WO2022219215A1 - Respirador para ventilación mecánica, equipo de control y acondicionamiento de flujo asociado al mismo, y método de funcionamiento de un respirador para ventilación mecánica - Google Patents

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oxygen
respirator
pressure
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Lucas PICAZO SOTOS
Alexander QUINTANILLA URIONABARRENECHEA
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Picazo Sotos Lucas
Quintanilla Urionabarrenechea Alexander
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Definitions

  • MECHANICALLY VENTILATED RESPIRATOR FLOW CONTROL AND CONDITIONING EQUIPMENT ASSOCIATED THEREOF, AND METHOD OF OPERATING A MECHANICALLY VENTILATED RESPIRATOR
  • the present invention refers to a respirator for invasive mechanical ventilation and a flow control and conditioning equipment associated with it, specially designed for use in patients with acute respiratory failure undergoing orotracheal intubation and who require mechanical ventilation, such as patients infected with the SARS-COV2 microorganism.
  • the present invention also relates to a method of operation, or ventilatory mode, of a respirator for mechanical ventilation.
  • Acute respiratory failure is a condition in which the patient has an alteration in the lungs' ability to exchange oxygen and carbon dioxide with the body.
  • orotracheal intubation is required, which is a measure in which a pharmacological coma is induced in the patient and a tube is inserted into the trachea to connect it to a machine that helps them breathe.
  • a machine is known as a ventilator.
  • COVID-19 infection is a viral disease with a high contagious capacity, with a non-negligible morbidity rate and with a very important consumption of health resources, which is causing a progressive emergency worldwide, blocking health, human, pharmaceutical and technological.
  • the main complication is severe pneumonia with the development of acute respiratory distress syndrome or ARDS, requiring orotracheal intubation and connection to mechanical ventilation in a high percentage of cases.
  • ARDS acute respiratory distress syndrome
  • the lack of supply of ventilators due to the high demand in the current pandemic is one of the main current concerns as it leads to system saturation. by not being able to attend or treat tax patients to receive these treatment measures.
  • the usual respirators provide the gases (Ü2 and air) through conventional tubes and have two opening and closing valves.
  • the inspiratory valve allows the delivery of air to the lungs in the inspiratory time, and the expiratory valve, when open, allows air to escape from the lung to the outside.
  • These respirators are complex and require precise coordination of these valves for their proper operation.
  • Document ES2121691B1 shows an extratracheal continuous jet mechanical ventilation system (VJC-ET), as a time-controlled mechanical ventilation technique characterized by a continuous gas flow applied to the entrance of the endotracheal tube, which improves oxygenation of the tracheal tubes. treated patients allowing an effective increase in oxygen transport. Said continuous flow provides favorable conditions for the ventilation of patients with pathologies such as Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS), which presents with radiological pulmonary infiltrates, hypoxemia, decreased pulmonary compliance and increased intrapulmonary shunt. As it is a constant flow, ventilation can be performed only by opening and closing an electromagnetic valve controlled by time, placed in the expiratory branch.
  • ARDS Acute Respiratory Distress Syndrome
  • CJV-ET extratracheal continuous jet mechanical ventilation system
  • the respirator of the present invention works based on a continuous flow of gas that is directed through a nozzle that accelerates and creates a turbulent flow that acts as an expiratory brake, maximizing the effect of pressure at the end of expiration (PEEP), with which the lung remains more open.
  • PEEP pressure at the end of expiration
  • the ventilator of the The present invention works as an independent respirator, which allows ventilation only with the continuous jet flow, adding safety and control elements.
  • the respirator of the present invention presents an optimized and innovative design, especially in the joint use of continuous flow, flow control and conditioning equipment with nozzle and all the technification, both of operation and monitoring of the therapy offered to the patient, to adapt to current regulatory measures for both treatment and security.
  • the present invention also relates to an operating method, or ventilatory mode, of a respirator for mechanical ventilation, based on a time-controlled mechanical ventilation technique and characterized by a continuous gas flow (mixture of air and oxygen).
  • the continuous flow respirator for mechanical ventilation of the present invention comprises a control panel, an inspiratory limb configured to receive a mixture of air and oxygen, an expiratory limb, and an expiratory valve arranged in the expiratory limb.
  • the respirator is characterized in that it comprises flow control and conditioning equipment to which the inspiratory branch and the expiratory branch are connected, configured to supply a continuous flow of said mixture of air and oxygen to a patient through an endotracheal tube, where said continuous flow is kept constant during the patient's inspiration and expiration, so that when the valve opens expiratory valve, there is a shock of the continuous flow with the expiratory flow coming from the patient, causing an expiratory brake and an intrinsic PEEP pressure at the end of expiration.
  • flow control and conditioning equipment to which the inspiratory branch and the expiratory branch are connected, configured to supply a continuous flow of said mixture of air and oxygen to a patient through an endotracheal tube, where said continuous flow is kept constant during the patient's inspiration and expiration, so that when the valve opens expiratory valve, there is a shock of the continuous flow with the expiratory flow coming from the patient, causing an expiratory brake and an intrinsic PEEP pressure at the end of expiration.
  • the respirator is essentially characterized by the continuous presence of a gas flow (mixture of air and oxygen) entering the system.
  • a gas flow mixture of air and oxygen
  • this flow is directed to the patient's respiratory system via an endotracheal tube.
  • this flow is evacuated from the system after having circulated through the ventilator, which confers the clinical advantages that characterize this device.
  • the configuration of the system causes the expiratory flow to collide with the continuous flow caused by the flow control and conditioning equipment.
  • the elastic retraction of the thorax allows the passive exit of part of the intrathoracic air, due to the difference in intrapulmonary pressure and that generated by the continuous flow. That is, a current of expired gas is produced against the continuous flow, maintaining a back pressure throughout the expiratory time.
  • said expiratory brake limits the shearing forces due to the sudden drop in pressure in the collapsed and ventilated areas, minimizing the risk of barotrauma.
  • the inspiratory volume (Tidal Volume Vt) is supplied by the product of the instantaneous gas flow times the inspiratory time (time in which the expiratory valve is closed).
  • the expiratory valve is preferably an electromagnetic valve or solenoid valve with a single open or closed position controlled by the central control equipment.
  • the intrinsic PEEP produced by the ventilator depends mainly on the total gas flow, the configuration of the flow control and conditioning equipment (ECAF), the expiratory time and the thoracopulmonary compliance.
  • ECAF PRO a first configuration of the flow control and conditioning equipment, called ECAF PRO, it produces an intrinsic PEEP of the system between 6 and 11 cmhhO for flows between 20 l/min and 30 l/min, respectively.
  • ECAF STANDARD According to a second configuration of the flow control and conditioning equipment, called ECAF STANDARD, it produces an intrinsic PEEP of the system of between 2 and 3 cmH2O for flows of between 20 l/min and 30 l/min, respectively.
  • the respirator comprises a PEEP valve arranged in series with the expiratory valve in the expiratory limb, configured to cause an added PEEP end expiratory pressure.
  • the added PEEP is added to the intrinsic PEEP of the system itself. Therefore, the total PEEP of the system is regulated according to medical criteria, taking into account the intrinsic PEEP and adjusting the PEEP valve until the desired total PEEP is reached.
  • the PEEP valve can provide an added PEEP of between 0 to 22 cmhfeO. The adjustment is made by continuous monitoring of total PEEP, displaying it for each respiratory cycle on the control panel screen.
  • the PEEP valve is placed after the expiratory valve in an added pressure outlet arranged on the control panel, although it could also be placed at any other point of the device before the expiratory valve.
  • the total PEEP of the system can be instantly monitored and visualized through a display on the control panel, preferably being visualized through a pressure-time graph.
  • the patient treated with invasive mechanical ventilation is highly susceptible to infection, with dirty or contaminated equipment being a possible source of infection.
  • the respirator and its accessories must be cleaned regularly and systematically before and after each use.
  • the respirator preferably comprises an antibacterial and/or antiviral filter arranged in series with the expiratory valve in the expiratory limb.
  • the maximum pressure loss generated by the filter must be up to 2 cmhhO for a flow rate of 30 litres/minute.
  • the filtration efficiency must be greater than 99% and the compressible volume must be 42 ml, for a minimum tidal volume of 150 ml.
