ES2207623T3 - Valvula de exhalacion. - Google Patents

Valvula de exhalacion.

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ES2207623T3
ES2207623T3 ES02001849T ES02001849T ES2207623T3 ES 2207623 T3 ES2207623 T3 ES 2207623T3 ES 02001849 T ES02001849 T ES 02001849T ES 02001849 T ES02001849 T ES 02001849T ES 2207623 T3 ES2207623 T3 ES 2207623T3
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ES
Spain
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pressure
flow
controller
expiratory
exhalation
Prior art date
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ES02001849T
Other languages
English (en)
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Douglas F. Devries
Michael J. Cegielski
Warner V. Graves Jr.
Malcolm R. Williams
Michael B. Holmes
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Bird Products Corp
Original Assignee
Bird Products Corp
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Publication date
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Abstract

Una válvula de exhalación (18) destinada a controlar el flujo de gas espiratorio de un paciente mamífero, comprendiendo dicha válvula de exhalación: una caja (200) que define un pasaje (206) a través de la misma para el flujo de gas espiratorio; un asiento de válvula (208) formado dentro de dicho pasaje (206) del flujo de gas espiratorio; un diafragma anular (210) dispuesto móvilmente dentro de dicho pasaje del flujo de gas, en yuxtaposición con dicho asiento de válvula, siendo variablemente móvil dicho diafragma hacia atrás y hacia adelante a varias posiciones comprendidas entre e incluyendo: i) una posición totalmente cerrada en la que dicho diafragma está firmemente asentado contra dicho asiento de válvula para impedir que el gas fluya a través de dicho pasaje; y ii) una posición totalmente abierta en la que dicho diafragma se retira de dicho asiento de válvula anular para permitir que el flujo de gas espiratorio fluya sustancialmente sin restricción a través de dicho pasaje.

Description

Válvula de exhalación.
Ámbito de la invención
La presente invención se refiere en general a los equipos médicos, y más en particular a una válvula de exhalación para el control del flujo de gas espiratorio de un paciente.
Antecedentes de la invención A. Principios de la ventilación mecánica
En muchos establecimientos clínicos se usan unos respiradores mecánicos para facilitar el flujo respiratorio de gas al interior y al exterior de los pulmones de pacientes que están enfermos, lesionados o anestesiados.
En general, los respiradores mecánicos producen un ciclaje repetitivo de flujo ventilatorio, estando cada ciclo repetitivo de este tipo dividido en dos fases que son: una fase inspiratoria seguida por una fase espiratoria.
La fase inspiratoria del ciclo del respirador está caracterizada por el movimiento de flujo inspiratorio de gas a presión positiva a través del circuito del respirador y al interior de los pulmones del paciente. La fase espiratoria del ciclo ventilatorio está caracterizada por el cese del flujo inspiratorio de presión positiva durante un tiempo suficiente para permitir que se produzca el desinflado de los pulmones. El gas exhalado es descargado del circuito del respirador, típicamente a través de una válvula de exhalación. En un paciente cuyos pulmones y cuya musculatura torácica presentan una flexibilidad normal, habitualmente se permite que el acto de la exhalación se produzca espontáneamente sin asistencia mecánica por parte del respirador.
A veces es deseable controlar la presión de la vía aérea durante la exhalación para mantener una cantidad predeterminada de contrapresión positiva durante todo el ciclo respiratorio o durante una parte del mismo. Tales técnicas son a menudo utilizadas para tratar deterioros de la capacidad pulmonar debidos a atelectasia pulmonar o a otros factores.
Los respiradores mecánicos de la técnica conocida han sido agrupados según varios sistemas de clasificación basados en varios criterios. En general, los respiradores mecánicos pueden ser agrupados o clasificados según el parámetro o los parámetros que sea utilizado o que sean utilizados para a) iniciar, b) limitar y c) finalizar (p. ej. ciclar) la fase inspiratoria del ciclo del respirador.
"Iniciación" es la acción que inicia la fase inspiratoria del ciclo del respirador. La iniciación de la fase inspiratoria puede ser activada por el respirador o por el paciente. Las variables y/o los parámetros que son utilizados para activar el comienzo de la fase inspiratoria incluyen los siguientes: el tiempo (es decir, la velocidad respiratoria), el comienzo de la inhalación espontánea por parte del paciente y/o las combinaciones de los mismos.
La expresión "Limitación" de la fase inspiratoria se refiere a la manera como el flujo de gas inspiratorio es mantenido dentro de gamas de valores prescritas para optimizar la ventilación de los pulmones del paciente. Las variables limitativas y/o los parámetros limitativos son típicamente controlados por el respirador, pero pueden variar como resultado del esfuerzo del paciente y/o de variables fisiológicas tales como la flexibilidad pulmonar y la resistencia de las vías aéreas. Las variables y/o los parámetros que son utilizados para limitar la fase inspiratoria incluyen el caudal, la presión de la vía aérea y el volumen suministrado.
La expresión "Finalización" o "ciclaje" de la fase inspiratoria del ciclo del respirador se refiere al punto en el cual el flujo inspiratorio es detenido y se permite que el respirador y/o el paciente "ciclen" pasando a la fase espiratoria. En dependencia de los ajustes de control del respirador, la finalización de la fase inspiratoria puede ser provocada por el respirador o por el paciente. Las variables y/o los parámetros que son utilizados para finalizar la fase inspiratoria incluyen los siguientes: el tiempo, la presión máxima de la vía aérea y/o el volumen de ventilación pulmonar (V_{t}).
B. Modos de ventilación mecánica utilizados en la práctica clínica moderna
Los respiradores mecánicos son además utilizados para proporcionar varios "modos" de ventilación mecánica, siendo el concreto modo de ventilación seleccionado o prescrito sobre la base del estado clínico del paciente y del objetivo global (es decir, de si se trata de ventilación a largo plazo, de ventilación a corto plazo, de retirar el respirador, etc. ...) de la ventilación mecánica.
I. Modos de Ventilación I. Ventilación Mandatoria Intermitente (IMV)
La Ventilación Mandatoria Intermitente es un modo de ventilación en el que un paciente que respira espontáneamente recibe un inflado mecánico intermitente suministrado asincrónicamente por el respirador.
II. Ventilación Mandatoria Intermitente Sincronizada (SMIV)
La Ventilación Mandatoria Intermitente Sincronizada es un modo de ventilación en el que un paciente que respira espontáneamente recibe ocasionales ciclos respiratorios ventilatorios mandatorios. Los ciclos respiratorios mandatorios del respirador son sincronizados con los esfuerzos inspiratorios espontáneos del paciente.
III. Ventilación Mecánica Controlada (CMV)
La Ventilación Mecánica Controlada (CMV) es un modo de ventilación en el que son suministrados al paciente unos ciclos respiratorios mecánicos a intervalos de tiempo que no se ven afectados por los esfuerzos del paciente. La Ventilación Mecánica Controlada se utiliza típicamente en pacientes que no respiran espontáneamente.
IV. Ventilación con Control/Asistencia (A/C)
La Ventilación con Control/Asistencia (A/C) es un modo de ventilación en el que el paciente puede alterar voluntariamente la frecuencia de los ciclos respiratorios mandatorios del respirador recibidos, pero no puede alterar el caudal y el volumen de ventilación pulmonar (V_{t}) de cada ciclo respiratorio del respirador recibido. Los ciclos respiratorios mandatorios controlados son iniciados por el respirador sobre la base ajustada del número de ciclos respiratorios por minuto. Además, el paciente puede requerir e iniciar un ciclo respiratorio de asistencia. Tras haber sido iniciado con éxito un ciclo respiratorio de asistencia, la válvula de exhalación se cierra y se suministra gas al paciente para satisfacer el volumen de ventilación pulmonar, el caudal máximo y la forma de onda preestablecidos.
C. Tipos de ciclos respiratorios utilizados en la práctica clínica moderna
Los tipos de ciclos respiratorios son típicamente clasificados según las funciones específicas que controlan:
a) la iniciación;
b) la limitación; y
c) el ciclaje de cada ciclo respiratorio suministrado por el respirador mecánico, como se ha descrito y definido anteriormente.
Los típicos tipos de ciclo respiratorio y parámetros del respirador que son utilizados en la práctica clínica moderna incluyen los siguientes:
I. Ciclo respiratorio mandatorio ciclado por la máquina
Un ciclo respiratorio mandatorio ciclado por la máquina es un ciclo respiratorio que es iniciado, limitado y ciclado por el respirador.
II. Ciclo respiratorio de asistencia ciclado por la máquina
Un ciclo respiratorio de asistencia ciclado por la máquina es un ciclo respiratorio que es iniciado por el paciente, pero que es limitado y ciclado por el respirador.
III. Ciclo respiratorio apoyado ciclado por el paciente
Un ciclo respiratorio apoyado ciclado por el paciente es un ciclo respiratorio que es iniciado por el paciente, limitado por el respirador y ciclado por el paciente.
IV. Ciclo respiratorio espontáneo ciclado por el paciente
Un ciclo respiratorio espontáneo ciclado por el paciente es un ciclo respiratorio que es iniciado, limitado y ciclado por el paciente. Mientras que el esfuerzo del paciente limita el caudal, y por consiguiente el volumen inspiratorio del ciclo respiratorio, el respirador puede también limitar el ciclo respiratorio proporcionando un caudal que sea demasiado bajo como para mantener una presión constante frente a las exigencias inspiratorias del paciente.
V. Ciclos respiratorios mandatorios controlados por volumen
Los ciclos respiratorios controlados por volumen son ciclos respiratorios mandatorios iniciados por la máquina. La fase inspiratoria es iniciada por el respirador sobre la base de un número de ciclos respiratorios por minuto preestablecido. La fase inspiratoria es finalizada y la fase espiratoria es iniciada cuando se determina que el suministro del ciclo respiratorio ha sido completo sobre la base de un ajuste preestablecido del volumen de ventilación pulmonar, del caudal máximo y de la forma de la onda. El respirador permanece en fase espiratoria hasta que comienza la siguiente fase inspiratoria.
VI. Ciclos respiratorios de asistencia controlados por volumen
Los ciclos respiratorios controlados por volumen son ciclos respiratorios apoyados y ciclados por la máquina que son iniciados por el paciente. Los ciclos respiratorios de asistencia controlados por volumen pueden ser iniciados tan sólo cuando la "ventana de asistencia" está abierta. La "ventana de asistencia" es el intervalo de tiempo durante el cual el respirador está programado para supervisar el flujo inspiratorio con la finalidad de detectar el esfuerzo inspiratorio del paciente. Cuando se inicia un ciclo respiratorio del respirador, la fase inspiratoria de tal ciclo respiratorio continuará hasta que se hayan alcanzado un volumen de ventilación pulmonar, un caudal máximo y una forma de onda preestablecidos. A continuación, se abre la válvula de exhalación para permitir que tenga lugar la fase espiratoria. El respirador permanece en la fase espiratoria hasta que comience el siguiente ciclo respiratorio iniciado por el paciente o la siguiente fase inspiratoria mandatoria.
VII. Ciclos respiratorios controlados por presión
Los ciclos respiratorios controlados por presión son suministrados por el respirador utilizando la presión como la variable clave para limitar la fase inspiratoria. Durante el control por presión, están ajustados tanto la presión objetivo como el tiempo inspiratorio, y el volumen de ventilación pulmonar suministrado por el respirador es función de estos ajustes de presión y de tiempo. El volumen de ventilación pulmonar real suministrado en cada ciclo respiratorio controlado por presión es considerablemente influenciado por la fisiología del paciente.
VIII. Ciclos respiratorios con presión de apoyo
Los ciclos respiratorios con presión de apoyo son iniciados por el paciente, limitados por el respirador y ciclados por el paciente. Así, cada ciclo respiratorio es iniciado por el esfuerzo inspiratorio del paciente, pero una vez que se produce tal iniciación el respirador asegurará que se mantenga durante toda la fase inspiratoria una predeterminada presión de la vía aérea. La fase inspiratoria termina, y la fase espiratoria comienza, cuando el caudal inspiratorio del paciente ha disminuido hasta el nivel de una línea base preestablecida.
IX. Ciclos respiratorios en régimen de suspiro
Un ciclo respiratorio en régimen de suspiro es un ciclo respiratorio mandatorio controlado por volumen e iniciado y ciclado por la máquina, típicamente igual a 1,5 veces el ajuste actual del volumen de ventilación pulmonar. La fase inspiratoria de cada ciclo respiratorio en régimen de suspiro suministra un volumen de ventilación pulmonar y un caudal máximo preestablecidos. La duración de la fase inspiratoria de cada ciclo respiratorio en régimen de suspiro está limitada a un período máximo de tiempo que típicamente es de 5,5 segundos. El respirador puede ser ajustado para suministrar un ciclo respiratorio en régimen de suspiro automáticamente después de un número determinado de ciclos respiratorios o de un determinado intervalo de tiempo (típicamente cada 100 ciclos respiratorios por cada 7 minutos), según cuál intervalo sea más corto. La función del ciclo respiratorio en régimen de suspiro puede ser utilizada durante los modos de funcionamiento con control, con asistencia y SIMV, y es típicamente desactivada o no utilizada en conjunción con los tipos de respiración controlada por presión o de respiración con presión de vías aéreas positiva continua (CPAP).
X. Ventilación con Asistencia Proporcional (PAV)
La Ventilación con Asistencia Proporcional (PAV) es un tipo de ciclo respiratorio de respirador en el que el respirador simplemente amplifica el esfuerzo inspiratorio espontáneo del paciente, mientras que permite al paciente seguir teniendo el control total del volumen de ventilación pulmonar, de la duración y de la configuración del flujo de cada ciclo respiratorio recibido.
XI. Presión de Apoyo con Volumen Asegurado (VAPS)
El régimen de Presión de Apoyo con Volumen Asegurado (VAPS) es un tipo de ciclo respiratorio de respirador en el que la iniciación y el suministro del ciclo respiratorio son similares a los de un ciclo respiratorio con presión de apoyo. Adicionalmente, el respirador está programado para asegurar que durante tal ciclo respiratorio iniciado espontáneamente se suministre un volumen de ventilación pulmonar (V_{t}) preseleccionado.
