ES2908982T3

ES2908982T3 - Sistema inteligente de expectoración biónica

Info

Publication number: ES2908982T3
Application number: ES15768007T
Authority: ES
Inventors: Xiaoxue Li; Xiaomiao Li
Original assignee: Yaguo Inc
Current assignee: Yaguo Inc
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2022-05-04
Anticipated expiration: 2035-03-26
Also published as: US10463817B2; KR101907594B1; CN107789710B; CN107789710A; US20170173283A1; EP3127574B1; CN103933648A; CN103933648B; EP3127574A4; JP6588526B2; KR20160145044A; EP3127574A1; CN105451798B; CN105451798A; JP2017509465A; WO2015144064A1

Abstract

Un sistema biónico inteligente para expectorar esputo, que comprende: - un módulo de succión de presión negativa configurado para generar un primer flujo de aire con una presión negativa; - una unidad de conexión de paciente que conecta, en uso, el módulo de succión de presión negativa a un paciente y configurada para permitir que fluyan a través suyo el primer flujo de aire con la presión negativa generada desde el módulo de succión de presión negativa y el segundo flujo de aire con una presión positiva; - un módulo de procesamiento central conectado a la unidad de conexión de paciente; - un módulo de sincronización de los músculos respiratorios conectado al módulo de procesamiento central y configurado para permitir que un músculo respiratorio genere un cierto movimiento en coordinación con el primer flujo de aire y el segundo flujo de aire, por medio de estimulación nerviosa o estimulación mecánica; y - un módulo de ventilación de presión positiva conectado a la unidad de conexión de paciente y configurado para generar el segundo flujo de aire con la presión positiva; - en donde la unidad de conexión de paciente comprende un dispositivo de tres vías (151), un conector de recogida de esputo (152) y una copa de recogida de esputo (153); - en donde el dispositivo de tres vías (151) comprende una primera válvula configurada para bloquear selectivamente el flujo de aire desde el módulo de ventilación de presión positiva a la unidad de conexión de paciente, y una segunda válvula se dispone entre el dispositivo de tres vías (151) y el módulo de succión de presión negativa y configurada para bloquear selectivamente el flujo de aire desde la unidad de conexión de paciente al módulo de succión de presión negativa; y - en donde el dispositivo de tres vías (151) está conectado a la copa de recogida de esputo (153) a través del conector de recogida de esputo (152).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema inteligente de expectoración biónica

Campo

La presente descripción se refiere al campo de la salud médica, en particular a un sistema biónico inteligente para expectorar esputo.

Antecedentes

El reflejo de la tos es un mecanismo de defensa común importante, y los efectores de la misma están situados en la laringe, la tráquea y la mucosa bronquial. El efector situado por encima del bronquio primario es sensible a la estimulación mecánica, y el efector situado por debajo del bronquio secundario es sensible a la estimulación química. El reflejo de la tos se desencadena cuando se introduce un impulso aferente en el bulbo raquídeo.

Para toser, primero ocurre una inhalación breve o profunda (normalmente de 2,5 L); luego se cierra la glotis; los músculos espiratorios (músculos abdominales y músculo intercostal interno) se contraen intensamente; la presión intrapulmonar y la presión intrapleural aumentan bruscamente (pueden ser de hasta 100 mmHg o incluso más); luego la glotis se abre repentinamente; el gas dentro del pulmón se descarga a alta velocidad ya que la presión intrapulmonar es muy alta, de manera que se descarguen materias o secreciones extrañas dentro del tracto respiratorio.

Un paciente que sufre de miastenia de los músculos abdominales y de los músculos respiratorios tiene un reflejo de tos debilitado. Debido a la expansión torácica limitada en un paciente acostado en la cama, el gas que se mete dentro del pulmón antes de toser es insuficiente, dando como resultado por ello una tos debilitada o incluso inválida. Además, el reflejo de la tos también está limitado en un paciente con un centro medular suprimido.

Los pacientes con músculos respiratorios debilitados causados por diversas razones clínicas a menudo necesitan un ventilador para ayudarlos a respirar. La tos en este tipo de pacientes es débil de manera que es imposible expectorar secreciones en lo profundo del pulmón de manera eficaz, dando como resultado una morbilidad muy alta de neumonía asociada al ventilador. Es muy importante ayudar al paciente a expectorar secreciones en lo profundo del pulmón, para prevenir la neumonía asociada al ventilador. Actualmente, un método usado comúnmente para la succión del esputo se lleva a cabo con un tubo de succión de esputo cerrado.

El término “succión de flema cerrada” se refiere a una operación de succión de esputo sin desconectar del ventilador o detener la ventilación mecánica. Además, el tubo de succión de esputo está cubierto con una membrana transparente y toda la operación de succión de esputo se completa en un entorno cerrado. Como hay hasta 20 o más niveles de bronquio dentro del pulmón, el tubo de succión de esputo meramente es capaz de succionar el esputo en el bronquio primario. Además, como el pulmón tiene una estructura asimétrica, el tubo de succión de esputo meramente es capaz de succionar el esputo en el pulmón derecho, distinto del esputo en el pulmón izquierdo. Por esta razón, la neumonía asociada al ventilador normalmente ocurre en el pulmón izquierdo. Además, el tubo de succión de esputo aumenta los riesgos de causar arañazos en las vías respiratorias, introducir bacterias e influir en la hemodinámica.

A excepción de tal dispositivo para la succión de esputo (por ejemplo, el tubo de succión de esputo cerrado) operado manualmente, ahora se presenta un dispositivo automático para expectorar esputo. Un principio de la máquina Cough Assist para expectorar esputo proporcionada por Royal Philips es proporcionar ventilación de alta presión positiva a las vías respiratorias, que se convierte rápidamente en succión de presión negativa, de manera que el esputo en lo profundo del pulmón se descargue simulando el flujo de aire durante la tos.

No obstante, es imposible utilizar la máquina Cough Assist como un medio habitual para la expectoración de esputo debido al requisito de desconectar del ventilador cuando se usa, lo que es un inconveniente y tiene un alto riesgo para un paciente que sufre una enfermedad grave. Además, la máquina Cough Assist termina de inhalar tomando el tiempo como variable de control de ciclo periódico; no obstante, es más seguro y más eficaz tomar el volumen o el flujo como la variable de control del ciclo periódico. Además, es imposible para la máquina Cough Assist mantener la exhalación del paciente para que sea una presión espiratoria final positiva (PEEP), que es por ello inapropiada para un paciente que necesita una PEEP alta, porque tales de estos pacientes están en peligro de colapso alveolar si no tienen una PEEP alta. En cuanto a otro defecto obvio, la máquina Cough Assist no está dotada con un sistema de alarma, que es necesario para un sistema de soporte vital. Finalmente, como la máquina Cough Assist está dotada solamente con una tubería compartida por la exhalación y la inhalación, es posible inhalar secreciones expectoradas previamente durante la próxima inhalación, lo que puede aumentar el riesgo de infección secundaria debida al paciente en sí mismo, acortar la vida útil del producto de la tubería y aumentar el riesgo de infectar a otros pacientes que usen esta máquina Cough Assist la próxima vez.

Además, el documento WO 2007/054829 A2 proporciona un dispositivo mecánico de inexsuflación, que mediante un ventilador inhala un flujo de aire y posteriormente exhala el flujo de aire de una manera rápida y breve para simular la tos humana, de manera que el esputo acumulado en las vías respiratorias y las ramas de la tráquea se pueda descargar fácilmente. Tal sistema controla la inhalación y la exhalación automáticamente detectando el flujo de aire, para aliviar la carga de la fuerza de trabajo. El esputo se expectora en varios tiempos de exhalación de presión negativa intermitente, que no solamente previene que los alvéolos pulmonares se colapsen a causa de una presión negativa demasiado alta, sino que también afecta una docena de niveles de bronquios, descargando por ello el esputo en lo profundo del pulmón. No obstante, todos los movimientos de la tos humana incluyen inhalar profundamente, cerrar la glotis, bajar el músculo del diafragma, contraer rápidamente los músculos espiratorios y los músculos abdominales, aumentar la presión intrapulmonar, abrir la glotis, contraer el músculo del diafragma, descargar el flujo de aire con alta presión desde el pulmón. Tal dispositivo para expectorar esputo simula el flujo de aire durante la tos; mientras que los músculos respiratorios relacionados con la tos no están implicados en los movimientos. Para un paciente ventilado mecánicamente, la anoxia a largo plazo y la deficiencia de nutrición sistémica causan reducción y atrofia de la fibra del músculo del diafragma, de manera que se disminuye la actividad del músculo del diafragma. En primer lugar, meramente simulando los movimientos del flujo de aire durante la tos, tal dispositivo no interviene en el proceso de PEEP de manera que es imposible garantizar un volumen tidal suficiente antes de la tos si no hay un control especial, siendo incapaz por ello de formar una tos eficaz. En segundo lugar, el proceso de PEEP mediante un ventilador causa daño pulmonar mecánico en sí mismo, y tal dispositivo para expectorar esputo meramente simula los movimientos del flujo de aire durante la tos sin acompañar los movimientos de acuerdo con el músculo, el control inadecuado puede causar una lesión pulmonar mecánica adicional. En tercer lugar, es malo para descargar esputo influyendo negativamente en la intensidad de la tos y el movimiento de expectoración debido a que meramente depende del flujo de aire con presión negativa sin ayudar a la contracción de los músculos abdominales. Finalmente, el paciente asistido con descargar esputo se puede desconectar del ventilador antes de lo esperado; no obstante, puede influir negativamente en un paciente que sufre de atrofia del músculo del diafragma al desconectar antes del ventilador.

