ES2585642T3 - Aparato, método y programa informático para compensar las fugas de un ventilador - Google Patents
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Abstract
Un ventilador (4) para suministrar gas respiratorio a presión, que comprende: - un generador (12) de flujos para la producción de gas respiratorio a presión para suministrarlo a un paciente; - una primera interfaz (13) conectada a dicho generador (12) de flujos y dispuesta para recibir dicho gas respiratorio a presión desde dicho generador (12) de flujos y para suministrar dicho gas respiratorio a presión a un paciente (1); - al menos una segunda interfaz (15) conectada a una unidad (11, 200) de procesamiento y adaptada para recibir al menos una señal indicativa del flujo medido de gas respiratorio a presión del paciente (1) y enviar la señal a una unidad (11, 200) de procesamiento; y dicha unidad (11, 200) de procesamiento para controlar la presión desde el ventilador (4) en base a la señal indicativa del flujo de dicho gas respiratorio a presión recibido desde dicha segunda interfaz (15), disponiéndose dicha unidad (11, 200) de procesamiento para compensar las fugas en dicho ventilador (4) caracterizado por que para compensar las fugas en dicho ventilador se utiliza una relación entre dicho flujo medido de gas respiratorio a presión y un flujo relacionado con una fuga estándar de referencia.
Description
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DESCRIPCION
Aparato, metodo y programa informatico para compensar las fugas de un ventilador Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un metodo para determinar una fuga existente presente en un ventilador y un metodo para compensar esta fuga.
Antecedentes de la invencion
Los pacientes que sufren de diferentes formas de trastornos respiratorios pueden someterse a varios tipos de tratamientos dependiendo de la enfermedad o trastorno presente. Estos tratamientos incluyen intervenciones quirurgicas, terapia farmacologica y tecnicas mecanicas no invasivas. Las tecnicas quirurgicas para remediar los trastornos respiratorios constituyen un riesgo considerable para el paciente y pueden provocar lesiones permanentes o incluso la muerte. El tratamiento farmacologico ha demostrado no cumplir en general las expectativas con respecto al tratamiento de ciertos trastornos respiratorios, como por ejemplo, la apnea del sueno. Por tanto, existe un interes por descubrir otros tratamientos, preferiblemente tecnicas no invasivas.
Un ventilador mecanico es una tecnica no invasiva para el tratamiento de ciertos trastornos respiratorios, como la insuficiencia respiratoria, la hipoventilacion, y respiracion periodica durante el sueno y el despertar y la apnea del sueno, que se producen exclusivamente mientras se duerme. Una insuficiencia respiratoria incluye todas las formas de ventilacion insuficiente con respecto a las necesidades metabolicas, tanto si se producen durante la vigilia o los periodos de sueno. La hipoventilacion y la respiracion periodica, en sus formas mas frecuentes conocidas como respiracion de Cheyne-Stokes, pueden producirse periodica o constantemente durante la vigilia o el sueno. Las afecciones asociadas a la hipoventilacion, en particular, la hipoventilacion nocturna, incluyen, p. ej., trastornos del sistema nervioso central como la apoplejia, distrofias musculares, ciertas enfermedades congenitas, enfermedad pulmonar obstructiva cronica avanzada (EPOC), etc. La respiracion de Cheyne-Stokes o diversas formas de apnea central suelen estar relacionadas, por ejemplo, con trastornos cardiacos y circulatorios, en particular la insuficiencia cardiaca.
La insuficiencia respiratoria es una afeccion potencialmente mortal. La comorbilidad general en los pacientes con insuficiencia respiratoria es considerable. La afeccion es muy incapacitante en terminos de reduccion de la capacidad fisica, disfuncion cognitiva en casos graves y mala calidad de vida. Los pacientes con insuficiencia respiratoria, por lo tanto, experimentan sintomas significativos durante el dia, pero ademas, la mayoria de estos casos experimentan un empeoramiento general de su afeccion durante los cambios de estado, como el sueno. El fenomeno de trastorno respiratorio durante el sueno, tanto si se produce como consecuencia de la insuficiencia respiratoria o como un componente de la apnea del sueno, segun la descripcion anterior, provoca la fragmentacion del sueno. Las complicaciones durante el dia incluyen la somnolencia y la disfuncion cognitiva. Los trastornos respiratorios graves durante el sueno que se producen en otras afecciones comorbidas como obesidad, enfermedad neuromuscular, secuelas tardias de la poliomielitis, escoliosis o insuficiencia cardiaca, pueden asociarse a un considerable empeoramiento de la hipoventilacion y desequilibrios en los gases en sangre. La apnea del sueno se ha asociado a complicaciones cardiovasculares, incluidos enfermedad coronaria, infarto de miocardio, accidente cerebrovascular, hipertension arterial, trombosis y arritmia cardiaca.
Por tanto, existe un interes en la reduccion tanto inmediata como a largo plazo de la exposicion al trastorno respiratorio del sueno.
