Proyecto de Equipo Biomédico Ventilador “Breeze” Modelo EE-150 -CapituloCapitulo-1
1.1. Introducción * El presente proyecto esta basado en el “Respirador Newport” que puede ser usado para ventilar pacientes infantiles, pediátricos y adultos, su versatilidad es la base de su sencillo manejo. La característica principal de este equipo es su funcionamiento a base de oxigeno y aire, ya que sin estos 2 componentes no cumpliría si función vital. Además, en el marco teórico la investigación se realizo con una serie de: revisiones, pruebas, exámenes a las diferentes tarjetas del equipo como tal; las revisiones se llevaron acabo con material e información clave, para llegar al resultado anhelado al comienzo del proyecto.
1.2. Tipo de Seguridad *En este tipo de equipo se deben tener dos tipos de seguridad, seguridad eléctrica y seguridad de válvulas. La seguridad eléctrica se debe aplicar cuando se vaya a realizar algún tipo de mantenimiento ya que debemos tener cuidado de que no hayan descargas que nos puedan afectar para esto debemos evitar los anillos y pulseras; además el equipo cuenta con fusibles para proteger el equipo contra sobretensiones. *También debemos cuidar bien los conectores de las válvulas y las mangueras ya que si llega a haber alguna perdida de FiO2 podría afectar el buen funcionamiento del equipo y a su ves al paciente porque no le estaría llegando la cantidad de fiO2 que necesita.
1.3. Configuración Interna del Equipo *El Respirador esta conformado por 4 tarjetas, y una serie de válvulas que están encargadas de regular el oxigeno, el aire y el fiO2.
*Tarjeta de la fuente de alimentaci贸n:
*Tarjeta de control:
*Tarjeta de procesamiento de se単ales:
*Tarjeta del tablero de displays:
*Vรกlvulas:
1.4. Diagrama de Bloques General *
1.5. FotografĂa del Hardware *Respirador (vista frontal)
*Respirador (vista posterior)
*Respirador (vista interna)
1.6. Tipos de Conectores *El primer conector que encontramos es el de alimentaci贸n, es un conector con conexi贸n a tierra:
*A continuaci贸n se mostraran los respectivos conectores de la tarjeta de control y la fuente de alimentaci贸n: -Dos conectores serie, utilizados para conectar equipos externos:
-Conector Ribbon:
-Conector Ribbon doble línea:
-Conector para impreso, separación de 3.96mm:
-Conector aéreo 8p:
-Terminal de presi贸n totalmente aislado para cable AWG 22-18:
-Capitulo 2 (Etapa de Alimentación) Alimentación) *El respirador “Breeze” trabaja con una fuente de alimentación lineal, que se encarga de entregar un voltaje específico a la salida, que cumple la función de alimentar el equipo como tal. *Esta fuente comienza con un fusible que depende del voltaje de entrada, seguido de un filtro de interferencias que viene conectado a una tierra aislada, luego esta la transformación (reducción de voltaje) que nos disminuye el voltaje de entrada para que puedan ser rectificados y convertir este voltaje alterno en un voltaje continuo, seguido de la rectificación encontramos el filtro que se encarga de eliminar la componente alterna de la onda que sale de la rectificación para entregar una onda mas continua a la salida; luego de este proceso se encuentra la regulación que nos entrega un voltaje especifico a la salida, en este caso tenemos un regulador variable y dos reguladores fijos, además de alimentarnos todo el equipo también se encarga de cargar la batería para casos de emergencia. *A continuación se muestra el diagrama de bloques de la fuente y se explicara cada uno de ellos.
-Entrada: Se conecta la fuente a 100v, 120v, 220v, o 240v, alternos dependiendo de la red.
-Fusible: Este fusible nos protege el equipo contra sobrecorrientes provenientes de la red de alimentación. El fusible depende del voltaje de entrada, al cambiar el voltaje de entrada se debe cambiar el fusible para que pueda trabajar a este nuevo voltaje.
-Filtro de Entrada: Este filtro nos elimina las interferencias provenientes del equipo evitando que pasen a la red.
-Transformador: La función que tiene el transformador es la de aislar la línea AC de la fuente y reducir el voltaje de entrada (120 o 220 V AC) en voltajes menores que puedan utilizarse en la fuente.