  • the respirator comprises an adjustable safety valve connected to the flow control and conditioning equipment configured to limit the pressure of the inspiratory branch. It is therefore a relief valve configured to avoid overpressure in the system.
  • the flow resistance is preferably less than 1 CIT1H2O, for the range of working flow rates.
  • the relief pressure of the adjustable safety valve can be adjusted from 0 to 60 cmhfeO. Under the prescribed conditions, the system works preferably with the valve set at 35 cmH 2 0. In the event of overpressure, an audible and/or visual signal is generated on the control panel and the system is brought to the safety position.
  • the respirator comprises a pressure transmitter connected to flow control and conditioning equipment configured to monitor pressure during the respiratory cycle.
  • Said transmitter preferably works on a scale between 0 and 100 cmhfeO. It captures the system pressure through a pressure tap connected to a pressure transmitter in the control box. Through this system, the pressure is monitored during the respiratory cycle shown in a pressure-time graph, as well as with the values of peak pressure and total PEEP in each respiratory cycle. All these parameters can be seen on the display on the control panel screen.
  • the ventilator comprises an oxygen sensor in the inspiratory limb, configured to measure the inspired fraction of oxygen Fi02.
  • This measured inspired fraction of oxygen should not vary by more than ⁇ 3% on the desired Fi02. A higher percentage could be the result of an error in the flow placement of the flowmeters.
  • the oxygen sensor emits a signal proportional to the amount of oxygen detected in the fluid that is injected into the patient. When the inspired fraction of oxygen Fi02 is outside this range, an alarm signal on the control panel warns that the respirator will be operated without taking into account the measurement of the oxygen sensor.
  • the ventilator comprises an active humidifier on the inspiratory limb, configured to humidify the air/oxygen mixture. Said active humidifier can be of the cascade humidification or bubble humidification type.
  • the respirator comprises a gas inlet port configured to receive the mixture of air and oxygen from a mixer.
  • Said gas inlet port is preferably a 9/16” UNF socket with a hose holder according to the applicable regulations arranged in the control panel, to which a common oxygen line with an external diameter of 6mm is connected, available in any hospital. , with the selected gas mixture.
  • the maximum inlet pressure to the system is preferably 600 kPa and the maximum total inlet flow rate is 45 litres/minute.
  • the gases admitted by the system are compressed air and oxygen.
  • the mixer allows to regulate the inspired fraction of oxygen (Fi02) through it and connect it through the extension to the input of the control panel. If you want to give a Fi02 of 1, only an extension from the O2 flowmeter is connected to the input of the control panel.
  • Fi02 inspired fraction of oxygen
  • the mixer can use an adjustable oxygen flowmeter up to at least 30 litres/minute, and an adjustable compressed air flowmeter of 15 l/min or 30 l/min, depending on the established ventilation conditions.
  • the gas inlet port may additionally comprise a prior connection in ⁇ ” for the separate connection of air and oxygen. If you want to make a Fi02 other than 1 and you do not have a mixer, you can place this previous connection to mix the flows of oxygen and compressed air in the quantity indicated in the control panel when entering the desired tidal volume and Fi02.
  • control box The functions of the control box are mainly; power the system electrically, collect and interpret the data collected, display and configure the ventilation parameters, display and configure the scheduled alarms, execute the scheduled alarms, execute the programmed safety criteria, in addition to containing part of the components of the system.
  • the front of the control panel includes a manual emergency button that allows manual opening of the expiratory valve for patient safety.
  • the main system alarms are; drop in the voltage network that supplies the equipment, pressure stabilization for 10 seconds (variations below 5 cmhhO), low pressure, minimum PEEP, maximum PEEP, peak pressure of the cycle above the set pressure, overpressure alarm, Fi02 out of range, solenoid valve maintenance warning and activation of the emergency button.
  • the flow control and conditioning equipment also called ECAF
  • the flow control and conditioning equipment has a tubular configuration comprising a plurality of pneumatically connected connections.
  • the flow control and conditioning equipment is made of polyamide.
  • the flow control and conditioning equipment comprises:
  • an inspiratory inlet connection configured to connect to the inspiratory branch and receive the mixture of air and oxygen
  • an endotracheal outlet connection aligned with the inspiratory inlet connection, configured to connect to the endotracheal tube and supply a continuous flow of the air-oxygen mixture to the patient;
  • an expiratory outlet connection arranged in a "T" between the inspiratory inlet connection and the endotracheal outlet connection, configured to connect to the expiratory branch and allow the expiratory flow coming from the patient to exit.
  • the inspiratory inlet connection is a 22 mm diameter female connection, for the connection of a 22 mm corrugated tube from an inspiratory outlet arranged in the control panel, or from the humidifier, if available.
  • the endotracheal outlet connection is a 15mm diameter female connection for endotracheal tube connection.
  • the expiratory outlet connection is a 22mm diameter female connection, for connection of a 22mm corrugated tube to an expiratory inlet provided in the control box.
  • the flow control and conditioning equipment comprises a safety connection configured to connect the adjustable safety valve.
  • the flow control and conditioning equipment comprises a pressure tap connection configured to connect the pressure transmitter.
  • said pressure tap connection is a male connection for connecting an oxygen line of 6 mm outer diameter to a pressure tap of the pressure transmitter provided on the control panel.
  • the flow control and conditioning equipment comprises a nozzle configured to increase the kinetic energy of the continuous flow, in order to increase the value of the pressure at the end of expiration intrinsic PEEP.
  • the nozzle is disposed internally within the flow control and conditioning equipment between the inspiratory inlet connection and the endotracheal outlet connection, opposite the expiratory outlet connection.
  • the calibration of the PEEP pressure and the slowing of the expiratory flow are obtained by sizing the speed of the incoming gas flow and its relative position opposite the expiratory outlet.
  • the incoming gas flow is a clinically useful parameter, so the critical velocity of the incoming gas is dimensioned thanks to the diameter of the nozzle at the point of injection.
  • the expiratory gas evacuation resistance depends on the position of the point of injection of the incoming flow with respect to the expiratory pathway. Specifically, the closer the incoming gas injection point is to the endotracheal tube, the more it opposes the evacuation of expired gas.
  • the key parameters for the correct operation of the nozzle are: the relative position of the incoming gas injection with respect to the expiratory path, the diameter of the incoming gas injection nozzle, and the angle of the nozzle cone.
  • the nozzle has a conical configuration.
  • the nozzle has an exit orifice diameter of 0.5 mm to 1.5 mm.
  • the nozzle has an exit orifice diameter of 1.2 mm.
  • the nozzle has an interior angle or angle of attack of 13° to 15°.
  • the present invention also has as its object a flow control and conditioning equipment, with the technical characteristics described above, for use in a respirator for invasive mechanical ventilation.
  • the present invention also has as its object a method of operation, or ventilatory mode, of a respirator for mechanical ventilation. Said method comprises at least the following steps:
  • the respirator for mechanical ventilation therefore receives the air and oxygen, produces a continuous flow of said air and oxygen, and accelerates it in a controlled manner to supply an accelerated continuous flow of said air and oxygen.
  • the operating method of a respirator for mechanical ventilation additionally comprises the following step:
  • the accelerated continuous flow has a direction opposite to the expiratory flow, so that when both flows collide, an intrinsic opposition to expiration is generated, accentuated by an acceleration of the fluid (mixture of gases).
  • an intrinsic pressure opposite to expiration is caused that stabilizes the drop in pressure over time (increasing the mean expiratory pressure) in the expiratory phase, as shown in Figure 14.
  • the continuous flow is kept constant during the inspiration phase and the expiration phase of the patient. Its acceleration is controlled by the diameter of the outlet orifice and the angle of attack of the nozzle, at a given point of the flow control and conditioning equipment. Specifically, with the outlet of the nozzle arranged opposite the expiratory outlet connection that leads the fluid to the patient.
  • the continuous flow collides with the expiratory flow coming from the patient by opening an expiratory valve arranged in the expiratory branch, while the continuous flow is kept constant.
  • the operating method comprises the following step:
  • the end expiratory pressure PEEP is produced by regulating a PEEP valve arranged in series with the expiratory valve in the expiratory limb, set to trigger, which can provide an added PEEP of between 0 to 22 cmhO.
  • the added PEEP is added to the intrinsic PEEP.