Los nuevos avances en las tecnicas de ventilacion mecanica no invasivas incluyen la administracion de presion positiva continua en las vias respiratorias (PPCVR) en diferentes formas de trastornos respiratorios del sueno. Durante la administracion de PPCVR, se mantiene una presion elevada en las vias respiratorias a lo largo de toda la fase de la respiracion durante un periodo que coincide con el sueno. En la apnea del sueno, este procedimiento puede proporcionar una estabilizacion adecuada de las vias respiratorias superiores impidiendo con ello el colapso. Esta denominada terapia de PPCVR mononivel proporciona una presion casi identica durante la inhalacion y la exhalacion. La PPCVR no solo puede ser incomoda para el paciente debido a la sensacion de aumento del trabajo de respiracion durante la ventilacion, sobre todo en la espiracion. Algunas formas de apnea, incluidas principalmente las de origen central, y la mayoria de las formas de hipoventilacion se controlan con la PPCVR solo de forma deficiente. Un sistema de PPCVR de dos niveles desarrollado mas recientemente administra niveles de presion diferentes durante la inhalacion y la exhalacion. La PPCVR de dos niveles proporciona una mayor comodidad para la mayoria de los pacientes y, no pocas veces, una mejor respuesta clinica. La PPCVR de dos niveles proporciona dos niveles de presion, presion inspiratoria positiva en las vias respiratorias (IPAP, por sus siglas en ingles) y presion espiratoria positiva en las vias respiratorias (EPAP, por sus siglas en ingles). La IPAP se administra durante la fase de inhalacion, mientras que la EPAP se da durante la fase de exhalacion.
Todos los sistemas de ventilacion presentan fugas durante la administracion del gas respiratorio a presion por lo que es interesante proporcionar un metodo adecuado para medir la fuga existente y compensarla. Existen varios sistemas que miden y compensan las fugas presentes en la configuracion ventilador/ser humano.
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Algunos metodos utilizan algunos puntos de muestreo especificos como referencias y por lo tanto dependen en gran medida del intervalo de muestreo del sistema de deteccion. Con una frecuencia de muestreo limitada existe el riesgo de perder el punto de ciclo respiratorio exacto y de que se realice una medicion ligeramente alejada del punto correcto y se haga, por lo tanto, una medicion que contenga un error. Otros sistemas determinan el cambio del ciclo respiratorio global con respecto a un valor de referencia. Estos sistemas suelen proporcionar una retroalimentacion inestable dando una compensacion que oscila hacia arriba y hacia abajo lentamente de forma continua.
Descripcion modificada (en limpio)
Uno de estos metodos se describe en la patente US-6.945.248, donde se describen un metodo y un aparato para determinar fugas y flujos de aire respiratorio. La conductancia no lineal de una via de fuga se calcula dividiendo un flujo de aire instantaneo pasado por un filtro de paso bajo por la raiz cuadrada de la presion instantanea pasada por un filtro de paso bajo. A continuacion, se obtiene el valor de la fuga instantanea multiplicando la conductancia no lineal por la raiz cuadrada de la presion instantanea. Por ultimo, se calcula el flujo de aire respiratorio como la diferencia entre el flujo de aire instantaneo y el flujo de fuga instantaneo. Sin embargo, como se calcula un flujo de fuga instantaneo a partir de los valores instantaneos medidos para el flujo de aire y la presion, este metodo sufrira las deficiencias antes mencionadas relacionadas con una retroalimentacion inestable.
Se proporciona otro ejemplo de un sistema actual en la solicitud de patente internacional WO 02/28460 que se refiere a un sistema de ventilacion medica y un metodo que activa y realiza un ciclo, o ambos, en base al esfuerzo del paciente, que se determina a partir de la correlacion cruzada del flujo y la presion del paciente. El ventilador medico tambien se controla de manera que la sensibilidad a la activacion iniciada por un paciente aumente a medida que progrese el ciclo respiratorio. Este sistema ilustrativo tambien proporciona un ajuste adaptativo de los criterios de funcionamiento ciclico para optimizar la operacion ciclica.
El objeto de la invencion es superar algunas de las deficiencias asociadas a la tecnologia conocida.
Sumario de la invencion
Este objeto se consigue mediante un ventilador para el suministro de gas respiratorio a presion que comprende un generador de flujos para producir gas respiratorio a presion para suministrarlo a una interfaz, un dispositivo para suministrar gas respiratorio a presion a un paciente, una primera interfaz conectada al generador de flujos y dispuesta para suministrar gas respiratorio a un paciente, al menos una segunda interfaz conectada a una unidad de procesamiento y adaptada para recibir, al menos, una serial indicativa del flujo de gas respiratorio a presion desde el paciente y enviar la serial a una unidad de procesamiento, y una unidad de procesamiento para controlar la presion del ventilador en base a la serial recibida desde la segunda interfaz, donde la unidad de procesamiento se dispone para compensar las fugas en el ventilador empleando una relacion entre el flujo medido de gas respiratorio a presion y un flujo relacionado con una fuga estandar de referencia.
En una realizacion de la invencion la al menos una primera interfaz conectada al generador de flujo y dispuesta para suministrar el gas respiratorio a un paciente puede encontrarse en dicho ventilador.
En una realizacion de la invencion, la primera interfaz para suministrar el gas respiratorio a presion a un paciente puede conectarse a un tubo o cualquier otro tipo de conductor de gas cerrado adecuado para suministrar el gas respiratorio a presion al paciente.
En otra realizacion de la invencion, la al menos una segunda interfaz esta conectada a una unidad de procesamiento y adaptada para recibir, al menos, una serial indicativa del flujo de gas respiratorio a presion del paciente y enviar la serial a una unidad de procesamiento.
