WO2021217223A1

WO2021217223A1 - Ventilator with one-way valve

Info

Publication number: WO2021217223A1
Application number: PCT/BR2020/050141
Authority: WO
Inventors: Antonio Carlos ALVAREZ FASANO
Original assignee: Biogeoenergy Fabricacao E Locacao De Equipamentos Ltda; Omnitek Tecnologia Ltda
Current assignee: Biogeoenergy Fabricacao E Locacao De Equipamentos Ltda; Omnitek Tecnologia Ltda
Priority date: 2020-04-28
Filing date: 2020-04-28
Publication date: 2021-11-04
Anticipated expiration: 2022-10-28
Also published as: BR212020008879U2

Abstract

The present utility model pertains to the technical field of auxiliary medical equipment and relates in particular to a ventilator device with a one-way valve in which the patient's line pressure is achieved not by a proportional valve, but by a simple directional valve, which switches at a time defined by a digital pressure gauge with an analogue output that continuously monitors the patient's line. The use of the present model is above all suitable for systematically and repetitively obtaining the PEEP. The ventilators of the prior art require proportional valves in order to systematically and repetitively determine the PEEP.

Description

RESPIRADOR COM VÁLVULA UNIDIRECIONAL RESPIRATOR WITH ONE-WAY VALVE

CAMPO DO MODELO MODEL FIELD

[01] O presente modelo de utilidade pertence ao campo técnico de equipamentos médicos auxiliares e se refere particularmente a um dispositivo respirador com válvula unidirecional em que a pressão de linha do paciente é atingida não por uma válvula proporcional, mas sim por uma válvula direcional simples, a qual comuta em um tempo definido por um manómetro digital com saída analógica que monitora a linha do paciente de forma contínua. [01] This utility model belongs to the technical field of auxiliary medical equipment and particularly refers to a breathing device with a unidirectional valve in which the patient's line pressure is reached not by a proportional valve, but by a simple directional valve , which switches at a time defined by a digital manometer with analog output that continuously monitors the patient's line.

ANTECEDENTES BACKGROUND

[02] Os ventiladores ajudam pacientes que não conseguem respirar sozinhos e seu uso é indicado nos casos graves de coronavírus (Covid-19), que apresentam dificuldades respiratórias. [02] Ventilators help patients who cannot breathe on their own and their use is indicated in severe cases of coronavirus (Covid-19), who have breathing difficulties.

[03] Nos casos graves, a Covid-19 pode provocar pneumonia, produzindo um processo inflamatório que atinge os pulmões, fazendo com que os pacientes percam a capacidade respiratória e, portanto, necessitando de suporte ventilatório. Assim, os respiradores, ou ventiladores, são fundamentais para tratar casos graves e gravíssimos da doença. Normalmente, esses equipamentos estão disponíveis apenas em leitos de unidades de terapia intensiva (UTI). [03] In severe cases, Covid-19 can cause pneumonia, producing an inflammatory process that reaches the lungs, causing patients to lose respiratory capacity and, therefore, requiring ventilatory support. Thus, respirators, or ventilators, are essential to treat severe and very serious cases of the disease. Usually, this equipment is only available in intensive care unit (ICU) beds.

[04] Do ponto de vista dos pacientes, a qualidade de vida diária desses pacientes foi seriamente reduzida. Do ponto de vista do hospital: desperdício de recursos médicos limitados e pessoal médico de alta qualidade. Diante desse dilema, a comunidade médica clínica espera encontrar novas abordagens de assistência respiratória. [04] From the patients' point of view, the daily quality of life of these patients has been seriously reduced. From the hospital's point of view: waste of limited medical resources and high-quality medical personnel. Faced with this dilemma, the clinical medical community hopes to find new approaches to respiratory care.