D. Enriquecimiento del flujo inspiratorio con oxígeno
A veces es deseable que los respiradores mecánicos estén equipados con un aparato mezclador de aire y oxígeno para enriquecer con oxígeno el flujo inspiratorio. El aire ambiente normal tiene un contenido de oxígeno (FiO_{2}) de un 21%. En la práctica clínica, muchas veces es deseable ventilar pacientes con un contenido de oxígeno FiO_{2} de un 21% a un 100%. Por consiguiente, es deseable que los respiradores mecánicos incorporen sistemas para mezclar cantidades específicas de oxígeno con el aire ambiente para proporcionar un prescrito FiO_{2} enriquecido con oxígeno. Típicamente, los respiradores de ciclo volumétrico que utilizan un aparato de desplazamiento volumétrico tienen incorporados mecanismos mezcladores de oxígeno con los cuales un oxígeno comprimido es combinado con aire ambiente para producir el FiO_{2} seleccionado al ser ambos gases aspirados hacia el interior de la cámara de desplazamiento durante la fase espiratoria del ciclo del respirador. Los respiradores de ciclaje volumétrico que no son del tipo de fuelle han incorporado otros sistemas de mezcla de aire y oxígeno para mezclar los deseados volúmenes relativos de oxígeno y aire y para suministrar tal mezcla de oxígeno y aire a través de la circuitería inspiratoria del respirador.
E. Regulación/Control de la presión espiratoria
En la técnica conocida se han incluido válvulas de exhalación controlables por separado que pueden ser preajustadas para ejercer los deseados perfiles o las deseadas cantidades de contrapresión espiratoria cuando se desea tal contrapresión para evitar la atelectasia o para mejorar alternativamente la ventilación del paciente.
Los siguientes son ejemplos de modos de presión espiratoria que son frecuentemente utilizados en la práctica clínica:
I. Presión Positiva Continua de Vías Aéreas (CPAP)
La Presión Positiva Continua de Vías Aéreas (CPAP) se emplea durante los períodos de respiración espontánea por parte del paciente. Este modo de ventilación está caracterizado por el mantenimiento de una presión de vías aéreas continuamente positiva tanto durante la fase inspiratoria como durante la fase espiratoria del ciclo de respiración espontánea del paciente.
II. Presión Espiratoria Final Positiva (PEEP)
En el modo de Presión Espiratoria Final Positiva se mantiene en la vía aérea al final de la fase espiratoria del ciclo un nivel predeterminado de presión positiva. Típicamente, esto se logra a base de controlar la válvula de exhalación de forma tal que dicha válvula de exhalación pueda abrirse solamente hasta que la presión del circuito haya disminuido a un nivel positivo preseleccionado, en cuyo punto la válvula de espiración se cierra de nuevo para mantener la presión espiratoria final positiva (PEEP) preseleccionada.
F. Respiradores portátiles de la técnica conocida
La técnica conocida ha incluido algunos respiradores portátiles no complejos que tienen unas limitaciones inherentes con respecto al número y al tipo de variables y/o parámetros que pueden ser utilizados para iniciar, limitar y/o finalizar el ciclo del respirador. A pesar de que tales respiradores no complejos de la técnica conocida presentan a menudo un suficiente rendimiento energético y son lo suficientemente pequeños como para poder ser utilizados como equipos portátiles, sus limitaciones funcionales hacen típicamente que los mismos sean inadecuados para una ventilación a largo plazo o para el suministro de modos de ventilación y/o tipos de ciclos respiratorios complejos.
La técnica conocida ha incluido también unos respiradores complejos, no portátiles, controlados por microprocesador, del tipo de los que son comúnmente usados en las unidades de cuidado intensivo de los hospitales. Tales respiradores incorporan típicamente un controlador de microordenador que puede ser programado para utilizar varias variables distintas y/o varios parámetros distintos para iniciar, limitar y finalizar la fase inspiratoria del ciclo del respirador. Los respiradores complejos de este tipo son típicamente capaces de suministrar muchos modos de ventilación y/o tipos de ciclos respiratorios distintos y pueden ser usados para funcionar selectivamente en varios modos ciclados por volumen, ciclados por presión o ciclados por tiempo. Sin embargo, estos respiradores complejos de la técnica conocida han venido siendo típicamente de dimensiones demasiado grandes y han venido teniendo típicamente un rendimiento energético demasiado bajo como para poder ser utilizados como equipos portátiles alimentados por batería. Como resultado de estos factores, la mayoría de los respiradores complejos controlados por microprocesador de la técnica conocida son factibles tan sólo para ser utilizados en las unidades de cuidado crítico de los hospitales.
Como es perfectamente sabido, existen numerosos entornos fuera de las unidades de cuidado crítico de los hospitales en los que los pacientes podrían beneficiarse de que se dispusiese de un pequeño respirador mecánico alimentado por batería y controlado por un microprocesador complejo y que fuese capaz de suministrar modos de ventilación ampliados. Por ejemplo, los pacientes que están en una situación crítica requieren a veces ser transportados fuera del hospital en varios vehículos de transporte tales como ambulancias y helicópteros. Asimismo, los pacientes de cuidado crítico son a veces trasladados dentro del hospital para ser llevados de la unidad de cuidado crítico a varios departamentos de procedimientos especiales (como p. ej. el departamento de radiología, la sala de emergencias, el laboratorio de cateterización, etc.) donde puedan ser sometidos a procedimientos de diagnosis o terapéuticos de los que no se dispone en la unidad de cuidado crítico. Adicionalmente, los pacientes que requieren ventilación a largo plazo no son siempre candidatos a la admisión en unidades de cuidado crítico de los hospitales de agudos, o bien pueden ser transferidos a unidades de recuperación o a departamentos de cuidado extensivo. Asimismo, algunos pacientes no hospitalizados pueden requerir un apoyo ventilatorio continuo o intermitente. Muchos de estos pacientes podrían beneficiarse del uso de respiradores complejos controlados por microprocesador, pero puede que no les sea posible obtener tal beneficio debido al hecho de no ser factible emplear tales respiradores fuera del entorno de las unidades de cuidado crítico de los hospitales.
En vista de las anteriormente expuestas limitaciones de las posibilidades de utilización de los respiradores complejos ciclados por volumen y controlados por microprocesador de la técnica conocida, hay en la técnica una importante necesidad de que sea desarrollado un respirador portátil de alto rendimiento que pueda ser programado para suministrar varios modos ventilatorios y tipos de ciclos respiratorios modernos, siendo también al mismo tiempo susceptible de ser usado fuera del entorno de las unidades de cuidado crítico de los hospitales, y concretamente en sitios tales como vehículos de transporte, instalaciones de cuidados extensivos y residencias sanitarias, etc.
La Patente Estadounidense Nº 4.493.614 (Chu et al.) titulada "PUMP FOR A PORTABLE VENTILATOR" describe una bomba de émbolo de movimiento alternativo de la que se afirma que puede ser usada en un respirador portátil que puede ser alimentado por solamente una batería interna o una batería externa.
La Patente Estadounidense Nº 4.957.107 (Sipin) titulada "GAS DELIVERY MEANS" describe un sistema de suministro de gas mediante compresor rotativo de arrastre que es ostensiblemente lo suficientemente pequeño como para ser utilizado en un respirador portátil. El sistema descrito en la Patente U.S. Nº 4.957.107 utiliza un compresor rotativo de alta velocidad que suministra un caudal considerablemente constante de gas comprimido. El compresor rotativo no se acelera ni se desacelera al comienzo y al final de cada fase inspiratoria del ciclo del respirador. En lugar de ello, el compresor rotativo funciona continuamente, y es utilizada una válvula desviadora para dirigir alternativamente el flujo saliente del compresor a) al interior de los pulmones del paciente durante la fase inspiratoria del ciclo de ventilación, y b) por una vía de descarga durante la fase espiratoria del ciclo de ventilación.
Así, sigue habiendo una considerable necesidad de que sea desarrollado un respirador mecánico portátil mejorado que incorpore las características siguientes:
A. Que sea capaz de funcionar por espacio de prolongados períodos de tiempo (es decir, al menos durante 2 1/2 horas) usando una sola batería portátil o un solo conjunto de baterías portátil como única fuente de energía.
B. Que sea programable para poder ser usado en varios modos ventilatorios distintos tales como los anteriormente descritos IMV, SMV, CMV, PAV, A/C y VPAS.
C. Que pueda ser usado para ventilar pacientes no intubados con mascarilla así como pacientes intubados.
D. Que disponga de medios para mezclar oxígeno para suministrar un flujo inspiratorio enriquecido con oxígeno.
E. Que sea capaz de proporcionar contrapresión de exhalación controlada CPAP o PEEP.
F. Que sea portátil, pesando p. ej. menos de 30 libras.
Breve exposición de la invención
La presente invención se propone específicamente subsanar y satisfacer las anteriormente señaladas deficiencias y necesidades de la técnica conocida aportando una válvula de exhalación como la que se define en la reivindicación 1.
Un transductor de presión supervisa la presión de la vía aérea durante la exhalación, siendo la salida de dicho transductor de presión usada por el controlador para ajustar el sistema de valvulaje para mantener la deseada presión de la vía aérea.
Además, hay un transductor del flujo de exhalación para medir con precisión el flujo de exhalación del paciente para la determinación del volumen exhalado y para la deseada iniciación del flujo inspiratorio. En la realización preferida, el transductor del flujo de exhalación forma parte integrante de la válvula de exhalación, si bien los expertos en la materia comprenderán que dicho transductor del flujo de exhalación puede constituir un componente independiente que sea susceptible de ser insertado en el sistema. Para asegurar la precisión del funcionamiento de los transductores, las características funcionales particulares de cada transductor de flujo son almacenadas dentro de un transpondor de radiofrecuencia que está montado dentro de la válvula de exhalación para transmitir la específica información de calibración para el transductor del flujo de exhalación al controlador. Además, la concreta forma constructiva y la concreta forma de montaje del transductor de flujo dentro de la válvula de exhalación están específicamente diseñadas para minimizar las imprecisiones debidas a la fabricación.
Adicionales objetivos y ventajas de la invención resultarán evidentes para los expertos en la materia tras haber leído y comprendido la siguiente descripción detallada de realizaciones preferidas y tras haber tomado en consideración los dibujos acompañantes.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un esquema básico de un sistema que constituye un respirador preferido haciendo uso de la presente invención y que incorpora a) un dispositivo que constituye un ventilador de compresor rotativo, b) un aparato de mezcla de aire y oxígeno opcional, c) una válvula de exhalación controlable de acuerdo con la invención, y d) un controlador programable o unidad central de proceso (CPU) que sirve para controlar y coordinar el funcionamiento del ventilador, del aparato mezclador de oxígeno y de la válvula de exhalación.
La Figura 2 es un esquema detallado de un sistema que constituye un respirador.
La Figura 3 es una vista frontal del panel de control de un sistema que constituye un respirador preferido.
La Figura 4 es una vista en perspectiva de un aparato que constituye un compresor de arrastre preferido que puede ser incorporado en el sistema que constituye el respirador.
La Figura 5 es una vista en sección longitudinal según la línea 5-5 de la Figura 4.
La Figura 6 es una vista ampliada de un segmento de la Figura 5.
La Figura 7 es una vista ampliada de un segmento de la Figura 6.
La Figura 8 es una vista en alzado de un componente del compresor de arrastre preferido de un dispositivo que constituye un respirador mecánico.
La Figura 9 es una vista en perspectiva del componente del compresor de arrastre de la Figura 8.
La Figura 10 es una vista ampliada de un segmento de la Figura 9.
La Figura 11a es una vista en sección longitudinal de una válvula de exhalación preferida de la presente invención.
La Figura 11b es una vista en perspectiva del carrete de brazos radiales preferido que constituye un componente de la válvula de exhalación que está ilustrada en la Figura 11a.
La Figura 11c es una vista en perspectiva y en despiece de una parte de la válvula de exhalación de la Figura 11a.
La Figura 11d es una vista en perspectiva de una parte de la válvula de exhalación que está ilustrada en la Figura 11c.
La Figura 11e es una vista en perspectiva y en despiece de la preferida aleta de estrangulación del flujo que constituye un componente de la válvula de exhalación que está ilustrada en las Figuras 11a-11d.
La Figura 12 es un gráfico que ejemplifica los datos del caudal referidos a los datos de la velocidad referidos a los datos de la presión para una preferida válvula de exhalación de la presente invención, estando dicho gráfico acompañado por un algoritmo de caracterización de la válvula de exhalación computado a partir del mismo.
Descripción detallada de la realización preferida
La siguiente descripción detallada y los dibujos acompañantes tienen la finalidad de describir e ilustrar una realización actualmente preferida de la invención y no pretenden describir todas las realizaciones en las que la invención puede ser llevada a la práctica. En consecuencia, la siguiente descripción detallada y los dibujos acompañantes no deberán ser interpretados como limitaciones del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
A. Descripción general del sistema que constituye el respirador preferido
Haciendo referencia a las Figuras 1-2, un sistema de ventilación mecánica 10 comprende en general a) un controlador de microprocesador programable 12, b) un dispositivo 14 que constituye un ventilador, c) un aparato opcional mezclador de oxígeno 16 y d) un aparato 18 que constituye una válvula de exhalación. De acuerdo con la presente invención, dicho sistema de ventilación mecánica está preferiblemente implementado como sistema portátil alimentado por batería.
El dispositivo 14 que constituye un ventilador incorpora un compresor rotativo de arrastre 30 que es accionado por un motor eléctrico 102. En respuesta a las señales de control recibidas del controlador 12, un rotor empaletado dispuesto dentro del compresor 30 será puesto en rotación por espacio de períodos de tiempo específicamente controlados y/o dentro de parámetros específicamente controlados, para suministrar un flujo de gas inspiratorio a través de la tubería 22 al paciente PT.
