Ventilateurs médicaux : une analyse des composants et des capteurs nécessaires aux soins médicaux essentiels

Une forme de traitement de maintien des fonctions vitales, les ventilateurs médicaux sont essentiels pour aider à la respiration d’un patient lorsqu’il est incapable de respirer suffisamment par lui-même. Ils sont habitués à le faire:

1. Introduire de l’oxygène dans les poumons et le corps d’un patient
2. Expulser le dioxyde de carbone des poumons d’un patient
3. Faciliter la respiration pour ceux qui peuvent respirer par eux-mêmes mais qui ont du mal à le faire
4. Effectuer une respiration mécanique pour ceux qui sont incapables de respirer par eux-mêmes

Composants des ventilateurs

Les éléments de base communs à tous les ventilateurs sont les suivants:

Senseurs

Les senseurs agissent comme des moniteurs de qualité pour s’assurer que le ventilateur fonctionne efficacement et que l’air entrant est de la bonne composition pour le patient. Les caractéristiques telles que la pression, le volume et les niveaux d’oxygène sont toutes mesurées et surveillées par des senseurs. D’une importance capitale pour la sécurité, les senseurs sont connectés à des cartes de circuits imprimés (PCB) et contrôlés par un logiciel.

Les caractéristiques essentielles surveillées sont les suivantes:

• Concentration de gaz

Comme les ventilateurs sont utilisés pour aider à la respiration, un certain nombre de gaz sont inhalés et exhalés par le patient et peuvent être nécessaires en quantités différentes. Lorsque les quantités de chaque gaz sont spécifiées par un médecin, des capteurs de débit d’air peuvent être utilisés pour s’assurer que la combinaison souhaitée et correcte est délivrée au patient. Cette information est ensuite mesurée et affichée sur le panneau du ventilateur.

• Température

Installés directement dans le flux d’air, des éléments de détection à thermistance et des sondes de température conditionnées sont conçus pour surveiller la température de l’air. Comme les maux de gorge peuvent être causés par l’inhalation d’air froid et sec, les ventilateurs tentent d’atténuer ce phénomène en utilisant de l’air chaud et humide pour aider les patients à respirer plus confortablement. En contrôlant et en surveillant la température du système de distribution d’air, il est possible d’obtenir le niveau de chaleur souhaité. Pour ce faire, on utilise un microcontrôleur pour mesurer et réguler la température du flux d’air en conséquence.

• Pression

Pour s’assurer que les niveaux de pression souhaités ne sont pas dépassés, des capteurs de pression montés à bord peuvent être utilisés pour mesurer la pression de l’air et de l’oxygène. Les transducteurs de pression à usage intensif sont particulièrement utiles lorsque des pressions élevées, une interface de port de pression en acier et/ou des fluides corrosifs sont utilisés.

• Humidité

Capables de mesurer l’apport d’air chaud et humide, les capteurs d’humidité améliorent le confort des patients. Il est essentiel de pouvoir surveiller toute humidité dans le flux d’air pour contrôler les niveaux d’humidité afin de maximiser le confort du patient.

Circuits pneumatiques

Fondamentalement, les circuits pneumatiques se composent du tube, des raccords, des vannes en ligne et des régulateurs.

Les régulateurs que l’on trouve généralement dans un ventilateur sont les suivants

• Régulateur de pression expiratoire (valve PEEP)

Maintient et contrôle la pression positive des voies respiratoires grâce à des obstructions du flux expiratoire soigneusement contrôlées qui se présentent généralement sous la forme d’une électrovanne.

• Régulateur de débit inspiratoirer

S’assure que le circuit respiratoire reçoit le débit de gaz correct et prescrit. Généralement, des électrovannes sont utilisées à cette fin et sont situées devant l’alimentation en gaz, là où elles sont le mieux placées pour garantir que les patients ne reçoivent que des quantités de gaz soigneusement mesurées.

Actionneurs

Les actionneurs fournissent une action corrective lorsque les paramètres mesurés sont en dehors de la plage. Les exemples typiques d’actionneurs de ventilateurs sont les soupapes de pression et les vannes de régulation du débit. Les régulateurs de pression, par exemple, sont des combinaisons de vannes et d’actionneurs indépendants qui peuvent être utilisés pour limiter et restreindre le débit selon les besoins.

Matériel consommable

Utilisés par les cliniciens, les matériaux consommables sont des pièces qui sont jetées après usage. Ils comprennent les sacs autogonflants, les filtres et le ruban adhésif.

Contrôleurs à logique programmable (CLP) 

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.

Des solutions créatives pour un problème commun

Les ventilateurs médicaux sont une ressource essentielle qui est actuellement en pénurie en raison de la pandémie de coronavirus. Ces appareils étant indispensables pour faciliter la respiration des patients les plus malades, il est essentiel de répondre à l’augmentation de la demande. Pour répondre à ce besoin, des ingénieurs innovants issus d’une pléthore d’industries s’associent pour créer des pièces de ventilateurs. Bien que la méconnaissance des dispositifs médicaux, la fermeture d’usines, les retards dans l’approvisionnement, l’éloignement social et les contraintes de temps soient des obstacles à surmonter, les fabricants se portent toujours volontaires pour aider en offrant des équipements à usage général et des espaces d’atelier pour soutenir la cause.

Au Royaume-Uni, le ministère de la santé et de l’aide sociale a commencé à fournir des plans de ventilateurs aux ingénieurs militaires et aux constructeurs automobiles. Des fabricants tels que Fiat, Nissan, General Motors, Ford et Tesla ont commencé à convertir leurs usines pour aider à produire des ventilateurs. Vauxhall a proposé son aide pour l’impression en 3D des pièces de ventilateurs et plusieurs équipes de Formule 1 basées au Royaume-Uni ont mobilisé leurs effectifs pour aider à la production.

Dyson, un fabricant d’aspirateurs, a également travaillé sur ce projet, s’informant sur les défis liés à la conception des ventilateurs et trouvant des solutions pour fabriquer les pièces nécessaires. 

Le défi principal était de concevoir et de fournir un nouveau produit médical sophistiqué en volume et dans un laps de temps extrêmement court. La course est maintenant lancée pour le mettre en production.

James Dyson, propriétaire de Dyson

Bien que ce défi soit énorme, les ingénieurs et les fabricants s’efforcent d’apporter leur aide, en utilisant les ressources dont ils disposent et en explorant les possibilités de les utiliser de manière créative.

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