  • the operating method comprises the following step:
  • the operating mode described is based on a time-controlled mechanical ventilation technique characterized by a continuous gas flow, differentiated by the acceleration at a specific point applied to the entrance of the endotracheal tube by a single circuit (inspiratory and expiratory), producing the following effects:
  • the method of operation, or ventilatory mode, of a respirator for mechanical ventilation of the present invention therefore causes an increase in expiratory pressure half.
  • Figure 1 represents a pneumatic diagram of the respirator of the present invention.
  • Figure 2 represents a perspective view of the flow control and conditioning equipment of the respirator of Figure 1.
  • Figure 3 represents a side view of the flow control and conditioning equipment of Figure 2.
  • Figure 4 represents a top view of the flow control and conditioning equipment of Figure 2.
  • Figure 5 represents a bottom view of the flow control and conditioning equipment of Figure 2.
  • Figure 6 represents a front view of the flow control and conditioning equipment of Figure 2.
  • Figure 7 represents a dorsal view of the flow control and conditioning equipment of Figure 2.
  • Figure 8 represents a longitudinal section of the flow control and conditioning equipment according to section line A-A of Figure 3, according to a first preferred embodiment.
  • Figure 9 represents a longitudinal section of the flow control and conditioning equipment according to the cut line AA of Figure 3, according to a second preferred embodiment.
  • Figure 10 represents a longitudinal section of the flow control and conditioning equipment according to section line B-B of Figure 4, according to the first preferred embodiment.
  • Figure 11 represents a longitudinal section of the flow control and conditioning equipment according to section line B-B of Figure 4, according to the second preferred embodiment.
  • Figure 12 represents a front view of the control panel of the respirator of Figure 1.
  • Figure 13 shows a graph of the pressure-time curve corresponding to a respiratory cycle, according to a conventional ventilation mode.
  • Figure 14 shows a graph of the pressure-time curve corresponding to a respiratory cycle, according to the ventilatory mode of the respirator of the present invention.
  • FIG. 1 shows a pneumatic diagram of the continuous flow respirator (1) for mechanical ventilation of the present invention.
  • the respirator (1) comprises a control panel (10), an inspiratory branch (Ri) configured to receive a mixture of air and oxygen, an expiratory branch (Re), and an expiratory valve (11) arranged in the expiratory limb (Re).
  • the respirator (1) is characterized in that it comprises a flow control and conditioning unit (20) to which the inspiratory branch (Ri) and the expiratory branch (Re) are connected, configured to supply a continuous flow (Fe) of said mixture of air and oxygen to a patient (P) through an endotracheal tube (T), where said continuous flow (Fe) remains constant during inspiration and expiration of the patient, so that when the expiratory valve (11) opens there is a shock of the continuous flow (Fe) with the expiratory flow (Fe) coming from the patient (P), causing an expiratory brake and an intrinsic PEEP pressure at the end of expiration.
  • a flow control and conditioning unit (20) to which the inspiratory branch (Ri) and the expiratory branch (Re) are connected, configured to supply a continuous flow (Fe) of said mixture of air and oxygen to a patient (P) through an endotracheal tube (T), where said continuous flow (Fe) remains constant during inspiration and expiration of the patient, so that when the expiratory valve (11) opens there
  • the respirator (1) comprises a PEEP valve (12) arranged in series with the expiratory valve (11) in the expiratory limb (Re), configured to cause an added pressure at the end of expiration PEEP.
  • the PEEP valve (12) is placed after the expiratory valve (11) in an added pressure outlet (V) arranged on the control panel (10), Figure 12.
  • the respirator (1) comprises an antibacterial and/or antiviral filter (13) arranged in series with the expiratory valve (11) in the expiratory branch (Re).
  • the respirator (1) comprises an adjustable safety valve (14) connected to the flow control and conditioning equipment (20) configured to limit the pressure of the inspiratory branch (Ri).
  • the respirator (1) comprises a pressure transmitter (15) connected to the flow control and conditioning equipment (20) configured to monitor the pressure during the respiratory cycle.
  • the ventilator (1) comprises an oxygen sensor (16) in the inspiratory branch (Ri), configured to measure the inspired fraction of oxygen Fi02.
  • the ventilator (1) comprises a humidifier (17) active in the inspiratory branch (Ri), configured to humidify the mixture of air and oxygen.
  • the respirator (1) comprises a gas inlet port (18) configured to receive the mixture of air and oxygen from a mixer (30).
  • the mixer (30) comprises a flowmeter (31) and a humidifier (32), both for compressed air and for oxygen.
  • FIGS. 2 to 7 show various views of the flow control and conditioning equipment (20). As can be seen, it has a tubular configuration comprising a plurality of connections (21, 22, 23, 24, 25) communicated pneumatically.
  • the flow control and conditioning equipment (20) comprises:
  • an inspiratory inlet connection (21) configured to connect to the inspiratory branch (Ri) and receive the mixture of air and oxygen;
  • an endotracheal outlet connection (22), aligned with the inspiratory inlet connection (21), configured to connect to the endotracheal tube (T) and supply a continuous flow (Fe) of the air-oxygen mixture to the patient (P) ;
  • the flow control and conditioning equipment (20) comprises a safety connection (24) configured to connect the adjustable safety valve (14).
  • the flow control and conditioning equipment (20) comprises a pressure tap connection (25) configured to connect the pressure transmitter (15).
  • Figures 8 and 10 show two longitudinal sections of the flow control and conditioning equipment (20), according to a first preferred embodiment.
  • This first configuration of the flow control and conditioning equipment (20), called ECAF PRO produces an intrinsic PEEP of the system between 6 and 11 cmFhO for flows between 20 l/min and 30 l/min, respectively.
  • the flow control and conditioning equipment (20) comprises a nozzle (26) configured to increase the kinetic energy of the continuous flow (Fe), in order to increase the value of the pressure at the end of intrinsic expiration PEEP.
  • the nozzle (26) is located internally within the flow control and conditioning equipment (20) between the inspiratory inlet connection (21) and the endotracheal outlet connection (22), with the nozzle outlet (26) facing to the expiratory outlet connection (23).
  • the nozzle (26) has a conical configuration, with an outlet diameter of 0.5 mm to 1.5 mm, and an interior angle of 13 o to 15 o .
  • Figures 9 and 11 show two longitudinal sections of the flow control and conditioning equipment (20), according to a second preferred embodiment.
  • This second configuration called ECAF STANDARD, produces an intrinsic PEEP of the system between 2 and 3 cmhfeO for flows between 20 l/min and 30 l/min, respectively.
  • Figure 12 shows a front view of the control panel (10).
  • the gas inlet port (18) may additionally comprise a prior connection (19) in ⁇ ” for the separate connection of air and oxygen.
  • the control panel (10) includes an inspiratory outlet (X) for the connection of a corrugated tube from the humidifier (17), or from the inspiratory inlet connection (21), if said humidifier (17) is not available. .
  • the control box (10) comprises an expiratory inlet (Z) for the connection of a corrugated tube coming from the expiratory outlet connection (23).
  • the control box (10) comprises a pressure tap (Y) of the pressure transmitter (15) to connect an oxygen line coming from the pressure tap connection (25).
  • the control panel (10) includes an added pressure outlet (V) for connecting the PEEP valve (12).
  • the front of the control panel (10) includes a manual emergency button (E) that allows manual opening of the expiratory valve (11) for patient safety.
  • Figure 13 shows a graph of the pressure-time curve corresponding to a respiratory cycle, according to a conventional ventilation mode.
  • the “i” represents the inspiration phase of the curve, while the “e” represents the expiration phase of the curve.
  • Figure 14 shows a graph of the pressure-time curve corresponding to a respiratory cycle according to the ventilatory mode of the respirator of the present invention.
  • the “i” represents the inspiration phase of the curve, while the “e” represents the expiration phase of the curve.

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Abstract

Respirador para ventilación mecánica, que comprende una rama inspiratoria (Ri) configurada para recibir una mezcla de aire y oxígeno, una rama espiratoria (Re), y una válvula espiratoria (11) dispuesta en la rama espiratoria (Re). Dicho respirador (1) comprende un equipo de control y acondicionamiento de flujo (20) al que conectan la rama inspiratoria (Ri) y la rama espiratoria (Re), configurado para suministrar un flujo continuo (Fc) de dicha mezcla de aire y oxígeno a un paciente (P), donde dicho flujo continuo (Fc) se mantiene constante durante la inspiración y la espiración, de modo que al abrirse la válvula espiratoria (11 ) se produce un choque del flujo continuo (Fc) con el flujo espiratorio (Fe), provocando un freno espiratorio y una presión al final de la espiración PEEP intrínseca. Equipo de control y acondicionamiento de flujo para un respirador para ventilación mecánica. Método de funcionamiento de un respirador para ventilación mecánica.

