ES3035531B2

ES3035531B2 - Simulador de pulmon pasivo

Info

Publication number: ES3035531B2
Application number: ES202430155A
Authority: ES
Inventors: Rojas Hernán Alberto González; Egea Antonio José Sánchez; Odena Martí Pons
Original assignee: Universitat Politècnica de Catalunya; Hospital Sant Joan de Déu Barcelona
Current assignee: Universitat Politècnica de Catalunya; Hospital Sant Joan de Déu Barcelona
Priority date: 2024-03-04
Filing date: 2024-03-04
Publication date: 2026-01-23
Anticipated expiration: 2044-03-04
Also published as: ES3035531A1; WO2025186059A8; WO2025186059A1

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0004] SIMULADOR DE PULMÓN PASIVO

[0006] Campo de la técnica

[0008] La presente invención concierne a un simulador de pulmón pasivo. El simulador puede ser controlado a distancia, por ejemplo, para el adiestramiento y validación en el uso de respiradores mecánicos, permitiendo simular diferentes patologías pulmonares.

[0010] Antecedentes de la invención

[0012] En la actualidad, para el adiestramiento del personal sanitario en el uso de respiradores mecánicos se utilizan simuladores de pulmón muy sencillos como un dispositivo pasivo, balón o “lung tester”, o simuladores de gran complejidad electrónica muy sofisticados, costosos y difíciles de usar fuera de un entorno de laboratorio. Los dispositivos pasivos son fácilmente transportables, pero no permiten realizar cambios rápidos para simular diferentes condiciones de operación y/o patologías, y tampoco permiten una fácil modificación de la compliancia o la resistencia al flujo de aire. Los cambios suelen realizarse en frente del alumno, perdiendo realismo, continuidad y calidad en la simulación.

[0014] Además, la programación de respiradores es un proceso complejo y variable según la patología y su evolución, requiriendo experiencia médica basada en la observación de casos de estudio de diversas enfermedades pulmonares.

[0016] Se conocen algunas patentes/solicitudes de patente referentes a simuladores de pulmón, lo que sugiere un interés continuo en mejorar las herramientas de formación en el ámbito de los respiradores mecánicos.

[0018] Por ejemplo, la EP79795-B describe un pulmón neumático para pruebas de ventiladores. El pulmón tiene una cámara expansible de simulador pulmonar y una cámara expansible de respiración espontánea dispuesta en el marco.

[0020] La US4996980-A describe un aparato de entrenamiento de ventilación con simulación de fallas que tiene una unidad de activación de fallas adaptada para ser conectada o intercambiada con componentes estándar del sistema

[0021] La US5975748-A proporciona un simulador pulmonar para uso en pruebas de ventiladores mecánicos controlando la simulación sobre la base de un programa de software de modelización del comportamiento en un sistema informático digital.

[0023] La US6874501-B1 da a conocer un simulador pulmonar utilizado como herramienta educativa. Este simulador pulmonar tiene una válvulas acopladas a unos lóbulos pulmonares simulados y configuradas para simular diferentes grados de resistencia al flujo de fluidos.

[0025] La DE102010027436-B3 también describe un simulador pulmonar para el entrenamiento y prueba de respiradores para la simulación del pulmón de un paciente. El simulador consta de un controlador, cuya entrada está conectada a las salidas eléctricas de unos sensores de presión y a un sensor de flujo volumétrico.

[0027] Finalmente, la CN202682596-U describe un instrumento portátil de comprobación del aire de presión positiva, en el cual el cuerpo principal del instrumento está provisto de una caja de estructura principal, un servomotor, un sensor de micropresión, y un pistón cuyo extremo está conectado con el servomotor a través de una carcasa exterior rígida.

[0029] A pesar de las soluciones conocidas, se necesitan nuevos simuladores de pulmón que permitan simular diferentes patologías pulmonares, en tiempo real y a distancia, es decir, sin que el personal sanitario o docente tenga que estar presente.