[05] Durante o ciclo de expiração, a pressão da linha do Paciente cai. É importante que a pressão não caia abaixo de um valor específico para que a terapia seja bem sucedida. [06] Hoje em dia os respiradores usam válvulas proporcionais para atingir essa pressão mínima, conhecida pela sigla PEEP ( Positive End Expiratory Pressure). [05] During the exhalation cycle, the Patient line pressure drops. It is important that the pressure does not fall below a specific value for the therapy to be successful. [06] Nowadays, respirators use proportional valves to achieve this minimum pressure, known by the acronym PEEP (Positive End Expiratory Pressure).

[07] No presente modelo, esta pressão é atingida não por uma válvula proporcional, mas sim por uma válvula direcional simples, a qual comuta em um tempo definido por um manómetro digital com saída analógica que monitora a linha do paciente de forma contínua. Ao chegar à pressão PEEP, o sistema trava a válvula, que por sua vez impõe a pressão PEEP ao sistema do paciente. Esta pressão PEEP vai ser sucedida pela pressão inspiratória quando o próximo ciclo se iniciar. [07] In the present model, this pressure is reached not by a proportional valve, but by a simple directional valve, which switches at a time defined by a digital pressure gauge with an analog output that continuously monitors the patient's line. Upon reaching PEEP pressure, the system locks the valve, which in turn imposes PEEP pressure on the patient's system. This PEEP pressure will be followed by the inspiratory pressure when the next cycle starts.

[08] A Calibração desse ponto de transição é feita de forma simples no mostrador frontal da máquina quando o paciente está sendo entubado. [08] Calibration of this transition point is done simply on the front display of the machine when the patient is being intubated.

SUMÁRIO DO MODELO MODEL SUMMARY

[09] Em resumo, para superar as deficiências dos problemas técnicos existentes, o presente modelo de utilidade fornece um respirador que se vale de uma válvula direcional simples. Durante a inalação, o ventilador fornece gás de pressão positiva ao paciente para garantir que as vias aéreas do paciente estejam abertas, para que o paciente possa inspirar sem problemas. Quando o paciente exala, a válvula unidirecional simples comuta em um tempo definido por um manómetro digital com saída analógica que monitora a linha do paciente de forma contínua. Ao chegar à pressão PEEP, o sistema trava a válvula, que por sua vez impõe a pressão PEEP ao sistema do paciente. [09] In summary, to overcome the deficiencies of the existing technical problems, the present utility model provides a respirator that uses a simple directional valve. During inhalation, the ventilator delivers positive pressure gas to the patient to ensure the patient's airway is open so that the patient can breathe in smoothly. When the patient exhales, the simple one-way valve switches at a time defined by a digital pressure gauge with analog output that continuously monitors the patient line. Upon reaching PEEP pressure, the system locks the valve, which in turn imposes PEEP pressure on the patient's system.

[010] O respirador compreende mecanismos para a abertura e o fechamento da válvula do fluxo, que dependem da ação resultante de forças agindo em lados opostos do diafragma, como se segue: [010] The respirator comprises mechanisms for opening and closing the flow valve, which depend on the action resulting from forces acting on opposite sides of the diaphragm, as follows:

1 - Controle da Pressão (Cycling Pressure Control): Fazendo o dispositivo indicador da pressão caminhar sobre uma escala de valores de números de 5 a 40 o operador escolhe em cm de H2O a pressão que irá usar. Comumente são usadas as pressões de 10 a 25 e valores mais elevados podem interferir com o fluxo sanguíneo aos pulmões. Com pressões mais elevadas o volume de ar insuflado nas vias aéreas será maior. 1 - Pressure Control (Cycling Pressure Control): Making the pressure indicator device walk on a scale of values of numbers from 5 to 40, the operator chooses in cm of H2O the pressure he will use. Pressures from 10 to 25 are commonly used and higher values can interfere with blood flow to the lungs. With higher pressures, the volume of air insufflated in the airways will be greater.