Como opcion, la segunda interfaz mencionada anteriormente se puede disponer para recibir senales indicativas del estado fisiologico del paciente que, por ejemplo, pueden ser datos de mediciones de EEG, EMG, EOG y ECG, datos indicativos de los movimientos de los ojos del paciente, temperatura corporal y otros datos adecuados para calificar el estado fisiologico del paciente.
Las interfaces primera y segunda pueden ser, por ejemplo, interfaces cableadas o inalambricas.
Asimismo, la unidad de procesamiento puede comprender, ademas, un dispositivo informatico para analizar los datos recibidos de la segunda interfaz. Este dispositivo informatico tambien puede calcular el flujo de la fuga estandar de referencia mencionado anteriormente utilizando la ecuacion de Bernoulli para una corriente en un tubo y el hecho de que la energia que entra en el tubo es igual a la energia que sale del tubo.
Asi, el flujo de masa puede calcularse segun la siguiente formula:
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m = ^pu(r,x)dAc
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donde m es el flujo de masa a traves de una tuberia, p es la densidad del volumen del fluido en la tuberia, u(r,x) es el perfil de velocidad para el fluido en la tuberia y Ac es el area de la seccion transversal para el flujo) y donde dicho flujo de masa calculado se divide por la presion de dicho gas respiratorio a presion para obtener un flujo de masa normalizado.
Evidentemente, el dispositivo informatico tambien se puede adaptar para obtener los valores del flujo de fuga estandar de referencia de una tabla de valores que representan el flujo de fuga estandar de referencia a una determinada presion del gas respiratorio a presion.
Esta tecnica tendria la ventaja de acelerar el calculo de la relacion entre el flujo de masa instantaneo medido y el flujo de fuga estandar de referencia.
En otra realizacion del ventilador segun la presente invencion, la unidad de procesamiento puede comprender de forma adicional una unidad de almacenamiento de datos para el analisis y la revision posteriores de las senales medidas enviadas por la segunda interfaz indicativa del flujo de masa instantaneo del gas respiratorio a presion, el estado fisiologico del paciente y la anteriormente mencionada relacion entre la senal medida indicativa del flujo de masa instantaneo del gas respiratorio a presion y un flujo de fuga estandar de referencia. Esta unidad de almacenamiento de datos puede ser un dispositivo de memoria no volatil, como por ejemplo un disco duro o algun otro tipo de dispositivo de memoria adecuado.
En otra realizacion mas de la invencion, la unidad de procesamiento mencionada anteriormente puede incluir un primer dispositivo de comunicacion para la comunicacion con un dispositivo de deteccion externo, como un sensor de flujo. Ademas, la unidad de procesamiento anterior tambien puede incluir un segundo dispositivo de comunicacion para la comunicacion con el ventilador desde un dispositivo informatico externo para obtener datos y resultados para su analisis y/o inspeccion.
Estos dispositivos de comunicacion pueden ser dispositivos de comunicacion por cable o inalambricos y pueden funcionar segun diferentes estandares de conexion para la comunicacion por cable o inalambrica.
En otro aspecto de la presente invencion, se proporciona un sistema de ventilacion que comprende un ventilador mecanico para suministrar gas respiratorio a presion, un tubo para dirigir el gas respiratorio a presion conectado al ventilador mecanico, un dispositivo conectado al tubo para administrar el gas respiratorio a presion a un paciente,
al menos un sensor dispuesto para medir al menos una senal indicativa del flujo instantaneo del gas respiratorio a presion y dispuesto ademas para enviar la senal al ventilador mecanico y una unidad de procesamiento dispuesta para recibir la senal indicativa de flujo para controlar la presion o flujo del ventilador mecanico, donde la unidad de procesamiento se dispone para compensar fugas en el sistema de ventilador empleando una relacion entre dicho flujo medido del gas respiratorio a presion y un flujo relacionado con una fuga estandar de referencia.
En una realizacion de la invencion, el dispositivo de deteccion anterior puede comprender un sensor de flujo.
Este sensor de flujo puede estar situado en o cerca del ventilador mecanico mencionado anteriormente o cerca del dispositivo conectado a la tuberia para suministrar el gas respiratorio a presion a un paciente, como se ha mencionado antes.
Tambien se pueden disponer dos de esos sensores de flujo, de los que uno puede estar cerca de la segunda interfaz para recibir al menos una senal indicativa del flujo de gas respiratorio a presion. De esta manera, se podria medir el flujo del gas respiratorio calculando la diferencia entre el flujo medido por el sensor cerca del ventilador mecanico y el flujo medido por el sensor cerca del dispositivo para suministrar el gas a presion al paciente, que por ejemplo puede ser una mascarilla o similar.
En otra realizacion de la invencion, el dispositivo conectado al tubo para administrar el gas respiratorio a presion a un paciente puede ser una mascarilla respiratoria, donde dicha mascarilla respiratoria puede cubrir la cara o la nariz del paciente. Asimismo, la mascarilla puede cubrir solo la nariz o las fosas nasales del paciente. No obstante, en lugar de usar una mascarilla, tambien es posible utilizar una campana que cubra una parte o todo el cuerpo del paciente.
La ventaja de una mascarilla seria su colocacion relativamente facil en la cara de los pacientes y el bajo coste que supone su uso.
Una ventaja de usar la campana seria un mejor control de la fuga producida por el ajuste incorrecto de la mascarilla o campana de administracion de gas respiratorio a presion al paciente.