[0031] Exposición de la invención

[0033] El objeto de la presente invención es el de proporcionar un simulador de pulmón pasivo (o pulmón artificial) que permite simular diversas patologías pulmonares, controlado mediante una aplicación móvil.

[0035] Particularmente, el dispositivo propuesto está dirigido a la formación, mediante cursos de simulación avanzada, de médicos/enfermeras que usan rutinariamente ventilación mecánica en los servicios de cuidados críticos, anestesiología y de neumología. Igualmente, el dispositivo propuesto puede ser usado para la validación de ciertos dispositivos de ventilación mecánica.

[0037] A tal fin, la presente invención aporta un simulador de pulmón pasivo, el cual comprende una carcasa o caja que incluye un primer globo simulador de pulmón; un colector de aire acoplado a un extremo del primer globo simulador de pulmón; un primer conjunto de servo válvulas (por ejemplo, válvulas solenoidales), dispuestas en serie, y conectadas con el colector de aire mediante unos conductos de flujo de aire; un elemento de conexión para un respirador mecánico, estando el elemento de conexión acoplado a una de las servo válvulas del primer conjunto de servo válvulas para permitir una entrada/salida de flujo de aire hacia el interior/exterior de la carcasa o caja, y estando las servo válvulas, a su vez, configuradas para recircular, de manera independiente, el flujo de aire que pasa a su través hacia el colector de aire, para expandir el globo simulador de pulmón. Asimismo, simulador comprende un primer conjunto de levas, incluyendo al menos dos levas dispuestas en paralelo con el primer globo simulador de pulmón en su zona central, y configuradas para ser accionadas por un servomotor para modificar de forma continua la compliancia o capacidad del globo simulador de pulmón expandido, mediante rotación del primer conjunto de levas; y un módulo de comunicaciones operativamente conectado con el primer conjunto de servo válvulas y con el primer conjunto de levas y configurado para conexión inalámbrica, por ejemplo mediante Bluetooth o Wifi, con un dispositivo de computación remoto, por ejemplo un teléfono móvil o una tableta, entre otros, para recibir instrucciones para simular diferentes patologías pulmonares.

[0039] En algunos ejemplos de realización, el simulador de pulmón comprende, además, una o más servo válvulas de fuga para canalizar el flujo de aire hacia fuera de la carcasa o caja. Alternativamente, en algunos ejemplos de realización, una de las servo válvulas del primer conjunto de servo válvulas es una válvula de fuga.

[0041] En algunos ejemplos de realización, uno, varios o todos los conductos de flujo de aire comprenden unos cilindros con al menos un agujero concéntrico, para restringir el flujo de aire que pasa a su través. En el caso de que varios de los conductos de flujo de aire incluyan un agujero concéntrico o que un mismo conducto incluya varios agujeros, estos pueden tener diferente diámetro, para permitir así diferentes grados de obstrucción del flujo de aire que pasa a su través.

[0043] En algunos ejemplos de realización, el elemento de conexión es una boquilla.

[0045] En algunos ejemplos de realización, el simulador comprende un segundo globo simulador de pulmón, que está conectado en paralelo con el primer globo simulador de pulmón y acoplado al colector de aire por uno de sus extremos. En este caso, el simulador incluye también un segundo conjunto de servo válvulas, dispuestas en serie, y conectadas con el colector de aire mediante unos conductos de flujo de aire, y un segundo conjunto de levas, incluyendo al menos dos levas dispuestas en paralelo con el segundo globo simulador de pulmón en su zona central, y configuradas para ser accionadas por el servomotor. El módulo de comunicaciones, además, está conectado con el segundo conjunto de servo válvulas y con el segundo conjunto de levas.

[0047] En algunos ejemplos de realización, la caja o carcasa es de material rígido y portátil.

[0049] En algunos ejemplos de realización, la caja o carcasa puede ser de material transparente u opaco.