El controlador 12 comprende un microprocesador programable que está interconectado eléctricamente a) con el dispositivo 14 que constituye un ventilador a través de la línea de control 13, b) con el opcional aparato mezclador de oxígeno 16 a través de la línea de control 17, y c) con la válvula de exhalación 18 a través de la línea de control 19 y también mediante comunicación por radiofrecuencia entre el transpondor transductor de flujo (21) y el transmisor/receptor (23). Estos elementos están preferiblemente incorporados en la válvula de exhalación 19 como se describirá más detalladamente más adelante.
El controlador 12 es preferiblemente programado para utilizar parámetros seleccionados (como p. ej. el tiempo, el caudal, el volumen de ventilación pulmonar (V_{t}), la presión de la vía aérea, la iniciación espontánea del ciclo respiratorio, etc.) para iniciar, limitar y ciclar el flujo inspiratorio según el modo ventilatorio o el tipo de ciclo respiratorio seleccionado.
Al final de cada ciclo del flujo inspiratorio, se le permite al paciente PT exhalar el aire a través de la válvula de exhalación 18. El caudal o la presión del flujo espiratorio a través de la válvula de exhalación 18 es controlado o controlada a base de variar el grado de restricción del flujo dentro de la válvula de exhalación 18, en respuesta a las señales de control recibidas del controlador 12 a través de la línea 19. Esto permite que la válvula de exhalación 18 sea utilizada para crear una contrapresión espiratoria seleccionada (como p. ej. CPAP, PEEP).
Puede ser utilizado el aparato mezclador de oxígeno 16 opcional para incrementar el contenido de oxígeno del flujo de gas inspiratorio que es suministrado por el dispositivo 14 que constituye un ventilador de compresor de arrastre. El aparato mezclador de oxígeno 16 preferido comprende una pluralidad de (preferiblemente cinco (5)) válvulas de solenoide 52 que tienen cada una un orificio estrangulador del flujo de un tamaño específico. Las válvulas de solenoide 52 están dispuestas en paralelo entre un colector de entrada de oxígeno 26 y un colector de salida de oxígeno 28. El controlador 12 es programado para abrir y cerrar las válvulas de solenoide 52 individuales por espacio de específicos períodos de tiempo para suministrar un flujo dosificado de oxígeno a través del colector de salida de oxígeno 28 y al interior del acumulador 54. Es aspirado aire ambiente a través del tubo de comunicación 24 y del filtro 50 pasando al interior del acumulador 54, donde el aire ambiente se combina con el flujo entrante dosificado de oxígeno para proporcionar un flujo inspiratorio enriquecido con oxígeno y que contiene una concentración de oxígeno (FiO_{2}) prescrita.
La realización actualmente preferida del sistema 10 funcionará cuando sea alimentada con energía eléctrica a un voltaje situado dentro de la gama de voltajes de 85-264 V c.a. a 50/60 Hz.
Puede ser preferiblemente conectado al sistema 10 un cable de corriente alterna para suministrar energía eléctrica en forma de corriente alterna.
Adicionalmente, el sistema 10 incluye preferiblemente una batería interna que es capaz de proporcionar al menos 15 minutos de funcionamiento, y preferiblemente 30 minutos de funcionamiento. Durante el funcionamiento con la batería interna, algunos visualizadores no esenciales pueden ser oscurecidos o desactivados por el controlador 12. La batería interna es preferiblemente susceptible de ser recargada mediante energía eléctrica en forma de corriente alterna suministrada a través del cable de corriente alterna, o bien mediante un cargador de baterías independiente. La batería interna es preferiblemente susceptible de ser plenamente cargada en 24 horas partiendo del estado en el que la misma está descargada. El piloto 306 de carga de la batería interna que está ilustrado en el panel del controlador preferido 12a puede adicionalmente efectuar destellos si se desea durante la carga de la batería interna.
Asimismo, el sistema puede incluir una batería externa o un conjunto de baterías externas que sea capaz de proporcionar al menos 2 horas de funcionamiento, y que sea preferiblemente capaz de proporcionar de 4 a 8 horas de funcionamiento. Durante el uso de la batería externa, algunos visualizadores no esenciales pueden ser oscurecidos o inactivados por el controlador 12. La batería o el conjunto de baterías es preferiblemente susceptible de ser recargada o recargado mediante un suministro de energía eléctrica en forma de corriente alterna a través del cable de corriente alterna, o bien mediante un cargador de baterías independiente. Es preferible que la batería externa o el conjunto de baterías externas sea susceptible de ser plenamente cargada o cargado dentro de un período de tiempo de 24 a 48 horas partiendo de un estado de plena descarga. El piloto 310 de carga de la batería externa que está en el panel del controlador 12a preferido puede adicionalmente efectuar destellos si se desea durante la carga de la batería externa o del conjunto de baterías externas.
B. El Aparato controlador preferido
Se comprenderá que el controlador 12 del sistema 10 que constituye el respirador de la presente invención presentará una complejidad variable en dependencia de las capacidades específicas del sistema 10 y de si está o no incorporado el aparato mezclador de oxígeno 16 opcional.
La Figura 3 muestra el panel de control de un aparato controlador 12a preferido que es susceptible de ser usado en conexión con una realización relativamente compleja del sistema ventilatorio 10 que incorpora el aparato mezclador de oxígeno 16 opcional.
Ajustes de control y visualizadores
Se describen a continuación los específicos ajustes de control y visualizadores que están incluidos en el controlador preferido 12a, y las maneras como el controlador preferido 12a recibe y utiliza los específicos ajustes de control introducidos por el operador:
1. Control de espera-desconexión
El sistema 10 que constituye el respirador incorpora un interruptor de espera/desconexión (no ilustrado) que conecta o desconecta la energía eléctrica principal. Los de un grupo de pilotos indicadores 300 están previstos en el panel frontal del controlador 12a, y son descritos más ampliamente más adelante bajo el encabezamiento "monitores". En general, los pilotos indicadores del panel incluyen un indicador de "conexión" 302 que queda encendido cuando el respirador es conectado. Un piloto 304 indicador de bajo voltaje de c.a./corte de c.a. se activa cuando el cable de corriente alterna está presente y el voltaje está fuera de una gama de voltajes de servicio especificada. Al detectar que la corriente alterna presenta un bajo nivel o es incorrecta, el controlador 12a conmutará automáticamente el ventilador 14 pasándolo a alimentación con la batería interna. El ventilador continuará funcionando con la energía eléctrica de la batería interna hasta que la energía eléctrica de la batería interna alcance un nivel mínimo. Cuando la energía eléctrica de la batería interna alcance un nivel mínimo, el controlador 12a hará que el piloto y/o la alarma audible 308 de la batería interna emita una señal de que la batería interna está casi agotada.
Está también previsto y/o prevista un piloto y/o una alarma audible 312 aparte para la batería externa. El piloto y/o la alarma audible para la batería externa se activará cuando la batería externa esté en uso y tenga un voltaje que esté fuera de la gama de voltajes de servicio aceptable. Durante este estado, el controlador 12a hará que se desconecten todos los visualizadores e indicadores no esenciales.
Cuando esté conectada al ventilador 14 la energía eléctrica en forma de corriente alterna pero esté desconectado el ventilador, todas las baterías internas o externas que estén conectadas al ventilador serán cargadas por la corriente alterna entrante. Están previstos y parpadearán o indicarán de otra manera la carga de las baterías cuando exista tal estado el piloto 306 indicador de la carga de la batería interna y el piloto 312 indicador de la carga de la batería externa y el piloto 310 indicador de batería externa cargada.
2. Selección de modo
Un módulo de selección de modo 320 incorpora una pluralidad de botones de selección de modo 322, 324, 326, 328, 330, que son preferiblemente cinco (5). El botón de selección de modo 322 ajusta el sistema 10 para Control de Asistencia (a/c). El botón de selección de modo 324 ajusta el sistema 10 para Ventilación Mandatoria Intermitente Sincronizada (SIV). El botón de selección de modo 326 ajusta el sistema para Presión de Vías Aéreas Positiva Continua (CPAP). Están previstos botones de selección de modo de reserva 328, 330 para permitir que el controlador 12a sea programado para adicionales modos de ventilación específicos tales como el modo de ventilación con presión de apoyo con volumen asegurado (VAPS) o la ventilación con asistencia proporcional. Cuando el controlador esté programado para adicionales modos de ventilación específicos, los botones de selección 328, 330 pueden ser correspondientemente identificados y utilizados para ajustar el ventilador 14 para suministrar tales modos de ventilación posteriormente programados.
3. Volumen de ventilación pulmonar
Están previstos un visualizador digital 332 del volumen de ventilación pulmonar con su correspondiente botón de ajuste del volumen de ventilación pulmonar 332a. Cuando es pulsado el botón de ajuste del volumen de ventilación pulmonar 332a, el mando de ajuste de valores 300 puede ser utilizado para introducir un volumen de ventilación pulmonar seleccionado. El visualizador del volumen de ventilación pulmonar 332 proporcionará entonces una visualización digital del valor del volumen de ventilación pulmonar actualmente seleccionado.
La típica gama de volúmenes de ventilación pulmonar que pueden ser ajustados es la que va desde 25 ml hasta 2000 ml.
4. Número de ciclos respiratorios por minuto
Está previsto un visualizador digital 334 del número de ciclos respiratorios por minuto con su correspondiente botón 334a de ajuste del número de ciclos respiratorios por minuto. Cuando es pulsado el botón 334a de ajuste del número de ciclos respiratorios por minuto, el mando de ajuste de valores 300 puede ser utilizado para introducir el deseado número de ciclos respiratorios por minuto. El visualizador 334 del número de ciclos respiratorios por minuto visualizará a continuación el número de ciclos respiratorios por minuto actualmente seleccionado.
La típica gama de números de ciclos respiratorios por minuto que pueden ser seleccionados es la que va desde 0 hasta 80 ciclos respiratorios por minuto.
5. Caudal máximo
Están previstos un visualizador digital 336 del caudal máximo y su correspondiente botón de ajuste del caudal máximo 336a. Cuando es pulsado el botón de ajuste del caudal máximo 336a, el mando de ajuste de valores 300 puede ser utilizado para introducir el deseado caudal máximo. El visualizador del caudal máximo 336 proporcionará a continuación una visualización digital del caudal máximo actualmente seleccionado.
La típica gama de ajustes del caudal máximo es la que va desde 10 hasta 140 litros por minuto.
6. Sensibilidad al caudal
Están previstos un visualizador digital 338 de la sensibilidad al caudal y su correspondiente botón de ajuste de la sensibilidad al caudal 338a. Cuando es pulsado el botón de ajuste de la sensibilidad al caudal 338a, el mando de ajuste de los valores 300 puede ser utilizado para introducir el deseado ajuste de la sensibilidad al caudal. El visualizador del ajuste de la sensibilidad al caudal 338 proporcionará a continuación una visualización digital del ajuste de la sensibilidad al caudal actualmente seleccionado.
El ajuste de la sensibilidad al caudal determina el nivel de iniciación para la iniciación de los ciclos respiratorios de asistencia controlados por volumen y controlados por presión o de los ciclos respiratorios con presión de apoyo. La iniciación de un esfuerzo inspiratorio voluntario por parte del paciente da lugar a una variación del caudal en la vía aérea que viene determinado por: (caudal de predisposición de la turbina) - (caudal de exhalación) = caudal del paciente. La iniciación tiene lugar cuando el caudal de la vía aérea del paciente sobrepasa el ajuste de la sensibilidad. La típica gama de ajustes de la sensibilidad al caudal que pueden ser seleccionados es la que va desde uno hasta diez litros por minuto, o fuera.
Opcionalmente, puede incorporarse un sistema a prueba de fallos según el cual si la demanda de caudal del paciente no sobrepasa el ajuste de la sensibilidad al caudal pero si la presión de la vía aérea disminuye hasta llegar a ser inferior al nivel de PEEP ajustado en más de 5 cm H_{2}O, será iniciado un ciclo inspiratorio y será suministrado un ciclo respiratorio sobre la base de los actuales ajustes de modo y de control.
7. PEEP/CPAP
Están previstos un visualizador digital 340 de la PEEP/CPAP con su correspondiente botón de ajuste de la PEEP/
CPAP 340a. Cuando es pulsado el botón de ajuste de la PEEP/CPAP 340a, el mando de ajuste de los valores 300 puede ser utilizado para introducir el deseado ajuste de la PEEP/CPAP.
El ajuste de la PEEP/CPAP actual establece el nivel de presión en el circuito del paciente que es mantenido entre el final de la inspiración y el comienzo de la inspiración siguiente. Esta presión es también conocida como la presión de la "línea base".
La preferida gama de ajustes de la PEEP/CPAP es la que va desde 0 hasta 50 cm H_{2}O.
8. Presión de apoyo
Están previstos un visualizador digital 342 de la presión de apoyo y su correspondiente botón de ajuste de la presión de apoyo 342a. Cuando es pulsado el botón de ajuste de la presión de apoyo 342a, el mando de ajuste de valores 300 puede ser utilizado para introducir el deseado ajuste de la presión de apoyo.
El ajuste de la presión de apoyo determina la presión inspiratoria del circuito del paciente durante un ciclo respiratorio con presión de apoyo. Este control ajusta el nivel de la presión de apoyo por encima del ajuste de la línea base establecido por el ajuste de la PEEP/CPAP. La presión total suministrada es igual al valor de la PEEP o de la CPAP + la presión de apoyo.
La típica gama de ajustes de la presión de apoyo es la que va desde 1 hasta 60 centímetros de columna de agua (cm H_{2}O), o fuera.
