Giải pháp cảm biến lưu lượng trong máy thở

Cảm biến lưu lượng được sử dụngđể đo tốc độ dòng chảy của máu hoặc oxy thông qua một tàu. Các cảm biến lưu lượng có thể cấy ghép thường được tích hợp vào một vòng bít linh hoạt (Hình 20.10) được lắp xung quanh bình có tốc độ dòng chảy được đo.

Khi việc sử dụng và phổ biến máy thở tiếp tục phát triển, Công nghệ CMOSens đã thiết lập một thế hệ cảm biến lưu lượng mới.

Các phép đo lưu lượng khí liên tục trong quá trình theo dõi gây mê, điều trị chăm sóc đặc biệt cũng như trong môi trường lâm sàng và cấp cứu cung cấp thông tin quan trọng để đánh giá hoạt động của hệ thống tim mạch và hô hấp và đã trở nên không thể thiếu trong y học hiện đại.

Hệ thống thông khí cơ học cung cấp khí thở cho bệnh nhân bằng "máy bơm không khí" cơ học và kỹ thuật thông khí này sử dụng áp suất dương để đưa không khí vào phổi của bệnh nhân.

Hình 1: Sơ đồ cấu tạo máy thở với các vị trí cảm biến khác nhau điển hình và việc sử dụng máy tạo độ ẩm.

Sự gia tăng các tính năng thông minh được tích hợp vào các máy thở này, cho phép chúng tự động thích ứng với những thay đổi về chức năng phổi hoặc nhịp thở của bệnh nhân. Do đó, thông khí hiện đại được kiểm soát áp suất hoặc kiểm soát thể tích giờ đây hướng đến bệnh nhân nhiều hơn bao giờ hết. Vì ngày càng cần ít chế độ thông khí hơn do sự gia tăng trí thông minh của thiết bị, nên nhìn chung máy thở y tế trở nên ít phức tạp hơn để vận hành.

Thông khí không xâm lấn đề cập đến các liệu pháp thông khí được thực hiện bằng mặt nạ hoặc ống thông mũi. Điều này thường được gọi là thông khí bằng mặt nạ hoặc NIV/NPPV (thông khí không xâm lấn hoặc thông khí áp suất dương không xâm lấn). Trong thông khí xâm lấn, một ống nội khí quản hoặc ống thông khí quản được đưa vào khí quản của bệnh nhân để cung cấp không khí cho phổi. Cả hai loại thông khí – không xâm lấn và xâm lấn – đều có giá trị và được sử dụng theo cách bổ sung.

Một yếu tố không nên đánh giá thấp là độ ẩm của không khí hít vào vì nó vượt xa sự thoải mái đơn thuần của bệnh nhân. Không khí được làm ẩm và làm ấm tốt góp phần đáng kể vào sự thành công của liệu pháp thông khí vì nó cải thiện cả việc dẫn lưu dịch tiết và khả năng chịu đựng của liệu pháp thông khí không xâm lấn.

Các xu hướng hiện tại trong các bệnh viện cho thấy rằng thông khí không xâm lấn ngày nay được sử dụng thường xuyên hơn và cho nhiều triệu chứng hơn bao giờ hết. Ví dụ, các đơn vị chăm sóc tích cực ngày càng sử dụng thông khí không xâm lấn như một phương pháp điều trị đầu tay, giúp giảm các biến chứng nhiễm trùng, thời gian cai máy, thời gian nằm trong ICU, tỷ lệ đặt nội khí quản và chi phí.

Vấn đề chính đối với tất cả các máy thở là phép đo chính xác tốc độ dòng khí thở và thể tích khí thở đi vào và ra khỏi bệnh nhân. Các phép đo này với độ nhạy và độ chính xác cao nhất cho phép thông khí định hướng bệnh nhân đã được đề cập trước đây và hiện đang phổ biến, phản ánh tốt hơn sinh lý bệnh của bệnh nhân. Hình 1 cho thấy cấu trúc sơ đồ của máy thở với các vị trí cảm biến/luồng không khí điển hình.

