Medizinische Beatmungsgeräte: eine Auflistung der Komponenten und Sensoren, die in der medizinischen Grundversorgung benötigt werden

Medizinische Beatmungsgeräte sind Bestandteil einer lebenserhaltenden Behandlung, um die Atmung eines Patienten unterstützen, wenn dieser nicht in der Lage ist, ausreichend selbstständig zu atmen. Sie finden Verwendung um:

1. Sauerstoff in die Lunge/ den Körper des Patienten zu transportieren.
2. Kohlendioxid aus den Lungen des Patienten abzutransportieren.
3. Die Atemarbeit von noch selbständig Atmenden zu verringern.
4. Die vollständige mechanische Beatmung durchzuführen wenn keine selbständige Atmung mehr möglich ist.

Beatmungsgeräte-Komponenten

Zu den grundlegenden Komponenten, die Bestandteil aller Beatmungsgeräte sind, gehören:

Sensoren

Sensoren fungieren als Qualitätsmonitore, um sicherzustellen, dass das Beatmungsgerät effizient arbeitet und die einströmende Luft die richtige Zusammensetzung für den Patienten hat. Parameter wie Druck, Volumen und Sauerstoffgehalt werden von Sensoren gemessen und überwacht. Die Sensoren sind sicherheitsrelevant und werden an Leiterplatten (PCBs) angeschlossen und durch Software gesteuert.

Zu den wesentlichen überwachten Merkmalen gehören:

• Atemgas Zusammensetzung

Da Beatmungsgeräte zur Unterstützung der Atmung verwendet werden, werden verschiedene Gase vom Patienten ein- und ausgeatmet, die Zusammensetzung kann variieren. Wenn die Zusammensetzung des Atemgasgemisches vom Arzt festgelegt wurde, können Luftstromsensoren verwendet werden, um sicherzustellen, dass dem Patienten die gewünschte und korrekte Zusammensetzung verabreicht wird. Diese Informationen werden dann gemessen und auf dem Bedienfeld des Beatmungsgeräts angezeigt.

• Temperatur

Direkt in den Luftstrom eingebaute Thermistor-Sensorelemente und Temperaturfühler dienen zur Überwachung der Lufttemperatur. Da Halsschmerzen durch das Einatmen von kalter, trockener Luft verursacht werden können, versuchen Beatmungsgeräte, diese zu Symptome zu mildern, indem sie warme, feuchte Luft verwenden, um den Patienten das Atmen zu erleichtern. Durch die Steuerung und Überwachung der Temperatur des Luftzufuhrsystems kann ein gewünschtes Maß an Wärme bereitgestellt werden. Dies wird durch die Verwendung eines Mikrocontrollers erreicht, der die Luftstromtemperatur entsprechend misst und regelt.

• Druck

Um sicherzustellen, dass die gewünschten Druckniveaus nicht überschritten werden, können Drucksensoren zur Platinenmontage verwendet werden, um den Luft- und Sauerstoffdruck zu messen. Hochleistungs-Druckaufnehmer sind besonders nützlich, wenn Hochdruck, Stahl-Druckanschlüsse und/oder korrosive Medien verwendet werden.

• Luftfeuchtigkeit

Luftfeuchtigkeitssensoren, die die Abgabe von warmer und feuchter Luft messen können, erhöhen den Patientenkomfort. Die Fähigkeit, Feuchtigkeit im Luftstrom zu überwachen, ist für die Kontrolle des Feuchtigkeitsniveaus von wesentlicher Bedeutung, um den Patientenkomfort zu erhöhen.

Pneumatische Kreisläufe

Pneumatische Kreisläufe bestehen im Wesentlichen aus dem Schlauch, den Fittings, Inline-Ventilen und Reglern.

Zu den Regulatoren, die typischerweise in einem Beatmungsgerät zu finden sind, gehören:

• Exspiratorischer Druckregler (PEEP-Ventil)

Erhält und kontrolliert den Atemwegsdruck mit sorgfältig kontrollierter exspiratorischen Flusssteuerung, die normalerweise die Form eines Magnetventils hat.

