Ventilatori per uso medicale: una suddivisione dei componenti e dei sensori necessari nelle cure mediche essenziali

Una forma di trattamento di supporto vitale, i ventilatori per uso medicale sono fondamentali per aiutare la respirazione del paziente quando non sono in grado di respirare sufficientemente da soli. Sono utilizzati per:

1. Far entrare ossigeno nei polmoni e nel corpo di un paziente
2. Far espellere l’anidride carbonica dai polmoni di un paziente
3. Facilitare la respirazione per coloro che possono respirare da soli ma fanno fatica a farlo
4. Far eseguire la respirazione meccanica per coloro che non sono in grado di respirare da soli

I Componenti del ventilatore

I componenti di base comuni a tutti i ventilatori includono:

Sensori

I sensori fungono da monitor di qualità per garantire che il ventilatore funzioni in modo efficiente e che l’aria in entrata sia nella composizione corretta per il paziente. Caratteristiche quali pressione, volume e livelli di ossigeno sono tutte misurate e monitorate dai sensori. I sensori sono collegati ai circuiti stampati (PCB) e controllati da software.

Le caratteristiche essenziali monitorate includono:

• Concentrazione di gas

Poiché i ventilatori vengono utilizzati per facilitare la respirazione, un certo numero di gas viene inalato ed espirato dal paziente e può essere richiesto in quantità diverse. Laddove le quantità di ciascun gas siano specificate da un medico, è possibile utilizzare i sensori del flusso d’aria per garantire che la combinazione desiderata e corretta sia erogata al paziente. Queste informazioni vengono quindi misurate e visualizzate sul pannello del ventilatore.

• Temperatura

Installati direttamente nel flusso d’aria, gli elementi di rilevamento del termistore e le sonde di temperatura sono progettate per monitorare la temperatura dell’aria. Poiché il mal di gola può essere causato dalla respirazione di aria fredda e secca, i ventilatori cercano di mitigare questo problema usando aria calda e umida per aiutare i pazienti a respirare più comodamente. Controllando e monitorando la temperatura del sistema di erogazione dell’aria, è possibile fornire un livello di calore desiderato. Ciò si ottiene utilizzando un microcontrollore per misurare e regolare di conseguenza la temperatura del flusso d’aria.

• Pressione

Per garantire che i livelli di pressione desiderati non vengano superati, è possibile utilizzare i sensori di pressione montati su scheda per misurare la pressione dell’aria e dell’ossigeno. I trasduttori di pressione per impieghi gravosi sono particolarmente utili quando vengono utilizzate interfacce per porte ad alta pressione, acciaio in pressione e / o fluidi corrosivi.

• Umidità

I sensori in grado di misurare la fornitura di aria calda e umida migliorano il comfort del paziente. Avere la capacità di monitorare tutta l’umidità nel flusso d’aria è fondamentale per controllare i livelli di umidità per massimizzare il comfort del paziente.

Circuiti pneumatici

I circuiti pneumatici sono costituiti da tubo, raccordi, valvole in linea e regolatori.

I regolatori che si trovano in genere in un ventilatore includono:

• Regolatore di pressione espiratoria (valvola PEEP)

Mantiene e controlla la pressione positiva delle vie aeree con ostruzioni del flusso espiratorio attentamente controllate che di solito si presentano sotto forma di elettrovalvola.

• Regolatore di flusso inspiratorio

Assicura che il circuito respiratorio riceva il flusso di gas prescritto corretto. In genere, le elettrovalvole vengono utilizzate per questo scopo e si trovano di fronte all’alimentazione del gas dove sono posizionate in modo migliore per garantire che i pazienti ricevano solo quantità di gas attentamente misurate.

Attuatori

Gli attuatori forniscono azioni correttive quando i parametri misurati non rientrano nell’intervallo. Esempi tipici di attuatori all’interno dei ventilatori includono valvole di pressione e valvole di controllo del flusso. I regolatori di pressione, ad esempio, sono valvole indipendenti e combinazioni di attuatori che possono essere utilizzate per limitare e limitare il flusso secondo necessità.

Materiali di consumo

Utilizzati dai medici, i materiali di consumo sono parti che vengono smaltite dopo l’uso. Includono sacchi gonfiabili, filtri e nastro adesivo.

Controller logici programmabili (PLC)

Ideali per sistemi di controllo dell’aria intelligenti, i PLC ottimizzano l’efficienza dei sistemi di ventilazione monitorando e regolando in base alla domanda e fornendo azioni correttive secondo necessità. Ciò è reso possibile con i canali di ingresso e uscita (I / O) collegati a sensori e attuatori. Progettato per funzionare automaticamente, molti PLC possono anche essere configurati per la pulizia e la manutenzione.

Soluzioni creative per un problema comune

I ventilatori medici sono una risorsa critica che attualmente scarseggia a causa della pandemia di Coronavirus. Poiché queste macchine sono fondamentali per facilitare la respirazione per i pazienti più malati, è essenziale soddisfare l’aumento della domanda. Per soddisfare questa esigenza, ingegneri innovativi provenienti da una moltitudine di settori si stanno unendo per creare parti di ventilazione. Sebbene la non familiarità con i dispositivi medici, la chiusura delle fabbriche, i ritardi negli acquisti, il distanziamento sociale e i vincoli temporali siano ostacoli che devono essere superati, i produttori continuano a offrirsi volontariamente per aiutare offrendo attrezzature di uso generale e spazi per officine per aiutare la causa.

Nel Regno Unito, il Dipartimento per la salute e l’assistenza sociale ha iniziato a fornire schemi di ventilazione per ingegneri militari e case automobilistiche. Produttori come Fiat, Nissan, General Motors, Ford e Tesla hanno iniziato a convertire i loro impianti per aiutare a produrre ventilatori. Vauxhall si è offerto di aiutare con la stampa 3D delle parti del ventilatore e diversi team di Formula 1 con sede nel Regno Unito hanno mobilitato le loro forze di lavoro per aiutare con la produzione.

Anche Dyson, un produttore di aspirapolveri, ha lavorato a questo progetto, imparando a conoscere le sfide nella progettazione di ventilatori e trovando soluzioni per fabbricare le parti richieste.

La sfida principale era come progettare e consegnare un nuovo, sofisticato prodotto medico in volume e in un arco di tempo estremamente breve. La corsa è ora iniziata per metterlo in produzione.

James Dyson, proprietario di Dyson

Mentre questa sfida è enorme, ingegneri e produttori si stanno adoperando per aiutare, utilizzando le risorse che hanno ed esplorando le opportunità per usarli in modo creativo.

Prodotti consigliati