El documento WO 2014/030099 A1 describe un sistema para sincronizar una inexsuflación inducida por máquina con estimulación diafragmática de un sujeto. El sistema comprende: un generador de presión configurado para generar un flujo presurizado de gas respirable para entrega a las vías respiratorias del sujeto; uno o más sensores configurados para generar una o más señales de salida que transportan información relacionada con uno o ambos de i) uno o más parámetros de gas de un flujo de gas respirable que se respira por el sujeto y/o ii) uno o más parámetros respiratorios del sujeto; y uno o más procesadores configurados para ejecutar módulos de programa informático. Los módulos de programa informático comprenden: un módulo de configuración configurado para obtener uno o más ajustes operativos configurables de estimulación diafragmática del sujeto; un módulo de detección configurado para detectar inicios de inhalaciones del sujeto de manera que, para un primer ciclo respiratorio, el módulo de detección detecta el inicio de una primera inhalación del sujeto en base a una o más señales de salida, en donde la primera inhalación está incluida en un primer ciclo respiratorio; un módulo objetivo configurado para determinar un parámetro objetivo para la inexuflación inducida por máquina durante los ciclos respiratorios de manera que, en respuesta a la detección del inicio de la primera inhalación, el módulo objetivo determina el parámetro objetivo para la inexuflación inducida por máquina durante un segundo ciclo respiratorio en sincronía con la estimulación diafragmática del sujeto, en donde el segundo ciclo respiratorio es posterior al primer ciclo respiratorio, y en donde el parámetro objetivo es un inicio de inhalación durante el segundo ciclo respiratorio o un inicio de exhalación durante el segundo ciclo respiratorio; y un módulo de control configurado para controlar el generador de presión para inexuflar al sujeto de manera que durante el segundo ciclo respiratorio el módulo de control controle el generador de presión para inexuflar al sujeto de acuerdo con el parámetro objetivo para la inexuflación inducida por máquina.

El documento WO 2013/001398 A1 describe un aparato para ayudar a un paciente con el despeje de vías respiratorias. El aparato comprende: un componente de generación de flujo de gas estructurado para generar selectivamente un flujo de gas de insuflación de presión positiva y un flujo de gas de exuflación de presión negativa; un circuito del paciente que tiene un dispositivo de interfaz de paciente acoplado operativamente al componente de generación de flujo de gas; y un controlador acoplado operativamente al componente de generación de flujo de gas, el controlador que está estructurado para: (i) hacer que el componente de generación de flujo de gas proporcione el flujo de gas de insuflación de presión positiva al paciente a través del circuito del paciente durante una fase de insuflación, (ii) determinar que la fase de insuflación está completa, (iii) en respuesta a determinar que la fase de insuflación está completa, hacer que el circuito del paciente entre en un estado operativo en donde el paciente, cuando está acoplado al dispositivo de interfaz de paciente, estará en un estado espiratorio de espera en donde se evita que el paciente exhale, (iv) en respuesta a determinar que se ha cumplido una cierta condición, hacer que el circuito del paciente deje de estar en el estado de operación de manera que se termine el estado espiratorio de espera, y (v) después de la terminación del estado espiratorio de espera, hacer que el componente de generación de flujo de gas proporcione el flujo de gas de insuflación de presión negativa al paciente a través del circuito del paciente durante una fase de exsuflación.

Compendio

La presente invención proporciona un sistema biónico inteligente para expectorar esputo como se define en las reivindicaciones adjuntas.

(I) Problema técnico a ser resuelto

Con el objetivo de resolver los defectos existentes en la técnica anterior, la presente descripción proporciona en las realizaciones un sistema biónico inteligente para expectorar esputo, mediante el cual se simula la tos humana en términos tanto de movimiento de flujo de aire como de movimiento de los músculos respiratorios de manera inteligente, para ayudar a un paciente a descargar secreciones en lo profundo del pulmón de manera segura y eficaz, menor morbilidad de neumonía asociada al ventilador y recuperación del músculo del diafragma, desconectándose por ello del ventilador antes de lo esperado.

(II) Solución técnica

En un aspecto, la presente descripción proporciona en las realizaciones un sistema biónico inteligente para expectorar esputo, que incluye:

un módulo de succión de presión negativa, configurado para generar un primer flujo de aire con una presión negativa para descargar gas del pulmón del paciente;

una unidad de conexión de paciente, configurada para permitir que el primer flujo de aire con la presión negativa y el segundo flujo de aire con presión positiva fluyan a través suyo, y configurada para conectar el módulo de succión de presión negativa, un paciente y un módulo de ventilación de presión positiva que puede ser un ventilador;

un módulo de procesamiento central, conectado a la unidad de conexión de paciente; y

un módulo de sincronización de los músculos respiratorios, conectado al módulo de procesamiento central y configurado para permitir que un músculo respiratorio genere un cierto movimiento en coordinación con el primer flujo de aire y el segundo flujo de aire, por medio de estimulación nerviosa o estimulación mecánica; en donde la unidad de conexión de paciente incluye un dispositivo de tres vías, un conector de recogida de esputo y una copa de recogida de esputo,

el dispositivo de tres vías comprende una primera válvula configurada para bloquear selectivamente el flujo de aire desde el módulo de ventilación de presión positiva hasta el módulo de conexión de paciente, y

una segunda válvula está dispuesta entre el dispositivo de tres vías y el módulo de succión de presión negativa y configurada para bloquear selectivamente el flujo de aire desde el módulo de conexión de paciente hasta el módulo de succión de presión negativa; y en donde el dispositivo de tres vías está conectado a la copa de recogida de esputo a través del conector de recogida de esputo.

Además, cuando el módulo de ventilación de presión positiva está funcionando, el módulo de procesamiento central está configurado para abrir la primera válvula y cerrar la segunda válvula, y controla el módulo de sincronización de los músculos respiratorios para generar un movimiento muscular de inhalación, es decir, la contracción del músculo del diafragma.

Además, cuando el módulo de succión de presión negativa está funcionando, el módulo de procesamiento central está configurado para abrir la segunda válvula y cerrar la primera válvula, y controlar el módulo de sincronización de los músculos respiratorios para generar un movimiento muscular de tos, es decir, contracción de los músculos abdominales.

Además, el sistema biónico inteligente para expectorar esputo incluye además un módulo sensor y un módulo de visualización, ambos conectados al módulo de procesamiento central.

Además, un primer punto de detección de presión del módulo sensor está situado en una pared lateral de una primera rama del dispositivo de tres vías conectado directamente al módulo de ventilación de presión positiva, un segundo punto de detección de presión y un tercer punto de detección de presión del módulo sensor están situados en una pared lateral de una segunda rama del dispositivo de tres vías directamente conectado al paciente, una distancia entre el segundo punto de detección de presión y el paciente es mayor que la de entre el tercer punto de detección de presión y el paciente.

Además, el módulo de procesamiento central está configurado para determinar si la primera válvula está cerrada en base a los valores de presión detectados en el primer punto de detección de presión y el tercer punto de detección de presión.

Además, el módulo de procesamiento central determina que la primera válvula se cierra cuando una diferencia de presión detectada entre el primer punto de detección de presión y el tercer punto de detección de presión está más allá de un valor umbral. Como prevención de seguridad, se activa una alarma si la primera válvula no se abre cuando se inhala.

Además, el módulo de procesamiento central está configurado para calcular un caudal y una dirección del flujo de aire respirado por el paciente en base a una diferencia de presión detectada entre el segundo punto de detección de presión y el tercer punto de detección de presión.