9. FiO_{2} (% de O_{2})
Están previstos un visualizador digital del FiO_{2} 348 y su correspondiente botón de ajuste del FiO_{2} 348a. Cuando es pulsado el botón de ajuste del FiO_{2} 348a, el mando de ajuste de valores 300 puede ser utilizado para introducir el deseado porcentaje fraccional de oxígeno en la mezcla gaseosa de aire y oxígeno que es suministrada al paciente PT y utilizada para el caudal de predisposición. En respuesta al ajuste del FiO_{2}, el controlador 12 enviará señales de control al aparato mezclador de oxígeno 16 para efectuar el FiO_{2} preajustado.
La gama preferida de FiO_{2} ajustables es la que está situada entre 0,21 y 1,0 (es decir entre un 21 y un 100 por ciento de oxígeno).
10. Control de presión (Opcional)
Están previstos un visualizador digital del control de presión 350 y su correspondiente botón de ajuste del control de presión 350a. Cuando es pulsado el botón de ajuste del control de presión 350a, el mando de ajuste de valores 300 puede ser utilizado para introducir el deseado valor de control de presión.
El ajuste del control de presión permite que el sistema 10 sea utilizado para ventilación con control de presión, y determina el nivel de presión inspiratoria durante el suministro de cada ciclo respiratorio con control de presión. El ajuste del control de presión ajusta el nivel de presión por encima de toda PEEP.
Es preferible que la gama de posibles ajustes del control de presión sea la que va desde 1 hasta 100 cm H_{2}O.
11. Tiempo inspiratorio (Opcional)
Pueden estar previstos un visualizador digital del tiempo inspiratorio 352 opcional y su correspondiente botón de ajuste del tiempo inspiratorio 352a. Cuando es pulsado el botón de ajuste del tiempo inspiratorio 352a, el mando de ajuste de valores 300 puede ser utilizado para introducir el deseado tiempo inspiratorio. El tiempo inspiratorio ajustado es el período de tiempo para la fase inspiratoria de un ciclo respiratorio con control de presión. Así, este ajuste del tiempo inspiratorio puede ser normalmente utilizado para ventilación con control de presión.
Es preferible que la gama de tiempos inspiratorios que pueden ser ajustados sea la que va desde 0,3 hasta 10,0 segundos.
12. Visualizadores/ajustes adicionales
Están previstos adicionales visualizadores digitales 344, 346, 354, 356 y sus correspondientes botones de ajuste 344a, 346a, 354a, 356a para permitir que el controlador 12 sea posteriormente programado o ampliado para recibir y visualizar adicionales ajustes de control más allá de los que han sido descritos anteriormente.
13. Conexión/desconexión del régimen de suspiro
Está previsto un botón de conexión/desconexión del régimen de suspiro 360. Cuando es pulsado el botón de conexión/desconexión del régimen de suspiro 360, el controlador 12 hará que el ventilador 14 suministre un ciclo respiratorio en régimen de suspiro. Un ciclo respiratorio en régimen de suspiro es un ciclo respiratorio mandatorio controlado por volumen que es habitualmente igual a 1,5 veces el ajuste del volumen de ventilación pulmonar actual visualizado en el visualizador del ajuste del volumen de ventilación pulmonar 332. El ciclo respiratorio en régimen de suspiro es suministrado según el actual ajuste del caudal máximo visualizado en el visualizador del ajuste del caudal máximo 336. La fase inspiratoria del ciclo respiratorio en régimen de suspiro está preferiblemente limitada a un máximo de 5,5 segundos. Durante un ciclo respiratorio en régimen de suspiro, el período del ciclo respiratorio es automáticamente incrementado con un factor de 1,5. La función de ciclo respiratorio en régimen de suspiro está disponible durante todos los modos de ventilación.
Pulsando una sola vez el botón de conexión/desconexión del régimen de suspiro 348 se hará que el ventilador suministre un ciclo respiratorio en régimen de suspiro controlado por volumen una vez cada 100 ciclos respiratorios o cada 7 minutos, según lo que venga primero. El botón del ciclo respiratorio en régimen de suspiro 360 incluye un piloto indicador visual 360a que se enciende cuando es pulsado el botón de conexión/desconexión del régimen de suspiro 360 y cuando esté activa la función de ciclo respiratorio en régimen de suspiro.
14. Ciclo respiratorio manual
También está previsto un botón de ciclo respiratorio manual 362. Al ser pulsado el botón de ciclo respiratorio manual 362, el controlador 12 hará que el ventilador 14 suministre un solo ciclo respiratorio controlado por volumen o controlado por presión según los correspondientes ajustes de control de volumen y/o de presión. Un piloto indicador 362a se encenderá brevemente cuando sea pulsado el botón de ciclo respiratorio manual 362.
15. Alarma remota (opcional)
Está previsto un botón 364 de control de conexión/desconexión de alarma remota para activar o desactivar la alarma remota. Cuando es pulsado el botón 364 de control de conexión/desconexión de alarma remota, se encenderá el piloto indicador 364a. Al ser pulsado el botón 364 de conexión/desconexión de alarma remota, será activada la alarma remota. Al estar activada esta función, el estado de alarma será transmitido a través de cableado o bien por radiofrecuencia (sin hilos) a una alarma remota que puede estar montada en el exterior de la habitación de un paciente para dar la correspondiente indicación al personal situado fuera de la habitación cuando exista un estado de alarma.
Se describen más detalladamente a continuación las específicas situaciones de alarma que pueden ser utilizadas con la función de alarma remota.
16. Forma de la onda del flujo (opcional - es de aplicación tan sólo a los ciclos respiratorios controlados por volumen)
El controlador 12 incluye un botón 366 de activación de la forma cuadrada de la onda del flujo y un botón 368 de activación de la forma trapezoidal en desaceleración de la onda del flujo. Cuando es pulsado el botón 366 de activación de la forma cuadrada de la onda del flujo, se encenderá el piloto indicador 366a y el ventilador suministrará un flujo inspiratorio a una velocidad constante según el ajuste del caudal máximo que se ha introducido y es indicado en el visualizador del caudal máximo 336. Cuando es pulsado el botón 368 de activación de la forma trapezoidal en desaceleración de la onda del flujo, se encenderá el piloto indicador 368a y el ventilador suministrará un flujo inspiratorio que inicialmente aumenta hasta el ajuste del caudal máximo que ha sido introducido y es indicado en el visualizador del caudal máximo 336, y entonces tal flujo inspiratorio se desacelerará hasta el 50 por ciento del ajuste del caudal máximo al final de la fase inspiratoria.
17. Espera inspiratoria (opcional)
Está previsto un botón 370 de activación de la espera inspiratoria para permitir al operador mantener al paciente a una presión elevada a continuación de la inspiración, para que pueda ser calculada la mecánica del ciclo respiratorio. La duración del período de retardo viene determinada por el período de tiempo durante el cual permanece pulsado el botón 370 de espera inspiratoria, estando aplicado un límite máximo.
18. Espera espiratoria (opcional)
El controlador 12 incluye también un botón 372 de activación de la espera espiratoria que permite al respirador calcular la PEEP automática. Durante la espera espiratoria es detenido el funcionamiento de la turbina 30 y la válvula de exhalación 18 permanece cerrada. La diferencia entre la presión espiratoria final medida al final del período de espera espiratoria menos la lectura de la presión de la vía aérea registrada al comienzo del período de espera espiratoria será visualizada en la ventana de monitoreo 384.
19. Presión inspiratoria máxima/fuerza de inspiración negativa (opcional)
El controlador preferido 12 incorpora también un botón 374 de prueba de presión inspiratoria máxima para permitir al operador iniciar una maniobra de prueba de presión inspiratoria máxima (MIP). Esta maniobra hace que el respirador interrumpa todo flujo al o desde el paciente. El esfuerzo inspiratorio del paciente es entonces supervisado y visualizado como MIP/NIF (NIF = fuerza de inspiración negativa) en la ventana de monitoreo 384.
20. Aspiración de un 100% de O_{2} (Opcional)
Opcionalmente, el controlador 12a incluye un botón 376 de activación del 100% de O_{2} que al ser pulsado hará que se encienda el piloto indicador 376a y hará que el sistema 10 suministre un FiO_{2} de 1,00 (es decir, un 100% de oxígeno) al paciente por espacio de un período de tiempo tres (3) minutos independientemente del actual ajuste del FiO_{2} y/o del actual ajuste del tipo de ciclo respiratorio.
Esta posibilidad de suministro de un 100% de O_{2} permite al operador suministrar selectivamente un 100% de oxígeno al paciente PT por espacio de un período de tiempo de tres minutos para hiperoxigenar al paciente PT antes de desconectar al paciente del circuito del respirador a efectos de aspiración o por otras razones clínicas.
21. Botones adicionales de actuación de control
Está previsto un botón adicional 378 de actuación de control con su piloto indicador 378a para permitir que el controlador 12a sea posteriormente programado para ejecutar adicionales funciones de actuación de control más allá de las descritas anteriormente.
Monitores e indicadores 1. Indicador del estado de la corriente alterna
Está previsto en el panel frontal del controlador 12 un piloto indicador de la corriente alterna 304 para indicar cuando esté disponible suficiente energía eléctrica en forma de corriente alterna estando el interruptor de espera/desconexión (no ilustrado) en la posición de espera.
2. Indicador(es) del estado de la batería interna
Un piloto 308 indicador del estado de la batería interna está previsto en el panel del controlador 12 e indicará el nivel de carga de la batería según señales de color predeterminado. Puede estar previsto aparte un piloto 306 indicador de carga de la batería interna, y dicho piloto indicará el estado de carga según señales de color predeterminado.
3. Indicador(es) del estado de la batería externa
Un piloto 312 indicador del estado de la batería externa está previsto en el panel del controlador 12 e indicará el nivel de carga de la batería según señales de color predeterminado. Puede estar previsto aparte un piloto 310 indicador de carga de la batería externa, y dicho piloto indicará el estado de carga según señales de color predeterminado.
4. Monitor de la presión de la vía aérea
El panel de visualización del controlador 12 incluye un visualizador 380 en forma de gráfico de barra que visualiza la presión de la vía aérea en tiempo real. Una barra indicadora verde aparecerá en el visualizador 380 en forma de gráfico de barra de la presión de la vía aérea para indicar la presión real de la vía aérea en todo momento. Aparecerán indicadores rojos en el gráfico de barra de la presión de la vía aérea para indicar el ajuste de alarma para la alta presión máxima y la baja presión máxima como se describe más ampliamente más adelante bajo el encabezamiento de "Alarmas". Aparecerá un indicador de color ámbar en el visualizador 380 en forma de gráfico de barra de la presión de la vía aérea para indicar el actual ajuste de la PEEP/CPAP, el actual ajuste de la Presión de Apoyo y/o el actual ajuste del Control de Presión. Un piloto 382 indicador del esfuerzo del paciente está situado cerca del visualizador 380 realizado en forma de gráfico de barra de la presión de la vía aérea y se encenderá para indicar que tiene lugar un ciclo respiratorio iniciado por el paciente, incluyendo todos los ciclos respiratorios espontáneos, con asistencia o con presión de apoyo.
5. Visualizador monitor digital
El panel del controlador 12 incluye preferiblemente un visualizador monitor digital 384 y un botón acompañante 386 de selección de monitoreo. El controlador 12 está programado para visualizar varios parámetros supervisados. Cada vez que es pulsado el botón de selección de monitoreo 386, cambiarán los parámetros supervisados que son visualizados en el visualizador monitor 384. Los parámetros individuales pueden incluir los siguientes: el volumen de ventilación pulmonar exhalado, es decir la proporción, la presión media de la vía aérea, la PEEP, la presión inspiratoria máxima, el número total de ciclos respiratorios por minuto y la ventilación minuto total.
Adicionalmente, puede ser incorporado un sistema de ahorro de energía eléctrica de visualización con el cual el controlador 12 hará automáticamente que el visualizador monitor 384 quede apagado tras un período de visualización predeterminado cuando el sistema 10 funcione solamente a base de energía eléctrica de la batería interna o externa. Cada vez que sea pulsado el botón de selección de monitoreo 386, el visualizador 384 se encenderá tan sólo por espacio de un período de tiempo predeterminado, y quedará a continuación apagado. Esta propiedad permitirá al sistema 10 conservar energía eléctrica cuando el sistema 10 funcione solamente con energía eléctrica de la batería interna o externa.
Adicionalmente, el controlador 12 puede ser programado para hacer que el visualizador monitor 384 visualice un grupo especial o distinto de parámetros durante una específica maniobra iniciada por el operador. Los ejemplos de los grupos especiales de parámetros que pueden ser visualizados durante una maniobra específica incluyen los siguientes:
\bullet La Presión en Tiempo Real (al comienzo de y durante todas las maniobras)
\bullet La Presión de Plató (Espera Inspiratoria)
\bullet La Flexibilidad (Espera Inspiratoria)
\bullet La Presión Espiratoria Final (Espera Espiratoria)
\bullet La PEEP Automática (Espera Espiratoria)
\bullet La Presión Inspiratoria Máxima (MIP/NIF)
Alarmas y Límites
El controlador preferido 12 puede ser programado para recibir las introducciones de uno o varios parámetros limitativos efectuadas por el operador y para dar indicaciones de alarma audible y/o visual cuando tales parámetros limitativos hayan sido sobrepasados o vayan a ser sobrepasados.
Los indicadores de alarma visual pueden comprender luces continuas o de destellos que aparecerán en el panel de control del controlador preferido 12a.
Los componentes de alarma audible comprenderán preferiblemente zumbadores o pitos electrónicos que emitirán un sonido discernible para el oído humano por espacio de un período de tiempo preseleccionado (de p. ej. 3 segundos). Preferiblemente, la parte audible de toda alarma podrá ser voluntariamente enmudecida o desactivada por el operador.
Adicionalmente, es preferible que el controlador 12 esté programado para reinicializar automáticamente cada alarma si las actuales condiciones de ventilación no quedan fuera de los límites de alarma preestablecidos.
