Reference standard design for flow calibration of mechanical ventilator and lung simulator calibrators

Abstract

ÖzetçeMekanik Ventilatör, akciğer simulatoru gibi solunum cihazları kalibrasyonu için tasarlanmış özel akış kalibratörleri kullanılmaktadır. Bu kalibratörlerin de güvenirliği bakımından uluslararası izlenebilirlik zincirine ulusal standartlar vasıtasıyla bağlanmış olması gereklidir. Solunum kalibratörlerinin kalibrasyonunun gerçekleştirileceği ulusal referansın imalatından önce tasarımın üzerine inşa edileceği solunum fonksiyonunun matematiksel modelinin doğru analiz edilmesi önemlidir. Amaç zamanla sinüzoidal bir değişim gösteren referans debi elde etmektir. Bu bildiride böyle bir modellemenin esasları ve TÜBİTAK UME' de tasarlanacak referans standardın hangi parametreler üzerine kurulacağı anlatılacaktır. AbstractSpecial design flow calibrators are used for calibration of mechanical ventilators and lung simulators. It is necessary that these calibrators are connected to traceability chain via national standards. Mathematical models explaining the respiratory mechanics should be analyzed carefully before designing such a reference system for the purpose of calibration of flow calibrators. The purpose is to obtain a reference flow rate that shows a sinusoidal character. This paper explains the modeling studies and parameter considerations for design of the national reference standard at TUBITAK UME. GirişSolunum mekaniğinin matematiği; basınç, hacim ve debi ilişkisini kullanarak açıklanmaktadır. Hem mekanik ventilasyon uygulamaları hem de akciğer simulatorları için solunum sistemi hareket denklemi olarak da adlandırılabilecek şu matematiksel model temel alınmıştır [1]; Q R V E P . . + Δ = Δ (1) P Δ akciğerlere hava girmesi için oluşturulmuş toplam basınç farkı, akciğerlerin solunum sırasındaki hacim-basınç değişiminin bir ifadesi olan E elastans, ΔV akciğer tidal hacimi, R solunum sistemi hava direnci ve Q ise dt dV yani solunan hava debisidir. Yapılacak çalışma bu mekanik üzerine tasarlanmış solunum cihazlarının doğruluğunu analiz edebilmek olduğundan gerek sistemin matematiksel gerekse elektriksel modelinin termodinamik yasaları ile uyumunun sağlandığı bir piston sisteminin tasarımı sinüzoidal bir referans debi yaratılabilmek üzerine kurulmuştur. 2. Modelleme Elemanları En basit haliyle solunum işleminin matematiksel modeli temel alınarak hazırlanan elektriksel modeli kapasitörle seri bağlanmış dirençten oluşan RC devresidir (Şekil 1). R direnci solunan hava debisinin izlediği yol boyunca karşılaşacağı akış direncini, E kapasitör gibi dolan boşalan akciğer hacminin elastansını, ΔP solunum için kaslar yardımıyla oluşturulan basınç farkı, Q solunan hava debisini (devreden geçen akım) temsil etmektedir[2]. (a) RC elektrik devresi (b) RC solunum devresi Şekil 1. Solunum fonksiyonunun elektriksel modeli Şekil 2. RC devresinin karakteristiği RC devresinin doldur-boşalt eksponansiyel karakteristiği (Şekil 2) solunum sırasında akciğer hacmine hava doldurupboşaltma fonksiyonunu karşılamaktadır. + -akım R-Direnç

Pressure Sensor Stability Analysis of Positive End Expiratory Pressure Parameters in Flow Analyzer Design

“…Furthermore, R. Nadeem et al in 2019 conducted a study of the maximum tolerable PEEP in mechanically ventilated patients with PEEP parameter settings of 0, 5, 8,11, 14, 17, 20, 23, 26, 29 cmH2O. Based on this study, it was concluded that under controlled conditions, higher PEEP levels were well tolerated and the PEEP setting of 29 CmH2O was the highest PEEP setting that could be tolerated in patients [21] [22]. Based on the identification of the problems above, this study designed a Flow Analyzer using the MPX2010 sensor to analyze the stability of the PEEP parameter on the ventilator by displaying a graph of the respiratory rate in real-time on the TFT LCD.…”