Además, el módulo de procesamiento central está configurado para determinar si el paciente termina de inhalar y exhalar en base al caudal y la dirección detectada en tres puntos de detección de presión, para cambiar entre inhalar y exhalar a tiempo.

Además, el módulo de ventilación de presión positiva es un ventilador y su tubería.

Además, el módulo de succión de presión negativa es una fuente de presión negativa tal como un turboventilador y su tubería.

Además, la primera válvula es una válvula de diafragma neumática.

Además, la segunda válvula es una válvula de conmutación controlada eléctricamente.

Además, el primer flujo de aire con presión negativa es de un caudal permitido por el módulo de succión de presión negativa de 14 L/minuto a 800 L/minuto.

Además, la estimulación nerviosa es por medio de estimulación eléctrica o estimulación magnética.

Además, la estimulación eléctrica se ejecuta mediante un par de electrodos de tratamiento que actúan sobre ambos lados de los nervios frénicos y un par de electrodos de referencia que actúan sobre una superficie del músculo pectoral mayor.

Además, la estimulación magnética se ejecuta descargando de un condensador almacenado con energía eléctrica para estimular bobinas de manera que se genere una corriente de pulso.

Además, la estimulación mecánica se ejecuta mediante diferentes empujones que actúan sobre los músculos respiratorios con un brazo mecánico, en corporación con la inhalación y la exhalación, en donde los diferentes empujones se generan a la luz de una señal de control del módulo de procesamiento central.

También se describe un dispositivo de tres vías que tiene la función de abrir y cerrar las vías respiratorias. El dispositivo de tres vías incluye una primera parte 2-1, una segunda parte 2-2, una tapa de presión 2-3, una válvula de diafragma 2-4, una resistencia de aire 2-5. La primera parte 2-1 incluye un segundo extremo 2-11 para conectar un módulo de ventilación de presión positiva, un primer extremo 2-12 para conectar un módulo de succión de presión negativa, un primer punto de detección de presión 2-13 y un surco 2-14. Específicamente, el primer punto de detección de presión 2-13 está situado en una pared lateral del segundo extremo 2-11 para conectar el módulo de ventilación de presión positiva. El segundo extremo 2-11 para conectar el módulo de ventilación de presión positiva y el primer extremo 2-12 para conectar el módulo de succión de presión negativa están situados a un lado de la primera parte 2-1, y el surco 2-14 está situado en el otro lado de la primera parte 2-1. La segunda parte 2-2 incluye un tercer extremo 2-21 para conectar un paciente, una rosca interna 2-22, un segundo punto de detección de presión 2-23 y un tercer punto de detección de presión 2-24, y un broche 2-25. Específicamente, el segundo punto de detección de presión 2-23 y el tercer punto de detección de presión 2-24 están situados en una pared lateral del tercer extremo 2-21 para conectar al paciente. Además, una distancia entre el segundo punto de detección de presión 2-23 y el broche 2-25 es más corta que la de entre el tercer punto de detección de presión 2-24 y el broche 2-25 y una distancia entre el segundo punto de detección de presión 2-23 y el paciente es mayor que la de entre el tercer punto de detección de presión 2 -24 y el paciente. La tapa de presión 2-3 que incluye una rosca externa 2-31 y un orificio de suministro de aire 2-32 está situada opuesta al segundo extremo 2-11 para conectar el módulo de ventilación de presión positiva. Además, el broche 2-25 de la segunda parte 2-2 se ajusta al surco 2-14, que no se limita en la presente memoria y también se pueden usar otras estructuras. La segunda parte 2-2 se atornilla a la tapa de presión 2-3 a través de la rosca interna 2-22 y la rosca externa 2-31. La válvula de diafragma 2-4 está dispuesta dentro de la segunda parte 2-2 y en una posición correspondiente a la tapa de presión 2-3. La resistencia de aire 2-5 está dispuesta en el tercer extremo para conectar al paciente, para cambiar la presión del flujo de aire que fluye a través de la resistencia de aire 2-5, facilitando por ello monitorizar el flujo de aire.

En caso de que el personal médico cometa un error cuando se conectan las tuberías, el primer punto de detección de presión 2-13, el segundo punto de detección de presión 2-23, el tercer punto de detección de presión 2-24 y un orificio de suministro de aire 2-32 están dotados con una estructura para evitar la conexión incorrecta. Por ejemplo, cuatro surcos o proyecciones distribuidos uniformemente se disponen alrededor del primer punto de detección de presión 2-13, tres surcos o proyecciones distribuidos uniformemente se disponen alrededor del segundo punto de detección de presión 2-23, y dos surcos o proyecciones distribuidos simétricamente se disponen alrededor del tercer punto de detección de presión 2-24. Ciertamente, las estructuras anteriores para evitar la conexión incorrecta son solamente ilustrativas y también se pueden usar otras estructuras.

De manera similar, la segunda parte 2-2, la primera parte 2-1 y la tapa de presión 2-3 también están dotadas con la estructura para evitar la conexión incorrecta, evitando por ello la operación incorrecta cuando se conectan las tuberías por el personal médico.

También se describe una válvula de conmutación controlada eléctricamente, que incluye:

un soporte 5,

un dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4, instalado en el soporte 5,

una cámara 1, también instalada en el soporte 5 y que incluye una tapa delantera 11 dotada con un orificio de succión 15; un cuerpo de cámara 12; y una tapa trasera 13 dotada con un orificio de desplazamiento 17, en donde la tapa delantera 11, el cuerpo de la cámara 12 y la tapa trasera 13 están fijados conectados entre sí mediante pernos;

la cámara 1 también está dotada con un orificio de aire de accionamiento 14 en una superficie lateral cerca de la tapa delantera 11 y un orificio al aire libre 16 en una superficie superior o lateral cerca de la tapa trasera 13; y la cámara 1 está dotada además con una arandela de sellado 18 a ambos lados del orificio de aire de accionamiento 14,

un conducto de aire 2, conectado al orificio de aire de accionamiento 14,

un conjunto de cambio de dirección 3, que incluye un resorte 39, un mandril 32 y un bloque deslizante de cambio de dirección 31, en donde

el resorte 39, situado en un escalón dentro de la cámara 1, se presiona contra la tapa delantera 11 de la cámara 1 en un extremo y está en contacto con el bloque deslizante de cambio de dirección 31 en el otro extremo;

el mandril 32 está conectado al bloque deslizante de cambio de dirección 31 a través del orificio de desplazamiento 17, y configurado para moverse a lo largo de un eje de la cámara 1 bajo un accionamiento del dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4;

el bloque deslizante de cambio de dirección 31, situado dentro de la cámara 1, está en un contacto de sellado con una pared interna de la cámara 1 en su periferia, y configurado para moverse de una manera alternativa lineal a lo largo del eje de la cámara 1 bajo los efectos alternativos del resorte 39 y el mandril 32,

en donde la válvula de conmutación, controlada por el sistema biónico inteligente para expectorar esputo, está configurada para controlar el flujo de aire generado por un soplador para que fluya.

Preferiblemente, la cámara 1 puede ser de un tipo desmontable.

Alternativamente, el conjunto de cambio de dirección 3 incluye el bloque deslizante de cambio de dirección 31, el mandril 32, un bloque de empuje 33, un rodillo 34, una leva 35, un sensor de desplazamiento 36, una plataforma giratoria de desplazamiento 37, una plataforma de soporte 38 y el resorte 39,

el dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4 es un motor eléctrico,

el bloque de empuje 33, colocado en la plataforma de soporte 38, está dotado con

un primer orificio de paso 331, situado en su superficie superior cerca de un cuarto extremo que tiene una abertura, a través del cual el bloque de empuje 33 se conecta al rodillo 34 que gira libremente con un pivote 332;

un segundo orificio de paso 333, situado en su superficie derecha de un quinto extremo opuesto al cuarto extremo, a través del cual el bloque de empuje 33 se conecta al mandril 32 de una manera enchufable; y

un orificio de rosca 334, situado en su superficie lateral cerca del quinto extremo, a través del cual el mandril 32 se fija al mismo mediante un perno 335,

la plataforma de soporte 38, fijada en el soporte 5, está configurada para soportar el bloque de empuje 33, la leva 35 está sujetada al dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4 en su parte inferior, para girar bajo un accionamiento del dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4; y sujetada a la plataforma giratoria de desplazamiento 37 en su parte superior para que gire con la misma, y

el sensor de desplazamiento 36, fijado en el soporte 5, está configurado para detectar la plataforma giratoria de desplazamiento 37, para determinar un rango de rotación del dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4. Además, el conjunto de cambio de dirección 3 incluye el bloque deslizante de cambio de dirección 31, el mandril 32, una leva 35, un sensor de desplazamiento 36, una plataforma giratoria de desplazamiento 37 y el resorte 39, el dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4 es un motor eléctrico;

la leva 35 está sujetada al dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4 en su parte inferior para girar bajo el accionamiento del dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4; y sujetada a la plataforma giratoria de desplazamiento 37 en su parte superior para girar con la misma,

el mandril 32 está en contacto directo con la leva 35, de manera que el mandril 32 se mueva a lo largo del eje de la cámara 1 bajo un accionamiento de la leva 35;

el sensor de desplazamiento 36, fijado en el soporte 5, está configurado para detectar la plataforma giratoria de desplazamiento 37, para determinar un rango de rotación del dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4. Preferiblemente, el conjunto de cambio de dirección 3 incluye el bloque deslizante de cambio de dirección 31, el mandril 32 y el resorte 39;

el dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4 es un electroimán; y

el mandril 32 está configurado para moverse a lo largo del eje de la cámara 1 bajo el empuje del electroimán.