-Rectificación: La rectificación a diodos nos convierte la onda alterna a una onda continua positiva.
-Filtro de Salida: Este filtro nos ayuda a eliminar la componente alterna que ay en la onda de salida del rectificador para que sea más “continua”.
-Regulación: Nos permite regular el voltaje a la salida, puede ser un voltaje específico o agregando un potenciómetro se convierte en una fuente regulada. En este caso el respirador cuenta con dos reguladores fijos y uno regulable.
-Fusible: Este fusible nos protege la batería, para que no le llegue un voltaje más alto del que necesita la batería para cargarse.
-Batería: Se encarga de alimentar el respirador en caso de que por alguna razón la fuente no se este alimentando.
-Salida: Las salidas se encuentran después del regulador, alimentando las diferentes tarjetas y componentes del respirador.
*Ondas y Voltajes. -La primera onda que encontramos es una onda alterna senoidal de 200vac proveniente del tomacorriente (vrms) que va al transformador para ser reducida:
-Seguido encontramos la misma onda alterna senoidal de 50vac mĂĄs pequeĂąa que la de entrada (de menor voltaje), esta onda sale del transformador:
-En la salida del rectificador observamos una onda continua de 24vcc que se mantiene igual hasta el regulador, despuĂŠs la onda es diferente:
-La última onda que encontramos es la de salida del regulador que va hacia las diferentes tarjetas del equipo, es una onda continua con un voltaje de 15vcc:
*Cuidados con la Fuente -Siempre se debe insertar el extremo del cable de alimentación de energía en el receptáculo de grado hospitalario, voltaje adecuado y debidamente conectado a tierra. -Siempre utilice un fusible adecuado de 0.5 amperios para 220 a 240 voltios (de 1 amperio para 100 a 110 voltios) para reemplazar un fusible quemado.
-Capitulo 3 (Entrada de Señales) 3.3. Clase de Amplificadores *La tarjeta de control cuenta con dos amplificadores operacionales de referencia LM358; uno de ellos se encuentra conectado de la salida del Sensor de Presión a una entrada del Multiplexor U15, el otro esta alimentado por el regulador U20 y el U19 que se encarga de entregar una señal a los conectores serie de salida que se encuentran en la tarjeta de control. *Pines de conexión del amplificador LM358: Estos amplificadores tienen varias ventajas sobre los tipos estándar de amplificador operacional en el suministro de aplicaciones único. Pueden funcionar a los voltajes de suministro tan bajo como 3,0 V o tan alto como 32 V.
-Capitulo 4 (Etapa de Control) 4.1. Tipo de Control *El Respirador “Breeze� trabaja con dos tipos de control, controles digitales y controles analogos; estos controles digitales se encuentran en el panel de control, se encargan de manejar la alarma y el panel de presion; por otro lado el control analogo esta conformado por perillas ubicadas en el panel de control que cumplen diferentes funciones.
4.2. Descripcion General *La tarjeta de control cuenta con una serie de integrados encargados de controlar la informacion que entra y sale del equipo, lon integrados mas importantes son: Microcontrolador, Memoria, Multiplexores, Compuertas y Flip-Flops. La tarjeta de control se comunica con otras tarjetas enviandoles informacion para que ellas puedan procesar las seĂąales o visualizar los datos pedidos; se comunica con la fuente de alimentacion que se encarga de alimentar todos los integrados; con el tablero de displays para que visualize los datos pedidos; con el tablero de control que es el encargado de suministrar la informacion que se va a procesar; con las valvulas encargadas de controlar el aire, oxigeno y fiO2.
4.3. Diagrama de Bloques
4.4. Como se Controla la Señal *El Respirador “Breeze” es controlado por dos tipos de controles ya mencionados, los análogos y digitales; estos controles son manipulados por la persona a cargo del equipo; cada ves que alguno de estos controles es manipulado se manda una señal a la tarjeta de control que es recibida por 3 componentes: Multiplexor, Microcontrolador y un Buffer; cada uno de estos componentes recibe la información suministrada por el panel de control y procesan esa información, luego esa nueva información se dirige hacia los Flip-Flops, dependiendo de la información que reciban los Flip-Flops a su salida se obtiene un nivel alto o un nivel bajo, este nivel es entregado a una serie de Inversores que se encargan de mandarle la información al tablero de displays, para que se enciendan los leds correspondientes. De esta manera es que la información pedida por la persona es visualizada en el tablero de displays. Esta información no solo se visualiza en los displays también es recibida por unas válvulas las cuales controlan la salida del aire, oxigeno y fiO2; estas válvulas se abren y se cierran dependiendo de la información suministrada por el panel de control.