[0051] En algunos ejemplos de realización, el simulador incorpora también uno o más sensores de presión y/o volumen para medir parámetros de presión y/o volumen del primer y/o segundo globo(s) simulador de pulmón.

[0053] Por lo tanto, el simulador de pulmón propuesto permite simular un gran número de patologías pulmonares y la posibilidad de realizar rápidos cambios en las condiciones de un paciente, situación ideal para el entrenamiento ya que enfrenta al médico a posibles eventos graves para el paciente los que requieren de acciones precisas por parte del médico que está controlando el respirador mecánico. Adicionalmente, el control remoto permite realizar una simulación más realista sin la intervención presencial del instructor en el escenario.

[0055] Breve descripción de los dibujos

[0057] Las anteriores y otras características y ventajas se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de realización, meramente ilustrativa y no limitativa, con referencia a los dibujos que la acompañan, en los que:

[0059] La Fig. 1 ilustra esquemáticamente un simulador de pulmón pasivo, según un ejemplo de realización de la presente invención.

[0061] La Fig. 2 ilustra esquemáticamente otro ejemplo de realización del simulador de pulmón pasivo propuesto.

[0063] Descripción detallada de la invención y de un ejemplo de realización

[0065] El dispositivo simulador propuesto, tal y como se ilustra en la Fig. 1, consta de una caja o carcasa (1) portátil, preferiblemente rígida y transparente, aunque también podría ser opaca.

[0066] En su interior, la caja (1) alberga los componentes clave del dispositivo, particularmente: un globo simulador de pulmón (10), un colector de aire (14) conectado al globo simulador de pulmón (10), un conjunto de servo válvulas (12) dispuestas en serie y conectadas con el colector de aire (14) mediante conductos de flujo de aire (15), un conjunto de levas (16) formado por dos levas, un servomotor o similar (no ilustrado) para operar las levas (16), un elemento de conexión (11), tal y como una boquilla, para un respirador mecánico, y un módulo de comunicaciones (no ilustrado).

[0068] A través del módulo de comunicaciones, el dispositivo posibilita el control de las levas y servo válvulas. A su vez, el módulo de comunicaciones es controlado, por ejemplo, mediante bluetooth o Wifi, por una aplicación móvil instalada en un dispositivo de computación, por ejemplo, un teléfono móvil. Este control permite definir diversas condiciones de restricción y compliancia, simulando patologías pulmonares en tiempo real y sin contacto.

[0070] Según este ejemplo de realización, el elemento de conexión (11) se vincula a una de las servo válvulas (12) para facilitar el flujo de aire dentro o fuera de la carcasa (1). Las servo válvulas (12) están diseñadas para recircular, de forma independiente, el flujo de aire hacia el colector de aire (14), expandiendo así el globo simulador de pulmón (10).

[0072] Las dos levas (16), aunque no se limitan a este número, ya que en realizaciones no ilustradas el dispositivo podría tener más, se activan mediante el servomotor. Esta acción, gracias a su rotación continua, permite ajustar la compliancia o capacidad del globo simulador a medida que se expande. Con ello, se puede simular una Fibrosis pulmonar y el Síndrome de dificultad respiratoria aguda producido por el COVID.

[0074] En este ejemplo de realización, el dispositivo incorpora una servo válvula de fuga (13) diseñada para dirigir el flujo de aire hacia el exterior de la carcasa (1), posibilitando la simulación de una fuga por intubación. Además, uno de los conductos de flujo de aire (15) incluye un agujero concéntrico (15O) que facilita la restricción gradual del flujo de aire, permitiendo así simular enfermedades pulmonares como la enfermedad pulmonar obstructiva.