(III) Efectos beneficiosos

En la presente descripción, el movimiento de los músculos respiratorios se combina con la inexuflación mecánica, para simular la tos humana de manera más inteligente, para ayudar a un paciente a expectorar secreciones en lo profundo del pulmón de manera más segura y eficaz, y ayudar a reducir el riesgo de sufrir neumonía asociada al ventilador para un paciente ventilado con un ventilador invasivo. El módulo de control central inicia la exhalación de presión negativa en el momento cuando está a punto de terminar la inhalación de presión positiva por el ventilador, lo que está de acuerdo con el movimiento de los músculos respiratorios, de modo que se logre la exhalación rápida del paciente que coopera con el movimiento adecuado de los músculos respiratorios al mismo tiempo, lo que realiza no solamente una inhalación profunda más eficaz y exhalación rápida, formando por ello una tos válida, logrando una mejor sincronización entre el paciente y el ventilador y reduciendo de este modo la asincronía pacienteventilador; sino que también permite que el músculo del diafragma esté más implicado en la ventilación mecánica, aliviando por ello de manera eficaz las lesiones relacionadas con la succión de presión negativa.

Además, el movimiento de los músculos respiratorios se introduce en la inexsuflación mecánica para expectorar esputo, para ayudar a un paciente que sufre una enfermedad grave a evitar, en la mayor medida posible, una lesión pulmonar inducida por ventilador mecánico (VILI) y una neumonía asociada al ventilador (VAP), y al mismo tiempo mejorar la función del músculo del diafragma, mantener la actividad del músculo del diafragma, prevenir la disfunción diafragmática inducida por el ventilador (VIDD) causada por el ventilador de manera eficaz, brindando de este modo una solución sin precedentes a estas tres complicaciones, que siempre dejan perplejo al médico de la ICU, de manera que el paciente pueda ser desconectado del ventilador antes de lo esperado. Además, es posible evitar el uso de medicamentos para VILI y VAP, reduciendo por ello la carga médica y los efectos secundarios para los pacientes.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es una vista esquemática que muestra un sistema biónico inteligente para expectorar esputo según una realización de la presente descripción;

La Fig. 2 es una vista esquemática que muestra un dispositivo de tres vías dotado con puntos de detección de presión según una realización de la presente descripción;

La Fig. 3 es una vista esquemática que muestra una válvula de conmutación configurada para abrir y cerrar una tubería según una realización de la presente descripción;

La Fig. 4 es una vista esquemática que muestra una cámara de una válvula de conmutación configurada para abrir y cerrar una tubería según una realización de la presente descripción;

La Fig. 5 es una vista en sección que muestra una cámara de una válvula de conmutación configurada para abrir y cerrar una tubería según una realización de la presente descripción;

La Fig. 6 es una vista esquemática que muestra un conjunto de cambio de dirección de una válvula de conmutación configurada para abrir y cerrar una tubería según una realización de la presente descripción;

La Fig. 7 es una vista esquemática que muestra una leva de una válvula de conmutación configurada para abrir y cerrar una tubería según una realización de la presente descripción;

La Fig. 8 es una vista esquemática que muestra un bloque de empuje de una válvula de conmutación configurada para abrir y cerrar una tubería según una realización de la presente descripción;

La Fig. 9 es una vista esquemática que muestra otra válvula de conmutación configurada para abrir y cerrar una tubería según una realización de la presente descripción;

La Fig. 10 es una vista esquemática que muestra el estado de operación de una válvula de conmutación configurada para abrir y cerrar una tubería según una realización de la presente descripción;

La Fig. 11 es una vista esquemática que muestra un estado de operación de una válvula de conmutación configurada para abrir y cerrar una tubería según una realización de la presente descripción;

La Fig. 12 es una vista esquemática que muestra un estado de operación de una válvula de conmutación configurada para abrir y cerrar una tubería según una realización de la presente descripción;

La Fig. 13 es una vista esquemática que muestra un estado de operación de una válvula de conmutación configurada para abrir y cerrar una tubería según una realización de la presente descripción;

La Fig. 14 es una vista esquemática que muestra un estado de operación de una válvula de conmutación configurada para abrir y cerrar una tubería según una realización de la presente descripción;

La Fig. 15 es una vista esquemática que muestra una unidad de conexión de paciente conectada a ninguno de los otros componentes según una realización de la presente descripción; y

La Fig. 16 es una vista esquemática que muestra una unidad de conexión de paciente conectada a otros componentes según una realización de la presente descripción.

Números de referencia: 1: cámara; 2: conducto de aire; 3: conjunto de cambio de dirección; 4: motor eléctrico; 5: soporte; 11: tapa delantera; 12: cuerpo de cámara; 13: tapa trasera; 14: orificio de aire de accionamiento; 15: orificio de succión; 16: orificio al aire libre; 17: orificio de desplazamiento; 18: arandela de sellado; 31: bloque deslizante de cambio de dirección; 32: mandril; 33: bloque de empuje; 34: rodillo; 35: leva; 36: sensor de desplazamiento; 37: plataforma giratoria de desplazamiento; 38: plataforma de soporte; 39: resorte; 331: primer orificio de paso; 332: pivote; 333: segundo orificio de paso; 334: orificio de rosca; 335: perno; 151: dispositivo de tres vías; 152: conector de recogida de esputo; 153: copa de recogida de esputo; primera parte del dispositivo de tres vías: 2-1; segunda parte del dispositivo de tres vías: 2-2; tapa de presión: 2-3; válvula de diafragma: 2-4; resistencia de aire: 2-5; segundo extremo para conectar el módulo de ventilación de presión positiva: 2-11; primer extremo para conectar el módulo de succión de presión negativa: 2-12; punto de detección de presión: 2-13; surco: 2-14; tercer extremo para conectar al paciente: 2-21; rosca interna: 2-22; segundo punto de detección de presión: 2-23; tercer punto de detección de presión: 2-24; broche: 2-25; rosca externa: 2-31; orificio de suministro de aire: 2-32.

Descripción detallada

Con referencia a los dibujos, un sistema biónico inteligente para expectorar esputo de la presente descripción se describe en detalle de la siguiente manera.

En un aspecto, la presente descripción proporciona en las realizaciones un sistema biónico inteligente para expectorar esputo como se muestra en la Fig. 1, que incluye: un módulo de ventilación de presión positiva, un módulo de succión de presión negativa, un módulo de conexión de paciente, un módulo de procesamiento central, un módulo de visualización, un módulo sensor y un módulo de sincronización de los músculos respiratorios, en el que el módulo de ventilación de presión positiva está configurado para generar un segundo flujo de aire con una presión positiva, y puede ser un ventilador; el módulo de succión de presión negativa está configurado para generar un primer flujo de aire con una presión negativa; la unidad de conexión de paciente permite que fluya a través suyo el segundo flujo de aire con la presión positiva y el primer flujo de aire con la presión negativa; el módulo de ventilación de presión positiva y el módulo de succión de presión negativa se pueden conectar a un paciente a través de la unidad de conexión de paciente y la unidad de conexión de paciente puede incluir un dispositivo de tres vías. El dispositivo de tres vías incluye una primera válvula que bloquea selectivamente el flujo de aire desde el módulo de ventilación de presión positiva al módulo de conexión de paciente, y una segunda válvula está dispuesta entre el dispositivo de tres vías y el módulo de succión de presión negativa y bloquea selectivamente el flujo de aire de la unidad de conexión de paciente al módulo de succión de presión negativa. Preferiblemente, la primera válvula puede ser una válvula de diafragma neumática.