En otro aspecto mas de la presente invencion, se proporciona un metodo para determinar la fuga existente en un ventilador, donde el metodo comprende las etapas de
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- medir el flujo de masa a traves del ventilador
- comparar los valores de un calculo de fuga estandar para una fuga estandar en el ventilador, donde se calcula una relacion entre el flujo de masa medido a traves del ventilador y los valores de un calculo de fuga estandar para un flujo de fuga estandar en el ventilador, donde se compensa la diferencia entre el flujo de masa medido y el flujo de fuga estandar calculado y se determina la fuga existente a partir de dicha comparacion.
Tambien se contempla utilizar la relacion calculada entre el flujo de masa medido a traves del ventilador y los valores de un calculo de fuga estandar para una fuga estandar en el ventilador como base para compensar la diferencia entre el flujo de masa medido y el flujo de fuga estandar calculado.
En una realizacion del metodo segun la presente invencion, se pueden incluir algunas etapas adicionales, como el muestreo de valores instantaneos del flujo de masa a traves del ventilador y el calculo de una relacion entre cada valor muestreado del flujo de masa instantaneo y un valor correspondiente del flujo de fuga estandar.
Otra etapa tambien puede proporcionar el muestreo de valores del flujo de masa a traves del ventilador durante un periodo de tiempo predeterminado, calcular una relacion entre los valores de flujo de masa muestreados anteriores y los valores del flujo de fuga estandar correspondientes durante dicho periodo de tiempo predeterminado, calcular un valor medio de la relacion integrando la relacion en el periodo de tiempo predeterminado medido y dividiendolo por el numero de los valores de flujo muestreados y calcular el flujo de masa a traves del ventilador empleando una relacion conocida entre el valor medio de la relacion de flujo y un flujo de fuga estandar.
El flujo de fuga estandar puede calcularse asi con la ecuacion de Bernoulli a lo largo de una corriente en un tubo y el uso del principio de conservacion de energia como ya se ha explicado anteriormente.
La eficacia del metodo descrito anteriormente puede mejorarse aun mas calculando el valor medio de dicha relacion siguiendo las etapas de:
- calcular un volumen para las fases de inspiracion y espiracion de un paciente
- determinar una diferencia de volumen entre las fases de inspiracion y espiracion del paciente
- calcular el caudal real en funcion de la diferencia de volumen
- calcular una relacion entre el caudal real en funcion de la diferencia de volumen y un flujo de fuga estandar y sumar la relacion entre el caudal real en funcion de dicha diferencia de volumen y un flujo de fuga estandar y el valor medio de dicha relacion obtenido a traves de la integracion en un periodo de tiempo determinado como se ha descrito anteriormente. Por lo tanto, el valor de la diferencia de volumen entre las fases de inspiracion y espiracion del paciente puede utilizarse para mejorar la estabilidad de la retroalimentacion para compensar fugas y mantener estable la compensacion si la fuga cambia durante la operacion.
El metodo segun la presente invencion es especialmente adecuado para llevarlo a cabo en el ventilador y el sistema de ventilacion descritos anteriormente.
En otro aspecto de la presente invencion se proporciona un programa informatico para determinar una fuga en un sistema de ventilador, donde el programa informatico comprende conjuntos de instrucciones para obtener datos indicativos de un primer flujo de masa de gas respiratorio a traves del sistema de ventilador, obteniendo el primer flujo de masa a traves del ventilador y el segundo flujo de fuga estandar en el sistema de ventilador y un conjunto de instrucciones para determinar una fuga en el sistema de ventilador.
El programa informatico es especialmente adecuado para llevar a cabo las etapas del metodo indicadas anteriormente y recibir senales de los componentes incluidos en el ventilador y el sistema de ventilacion segun la invencion y controlarlos.
Breve descripcion de las figuras
A continuacion la invencion sera descrita de una manera no limitativa y con mas detalle con referencia a unas realizaciones ejemplares ilustradas en los dibujos adjuntos, en los que:
La Fig. 1 ilustra una vista esquematica de un sistema de circuito de respiracion segun la presente invencion;
La Fig. 2 es un diagrama de bloques esquematico de un aparato ventilador segun la presente invencion;
La Fig. 3 ilustra una curva de flujo medido y estandar en funcion de la presion;
La Fig. 4 ilustra un esquema del flujo segun la presente invencion;
La Fig. 5 ilustra un ciclo de respiracion esquematico;
La Fig. 6 ilustra un diagrama de bloques esquematico de un metodo segun la presente invencion; y
La Fig. 7 ilustra en un diagrama de bloques esquematico otra realizacion del metodo segun la presente invencion.
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Descripcion detallada
En la Fig. 1 se representa una vista esquematica de un sistema de ventilacion mecanica utilizado para el tratamiento de trastornos de hipoventilacion. Un sistema de ventilacion comprende un ventilador mecanico 4 que administra gas respiratorio a presion, un tubo 3 para guiar el gas respiratorio al paciente 1, una mascarilla 2 de respiracion o similar para administrar gas respiratorio al paciente 1 y medios 5, 6, 7, 8, 9 y 10 de deteccion para determinar el estado fisiologico del paciente 1. El numero de sensores conectados al ventilador mecanico puede ser uno o mas; sin embargo, en una realizacion preferida de la presente invencion se necesita al menos un sensor: un medidor del flujo de gas respiratorio que puede estar situado en cualquier lugar esencialmente a lo largo del tubo de gas respiratorio o en la mascarilla. Un ventilador mecanico 4 suministra gas respiratorio, por ejemplo, en forma de presion positiva para las vias respiratorias, a traves del tubo 3 y a traves de una mascarilla 2 a un paciente 1. La mascarilla 2 puede ser una mascarilla 2 para la cara que cubra tanto la boca como la nariz, o una mascarilla nasal que cubra solamente la nariz o fosas nasales dependiendo de las necesidades de los pacientes. Tambien puede ser una campana que cubra la totalidad de la cabeza o el cuerpo del paciente.