Những thách thức kỹ thuật

Các mạch thở phức tạp có nhiều thành phần khác nhau do các loại ống, máy tạo độ ẩm, bộ lọc và bộ điều hợp được sử dụng khác nhau. Điều này thường dẫn đến rò rỉ và không hoàn hảo, đó là lý do tại sao tốc độ dòng khí thở vào (I) đôi khi khác đáng kể so với tốc độ dòng khí thực sự đến bệnh nhân. Điều tương tự cũng áp dụng cho lưu lượng thở ra (E). Các phép đo lưu lượng khí cũng bị cản trở bởi sự thay đổi liên tục của nhiệt độ không khí, độ ẩm và thành phần khí thở cũng như sự nhiễm bẩn của ống và cảm biến thở ra/đầu gần với đờm, mầm bệnh và máu. Do những hạn chế về kỹ thuật, trước đây các phép đo lưu lượng thở vào (I) và thở ra (E) được thực hiện bên trong máy thở. Các giá trị dòng thô sau đó được hiệu chỉnh càng nhiều càng tốt bằng cách sử dụng các thuật toán bù phức tạp và thường không chính xác.

Hình 2. Sơ đồ thiết lập thông gió với không khí cực ẩm và thể tích khí lưu thông rất nhỏ chỉ 5 ml.

Cảm biến lưu lượng gần phải đáng tin cậy và tiết kiệm chi phí, ổn định lâu dài và hơn nữa, có nhiều tính năng dành riêng cho máy thở khác để phù hợp với hệ thống thông khí hướng đến bệnh nhân hiện đại. Ngoài ra, cần có các yêu cầu đặc biệt nghiêm ngặt về khử trùng hợp vệ sinh do các cảm biến tiếp xúc với không khí có khả năng bị nhiễm mầm bệnh.

Gót chân Achilles của tất cả các cảm biến lưu lượng không khí hiện tại là việc sử dụng kết hợp với máy tạo độ ẩm. Độ ẩm cao trở thành một vấn đề khi nó dẫn đến sự ngưng tụ, làm cho những giọt nước vĩ mô rơi vào các bộ phận làm mát của mạch máy thở. Như một giải pháp, tất cả các cảm biến gần và thở ra của Sensirion đều được trang bị thêm một bộ phận làm nóng bên ngoài. Hoạt động của phần tử gia nhiệt này với tối đa 0.5 W là đủ để ngăn chặn sự ngưng tụ trong cảm biến một cách đáng tin cậy và do đó đảm bảo hoạt động ổn định và đáng tin cậy trong thời gian dài.

Sơ đồ minh họa trong Hình 2 cho thấy máy tạo độ ẩm thường được sử dụng trong các thiết lập máy thở để đảm bảo không khí thở được làm ẩm tốt. Xi lanh thép trong lò được giữ ở 37 độ và mô phỏng phổi với cảm biến áp suất được kết nối được sử dụng làm tài liệu tham khảo. Van được điều khiển được đóng trong chu kỳ thở vào và mở một lần mỗi giây cho phần thở ra của chu kỳ thở.

Nếu không sử dụng bộ gia nhiệt, từng giọt nước có thể chảy qua phần tử cảm biến và gây ra việc đọc sai các giá trị đo. Việc đọc sai này rõ ràng có thể được nhận ra bởi sự sai lệch của thể tích thở ra/hít vào so với thể tích tham chiếu.

Quan điểm

Việc sử dụng và phổ biến máy thở sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ trong tương lai do số lượng các bệnh về phổi ngày càng gia tăng. Máy thở hiện đại đặt ra nhu cầu ngày càng tăng đối với các cảm biến để tập trung vào bệnh nhân và liệu pháp điều trị của họ.

Công nghệ CMOSens đã thiết lập một thế hệ cảm biến lưu lượng mới đã chứng minh độ tin cậy của chúng hàng triệu lần trong lĩnh vực thiết bị CPAP và ứng dụng ô tô với những ưu điểm rõ ràng đối với máy thở.

Chính lợi thế công nghệ sẽ cho phép các nhà sản xuất nhận ra bước nhảy lượng tử tiếp theo trong lĩnh vực thông gió.