Los siguientes pasos se pueden realizar por el módulo de procesamiento central en base a los resultados realimentados desde el módulo sensor: abrir o cerrar selectivamente la primera válvula para permitir o detener el segundo flujo de aire con la presión positiva del ventilador para inflar el pulmón del paciente; abrir o cerrar selectivamente la segunda válvula para permitir o detener el primer flujo de aire con la presión negativa para desinflar el pulmón del paciente; y controlar el módulo de sincronización de los músculos respiratorios para generar movimiento muscular cuando se inhala o exhala.

El módulo de sincronización de los músculos respiratorios puede lograr hacer de marcapasos del músculo del diafragma por medio de estimulación nerviosa o estimulación mecánica, para permitir que los músculos respiratorios se muevan. La estimulación nerviosa incluye estimulación eléctrica y estimulación magnética. Específicamente, una señal de estimulación se genera por un pulso de onda cuadrada de un microordenador de un solo chip y a continuación formada y ampliada. Un dispositivo de estimulación eléctrica incluye dos pares de electrodos, un par son electrodos de tratamiento que actúan sobre ambos lados de los nervios frénicos de un paciente y el otro par son electrodos de referencia que actúan sobre una superficie del músculo pectoral mayor del paciente. El dispositivo de simulación magnética incluye un condensador de carga y una bobina de estimulación. El condensador almacenado con energía eléctrica se descarga a la bobina de estimulación de manera que se genere una corriente de pulso para estimular el cuerpo humano. La estimulación mecánica se ejecuta por dos brazos mecánicos que actúan sobre el músculo del diafragma y los músculos abdominales respectivamente y las acciones de empuje correspondientes de los brazos mecánicos se generan a la luz de una señal de control del módulo de procesamiento central.

Un módulo sensor sensible asegura al sistema un sistema de alarma eficaz. Si se determina que una válvula no se mueve como se espera en una cierta etapa de respiración, se genera, de este modo, un nivel de alarma más alto y otros problemas pueden causar un nivel de alarma más bajo.

Como se muestra en las Figs. 15 y 16, la unidad de conexión de paciente incluye un dispositivo de tres vías 151, un conector de recogida de esputo 152 y una copa de recogida de esputo 153. El dispositivo de tres vías 151 está dotado con tres puntos de detección de presión, conectados a tres sensores de presión en el módulo sensor, respectivamente. Específicamente, dos de los tres puntos de detección de presión se pueden configurar para calcular el caudal en presión, de modo que los tres sensores de presión puedan monitorizar la respiración del paciente de una manera en tiempo real.

Con referencia a la Fig. 2, se hace una descripción detallada de la estructura del dispositivo de tres vías y la disposición de los tres puntos de detección de presión.

Como se muestra en la Fig. 2, el dispositivo de tres vías incluye una primera parte 2-1, una segunda parte 2-2, una tapa de presión 2-3, una válvula de diafragma 2-4, una resistencia de aire 2-5. La primera parte 2-1 incluye un segundo extremo 2-11 para conectar un módulo de ventilación de presión positiva, un primer extremo 2-12 para conectar un módulo de succión de presión negativa, un primer punto de detección de presión 2-13 y un surco 2-14. El primer punto de detección de presión 2-13 está situado en una pared lateral de una primera rama de la primera parte 2-1 que conecta directamente con el segundo extremo 2-11 para conectar el módulo de ventilación de presión positiva. La segunda parte 2-2 incluye un tercer extremo 2-21 para conectar a un paciente, una rosca interna 2-22, un segundo punto de detección de presión 2-23, un tercer punto de detección de presión 2-24 y un broche 2-25. El segundo punto de detección de presión 2-23 y el tercer punto de detección de presión 2-24 están situados en una pared lateral de una segunda rama de la segunda parte 2-2 que conecta directamente con el paciente, y una distancia entre el segundo punto de detección de presión 2-23 y el paciente es diferente de la que hay entre el tercer punto de detección de presión 2-24 y el paciente. El segundo punto de detección de presión 2-23, el tercer punto de detección de presión 2-24 y un orificio de suministro de aire 2-32 están dotados con una estructura para evitar una conexión incorrecta, evitando por ello la operación incorrecta cuando se conectan las tuberías por el personal médico. El broche 2-25 se encaja en el surco 2-14 de la primera parte 2-1, mejorando de este modo la impermeabilidad al aire del dispositivo. El primer punto de detección de presión 2-13 introduce el flujo de aire bajo detección a un primer sensor de presión, para monitorizar la presión de aire en el segundo extremo 2-11 para conectar el módulo de ventilación de presión positiva de una manera en tiempo real. El tercer punto de detección de presión 2-24 introduce el flujo de aire bajo detección a un segundo sensor de presión, para monitorizar la presión de aire en el tercer extremo 2-21 para conectar al paciente de una manera en tiempo real. Se puede determinar si la válvula de diafragma 2-4 está cerrada a través de la cooperación entre el primer punto de detección de presión 2-13 y el tercer punto de detección de presión 2-24. Se determina que la válvula de diafragma 2-4 está cerrada cuando una diferencia de presión detectada entre el primer punto de detección de presión 2-13 y el tercer punto de detección de presión 2-24 está más allá de un valor umbral. El segundo punto de detección de presión 2-23 y el tercer punto de detección de presión 2-24 introducen el flujo de aire bajo detección a un sensor diferencial, que coopera con la resistencia de aire 5 para monitorizar el caudal y la dirección del aire que fluye a través del tercer extremo 2-21 para conectar al paciente de una manera en tiempo real. Se puede obtener una diferencia de presión a partir de las presiones detectadas desde el segundo punto de detección de presión 2-23 y el tercer punto de detección de presión 2-24, y el caudal y la dirección del aire se pueden calcular considerando la forma de la resistencia de aire 5.

La primera válvula incluye un diafragma neumático, que se coloca de forma plana en una cámara interna de una primera rama del dispositivo de tres vías cuando no está ampliada; y se hincha para bloquearse dentro de la cámara interna de la primera rama cuando se amplía. Cuando se abre la primera válvula, el flujo de aire se transfiere del ventilador al pulmón del paciente a una presión positiva y, al mismo tiempo, la segunda válvula se cierra para evitar que el pulmón del paciente se exponga a la presión negativa. Cuando se abre la segunda válvula, el pulmón del paciente se expone a la presión negativa (un caudal de presión negativa permitido es de 14 L/minuto a 800 L/minuto) y, al mismo tiempo, la primera válvula se cierra para evitar que el ventilador se exponga a la presión negativa.

La característica principal del sistema es capaz de ayudar mecánicamente a un paciente en la inhalación y exhalación (tos) junto con un movimiento síncrono de los músculos respiratorios. El movimiento muscular durante la tos se refiere a la expansión y contracción rítmica del tórax causada por la contracción y relajación de los músculos respiratorios. El músculo principal de inhalación incluye el músculo intercostal externo del músculo del diafragma, el músculo principal de exhalación incluye el músculo intercostal interno y los músculos abdominales, y el músculo que ayuda a la inhalación incluye el músculo escaleno y el esternocleidomastoideo, que juegan una función solamente con la inhalación forzada. El músculo del diafragma se contrae principalmente cuando se inhala; mientras que los músculos abdominales y el músculo intercostal interno principalmente se contraen cuando se tose. Tras iniciar la tos, durante la etapa de inhalación, en el momento en que se abre la primera válvula y se cierra la segunda válvula, el módulo de sincronización de los músculos respiratorios puede generar una acción de contracción del músculo del diafragma, de manera que el paciente inhale más lo suficiente, preparándose para una tos válida. Cuando se determina que el paciente termina la inhalación detectada por los puntos de detección de presión, se abre la segunda válvula y se cierra la primera válvula, el módulo de sincronización de los músculos respiratorios puede generar una acción de contracción de los músculos abdominales, simulando de este modo la tos en términos de flujo de aire y movimiento muscular, de modo que se logre un mejor efecto de descarga de secreciones desde el pulmón. Cuando se determina que el paciente termina de exhalar por los puntos de detección de presión, la segunda válvula se cierra y la primera válvula se abre, para iniciar un nuevo ciclo de respiración.

En un aspecto adicional, la presente descripción proporciona en las realizaciones una válvula de conmutación controlada electrónicamente, configurada para abrir y cerrar tuberías. En lo sucesivo se hará referencia en detalle a la válvula de conmutación controlada electrónicamente en las realizaciones ejemplares junto con las figuras.

