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• Christian Gamarra

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Maestría en Ingeniería Biomédica

INSTRUMENTACION BIOMEDICA (7).- VENTILATOR

Ing. Teófilo M. Huablocho Pérez [email protected] [email protected]

OBJETIVO Dar una introducción de los Ventiladores, diagrama en bloques, definición, componentes neumáticos y el sistema de control que en los Ventiladores modernos son enteramente Microprocesados Veremos también los diagramas neumáticos de algunos equipos que contamos con información.

Respirar es sinónimo de vivir, ninguna otra función orgánica ha sido tan estrechamente relacionada a la vida, a la enfermedad y a la muerte como la respiración, por eso no es de extrañar que tan pronto empezó el hombre a estudiar la fisiología del aparato respiratorio iniciara los primeros intentos por lograr una respiración artificial.

HISTORIA • • • • • • • •

1555: Vesalius 1776: John Hunter usa sistema de doble fuelle 1864: Alfred Jones introduce tanque ventilador 1876: Woillez, prototipo de pulmón de acero 1928: Drinker y Shaw, primer pulmón de acero 1931: JH Emerson perfecciona pulmón de acero 1950: Epidemia de poliomielitis 1952: Engstrom introduce ventilación a presión positiva

PULMON DE ACERO

DEFINICIÓN DE VENTILACION MECANICA Todo procedimiento de respiración artificial que emplea un aparato mecánico para ayudar o sustituir la función respiratoria, pudiendo además mejorar la oxigenación e influir en la mecánica pulmonar. La VM no es una terapia, sino una prótesis externa y temporal que pretende dar tiempo a que la lesión estructural o la alteración funcional por la cual se indicó se repare o recupere.

• Ventilación. • Entrada y salida de aire de los pulmones.

• Ventilación Mecánica Es el producto de la interacción entre un ventilador y un paciente – Volumen. – Flujo. – Presión. – Tiempo.

O2 CO2

O2

CO2

– Conservar la ventilación alveolar para cubrir las necesidades metabólicas del enfermo – Evitar el deterioro mecánico de los pulmones al aportar el volumen necesario para mantener sus características elásticas

Volúmenes y Capacidades

Capacidad vital Capacidad Pulmonar(4600 ml) Total (5800 ml)

Volumen residual (1200 ml

Volumen de reserva inspiratoria Capacidad Inspiratoria (3000 ml) (3500 ml) Volumen Corriente 450-550 ml Volumen de reserva Capacidad espiratoria Funcional (1100 ml) Residual Volumen (2300 ml) residual (1200 ml)

Respiradores o Ventiladores Los términos ventilador y respirador se utilizan indistintamente en los países de habla hispana. No obstante, debido al origen inglés de este término (ventilator), la palabra ventilador sería la más apropiada.

Definición VENTILADOR o Respirador es el equipo médico que suministra una mezcla de gas (aire + oxígeno) a la vía respiratoria del paciente en estado crítico, a un volumen y frecuencia en la modalidad de respiración (también llamado modo ventilatorio) apropiada, la cual es determinada por él medico tratante.

H

CI G P

S

VE

C

CE

G=Fuente de gas; CI=circuito inspiratorio; S=separador; CE=circuito espiratorio; H=humidificador; P=manómetro de presión; VE=sensor flujo (medición volumen espirado); C=sistema de control

Esquema general de un respirador.

Según su evolución histórica: Enteramente Neumáticos: BIRD MARK7,8,10 ; Bennett PR-1, PR-2 . Electrónica analógica y/o Lógica Cableada: Puritan Bennet MA-1, MA-2, MA2+2, BEAR 1, BEAR5 Controlados electronicamente por Microprocesadores: BENNET 7200Ae, BIRD 8400STi, GALILEO, VIP BIRD, VELA, etc

Las funciones básicas de un respirador pueden dividirse de la siguiente manera: .-Proveer gas (mezcla de aire + O2 + Medicamentos) al paciente según determinadas condiciones de volumen, presión, flujo y tiempo .-Acondicionar el gas que se entrega al paciente, filtrándolo y modificando su temperatura y humedad (Mediante el humidificador calefactor)

.-Entregar medicación que se incorpora por vía inhalatoria (Por el Nebulizador). .-Monitorear la ventilación del paciente y su mecánica respiratoria .-Proveer sistemas de seguridad para ventilar al paciente en caso de que se presenten situaciones anormales

.-Avisar al operador, a través de sus sistemas de alarma audiovisual, que se ha presentado alguna condición diferente de la esperada o deseada .-Facilitar al personal tratante ciertas funciones auxiliares que lo ayuden en la realización de determinadas maniobras vinculadas con la ventilación del paciente.

