A MassVentil projekt műszaki bemutatása
Háttér
Az akut légzési problémákat (ARDS) okozó pandémiás járványok (pl.: CoVid19), illetve korábban kisebb járványokat gerjesztő SARS, MERS hatékony kezelése csak jelentős orvostechnikai eszközpark és hatékony orvosi ellátás mellett győzhetők le hatékonyan. Az akut légzési problémák kezelésének egyik kulcsa jelenleg a páciens folyamatos lélegeztetése. A jelenlegi orvostechnikai gyakorlat a lélegeztetést dedikált lélegeztető orvostechnikai eszközökkel valósítja meg, melyek hatékony alkalmazhatósága pandémiás járványok esetén hardvermennyiség, kapacitás, rendelkezésre állás, menedzselhetőség, telepíthetőség szempontjából egyaránt rengeteg problémát vet fel.
A tömeg-lélegeztetés koncepciója
A tömeg-lélegeztetés során egy moduláris, vagy monolitikusan kialakított központi lélegeztető rendszerre vannak a páciensek kötve. A rendszer kialakítása történhet előre kiépített, illetve ad hoc módon (orvosi/nem orvosi intézményekben pl. kórtermekben, sportpályákon, tornatermekben, stb.). A tömeg-lélegeztetéshez kialakított lélegeztető rendszerben egyesítetten történik a be- és kilégzéshez alkalmas gázok menedzselése ( előállítása, hőmérséklet/ páratartalom/nyomás beállítása, szűrése stb.). A be- és kilégzés során a levegő (egy, vagy több lépcsőben) mindkét irányban megszűrésre kerül.
A légzési gázok menedzselése (szűrése, hőmérséklet kontrollja, páratartalom kontrollja, nyomás kontrollja, biztonsági ellenőrzése, stb.) elosztottan, központi felügyelt mellett, több helyen történik a tömeg-lélegeztető rendszerben automatikusan, illetve manuálisan egyaránt.
A rendszer modularitásából adódóan újabb pácienseket (egy vagy több pácienst) lehet a rendszerbe integrálni egészen a rendszer határkapacitásáig. A rendszer határkapacitását leginkább a be és kilégző rendszerben alkalmazott motorok kapacitása határozza meg (fontos paraméterek: az áramoltatott levegő mennyisége és minimális nyomása, valamint a környezetből adódó méretkorlátok).
A belégzési levegő előállító rendszer többféle forrásból kaphatja a levegőt. Ezek lehetnek puffer palackok (levegő, illetve oxigén esetében egyaránt), kórházi -előre kiépített- levegőztető csőrendszer, vagy dedikált ventilátoros, illetve kompresszoros levegő ellátó rendszerek). A különféle típusú levegő előállító rendszerek kombinációja, illetve többszörözése növeli a belélegeztető rendszer kapacitását, valamint robosztusságát (ezáltal növeli a teljes tömeg-lélegeztető rendszer hasonló paramétereit). A jelen rendszerben a ventilátormotoros rendszerből felépített tömeg-levegőztető rendszert mutatjuk be.
Jelen példában a belégzéshez és a kilégzéshez szükséges levegő áramoltatását külön (elektromos) ventilátorok szolgáltatják. A ventilátorok áramellátását megfelelő redundanciával és lehetőleg szünetmentes táppal kell megvalósítani. A be- és kilégzési gázok nyomásviszonyai úgy vannak meghatározva és beállítva, hogy a rendszerben visszaáramlás, illetve keveredés nem valósulhat meg.
A belégzési oldalon (BB zóna) legalább 80 mbar túlnyomás szükséges. A be- és kilélegeztető rendszer egyaránt redundáns kiépítettségű, a működés során fellépő hardver problémák kijavításának, valamint karbantartási munkák (pl.: szűrők cseréje) elvégezhetőségének érdekében. A megfelelő redundancia eléréséhez minimum 2-2 ventilátor szükséges be- és kilégzés oldalon.
A ventilátorok elé szűrő(ke)t kell tenni, a különböző méretű szennyeződések és kórokozók kizárása érdekében. A ventilátor után szintén érdemes szűrő(ke)t elhelyezni, melyek megakadályozzák a külső szűrő(k) cseréjénél, illetve a motor működése során esetlegesen keletkező szennyeződések továbbjutását. A szűrők koszolódása során megnövekedik az ellenállásuk, a megnövekedett nyomáskülönbséget nyomásmérővel kell figyelni, nehogy túllépjük a levegőztető rendszer (ventilátor) teljesítő képességét, mert ebben az esetben a munkapont nem kívánt területre tolódik. A ventilátor folyamatos működéséből adódó melegedést folyamatosan figyelemmel kell kísérni, hogy elkerülhetővé váljon túlmelegedés.