En una primera realización, como se muestra en la Fig. 3, la válvula de conmutación controlada electrónicamente con la función de abrir y cerrar la tubería según la presente descripción incluye una cámara 1, un conducto de aire 2, un conjunto de cambio de dirección 3, un dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4 y un soporte 5. La válvula de conmutación se controla por el sistema, y configura para controlar el flujo de aire generado por un soplador para que fluya, de manera que el paciente no se exponga a la presión del aire si el vial de conmutación está cerrado, y se evitará que el paciente sufra ninguna lesión causada por el flujo de aire que fluye rápidamente entre el dispositivo relacionado y cuerpo del paciente cuando se expone a la presión de aire si se abre el vial de conmutación.

Como se muestra en las Figs. 4 y 5, una cámara 1 incluye una tapa delantera 11 dotada con un orificio de succión 15, un cuerpo de cámara 12 y una tapa trasera 13 dotada con un orificio de desplazamiento 17, en el que la cámara 1, el cuerpo de cámara 12 y la tapa trasera 13 están sujetos conectados entre sí mediante pernos; la cámara 1 también está dotada con un orificio de aire de accionamiento 14 en una superficie lateral cerca de la tapa delantera 11 y un orificio al aire libre 16 en una superficie superior o lateral cerca de la tapa trasera 13; y la cámara 1 está además dotada con una arandela de sellado 18 a ambos lados del orificio de aire de accionamiento 14. Un conducto de aire 2 se conecta al orificio de aire de accionamiento 14. Un conjunto de cambio de dirección 3 incluye un resorte 39, un mandril 32 y un bloque deslizante de cambio de dirección 31, en el que el resorte 39, situado en un escalón dentro de la cámara 1, se presiona contra la tapa delantera 11 de la cámara 1 en un extremo y está en contacto con el bloque deslizante de cambio de dirección 31 en el otro extremo; el mandril 32 se conecta al bloque deslizante de cambio de dirección 31 a través del orificio de desplazamiento 17, y configurado para moverse a lo largo de un eje de la cámara 1 accionado por el dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4; el bloque deslizante de cambio de dirección 31, situado dentro de la cámara 1, está en un contacto de sellado con una pared interna de la cámara 1 en su periferia, y configurado para moverse de una manera alternativa lineal a lo largo del eje de la cámara 1 bajo los efectos alternativos del resorte 39 y el mandril 32. La cámara 1 y el dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4 están instalados en el soporte 5.

Preferiblemente, la cámara 1 es de un tipo desmontable.

En una segunda realización, como se muestra en la Fig. 3, la válvula de conmutación con la función de abrir y cerrar una tubería según la presente descripción se puede controlar por el sistema, y configurar para controlar el flujo de aire con la presión de aire generada por el soplador para que fluya, de manera que el paciente no esté expuesto a la presión de aire si el vial de conmutación está cerrado, y se evitará que el paciente sufra ninguna lesión causada por el flujo de aire que fluye rápidamente entre el dispositivo relacionado y el cuerpo del paciente cuando se expone a la presión de aire si se abre el vial de conmutación.

Como se muestra en las Figs. 4 y 5, una cámara 1 incluye una tapa delantera 11 dotada con un orificio de aspiración 15, un cuerpo de cámara 12 y una tapa trasera 13 dotada con un orificio de desplazamiento 17, en los que la cámara 1, el cuerpo de cámara 12 y la tapa trasera 13 se sujetan conectados entre sí por pernos; la cámara 1 también está dotada con un orificio de aire de accionamiento 14 en una superficie lateral cerca de la tapa delantera 11 y un orificio al aire libre 16 en la superficie superior o lateral cerca de la tapa trasera 13; y la cámara 1 está dotada además con una arandela de sellado 18 a ambos lados del orificio de aire de accionamiento 14. Un conducto de aire 2 está conectado al orificio de aire de accionamiento 14.

Como se muestra en la Fig. 6, el conjunto de cambio de dirección 3 incluye el bloque deslizante de cambio de dirección 31, el mandril 32, un bloque de empuje 33, un rodillo 34, una leva 35, un sensor de desplazamiento 36, una plataforma giratoria de desplazamiento 37, una plataforma de soporte 38 y el resorte 39. El mandril 32 está conectado al bloque deslizante de cambio de dirección 31 a través del orificio de desplazamiento 17 y configurado para moverse a lo largo de un eje de la cámara 1 accionado por el dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4. El bloque deslizante de cambio de dirección 31 situado dentro de la cámara 1 está en un contacto de sellado con una pared interna de la cámara 1 en su periferia, y configurado para moverse de una manera alternativa lineal a lo largo del eje de la cámara 1 bajo los efectos alternativos del resorte 39 y el mandril 32.

Como se muestra en la Fig. 7, la leva 35 está sujeta al dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4 en su parte inferior, para que gire debajo del dispositivo de accionamiento de energía 4, y sujeta a la plataforma giratoria de desplazamiento 37 en su parte superior para que gire con la misma.

Como se muestra en la Fig. 8, el bloque de empuje 33 colocado en la plataforma de soporte 38 está dotado con un primer orificio de paso 331, situado en su superficie superior cerca de un cuarto extremo que tiene una abertura, a través del cual el bloque de empuje 33 se conecta a un el rodillo 34 que gira libremente con un pivote 332; un segundo orificio de paso 333, situado en su superficie derecha de un quinto extremo opuesto al cuarto extremo, a través del cual el bloque de empuje 33 se conecta al mandril 32 en una manera enchufable; y un orificio de rosca 334, situado en su superficie delantera cerca del quinto extremo, a través del cual el mandril 32 se fija al mismo mediante un perno 335. La plataforma de soporte 38, fijada en el soporte 5, está configurada para soportar el bloque de empuje 33. El sensor de desplazamiento 36, fijado al soporte 5, está configurado para detectar la plataforma giratoria de desplazamiento 37, para determinar un rango de rotación del dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4. El resorte 39, situado en un escalón dentro de la cámara 1, se presiona contra la tapa delantera 11 de la cámara 1 en un extremo y está en contacto con el bloque deslizante de cambio de dirección 31 en el otro extremo. El dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4 es un motor eléctrico. La cámara 1 y el dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4 se instalan en el soporte 5.

Preferiblemente, la cámara 1 es de un tipo desmontable.

En una tercera realización, como se muestra en las Figs. 4 y 5, una cámara 1 incluye una tapa delantera 11 dotada con un orificio de succión 15, un cuerpo de cámara 12 y una tapa trasera 13 dotada con un orificio de desplazamiento 17, en el que la cámara 1, el cuerpo de cámara 12 y la tapa trasera 13 están sujetos conectados entre sí mediante pernos; la cámara 1 también está dotada con un orificio de aire de accionamiento 14 en una superficie lateral cerca de la tapa delantera 11 y un orificio al aire libre 16 en una superficie superior o lateral cerca de la tapa trasera 13; y la cámara 1 está dotada además con una arandela de sellado 18 a ambos lados del orificio de aire de accionamiento 14. Un conducto de aire 2 se conecta al orificio de aire de accionamiento 14. El conjunto de cambio de dirección 3 incluye el bloque deslizante de cambio de dirección 31, el mandril 32, una leva 35, un sensor de desplazamiento 36, una plataforma giratoria de desplazamiento 37 y el resorte 39. El bloque deslizante de cambio de dirección 31, situado dentro de la cámara 1, está en un contacto de sellado con una pared interna de la cámara 1 en su periferia, y configurado para moverse de una manera alternativa lineal a lo largo del eje de la cámara I bajo los efectos alternativos del resorte 39 y el mandril 32. El mandril 32 se conecta al bloque deslizante de cambio de dirección 31 a través del orificio de desplazamiento 17, y está en contacto directo con la leva 35, de manera que el mandril 32 se mueva a lo largo del eje de la cámara 1 accionada por la leva 35. La leva 35 está sujeta al dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4 en su parte inferior para girar debajo del dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4; y sujetado a la plataforma giratoria de desplazamiento 37 en su parte superior para girar con la misma. El sensor de desplazamiento 36, fijado al soporte 5, está configurado para detectar la plataforma giratoria de desplazamiento 37, para determinar un rango de rotación del dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4. El resorte 39, situado en un escalón dentro de la cámara 1, se presiona contra la tapa delantera I I de la cámara 1 en un extremo y está en contacto con el bloque deslizante de cambio de dirección 31 en el otro extremo. El dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4 es un motor eléctrico. La cámara 1 y el dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4 están instalados en el soporte 5.

Preferiblemente, la cámara 1 es de un tipo desmontable.