El gas respiratorio puede ser de cualquier composicion de gas adecuada para la respiracion. Como entendera un experto en la materia, la composicion puede depender del estado fisiologico del paciente y el tratamiento de interes.
La presion o el flujo del ventilador 4 se controlan mediante una unidad 11 de procesamiento como se muestra en la Fig. 1. La unidad 11 de procesamiento puede incluir un programa informatico que reciba uno o varios parametros 5, 6, 7, 8, 9, y 10 de entrada obtenidos del paciente 1 que describan el estado fisiologico del paciente y los datos de presion/flujo indicativos de la configuracion y el estado del sistema de gas respiratorio. Los datos indicativos del estado del paciente se obtienen usando los sensores 5, 6, 7, 8, 9, y 10 conectados al paciente y se transfieren a la unidad 11 de procesamiento a traves de medios 5a, 6a, 7a, 8a, y 9a de conexion (en la Fig. 1 no se representa el medio de conexion para el sensor 10 porque este puede colocarse en varios lugares diferentes, como en el interior del aparato ventilador) y una segunda interfaz (15) en el ventilador (4). Estos parametros de entrada pueden ser, por ejemplo, las senales de flujo o presion, los datos obtenidos de las mediciones por EEG, EMG, EOG y ECG, mediciones de O2 y/o CO2 en relacion con el paciente, la temperatura corporal, la presion sanguinea, SpO2 (saturacion de oxigeno), movimientos de los ojos y mediciones de sonido. Se debe entender que la invencion no se limita a los parametros de entrada mencionados anteriormente, sino que se pueden utilizar otros parametros. En la Fig. 1 no se representan todos los sensores 5, 6, 7, 8, 9 y 10 y medios 5a, 6a, 7a, 8a y 9a de conexion de los sensores, solo se muestra un subconjunto para ilustrar una vista esquematica del sistema y las ubicaciones representadas solamente se dan como ejemplos y no son, en modo alguno, limitativas de la invencion; por ejemplo, la senal de flujo se puede medir ya sea en la ubicacion de la mascarilla o cerca del ventilador mecanico o en ambos lugares con el fin de deducir una senal diferencial si es necesario.
El sensor 10 de flujo puede estar situado en varias posiciones diferentes, por ejemplo en el tubo 3 de aire respiratorio en cualquier posicion adecuada, como por ejemplo cerca del aparato ventilador mecanico (o incluso dentro de la carcasa del ventilador) o en las proximidades de la mascarilla.
Los datos de entrada se suministran a continuacion a una unidad 11 de procesamiento a traves de la segunda interfaz (15).
En la Figura 2, la unidad 200 de procesamiento comprende al menos medios informaticos 201, donde el medio informatico 201 o de procesamiento analiza los datos medidos, preferiblemente los datos de la medicion del flujo, segun un metodo, algoritmo o algoritmos apropiados (que se explicaran con mayor detalle mas adelante) para determinar una respuesta adecuada y enviar una o varias senales de control a una unidad 12 de ventilador mecanico. Esta unidad 12 de ventilador mecanico puede ser un ventilador 12 dispuesto para suministrar cantidades adecuadas de gas respiratorio a niveles de presion especificadas y controladas. Los medios de procesamiento pueden ser, por ejemplo, un microprocesador, un ordenador, una estacion de trabajo, un dispositivo FPGA (matriz programable de campo) o un ASIC (circuito integrado especifico). La unidad de procesamiento puede incorporarse en el ventilador o estar situada fuera del ventilador en una unidad independiente.
La unidad 200 de procesamiento tambien puede comprender una unidad 202 de almacenamiento de datos para el analisis y la inspeccion posteriores, asi como una conexion para un dispositivo de memoria no volatil interno o externo, como por ejemplo un dispositivo de memoria mediante una conexion USB, un disco duro externo, un disquete, una grabadora de CD-ROM, una grabadora de DVD, un lapiz de memoria, una memoria Compact Flash, una tarjeta de memoria Secure Digital, una tarjeta de memoria xD-Picture, o una tarjeta de memoria Smart Media. Estos solo se dan como ejemplos y no limitan la invencion; se pueden utilizar muchos mas dispositivos de memoria no volatil en la invencion, como deducira el experto en la materia.
El ventilador mecanico 12 tambien puede tener medios de entrada (no mostrados) para configurar manualmente los parametros de control y otros parametros necesarios para el funcionamiento del dispositivo.