Az egyes ventilátorok visszacsapó szelepeken keresztül csatlakoznak a busz-rendszerre (BB zóna, illetve KB zóna). A busz-rendszer nyomását a busz végén (belégzési szűkítő, illetve kilégzési szűkítő szegmensek) elhelyezendő állítható szelepekkel kell a kívánt értékre állítani. A buszban folyamatosan mérni kell a kialakult térfogatáramot, hogy az biztosan elégséges-e a rendszerre csatlakoztatott pácienseknek. A busz-rendszerben minimálisan mérendő fontosabb paraméterek:
- levegő hőmérséklete
- térfogatáram
- nyomásveszteség a szűrőkön
- buszok nyomása
- levegő páratartalma
- levegőben lévő gázok koncentrációja
- a rendszer integritása
Mind a két buszt el kell látni mechanikus nyomás korlátozóval (akár többel is), a nem kívánt üzemállapotok elkerülése céljából. A belégzési busz ezenkívül opcionálisan tartalmazhat egy levegő menedzsment szegmenst, mely a levegő különböző fontos paramétereinek mérését, valamint kontrollálását végzi (hőmérséklet, fűtés-hűtés, páratartalom, stb.). Ezen szegmens azért opcionális, mivel a paraméterek kezelésére más helyeken is nyílik lehetőség (pl. a páciens zónában). A kilégzési és belégzési busz csőrendszere esetében a sztatikus elektromosság ellen megfelelően kiépített ESD védelemmel, a csövek földelésével szükséges védekezni.
A kilégezett levegő elszállítása szintén központosított busz-rendszeren történik, ezáltal csökkentve a helységben dolgozók potenciális fertőzésveszélyét. A kilélegzett levegő fertőző, ezen okból a kilégzési buszt ennek megfelelően megkülönböztetett jelzésekkel és festéssel kell ellátni.
A kilélegzett levegőt szállító rendszerben egészen a ventilátor nyomó oldaláig depresszió uralkodik, amelyet a busz végén található szeleppel kell beállítani (-40 – -80 mbar). A légkörinél alacsonyabb nyomásnak köszönhetően onnan kórokozó nem tud kijutni. A ventilátor nyomóoldali részét úgy kell kialakítani, hogy csak megfelelő tisztítást követően tudjon kiáramolni a levegő.
A buszokra külön elzárószerelvényen keresztül kell csatlakoztatni a páciensek eszközeit, ezáltal a rendszerbe újabb pácienseket anélkül lehet integrálni, hogy a teljes rendszerben ez bármilyen fennakadást okozna. A busz végére elzáró szerelvényt kell elhelyezni, a további bővíthetőség érdekében.
Egyén integrálása, lélegeztetése a tömeg-lélegeztető rendszerben és eltávolítása a tömeg-lélegeztető rendszerből
A páciensek személyre szabott lélegeztetési paraméterek alapján (nyomás, légzésszám, térfogat, stb. paraméterek) kapják a levegőt. A személyre szabott levegőztetésért a páciens közelében található intelligens mérő – adagoló – keverő – levegő menedzsment rendszer a felelős. A rendszer modularitásából adódóan újabb pácienseket a rendszerbe anélkül lehet integrálni, hogy a már csatlakoztatott emberek lélegeztetését le kellene állítani.
A lélegeztető rendszer nagyobb szegmensekre van osztva, melyek között lezárók találhatók (a kilégzési és a belégzési alrendszerekben egyaránt). A szegmenslezárók egyfajta zsilipként szolgálnak melyek megnyitásával egy újabb szegmensbe lehet a levegőt adott nyomásviszonyok mellett eljuttatni.
Az egyes szegmensekben egyszerre egy, vagy több páciens lehet csatlakoztatva. Egy szegmensben lévő páciensek egyenként integrálhatók a rendszerbe, illetve a többi pácienstől függetlenül a rendszerből tetszőleges időben eltávolíthatóak. Adott páciens rendszerhez történő csatlakozása és leválasztása páciens szintű szabályozással van megvalósítva. A páciens adott szegmens al-buszra vezérlőszelepen keresztül csatlakozik. A szelep kialakítása olyan, hogy a szeleptest elforgatásával a maximális befúvástól a maximális elszívási állapotig jutunk el. Ennek köszönhetően finoman lehet szabályozni a páciens oldali nyomást. A szelep előtti túlnyomásos oldal (belégzési szegmens al-busz felöl) és a nyomáscsökkentett oldal (kilégzési szegmens al-busz felé) különböző mértékben való szűkítésével állítjuk elő a szelep utáni (P-zónás) kívánt nyomást és áramlást adott páciens számára. A levegő nyomás és áramlás szabályozása megvalósítható aktív, illetve passzív szabályozási körrel. A modell alapú kalibrációnak köszönhetően, a bonyolult mechanizmusok mellett akár egyszerűbb (de hatékony) szabályozási kör is kialakítható, és egy egyszerű léptető motoros pozícióvezérléssel megvalósítható a nyomás- és áramlásszabályozás.