Son ejemplos de específicos parámetros limitativos y límites de alarma que pueden ser programados en el controlador preferido 12 los siguientes:
1. Alta presión máxima
El controlador preferido 12 incluye en su panel frontal un visualizador digital 390 de la alta presión y un correspondiente botón 390a de ajuste del límite de alarma de la alta presión. Cuando es pulsado el botón 390a de ajuste del límite de alarma de la alta presión, el mando de ajuste de valores 300 puede ser utilizado para introducir un deseado valor límite de alarma de la alta presión. Tal valor límite de alarma de la alta presión será entonces visualizado en el visualizador 390 del límite de alarma de la alta presión.
El límite de alarma de la alta presión actualmente ajustado e indicado en el visualizador 390 del límite de alarma de la alta presión establecerá la presión inspiratoria máxima para todos los tipos de ciclo respiratorio. Cuando la presión de la vía aérea supervisada sobrepase el límite de alarma de la alta presión actualmente ajustado, serán activadas alarmas audibles y visuales por el controlador 12 y el controlador hará inmediatamente que el sistema 10 pase a modo espiratorio permitiendo con ello que la presión de la vía aérea regrese al nivel del caudal de predisposición de la línea base y por la válvula de exhalación 18 para regular la presión a todo nivel de pitido actualmente ajustado.
A fin de evitar que se dispare la alarma de la alta presión durante el suministro de un ciclo respiratorio en régimen de suspiro, el controlador 12 estará programado para ajustar automáticamente el valor límite de alarma de la alta presión con un factor de 1,5 durante el suministro de un ciclo respiratorio en régimen de suspiro, siempre que tal cosa no resulte del hecho de que el valor límite de la alta presión sobrepase los 140 cm H_{2}O. El controlador 12 está preferiblemente programado para que no sea sobrepasado el ajuste del límite de la alta presión de 140 cm H_{2}O incluso durante el suministro de un ciclo respiratorio en régimen de suspiro.
2. Baja presión máxima
Están también previstos un visualizador 392 del límite de la baja presión máxima de la vía aérea, y su correspondiente botón 392a de ajuste del límite de la baja presión máxima. Cuando es pulsado el botón 392a de ajuste del límite de la baja presión máxima, el mando de ajuste de valores 300 puede ser utilizado para introducir un deseado valor límite de alarma de la baja presión máxima de la vía aérea. Tal valor límite de alarma de la baja presión máxima será entonces visualizado en el visualizador 392 de la baja presión máxima.
Serán activadas alarmas audibles y/o visuales si la presión de la vía aérea supervisada no logra sobrepasar el ajuste del límite de alarma de la baja presión máxima durante la fase inspiratoria de un ciclo respiratorio con asistencia o mandatorio ciclado por la máquina.
El controlador 12 es preferiblemente preprogramado para desactivar la alarma de la baja presión máxima de la vía aérea durante la respiración espontánea, la respiración con CPAP y la respiración con presión de apoyo.
La gama de ajustes de la baja presión máxima será preferiblemente la que va desde 2 hasta 140 cm H_{2}O.
3. Bajo volumen minuto
Están previstos un visualizador del bajo volumen minuto 394 y su correspondiente botón 394a de ajuste del bajo volumen minuto. Cuando es pulsado el botón 394a de ajuste del bajo volumen minuto, el mando de ajuste de valores 300 puede ser usado para introducir el deseado ajuste de alarma del bajo volumen minuto. El ajuste de la alarma del bajo volumen minuto actualmente ajustado será visualizado en el visualizador digital 394.
El controlador 12 estará programado para calcular el volumen minuto exhalado actual sobre la base de la información recibida del transductor 70 de la presión diferencial de la válvula de exhalación, y para disparar alarmas audibles y/o visuales cuando el volumen minuto exhalado llegue a ser inferior o igual al límite de alarma del bajo volumen minuto actualmente ajustado. Esta alarma es activa para todos los tipos de ciclo respiratorio.
La típica gama de límites de alarma del bajo volumen minuto que pueden ser ajustados es la que va desde 0 hasta 99,9 litros/min.
4. Alarma de apnea
El controlador 12 puede ser programado para disparar alarmas de apnea audibles y/o visuales cuando el período entre la iniciación de fases inspiratorias sea de más de 20 segundos. El controlador 12 es preferiblemente también programado para iniciar ventilación mecánica de protección cuando exista un estado de alarma de apnea.
El controlador 12 está preferiblemente programado para no permitir que la alarma de apnea sea silenciada voluntariamente hasta que haya sido corregido el estado de apnea.
5. Visualizadores de límite de alarma y botones de ajuste de reserva
Están previstos visualizadores de límite de alarma de reserva 396, 398 y sus correspondientes botones 396a y 398a de ajuste de límite de alarma de reserva, para permitir que el controlador 12 sea posteriormente ampliado o programado para recibir parámetros limitativos adicionales introducidos por el operador y para producir alarmas auditivas y/o visuales cuando tales parámetros limitativos hayan sido sobrepasados.
6. Respirador inoperante
Está previsto aparte en el panel frontal del controlador 12 un piloto 400 indicador del estado en el que el respirador es inoperante. El controlador 12 está programado para hacer que el piloto de respirador inoperante se encienda cuando existan condiciones predeterminadas en las que se dé un estado de "respirador inoperante".
7. Bajo voltaje/corte de la corriente alterna
El controlador 12 está preferiblemente programado para activar alarmas visuales y/o auditivas cuando esté conectado al sistema 10 un cable de corriente alterna y el voltaje recibido por el sistema 10 esté fuera de una gama de servicio especificada. El controlador 12 está preferiblemente también programado para conmutar automáticamente el sistema 10 haciéndole pasar a funcionamiento con corriente de la batería interna al darse este estado. La alarma de bajo voltaje/corte de la corriente alterna puede ser silenciada y permanecerá silenciada hasta que sea activada la alarma 208 de bajo nivel de carga de la batería interna indicando que la batería interna ha quedado agotada.
8. Bajo voltaje/fallo de la batería externa/interna
El controlador 12 puede estar programado para activar una alarma visual o auditiva cuando esté siendo usada una batería externa o interna y el voltaje de la batería esté fuera de una gama de voltajes de servicio aceptable.
9. Presión de entrada de O_{2}
El controlador 12 puede estar programado para dar alarmas auditivas y/o visuales cuando la presión de oxígeno suministrada al sistema 10 sea superior o inferior a límites predeterminados.
10. Límite de descarga por sobrepresión
El sistema 10 incluye una válvula de seguridad mecánica de presión variable 64 para descargar toda sobrepresión del circuito del paciente.
La gama de valores límite de descarga por sobrepresión que pueden ser ajustados puede estar situada entre 0 y 140 cm H_{2}O.
Funciones de autocomprobación y autocalibración 1. Función de autocomprobación
El controlador preferido 12 puede estar programado para ejecutar una función de autocomprobación cada vez que sea suministrada corriente al respirador. Tal función de autocomprobación verificará preferiblemente el correcto funcionamiento de componentes internos tales como microprocesadores, memorias, transductores y circuitos de control neumático. Tal función de autocomprobación verificará también preferiblemente que los subsistemas electrónicos funcionen correctamente y sean capaces de detectar situaciones de error relativas a la electrónica de los microprocesadores.
Asimismo, el controlador 12 puede estar programado para permitir que al ser puesto el sistema en conexión con la fuente de energía eléctrica un operador cualificado que introduzca una determinada secuencia clave tenga acceso a la información de localización de fallos y calibración. Según esta propiedad, el operador autorizado puede hacer que el controlador visualice en el visualizador monitor 384 información tal como la siguiente:
REVISIÓN DEL SOPORTE LÓGICO INFORMÁTICO
CAUDAL MÁXIMO Y SALIDA DEL TRANSDUCTOR DE PRESIÓN
PRUEBA DE LÁMPARAS/CONEXIÓN DE TODOS LOS VISUALIZADORES
TODAS LAS FUNCIONES DE PURGA Y PUESTA A CERO AUTOMÁTICA PARA EL TRANSDUCTOR DE LA PRESIÓN DE FLUJO
MENÚ DE DETECCIÓN DE EVENTOS INCLUYENDO EL ESTADO ANTERIOR O LOS CÓDIGOS DE FALLO
PROGRAMA Y PRUEBA DE ALARMAS REMOTAS; y
PROGRAMA Y PRUEBA DE LAS COMUNICACIONES DE DATOS
Asimismo, el controlador 12 puede estar programado para permitir que un operador cualificado que introdujo una determinada secuencia clave tenga acceso a un menú de preparación y preferencias del usuario. Tal menú puede incluir en el visualizador monitor 384 información tal como la siguiente:
\bullet Bloqueo del sistema, activar o desactivar;
\bullet Intervalo de Apnea Variable;
\bullet Selección de Idioma; y
\bullet Comprobaciones de verificación del usuario.
La función del menú de preferencias del usuario y de preparación puede ser también accesible durante el funcionamiento del sistema 10.
C. Aparato que constituye un compresor rotativo de arrastre preferido
El sistema 10 que constituye un respirador portátil de la presente invención incorpora preferiblemente un aparato 30 que constituye un compresor rotativo de arrastre y comprende un rotor 104 de dos caras de paletas múltiples que está dispuesto dentro de una caja rígida 106 del compresor. Un colector de entrada/salida 108 forma parte integrante de la caja 106 del compresor e incorpora dos (2) pasajes de entrada 112 y dos (2) pasajes de salida 110 para conducir el flujo de gas al interior y al exterior del aparato 30 que constituye un compresor.
Un motor eléctrico 102 tal como un motor de corriente continua de 40 voltios y de una potencia máxima de 0,8 caballos de vapor está preferiblemente montado integralmente dentro de la caja 106 del compresor. Como alternativa, el motor 102 puede estar encerrado o alojado en un revestimiento o en una caja que esté separado o separada de la caja 106 del compresor. El eje motor 114 está introducido en y atraviesa un taladro 116 que está formado en el cubo central 118 del rotor 104. Como está ilustrado, el taladro 116 del cubo central 118 del rotor 104 puede incluir un chavetero rectangular 121 formado en un lado del mismo, y el eje motor 114 puede incluir un correspondiente saliente rectangular alargado formado sobre el mismo. El saliente rectangular del eje motor 114 queda introducido dentro del chavetero 121 del cubo 118 del rotor y en acoplamiento de fricción con el mismo, impidiendo con ello que el eje motor 114 resbale rotacionalmente o gire dentro del taladro 116 del cubo 118 del rotor. Se comprenderá, sin embargo, que para montar el eje motor 114 en el rotor 104 de forma tal que no haya posibilidad de movimiento relativo de rotación alguno entre los mismos puedan ser utilizadas varias estructuras de montaje alternativas distintas del sistema de saliente y chavetero 121 que está ilustrado en las Figuras 8-9.
El cubo 118 del rotor está preferiblemente formado de forma tal que tiene una configuración cóncava, como se ilustra en la Figura 5. Tal configuración cóncava sirve para impartir resistencia e integridad estructural al rotor 104 sin incrementar considerablemente la masa del rotor 104 como sucedería si se formasen en el cubo 118 del rotor adicionales realces o nervios de refuerzo.
Como se muestra en las Figuras 5-10, una primera acanaladura anular 120 discurre en torno a la periferia del lado anterior del rotor 104, y una segunda acanaladura anular 122 discurre en torno a la periferia del lado posterior del rotor 104.
Las de una pluralidad de ranuras 126 de admisión de las paletas del rotor están formadas angularmente a intervalos uniformemente distanciados en las superficies interiores de las acanaladuras anulares primera 120 y segunda 122. Las paletas 128 del rotor están montadas en sitios distanciados en torno a cada acanaladura anular 120, 122 de forma tal que el borde periférico radial 127 de cada paleta 128 queda introducido y permanece dentro de una correspondiente ranura 126 de admisión de la paleta y el borde anterior 129 de cada paleta atraviesa la acanaladura anular abierta 120 o 122, como está ilustrado. Cada paleta 128 es fijada mediante adhesivo o por otros medios adecuados al cuerpo del rotor 104.
En la realización preferida, las paletas 128 están situadas en sitios alineados axialmente, es decir en sitios no desplazados y directamente enfrentados en los lados opuestos del rotor 104, para así favorecer el equilibrado de la presión y la distribución simétrica del peso dentro del rotor 104.
El rotor 104 está montado dentro de la caja 106 del compresor de forma tal que es rotativo en la misma y de tal manera que las cavidades anulares primera 120 y segunda 122 quedan en alineación con los conductos de entrada 110 y de salida 112, como está ilustrado.
A fin de optimizar la controlabilidad de la velocidad del rotor 104 y de minimizar el desgaste o los esfuerzos en los componentes de accionamiento del sistema debido a las abruptas y repetidas puestas en marcha y a los abruptos y repetidos paros del rotor 104, es deseable que sea minimizada la masa total del rotor 104. Con esta finalidad, el cuerpo del rotor 104 está preferiblemente hecho a base de material liviano tal como el aluminio, y las paletas individuales 128 del rotor 104 están preferiblemente hechas a base de material liviano tal como resina epoxi con fibra de vidrio. En las realizaciones en las que el cuerpo del rotor 104 está hecho de aluminio y las paletas 128 están hechas de resina epoxi con fibra de vidrio, puede ser utilizado un adhesivo adecuado tal como un adhesivo epoxi para unir los bordes radiales de las paletas 128 en sus correspondientes ranuras 126 de admisión de las paletas. Como alternativa, se contempla la posibilidad de formar el rotor y las paletas como un solo elemento enterizo, tal como por medio de un proceso de moldeo en el que se moldee metal (como p. ej. aluminio), polímero o materiales compuestos para formar las paletas 128 y el rotor 104 como una estructura unitaria.
Después de haber sido las paletas 128 del rotor montadas y fijadas en sus respectivas ranuras 126 de montaje de las paletas, cada paleta individual 128 quedará preferiblemente dispuesta a un ángulo de ataque A en relación con un plano transversal TP proyectado transversalmente a través del cuerpo del rotor 104 entre la primera acanaladura anular 120 del lado anterior del rotor 104 y la segunda acanaladura anular 122 del lado posterior del rotor 104. El ángulo A está preferiblemente situado dentro de la gama de ángulos que va de 30 a 60 grados, y en la realización preferida que está ilustrada en las Figuras 8-10 es de 55 grados. Tal ángulo A es seleccionado para obtener un óptimo rendimiento de generación de flujo del rotor 104.
