Solunum Cihazına Giriş
Solunum cihazı, solunum sıkıntısı sendromu, KOAH, obstrüktif uyku apnesi ve astım gibi çeşitli rahatsızlıklar nedeniyle kendi başına nefes alamayan hastaların solunumuna yardımcı olmak için kullanılan bir tıbbi cihazdır. Temel olarak, solunum cihazı havayı akciğerlere alıp dışarı vererek hastanın nefes almasına yardımcı olur.
Solunum Cihazının Çalışma Prensipleri
Solunum cihazı, akciğerlere hava veya oksijen akışı sağlayarak çalışır ve hastanın oksijen almasını ve karbondioksit vermesini sağlar. Bu, kan dolaşımındaki oksijen seviyelerini korumalarına yardımcı olabileceğinden, solunum yolu hastalıklarından muzdarip kişiler için özellikle önemlidir.
Solunum Cihazının Bileşenleri
Solunum cihazı, elektronik devreler ile mekanik hava devrelerinin birleşiminden oluşur. Genel yapısı dokuz parçadan oluşur: oksijen kaynağı, elektromanyetik valf, hava karıştırma cihazı, basınç sınırlama valfi, nemlendirici ve sıcaklık kontrol devresi, hava yolu direnci ölçer, solunum valfi, sinyal kutusu ve elektromanyetik valf kontrol devresi.
Oksijen kaynağı
Bu cihaz, hastaya soluması için gerekli oksijeni sağlamak üzere tasarlanmış bir oksijen depolama cihazıdır. Genellikle yüksek basınçlı oksijen tüpü veya sıkıştırılmış hava ile beslenir.
Solenoid valf
Solenoid valf, "oksijen kaynağı" için kullanılan bir açma-kapama valfidir. Mekanik ayar valfi ile arasındaki fark, elektrikle kontrol edilmesidir; yani, valfin açılıp kapanmasını kontrol etmek için solenoid valf bobinindeki akımın açılıp kapatılması yoluyla hava akışını sağlama veya kesme işlevi görür. Çalışma prensibi, sıradan rölelere bir ölçüde benzemektedir.
Karışık hava
Hava karıştırma cihazı, yüksek hızlı akışkanın yanal basıncını düşürme prensibini kullanır ve yüksek hızlı nozülden oksijen püskürterek bir negatif basınç alanı oluşturur. Her iki taraftaki hava basıncı, negatif basınç alanındaki basınçtan daha yüksektir ve hava, yüksek hızda akan oksijenin içine karışır.
Basınç sınırlama vanası
Basınç sınırlayıcı valf, gazın belirli bir basınçta çıkmasını sağlayan bir gaz basınç sınırlama cihazıdır. Makine fabrikadan çıktığında, genellikle 6 kPa (60 cmH₂O) değerine ayarlanır. Makinenin çıkış hava basıncı bu değeri aşarsa, hastanın güvenliğini sağlamak amacıyla gaz otomatik olarak tahliye edilir.
Nemlendirici ve sıcaklık kontrol devresi
Bu cihaz, sabit sıcaklıktaki su ve gazın girip çıkabildiği bir sabit sıcaklık cihazıdır. Cihaz, soğuk havanın hastanın akciğerlerini tahriş etmesini önleyebilir, solunum yolu mukozasının kurumasını engelleyebilir ve insan solunum yoluna benzer şekilde nemlendirme, filtreleme ve ısıtma işlevlerini yerine getirebilir. Sıcaklık kontrol devresi, nemlendiricideki su sıcaklığını ayarlamak ve sabit tutmak için kullanılan bir devredir.
Hava yolu direnci tablosu
Bu masa, hastanın solunum yolundaki direnci göstermek için kullanılan bir cihazdır. Solunum yolu direnci ve oksijen kaynağının basıncı temel alınarak, sırasıyla oksijen içeriği (havadaki oksijen hariç) ve soluk hacmi hesaplanabilir.
Solunum valfi
Bu cihaz, pnömatik yöntemler kullanarak iki valfi çalıştırarak, ekshalasyon, IC çipi şifre çözme, inhalasyon ve negatif hava basıncı olmak üzere üç sinyalin entegre bir şekilde birleştirilmesini sağlar. İnhalasyon sırasında inhalasyon valfi açılır ve cihaz hastaya tek yönlü hava sağlar. Ekshalasyon sırasında ise inhalasyon valfi kapanır ve ekshale edilen gaz ekspiratuar yol üzerinden dışarı atılır.
Sinyal kulesi
Sinyal kutusu, hassas bir elastik diyafram tarafından çalıştırılan bir çift sızdırmaz elektrik kontağından oluşur. Emme negatif basıncı belirli bir değere ulaştığında, kontak kesilir ve sinyal kutusu bir darbe sinyali verir. Bu şekilde, hastanın solunum negatif basıncı bir elektrik sinyaline dönüştürülür ve solenoid valf üzerindeki kontrol etkisini sağlamak üzere "solenoid valf kontrol devresine" gönderilir.