2 - Controle de entrada do ar atmosférico (Air-mix for pulmonary conformance): Quando se deseja diluir oxigénio basta puxar para a frente o controle n.° 2, prendê-lo com o anel giratório, que o contorna, permitindo assim a entrada do ar ambiente; necessitando usar 100% de O2 ele deverá sem empurrado para trás. 2 - Atmospheric air inlet control (Air-mix for pulmonary conformance): When you want to dilute oxygen, just pull control n° 2 forward, secure it with the rotating ring, which goes around it, thus allowing the inlet the ambient air; needing to use 100% O2 it should be pushed back.

A utilização de a atmosférico puro, ou de O2 puro ou diluído baseia-se no critério médico frente às condições do paciente e na avaliação das desvantagens da agressão de O2 sobre o sistema respiratório, quando esse gás é usado puro ou em misturas de alta concentração durante períodos longos. Isto poderia acarretar irritação e descamação da mucosa e outras alterações pulmonares. The use of pure atmospheric steel, or of pure or diluted O2 is based on medical criteria regarding the patient's conditions and on the assessment of the disadvantages of O2 aggression on the respiratory system, when this gas is used pure or in high concentration mixtures for long periods. This could lead to irritation and desquamation of the mucosa and other pulmonary changes.

3 - Controle da sensibilidade do aparelho: Fazendo-se o dispositivo indicador da sensibilidade caminhar sobre uma escala de números (5 a 40), o operador gradua a sensibilidade do aparelho. Ela traduz o esforço inspiratório que o paciente deverá fazer para desencadear o ciclo respiratório pela abertura da válvula do fluxo. Quanto menor for o valor numérico escolhido para a sensibilidade tanto maior será a facilidade de abertura da válvula do fluxo para a mesma pressão positiva, o que equivale a dizer que o aparelho é sensível ao menor esforço do paciente. 3 - Control of the sensitivity of the device: Making the device indicating the sensitivity to walk on a scale of numbers (5 to 40), the operator grades the sensitivity of the device. It reflects the inspiratory effort that the patient must make to trigger the respiratory cycle by opening the flow valve. The smaller the numerical value chosen for sensitivity, the greater the ease of opening the flow valve for the same positive pressure, which is to say that the device is sensitive to less patient effort.

4 - Controle do fluxo de gás (Flow-lrate-lnspiratory time): Este botão de controle, que é circundado por uma escala de valores de números arbitrários (5 a 40) permite prefixar a velocidade do fluxo e alterar o tempo inspiratório. Com fluxos de números mais altos os tempos inspiratórios serão mais curtos porque os pulmões se insuflam em menor tempo. 4 - Gas flow control (Flow-lrate-lnspiratory time): This control knob, which is surrounded by a scale of values of arbitrary numbers (5 to 40) allows you to preset the flow velocity and change the inspiratory time. With higher number flows the inspiratory times will be shorter because the lungs inflate in less time.

5 - Manómetro: Registra em cm de FI2O o ponto máximo da pressão nas vias aéreas na insuflação de um certo volume corrente de gás. 5 - Manometer: Records in cm of FI2O the maximum point of pressure in the airways at the insufflation of a certain tidal volume of gas.

[011] O presente modelo de utilidade fornece uma válvula respiratória de pressão diferenciada. Quando o paciente inspira, o ventilador fornece gás de pressão positiva ao paciente para garantir que as vias aéreas do paciente estejam abertas, para que o paciente possa inspirar suavemente e o paciente exalar. Ao mesmo tempo, a válvula unidirecional simples comuta em um tempo definido por um manómetro digital com saída analógica que monitora a linha do paciente de forma contínua. Ao chegar à pressão PEEP, o sistema trava a válvula, que por sua vez impõe a pressão PEEP ao sistema do paciente. [011] The present utility model provides a differential pressure respiratory valve. When the patient inhales, the ventilator delivers pressure gas positive to the patient to ensure the patient's airway is open so that the patient can gently inhale and the patient exhale. At the same time, the simple one-way valve switches at a time defined by a digital pressure gauge with analog output that continuously monitors the patient line. Upon reaching PEEP pressure, the system locks the valve, which in turn imposes PEEP pressure on the patient's system.