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A traves de un primer y un segundo medio 206 y 207 de comunicacion, ilustrados en la Figura 2, es posible comunicar el dispositivo 4 a un dispositivo informatico externo o uno de los sensores (5, 6, 7, 8, 9, 10) de flujo, o desde estos, para la obtencion de datos y resultados para su analisis y/o inspeccion inmediatos y/o posteriores. Los medios de comunicacion pueden ser de un tipo en serie como, por ejemplo, segun los estandares RS232, RS485, USB, Ethernet, o Firewire, o de un tipo paralelo, como por ejemplo segun los estandares Centronics, ISA, PCI o GPIB/HPIB (bus de interfaz de uso general). Tambien puede ser cualquier sistema inalambrico de los estandares en las series IEEE 802.11, 802.15 y 802.16, HIPERLAN, Bluetooth, IR, GsM, GPRS o UMTS, o cualquier otro sistema de comunicacion fijo o inalambrico adecuado capaz de transmitir datos de medicion. Tambien puede ser de cualquier formato de comunicacion no estandarizado propio, ya sea inalambrico o por cable.
El dispositivo ventilador 4 tambien puede tener medios de visualizacion (no mostrados) para la visualizacion de los datos medidos y los parametros de respuesta obtenidos y su uso por parte de un medico, otro personal sanitario o el paciente. Los medios de visualizacion pueden ser de cualquier tipo normal como deducira el experto en la materia. Los datos se muestran a una velocidad tan alta que se proporciona una retroalimentacion en tiempo real a una persona que este monitorizando las caracteristicas del ventilador y su funcionamiento para su retroalimentacion y control inmediatos.
La Fig. 4 es un esquema de las salidas relacionadas con el flujo en una configuracion humano/ventilador, es decir, un ventilador conectado a un paciente. Un ventilador se conecta a un conducto o tubo 402 de suministro de un gas respiratorio a presion; este conducto 402 se conecta a su vez a un paciente 430 usando una mascarilla adecuada o dispositivo similar. Sin embargo, puede haber una fuga 420, por ejemplo debido a que la mascarilla no se ajuste exactamente al paciente 430 o el paciente 430 tenga la boca ligeramente abierta.
El flujo existente se muestrea en el lado del ventilador del conducto o dentro del ventilador con una determinada frecuencia y en cada punto de muestreo se determina una relacion entre el flujo medido y un flujo de fuga estandar de referencia (sin embargo, el flujo tambien puede medirse opcionalmente en el lado de la mascarilla del sistema ventilador). Esta diferencia entre el flujo medido y el flujo de fuga estandar se muestra en la Fig. 3, donde la curva superior muestra el flujo medido 310 y la curva inferior el flujo calculado para una fuga estandar 320 a una determinada presion. El area rodeada por la curva y las dos flechas rectas representa el flujo medido 310 para un ciclo 330 de respiracion.
Esta serie de mediciones de relaciones se muestra en la Fig. 5 para dos ciclos de respiracion. 510 representa el inicio de la inspeccion de las mediciones de las relaciones y 510 el periodo de calculo medio, que en este caso es la longitud del ciclo de respiracion del paciente. Asi, se puede determinar un promedio de un ciclo de respiracion mediante la integracion en mas de un ciclo y dividiendo por el numero de integracion (es decir, numero de muestras). Sumando o restando el valor medio del parametro de control de flujo es posible compensar este error medio determinado a partir del calculo de la relacion. Esto se puede hacer sumando el flujo necesario a todo el ciclo de respiracion.
En una realizacion de la presente invencion, se proporciona un metodo para determinar el flujo de fuga y compensarlo como se muestra en la Fig. 6, este metodo puede llevarse a cabo tanto en hardware como en software, como entendera el experto en la materia. En la etapa 600 se inicia el muestreo de datos y se obtienen los puntos de muestreo del ciclo respiratorio del paciente.
En la siguiente etapa 610 se forma una relacion entre el flujo de masa instantaneo medido para el aire a presion suministrado al paciente y el flujo de fuga de referencia calculado a una determinada presion. Los valores para el flujo de fuga de referencia a una determinada presion se pueden almacenar en una tabla y acceder a ellos simplemente a la hora de calcular la relacion indicada anteriormente.
En caso de que se desee medir la relacion con respecto a un ciclo de respiracion completo del paciente, se calcula una relacion media en la etapa 620, donde la relacion se integra en un ciclo de respiracion completo del paciente y se divide por el numero de muestras tomadas durante el ciclo de respiracion.
Entonces, se calcula el flujo de masa del aire a presion en la etapa 630, donde se utiliza una relacion conocida para la relacion entre el flujo de masa instantaneo medido para el aire a presion y el flujo de fuga de referencia y se usa el flujo de fuga de referencia.
Si el flujo de masa del gas respiratorio a presion ha cambiado desde la ultima medicion, el valor de referencia que activa el ciclo de respiracion del paciente se ajusta en la etapa 640, ya sea hacia arriba o hacia abajo, dependiendo de si el flujo de masa ha disminuido o aumentado.
En otra realizacion del metodo segun la presente invencion mostrada en la Fig. 7, el metodo mencionado anteriormente se combina con un metodo de medicion de volumen. Cabe mencionar que las etapas 700 a 720 son identicas a las etapas 600 a 620 de la Figura 6.
En la etapa 722, se calcula el volumen total del gas a presion administrado al paciente. Entonces, en la etapa 724 se calcula la diferencia entre el volumen del gas respiratorio a presion durante las fases de inspiracion y espiracion del paciente, que se utiliza en la etapa 726 para calcular el caudal del gas respiratorio a presion.
En la etapa 728, se calcula una relacion delta entre el caudal durante las fases de inspiracion y espiracion del paciente.
