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Ingeniería Biomédica 2009. Instrumentación para medidas respiratoria s Prof. Agr. Ing. Franco Simini Núcleo de Ing. Biomédica Facultades Medicina e Ingeniería simini@fing.edu.uy www.nib.fmed.edu.uy. Lo que se sabe sobre la mecánica ventilatoria deriva de lo que se puede medir: presiones

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Presentation Transcript
ingenier a biom dica 2009
Ingeniería Biomédica 2009

Instrumentación para medidas respiratorias

Prof. Agr. Ing. Franco Simini

Núcleo de Ing. Biomédica

Facultades Medicina e Ingeniería

simini@fing.edu.uy

www.nib.fmed.edu.uy

slide2
Lo que se sabe sobre la mecánica ventilatoria deriva de lo que se puede medir:
  • presiones
  • flujos de aire
  • volúmenes
slide3
Desarrollo de instrumentos para medir, documentar y controlar parámetros de la mecánica ventilatoria
ing biom dica respiratorio
Ing. Biomédica - Respiratorio

Uso de medidas respiratorias y ventilatorias:

Tamisaje de pacientes, seguimiento de tratamientos, medicina del deporte (PREMAX)

Evaluar cambios y seguimiento de tratamientos en RN y en ventilación asistida (MECVENT)

Monitoreo de pacientes graves (MONICLI, MONRES)

slide5
Elementos para proyectar equipos de estimación de parámetros de la mecánica ventilatoria:

Transductores

Modelos matemáticos

Capacidad de procesamiento

Presentación

Comandos

ing biom dica respiratorio1
Ing. Biomédica - Respiratorio

Transductores

Neumotacógrafo

Transductor de presión

Piezoresistivo

principio del neumotac grafo
Principio del neumotacógrafo:
  • Medir la diferencia de presión provocada por una resistencia al flujo conocida y constante.
  • Condición que sea flujo laminar
  • Validez en un rango dado de flujos
neumotac grafo

neumotacógrafo

Transforma un flujo aéreo en una delta P proporcional al flujo

  • flujo laminar
  • evitar condensación
slide11
Principio del transductor piezoresistivo:

Cambio de resistividad de un material que se deforma por efecto de una diferencia de presión entre sus dos caras

transductor de presi n piezoresistivo

Op Amp regul V

presión P1

resistores

remachesss

chip piezo y tubo

presión P2

tapa del tubo del chip

tapa superior

epoxy

transistor de potencia

contactos entrada y salida

punto de prueba interno

termistor

Vc/Te

circuito impreso

transductor de presión piezoresistivo

La resistencia de un cristal piezoresistivo varía con la presión ejercida sobre él. Se mide luego con un puente.

slide13
Principios de medidas de volumen pulmonar
  • Integración de flujo aéreo
  • Pletismografía
slide14

Vc=500 mL

Volumen

INSPIRACION

ESPIRACION

INSPIRACION

ESPIRACION

Tiempo

s ales tomadas de monicli
Séñales tomadas de MONICLI

flujo aéreo

volumen = integral de flujo

slide16

flujo aéreo

volumen = integral de flujo

Séñales tomadas de MONRES

pletismograf a
Pletismografía
  • Caja hermética de 600 litros
  • Paciente respira aire externo
  • Dos modalidades de medida de V:
    • Cambios de presión permiten deducir el V (Ley de Boyle-Mariotte pV=k)
    • Integración del aire que entra y sale de la caja (no es una R en serie con la vía aérea)
ing biom dica respiratorio3
Ing. Biomédica - Respiratorio

Señal de volumen V = f(t)

CPT (TLC) capacidad pulmonar total

VR (RV) volumen residual

CFR (FRC) capacidad funcional residual

CV (VC) cap.vital =TLC-RV

Vc (VT) volumen corriente (“tidal” de “tide”=corr)

referencia es el pulmón totalmente colapsado

cpt capacidad pulmonar total vr volumen residual crf capacidad funcional residual