Description

RESPIRADOR PARA VENTILACIÓN MECÁNICA, EQUIPO DE CONTROL Y ACONDICIONAMIENTO DE FLUJO ASOCIADO AL MISMO, Y MÉTODO DE FUNCIONAMIENTO DE UN RESPIRADOR PARA VENTILACIÓN MECÁNICA
DESCRIPCIÓN
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un respirador para ventilación mecánica invasiva y a un equipo de control y acondicionamiento de flujo asociado al mismo, especialmente diseñados para su uso en pacientes con insuficiencia respiratoria aguda en intubación orotraqueal y que requieren ventilación mecánica, tales como pacientes infectados por el microorganismo SARS-COV2.
La presente invención se refiere también a un método de funcionamiento, o modo ventilatorio, de un respirador para ventilación mecánica.
Antecedentes de la invención
La insuficiencia respiratoria aguda es una condición en la que el paciente se encuentra con una alteración en la capacidad de los pulmones de realizar el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono con el organismo. Cuando la insuficiencia respiratoria es muy importante requiere de intubación orotraqueal, que es una medida en la que se induce un coma farmacológico al paciente y se le introduce un tubo en la tráquea para conectarlo a una máquina que le ayude a respirar. A dicha máquina se la conoce como respirador.
La infección por COVID-19 es una enfermedad vírica con una gran capacidad de contagio, con un índice de morbilidad no despreciable y con un consumo de recursos sanitarios importantísimo, que está provocando una emergencia progresiva a nivel mundial bloqueando recursos sanitarios, humanos, farmacéuticos y tecnológicos. La principal complicación es la neumonía grave con el desarrollo del síndrome de distrés respiratorio agudo o SDRA, precisando en un elevado porcentaje de casos de intubación orotraqueal y conexión a ventilación mecánica. La falta de suministro de ventiladores debido a la gran demanda existente en la actual pandemia es una de las principales preocupaciones actuales ya que conduce a la saturación del sistema sanitario al no poder atender o tratar a pacientes tributarios de recibir estas medidas de tratamiento. En este contexto, existe la necesidad de disponer de respiradores para la ventilación mecánica invasiva que puedan ser distribuidos de forma generalizada y a bajo coste.
Los respiradores habituales proporcionan los gases (Ü2y aire) a través de tubuladuras convencionales y disponen de dos válvulas de apertura y cierre. La válvula inspiratoria permite la entrega del aire a los pulmones en el tiempo inspiratorio, y la espiratoria, cuando está abierta, permite la salida del aire desde el pulmón al exterior. Estos respiradores resultan complejos y requieren de una coordinación precisa de dichas válvulas para su adecuado funcionamiento.
El documento ES2121691B1 muestra un sistema de ventilación mecánica por jet continuo extratraqueal (VJC-ET), como una técnica de ventilación mecánica controlada por tiempo y caracterizada por un flujo de gas continuo aplicada a la entrada del tubo endotraqueal, que mejora la oxigenación de los pacientes tratados permitiendo un aumento efectivo del trasporte de oxígeno. Dicho flujo continuo otorga condiciones favorables para la ventilación de pacientes con patología como el Síndrome de Distrés Respiratorio Agudo (SDRA), el cual cursa con infiltrados pulmonares radiológicos, hipoxemia, disminución de la complianza pulmonar y aumento del shunt intrapulmonar. Al ser un flujo constante, la ventilación se puede realizar tan solo por apertura y cierre de una válvula electromagnética controlada por tiempo, colocada en la rama espiratoria.
A pesar de las ventajas del sistema de ventilación mecánica por jet continuo extratraqueal (VJC-ET), cabe señalar que éste actúa como un elemento auxiliar de la ventilación a presión control (VPC) aportada por un respirador convencional, y no como un respirador independiente.
El respirador de la presente invención funciona a base de flujo continuo de gas que se direcciona a través de una tobera que acelera y crea un flujo turbulento que actúa como freno espiratorio maximizando el efecto de la presión al final de la espiración (PEEP), con lo cual el pulmón se mantiene más abierto. A diferencia del sistema de ventilación mecánica por jet continuo extratraqueal (VJC-ET), el respirador de la presente invención funciona como un respirador independiente, que permite ventilar únicamente con el flujo de jet continuo, añadiéndole elementos de seguridad y control.
El respirador de la presente invención presenta un optimizado e innovador diseño, especialmente en el uso conjunto de flujo continuo, equipo de control y acondicionamiento de flujo con tobera y toda la tecnificación, tanto de funcionamiento como de monitorización de la terapia ofrecida al paciente, para adecuarse a las medidas reglamentarias actuales tanto de tratamiento como de seguridad.
Se trata de un respirador sencillo y económico que permite, de una forma segura y efectiva, ventilar y oxigenar a los pacientes con insuficiencia respiratoria grave. Al tener sólo una válvula, simplifica el mecanismo del respirador sin ser necesaria la coordinación de las válvulas de los respiradores clásicos. Además, presenta un manejo simplificado de tal forma que el usuario sólo tiene que pautar el flujo de entrada al ventilador, la fracción inspirada de oxígeno deseada, el volumen inspiratorio, el tiempo inspiratorio y la frecuencia respiratoria que se desea ofrecer al paciente.
La presente invención se refiere también a un método de funcionamiento, o modo ventilatorio, de un respirador para ventilación mecánica, basado en una técnica de ventilación mecánica controlada por tiempo y caracterizada por un flujo de gas (mezcla de aire y de oxígeno) continuo.
Descripción de la invención
El respirador de flujo continuo para ventilación mecánica de la presente invención comprende un cuadro de control, una rama inspiratoria configurada para recibir una mezcla de aire y oxígeno, una rama espiratoria, y una válvula espiratoria dispuesta en la rama espiratoria.
El respirador se caracteriza por que comprende un equipo de control y acondicionamiento de flujo al que conectan la rama inspiratoria y la rama espiratoria, configurado para suministrar un flujo continuo de dicha mezcla de aire y oxígeno a un paciente a través de un tubo endotraqueal, donde dicho flujo continuo se mantiene constante durante la inspiración y la espiración del paciente, de modo que al abrirse la válvula espiratoria se produce un choque del flujo continuo con el flujo espiratorio proveniente del paciente, provocando un freno espiratorio y una presión al final de la espiración PEEP intrínseca.
Así pues, el respirador se caracteriza esencialmente por la presencia continua de un flujo de gas (mezcla de aire y de oxígeno) entrante en el sistema. Durante la fase de inspiración, este flujo va dirigido al sistema respiratorio del paciente vía un tubo endotraqueal. Durante la fase de espiración, este flujo se evacúa del sistema después de haber circulado por el respirador, lo que confiere las ventajas clínicas que caracterizan este dispositivo.
Al abrirse la válvula espiratoria, la configuración del sistema hace que el flujo espiratorio choque contra el flujo continuo provocado por el equipo de control y acondicionamiento de flujo. En concreto, la retracción elástica del tórax permite la salida pasiva de parte del aire intratorácico, debido a la diferencia de presión intrapulmonar y la generada por el flujo continuo. Es decir, se produce una corriente de gas espirado en contra del flujo continuo, manteniéndose una contrapresión durante todo el tiempo espiratorio. Ello produce dos efectos: un efecto PEEP intrínseco del sistema y un efecto de freno espiratorio, que evita la caída brusca de la presión en la fase espiratoria. Además, dicho freno espiratorio limita las fuerzas de cizallamiento debidas la caída brusca de presión en las zonas colapsadas y ventiladas, minimizando el riesgo de barotrauma. Al ser un sistema de flujo constante, el aporte del volumen inspiratorio (Vt de Volumen tidal) se realiza mediante el producto del flujo de gas instantáneo por el tiempo inspiratorio (tiempo en el que la válvula espiratoria se encuentra cerrada). La válvula espiratoria es preferentemente una válvula electromagnética o válvula de solenoide con posición única abierta o cerrada controlada por el equipo central de control.
