Introducción al ventilador
Un respirador es un dispositivo médico que se utiliza para ayudar a respirar a los pacientes que no pueden hacerlo por sí mismos debido a diversas afecciones, como el síndrome de dificultad respiratoria, la EPOC, la apnea obstructiva del sueño y el asma. En esencia, el respirador introduce y expulsa aire de los pulmones, ayudando al paciente a respirar.
Principios del ventilador
Un respirador funciona proporcionando un flujo de aire u oxígeno a los pulmones, lo que permite al paciente inhalar oxígeno y exhalar dióxido de carbono. Esto es especialmente importante para quienes padecen enfermedades respiratorias, ya que les ayuda a mantener los niveles de oxígeno en el torrente sanguíneo.
Componentes de un respirador
El ventilador es una combinación de circuitos electrónicos y circuitos mecánicos de aire. Su estructura general se compone de nueve partes: fuente de oxígeno, válvula solenoide, dispositivo de aire mixto, válvula limitadora de presión, humidificador y circuito de control de temperatura, medidor de resistencia de las vías respiratorias, válvula respiratoria, caja de señales y circuito de control de la válvula solenoide.
Fuente de oxígeno
Es un dispositivo de almacenamiento de oxígeno diseñado para proporcionar al paciente el oxígeno que necesita inhalar. Normalmente se alimenta mediante una botella de oxígeno a alta presión o aire comprimido.
Válvula solenoide
La válvula solenoide es una válvula de encendido y apagado para la «fuente de oxígeno». La diferencia entre esta y la válvula reguladora mecánica es que se controla eléctricamente, es decir, controlando el encendido y apagado de la corriente de la bobina de la válvula solenoide para controlar la apertura y el cierre de la válvula, con el fin de hacer fluir o cortar el aire. Su principio de funcionamiento es algo similar al de los relés ordinarios.
Aire mixto
El dispositivo mezclador de aire utiliza el principio de reducción de la presión lateral del fluido a alta velocidad e inyecta oxígeno desde la boquilla de alta velocidad para generar una zona de presión negativa. La presión del aire a ambos lados es mayor que la zona de presión negativa, y el aire se ve envuelto en el oxígeno que fluye a alta velocidad.
Válvula limitadora de presión
La válvula limitadora de presión es un dispositivo que limita la presión del gas y garantiza que este salga a una presión determinada. Cuando la máquina sale de fábrica, suele estar ajustada a una altura de 6 kPa (60 cmH2O). Si la presión de salida de aire de la máquina supera este valor, el gas se liberará automáticamente para garantizar la seguridad del paciente.
Circuito de control de la temperatura y humidificador
Es un dispositivo de temperatura constante con agua y gas a temperatura constante que puede entrar y salir. El dispositivo puede evitar la estimulación de los pulmones del paciente por el aire frío, evitar la deshidratación de la mucosa de las vías respiratorias y desempeñar una función de humidificación, filtración y calentamiento similar a la de las vías respiratorias humanas. El circuito de control de temperatura es un circuito que se utiliza para ajustar la temperatura del agua en el humidificador y mantenerla constante.
Tabla de resistencia de las vías respiratorias
Esta tabla es un dispositivo utilizado para indicar la resistencia de las vías respiratorias del paciente. A partir de la resistencia de las vías respiratorias y la presión de la fuente de oxígeno, se pueden calcular respectivamente el contenido de oxígeno (excluyendo el contenido de oxígeno en el aire) y el volumen corriente.
Válvula de respiración
Es un dispositivo que utiliza métodos neumáticos para accionar dos válvulas y lograr la combinación orgánica de tres señales: exhalación, descifrado del chip IC e inhalación, y presión de aire negativa. Al inhalar, se abre la válvula inspiratoria y la máquina suministra aire al paciente en una sola dirección. Al exhalar, se cierra la válvula inspiratoria y el gas exhalado se descarga a través del tracto espiratorio.
Caja de señales
La caja de señales está compuesta por un par de contactos eléctricos sellados accionados por un diafragma elástico sensible. Cuando la presión negativa de succión alcanza un determinado valor, el contacto se desconecta y la caja de señales emite una señal de pulso. De esta forma, la presión negativa de inhalación del paciente se convierte en una señal eléctrica y se introduce en el «circuito de control de la válvula solenoide» para realizar el efecto de control sobre la válvula solenoide.