.-Elaborar la información que maneja y mostrarla de manera adecuada al operador o enviarla a sistemas periféricos conectados al equipo.

VENTILADOR A PRESION IPPV: Ventilación con presión Positiva Intermitente

http://www.youtube.com/watch?v=LvfqsooF-J0 http://www.youtube.com/watch?v=8IcJLctGFaE

Herramientas Básicas de Mantenimiento

Puritan Bennett PR-2 1era generación (60’s) .- Eran muy simples.

.- Enteramente neumáticos, dependían de una fuente de aire comprimido externa. .- Ciclados solo por presión. .- No poseían modos ventilatorios ni alarmas.

VENTILADORES A VOLUMEN Son equipos médicos que mantienen un VOLUMEN CONSTANTE y presión variable, este volumen es controlado por SENSORES DE FLUJO muy exactos que controlan el volumen exhalado del paciente.

Diagrama en Bloques de Ventiladores

Diagrama en Bloques de los Ventiladores

Fuente: ECRI.ORG

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL VENTILADOR El VENTILADOR es potenciado eléctrica y neumáticamente (aire comprimido generado por un compresor de calidad medica o de ser el caso por Central de aire comprimido), para la mezcla de gases se requiere una fuente de oxígeno (balón) a una presión de salida promedio de 50PSI (en algunos hospitales se cuenta con Oxígeno central).

Ventiladores Modernos tienen turbinas incorporadas que generan su aire en forma silenciosa, tanto para la potenciación neumática como para la mezcla con oxígeno. El funcionamiento del Ventilador Volumétrico esta basado en dos sistemas separados pero interconectados entre sí, los cuales son: .- SISTEMA NEUMATICO .- SISTEMA ELECTRONICO

SISTEMA NEUMATICO Consiste de dos circuitos paralelos, uno para el aire y el otro para él oxígeno, comúnmente con dos electro-válvulas que controlan la presión de trabajo del hardware y el flujo final que se entregara al paciente, de acuerdo a unos sensores de flujo ...

los que generan realimentación que es usada por el sistema Electrónico (Microprocesador principal) para controlar a las electrovalvulas. Como resultado el ventilador proporcionara una mezcla de gas a un paciente según lo establecido por el usuario a través del panel de control del equipo.

SISTEMA ELECTRONICO Este sistema normalmente tiene un MICROPROCESADOR PRINCIPAL, el que a su vez tiene dos sub-sistemas comandados también cada uno por Microprocesador, siendo el primer Subsistema: el que controla los parámetros que se fijan en el panel frontal por el usuario, así como las alarmas y modos ventilatorios.

el segundo sub-sistema: es el que controla al sistema neumático de acuerdo a las señales recibidas por el Microprocesador Principal y según los parámetros fijados en el panel de control por el usuario. Las señales de los Microprocesadores son enviadas al PROCESADOR PRINCIPAL para su control y secuencia adecuada.

C M V (Ventilación mecánica Controlada) También denominada ventilación con presión positiva intermitente (IPPV), consiste en aquel modo en que el ventilador, va a liberar una serie de ventilaciones mecánicas a presión positiva, en unos intervalos de tiempos programados e insuflando un volumen de aire predeterminado.

Ventilación mecánica Asistida (A M V) El paciente inicia la inspiración, y por ello la frecuencia respiratoria queda establecida por el propio paciente de forma tal que al realizar éste un esfuerzo inspiratorio, el ventilador captará la caída de presión en el circuito que este esfuerzo origina.