La PEEP intrínseca producida por el respirador depende principalmente del flujo de gas total, la configuración del equipo de control y acondicionamiento de flujo (ECAF), el tiempo espiratorio y la distensibilidad toraco-pulmonar. De acuerdo a una primera configuración del equipo de control y acondicionamiento de flujo, denominada ECAF PRO, éste produce una PEEP intrínseca del sistema de entre 6 y 11 cmhhO para flujos de entre 20 l/min y 30 l/min respectivamente.
De acuerdo a una segunda configuración del equipo de control y acondicionamiento de flujo, denominada ECAF STANDARD, éste produce una PEEP intrínseca del sistema de entre 2 y 3 cmh O para flujos de entre 20 l/min y 30 l/min respectivamente.
Preferentemente, el respirador comprende una válvula de PEEP dispuesta en serie con la válvula espiratoria en la rama espiratoria, configurada para provocar una presión al final de la espiración PEEP añadida.
La PEEP añadida se añade a la PEEP intrínseca del propio sistema. Por lo tanto, la PEEP total del sistema se regula según criterio médico, teniendo en cuenta la PEEP intrínseca y ajustando la válvula PEEP hasta alcanzar la PEEP total deseada. Preferentemente, la válvula de PEEP puede aportar una PEEP añadida de entre 0 a 22 cmhfeO. El ajuste se realiza mediante la monitorización continua de la PEEP total, visualizando la misma para cada ciclo respiratorio en la pantalla del cuadro de control.
Preferentemente, la válvula de PEEP se coloca después de la válvula espiratoria en una toma de presión añadida dispuesta en el cuadro de control, si bien, también podría colocarse en cualquier otro punto del dispositivo antes de la válvula espiratoria.
La PEEP total del sistema se puede monitorizar y visualizar instantáneamente mediante display en el cuadro de control, siendo preferentemente visualizada mediante una gráfica presión-tiempo.
El paciente tratado con ventilación mecánica invasiva es muy susceptible a la infección, constituyendo el equipo sucio o contaminado una posible fuente de infección. Para reducir dichos riesgos, debe limpiarse el respirador y sus accesorios con regularidad y sistemáticamente antes y después de cada uso.
Asimismo, para minimizar aún más el riesgo de infección, preferentemente, el respirador comprende un filtro antibacteriano y/o antivírico dispuesto en serie con la válvula espiratoria en la rama espiratoria. La pérdida de presión máxima generada por el filtro debe ser de hasta 2 cmhhO para un caudal de 30 litros/minuto. La eficacia de filtración tiene que ser superior al 99% y el volumen compresible de 42 mi, para un volumen tidal mínimo de 150 mi.
Preferentemente, el respirador comprende una válvula de seguridad regulable conectada al equipo de control y acondicionamiento de flujo configurada para limitar la presión de la rama inspiratoria. Se trata pues de una válvula de alivio configurada para evitar una sobrepresión en el sistema. La resistencia de paso al flujo es preferentemente menor a 1 CIT1H2O, para el rango de caudales de trabajo. La presión de alivio de la válvula de seguridad regulable se puede regular de 0 a 60 cmhfeO. El sistema, en las condiciones pautadas funciona preferentemente con la válvula regulada a 35 cmH20. En caso de sobrepresión se genera una señal sonora y/o visual en el cuadro de control y se lleva el sistema a la posición de seguridad.
Preferentemente, el respirador comprende un transmisor de presión conectado al equipo de control y acondicionamiento de flujo configurado para monitorizar la presión durante el ciclo respiratorio. Dicho transmisor trabaja preferentemente en una escala de entre 0 y 100 cmhfeO. Capta la presión del sistema a través de una toma de presión conectada a un transmisor de presión en el cuadro de control. A través de este sistema se monitoriza la presión durante el ciclo respiratorio mostrada en una gráfica presión-tiempo, así como con los valores de presión pico y PEEP total en cada ciclo respiratorio. Todos estos parámetros se pueden ver en el display en la pantalla del cuadro de control.
Preferentemente, el respirador comprende un sensor de oxígeno en la rama inspiratoria, configurado para medir la fracción inspirada de oxígeno Fi02. Dicha fracción inspirada de oxígeno medida (Fi02 medida), no debe variar en más de un ±3% sobre la Fi02 deseada. Un porcentaje superior podría ser consecuencia de un error en la colocación del flujo de los caudalímetros. El sensor de oxígeno emite una señal proporcional a la cantidad de oxígeno detectada en el fluido que se inyecta al paciente. Cuando la fracción inspirada de oxígeno Fi02 se encuentra fuera de dicho rango, una señal de alarma en el cuadro de control avisa de que se va a operar el respirador sin tener en cuenta la medición del sensor de oxígeno. Preferentemente, el respirador comprende un humidificador activo en la rama inspiratoria, configurado para humidificar la mezcla de aire y oxígeno. Dicho humidificador activo puede ser de tipo humidificación por cascada o humidificación por burbujas.
Preferentemente, el respirador comprende un puerto de entrada de gases configurado para recibir la mezcla de aire y oxígeno procedente de un mezclador. Dicho puerto de entrada de gases es preferentemente una toma 9/16” UNF con espiga porta manguera según la normativa aplicable dispuesta en el cuadro de control, a la que se conecta una vía de oxígeno común de 6mm de diámetro exterior, disponible en cualquier hospital, con la mezcla de gases seleccionada. La presión máxima de entrada al sistema es preferentemente de 600 kPa y el caudal total máximo de entrada es de 45 litros/minuto. Los gases admitidos por el sistema son aire comprimido y oxígeno.
El mezclador permite regular la fracción inspirada de oxígeno (Fi02) mediante el mismo y conectarlo mediante la alargadera a la entrada del cuadro de control. En caso de querer dar una Fi02 de 1, únicamente se conecta una alargadera desde el caudalímetro de O2 a la entrada del cuadro de control.
El mezclador puede utilizar un caudalímetro de oxígeno regulable al menos hasta 30 litros/minuto, y un caudalímetro de aire comprimido regulable de 15 l/min o 30 l/min, según condiciones de ventilación pautadas.
El puerto de entrada de gases puede comprender adicionalmente una conexión previa en Ύ” para la conexión por separado de aire y oxígeno. En caso de querer realizar una Fi02 distinta a 1 y no disponer un mezclador, se puede colocar dicha conexión previa para mezclar los flujos de oxígeno y aire comprimido en la cantidad indicada en el cuadro de control al introducir el volumen corriente y la Fi02 deseados.
Las funciones del cuadro de control son principalmente; alimentar eléctricamente el sistema, recoger e interpretar los datos recogidos, mostrar y configurar los parámetros de ventilación, mostrar y configurar las alarmas pautadas, ejecutar las alarmas pautadas, ejecutar los criterios de seguridad programados, además de contener parte de los elementos integrantes del sistema.
Preferentemente, el frontal del cuadro de control comprende pulsador manual de emergencia que permite la apertura manual de la válvula espiratoria para seguridad del paciente.
Las principales alarmas del sistema son; caída de la red de tensión que alimenta el equipo, estabilización de la presión durante 10 segundos (Variaciones por debajo de 5 cmhhO), baja presión, PEEP mínima, PEEP máxima, presión pico del ciclo por encima de la presión pautada, alarma sobrepresión, Fi02 fuera de rango, aviso de mantenimiento de la electroválvula y activación del pulsador de emergencia.
Preferentemente, el equipo de control y acondicionamiento de flujo, también denominado ECAF, presenta una configuración tubular que comprende una pluralidad de conexiones comunicadas neumáticamente. Preferentemente, el equipo de control y acondicionamiento de flujo está fabricado de poliamida.
Preferentemente, el equipo de control y acondicionamiento de flujo comprende:
- una conexión de entrada inspiratoria configurada para conectarse a la rama inspiratoria y recibir la mezcla de aire y oxígeno;
- una conexión de salida endotraqueal, alineada con la conexión de entrada inspiratoria, configurada para conectarse al tubo endotraqueal y suministrar un flujo continuo de la mezcla de aire y oxígeno al paciente; y
- una conexión de salida espiratoria, dispuesta en “T” entre la conexión de entrada inspiratoria y la conexión de salida endotraqueal, configurada para conectarse a la rama espiratoria y permitir la salida del flujo espiratorio proveniente del paciente.