[0075] Es relevante destacar que, en otros ejemplos de realización alternativos no ilustrados, la restricción del flujo de aire a través del agujero podría lograrse mediante la utilización de más de un conducto de aire (15), lo que amplía la versatilidad y adaptabilidad del dispositivo a diferentes necesidades de simulación. Asimismo, los diferentes agujeros pueden tener diferente diámetro, permitiendo diferentes grados de obstrucción del flujo de aire a su través. De cualquier modo, en algunas realizaciones, menos versátiles, puede que ninguno de los conductos de aire posea esa capacidad de restricción.

[0077] Con referencia ahora a la Fig. 2, en la misma se ilustra otro ejemplo de realización del dispositivo propuesto. En este caso, el dispositivo comprende dos globos simuladores de pulmón (10, 10B) conectados en paralelo y compartiendo al citado colector de aire (14). El dispositivo incluye también un conjunto de servo válvulas (12B) adicional, y dos conjuntos de levas (16, 16B) para cada globo simulador de pulmón (10, 10B) (no limitativo pues en otros ejemplos se podría incluir un solo conjunto con al menos dos levas). Todas las servo válvulas (12, 12B, 13) y levas (16, 16B) están operadas por el módulo de comunicaciones, según las instrucciones recibidas del dispositivo de computación.

[0079] El dispositivo, de cualquiera de los ejemplos de realización, podría estar equipado con uno o más sensores de presión y/o volumen. De esta manera, se posibilitaría la medición de parámetros de presión y/o volumen del globo(s) simulador(es) de pulmón (10). Esta capacidad adicional permite un monitoreo más preciso y detallado de las condiciones simuladas, contribuyendo a la versatilidad y utilidad del dispositivo en diversas aplicaciones.

[0081] A continuación, se detallan unos ejemplos del funcionamiento del dispositivo, para dos situaciones diferentes A) simulando el pulmón de un neonato en condiciones normales; B) simulando el pulmón de un neonato en condiciones de restricción de flujo y restricción de compliancia.

[0083] A) Simulación condición normal: pulmón sano.

[0085] I. El dispositivo se conecta a un a respirador mecánico que le induce un flujo de aire por el elemento de conexión (11).

[0086] II. El caudal de aire accede al conjunto de servo válvulas (12) que están abiertas, condición pulmón sano, para recircular el caudal de aire por los diferentes conductos (15). Uno o más de estos conductos (15) presenta(n) restrictores de caudal (15O). Todos los conductos derivan y se unen en la entrada del colector de aire (14).

[0087] III. La servo válvula de fuga (13), permanece cerrada por defecto. Esta en caso de abrirse permite fugar el aire fuera del sistema simulando un mal entubamiento del paciente. IV. El caudal de aire accede al colector (14) y entra al globo simulador de pulmón (10), el cual puede expandirse completamente debido a que las levas (16) ubicadas en paralelo, en la parte central, no interaccionan con el mismo.

[0088] V. Seguidamente se produce el camino inverso, el globo simulador de pulmón (10) espira un flujo de aire, que se divide por los diferentes conductos (15) hasta las servo válvulas (12) que permanecen abiertas, salvo la de fuga (13).

[0089] VI. Finalmente, el flujo de aire sale del elemento de conexión (11) en dirección al respirador mecánico.

[0091] B) Simulación patología pulmonar: afectación de restricción y compliancia.

[0092] I. El dispositivo se conecta a un respirador mecánico que le induce un flujo de aire a través del elemento de conexión (11).

[0093] II. El caudal de aire entra al conjunto de servo válvulas (12), donde la mitad o más están cerradas, condición de obstrucción pulmonar aguda. Alguno(s) de los conductos (15) presentan restrictores de caudal (15O). Por tanto, la mitad o más de los conductos que derivan a la entrada de aire del globo simulador de pulmón (10) no permiten la circulación del flujo de aire.

[0094] III. La servo válvula de fuga (13) permanece cerrada por defecto. Su apertura, en caso de necesidad, permitiría liberar aire fuera del dispositivo, simulando así un mal entubamiento del paciente.