*Capitulo 6 (Mantenimiento) 6.1. Mantenimiento Preventivo *El mantenimiento preventivo debe hacerse cada 3000 horas de operación (o antes si se requiere), o mínimo una vez al año. *El mantenimiento preventivo incluye: -Inspección visual de superficies externas, controles, aditamentos y accesorios. -Cambio de filtros de aire y O2 a la entrada de la mezcladora. -Limpiar la entrada de aire de la trampa de agua y cambiar el filtro. -Retirar la cubierta superior e inspeccionar visualmente el interior, todos los tubos, alambres y conectores, tornillos, pernos y hardware, verificando la condición general de los componentes. -Desempeñar una verificación operacional de la unidad y la recalibracion de esta si se requiere. *Precaución -No utilice soluciones fuertes para limpiar la unidad. Solo use alcohol o una solución suave de jabón.
6.2. Esterilización -El ventilador Newport “Breeze” y el circuito asociado del paciente son embarcados en condiciones de limpieza pero no estériles. Después de cada uso, o más frecuentemente si es necesario, es importante limpiar la superficie exterior del ventilador y el circuito del paciente.
*Circuito del Paciente -Extraiga el circuito del paciente, la válvula de Exhalación y conjunto de humidificador del ventilador y desármelos para exponer todas las superficies. -Meticulosamente limpie todo el equipo que debe ser esterilizado o desinfectado para remover secreciones u otros residuos. -Limpie los componentes del circuito de paciente en una solución detergente médica y enjuáguese muy prolijamente, preferiblemente con agua destilada. -Esterilice los componentes del circuito del paciente utilizando sustancias químicas liquidas, pasteurización, autoclave de vapor u oxido de etileno. Asegúrese que el agente es compatible con sustancias plásticas y aluminio anodizado. -El oxido de etileno puede causar daño superficial a los componentes plásticos acelera el envejecimiento de los componentes de caucho. *Precaución -El oxido de etileno es toxico. Todos los componentes deben estar completamente secos antes de empaquetarse para esterilización con oxido de etileno. Después de la esterilización, deben ser adecuadamente aireados para disipar el gas residual absorbido por el material.
-La esterilización en forma repetida por autoclave con vapor de los componentes puede acortar la expectativa de vida de los mismos.
6.3. Problemas, Problemas, Causas y Soluciones -A continuación se nombran algunos problemas frecuentes del respirador “Breeze”, sus posibles causas y las soluciones a estos problemas.
Problema
Causa
Solución
Manómetro de Presión *La aguja del manómetro no indica 0cm/H₂O cuando el circuito respiratorio no esta conectado, o si esta conectado, con el pulmón de prueba removido y el flujo de control en off-posición cerrada.
*La aguja del manómetro de presión se ubica en el rango de presión positiva después de exhalación completa.
*Moción errática de la aguja del manómetro.
*La calibración zero esta fuera de sitio.
*Recalibrar moviendo cuidadosamente el tornillo ubicado en la parte superior de la cara del manómetro en uno u otro sentido. Verificar después de retirar el destornillador que la aguja permanece en la posición cero, mientras se golpea suavemente la cara del manómetro con los dedos.
*Manómetro dañado.
*Reemplace el manómetro.
*Sobrepresión del fuelle.
**********
*Control CPAP/PEEP no se encuentra en la posición off.
*Cierre la válvula.
*Utilizar un circuito respiratorio con diámetro interior más pequeño que el usual.
*Cambiar a un circuito respiratorio de tamaño convencional.
*Resistencia interna de la válvula de exhalación es demasiado alta.
*Reemplazar la válvula.
*Fuga interna del conjunto de la válvula.
**********
*Entrampamiento del aire del paciente.
*Evaluar el problema pacienteremedio.