ASISTIDO/CONTROLADO (A/CMV) Se combina el modo asistido y controlado, donde podemos programarle al ventilador una frecuencia respiratoria controlada y fija, que se pondrá en funcionamiento cuando el paciente deje de realizar esfuerzos inspiratorios capaces de superar la sensibilidad pautada para que se produzca el disparo. Así pues mientras que el paciente por su propio impulso sea capaz de realizar un número de respiraciones igual o superior a la frecuencia respiratoria pautada, el ventilador no le proporcionará ninguna respiración mecánica controlada, pero en el momento en que descienda por debajo de dicha frecuencia el número de respiraciones/minuto que el paciente sea capaz de lograr, automáticamente se pondrá en marcha el modo controlado.

VENTILACIÓN MANDATORIA INTERMITENTE ( I M V / S I M V ) Se aplica como técnica de desconexión del paciente al respirador. En 1975 ya aparecen publicaciones donde el modo IMV, no solo se utiliza como técnica de desconexión, comenzándose a utilizar como alternativa a la ventilación asistida.

Ventilador Bird 8400STi

ACUMULADOR: Es una camara de 1.1 Lts, que almacena gas a presion para alimentar al Blender durante la inspiracion a demanda. El almacenamiento se produce durante la exhalacion.

REGULATOR Regulador neumático de precisión, establece presión del sistema a 20 PSIG: * Presión estable a válvula control de flujo. * Presión tendencia para la vía aérea presión línea purga función. * Presión piloto para válvula de seguridad.

PULSATION DAMPENER: Cámara rígida volumen aproximado de 200ml. El dampener actúa como una interface entre la válvula de control de flujo y el regulador minimizando las fluctuaciones de presión ante demanda de flujos variables de gas.

VALVULA DE CONTROL DE FLUJO (Flow Control valve): Controla el flujo de gas al paciente. Presión del sistema es 20 PSIG y el flujo a través del orificio del transductor de flujo, depende de una presión de aproximadamente 3 PSIG (210 cmh20). Rango de la válvula es 0 - 120 LPM con una resolución aproximada de 1 Lpm / step. un sensor óptico controla la Posición de “cero” flujo.

VALVULA EXHALATARIA (Exhalation Valve): Controla los gases exhalados del paciente y realiza las siguientes funciones bajo control del microprocesador: * Cierra la salida de exhalación durante la inspiración. * Se abre totalmente al inicio de la exhalación. * Con la válvula de control de flujo, del microprocesador y el transductor de presión de vía aérea, controla los niveles de PEEP/CPAP seleccionados.

Transductor de presión diferencial Mide la presión diferencial a través del orificio variable del transductor de flujo, cuando el flujo se incrementa. El microprocesador convierte la presión diferencial a una proporción del flujo volumétrico y calcula el volumen tidal y el volumen minuto.

Transductor de presión de sistema Monitorea continuamente los 20 PSIG de presión y lo convierte a una señal eléctrica analógica. Si la presión del sistema está fuera de rango, El Microprocesador activará la alarma de presión de gas baja o ventilador inoperativo. * suministro de gas insuficiente. * filtro de la entrada tapado. * regulador fuera de calibración.

SISTEMA DE SEGURIDAD Consiste de solenoide y Válvula de seguridad. En funcionamiento normal el solenoide esta ABIERTO, y cuando pasa de los 20 PSI, la cámara de la Válvula de Seguridad Superior se cierra.

TRANSDUCTOR DE FLUJO Consta de 3 elementos

A.- Orificio variable: Son dos cámaras separadas por un orificio variable (Con una aleta de metal móvil). El gas espirado crea una diferencia de presión entre las dos cámaras, que es medida por el transductor de presión diferencial la que envía una señal analógica que se digitaliza y es enviada al microprocesador.

B.- Líneas sensoras de Presión: Las 2 líneas transmiten la presión respectiva de las 2 cámaras al transductor de presión diferencial. C.- Conector del Transductor de Presión: Conecta el transductor al ventilador y envía información al microprocesador para determinar su curva de calibración. Cada conector incorpora un código óptico que identifica la curva de la calibración característica de ese transductor.