Preferentemente, la conexión de entrada inspiratoria es una conexión hembra de 22 mm de diámetro, para la conexión de un tubo corrugado de 22 mm proveniente de una salida inspiratoria dispuesta en el cuadro de control, o bien proveniente del humidificador, en caso de disponerse.
Preferentemente, la conexión de salida endotraqueal es una conexión hembra de 15 mm de diámetro para la conexión del tubo endotraqueal. Preferentemente, la conexión de salida espiratoria es una conexión hembra de 22 mm de diámetro, para la conexión de un tubo corrugado de 22 mm a una entrada espiratoria dispuesta en del cuadro de control.
Preferentemente, el equipo de control y acondicionamiento de flujo comprende una conexión de seguridad configurada para conectar la válvula de seguridad regulable.
Preferentemente, el equipo de control y acondicionamiento de flujo comprende una conexión de toma de presión configurada para conectar el transmisor de presión. Preferentemente, dicha conexión de toma de presión es una conexión macho para conectar una línea de oxígeno de 6 mm de diámetro exterior a una toma de presión del transmisor de presión dispuesta en el cuadro de control.
Preferentemente, el equipo de control y acondicionamiento de flujo comprende una tobera configurada para aumentar la energía cinética del flujo continuo, a fin de incrementar el valor de la presión al final de la espiración PEEP intrínseca.
Preferentemente, la tobera se encuentra dispuesta internamente dentro del equipo de control y acondicionamiento de flujo entre la conexión de entrada inspiratoria y la conexión de salida endotraqueal, frente a la conexión de salida espiratoria.
Así pues, la inyección de gas en el sistema se hace a través de una tobera y frente a la salida de la vía espiratoria. Las características geométricas particulares de esta zona de distribución de flujos contribuyen activamente a obtener las ventajas clínicas deseadas. Al inicio de la fase espiratoria, la presión de la vía aérea es elevada con respecto a la presión exterior, lo que tiende a generar un flujo espiratorio. Dicho flujo es de sentido opuesto al flujo de entrada de aire en el sistema. Esta oposición de flujos genera una resistencia neumática que confiere las dos ventajas clínicas características del sistema: la ralentización de la espiración y el mantenimiento de una presión final (PEEP) distinta de la atmosférica.
La calibración de la presión PEEP y de la ralentización del flujo espiratorio se obtienen por el dimensionado de la velocidad del flujo de gas entrante y de su posición relativa frente a la salida espiratoria. El flujo de gas entrante es un parámetro de utilidad clínica, con lo que la velocidad crítica del gas entrante se dimensiona gracias al diámetro de la tobera en el punto de inyección.
Por un lado, aumentar la velocidad del gas entrante conlleva una mayor resistencia neumática y por ende una presión PEEP más elevada. Asimismo, la resistencia de evacuación del gas espiratorio depende de la posición del punto de inyección del flujo entrante con respecto a la vía espiratoria. En concreto, cuanto más próximo esté el punto de inyección del gas entrante al tubo endotraqueal, más se opone a la evacuación del gas espirado.
Para asegurar la direccionalidad del flujo de gas a la salida de la tobera y así la resistencia neumática espiratoria deseada, es esencial que el ángulo del cono sea el adecuado. Un ángulo muy importante generará un flujo difuso perdiéndose la ventaja del sistema. Un ángulo muy débil hará circular el flujo de gas entrante en una zona larga de sección reducida, aumentando así la resistencia neumática previa a la tobera y limitando por tanto el flujo máximo que puede atravesar el sistema con su consecuente limitación del uso clínico del mismo.
Así pues, son parámetros clave para el correcto funcionamiento de la tobera: la posición relativa de la inyección del gas entrante con respecto a la vía espiratoria, el diámetro de la tobera de inyección del gas entrante, y el ángulo del cono de la tobera.
Preferentemente, la tobera presenta una configuración cónica. Preferentemente, la tobera presenta un diámetro del orificio de salida de 0.5 mm a 1.5 mm. Preferentemente, la tobera presenta un diámetro del orificio de salida de 1.2 mm. Preferentemente, la tobera presenta un ángulo interior o ángulo de ataque de 13° a 15°.
La presente invención tiene también como objeto un equipo de control y acondicionamiento de flujo, con las características técnicas descritas anteriormente, para su empleo en un respirador para ventilación mecánica invasiva.
La presente invención tiene también como objeto un método de funcionamiento, o modo ventilatorio, de un respirador para ventilación mecánica. Dicho método comprende al menos los siguientes pasos:
- recibir aire y oxígeno; y
- acondicionar un flujo continuo de dicho aire y oxígeno con una aceleración controlada.
El respirador para ventilación mecánica recibe pues el aire y oxígeno, produce un flujo continuo de dicho aire y oxígeno, y lo acelera de forma controlada para suministrar un flujo continuo acelerado de dicho aire y oxígeno.
El método de funcionamiento de un respirador para ventilación mecánica comprende adicionalmente el siguiente paso:
- producir un choque del flujo continuo acelerado con un flujo espiratorio del paciente, provocando un freno espiratorio y una presión al final de la espiración PEEP intrínseca.
El flujo continuo acelerado presenta un sentido opuesto al flujo espiratorio, de modo que al chocar ambos flujos se genera una oposición intrínseca a la espiración, acentuada por una aceleración del fluido (mezcla de gases).
Es decir, se provoca una presión intrínseca opuesta a la espiración que estabiliza el descenso de la presión en el tiempo (aumentando la presión media espiratoria) en la fase espiratoria, tal y como se muestra en la Figura 14.
El flujo continuo se mantiene constante durante la fase de inspiración y la fase de espiración del paciente. La aceleración del mismo se controla por el diámetro del orificio de salida y el ángulo de ataque de la tobera, en un punto determinado del equipo de control y acondicionamiento de flujo. En concreto, con la salida de la tobera dispuesta frente a la conexión de salida espiratoria que conduce el fluido al paciente.
Preferentemente, el choque del flujo continuo con el flujo espiratorio proveniente del paciente se produce abriendo una válvula espiratoria dispuesta en la rama espiratoria, mientras se mantiene constante el flujo continuo. Preferentemente, el método de funcionamiento comprende el siguiente paso:
- provocar una presión al final de la espiración PEEP añadida.
Preferentemente, la presión al final de la espiración PEEP se produce regulando una válvula de PEEP dispuesta en serie con la válvula espiratoria en la rama espiratoria, configurada para provocar, la cual puede aportar una PEEP añadida de entre 0 a 22 cmhhO. La PEEP añadida se suma a la PEEP intrínseca.
Preferentemente, el método de funcionamiento comprende el siguiente paso:
- aumentar la energía cinética del flujo continuo (Fe) de manera controlada para crear un flujo turbulento.
Ello mejora la superación de las resistencias de la vía aérea y permite vencer la compliance alveolar (relación entre el volumen administrado en una insuflación y la presión que se ha ejercido sobre el pulmón para introducirlo).
Así pues, el modo de funcionamiento descrito se basa en una técnica de ventilación mecánica controlada por tiempo y caracterizada por un flujo de gas continuo, diferenciada por la aceleración en un punto concreto aplicada a la entrada del tubo endotraqueal por un único circuito (inspiratorio y espiratorio), produciendo los siguientes efectos:
- Velocidad del gas fresco acelerada, aumentando la energía cinética suministrada y mejorando la superación de las resistencias de la vía aérea.
- Flujo altamente turbulento del fluido aportado que permite vencer la compliance alveolar producida por el aumento de la tensión superficial por los exudados alveolares y la pérdida del surfactante.
- Efecto freno espiratorio intrínseco en el sistema, aumentado por la aceleración del fluido que choca con la espiración en la fase espiratoria. Esto mantiene una presión media espiratoria que permite que no se colapsen los alveolos en las zonas declives del pulmón
El método de funcionamiento, o modo ventilatorio, de un respirador para ventilación mecánica de la presente invención provoca pues un aumento de la presión espiratoria media.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con dos realizaciones de dicha invención que se presentan como ejemplos no limitativos de la misma.
La Figura 1 representa un esquema neumático del respirador de la presente invención.
La Figura 2 representa una vista en perspectiva del equipo de control y acondicionamiento de flujo del respirador de la Figura 1.