CPT capacidad pulmonar totalVR volumen residualCRF capacidad funcional residual

CV cap. vital =CPT-VRVc volumen corrienteVRI volumen residual inspVRE volumen residual esp

ing biom dica respiratorio4
Ing. Biomédica - Respiratorio

patrón respiratorio

Son los parámetros del ciclo respiratorio

volumen corriente Vc (500 mL)

frecuencia respiratoria f (12 por minuto)

ventilación minuto VE = f Vc (6 L/min)

ing biom dica respiratorio5
Ing. Biomédica - Respiratorio

patrón respiratorio

VE = Vc x (1/Ttot) multiplicando por (Ti/Ti) y reordenando

VE = Vc x (1/Ttot) x (Ti/Ti)

VE = (Vc/Ti) x (Ti/Ttot)

flujo medio inspiratorio (Vc/Ti)

período inspiratorio útil (Ti/Ttot).

slide26

f

Vc

VE

Vc/Ti

Ti

Ti/Ttot

P0.1

12.5  2.7 cpm = 0.2 Hz

0.53  0.15 Litros

6.54  1.91 L/min

266  60 ml/s

1.97  0.33 s

0.41  0.06

1.06  0.3 cm H2O

Orden de magnitud de valores del “Patrón Ventilatorio Normal”

ing biom dica respiratorio6
Ing. Biomédica - Respiratorio

Bucles

Volumen (x) – Flujo (y)

Resistencia

Presión (x) – Volumen (y)

Trabajo

Complacencia C

trabajo we wr rea rayada es la integral en t de v x p

Trabajo We+Wrárea rayada es la integral (en t) de V x P

Wr se disipa en cada ciclo,

We es acumulado en las estructuras anatómicas deformadas y vuelven a su estado de reposo.

ing biom dica respiratorio7
Ing. Biomédica - Respiratorio

Modelos

Modelo RC

Flujo = corriente

Diferencia de presiones = ddp

R resistencia de vías aéreas

C complacencia

(L parámetro inductivo)

si se considera el sistema lineal
Si se considera el sistema lineal:

Pao = Z(w)V´(w)

Pao presión de vía aérea “air opening” = bocaZ(w) impedanciaV´(w) flujo

slide32

R

delta P

C

flujo aéreo

estimaci n de z w
Estimación de Z(w)
  • En respiración normal
  • En ventilación asistida
  • Estimulando con señales de presión “de banda ancha” (parlantes, pistones, etc.)
ing biom dica respiratorio8
Ing. Biomédica - Respiratorio

Diseño de un Equipo de medida en ventilación espontánea

funciones del equipo para el usuario
funciones del equipo para el usuario
  • Presentación de las señales adquiridas f(t) y bucles
  • Alarma de ausencia o deterioro de señales
  • Cálculo y presentación del patrón respiratorio en ventilación espontánea o mecánica
  • Almacenado de señales en archivos para revisión
  • Generación de informes sobre el estado ventilatorio
  • Generación de curvas normalizadas para la historia clínica electrónica (normas HL7, OpenHR etc.)
slide36

adaptación

aislación

Pes

Pa

V’

trans. piezo.

trans. piezo.

trans. piezo. difer.

adquisición A/D

procesamiento

señales en pantalla

informe

archivo y red

ing biom dica respiratorio9
Ing. Biomédica - Respiratorio

Equipos de medida

MECVENT

PREMAX

MONICLI

MONRES

Ver www.nib.fmed.edu.uy

bibliograf a
Bibliografía
  • Pablo Lucerna, Monografía 2004 “Transductores de presión y de flujo”. plucerna@adinet.com.uy
  • Webster J. “Encyclopedia of Biomedical Engineering”, Wiley 6 vol, 2006
  • Simini F. “Ing. Biom.”, UR, 2007
n cleo de ing biom dica
Núcleo de Ing. Biomédica

www.nib.fmed.edu.uy