[012] O modelo de utilidade possui as vantagens de estrutura simples, uso conveniente, baixo custo de fabricação e ampla faixa de aplicações. [012] The utility model has the advantages of simple structure, convenient use, low manufacturing cost and wide range of applications.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[013] A Figura 1 é um diagrama esquemático da estrutura do modelo de utilidade. [013] Figure 1 is a schematic diagram of the utility model structure.

[014] A figura 2 é uma curva conhecida como “carta de tempos”, em que se acompanha a pressão no manómetro ao longo do tempo. [014] Figure 2 is a curve known as "time chart", in which the pressure on the manometer is monitored over time.

[015] O modelo de utilidade será descrito em mais detalhes abaixo com referência aos desenhos. [015] The utility model will be described in more detail below with reference to the drawings.

[016] Com referência aos desenhos (FIG. 1 e FIG. 2), um respirador não é representado na FIG. 1 , mas possui uma unidade de sopro com um respirador, cuja unidade de sopro está conectada a um paciente através de uma interface de usuário. [016] With reference to the drawings (FIG. 1 and FIG. 2), a respirator is not shown in FIG. 1 , but has a breath unit with a respirator, whose breath unit is connected to a patient through a user interface.

[017] A interface de usuário compreende um tubo (1), que é conectado a uma unidade de medição de fluxo de gás, uma peça em Y (2), que é conectada com uma extremidade (3) à unidade de medição de fluxo de gás (4) e uma válvula de expiração (5), uma válvula solenoide, que está conectada a uma segunda extremidade da peça em Y (1 ). A última extremidade (6) da peça em Y (1) é conectada de forma fluida a uma ventoinha da unidade de sopro através de um tubo. Antes do ar ser devolvido ao ambiente ele passa por um filtro virai (7). [018] Como alternativa, a interface do usuário pode ser configurada como uma máscara, como uma máscara nasal ou também de outra forma, a interface do usuário sempre compreendendo uma válvula de expiração. [017] The user interface comprises a tube (1), which is connected to a gas flow measurement unit, a Y-piece (2), which is connected with one end (3) to the flow measurement unit of gas (4) and an exhalation valve (5), a solenoid valve, which is connected to a second end of the Y-piece (1). The last end (6) of the Y-piece (1) is fluidly connected to a blower unit fan through a tube. Before the air is returned to the environment, it passes through a viral filter (7). [018] Alternatively, the user interface can be configured as a mask, as a nasal mask or otherwise, the user interface always comprising an exhalation valve.

[019] O respirador compreende ainda um dispositivo de controle, que transmite sinais de controle para a válvula de expiração e para o respirador, bem como os sinais medidos recebidos da unidade de medição de fluxo de gás. O dispositivo de controle determina a expiração e o fluxo de gás com base nos dados medidos da unidade de medição de fluxo de gás. O dispositivo de controle controla a válvula de expiração durante a fase de expiração com base nos dados da unidade de medição de fluxo de gás. Além disso, o dispositivo de controle pode acionar a válvula de expiração durante uma fase de expiração com manobras predefinidas e, em seguida, detectar a mudança no fluxo expiratório de gás na mesma fase de expiração por meio da unidade de medição de fluxo de gás. [019] The respirator further comprises a control device, which transmits control signals to the exhalation valve and to the respirator, as well as measured signals received from the gas flow measurement unit. The control device determines the expiration and gas flow based on the measured data from the gas flow measuring unit. The control device controls the exhalation valve during the exhalation phase based on data from the gas flow measuring unit. In addition, the control device can activate the exhalation valve during an exhalation phase with predefined maneuvers and then detect the change in the expiratory gas flow in the same exhalation phase through the gas flow measuring unit.

[020] O dispositivo de controle compreende para isso um módulo de mudança, que transmite sinais de mudança para a válvula de expiração. Os sinais de mudança fazem com que a válvula de expiração ajuste uma PEEP que se desvia de um valor básico de PEEP. [020] The control device comprises for this a change module, which transmits change signals to the exhalation valve. Change signals cause the exhalation valve to set a PEEP that deviates from a base PEEP value.