*Agua en la tubería del circuito.
*Drenar la tubería.
*Manómetro de presión dañado.
**********
Concentración de Oxigeno *La concentración de oxigeno entregada varia mas del 3% que la concentración seleccionada.
*Analizador de oxigeno no esta correctamente calibrado.
*Calibrar de acuerdo al manual de operación de fabricante.
*La concentración de oxigeno en el gas en el cilindro de aire es superior a 21% de oxigeno.
*Reemplazar el cilindro de aire y verificar la concentración de oxigeno.
*El mezclador contaminado con condensación.
**********
Auto Prueba *Todas las luces en el tablero principal permanecen encendidas más de 2 segundos.
*Problema con el tablero del microprocesador.
**********
Alarmas *Alarma del mezclador Aire/Oxigeno.
*Dificultades en el suministro de Aire y/o Oxigeno.
*Conecte las líneas de alimentación de aire y oxigeno exactamente al mismo tiempo o en orden inverso.
*Presiones de gas de entrada no se encuentran entre 35 y 70 psig.
*Asegúrese que ambos cilindros estén llenos, las válvulas estén completamente abiertas y las presiones de operación estén entre 35 y 70 psig. *Asegúrese que los conectores de las mangueras estén correctamente embonados a las salidas de pared del hospital. *Verifique que la entrada de gas este seca. *Asegúrese que el cordón de abastecimiento de Corriente Alterna del compresor se encuentre conectado y que el switch este en la posición ON.
*El mezclador no alarma con únicamente una fuente de gas.
*Agujero de purga obstruido.
*Remover la obstrucción.
*Filtros de entrada sucios.
*Reemplazar filtros.
*Espiga de la alarma rota o dañada.
*Reemplazar la espiga.
*Condensación en el mezclador.
**********
*Válvula check con fuga.
**********
Alarma Alarma de Falla Suministro de Corriente Alterna *Sonido continuo de alarma.
*La alarma no suena durante una desconexión eléctrica o falla en el suministro de electricidad.
*El cable de alimentación de energía del ventilador accidentalmente desconectado (y el suministro de fuerza de emergencia de una hora que trae el Breeze se ha agotado).
*Reconectar el cable al tomacorriente.
*Falla en el circuito eléctrico del hospital (y el suministro de fuerza de emergencia de una hora que trae el Breeze se ha agotado).
*Ventilar al paciente manualmente hasta que el problema sea corregido o reemplazar el BREEZE con un ventilador en suministro de operación neumática.
*El Breeze ha cambiado al sistema interno de suministro de emergencia por una hora.
*Prepárese para ventilación manual después de una hora de operación de batería.
*Switch del ventilador ON/OFF se encuentra en la posición OFF.
*Cambiar la posición del switch a ON.
*Switch ON/OFF defectuoso.
**********
*El cordón de suministro de energía fue conectado al tomacorriente a menos de un minuto antes de que ocurriera el problema.
*El capacitor requiere un minuto para cargarse.
Silencio de Alarma *La alarma audible permanece en silencio más de 60 segundos mientras la condición de alarma no ha sido corregida.
*Mal funcionamiento electrónico.
**********
Alarma de Alta Presión *Incremento en la resistencia del paciente y/o del circuito respiratorio que causa un incremento en la presión de ventilación, excediendo los limites fijados de alta presión.
*Evaluar el paciente y remediar cualquier problema mecánico. *Reajustar la posición del indicador de alta presión por encima de la presión inspiratoria pico.
Alarma de Baja Presión *Fuga en el circuito respiratorio y/o sistema de conexión de la vía aérea del paciente (mangos, etc).
*Corregir la fuga.
*Caída de presión en la entrada de suministro de gas.
*Reestablezca las fuentes de suministro de gas. *Ventilar manualmente hasta que la presión sea repuesta.
*El sensor de baja presión no fue ajustado para PEEP.
*Ajustar la presión del indicador 2-3 cms de agua por debajo de la presión pico inspiratoria.
Alarma de Apnea *No se detecta respiración espontanea en el tiempo fijado en el control de demora de tiempo debido al cambio en el estado del paciente, vg, ritmo respiratorio disminuido o esfuerzo inspiratorio.
*Evaluar el ritmo y esfuerzo del paciente.
