakıldığında, vantilatörler makinenin çalışmasının farklı yönlerini ele alan ana alt sistemler veya elemanlar etrafında inşa edilir. Bu unsurlar aşağıdakiler gibi ventilatör yeteneklerinin temel segmentleriyle ilgili işlevleri yerine getirmeye adanmış unsurları içerir:

Girdiler

Güç dönüşümü

Kontrol şeması

çıktılar

alarm

Girişler, hem makinenin çalışmasına izin veren elektrik gücü girişini hem de hava ve oksijen O2 gibi gaz girişlerini temsil eder. Güç dönüşümü, tıbbi ventilatörün giriş gücünü yararlı çıktıya dönüştüren yönleriyle, basınçlı akış sağlamak için kompresör gibi öğeler ve bu gaz akışı serbest bırakıldığında etkinleştirilecek çıkış kontrol valfleri ile ilgilidir. Ventilatör için kontrol şeması, mekanik, pnömatik, elektriksel, elektronik gibi çıkışın davranışını belirleyen ve ayrıca kontrol gerektiren istenen değişkenleri ve çıkışın zaman sırasını etkileyen tetikleyicileri hesaba katan kontrol devrelerini ifade eder. . Çıktı yalnızca hastaya verilen gaz karışımını değil, aynı zamanda çıktının türünü ve dalga biçimini de temsil eder. Bu çıktı biçimleri, basınç dalga biçimleri, hacim dalga biçimleri ya da örneğin dikdörtgen, yükselen ya da alçalan rampalar, sinüzoidal ya da üstel gibi farklı çeşitlerin akış dalga biçimleri olabilir. Alarmlar, giriş gücü alarmlarından kontrol devresi arızasına, yüksek / düşük koşullara ve basınç, hacim, akış, zaman (örn. inspiratuar süre) veya oksijen konsantrasyonu.

Bu yeteneklerin her biri ile ilişkili çeşitli işlevleri yerine getirmek için, tıbbi ventilatörler, mekanik, elektromekanik, elektronik ve pnömatik olan işlevsel bileşenlerden oluşturulur.

Tıbbi Ventilatör Fonksiyonel Bileşenleri

Aşağıdaki Şekil 1, bir tıbbi ventilatörün temel bir işlevsel diyagramını göstermektedir. Bu özel şema, bir Dräger Infinity V500 yoğun bakım ventilatörü için pnömatik akış bileşenlerini ana hatlarıyla gösterir. Diğer modellerin farklı tasarım düzenlemeleri olacaktır, ancak bu diyagramın gözden geçirilmesi, makinenin temel işlevsel bileşenlerinin temel bir anlayışını sağlayacaktır.

Temel tasarım, Şekil 1'de A-I büyük harfleriyle tanımlanan bir dizi işlevsel bloktan oluşur ve şunları içerir:

Gaz karışımı ve gaz ölçüm tertibatı

İnspiratuar ünite

Ekspiratuar ünite

Ekspiratuar akış sensörü

Barometrik basınç sensörü

Basınç ölçüm tertibatı

Kalibrasyon montajı

Oksijen sensörü

İlaç nebülizör tertibatı

Ventilatör ünitesine gelen gaz girişleri bir hava giriş portu [1] ve Oksijen giriş portundan [2] gelir. Bir çift geri dönüşsüz çek valf [3,4], gazın besleme hatlarına geri dönmesini veya yanlışlıkla yanlış gazı yanlış besleme hattına göndermesini önler. Kontrol vanaları [5,6] O2 akışını besleme hatlarından gelen akışla ölçer ve akışları karıştırmanın gerçekleştiği bir tanka [7] gönderir. Tankın [8] çıkışındaki ilave bir karışık gaz ölçüm valfi hastaya inspiratuar gaz akışını kontrol eder.

İnspiratuar ünitede, ek akış kontrolü için bir emniyet valfi [9] ve ek bir valf seti [10,11] kullanılır. Emniyet valfi kapalıyken, ölçüm valfinden [8] hastanın endotrakeal tüpüne giden yol, hastanın akciğerlerine inspiratuar gaz akışı için açıktır. Bekleme durumunda, güvenlik valfi açılır ve hastalar, acil durum solunum valfinden hava çekerek kendiliğinden nefes alabilir [11]. Bir acil durum ekspiratuar valfi [10], ana ekspiratuar valfin [13] bloke olması durumunda bir yedek sağlar.