En el funcionamiento, es necesario controlar con precisión los tiempos de aceleración y desaceleración y la velocidad de rotación del rotor 104 a fin de generar una presión inspiratoria prescrita y/o un caudal prescrito y/o un volumen prescrito. A pesar de que pueden ser mantenidas tolerancias de fabricación estándar al fabricar el rotor 104 y los demás componentes del compresor 30 (como p. ej. el rotor 104, la caja 106 del compresor y el motor 102), cada compresor individual 30 presentará típicamente una determinada variación individual del caudal de salida en función de la velocidad de rotación y de la presión diferencial de ese compresor 30. Así, a fin de optimizar la precisión con la cual puede ser controlado el flujo inspiratorio, es deseable obtener unos exactos datos de caudal y presión a las distintas velocidades de turbina de cada compresor individual 30, y aportar dichos datos de caracterización al controlador 12 para permitir que el controlador 12 efectúe los pertinentes ajustes para las variaciones individuales de la presión y/o del caudal producidos por el concreto compresor 30 que se use. Como cuestión de carácter práctico, esto puede lograrse de cualquiera de dos maneras. Una manera es la de generar mediciones discretas del caudal, de la velocidad y de la presión para cada compresor 30 al ser el mismo fabricado, y aportar al controlador 12 del respirador una tabla de tales valores discretos de caudal, velocidad y presión al ser instalado el concreto compresor 30. El controlador 12 será correspondientemente programado para llevar a cabo los necesarios pasos de interpolación matemática para obtener determinaciones del caudal, de la velocidad o de la presión instantáneos en función de dos cualesquiera de tales variables para el compresor específico 30 de que se trate. La segunda manera es la de generar experimentalmente una serie de datos puntuales de caudal, velocidad y presión dentro de una gama de velocidades de funcionamiento normal del rotor, y deducir posteriormente una ecuación singular de la velocidad referida al flujo y referida a la presión para caracterizar cada compresor 30 individual. Tal ecuación de caracterización individual es entonces programada en el controlador 12 o aportada de otra manera al mismo, y el controlador 12 es programado para utilizar tal ecuación para computar las precisas señales de control de velocidad, caudal y presión instantáneos para controlar el compresor individual 30 en uso. En la Figura 12 se muestran un ejemplo de tales datos gráficos de la velocidad referida al caudal y referida a la presión y una ecuación de caracterización deducida de los mismos.
Dado el coste actual de la tecnología de los microprocesadores, el prever un controlador 12 que tenga la capacidad de recibir y procesar una ecuación de caracterización tal como la que se muestra en la Figura 12 para controlar el compresor 30 requeriría un gasto considerable y una ampliación dimensional del controlador 12. En consecuencia, dado el actual técnica conocida, es en extremo deseable utilizar el primero de los dos métodos anteriormente descritos, es decir el método de prever una base de datos de los valores discretos de caudal, velocidad y presión y programar el controlador 12 para que efectúe las necesarias interpolaciones matemáticas de los datos puntuales proporcionados para mantener el control específico del compresor de la presión, del caudal y/o del volumen de gas suministrado en cada fase inspiratoria del ciclo de ventilación. La base de datos generada experimentalmente de los valores discretos de caudal, velocidad y presión puede ser codificada en una EPROM (EPROM = memoria de lectura programable borrable) o en cualquier otro adecuado dispositivo de almacenamiento de bases de datos. Tal EPROM o tal otro dispositivo de almacenamiento de bases de datos puede estar situado sobre el propio compresor 30 o dentro del mismo y puede estar en comunicación con el controlador 12 a través de la circuitería apropiada. Como alternativa, tal EPROM o tal dispositivo de almacenamiento de la base de datos puede ser instalada o instalado directamente en el controlador 12 al ser instalado el concreto compresor 30 en el dispositivo 14 que constituye un ventilador.
El flujo inspiratorio controlado que es generado por el compresor rotativo de arrastre 30 sale por la salida 34 del compresor y pasa por la tubería 22 al paciente PT. Como está ilustrado en la Figura 2, para reducir el sonido generado por el ventilador 14 durante el funcionamiento está preferiblemente situado en la tubería 22 del flujo inspiratorio un silenciador 60 de la salida tal como una cámara hueca que tenga formada en torno a la misma una cantidad de material insonorizante. Adicionalmente, una válvula 62 de oclusión de la inspiración está preferiblemente montada en la tubería 22 del flujo inspiratorio para que el operador pueda detener de manera controlada el flujo inspiratorio según sea necesario durante la realización de una maniobra de fuerza inspiratoria máxima. Adicionalmente está conectada a la tubería 22 del flujo inspiratorio una válvula 64 de descarga de presión para proporcionar una salvaguarda contra el suministro de una excesiva presión inspiratoria al paciente PT. La válvula 64 de descarga de presión puede ser ajustada manualmente por el operador a la deseada presión límite.
En general, el ventilador 14 de compresor rotativo de arrastre funciona a base de poner periódicamente en rotación el rotor 130 dentro del compresor 30 para generar el deseado flujo de gas inspiratorio por la tubería 22. Es deseable que el rotor 130 sea acelerado y desacelerado tan rápidamente como sea posible. Tal aceleración y desaceleración rápida es facilitada por una reducción de los efectos inerciales como resultado de la anteriormente descrita forma constructiva del rotor 104 con una pequeña masa. La velocidad y el tiempo de rotación del rotor 104 durante cada fase inspiratoria del ciclo del respirador son controlados por el controlador 12 sobre la base de las variables y/o de los parámetros que hayan sido seleccionados para iniciar, limitar y finalizar la fase inspiratoria.
El exacto caudal, el exacto volumen o la exacta presión que son suministrados a través de la tubería inspiratoria 22 son controlados por el controlador sobre la base de los datos de caracterización del compresor almacenados en la EPROM y recibidos por el controlador, así como del monitoreo periódico o continuo de la velocidad de rotación del rotor 104 y de la variación de presión (\Delta_{p}) entre el lado de entrada 32 y el lado de salida 34 del compresor 30 según la supervisión efectuada por el transductor de presión diferencial 36.
En la realización actualmente preferida, el controlador 12 es programado para suministrar los ciclos respiratorios según cualquiera de dos algoritmos de bucle cerrado disponibles, que son el del control por volumen o el del control por presión.
Ejemplo Ciclos respiratorios controlados por volumen
Antes de la iniciación del ciclo respiratorio controlado por volumen, el controlador 12 genera una predefinida forma de onda de comando de caudal referido al tiempo. La forma de onda es generada usando los actuales ajustes de entrada de Caudal, Volumen y Forma de Onda del panel frontal. Puesto que la integral matemática del caudal a lo largo del tiempo es igual al volumen suministrado, el controlador puede determinar el apropiado tiempo inspiratorio.
Una vez iniciado un ciclo respiratorio controlado por volumen, el controlador utiliza técnicas de control en bucle cerrado que son perfectamente conocidas en la técnica para accionar el compresor y leer periódicamente la presión diferencial y la velocidad de rotación del compresor, y consulta entonces los datos de caracterización del compresor específico almacenados para llegar al caudal real. Una vez conocido el caudal real, el mismo es comparado con o "realimentado al" caudal ordenado actual, y es obtenido de ello un error resultante. El error es entonces procesado mediante un algoritmo de control, y la velocidad del compresor es ajustada en consecuencia para suministrar el caudal deseado. Este proceso es repetido continuamente hasta haber sido completada la inspiración.
Ejemplo Ciclos respiratorios controlados por presión
Los ciclos respiratorios controlados por presión incluyen varios tipos de ciclos respiratorios tales como los ciclos respiratorios con Presión de Apoyo o los ciclos respiratorios con Control de Presión. En estos tipos de ciclo respiratorio, el controlador ordena al compresor que suministre el flujo necesario para que sea alcanzada la presión que ha sido introducida en el panel frontal.
Una vez iniciado un ciclo respiratorio controlado por presión, el controlador utiliza técnicas de control en bucle cerrado que son perfectamente conocidas en la técnica para accionar el compresor 30 y alcanzar la deseada presión de la vía aérea del paciente. El controlador lee periódicamente la presión real de la vía aérea. Una vez conocida la presión real, la misma es "realimentada" y comparada con la presión ordenada actual, y es obtenido de ello un error resultante. El error es entonces procesado mediante un algoritmo de control, y la velocidad del compresor de ajustada en consecuencia para suministrar la presión deseada. Este proceso es repetido continuamente hasta haber sido completada la inspiración.
Para ambos tipos de ciclo respiratorio, una vez que ha sido alcanzada la variable de terminación inspiratoria seleccionada el controlador indicará al motor 102 del compresor que se pare o se desacelere hasta un nivel de la línea base, haciendo con ello que el respirador pase a la fase espiratoria.
D. Aparato mezclador de oxígeno preferido
Cuando se desea un enriquecimiento del flujo inspiratorio con oxígeno, el controlador 12 puede ser adicionalmente programado o equipado para controlar el funcionamiento del aparato mezclador de oxígeno 16 para mezclar una cantidad prescrita de oxígeno con el aire ambiente que es aspirado a través de la entrada de aire 24, proporcionando con ello un flujo inspiratorio que tiene un contenido de oxígeno (FiO_{2}) prescrito de entre un 21% y un 100%.
Como se muestra en las Figuras 2 y 3, el aparato mezclador de oxígeno 16 preferido comprende una tubería 24 de entrada de aire que desemboca en el interior de un recipiente vacío o acumulador 54.
La tubería 26 de entrada de oxígeno está conectada a una fuente de oxígeno a presión y conduce a través de un colector a una serie de válvulas de solenoide 52. Sin que ello tenga carácter limitativo, en la realización preferida que está ilustrada en la Figura 2 son utilizadas cinco (5) válvulas de solenoide separadas 52a-52e. Cada una de tales válvulas de solenoide separadas 52a-52e tiene formado en la misma un orificio estrangulador del flujo que tiene un dimensionado específico (habitualmente distinto), con lo cual cada una de tales válvulas de solenoide 52a-52e permitirá que pasen al interior del acumulador 54 distintas cantidades de oxígeno por unidad de tiempo mientras cada una de tales válvulas de solenoide 52a-52e es mantenida en posición de apertura. El controlador 12 es preprogramado para determinar el específico período de tiempo o los específicos períodos de tiempo durante el cual o durante los cuales cada válvula de solenoide 52a-52e debe permanecer abierta para aportar al acumulador 54 la cantidad de oxígeno necesaria para que sea obtenida la concentración de oxígeno (FiO_{2}) prescrita.
Algoritmo para un aparato mezclador de oxígeno preferido
La velocidad de rotación del rotor 104 y la presión diferencial de una a otra parte del colector de entrada/salida 108 son medidas por el controlador 12, y a partir de estos datos el controlador 12 está en posición de determinar el caudal de gas a través del compresor 30 desde el acumulador 54. El controlador 12 integra el caudal de aire aspirado a través del compresor 30 para determinar el volumen acumulado de gas enriquecido sacado de dicho acumulador 54. A fin de mantener el flujo de gas al nivel de FiO_{2} prescrito, una parte de este volumen retirado debe ser sustituida en el acumulador 54 con oxígeno puro.
El volumen acumulado es comparado con un volumen de activación predeterminado para cada una de las válvulas de solenoide 52a-52e, estando en la realización preferida dicho volumen definido por la ecuación siguiente:
Volumen de Activación = (Caudal de la Válvula de Solenoide *Tiempo *79)/[(FiO_{2} - 21)*2]
Empezando con la más pequeña, es comparada cada válvula de solenoide que no está actualmente abierta. Cuando el volumen acumulado alcanza el volumen de activación para una válvula de solenoide 52, el controlador 12 abre esa válvula de solenoide 52 por espacio de un período de tiempo permitiendo que el oxígeno fluya por la tubería 26 de entrada de oxígeno y a través de la válvula de solenoide 52 y al interior del acumulador 54. El controlador 12 ajusta entonces apropiadamente el volumen acumulado restando un volumen proporcional al volumen de oxígeno suministrado al acumulador 54 del volumen acumulado según queda definido por la ecuación siguiente:
Volumen Restado = (Caudal de la Válvula de Solenoide *Tiempo *79)/(FiO_{2}-21)
Este proceso se repite continuamente.
El volumen de activación que el controlador 12 utiliza para abrir una válvula de solenoide individual 52a-52e es independiente para cada válvula de solenoide 52 y es función de la capacidad de flujo de la válvula de solenoide 52a-52e en cuestión, del nivel de FiO_{2} prescrito y de la cantidad de tiempo durante el cual está abierta la válvula de solenoide 52. En la realización preferida, la cantidad de tiempo durante el cual está abierta cada válvula de solenoide 52 es la misma para cada válvula de solenoide 52, pero puede variar en función de la presión de entrada de oxígeno.
Ejemplo Suministro de un FiO_{2} de 0,6 usando 4 válvulas de solenoide
En este ejemplo, el aparato mezclador de oxígeno tiene 4 válvulas de solenoide con unos caudales de 5 litros por minuto, 15 litros por minuto, 40 litros por minuto y 80 litros por minuto respectivamente. El ajuste del FiO_{2} es de un 60%, y por consiguiente los volúmenes de activación para cada una de las 4 válvulas de solenoide son de 8 ml, 25 ml, 66 ml y 133 ml respectivamente. Además se supone una presión de entrada de oxígeno constante, lo cual redunda en un tiempo "de conexión" de 100 mseg. para las válvulas de solenoide, un caudal de compresor constante de 60 litros por minuto y un período de 1 mseg. La tabla siguiente describe el estado del algoritmo de mezcla de oxígeno tras varias iteraciones:
(Tabla pasa a página siguiente)
TABLA A
1
Así, a base de accionar independientemente las cuatro (4) válvulas de solenoide separadas como se indica en la tabla anterior, es suministrado a través del compresor 30 un FiO_{2} que es constantemente de 0,6.