Por ultimo, en la etapa 730, la relacion delta anterior se anade a la relacion media entre el flujo de masa instantaneo medido y el flujo de fuga estandar de referencia para el gas respiratorio a presion.
5
El uso de parametros delta adicionales sirve para mejorar aun mas la estabilidad de la retroalimentacion para compensar las fugas y mantener la compensacion estable si se cambia la fuga durante la operacion. El sistema determinara la fuga y ajustara los parametros de control de tal manera que esta se compensara en unos pocos ciclos de respiracion.
10 Debe observarse que la palabra “comprende” no excluye la presencia de otros elementos o etapas distintos de los enumerados y las palabras “un” o “una” precediendo a un elemento no excluyen la presencia de una pluralidad de dichos elementos. Ademas, debe tenerse en cuenta que cualquier signo de referencia no limita el alcance de las reivindicaciones, que la invencion puede ponerse en practica, al menos en parte, tanto por hardware como por software, y que el mismo elemento de hardware puede representar a varios “medios”.
15
Las realizaciones anteriormente mencionadas y descritas solo se dan como ejemplos y no deberian limitar la presente invencion. El experto en la materia deducira otras soluciones, usos, objetivos y funciones dentro del alcance de la invencion segun se reivindican en las reivindicaciones descritas a continuacion.
Claims (13)
10
15
20 2. 3.
25
30
4.
35
5.
40
6.
45
7.
50
8.
55 9.
60
REIVINDICACIONES
Un ventilador (4) para suministrar gas respiratorio a presion, que comprende:
- un generador (12) de flujos para la produccion de gas respiratorio a presion para suministrarlo a un paciente;
- una primera interfaz (13) conectada a dicho generador (12) de flujos y dispuesta para recibir dicho gas respiratorio a presion desde dicho generador (12) de flujos y para suministrar dicho gas respiratorio a presion a un paciente (1);
- al menos una segunda interfaz (15) conectada a una unidad (11, 200) de procesamiento y adaptada para recibir al menos una senal indicativa del flujo medido de gas respiratorio a presion del paciente (1) y enviar la senal a una unidad (11,200) de procesamiento; y
dicha unidad (11,200) de procesamiento para controlar la presion desde el ventilador (4) en base a la senal indicativa del flujo de dicho gas respiratorio a presion recibido desde dicha segunda interfaz (15), disponiendose dicha unidad (11,200) de procesamiento para compensar las fugas en dicho ventilador (4)
caracterizado por que para compensar las fugas en dicho ventilador se utiliza una relacion entre dicho flujo medido de gas respiratorio a presion y un flujo relacionado con una fuga estandar de referencia.
Ventilador segun la reivindicacion 1, en el que dicha al menos una primera interfaz (13) para suministrar dicho gas respiratorio a presion a un paciente esta situada en dicho ventilador (4).
Ventilador segun las reivindicaciones 1 o 2, en el que dicha unidad (11, 200) de procesamiento comprende ademas un dispositivo informatico (201) adaptado para calcular el flujo de masa para una fuga estandar utilizando una formula derivada de la ecuacion de Bernoulli, siendo dicha formula:
m = ^pu(r,x)dAc
**
donde m es el flujo de masa a traves de una tuberia, p es la densidad del volumen del fluido en la tuberia, u(r,x) es el perfil de velocidad para el fluido en la tuberia y Ac es el area de la seccion transversal para el flujo, y donde dicho flujo de masa calculado se divide por la presion para dicho gas respiratorio a presion para obtener un flujo de masa normalizado.
Ventilador segun la reivindicacion 3, en el que dicho dispositivo informatico (201) tambien se adapta para obtener los valores para dicho flujo de fuga estandar de referencia de una tabla de valores que representan dichos valores del flujo de fuga estandar de referencia a una determinada presion para el gas respiratorio a presion.
Ventilador segun una de las reivindicaciones 1 o 4, en el que dichos medios (11, 200) de procesamiento comprenden, de forma adicional una unidad (202) de almacenamiento de datos para el analisis y la inspeccion posteriores de las senales medidas indicativas del flujo de masa instantaneo del gas respiratorio a presion, el estado fisiologico del paciente (1) y dicha relacion entre la senal medida indicativa del flujo de masa instantaneo para el gas respiratorio a presion y un flujo de fuga estandar de referencia.
Ventilador segun la reivindicacion 1, en el que dicha unidad (11, 200) de procesamiento comprende adicionalmente un primer dispositivo (206) de comunicacion para comunicar con un dispositivo (5, 6, 7, 8, 9, 10) de deteccion externo.
Ventilador segun la reivindicacion 1, en el que dicha unidad (11, 200) de procesamiento comprende ademas un segundo dispositivo (207) de comunicacion para la comunicacion con el ventilador (4) desde un dispositivo informatico externo para obtener datos y resultados para analisis y/o inspeccion.
Ventilador segun las reivindicaciones 6 o 7, en donde dichos dispositivos (206, 207) primero o segundo de comunicacion pueden ser un dispositivo (207) de comunicacion inalambrico o por cable.
Sistema de ventilacion que comprende
- el ventilador mecanico (4) de la reivindicacion 1,
- un tubo (3) para guiar dicho gas respiratorio a presion conectado a dicho ventilador mecanico (4),
- un dispositivo (2) conectado a dicho tubo (3) para administrar dicho gas respiratorio a presion a un paciente (1),
- al menos un dispositivo (5, 6, 7, 8, 9, 10) de deteccion dispuesto para medir al menos una senal indicativa del flujo instantaneo para dicho gas respiratorio a presion y dispuesto, ademas, para enviar dicha senal a dicho ventilador mecanico (4).