A P-zónában az egyes páciensek O2 koncentrációjának beállítására rendszer több lehetőséget biztosít: az oxigén ellátás megvalósítható koncentráció alapú, illetve akár idő alapú vezérléssel is. A koncentráció alapú vezérléshez alkalmazandó viszonylag drága és pontos O2 szenzorok beszerzése, és folyamatos (időszakonkénti) cseréje járványhelyzetben nehézkes. Az időalapú vezérléssel a pontosság kisebb, de azért a működéshez megfelelő. A páciensenként elhelyezett mechanikus O2 áramlásszabályozó szelep által időegység alatt szállított állandó mennyiségű gázt, a szolenoid szelep megfelelő időre való vezérlésével juttatjuk el a pácienshez. Az mechanikus áramlásszabályozónak köszönhetően a bejutatott O2 mennyisége nem függ az O2 ellátórendszerben és a P-zónában lévő nyomás különbségétől, csak az időtől. Áramlásszabályozó üzemmódban beállított mennyiségű környezeti levegő bejuttatása történik, így a hozzá szükséges O2 pontosan számítható. Nyomásszabályozási üzemben, a páciens állapotától és paramétereitől (amelyek idővel változhatnak) függően különböző mennyiségű környezeti levegőt tudunk bejuttatni, így a szükséges O2 koncentráció elérése érdekében az előző légzési ciklusban mért (két ciklus közötti eltérés elhanyagolható) adatokat felhasználva kerül kiszámításra a szükséges plusz O2 mennyiség.
A páciens számára bejuttatott levegő hőmérsékletét, valamint páratartalmát lehetőség van a BB zónában, illetve a P zónában egyaránt menedzselni. A P zónában a páciens szájánál van lehetőség passzív (pl.: HME- Heat and Moisture Exchangers), illetve aktív megoldásokkal (pl. HME Booster) a kívánt értékeket beállítani.
Szabad légzés funkció:
A rendszer kialakításából adódóan a P-zóna nincs teljesen elzárva sem a BB-zónától sem a KB-zónától, így a páciens szabad légzése biztosított. Amellett, hogy a rendszer képes, a páciens légzési ciklusával szinkronizáltan működni, ha a páciens más ütemben vesz levegőt a rendszer biztosítja a szükséges levegőmennyiséget. A többletlevegő, amelyet a páciens belégzés vagy kilégzés közben produkál, illetve igényel az al-buszok által szállítódik.
A P-zónában lévő páciens belégzési nyomásának légköri nyomásra való szabályozásával a spontán légzéssel rendelkező páciens légzése könnyíthető. A páciens által előidézett nyomás (kilégzés) és depresszió (belégzés) visszaszabályozása légköri nyomásra áramlást idéz elő, amellyel a páciens szabadon és könnyebben képes légcserét végezni.
A tömeg-lélegeztető rendszer és a páciensek egységesített monitorozása
A tömeg-lélegeztető rendszer, valamint minden lélegeztetett páciens egyesített monitorozó rendszeren kerül monitorozásra. A mérési adatok, származtatott értékek és statisztikák vezeték nélküli hálózaton, megfelelő titkosítással rendelkező (autentikált) kommunikációs csatornán keresztül kerülnek fel a lokális (központi) szerver(ek)re. Mivel a tömeg-lélegeztetés során elvileg viszonylag nagy területen sok páciens számára válik megvalósíthatóvá a lélegeztetés, a távolságok áthidalására esetlegesen vezeték nélküli ún. Access Point-okat (AP-ket) kell a rendszerbe integrálni.
A monitorozó rendszer a különböző személyek számára jogosultságuk és feladataik alapján a rendszer különböző részeit, és ezen részek monitorozott paramétereit mutatja. A monitorozó rendszer adatátjárást biztosít a személyi lélegeztetőgépek felé, valamint az azokat felügyelő szoftverek, valamint a HIS-ek (Hospital Information System) és magasabb szintű járványmonitorozó rendszerek felé. A rendszer főbb mérési pontjai:
Vissza a lap tetejére >>>