E. Válvula de exhalación preferida y transductor del flujo de exhalación preferido
Haciendo referencia en general a las Figuras 11a-11e, se ilustra en las mismas la válvula de exhalación preferida de la presente invención con un transductor del flujo de exhalación. A manera de una visión de conjunto, la válvula de exhalación 18 comprende una caja que define un trayecto del flujo espiratorio a su través y un sistema de valvulaje para controlar la presión de la vía aérea durante la fase espiratoria del ciclo de ventilación. La válvula de exhalación 18 comparte numerosos atributos estructurales y funcionales con la válvula de exhalación que está descrita en la Patente Estadounidense Nº 5.127.400 (DeVries et al.) titulada Válvula de Exhalación de Respirador y concedida el 7 de julio de 1994.
Además, el conjunto 18 que constituye una válvula de exhalación de la presente invención incorpora adicionalmente un transductor del flujo de exhalación 230 que sirve para supervisar el flujo de exhalación que sale del paciente y genera una señal de salida que va al controlador 12. La señal de salida es entonces utilizada por el controlador para determinar cuándo ha cesado la exhalación del paciente para con ello iniciar el flujo inspiratorio dirigido hacia el paciente. En la realización preferida, el transductor del flujo de exhalación 230 está montado dentro de la válvula de exhalación 18 en una sola estructura para minimizar las imprecisiones de fabricación. Además, las características funcionales particulares del transductor del flujo de exhalación 230 son almacenadas dentro de un dispositivo que constituye una memoria que es entonces puesta en comunicación con el controlador 12 para asegurar la precisión en las mediciones del flujo. El transductor del flujo de exhalación 230 comparte numerosos atributos estructurales y funcionales con el transductor de flujo que está descrito en la Patente Estadounidense Número 4.993.269 concedida a Guillaume et al. el 19 de febrero de 1991 y titulada Aparato Detector de Flujo de Orificio Variable.
Haciendo más en particular referencia a las Figuras 11a a 11e, la válvula de exhalación 18 de la presente invención está formada de tal manera que tiene una caja 200 que incluye un conector 202 de la tubería de exhalación que está formado en un primer sitio en la misma y una abertura de salida 204 que está formada en un segundo sitio en la misma. Un pasaje 206 del flujo de gas de exhalación discurre a través del interior de la caja 200 de forma tal que el gas espiratorio puede fluir desde el conector 202 de la tubería de exhalación y a través del pasaje de exhalación 206 dentro del interior de la válvula de exhalación 18 y saliendo a continuación por la abertura de salida 204. A medio camino en el pasaje del flujo espiratorio 206 está formado un asiento anular de válvula 208. El asiento anular de válvula 208 puede estar dispuesto en un plano que es paralelo al plano del diafragma plano 210, o bien y como alternativa, como en el caso de la realización ilustrada, el asiento anular de válvula 208 puede ser ligeramente oblicuo o estar relativamente inclinado en relación con el plano en el cual está posicionado el diafragma 210. Tal oblicuidad o inclinación del asiento de válvula 208 facilita el asentamiento del diafragma 210 en el asiento de válvula 208 sin trepidación o rebote del diafragma 210. El disco o diafragma elastomérico 210 está configurado y realizado para establecer inicialmente contacto con la parte más saliente del asiento de válvula oblicuo 208 y para a continuación asentarse sobre el resto del asiento de válvula oblicuo 208 o adaptarse a dicho resto del asiento de válvula oblicuo, excluyendo con ello la posibilidad de trepidación o rebote que puede darse cuando el diafragma 210 se asienta contra un asiento de válvula 208 plano y no oblicuo.
El disco o diafragma 210 está preferiblemente unido a la caja rígida 200 circundante por medio de un frenillo anular flexible 212. El frenillo 212 sirve para mantener al disco o diafragma 210 en alineación axial con el asiento anular de válvula 208, permitiendo al mismo tiempo que el disco o diafragma 210 se desplace alternativamente hacia atrás y hacia adelante entre una posición de cierre en la que el diafragma 210 está firmemente asentado contra el asiento de válvula 208 (Figura 11a) y una posición de total apertura en la que el disco o diafragma 210 está retraído hacia atrás hacia el interior de la cavidad adyacente dentro de la caja 200 proporcionando con ello un trayecto 206 sin restricción para el flujo a través de cuyo trayecto puede circular el gas espiratorio.
Una placa 214 distribuidora de presión está montada en la cara posterior del diafragma 210. Un eje hueco de actuación 216 está montado dentro de la caja 200 y es susceptible de desplazarse alternativamente hacia atrás y hacia adelante para controlar la posición del diafragma 200 en relación con el asiento de válvula 208. Un elemento 218 que constituye una punta bulbosa está montado en el extremo distal de un eje hueco de actuación 216. Una correspondiente placa 214 de distribución de presión está montada en la cara posterior del diafragma 210. El desplazamiento del eje de actuación 216 hacia adelante hace que el elemento 218 que constituye una punta bulbosa ejerza presión hacia adelante contra la placa 214 obligando con ello al diafragma 210 a desplazarse hacia su posición de cierre. Cuando el eje de actuación 216 está totalmente desplazado hacia adelante, el diafragma 210 será mantenido firmemente en contacto contra el asiento anular de válvula 208 poniendo con ello fin al flujo a través del pasaje 206. A la inversa, cuando el eje de actuación 216 es retraído, el diafragma 210 se separa del asiento de válvula 208 permitiendo con ello el flujo a través del pasaje 206.
El desplazamiento del eje 216 es controlado por medio de un sistema constituido por una bobina de inducción eléctrica 220 y un carrete 222 de brazos radiales. En la realización preferida, la bobina de inducción eléctrica 220 está formada sin tener una estructura de soporte interno como las que son típicamente utilizadas en las bobinas de inducción, para así minimizar los aspectos inerciales. A este respecto, la bobina 220 es típicamente formada por arrollamiento sobre un mandril siendo la bobina mantenida a continuación en esta configuración arrollada por medio de la aplicación de un adecuado aglutinante o barniz. Adicionalmente, en la realización preferida el carrete 222 está preferiblemente formado de tal manera que tiene una forma constructiva que presenta brazos en cruz, como se ilustra en la Figura 11b, para reducir la masa del carrete 222 manteniendo al mismo tiempo su integridad estructural. Análogamente, el eje 216 está preferiblemente hecho a base de un material hueco de acero inoxidable para ser relativamente resistente pero sin embargo lo suficientemente liviano como para minimizar los aspectos inerciales.
Como se ilustra, el carrete 222 está fijado al extremo distal de la bobina de inducción 220, y el eje 216 atraviesa una abertura formada en el centro del carrete y está fijado por rozamiento o de otra manera al carrete de forma tal que el eje 216 se desplazará hacia atrás y hacia adelante de acuerdo con el carrete 222 y con la bobina 220. Al aumentar la corriente que pasa a la bobina de inducción 220, la bobina 220 se desplazará hacia atrás hacia el interior del espacio 226 de admisión de la bobina en torno al imán, haciendo con ello que el eje 216 y el elemento 218 que constituye una punta bulbosa se desplacen en dirección hacia atrás y permitiendo así que el diafragma 210 se mueva adoptando una posición de apertura en la que dicho diafragma está separado del asiento de válvula 208 del trayecto 206 del flujo espiratorio. Con el diafragma 210 en tal posición de apertura, el flujo espiratorio que sale del paciente PT puede pasar a través del trayecto 206 del flujo espiratorio y puede salir por la abertura espiratoria 204.
A la inversa, cuando el flujo espiratorio ha disminuido o ha terminado, la corriente que pasa a la bobina de inducción puede cambiar de dirección, haciendo con ello que la bobina de inducción se desplace hacia adelante. Tal desplazamiento hacia adelante de la bobina de inducción 220 accionará al carrete 222, al eje 216 y al elemento 218 que constituye una punta bulbosa haciendo que los mismos se desplacen en dirección hacia adelante, de forma tal que el elemento 218 que constituye una punta bulbosa ejercerá presión contra la placa 214 distribuidora de presión que está montada en la cara posterior del diafragma 210, haciendo así que el diafragma se asiente contra el asiento de válvula 208. Con el diafragma 210 asentado contra el asiento de válvula 208, la fase inspiratoria del ciclo del respirador puede comenzar, y se impedirá que el aire ambiente pueda ser aspirado o pueda fluir hacia atrás al interior del circuito del paciente a través de la abertura de exhalación 204.
En la realización preferida, un guardapolvo o manguito elastomérico 217 está montado en torno a la parte distal del eje hueco de actuación 216 y está configurado y realizado para permitir que el eje 216 se desplace libremente hacia atrás y hacia adelante entre su posición de cierre en la cual dicho eje está plenamente extendido y una posición de apertura en la cual dicho eje está plenamente retraído, impidiendo al mismo tiempo que el polvo o la suciedad se infiltre o pase a la bobina de inducción 220.
Como mejor se aprecia en la Figura 11, y concretamente en las Figuras 11a y 11c, la caja de la válvula de exhalación 18 incluye una parte delantera que está formada por los segmentos 200b, 200c y 200d de la caja. Dentro de la parte 200b de la caja está previsto un pasaje de la presión de la vía aérea 241, lo cual permite que la presión reinante dentro del pasaje de exhalación 206 sea comunicada a un conector 233 de la tubería de la presión de la vía aérea. El conector 233 de la tubería de la presión de la vía aérea está conectado a través de tubería a un transductor de la presión de la vía aérea 68 (ilustrado en la Figura 2) que supervisa la presión de la vía aérea y envía una señal al controlador 12. Sobre la base de las deseadas condiciones de funcionamiento, el controlador 12, en respuesta a la recepción de la señal de presión del transductor de presión 68, incrementa o reduce el voltaje que es aplicado a la bobina 220 para mantener la presión deseada dentro del pasaje del aire de exhalación 206. Como se comprenderá, tal supervisión de la presión de la vía aérea es continua durante la realización del ciclo del respirador.
Como se ha mencionado anteriormente, el transductor del flujo de exhalación 230 está preferiblemente dispuesto dentro de la caja de la válvula de exhalación y sirve para supervisar el flujo de exhalación que sale del paciente PT. Más en particular, el transductor del flujo de exhalación 230 incorpora preferiblemente un sistema de control con realimentación para proporcionar una supervisión en tiempo real del caudal espiratorio real del paciente. Como mejor se aprecia en las Figuras 11a y 11c, el transductor del flujo espiratorio 230 está incorporado dentro del trayecto del flujo de exhalación 206 dentro del segmento 200b de la caja. El transductor de flujo 230 está hecho preferiblemente a base de una hoja plana de material flexible que tiene formada en la misma una zona vaciada 406. En el exterior de la zona vaciada 406 existe una parte periférica 408 de la hoja plana, y dentro de la zona vaciada 406 está definida una parte 231 que constituye una aleta. Elementos 410 y 412 que constituyen un marco y están preferiblemente hechos de un material polimérico están montados sobre las caras opuestas de la hoja plana ejerciendo una presión de apriete hacia el interior en la parte periférica 408 de la hoja plana. La parte 231 de la hoja plana que es la parte que constituye una aleta es así mantenida en su deseada posición transversal dentro de la abertura central abierta 414a y 414b del conjunto que constituye el transductor, y tal parte 231 que constituye una aleta es así capaz de flexionarse en el sentido del flujo en respuesta al flujo de exhalación.
A fin de minimizar la inducción de esfuerzos dentro del conjunto 230 que constituye el transductor de flujo, un elemento 411 que constituye un marco está preferiblemente posicionado en yuxtaposición en contacto con la superficie exterior de al menos uno de los elementos 410, 412 que constituyen un marco. En la realización preferida que está ilustrada en la Figura 11c, el elemento 411 que constituye un marco está situado de forma tal que queda en contacto con el elemento 410 que constituye un marco superior. Tal elemento 411 que constituye un marco comprende una parte 413 que constituye un marco metálico e incluye una junta o arandela amortiguadora elastomérica 415 que está dispuesta en la cara inferior de dicha parte que constituye un marco metálico. En el elemento 411 que constituye un marco está formada una abertura central 14c, teniendo dicha abertura 14c la misma configuración como las aberturas centrales 414a, 414b de los elementos superior e inferior 410, 412 que constituyen un marco y estando dicha abertura 14c en alineación axial con dichas aberturas centrales 414a, 414b.
Dentro de la caja 200 de la válvula de exhalación están formados topes superior e inferior de apoyo 418a, 418b que están destinados a quedar en acoplamiento por rozamiento con el conjunto 230 que constituye el transductor de flujo y a mantener a dicho conjunto que constituye el transductor de flujo en su deseada posición de trabajo. Cuando dicho conjunto que constituye el transductor de flujo esté así introducido, el tope superior de apoyo 418a estará en contacto contra la cara superior del elemento 411 que constituye un marco y el tope inferior de apoyo 418b estará en contacto contra la cara inferior del elemento inferior 412 que constituye un marco, ejerciendo con ello la deseada fuerza compresiva hacia el interior en el conjunto 230 que constituye el transductor de flujo. Como se apreciará, la inclusión de la arandela amortiguadora 415 sirve para repartir uniformemente la presión de apriete en toda la parte periférica 408, minimizando con ello la generación de esfuerzos localizados dentro del transductor de flujo 230.
Cuando el conjunto 230 que constituye el transductor esté situado en condiciones de funcionamiento entre los topes superior e inferior de apoyo 418a, 418b, una abertura 232 para la presión anterior estará situada antes de la aleta 231 y una abertura 234 para la presión posterior estará situada después de la aleta 231. Con una disposición de este tipo, las presiones pueden ser medidas al mismo tiempo a través de la abertura 232 para la presión anterior y de la abertura de 234 para la presión posterior para determinar la diferencia de presiones entre las partes anterior y posterior a la aleta 231.