• Atemflussregler

Stellt sicher, dass der Atemkreislauf den richtigen, vorgeschriebenen Gasfluss erhält. Dazu werden in der Regel Magnetventile verwendet, die sich vor der eigentlichen Gasversorgung befinden, wo sie am besten platziert sind, um sicherzustellen, dass die Patienten nur sorgfältig abgemessene Gasmengen erhalten.

Aktoren

Aktoren bieten Korrekturmaßnahmen, wenn die gemessenen Parameter außerhalb des Bereichs liegen. Typische Beispiele für Aktoren innerhalb von Beatmungsgeräten sind Druckventile und Flusssteuerventile. Druckregler sind beispielsweise in sich geschlossene Ventile und Betätigungskombinationen, mit denen der Durchfluss je nach Bedarf eingeschränkt oder begrenzt werden kann.

Verbrauchsmaterial

Von Medizinern verwendete Verbrauchsmaterialien sind Dinge, die nach dem Gebrauch entsorgt werden. Dazu gehören z.B. Filter und Klebeband.

Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS)

SPS sind ideal für intelligente Luftregelungssysteme und optimieren die Effizienz von Belüftungssystemen, indem sie den Bedarf überwachen und regeln und bei Bedarf Korrekturen vornehmen. Dies wird durch Ein- und Ausgangskanäle (E/A-Kanäle) ermöglicht, die mit Sensoren und Aktoren verbunden sind. Für den automatischen Betrieb konzipiert, können viele SPS auch für Reinigung und Wartung konfiguriert werden.

Kreative Lösungen für ein gemeinsames Problem

Medizinische Beatmungsgeräte sind eine kritische Ressource, die derzeit aufgrund der Coronavirus-Pandemie knapp sind. Da diese Geräte für die Erleichterung der Atmung der kränksten Patienten unerlässlich sind, ist die Deckung des steigenden Bedarfs unerlässlich. Um diesen Bedarf zu decken, arbeiten innovative Ingenieure aus einer Vielzahl von Branchen zusammen, um Beatmungsgeräteteile zu entwickeln. Während die Unkenntnis medizinischer Geräte, die Schließung von Fabriken, Verzögerungen bei der Beschaffung, soziale Distanz und Zeitbeschränkungen Hindernisse sind, die es zu überwinden gilt, bieten die Hersteller immer noch freiwillig Hilfe an, indem sie allgemeine Geräte und Werkstatträume zur Unterstützung der Sache anbieten.

In Großbritannien hat das Ministerium für Gesundheit und Soziales begonnen, Militäringenieuren und Automobilherstellern Pläne für Beatmungsgeräte zur Verfügung zu stellen. Hersteller wie Fiat, Nissan, General Motors, Ford und Tesla haben damit begonnen, ihre Werke so umzurüsten, dass sie bei der Produktion von Beatmungsgeräten helfen können. Vauxhall hat angeboten, beim 3D-Druck von Bauteilen für Beatmungsgeräte zu helfen, und mehrere britische Formel-1-Teams haben ihre Belegschaft mobilisiert, um bei der Produktion zu helfen.

Dyson, ein Hersteller von Staubsaugern, hat ebenfalls an diesem Projekt gearbeitet und sich mit den Herausforderungen bei der Konstruktion von Beatmungsgeräten und der Suche nach Lösungen für die Herstellung der benötigten Teile vertraut gemacht.

Die zentrale Herausforderung bestand darin, wie man ein neues, anspruchsvolles medizinisches Produkt in Volumen und in extrem kurzer Zeit entwickeln und liefern kann. Jetzt geht es darum die Produktion zu starten.

James Dyson, Firmeninhaber von Dyson

Diese Herausforderung ist zwar gewaltig, doch Ingenieure und Hersteller sind bestrebt zu helfen, indem sie die ihnen zur Verfügung stehenden Ressourcen nutzen und Möglichkeiten zur kreativen Nutzung dieser Ressourcen prüfen.

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