Volúmen y Presión Controladas
El objetivo del ventilador de emergencia de alto nivel es proporcionar un volumen controlado de aire al paciente en un período de tiempo establecido. Hay dos fases de control: la Fase Inspiratoria y la fase Espiratoria.
Perillas de Control
Hay tres parámetros de entrada, que hacen referencia a las Especificaciones clave de ventilación :
Volúmen Tidal (VT): El volumen total de aire que se suministra al paciente.
Ritmo Respiratorio (RR): Respiraciones por minuto, también llamado BPM (Beats per Minute). Típicamente varía entre 8-30 BPM.
Relación I/E (1: IE): La relación entre la duración de la inhalación y la duración de la exhalación. Por ejemplo, una relación de 1: 3 significa que la fase de exhalación dura tres veces mas que la fase de inhalación. Típicamente varía entre 1:1 a 1:3, con un máximo de 1: 4 actualmente observado en pacientes con COVID-19.
Encendido de Motor y de Ventilador: El sistema cuenta con un encendido de equipo así como un botón al frente para prender o apagar el motor del ventilador en cualquier momento por temas de seguridad.
Sensores, Pantalla y Palanca de Control con Switch de Selección
Sensor de Flujo (Presión Diferencial) y de Presión: se cuenta con dos sensores de presión para medir la presión durante el ciclo de respiración (ej: PIp, Peep y PPlateau o Meseta), así como el Flujo de manera diferencial con dos entradas.
Oxímetro de Pulso: también se cuenta con un sensor conectado normalmente a un dedo del paciente para medir Ritmo Cardiaco (HBMP : Heart Beats per Minute) y nivel de SPO2 (oxígeno en la sangre). Esto permite a los usuarios comparar FiO2 vs SPO2 mientras se ventila a un paciente en el mismo equipo.
Selección de Modo de Ventilación vía Palanca, así como las gráficas de Presión, Flujo y Volúmen: contamos con una palanca y pantalla para seleccionar varios modos durante el uso del ventilador, como son el modo de asistencia por volumen o presión asistida, gráficas de flujo, volumen y presión así como indicadores totales, así como nivel de FIO2 que se ingresa al paciente y sensibilidades.
Sensibilidad de Activación en modo Presión Asistida : esta configuración es relevante para el modo de control de asistencia de presión y especifica el umbral de presión por debajo de PEEP para activar un ciclo de inhalación activado por el paciente. Ver conceptos y documentos de respiración mecánica.
Además de estas entradas establecidas por el médico u operador, el ventilador utiliza la posición del codificador de la posición del motor de effecto Hall o Switch Manual de “Home”. Su trabajo consiste en traducir todas estas entradas en los comandos del motor que necesita el controlador de bajo nivel: velocidad y posición deseadas del motor. Es claro que el cerebro de este ventilador se controla por una mini computadora poderosa llamada Arduino Mega en la que se conecta con todas las partes electrónicamente por medio de una tarjeta llamada VentMex Shield, diseñadas específicamente por el equipo. Más información en la sección de electrónica.
Tenga en cuenta que debido a que nuestro dispositivo no mide directamente el volumen suministrado, la entrada de volumen corriente tidal (VT) de nuestro ventilador se especifica como una compresión en mililitros completa de la bolsa Ambu. Los mililitros de 0-950 ml se asignan a los pulsos del codificador del motor a pasos y su encoder, que corresponden a qué tan lejos se mueve el cinturón del dispositivo que comprimen la bolsa AMBU, y esto determina el volumen de aire entregado.
Cálculo de Tiempos y Duraciones de Ciclo de Respiración
La señal de presión se ve en particular de la siguiente manera:
En función de las tres entradas sintonizables VT , RR e IE, nuestro controlador determina las siguientes duraciones de temporización indicadas en la forma de onda anterior
Período (tPeriodo): La duración (en segundos) de un ciclo de inhalación / exhalación.
tPeriodo = 60.0 / RR
Tiempo de HoldIn (Th): la duración (en segundos) de una pausa al final de inhalar durante la fase inspiratoria de la presión meseta o plateau. Esta suele ser una constante predeterminada que no se puede ajustar.
tHoldIn = tPeriodo / (1 + IE)
(Nota: Aquí IE representa la relación entre Inspiración y Espiración, por ejemplo , si I/E es 1: 3, entonces IE es 3)
Tiempo Inspiración (tIns + th ó Th – th) : la duración (en segundos) del tiempo de inhalación de la fase inspiratoria.
tIn = tHoldIn - th
Tiempo Espiración (tEsp): La duración (en segundos) de la fase espiratoria.
tEsp = min(tHoldIn + MAX_EX_DURATION, tPeriodo - MIN_PEEP_PAUSE)
Además de los parámetros de tiempo, el controlador determina las siguientes velocidades de rotación basado en pasos del motor para generar el Volumen (tdSteps):
tdSteps = (int)((TDp / VOL_MAX) * FULL_TD_STEPS)
inRPM : La velocidad de rotación de la fase inspiratoria (en pasos / minuto).
inRPM = (30 / (FULL_TD_STEPS / tdSteps) / tIn)
esRPM: La velocidad de rotación de los dedos en la fase espiratoria (en pulsos / segundo). Tenga en cuenta que durante la exhalación, nuestro dispositivo no controla el flujo de salida del paciente. Esta velocidad es simplemente la velocidad de apertura de los dedos y no está relacionada con la tasa de flujo espiratorio.
esRPM = (30 / (FULL_TD_STEPS / tdSteps) / (tEx - tHoldIn))
Además de las tasas de tiempo y rotación, hay cuatro parámetros de presión medibles que deben tenerse en cuenta (ver Figura):
Pmax: La presión máxima permitida (establecida en 40 cmH20). Por lo general, se proporciona un conjunto emergente para ese umbral por seguridad.