Ekspiratuar ünite, ana ekspiratuar valfi [13] ve bir çek valfi [14] içerir. Geri dönüşsüz valfin amacı, sarkaç solunumu olarak bilinen şeyden kaçınmaktır - bir hastanın daha önce ekshale edilen gazı yeniden solumasına sahip olmak. Ekspiratuar valf, hastanın akış devresinde istenen basınca ayarlamak için kullanılan orantılı bir akış valfidir. Ekspiratuar akış sensörü [15], hastanın ekspirasyonunu ve akış hızını izler. Kütle akışını hacme dönüştürmek için gerekli olan atmosferik basıncı ölçmek için bir barometrik basınç sensörü [16] kullanılır.

Basınç Ölçüm Tertibatı içinde, biri inspiratuar akış [18] ve diğeri ekspiratuar akış [20] için bir dizi basınç sensörü, hastanın akciğerlerine giden ve gelen gaz akış devresinin izlenmesini sağlar. İki basınç kalibrasyon valfi [17,19] Kalibrasyon Tertibatının bir parçasıdır ve ortam basıncına karşı düzenli olarak sıfır kalibrasyon yapmak için kullanılır.

Ölçme valfinden [8] beslenen inspiratuar gaz akışında bulunan O2 seviyesini izlemek için bir Oksijen sensörü kullanılır.

Bu özel tasarımda, hasta için buharlaştırılmış ilaç tedarik edebilen bir nebülizöre gaz akışı sağlamak için bir hüküm vardır. Geri dönüşsüz valfler [3,4] bir dizi basınç düzenleme valfine [23,24] beslendikten sonra giriş portlarındaki ana beslemelerden Hava ve Oksijen birleştirilir. Düzenleyici valf çıkışları, daha sonra Nebulizatör gaz karışımını bir Nebulizatör değiştirme valfine [26] besleyen bir Nebulizatör Karışım Valfine [25] beslenir. Son gaz karışımı daha sonra gazı ventilatör üzerindeki bir Nebulizatör çıkış portuna [22] geçirir.

Tasarım Özellikleri ve Çeşitleri

Yukarıda gösterilen vantilatörün tasarım düzeni, gaz akışının temel işlevselliğini göstermek için kullanılan özel bir örnektir. Bu durumda, tıbbi tesisteki gaz depolama sistemlerinden veya harici kompresörlerden basınçlı havanın ve O2'nin verildiği bir dizi giriş portu vardı. Diğer tasarımlar, bir döner kompresör kullanılarak enerjinin eklendiği bir filtreden çekilen ortam havasını kullanabilir. Bu tür tasarımı gösteren bir blok diyagram aşağıda Şekil 2'de görülmektedir.

Hava, diyagramın sağ tarafında görünen giriş filtresinden girer. Giriş filtreleri tüketilebilir (değiştirilebilir) veya yıkanabilir. Önceki tasarımda olduğu gibi, gaz akışının basıncını uygun seviyelere yükselten yerleşik bir döner kompresör ünitesine beslenmeden önce akümülatör ünitesinde gelen hava ile karıştırılan O2'yi besleyen bir Oksijen portu veya portları vardır. Basınçlı gaz karışımı daha sonra akış valfine yönlendirilmeden önce kompresörün akustik gürültüsünü boğmak için bir susturucudan geçirilir ve vantilatörün inhalasyon tüpüne gönderilir.

Giriş gücü

Bir tıbbi ventilatöre güç sağlama, tipik olarak tıbbi tesisin 120V Alternatif Akım gibi ana elektrik güç şebekelerinden sağlanır ve bu daha sonra bir AC'den DC'ye Dönüştüren Güç Kaynağı aracılığıyla Doğru Akıma dönüştürülür. Dijital mantık devrelerine, LED veya LCD ekranlara, solenoid valflere ve diğer elektrikli ve elektronik bileşenlere güç sağlamak için gerekli voltaj seviyelerini sağlamak için ek DC'den DC'ye dönüştürme kullanılır. Çoğu tıbbi ventilatörde, ana güç girişinden şarj edilen ve bir güç kesintisi durumunda makinenin sürekli olarak çalışacağını garanti eden yerleşik bir batarya sistemi vardır. Birçok tıbbi tesis, birincil güç hizmetinin kesintiye uğraması durumunda yedek jeneratörlerden kesintisiz güç sağlayan Kesintisiz Güç Kaynakları (UPS'ler) çalıştırır. Yerleşik batarya, bir tesis içindeki bir hastayı örneğin Yoğun Bakım Ünitesinden (YBÜ) MRI gibi bir görüntüleme makinesine nakletme ihtiyacı olduğunda üniteye de güç sağlayabilir. Taşınabilir tıbbi vantilatörler, ambulans veya başka bir tıbbi nakil aracında olduğu gibi, bir aracın elektrik sistemindeki DC giriş gücünden de çalıştırılabilir. Ventilatörler, farklı güç kaynakları arasında işlemin değiştirilmesini kolaylaştırmak için elektrik kaynağı yönetim sistemleri içerebilir.