Al pasar el flujo de gas espiratorio hacia el exterior a través de la abertura de salida de la válvula de exhalación 18, la parte 231 que constituye una aleta del transductor de flujo 230 se flexionará o moverá permitiendo a tal flujo de gas espiratorio pasar a su través, pero creando también una moderada restricción del flujo. La restricción del flujo que es creada por el transductor de flujo 230 redunda en el desarrollo de un diferencial de presión a través del transductor de flujo 230. Tal diferencial de presión puede ser supervisado por medio de las aberturas 232 y 234 para la presión que están dispuestas a ambos lados opuestos del transductor de flujo 230 (como está ilustrado en la Figura 11a), estando dichas aberturas para la presión en comunicación fluídica a través de pasajes internos formados dentro del segmento 200c, 200b y 200a de la caja con las conexiones 240 y 235 para tubería. Un inserto 201 que constituye un colector puede estar montado sobre la abertura de 232 para la presión anterior de forma tal que el inserto 201 que constituye un colector sobresalga al interior del trayecto del flujo espiratorio 206, antes de la aleta 231. Las de una pluralidad de aberturas de entrada 201a, cuyo número es preferiblemente de cuatro, están formadas en torno a la pared lateral exterior del inserto 201 que constituye un colector y están a través de un pasaje central común en comunicación con la abertura de 232 para la presión anterior, facilitando con ello la exacta medición de la presión reinante en el interior del trayecto del flujo espiratorio 206 en ese sitio.
Puede estar situado dentro de la caja o del cerramiento del respirador 10 un transductor de la presión diferencial de exhalación 70 (ilustrado en la Figura 2). El transductor de la presión diferencial de exhalación 70 está conectado por medio de tubería a los conectores 240 y 235 para las tuberías de las aberturas de presión primera y tercera para medir continuamente y proporcionar al controlador 12 la diferencia entre la presión (P1) reinante en la parte anterior al transductor de flujo 230 y la presión (P2) reinante en la parte posterior a dicho transductor de flujo. La diferencia de presiones determinada por el transductor de la presión diferencial de exhalación 70 es comunicada al controlador, y el controlador es funcionalmente programado para calcular el caudal real con el cual el gas espiratorio sale del conducto circulatorio 206. Como se apreciará, el caudal de exhalación puede ser utilizado por el controlador 12 con distintas finalidades tales como la activación de la iniciación del siguiente ciclo inspiratorio. A pesar de que la específica forma constructiva y estructura de montaje utilizada para el transductor del flujo de exhalación 230 proporciona una excepcional precisión en la mayoría de las situaciones, el solicitante ha comprobado que en determinadas circunstancias es deseable eliminar las inexactitudes que son ocasionadas por las tolerancias de fabricación y montaje. En vista de ello, las características funcionales específicas de cada transductor del flujo de exhalación 230, es decir el diferencial de presión para los caudales específicos, son medidas a efectos de calibración y son almacenadas en un medio de almacenamiento que está contenido dentro de la caja 18 de la válvula de exhalación. Esta información de calibración y caracterización específica es codificada en un transpondor de radiofrecuencia 203 del tipo que es suministrado comercialmente con el nombre de producto de Tiris, fabricado por la Texas Instruments, de Austin, Texas. El transpondor de radiofrecuencia 203 y su correspondiente antena emisora/receptora 203a pueden estar montados dentro de la caja 200 de la válvula de exhalación como está ilustrado en la Figura 11c. Adicionalmente, un emisor/receptor de radiofrecuencia está situado dentro del sistema 10 que constituye el respirador, de forma tal que a la orden del controlador 12 los datos de calibración y caracterización que están contenidos dentro del transpondor 203 son transmitidos por radiofrecuencia al receptor y son almacenados dentro del controlador 12. Posteriormente, el controlador 12 utiliza tales datos de calibración y caracterización almacenados para determinar específicamente el caudal espiratorio sobre la base de los valores del diferencial de presión que son generados por el transductor de presión diferencial 70.
F. Circuito de autocalibración preferido
En la realización preferida, el dispositivo 14 que constituye el ventilador del sistema 10 que constituye el respirador de la presente invención incorpora un circuito de autocalibración para la periódica nueva puesta a cero del sistema para evitar errores en el volumen de ventilación pulmonar o flujo inspiratorio que es suministrado por el compresor de arrastre 30.
En particular, como se muestra en la Figura 2 el circuito de autocalibración preferido comprende los componentes siguientes:
a) una primera válvula 74 de puesta a cero automática en la conducción que discurre entre la entrada 32 del compresor 30 y el transductor de presión diferencial 36;
b) una segunda válvula 76 de puesta a cero automática en la conducción que discurre entre la abertura para la primera presión de la válvula de exhalación 18 y el lado de la primera presión (P1) del transductor de la presión diferencial de exhalación 70;
c) una tercera válvula 80 de puesta a cero automática en la conducción que discurre entre la abertura 234 para la segunda presión (P2) de la válvula de exhalación 18 y el lado de la segunda presión (P2) del transductor de la presión diferencial de exhalación 70;
d) una cuarta válvula 78 de puesta a cero automática en la conducción que discurre entre la abertura de salida 34 y el transductor de presión diferencial 36; y
e) una quinta válvula 72 de puesta a cero automática en la conducción que discurre entre la abertura 241 para la presión de la vía aérea y el transductor de la presión de la vía aérea 68.
Cada una de las válvulas 72, 74, 76, 78, 80 de puesta a cero automática está conectada al controlador 12 de forma tal que, a seleccionados intervalos de tiempo durante el ciclo ventilatorio, el controlador 12 puede indicar a las válvulas 72, 74, 76, 78, 80 de puesta a cero automática que se abran a la presión atmosférica. Mientras las válvulas 72, 74, 76, 78, 80 de puesta a cero automática están abiertas a la presión atmosférica, el controlador 12 puede poner nuevamente a cero cada uno de los transductores 36, 68, 70 a los cuales están conectadas las respectivas válvulas 72, 74, 76, 80 de puesta a cero automática. Tal periódica nueva puesta a cero de los transductores de presión 36, 68 y 70 corregirá todo desplazamiento de la línea base (del cero) que se haya producido durante el funcionamiento.
Funcionamiento del respirador
Habiendo sido definida la estructura, puede ahora describirse el funcionamiento básico del sistema 10 que constituye un respirador. Como se apreciará, el concreto modo ventilatorio seleccionado por un técnico puede ser introducido en el controlador 12 por medio de los mandos de entrada y del visualizador 380. Adicionalmente, el técnico debe unir el circuito de la tubería inspiratoria y de exhalación al paciente PT como se ilustra en la Figura 1.
Antes de la iniciación de la ventilación del paciente, el controlador 12 inicia su comprobación del circuito de autocalibración y del sistema para asegurar que todos los parámetros del sistema estén dentro de las especificaciones de trabajo. A continuación es iniciada la inspiración, en la que el controlador 12 acelera rápidamente el compresor de arrastre 30. Durante tal aceleración, es aspirado aire a través del filtro 50 y del acumulador 54, y dicho aire es suministrado al paciente PT a través de la tubería 22. Durante tal fase inspiratoria, el controlador 12 supervisa la caída de presión a través del compresor 30 por medio del transductor de presión 36 y la velocidad de rotación del rotor 104. Estos datos son entonces convertidos en caudal por el controlador 12 por medio de la tabla de caracterización de la turbina para asegurar que sea suministrado al paciente PT el correcto caudal y volumen de gas inspiratorio. Adicionalmente, durante tal fase inspiratoria la válvula de exhalación 18 es mantenida en una posición de cierre. En aquellas aplicaciones en las que se desee mezcla de oxígeno, el controlador 12 abre adicionalmente las válvulas de solenoide seleccionadas de las válvulas de solenoide 52a, 52b, 52c, 52d y 52e en una secuencia temporizada para suministrar un deseado volumen de oxígeno al acumulador 54, cuyo volumen de oxígeno es a continuación suministrado al paciente PT durante el flujo inspiratorio.
Cuando se desea poner fin al flujo inspiratorio, el controlador 12 para o desacelera rápidamente el compresor de arrastre 30 hasta una velocidad de rotación basal, y el paciente es libre de exhalar a través de la tubería de exhalación 66 y a través de la válvula de exhalación 18. En dependencia del deseado modo de ventilación, el controlador 12 supervisa la presión de exhalación por medio del transductor de presión 68 que está conectado al pasaje de la vía aérea y ajusta la posición de la válvula en relación con el asiento de válvula dentro de la válvula de exhalación 18 para mantener las deseadas presiones de la vía aérea. Simultáneamente, el controlador 12 supervisa el diferencial de presión existente a través del transductor del flujo de exhalación 230 por medio del transductor de la presión de exhalación 70 para computar el caudal exhalado. Este caudal exhalado es usado para computar el volumen exhalado y para determinar una iniciación por parte del paciente. Cuando es pedido un ciclo respiratorio ya sea a través de una iniciación por parte de la máquina o bien a través de una iniciación por parte del paciente, el controlador inicia un subsiguiente ciclo del flujo inspiratorio siendo repetido el subsiguiente funcionamiento del sistema 10 que constituye el respirador entre los ciclos inspiratorio y de exhalación.
Los expertos en la materia apreciarán que distintos modos de ventilación tales como los de ventilación mandatoria intermitente (IMV), ventilación mandatoria intermitente sincronizada (SMIV), ventilación mecánica controlada (CMV) y ventilación con control de asistencia (A/C) son todos ellos modos de funcionamiento que están disponibles en el respirador 10. Además, los expertos en la materia apreciarán que mediante una correcta selección de las entradas de control al respirador 10 pueden ser seleccionados todos los tipos de ciclo respiratorio modernos que son utilizados en la práctica clínica, tales como los de ciclo respiratorio mandatorio ciclado por la máquina, ciclo respiratorio de asistencia ciclado por la máquina, ciclo respiratorio con apoyo ciclado por el paciente, ciclo respiratorio espontáneo ciclado por el paciente, ciclos respiratorios mandatorios controlados por volumen, ciclos respiratorios de asistencia controlados por volumen, ciclos respiratorios controlados por presión, ciclos respiratorios con presión de apoyo, ciclos respiratorios en régimen de suspiro, ventilación con asistencia proporcional y ventilación con presión de apoyo con volumen asegurado.

Claims (3)

1. Una válvula de exhalación (18) destinada a controlar el flujo de gas espiratorio de un paciente mamífero, comprendiendo dicha válvula de exhalación:
una caja (200) que define un pasaje (206) a través de la misma para el flujo de gas espiratorio;
un asiento de válvula (208) formado dentro de dicho pasaje (206) del flujo de gas espiratorio;
un diafragma anular (210) dispuesto móvilmente dentro de dicho pasaje del flujo de gas, en yuxtaposición con dicho asiento de válvula, siendo variablemente móvil dicho diafragma hacia atrás y hacia adelante a varias posiciones comprendidas entre e incluyendo:
i)
una posición totalmente cerrada en la que dicho diafragma está firmemente asentado contra dicho asiento de válvula para impedir que el gas fluya a través de dicho pasaje; y
ii)
una posición totalmente abierta en la que dicho diafragma se retira de dicho asiento de válvula anular para permitir que el flujo de gas espiratorio fluya sustancialmente sin restricción a través de dicho pasaje;
un eje de actuación alargado (216) que tiene un extremo proximal y un extremo distal, siendo el extremo distal de dicho eje de actuación contactable con dicho diafragma, y siendo dicho eje de actuación axialmente móvil hacia atrás y hacia adelante para controlar el posicionamiento de dicho diafragma entre dichas posiciones totalmente cerrada y totalmente abierta;
una bobina de inducción eléctrica (220) asociada a dicho eje de actuación (216) de tal manera que una disminución de la corriente pasante hacia dicha bobina de inducción producirá el avance de dicho eje en la dirección distal y un incremento de la corriente pasante hacia dicha bobina de inducción producirá el retroceso de dicho eje en la dirección proximal;
medios (241, 233, 68) para determinar la presión de la vía aérea;
un controlador de microprocesador (12) conectado a dichos medios para determinar la presión de la vía aérea, estando provisto dicho controlador de un ajuste de la presión espiratoria positiva, y estando conectado dicho controlador a dicha bobina de inducción y adaptado para emitir unas señales de control a dicha bobina de inducción para controlar el movimiento de dicho eje de actuación en respuesta a la presión actual de la vía aérea, manteniendo con ello la cantidad presente de presión espiratoria positiva; estando caracterizada la válvula de exhalación por:
unos medios (230, 70) para determinar el caudal del gas espiratorio pasante fuera de dicha válvula de exhalación;
una base de datos (203) con transpondor de radio frecuencia conteniendo los datos de caracterización del flujo para los medios de determinación del caudal del gas espiratorio pasante fuera de dicha válvula de exhalación;
dicho controlador que además está conectado a dichos medios (230, 70) de determinación del caudal del gas espiratorio pasante fuera de dicha válvula de exhalación y que está equipado para recibir la entrada de radio frecuencia de los datos de caracterización contenidos en la base de datos (203) con transpondor de radio frecuencia, y para utilizar tales datos para determinar el caudal actual del gas espiratorio pasante por fuera de dicha válvula de exhalación (18).
2. La válvula de exhalación de la reivindicación 1, en la que dicho controlador (12) está situado separadamente de dicha válvula de exhalación (18).
3. La válvula de exhalación de la reivindicación 1 ó 2, en la que dicho controlador (12) está adaptado, además, para recibir señales de entrada desde dichos medios (230, 70) de determinación del caudal con que el gas espiratorio está pasando hacia fuera a través de dicho pasaje de flujo de gas espiratorio, y para emitir unas señales de control a dicha bobina de inducción para cerrar completamente dicho diafragma cuando dicho caudal ha caído a un predeterminado nivel básico, significando así el final de la fase espiratoria.
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