Transductores de Flujo HILO CALIENTE: Hilo de platino calentado a temperatura constante por la corriente provista por un circuito electrónico. El gas que pasa enfría el hilo, lo cual obliga al circuito a proveer mayor corriente para mantener la temperatura. La corriente entregada es proporcional al flujo de gas. Usado en: Puritan Bennett 7200 ORIFICIO VARIABLE: Orificio que genera una resistencia variable debido a la presencia de una aleta móvil que lo cubre y sirve para linealizar el flujo. Usado en: Bird 8400STi. Fuente: www.bioingenieros.com.ar

Ventilador Puritan Bennett 7200

T Bird

http://www.youtube.com/watch?v=0aiwVyrP5E8 Fuente: www.viasyshealthcare.com

You’ve Come A Long Way . . . TBird Legacy - A leader in Homecare ventilation

•The Mark Series •Pneumatically powered respirators •Reliable, dependable, and revolutionary

PANEL FRONTAL • 5 Secciones: – Seccion de Control. – Seccion Alarmas – Monitoreo. – Seccion de Seleccion de modos venti. – Seccion de Controles especiales.

Seccion Controles

•Control Knob •Tidal Volume •Breath Rate •Peak Flow •Sensitivity (flow triggered) •PEEP/CPAP Pressure Support

Seccion Alarmas Low Minute Volume Alarm

Low Pressure Alarm

High Pressure Alarm

Seccion Monitoreo • Exhaled Tidal Volume • Exhaled Minute Volume

• Inspiratory Time • Mean Airway Pressure • Peak Inspiratory Pressure • Positive End Expiratory Pressure

• I:E Ratio • Total Breath Rate

Mode Selection Section Control

Continuous Positive Airway Pressure (CPAP)

Assist/ Control

Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation (SIMV)

Apnea Backup Ventilation Available in every mode

Special Controls Section

• Sigh • Manual Breath • 100% O2 3min (Legacy O2) • Flow Cal

Jetting Ahead Of The Field • Turbine Technology – Turbine based pneumatics microprocessor control – Compressor-less ventilation – Flow trigger – Very low WOB

Tecnologia de Turbine, independiente de fuente de aire comprimido

Recommended T Bird Service Frequency Service Cost Every 500 hours Clean Air Intake Filter $0 Clean the Fan Filter Inspect Diaphragm and Exhalation Valve Body Every 5000 hours Maintenance Kit P/N 10411 Replace Muffler Cores $86.00 Clean or Replace Fan Filter Clean or Replace Air Intake Filter Calibrate Transducers (If necessary)

Recommended T Bird Service Frequency

Service

Every 20,000 Hours

5,000 Hour Maintenance Legacy Replace Turbine Overhaul Kit Replace Exhalation Valve P/N 10412 Replace Internal Batteries $1,710.00 Replace Fan Calibrate Transducers Replace O2 Solenoids (Legacy O2)

Cost

Legacy O2 Overhaul Kit P/N 10413 $2,020.00

http://www.youtube.com/watch?v=sEgVd57Xxqg

VENTILADORES DE ALTA FRECUENCIA La frecuencia respiratoria utilizada durante la ventilación de alta frecuencia es generalmente mucho más grande que la utilizada durante la ventilación convencional y su aplicación resulta imposible utilizando ventiladores convencionales, por tanto la ventilación de alta frecuencia necesita para su aplicación de inyectores de aire (jet) u osciladores de alta frecuencia que utilizan flujos oblicuos de aire (bias flow).

http://www.youtube.com/watch?v=rL0YckvgPBQ http://www.youtube.com/watch?v=c3hKnfRbENU

IR a NEWPORT e150

Bibliografía: .- Apuntes de Clase Instrumentación Biomédica THP. .- Manual del Ventilador Puritan Bennett 7200AE .- Manual del Ventilador T BIRD .- Manual del Ventilador BIRD 7400STi .-http://www.youtube.com/watch?v=sEgVd57Xxqg .- http://www.youtube.com/watch?v=m0_U1MwKkmQ