En una cuarta realización, como se muestra en la Fig. 14, el conjunto de cambio de dirección 3 incluye el bloque deslizante de cambio de dirección 31, el mandril 32 y el resorte 39. El resorte 39, situado en un escalón dentro de la cámara 1, se presiona contra la tapa delantera 11 de la cámara 1 en un extremo y está en contacto con el bloque deslizante de cambio de dirección 31 en el otro extremo. El mandril 32 está conectado al bloque deslizante de cambio de dirección 31 a través del orificio de desplazamiento 17, y configurado para moverse a lo largo de un eje de la cámara 1 empujado por el electroimán. El bloque deslizante de cambio de dirección 31, situado dentro de la cámara 1, está en un contacto de sellado con una pared interna de la cámara 1 en su periferia, y configurado para moverse de una manera alternativa lineal a lo largo del eje de la cámara 1 bajo los efectos alternativos del resorte 39 y el mandril 32. El dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4 es un electroimán. La cámara 1 y el dispositivo de accionamiento de energía eléctrica 4 están instalados en el soporte 5.

Preferiblemente, la cámara 1 es de un tipo desmontable.

En una quinta realización, un método para operar una válvula de conmutación configurada para abrir y cerrar una tubería según la presente descripción incluye los siguientes pasos. Como se muestra en la Fig. 10, en el caso de que la válvula esté en un estado inicial, el bloque deslizante de cambio de dirección 31 dentro de la cámara 1 se presiona contra la arandela de sellado 18 cerca del orificio al aire libre 16 bajo una fuerza elástica del resorte 39 y en un estado estacionario. El resorte 39 situado entre el orificio de succión 15 y el bloque deslizante de cambio de dirección 31 está en un estado ligeramente comprimido. Como se muestra en la Fig. 11, tan pronto como se recibe una señal de presión de aire de generación previa enviada desde el sistema, el motor eléctrico 4 acciona la leva 35 para que gire en el sentido de las agujas del reloj, el bloque de empuje 33 acciona el mandril 32 para moverse hacia un extremo delantero de la cámara 1 bajo el efecto de rotación de la leva 35 y el rodillo 34, de manera que el mandril 32 empuje el bloque deslizante de cambio de dirección 31 para que se mueva a lo largo de la dirección del eje de la cámara hacia un extremo delantero del mismo, y el bloque deslizante de cambio de dirección 31 se presiona contra la arandela de sellado 18 cerca del orificio de succión 15, de modo que el interior de la cámara 1 se separe del exterior del orificio de succión 15, entonces en este momento el resorte 39 está en un estado comprimido. El bloque deslizante de cambio de dirección 31 se mantiene temporalmente en un estado estacionario en tal posición controlado por el sensor de desplazamiento 36. En este momento, solamente el orificio de aire de accionamiento 14 se comunica con el orificio al aire libre 16, y el flujo de aire fluye hacia el orificio de aire de accionamiento 14 desde el orificio al aire libre 16, para formar una presión de aire generada previamente dentro de la cámara 1. Como se muestra en la Fig. 12, tan pronto como se reciba una señal de succión enviada desde el sistema, el motor eléctrico 4 acciona la leva 35 para moverse en sentido contrario a las agujas del reloj de vuelta al estado inicial en cooperación con el sensor de desplazamiento 36, de manera que el bloque deslizante de cambio de dirección 31, el mandril 32 y el bloque de empuje 33 se rebotan hacia un extremo trasero de la cámara bajo la fuerza elástica del resorte 39 hasta que un extremo derecho del bloque deslizante de cambio de dirección 31 se presiona contra la arandela de sellado 18 cerca del orificio al aire libre 16, para separar el orificio al aire libre 16 de la cámara 1. En este momento, la cámara 1 se comunica con el orificio de succión 15, y el flujo de aire se mete dentro del orificio de aire de accionamiento 14 desde el orificio de succión 15 bajo el efecto de la presión de aire generada previamente. Los procesos anteriores se pueden repetir para tiempos personalizados según se requiera.

En una sexta realización, otro método para operar una válvula de conmutación configurada para abrir y cerrar una tubería según la presente descripción incluye los siguientes pasos. En el caso de que la válvula esté en un estado inicial, el bloque deslizante de cambio de dirección 31 dentro de la cámara 1 se presiona contra la arandela de sellado 18 cerca del orificio al aire libre 16 bajo una fuerza elástica del resorte 39 y está en un estado estacionario. Como se muestra en la Fig. 13, tan pronto como se recibe una señal de presión de aire de generación previa enviada desde el sistema, el motor eléctrico acciona la leva 35 para que gire en el sentido de las agujas del reloj, de manera que la leva 35 empuje el mandril 32 (directamente conectado a la leva 35) para moverse hacia un extremo delantero de la cámara 1 bajo un efecto de rotación de la leva 35, para empujar aún más el bloque deslizante de cambio de dirección 31 para moverse a lo largo de la dirección del eje de la cámara 1 hacia un extremo delantero de la misma, para presionar contra la arandela de sellado 18 cerca del orificio de succión 15, de modo que el interior de la cámara 1 se separe del exterior del orificio de succión 15, en este momento el resorte 39 está en un estado comprimido. El bloque deslizante de cambio de dirección 31 se mantiene temporalmente en un estado estacionario en tal posición controlada por el sensor de desplazamiento 36. En este momento, solamente el orificio de aire de accionamiento 14 se comunica con el orificio al aire libre 16, y el flujo de aire entra en el orificio de aire de accionamiento 14 desde el orificio al aire libre 16, para formar una presión de aire generada previamente en la cámara 1. Tan pronto como se reciba una señal de succión enviada desde el sistema, el motor eléctrico acciona la leva 35 para moverse en sentido contrario a las agujas del reloj de vuelta al estado inicial en cooperación con el sensor de desplazamiento 36, de manera que el bloque deslizante de cambio de dirección 31 y el mandril 32 se reboten hacia un extremo trasero de la cámara bajo la fuerza elástica del resorte 39 hasta que un extremo derecho del bloque deslizante de cambio de dirección 31 se presiona contra la arandela de sellado 18 cerca del orificio al aire libre 16, para separar el orificio al aire libre 16 de la cámara 1. En este momento, la cámara 1 se comunica con el orificio de succión 15, y el flujo de aire se mete dentro del orificio de aire de accionamiento 14 desde el orificio de succión 15 bajo el efecto de la presión de aire generada previamente. Los procesos anteriores se pueden repetir para tiempos personalizados según se requiera.

En una séptima realización, un método adicional para operar una válvula de conmutación configurada para abrir y cerrar una tubería según la presente descripción incluye los siguientes pasos. En el caso de que la válvula esté en un estado inicial, el bloque deslizante de cambio de dirección 31 dentro de la cámara 1 se presiona contra la arandela de sellado 18 cerca del orificio al aire libre 16 bajo una fuerza elástica del resorte 39 y en estado estacionario. El resorte 39 situado entre el orificio de succión 15 y el bloque deslizante de cambio de dirección 31 está en un estado ligeramente comprimido. Como se muestra en la Fig. 14, tan pronto como se carga, un electroimán empuja el mandril 32 para moverse hacia un extremo delantero de la cámara 1, para empujar aún más el bloque deslizante de cambio de dirección 31 para moverse a lo largo de una dirección de eje de la cámara 1 a un extremo delantero de la misma para presionar contra la arandela de sellado 18 cerca del orificio de succión 15, de modo que el bloque deslizante de cambio de dirección 31 se mantenga temporalmente en un estado estacionario en tal posición, entonces en este momento el resorte 39 está en un estado comprimido, el interior de la cámara 1 está separado del exterior del orificio de succión 15, solamente el orificio de aire de accionamiento 14 se comunica con el orificio al aire libre 16, y el flujo de aire se mete dentro del orificio de aire de accionamiento 14 desde el orificio al aire libre 16, para formar una presión de aire generada previamente en la cámara 1. Tan pronto como se corta el electroimán, el bloque deslizante de cambio de dirección 31 y el mandril 32 se rebotan hacia un extremo trasero de la cámara 1 bajo la fuerza elástica del resorte 39 hasta que un extremo derecho del bloque deslizante de cambio de dirección 31 se presiona contra la arandela de sellado 18 cerca del orificio al aire libre 16, para separar el orificio al aire libre 16 de la cámara 1. En este momento, la cámara 1 se comunica con el orificio de succión 15, y el flujo de aire se mete dentro del orificio de aire de accionamiento 14 desde el orificio de succión 15 bajo el efecto de la presión de aire generada previamente. Los procesos anteriores se pueden repetir para tiempos personalizados según se requiera.