La Figura 3 representa una vista lateral del equipo de control y acondicionamiento de flujo de la Figura 2.
La Figura 4 representa una vista superior del equipo de control y acondicionamiento de flujo de la Figura 2.
La Figura 5 representa una vista inferior del equipo de control y acondicionamiento de flujo de la Figura 2.
La Figura 6 representa una vista frontal del equipo de control y acondicionamiento de flujo de la Figura 2.
La Figura 7 representa una vista dorsal del equipo de control y acondicionamiento de flujo de la Figura 2.
La Figura 8 representa una sección longitudinal del equipo de control y acondicionamiento de flujo según la línea de corte A-A de la Figura 3, de acuerdo a un primer caso de realización preferido.
La Figura 9 representa una sección longitudinal del equipo de control y acondicionamiento de flujo según la línea de corte A-A de la Figura 3, de acuerdo a un segundo caso de realización preferido.
La Figura 10 representa una sección longitudinal del equipo de control y acondicionamiento de flujo según la línea de corte B-B de la Figura 4, de acuerdo al primer caso de realización preferido.
La Figura 11 representa una sección longitudinal del equipo de control y acondicionamiento de flujo según la línea de corte B-B de la Figura 4, de acuerdo al segundo caso de realización preferido.
La Figura 12 representa una vista frontal del cuadro de control del respirador de la Figura 1.
La Figura 13 muestra un gráfico de la curva presión-tiempo correspondiente a un ciclo respiratorio, de acuerdo a un modo ventilatorio convencional.
La Figura 14 muestra un gráfico de la curva presión-tiempo correspondiente a un ciclo respiratorio, de acuerdo al modo ventilatorio del respirador de la presente invención.
Descripción detallada de la invención
La Figura 1 muestra un esquema neumático del respirador (1) de flujo continuo para ventilación mecánica de la presente invención. Como se puede apreciar, el respirador (1) comprende un cuadro de control (10), una rama inspiratoria (Ri) configurada para recibir una mezcla de aire y oxígeno, una rama espiratoria (Re), y una válvula espiratoria (11) dispuesta en la rama espiratoria (Re).
El respirador (1) se caracteriza por que comprende un equipo de control y acondicionamiento de flujo (20) al que conectan la rama inspiratoria (Ri) y la rama espiratoria (Re), configurado para suministrar un flujo continuo (Fe) de dicha mezcla de aire y oxígeno a un paciente (P) a través de un tubo endotraqueal (T), donde dicho flujo continuo (Fe) se mantiene constante durante la inspiración y la espiración del paciente, de modo que al abrirse la válvula espiratoria (11) se produce un choque del flujo continuo (Fe) con el flujo espiratorio (Fe) proveniente del paciente (P), provocando un freno espiratorio y una presión al final de la espiración PEEP intrínseca. El respirador (1) comprende una válvula de PEEP (12) dispuesta en serie con la válvula espiratoria (11) en la rama espiratoria (Re), configurada para provocar una presión al final de la espiración PEEP añadida. La válvula de PEEP (12) se coloca después de la válvula espiratoria (11) en una toma de presión añadida (V) dispuesta en el cuadro de control (10), Figura 12.
El respirador (1) comprende un filtro antibacteriano y/o antivírico (13) dispuesto en serie con la válvula espiratoria (11) en la rama espiratoria (Re).
El respirador (1) comprende una válvula de seguridad regulable (14) conectada al equipo de control y acondicionamiento de flujo (20) configurada para limitar la presión de la rama inspiratoria (Ri).
El respirador (1) comprende un transmisor de presión (15) conectado al equipo de control y acondicionamiento de flujo (20) configurado para monitorizar la presión durante el ciclo respiratorio.
El respirador (1) comprende un sensor de oxígeno (16) en la rama inspiratoria (Ri), configurado para medir la fracción inspirada de oxígeno Fi02.
El respirador (1) comprende un humidificador (17) activo en la rama inspiratoria (Ri), configurado para humidificar la mezcla de aire y oxígeno.
El respirador (1) comprende un puerto de entrada de gases (18) configurado para recibir la mezcla de aire y oxígeno procedente de un mezclador (30).
El mezclador (30) comprende un caudalímetro (31) y un humidificador (32), tanto para el aire comprimido como para el oxígeno.
Las Figuras 2 a 7 muestran diversas vistas del equipo de control y acondicionamiento de flujo (20). Como se puede apreciar, éste presenta una configuración tubular que comprende una pluralidad de conexiones (21, 22, 23, 24, 25) comunicadas neumáticamente. El equipo de control y acondicionamiento de flujo (20) comprende:
- una conexión de entrada inspiratoria (21) configurada para conectarse a la rama inspiratoria (Ri) y recibir la mezcla de aire y oxígeno;
- una conexión de salida endotraqueal (22), alineada con la conexión de entrada inspiratoria (21), configurada para conectarse al tubo endotraqueal (T) y suministrar un flujo continuo (Fe) de la mezcla de aire y oxígeno al paciente (P); y
- una conexión de salida espiratoria (23), dispuesta en “T” entre la conexión de entrada inspiratoria (21) y la conexión de salida endotraqueal (22), configurada para conectarse a la rama espiratoria (Re) y permitir la salida del flujo espiratorio (Fe) proveniente del paciente (P).
El equipo de control y acondicionamiento de flujo (20) comprende una conexión de seguridad (24) configurada para conectar la válvula de seguridad regulable (14).
El equipo de control y acondicionamiento de flujo (20) comprende una conexión de toma de presión (25) configurada para conectar el transmisor de presión (15).
Las Figuras 8 y 10 muestran dos secciones longitudinales del equipo de control y acondicionamiento de flujo (20), de acuerdo a un primer caso de realización preferido. Esta primera configuración del equipo de control y acondicionamiento de flujo (20), denominada ECAF PRO, produce una PEEP intrínseca del sistema de entre 6 y 11 cmFhO para flujos de entre 20 l/min y 30 l/min respectivamente.
Para ello, el equipo de control y acondicionamiento de flujo (20) comprende una tobera (26) configurada para aumentar la energía cinética del flujo continuo (Fe), a fin de incrementar el valor de la presión al final de la espiración PEEP intrínseca.
La tobera (26) se encuentra dispuesta internamente dentro del equipo de control y acondicionamiento de flujo (20) entre la conexión de entrada inspiratoria (21) y la conexión de salida endotraqueal (22), con la salida de la tobera (26) frente a la conexión de salida espiratoria (23).
La tobera (26) presenta una configuración cónica, con un diámetro de salida de 0.5 mm a 1.5 mm, y un ángulo interior de 13o a 15o.
Las Figuras 9 y 11 muestran dos secciones longitudinales del equipo de control y acondicionamiento de flujo (20), de acuerdo a un segundo caso de realización preferido. Esta segunda configuración, denominada ECAF STANDARD, produce una PEEP intrínseca del sistema de entre 2 y 3 cmhfeO para flujos de entre 20 l/min y 30 l/min respectivamente.
La Figura 12 muestra una vista frontal del cuadro de control (10). Como se puede apreciar, el puerto de entrada de gases (18) puede comprender adicionalmente una conexión previa (19) en Ύ” para la conexión por separado de aire y oxígeno.
El cuadro de control (10) comprende una salida inspiratoria (X) para conexión de un tubo corrugado proveniente del humidificador (17), o proveniente de la conexión de entrada inspiratoria (21), en caso de no disponer de dicho humidificador (17).
El cuadro de control (10) comprende una entrada espiratoria (Z) para la conexión de un tubo corrugado proveniente de la conexión de salida espiratoria (23).
El cuadro de control (10) comprende una toma de presión (Y) del transmisor de presión (15) para conectar una línea de oxígeno proveniente de la conexión de toma de presión (25).
El cuadro de control (10) comprende una toma de presión añadida (V) para conexión de la válvula de PEEP (12).
El frontal del cuadro de control (10) comprende un pulsador manual de emergencia (E) que permite la apertura manual de la válvula espiratoria (11) para seguridad del paciente.
La Figura 13 muestra un gráfico de la curva presión-tiempo correspondiente a un ciclo respiratorio, de acuerdo a un modo ventilatorio convencional. La “i” representa la fase de inspiración de la curva, mientras que la “e” representa la fase de espiración de la misma. La Figura 14 muestra un gráfico de la curva presión-tiempo correspondiente a un ciclo respiratorio de acuerdo al modo ventilatorio del respirador de la presente invención. La “i” representa la fase de inspiración de la curva, mientras que la “e” representa la fase de espiración de la misma.