Solenoid valf kontrol devresi
Bu, solenoid valfin açılıp kapanmasını kontrol etmek için kullanılan, darbe tabanlı dijital devrelerden oluşan bir mantık kontrol sistemidir. Son olarak, hava devresi aracılığıyla gerekli solunum sıklığı, makine kontrollü solunum, solunum-solunum arası zaman oranı, senkronize solunum ve aktif ile pasif solunum arasındaki otomatik geçiş sağlanmaktadır.
Solunum Cihazı Türleri
Özellikleri ve kapasiteleri bakımından birbirinden farklı birçok ventilatör türü bulunmaktadır. En yaygın olarak kullanılan ventilatör türleri şunlardır:
Pozitif Basınçlı Solunum Cihazı:
En yaygın ventilatör türü, akciğerlere oksijen sağlamak için hava basıncı ve akışını bir arada kullanan pozitif basınçlı ventilatördür. Bu tür ventilatörler, hastanın durumunun çok kritik olduğu yoğun bakım ünitelerinde sıklıkla kullanılır. Hava basıncı, hava yollarının açık kalmasına yardımcı olarak havanın akciğerlere girip çıkmasını sağlar. Bazı pozitif basınçlı ventilatörler hem kısa süreli hem de uzun süreli ventilasyon için kullanılabilir.
Hacim Ventilatörü:
Bu tip ventilatör, hastanın akciğerlerine belirli bir hava hacmi sağlamak üzere tasarlanmıştır. Bu tip ventilatör, genellikle kronik solunum yetmezliği gibi durumlarda uzun süreli ventilasyon için kullanılır.
Basınç Kontrollü Solunum Cihazı:
Bu tip ventilatör, hastanın akciğerlerine verilen hava basıncını kontrol etmek üzere tasarlanmıştır. Bu tip ventilatör, akut solunum yetmezliği gibi durumlarda kısa süreli ventilasyon için kullanılır.
Değişken Akışlı Solunum Cihazı:
Bu tip ventilatör, hastanın akciğerlerine verilen hava veya oksijen akışını ayarlamak üzere tasarlanmıştır. Bu tip ventilatör, kronik solunum yetmezliği gibi durumlarda uzun süreli ventilasyon için kullanılır.
Non-invaziv ventilatör:
Bu tip ventilatör, hastaya entübasyon veya trakeostomi gerektirmeden hava veya oksijen sağlamak üzere tasarlanmıştır.
Vantilatör Tasarımı
Solunum cihazları çeşitli tasarımlarda bulunmakla birlikte, genel olarak hepsinde bazı ortak özellikler vardır. Bir solunum cihazının tasarımı, hava akış sistemi, maske, kontrol sistemi ve monitörden oluşur. Hava akış sistemi, hastaya verilen havayı veya oksijeni sağlamaktan sorumludur. Maske, hastanın yüzüne yerleştirilen ve havanın akciğerlere ulaşmasını sağlayan ventilatörün bir parçasıdır. Kontrol sistemi hava akışını düzenlemek ve basıncını kontrol etmekten sorumluyken, monitör hastanın solunum hızını ve oksijen seviyelerini izlemek için kullanılır.
İşte Medtronic'in PB560 ventilatör sisteminden bir tasarım örneği.
Blok Şeması
Şematik
CAD Yapısı
Solunum cihazı tasarımının en önemli unsurlarından biri güvenliktir. Cihaz, hastanın potansiyel olarak tehlikeli olabilecek yüksek hava basıncı veya oksijen seviyelerine maruz kalmamasını sağlayacak şekilde, güvenlik önceliği göz önünde bulundurularak tasarlanmalıdır. Ayrıca, cihazın kullanım ve bakımının kolay olması, kazara yanlış kullanım riskini en aza indirecek şekilde tasarlanmalıdır.
Son yıllarda ventilatör tasarımında birçok ilerleme kaydedilmiştir. Modern ventilatörlerin çoğu taşınabilir olacak şekilde tasarlanmıştır, bu da çeşitli ortamlarda kullanılabilmelerini sağlar. Ayrıca, birçok ventilatör artık otomatik basınç izleme, değişken basınç ayarları ve oksijen seviyeleri çok düştüğünde kullanıcıyı uyaran alarmlar gibi özelliklere sahiptir.
Sonuç
Bu yazıda ventilatörün çalışma prensibi, bileşenleri ve tasarımı ele alınmaktadır. Ventilatör, solunum yetmezliğini önlemek ve tedavi etmek ya da diğer destekleyici tedavilerde önemli bir yöntemdir. Ventilatörlerin tasarımını yapmak veya tersine mühendislik çalışması yürütmek istiyorsanız, destek almak için bizimle iletişime geçebilirsiniz.