En conclusión, la válvula de conmutación tiene las características técnicas descritas anteriormente adecuadas para el campo del intercambio de gases respiratorios. La válvula de conmutación de las vías respiratorias puede cooperar con un dispositivo de respiración para intercambiar el flujo de aire de manera constante y eficaz para ayudar a un paciente en la inhalación y exhalación y ayudar a un paciente a descargar secreciones fuera de las vías respiratorias, siendo adecuada de este modo para un uso conjunto con equipos médicos tales como un ventilador y siendo ampliamente usada en otros campos relacionados. Por lo tanto, se podría esperar que se pueda fomentar el uso de la aplicación de la presente descripción, obteniendo de este modo beneficios en múltiples aspectos tales como la economía y la salud al mismo tiempo.

La presente descripción proporciona un sistema biónico inteligente para expectorar esputo, configurado para descargar secreciones del pulmón del paciente mediante ventilación mecánica. El flujo de aire se inhala a una presión positiva proporcionada por un ventilador, y los músculos respiratorios realizan un movimiento de inhalación bajo un efecto de estimulación eléctrica o magnética o estimulación mecánica. Cuando la presión intrapulmonar alcanza un cierto valor umbral, el flujo de aire se convierte en inhalación de presión negativa, y en el momento de exhalar el flujo de aire de manera rápida y breve, los músculos respiratorios realizan un movimiento de exhalación rápido y breve bajo el efecto de una estimulación eléctrica o magnética o estimulación mecánica. Durante todo el proceso de respiración, el movimiento de los músculos respiratorios está sincronizado con la inhalación y la exhalación.

Para un paciente ventilado mecánicamente, en el momento de simular la exhalación introduciendo la succión de presión negativa, el módulo de sincronización de los músculos respiratorios se inicia al mismo tiempo, para facilitar que el músculo del diafragma se contraiga o se relaje, aumentando de este modo la actividad del músculo del diafragma, mejorando la fuerza del músculo del diafragma, mejorando los movimientos de tos y expectoración, aumentando el volumen de ventilación, mejorando el efecto de oxigenación, mejorando función del movimiento ciliar en el tracto respiratorio y facilitando la descarga de secreciones.

Aunque anteriormente se han descrito realizaciones explicativas, se apreciará por los expertos en la técnica que se pueden hacer enmiendas y modificaciones sin apartarse de los principios de la presente descripción, que también se consideran en el alcance de la presente descripción. El alcance de la presente invención está definido por las siguientes reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema biónico inteligente para expectorar esputo, que comprende:

- un módulo de succión de presión negativa configurado para generar un primer flujo de aire con una presión negativa;

- una unidad de conexión de paciente que conecta, en uso, el módulo de succión de presión negativa a un paciente y configurada para permitir que fluyan a través suyo el primer flujo de aire con la presión negativa generada desde el módulo de succión de presión negativa y el segundo flujo de aire con una presión positiva;

- un módulo de procesamiento central conectado a la unidad de conexión de paciente;

- un módulo de sincronización de los músculos respiratorios conectado al módulo de procesamiento central y configurado para permitir que un músculo respiratorio genere un cierto movimiento en coordinación con el primer flujo de aire y el segundo flujo de aire, por medio de estimulación nerviosa o estimulación mecánica; y

- un módulo de ventilación de presión positiva conectado a la unidad de conexión de paciente y configurado para generar el segundo flujo de aire con la presión positiva;

- en donde la unidad de conexión de paciente comprende un dispositivo de tres vías (151), un conector de recogida de esputo (152) y una copa de recogida de esputo (153);

- en donde el dispositivo de tres vías (151) comprende una primera válvula configurada para bloquear selectivamente el flujo de aire desde el módulo de ventilación de presión positiva a la unidad de conexión de paciente, y una segunda válvula se dispone entre el dispositivo de tres vías (151) y el módulo de succión de presión negativa y configurada para bloquear selectivamente el flujo de aire desde la unidad de conexión de paciente al módulo de succión de presión negativa; y

- en donde el dispositivo de tres vías (151) está conectado a la copa de recogida de esputo (153) a través del conector de recogida de esputo (152).

2. El sistema biónico inteligente para expectorar esputo según la reivindicación 1, en donde, el módulo de ventilación de presión positiva es un ventilador.

3. El sistema biónico inteligente para expectorar esputo según la reivindicación 1, en donde cuando el módulo de ventilación de presión positiva está funcionando, el módulo de procesamiento central está configurado para abrir la primera válvula y cerrar la segunda válvula, y para controlar el módulo de sincronización de los músculos respiratorios para generar un movimiento muscular de inhalación; y/o

en donde cuando el módulo de succión de presión negativa está funcionando, el módulo de procesamiento central está configurado para abrir la segunda válvula y cerrar la primera válvula, y controlar el módulo de sincronización de los músculos respiratorios para generar un movimiento muscular de tos.

4. El sistema biónico inteligente para expectorar esputo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además: un módulo sensor y un módulo de visualización, ambos conectados al módulo de procesamiento central.

5. El sistema biónico inteligente para expectorar esputo según la reivindicación 4, en donde

un primer punto de detección de presión del módulo sensor está situado en una pared lateral de una primera rama del dispositivo de tres vías conectada directamente al módulo de ventilación de presión positiva,

un segundo punto de detección de presión y un tercer punto de detección de presión del módulo sensor están situados en una pared lateral de una segunda rama del dispositivo de tres vías conectada directamente, en uso, al paciente,

una distancia entre el segundo punto de detección de presión y el paciente es mayor que la de entre el tercer punto de detección de presión y el paciente.

6. El sistema biónico inteligente para expectorar esputo según la reivindicación 5,

en donde el módulo de procesamiento central está configurado para determinar si la primera válvula está cerrada en base a los valores de presión detectados en el primer punto de detección de presión y el tercer punto de detección de presión,

preferiblemente, el módulo de procesamiento central determina que la primera válvula está cerrada cuando una diferencia de presión detectada entre el primer punto de detección de presión y el tercer punto de detección de presión está más allá de un valor umbral.

7. El sistema biónico inteligente para expectorar esputo según la reivindicación 5 o 6, en donde el módulo de procesamiento central está configurado para calcular un caudal y una dirección del flujo de aire respirado por el paciente en base a una diferencia de presión detectada entre el segundo punto de detección de presión y el tercer punto de detección de presión, y configurado para determinar si el paciente termina de inhalar o exhalar en base al caudal y la dirección del flujo de aire respirado por el paciente obtenido calculando.

8. El sistema biónico inteligente para expectorar esputo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde la primera válvula es una válvula de diafragma neumática.

9. El sistema biónico inteligente para expectorar esputo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el primer flujo de aire con la presión negativa es de un caudal permitido por el módulo de succión de presión negativa de 14 L/minuto a 800 L/minuto.

10. El sistema biónico inteligente para expectorar esputo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la estimulación nerviosa es por medio de estimulación eléctrica o estimulación magnética,

preferiblemente, la estimulación eléctrica se ejecuta por un par de electrodos de tratamiento que actúan en ambos lados de los nervios frénicos y un par de electrodos de referencia que actúan sobre una superficie del músculo pectoral mayor;

preferiblemente, la estimulación magnética se ejecuta mediante la descarga de un condensador almacenado con energía eléctrica para estimular bobinas de manera que se genere una corriente de pulso.

11. El sistema biónico inteligente para expectorar esputo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la estimulación mecánica se ejecuta mediante diferentes empujones que actúan sobre los músculos respiratorios con un brazo mecánico, en coordinación con la inhalación y exhalación, en donde los diferentes empujones se generan a la luz de una señal de control del módulo de procesamiento central.

12. El sistema biónico inteligente para expectorar esputo según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, o cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11 cuando dependen de la reivindicación 5, en donde tras iniciar la tos, el módulo de procesamiento central controla el módulo de succión de presión negativa y el módulo de sincronización de los músculos respiratorios para que funcionen de una manera sincronizada y cooperativa de manera que:

durante la etapa de inhalación, en el momento en que se abre la primera válvula y se cierra la segunda válvula, el módulo de sincronización de los músculos respiratorios genera una acción de contracción del músculo del diafragma, de manera que el paciente inhale más lo suficiente, preparándose para una tos válida;

cuando se determina que el paciente termina la inhalación detectada por los puntos de detección de presión, se abre la segunda válvula y se cierra la primera válvula, el módulo de sincronización de los músculos respiratorios genera una acción de contracción de los músculos abdominales, simulando de este modo la tos en términos de flujo de aire y movimiento muscular, de modo que se logre un mejor efecto de descarga de secreciones desde el pulmón; y cuando se determina que el paciente termina la exhalación por los puntos de detección de presión, se cierra la segunda válvula y se abre la primera válvula, para iniciar un nuevo ciclo de respiración.