5
11.
10
15
12.
20
25 13.
14.
30
35 15.
40
45
16.
17.
50
55
18.
60
Sistema de ventilacion segun la reivindicacion 9, caracterizado por que dicho al menos un dispositivo (5, 6, 7, 8, 9, 10) de deteccion para medir una senal indicativa del flujo instantaneo para dicho gas respiratorio a presion se encuentra en o cerca de dicho ventilador mecanico (4) o en las proximidades de dicho dispositivo (2) para administrar dicho gas respiratorio a presion a un paciente (1).
Sistema de ventilacion segun cualquiera de las reivindicaciones 9 a 10, en el que dicha unidad (11, 200) de procesamiento comprende ademas un dispositivo informatico (201) adaptado para calcular dicho flujo de masa para una fuga estandar utilizando una formula derivada de la ecuacion de Bernoulli, siendo dicha formula:
m = ^pu(r,x)dAc
**
donde m es el flujo de masa a traves de una tuberia, p es la densidad del volumen del fluido en la tuberia, u(r,x) es el perfil de velocidad para el fluido en la tuberia y Ac es el area de la seccion transversal para el flujo, y donde dicho flujo de masa calculado se divide por la presion de dicho gas respiratorio a presion para obtener un flujo de masa normalizado.
Metodo para determinar una fuga en un ventilador que comprende las etapas de:
- medir el flujo de masa a traves del ventilador;
- calcular un flujo de fuga estandar de referencia en dicho ventilador; caracterizado por que
se calcula una relacion entre dicho flujo de masa medido a traves del ventilador y dicho flujo de fuga estandar de referencia calculado en dicho ventilador; y se determina dicha fuga a partir de dicha relacion.
Metodo segun la reivindicacion 12, en el que a partir de dicha relacion calculada entre el flujo de masa medido a traves del ventilador y dichos valores de un calculo de fuga estandar para una fuga estandar en dicho ventilador, se realiza una compensacion por la diferencia entre el flujo de masa medido y el flujo de fuga estandar calculado.
Metodo segun la reivindicacion 12, en el que dicha etapa de medir el flujo de masa a traves del ventilador comprende ademas las subetapas de:
- muestrear los valores instantaneos para el flujo de masa a traves del ventilador; y
- calcular una relacion entre cada uno de dichos valores muestreados para el flujo de masa instantaneo y un valor correspondiente para el flujo de fuga estandar.
Metodo segun la reivindicacion 12 o 14, en el que dichas subetapas de muestrear dichos valores instantaneos para el flujo de masa a traves del ventilador y calcular dicha relacion comprende ademas las etapas de:
- muestrear los valores para el flujo de masa a traves del ventilador durante un periodo de tiempo predeterminado;
- calcular una relacion entre dichos valores muestreados de flujo de masa y los valores del flujo de fuga estandar correspondientes durante dicho periodo de tiempo predeterminado;
- calcular un valor medio para dicha relacion integrando la relacion en el periodo de tiempo predeterminado medido y dividiendolo por el numero de valores de flujo muestreados; y
- calcular el flujo de masa a traves del ventilador usando una relacion conocida entre dicho valor medio para la relacion de flujo y un flujo de fuga estandar.
Metodo segun la reivindicacion 12, en el que dicho calculo para el flujo de fuga estandar en dicho ventilador se realiza con la ecuacion de Bernoulli.
Metodo segun la reivindicacion 12, en el que dicho flujo de masa para una fuga estandar se calcula utilizando una formula derivada de la ecuacion de Bernoulli, siendo dicha formula:
m = ^pu(r,x)dAc
**
donde m es el flujo de masa a traves de una tuberia, p es la densidad del volumen del fluido en la tuberia, u(r,x) es el perfil de velocidad para el fluido en la tuberia y Ac es el area de la seccion transversal para el flujo, y donde dicho flujo de masa calculado se divide por la presion de dicho gas respiratorio a presion para obtener un flujo de masa normalizado.
Metodo segun la reivindicacion 12, en el que dicha etapa de calcular el valor medio para dicha relacion incluye ademas las subetapas de:
- calcular un volumen para las fases de inspiracion y espiracion de un paciente;
- determinar una diferencia de volumen entre dichas fases de inspiracion y espiracion;
- calcular el caudal real en funcion de dicha diferencia de volumen;
- calcular una relacion entre dicho caudal real en base a dicha diferencia de volumen y un flujo de fuga estandar; y
- sumar dicha relacion entre el caudal real en base a dicha diferencia de volumen y un flujo de
5 fuga estandar y dicho valor medio para dicha relacion.
19. Un programa informatico adaptado para realizar el metodo de la reivindicacion 12, que comprende conjuntos de instrucciones para:
- obtener datos indicativos de un primer flujo de masa de gas respiratorio a traves del sistema
10 ventilador;
- obtener un segundo flujo de masa para un flujo de fuga estandar en dicho sistema ventilador; caracterizado por que
- calcula una relacion entre dicho primer flujo de masa y dicho segundo flujo de fuga estandar en dicho sistema ventilador y;
15 - determina una fuga en dicho sistema ventilador a partir de dicha relacion.
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