[021 ] Para detectar os sinais medidos da unidade de medição de fluxo de gás, o dispositivo de controle tem um módulo de determinação. O módulo de determinação é ainda configurado para receber sinais de pressão do sensor de pressão. O módulo de determinação pode determinar parâmetros adicionais, por exemplo, a resistência à expiração dos sinais transmitidos. [021 ] To detect the measured signals from the gas flow measurement unit, the control device has a determination module. The determination module is further configured to receive pressure signals from the pressure sensor. The determination module can determine additional parameters, for example, the resistance to expiration of the transmitted signals.

[022] Uma pluralidade de parâmetros de expiração são plotados ao longo do tempo na FIG. 1 B. A curva desenhada em linha sólida apresenta a pressão da válvula expiratória ao longo do tempo. Uma pressão alta da válvula expiratória mostra uma fase da inspiração, enquanto uma pressão baixa da válvula expiratória indica uma fase da expiração. No início do ciclo expiratório, a pressão na via aérea do paciente é consideravelmente maior que a PEEP. [022] A plurality of expiration parameters are plotted over time in FIG. 1 B. The curve drawn in solid line shows the expiratory valve pressure over time. A high expiratory valve pressure shows an inspiration phase, while a low expiratory valve pressure indicates a expiration phase. At the beginning of the expiratory cycle, the pressure in the patient's airway is considerably higher than the PEEP.

[023] A pressão representada pela linha tracejada é a pressão desejada ao final do ciclo expiratório. [023] The pressure represented by the dashed line is the desired pressure at the end of the expiratory cycle.

[024] É possível, desta maneira, se conseguir um aumento no fluxo expiratório de gás no início da fase de expiração sem a pressão das vias aéreas do paciente cair abaixo da PEEP, o que é significativo do ponto de vista fisiológico. [024] It is possible, in this way, to achieve an increase in expiratory gas flow at the beginning of the expiration phase without the patient's airway pressure falling below the PEEP, which is physiologically significant.

[025] Conhecendo a curva de tempo da pressão das vias aéreas, a resistência das vias aéreas do sistema que compreende o respirador e o paciente pode ser calculada. Além disso, a conformidade do sistema pode ser calculada. A PEEP pode ser ajustada na válvula de expiração por meio dos valores calculados pelo dispositivo de controle durante esta fase de expiração. A pressão na válvula de expiração pode ser menor neste caso do que a PEEP desejada, porque a PEEP é calculada a partir da pressão na válvula de expiração em combinação com a pressão que é calculada a partir do fluxo de gás expiratório multiplicado pela resistência à expiração. [025] Knowing the airway pressure time curve, the airway resistance of the system comprising the ventilator and the patient can be calculated. In addition, system compliance can be calculated. PEEP can be adjusted at the exhalation valve using the values calculated by the control device during this exhalation phase. The pressure at the exhalation valve may be lower in this case than the desired PEEP, because the PEEP is calculated from the pressure at the exhalation valve in combination with the pressure which is calculated from the expiratory gas flow multiplied by the expiration resistance .

[026] A resistência média à expiração do sistema a partir de uma pluralidade de respirações pode ser usada como base para o cálculo do momento ótimo do fechamento da válvula expiratória. [026] The average resistance to expiration of the system from a plurality of breaths can be used as a basis for calculating the optimal time of expiratory valve closing.

[027] O uso do presente modelo é adequado, acima de tudo, para obtenção da PEEP de uma forma sistemática e repetitiva. Com os respiradores do estado da técnica são necessárias válvulas proporcionais para determinar a PEEP de uma forma sistemática e repetitiva. [027] The use of this model is suitable, above all, to obtain the PEEP in a systematic and repetitive way. With prior art respirators proportional valves are required to determine PEEP in a systematic and repetitive manner.