Bir fan ünitesi, elektronikler için soğutma havası sağlar, havayı bir filtreden çeker ve konveksiyon yoluyla ısı transferini ve ortam havasına havalandırma sağlar.

Kontrol Paneli

HMI (İnsan Makine Arayüzü) veya Kontrol Paneli, tıbbi personelin ventilatörü istenen moda ayarlamasına izin veren bir dizi anahtar, düğme, gösterge ve düğme içerir. Kontrol paneli ayrıca, bir parametrenin önceden ayarlanmış eşikleri aştığını veya izlenen bir hasta durumunun müdahale gerektirdiğini gösterdiği için hemen ilgilenilmesi gereken tüm alarm koşullarını görüntüler. CareFusion tarafından üretilen LTV® 1200 ventilatör için bir kontrol paneli örneği aşağıdaki Şekil 3'te gösterilmektedir.

Panel; solunum hızı, tidal hacim, O2 konsantrasyonu ve inspirasyon süresi gibi kontrol ayarlarını, yüksek basınç limiti, düşük basınç limiti ve minimum hacim limitleri gibi alarm ayarlarından ayırır. Ventilatör modunu ve nefes parametrelerini ayarlamak için seçimler de vardır. Alarm koşulları, kontrol panelindeki ekran penceresinde belirli mesajların görüntülenmesini tetikleyebilir ve ayrıca bir işitsel alarmı tetikleyebilir.

Kontrol seçimleri, giriş seçimlerini alan ve hasta için istenen ventilasyon dalga şeklini ve profilini üreten pnömatik devrede (daha önce gösterilen bir örnek) kontrol valfleri için ayarları düzenleyen mikroişlemci kontrol ünitesine beslenir.

Gerçek zamanlı hava yolu basıncı için özel bir görüntüleme alanı 60 LED kullanılarak gösterilir ve ekran penceresi 5x7 nokta matris dizisinden yararlanır.

Kontrol panelindeki diğer LED göstergeler, pil gücü ve dahili pil biriminin şarj durumu hakkında bilgi sağlamak için kullanılır. Hasta tarafından tetiklenen nefes aktivitesi ayrıca kontrol panelindeki LED gösterge ışıkları ile gösterilir.

Operatörlerin diğer yazılım programlamalarına erişilmesine izin veren menülere erişimini sağlayan genişletilmiş özellikler kontrol panelinde mevcuttur; bu, ventilatörün durumunu tasarım performans özelliklerine göre doğrulamak için tanı testlerini çalıştırmaktır.

Açık Kaynak Ventilatör Projeleri

COVID-19 salgınının başlangıcı, kritik tıbbi malzemelerin üretimini artırma çabasının bir parçası olarak açık kaynaklı ventilatör projelerinin başlatılmasına neden oldu. Mühendisler ve üreticiler, eksiklikleri gidermek ve ihtiyaç duyulan sarf malzemesi bileşenlerini ve malzemelerini tedarik etmek için 3D baskı gibi gelişmiş teknolojilere dönerek, bu tamamen zincir zorluklarına yaratıcı çözümler sunmak için adım atıyorlar. Sözleşmeli üreticiler ayrıca insan kaynaklarını genişletiyor ve vantilatörler dahil çok ihtiyaç duyulan malzemeleri sağlamak için dönüyorlar.

Merkezi Dublin, İrlanda'da bulunan önde gelen bir ventilatör üreticisi olan Medtronic, Puritan Bennett ™ 560 (PB560) model ventilatörleri için tam tasarım paketini COVID-19 salgınının ardından, artışa olanak sağlamak amacıyla açıkça kullanıma sunduklarını duyurdu. dünya çapında yetenekli üreticiler tarafından ventilatör üretiminde. Tasarım paketi, donanım tasarım özelliklerini ve üretim talimatlarını, vantilatör tasarım belgelerini içerir