PIP: la presión inspiratoria máxima es la presión máxima durante la inhalación. Consideramos que 40 cmH20 es el límite superior de presión para la seguridad. Esto también corresponde al límite de la válvula de liberación de sobrepresión en algunas bolsas Ambu.
Plateau : la presión meseta o plateau de la inhalación. Un número de diagnóstico importante para los médicos.
PEEP: la PEEP (presión positiva al final de la espiración) es una presión residual en el sistema después de la exhalación. No controlamos directamente este valor, pero generalmente se controla manualmente a través de una válvula PEEP en la bolsa Ambu.
Maquinas de Estado: Control del VentMex
Durante la fase de configuración, inicializamos el programa, mandamos a Home o Casa el motor (posición donde no hay presión en la bolsa AMBU), ponemos el codificador del motor en posocion 0 por el switch de límite hall o mecánico, y procedemos a calibrar los sensores de presión y flujo por las variaciones que puede haber en operación a diferentes altitudes en donde se utilice.
Colocamos el codificador en casa utilizando un interruptor de límite y Calibramos los Sensores de Presión y Flujo
Ciclo de Respiración – Control Volúmen
Siendo el tiempo tPeriodo la cantidad de tiempo invertido en el ciclo actual. Los tiempos de forma de onda y las lecturas de presión se utilizan para controlar una máquina de estado que cambia entre fases en el bucle de control de volúmen a continuación:
Máquina de estado para controlar el ciclo de respiración con Control Volúmen
En la fase inspiratoria, ordenamos al motor que vaya a la posición tdSteps a la velocidad inRPM . Después de tIn en segundos, cambiamos al estado de pausa. En el estado de pausa, mantenemos el tiempo Th y medimos la presión de la meseta o plateau. Luego cambiamos a la fase espiratoria.
En la fase espiratoria, ordenamos al motor que vaya a la posición 0 a la velocidad exRPM . Después del tiempo tEx , volvemos a la fase inspiratoria.
Presión Plateau
Cada vez que se jala completamente el cinturón de compresión, implementamos una pausa de 0.10 seg antes de que regrese la dirección del motor. Esto no afecta la relación I/E, pero es necesario mantener el aire dentro del paciente. Durante esta fase, se mide y muestra la presión de la vía aérea constantemente, por ciclo, en la pantalla. Esto indica “Plateau” y guiará la toma de decisiones clínicas. Esta presión se mostrará hasta el próximo ciclo y actualización de la misma.
Ciclo de Respiración – Control Presión Asistida
El control de asistido de presión difiere del control de volumen regular en que el estado de exhalación se divide en 3 estados. En el primer estado de exhalación, el motor de pasos se mueve a su posición inicial en el borde de la bolsa. En el segundo estado, Pausa de Exhalación, los dedos hacen una pausa breve y miden la PEEP. En el tercer estado, Esperar al Paciente, esperamos que la inhalación del paciente active el estado de inhalación, o esperamos una cantidad de tiempo establecida (como en el control de volumen normal) y luego activamos el estado de inhalación automáticamente.
También en este modo de operación, debe sonar una notificación (no necesariamente una alarma completa) siempre que el paciente NO active una respiración y el temporizador del sistema se active para ordenar una respiración. Se deben detectar otras fallas, como fallas mecánicas para alcanzar las posiciones deseadas, etc.
Medición de Presión: Filtro de Medición Circular con Varias Muestras
Para poder medir la presión y flujo, cualquiera que sea esta, derivada de nuestros dos sensores (presión, y presión diferencial), utilizamos un algoritmo que logra lo siguiente, y es observable en nuestro software.
En vez de hacer lecturas puntuales, creamos una función de filtro circular suavizado que nos permite lecturas de presión mucho mas exactas, en un tiempo menos a 19 ms.
En la etapa de calibración:
Se toman 200 muestras, y 200 medidas en cada muestra, por un total de 10 ciclos, y esto nos genera el promedio para generar el 0 absoluto en ambos sensores. Esto tarda < 2.2 segs y lo realizamos cada vez que prendemos el equipo, para adecuarnos a las presiones atmosféricas, altura de la ciudad o lugar en donde se use el equipo, y la temperatura de uso. Esto nos permite no tener diferenciales en las mediciones sin importar en que altura o presión, sin ser extrema, se utilice el equipo.
En la etapa de medición:
Se toman 50 muestras, y 50 medidas en cada muestra, y esto nos genera el promedio de una sola medición de presión en ambos sensores. Esto tarda < 20ms y lo realizamos cada vez que necesitamos medir la presión o flujo en el ciclo respiratorio.
Lista de Alarmas
Vea nuestra Lista de Alarmas según la Cofepris y otras más.
Todas las alarmas deben alertar al médico de manera simple, concisa y clara sobre el tipo de falla, para que el médico pueda decidir cómo proceder. Por ejemplo, una falla mecánica requiere una respuesta clínica diferente a la de un paciente que deja de respirar en modo de asistencia de presión.