[028] Ao invés de serem utilizadas válvulas proporcionais como os respiradores do estado da técnica, o presente modelo lança mão da velocidade de um processador eletrónico Microchip PIC para atingir a pressão PEEP através de um algoritmos "Inteligentes" programados na lógica de controle do respirador. [029] A cada ciclo, após o início da expiração, comanda-se o processador para monitorar o sinal analógico de pressão na linha de expiração até que a pressão atinja o valor DeltaP maior que o valor desejado PEEP. Neste instante, a válvula expiratória é fechada. [028] Instead of using proportional valves like prior art respirators, this model uses the speed of a Microchip PIC electronic processor to achieve PEEP pressure through an "Intelligent" algorithms programmed in the respirator control logic . [029] At each cycle, after the beginning of expiration, the processor is commanded to monitor the analog pressure signal in the expiration line until the pressure reaches the DeltaP value greater than the desired PEEP value. At this point, the expiratory valve is closed.

[030] O tempo decorrido entre a ordem de fechamento e o fechamento propriamente dito faz com que a pressão expiratória final obtida seja a designada na FIG. 1 B como P. [030] The time elapsed between the closing order and the closing itself causes the final expiratory pressure obtained to be the one designated in FIG. 1 B as P.

[031] Se o valor de P for maior do valor desejado PEEP, no próximo ciclo, diminui-se o valor de DeltaP e comanda-se o fechamento da válvula num patamar um pouco inferior ao que foi utilizado no ciclo corrente, o que deve fazer a pressão final (ao final do no próximo ciclo) ficar mais próxima do valor desejado (PEEP). [031] If the value of P is greater than the desired value PEEP, in the next cycle, the value of DeltaP is decreased and the valve is closed at a level a little lower than that used in the current cycle, which should make the final pressure (at the end of the next cycle) closer to the desired value (PEEP).

[032] Da mesma forma, se a pressão obtida final for menor que PEEP, no próximo ciclo, incrementa-se DeltaP e comanda-se o fechamento da válvula em um valor de pressão maior do que foi feita no ciclo corrente, o que tende a fazer com que pressão resultante fique mais próxima do valor desejado PEEP. [032] Likewise, if the final pressure obtained is less than PEEP, in the next cycle, DeltaP is incremented and the valve closing is commanded at a higher pressure value than was done in the current cycle, which tends to to make the resulting pressure closer to the desired PEEP value.

[033] Dessa forma pode-se garantir que o sistema do presente modelo, ciclo a ciclo, ficará "em busca" do valor PEEP desejado, baseado na complacência e resistência do pulmão do paciente. [033] In this way, it can be ensured that the system of this model, cycle by cycle, will be "in search" of the desired PEEP value, based on the patient's lung compliance and resistance.

[034] Deve-se notar que a modalidade acima é apresentada como ilustrativa do presente modelo e não como uma limitação da solução técnica do presente modelo de utilidade, e substituições equivalentes ou outras modificações feitas por aqueles técnicos no assunto de acordo com o estado da técnica devem ser consideradas como dentro do escopo do presente modelo. [034] It should be noted that the above modality is presented as illustrative of the present model and not as a limitation of the technical solution of the present utility model, and equivalent substitutions or other modifications made by those technicians in the subject according to the status of the technique should be considered as falling within the scope of this model.

Claims

CLAIM

1. A respirator for providing breathable gas to a patient and having a breathing cycle that includes an inspiration cycle and an expiration cycle, comprising: a gas supply (6); a circuit of patient tubes coupled to the gas supply; a gas monitoring system associated with the patient tube circuit and configured to monitor at least flow and pressure; and a control unit coupled to the monitoring system, in which a user interface comprises a tube (1), which is connected to a gas flow measuring unit, a Y-piece (2), which is connected with a end (3) to the gas flow measuring unit (4),

CHARACTERIZED by the fact that it comprises an exhalation valve (5), which is a solenoid valve, connected to a second end of the Y-piece (2) and in which the last end (6) of the Y-piece (1) is connected in a fluid way to a blowing unit fan through a tube and in which before the air is returned to the environment it passes through a viral filter (7).