Como se puede apreciar, el choque del flujo continuo (Fe) con el flujo espiratorio (Fe) proveniente del paciente (P) provoca un freno espiratorio y una presión al final de la espiración PEEP intrínseca, tal y como se muestra en el tramo de la curva que está dentro del círculo. Esto hace que la presión media de la espiración sea más alta, en comparación con la mostrada en la curva de la Figura 13.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Respirador para ventilación mecánica, que comprende una rama inspiratoria (Ri) configurada para recibir una mezcla de aire y oxígeno, una rama espiratoria (Re), y una válvula espiratoria (11) dispuesta en la rama espiratoria (Re), dicho respirador (1) caracterizado por que comprende un equipo de control y acondicionamiento de flujo (20) al que conectan la rama inspiratoria (Ri) y la rama espiratoria (Re), configurado para suministrar un flujo continuo (Fe) de dicha mezcla de aire y oxígeno a un paciente (P), donde dicho flujo continuo (Fe) se mantiene constante durante la inspiración y la espiración del paciente (P), de modo que al abrirse la válvula espiratoria (11) se produce un choque del flujo continuo (Fe) con el flujo espiratorio (Fe) proveniente del paciente (P), provocando un freno espiratorio y una presión al final de la espiración PEEP intrínseca.
2. Respirador según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende una válvula de PEEP (12) dispuesta en serie con la válvula espiratoria (11) en la rama espiratoria (Re), configurada para provocar una presión al final de la espiración PEEP añadida.
3. Respirador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que comprende un filtro antibacteriano y/o antivírico (13) dispuesto en serie con la válvula espiratoria (11) en la rama espiratoria (Re).
4. Respirador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que comprende una válvula de seguridad regulable (14) conectada al equipo de control y acondicionamiento de flujo (20) configurada para limitar la presión de la rama inspiratoria (Ri).
5. Respirador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que comprende un transmisor de presión (15) conectado al equipo de control y acondicionamiento de flujo (20) configurado para monitorizar la presión durante el ciclo respiratorio.
6. Respirador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que comprende un sensor de oxígeno (16) en la rama inspiratoria (Ri), configurado para medir la fracción inspirada de oxígeno Fi02.
7. Respirador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que comprende un humidificador (17) en la rama inspiratoria (Ri), configurado para humidificar la mezcla de aire y oxígeno.
8. Respirador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que comprende un puerto de entrada de gases (18) configurado para recibir la mezcla de aire y oxígeno procedente de un mezclador (30).
9. Respirador según la reivindicación 8, caracterizado por que el puerto de entrada de gases (18) comprende adicionalmente una conexión previa (19) en Ύ” para la conexión por separado de aire y oxígeno.
10. Respirador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que el equipo de control y acondicionamiento de flujo (20) presenta una configuración tubular que comprende una pluralidad de conexiones (21, 22, 23, 24, 25) comunicadas neumáticamente.
11. Respirador según la reivindicación 10, caracterizado por que el equipo de control y acondicionamiento de flujo (20) comprende:
- una conexión de entrada inspiratoria (21) configurada para conectarse a la rama inspiratoria (Ri) y recibir la mezcla de aire y oxígeno;
- una conexión de salida endotraqueal (22), alineada con la conexión de entrada inspiratoria (21), configurada para conectarse a un tubo endotraqueal (T) de un paciente (P) y suministrar un flujo continuo (Fe) de la mezcla de aire y oxígeno a dicho paciente (P); y
- una conexión de salida espiratoria (23), dispuesta en “T” entre la conexión de entrada inspiratoria (21) y la conexión de salida endotraqueal (22), configurada para conectarse a la rama espiratoria (Re) y permitir la salida del flujo espiratorio (Fe) proveniente del paciente (P).
12. Respirador según las reivindicaciones 4 y 11, caracterizado por que el equipo de control y acondicionamiento de flujo (20) comprende una conexión de seguridad (24) configurada para conectar la válvula de seguridad regulable (14).
13. Respirador según las reivindicaciones 5 y 11, caracterizado por que el equipo de control y acondicionamiento de flujo (20) comprende una conexión de toma de presión
(25) configurada para conectar el transmisor de presión (15).
14. Respirador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que el equipo de control y acondicionamiento de flujo (20) comprende una tobera (26) configurada para aumentar la energía cinética del flujo continuo (Fe), a fin de incrementar el valor de la presión al final de la espiración PEEP intrínseca.
15. Respirador según las reivindicaciones 11 y 14, caracterizado por que la tobera
(26) se encuentra dispuesta internamente dentro del equipo de control y acondicionamiento de flujo (20) entre la conexión de entrada inspiratoria (21) y la conexión de salida endotraqueal (22).
16. Respirador según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 15, caracterizado por que la tobera (26) presenta una configuración cónica.
17. Respirador según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizado por que la tobera (26) presenta un diámetro del orificio de salida de 0.5 mm a 1.5 mm.
18. Respirador según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17, caracterizado por que la tobera (26) presenta un diámetro del orificio de salida de 1.2 mm.
19. Respirador según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, caracterizado por que la tobera (26) presenta un ángulo interior de 13° a 15°.
20. Equipo de control y acondicionamiento de flujo para un respirador para ventilación mecánica, dicho equipo (20) caracterizado por que presenta una configuración tubular que comprende una pluralidad de conexiones (21, 22, 23, 24, 25) comunicadas neumáticamente, con al menos:
- una conexión de entrada inspiratoria (21) configurada para conectarse a una rama inspiratoria (Ri) y recibir la mezcla de aire y oxígeno;
- una conexión de salida endotraqueal (22), alineada con la conexión de entrada inspiratoria (21), configurada para conectarse a un tubo endotraqueal (T) vinculado al paciente (P) y suministrar un flujo continuo (Fe) de la mezcla de aire y oxígeno a dicho paciente (P); y
- una conexión de salida espiratoria (23), dispuesta en “T” entre la conexión de entrada inspiratoria (21) y la conexión de salida endotraqueal (22), configurada para conectarse a una rama espiratoria (Re) y permitir la salida del flujo espiratorio (Fe) proveniente del paciente (P).
21. Equipo según la reivindicación 20, caracterizado por que comprende una conexión de seguridad (24) configurada para conectar una válvula de seguridad regulable (14).
22. Equipo según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 21, caracterizado por que comprende una conexión de toma de presión (25) configurada para conectar un transmisor de presión (15).
23. Equipo según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 22, caracterizado por que comprende una tobera (26) de configuración cónica.
24. Equipo según la reivindicación 23, caracterizado por que la tobera (26) se encuentra dispuesta internamente dentro del equipo de control y acondicionamiento de flujo (20) entre la conexión de entrada inspiratoria (21) y la conexión de salida endotraqueal (22).
25. Equipo según cualquiera de las reivindicaciones 23 a 24, caracterizado por que la tobera (26) presenta un diámetro del orificio de salida de 0.5 mm a 1.5 mm.
26. Equipo según cualquiera de las reivindicaciones 23 a 25, caracterizado por que la tobera (26) presenta un diámetro del orificio de salida de 1.2 mm.
27. Equipo según cualquiera de las reivindicaciones 23 a 26, caracterizado por que la tobera (26) presenta un ángulo interior de 13° a 15°.
28. Método de funcionamiento de un respirador para ventilación mecánica, caracterizado por que comprende los siguientes pasos:
- recibir aire y oxígeno; - acondicionar un flujo continuo (Fe) de dicho aire y oxígeno con una aceleración controlada; y
- producir un choque del flujo continuo (Fe) acelerado con un flujo espiratorio (Fe), provocando un freno espiratorio y una presión al final de la espiración PEEP intrínseca.
29. Método según la reivindicación 28, caracterizado por que comprende el siguiente paso:
- provocar una presión al final de la espiración PEEP añadida.
30. Método según cualquiera de las reivindicaciones 28 a 29, caracterizado por que comprende el siguiente paso:
- aumentar la energía cinética del flujo continuo (Fe) de manera controlada para crear un flujo turbulento.
31. Método según cualquiera de las reivindicaciones 28 a 30, caracterizado por que provoca un aumento de la presión espiratoria media.
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