[0095] IV. El caudal de aire ingresa al colector (14) y se introduce en el globo simulador de pulmón (10), que no puede expandirse completamente debido a que las levas (16) están generando una resistencia a la expansión del mismo. A mayor resistencia definida por la rotación de las levas menor es la compliancia del globo (10).

[0096] V. Luego se produce el camino inverso. El globo simulador de pulmón (10) espira un flujo de aire que se divide por los diferentes conductos (15) habilitados que presenten las servo válvulas (12) abiertas.

[0097] VI. Finalmente, el flujo de aire sale del elemento de conexión (11) en dirección al respirador mecánico.

[0099] El alcance de la presente invención está definido en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un simulador de pulmón pasivo, el cual comprende una carcasa o caja (1) que incluye: un primer globo simulador de pulmón (10);

un colector de aire (14) acoplado a un extremo del primer globo simulador de pulmón (10);

un primer conjunto de servo válvulas (12), dispuestas en serie, conectadas con el colector de aire (14) mediante unos conductos de flujo de aire (15);

un elemento de conexión (11) para un respirador mecánico,

estando el elemento de conexión acoplado a una de las servo válvulas (12) del primer conjunto de servo válvulas (12) para permitir una entrada/salida de flujo de aire hacia el interior/exterior de la carcasa o caja (1), y estando las servo válvulas (12), a su vez, configuradas para recircular, de manera independiente, el flujo de aire que pasa a su través hacia el colector de aire (14), para expandir el globo simulador de pulmón (10);

un primer conjunto de levas (16), incluyendo al menos dos levas (16) dispuestas en paralelo al primer globo simulador de pulmón (10) en su zona central, y configuradas para ser accionadas por un servomotor para modificar de forma continua una compliancia o capacidad del globo simulador de pulmón (10) expandido, mediante rotación del primer conjunto de levas (16); y

un módulo de comunicaciones operativamente conectado con el primer conjunto de servo válvulas (12) y con el primer conjunto de levas (16) y configurado para conexión inalámbrica con un dispositivo de computación remoto para recibir instrucciones para simular diferentes patologías pulmonares.

2. El simulador de la reivindicación 1, que comprende, además, al menos una servo válvula de fuga (13) configurada para canalizar el flujo de aire hacia fuera de la carcasa o caja (1).

3. El simulador de la reivindicación 1, en donde una de las servo válvulas (12) del primer conjunto de servo válvulas (12) es una válvula de fuga configurada para canalizar el flujo de aire hacia fuera de la carcasa o caja (1).

4. El simulador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos parte de los conductos de flujo de aire (15) comprenden unos cilindros con al menos un agujero concéntrico (15O) para restringir el flujo de aire que pasa a su través.

5. El simulador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el elemento de conexión (11) comprende una boquilla.

6. El simulador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además: al menos un segundo globo simulador de pulmón (10B), conectado en paralelo con el primer globo simulador de pulmón (10) y acoplado al colector de aire (14) por uno de sus extremos;

un segundo conjunto de servo válvulas (12B), dispuestas en serie, conectadas con el colector de aire (14) mediante unos conductos de flujo de aire (15B); y

un segundo conjunto de levas (16B), incluyendo al menos dos levas dispuestas en paralelo al segundo globo simulador de pulmón (10B) en su zona central, y configuradas para ser accionadas por el servomotor;

estando el módulo de comunicaciones, además, operativamente conectado con el segundo conjunto de servo válvulas (12B) y con el segundo conjunto de levas (16B).

7. El simulador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la caja o carcasa (1) es de material rígido.

8. El simulador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la caja o carcasa (1) es de material transparente u opaco.

9. El simulador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, uno o más sensores de presión y/o volumen para medir parámetros de presión y/o volumen del primer y/o segundo globo(s) simulador de pulmón (10).

10. El simulador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las servo válvulas (12, 12B) comprenden servo válvulas solenoidales.

11. El simulador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la caja o carcasa (1) comprende unas dimensiones que permiten una portabilidad del simulador de pulmón.