Circuito de control de válvula solenoide
Se trata de un sistema de control lógico compuesto por circuitos digitales de impulsos, que se utiliza para controlar el encendido o apagado de la válvula solenoide. Por último, a través del circuito de aire, se consigue la frecuencia respiratoria requerida, la respiración controlada por la máquina de la relación tiempo de inspiración-espiración, la respiración sincronizada y la conversión automática entre respiración activa y pasiva.
Tipos de ventiladores
Existen varios tipos de ventiladores que varían en cuanto a sus características y capacidades. Los tipos de ventiladores más utilizados son:
Ventilador de presión positiva:
El tipo más común de ventilador es el ventilador de presión positiva, que utiliza una combinación de presión y flujo de aire para suministrar oxígeno a los pulmones. Este tipo de ventilador se utiliza a menudo en unidades de cuidados intensivos, donde el estado del paciente es muy crítico. La presión del aire ayuda a mantener abiertas las vías respiratorias para que el aire pueda entrar y salir de los pulmones. Algunos ventiladores de presión positiva pueden utilizarse tanto para la ventilación a corto como a largo plazo.
Ventilador de volumen:
Este tipo de ventilador está diseñado para suministrar un volumen específico de aire a los pulmones del paciente. Este tipo de ventilador se utiliza normalmente para la ventilación a largo plazo, como en los casos de insuficiencia respiratoria crónica.
Ventilador con control de presión:
Este tipo de ventilador está diseñado para controlar la presión del aire que se suministra a los pulmones del paciente. Este tipo de ventilador se utiliza para la ventilación a corto plazo, como en los casos de insuficiencia respiratoria aguda.
Ventilador de flujo variable:
Este tipo de ventilador está diseñado para variar el flujo de aire u oxígeno que se suministra a los pulmones del paciente. Este tipo de ventilador se utiliza para la ventilación a largo plazo, como en los casos de insuficiencia respiratoria crónica.
Ventilador no invasivo:
Este tipo de ventilador está diseñado para suministrar aire u oxígeno al paciente sin necesidad de intubación ni traqueotomía.
Diseño del ventilador
Los ventiladores tienen diversos diseños, pero en general todos comparten algunas características comunes. El diseño de un ventilador consta de un sistema de flujo de aire, una mascarilla, un sistema de control y un monitor. El sistema de flujo de aire se encarga de suministrar el aire u oxígeno que se administra al paciente. La mascarilla es la parte del ventilador que se coloca sobre la cara del paciente, permitiendo que el aire llegue a los pulmones. El sistema de control se encarga de regular el flujo de aire y controlar su presión, mientras que el monitor se utiliza para realizar un seguimiento de la frecuencia respiratoria y los niveles de oxígeno del paciente.
Aquí hay una muestra del diseño del sistema de ventilación PB560 de Medtronic.
Diagrama de bloques
Esquema
Estructura CAD
Uno de los elementos más importantes del diseño de un respirador es la seguridad. El dispositivo debe diseñarse teniendo en cuenta la seguridad, garantizando que el paciente no esté expuesto a niveles elevados de presión de aire u oxígeno que puedan ser potencialmente peligrosos. Además, el dispositivo debe diseñarse para que sea fácil de usar y mantener, a fin de minimizar el riesgo de uso indebido accidental.
En los últimos años se han producido muchos avances en el diseño de los respiradores. Muchos respiradores modernos están diseñados para ser portátiles, lo que permite su uso en diversos entornos. Además, muchos respiradores incluyen ahora funciones como la monitorización automática de la presión, ajustes de presión variables y alarmas para alertar al usuario si los niveles de oxígeno son demasiado bajos.
Conclusión
Esta publicación presenta el principio, las piezas y el diseño del ventilador. Se trata de un método importante para prevenir y tratar la insuficiencia respiratoria u otros tratamientos de apoyo. Si desea realizar un diseño o ingeniería inversa de los ventiladores, no dude en ponerse en contacto con nosotros para obtener ayuda.