*Valores inadecuados en el tiempo de demora o nivel de gatillo.
*Reevalúe el tiempo de demora en el nivel de gatillo.
*Fuga del circuito en el paciente/desconectar.
*Corregir la fuga.
Ventilación Mecánica/Espontanea *La bolsa de reservorio se vacía durante la inhalación espontanea.
*La demanda del ritmo de flujo inspiratorio del paciente no es satisfecho por el valor fijado de flujo espontaneo.
*Ajuste el modo espontaneo de tan manera que la bolsa de reservorio se mantenga llena durante el ciclo respiratorio.
*Fuga en el circuito respiratorio.
*Corrija la fuga.
*Las luces del indicador de modo no se encienden mientras el ventilador funciona normalmente.
*LED quemado.
**********
*El volumen tidal deseado de la maquina no es entregado durante el tiempo inspiratorio seleccionado.
*Fuga en el sistema del conjunto respiratorio.
*Corrija la fuga.
*Valor fijado para la válvula de alivio de presión es sumamente bajo. El volumen es venteado cuando el valor fijado para la válvula de alivio es alcanzado.
*Reajuste la válvula de alivio 3-5 cms de agua por encima de la posición del indicador limite de alta presión.
*El ritmo de flujo fijado es demasiado bajo.
*Seleccione un valor correcto de ritmo de flujo.
*Fuga en el circuito respiratorio.
*Corregir fuga.
*La presión PEEP/CPAP no alcanza las especificaciones de máxima presión con el control PEEP/CPAP en la posición completamente ABIERTA (sentido de las agujas del reloj).
*La válvula de alivio de presión esta fijada por debajo de la presión CPAP.
*Volver a fijar.
*Válvula de exhalación defectuosa.
*Reemplazar.
*Conjunto de válvula de control PEEP/CPAP con fuga.
**********
*El ventilador cicla prematuramente a la fase inspiratoria.
*El indicador del nivel de gatillo esta fijado por encima de la línea de base.
*Ajustar la posición del indicador por debajo de la presión de la línea de base.
*El respirador no responde al esfuerzo inspiratorio creado por el paciente.
*Esfuerzo del paciente es muy débil.
*Tape la salida de la bolsa de reservorio.
*Posición incorrecta del indicador del nivel de gatillo. La aguja del manómetro no pasa encima de la posición del indicador.
*Reajuste la posición del nivel del indicador del gatillo.
*Las alarmas de baja y/o alta presión son activadas.
*Fuga en el circuito respiratorio.
*Corrija la fuga en el circuito respiratorio.
*Oclusión en el circuito respiratorio.
*Buscar la oclusión y arreglarla.
*Mal funcionamiento electrónico.
**********
*El cordón de abastecimiento de corriente alterna no esta conectado y el suministro de energía de emergencia se ha agotado.
Conectar a un receptáculo aprobado.
*El switch ON/OFF esta en la posición OFF.
*Cambiar la posición del switch a ON.
*Fusible quemado.
*Reemplazar con fusible de 1 amperio.
*Mal funcionamiento electrónico.
**********
*Falla en la entrada de la fuente de suministro de gas.
*Reestablezca el sistema funcional; corrija las presiones de entrada de gas a 35-70 psig.
*El ventilador no funciona en ninguno de los modos.
*El ventilador deja de ciclar.
Aplicación PEEP/CPAP *La aguja del manómetro cae debajo de la presión seleccionada PEEP/CPAP antes de estabilizar.
*Válvula de exhalación defectuosa.
*Reemplazar.
*Flujo espontaneo esta en la posición OFF o el valor seleccionado de litros por minuto no satisface la demanda del ritmo de flujo inspiratorio del paciente.
*Ajuste el flujo espontaneo para evitar que la bolsa se evacue durante la inhalación.
*Con la válvula de control PEEP/CPAP completamente cerrada, se continua obteniendo presión positiva en el
*Resistencia inherente a restricciones en el circuito respiratorio del paciente.
*Cambie la válvula de exhalación o todo el circuito respiratorio.
manómetro de presión después de la exhalación del paciente.
*Entrampamiento de aire del paciente, tubo de intubación taponado, etc.
*Determine la causa y corrija el problema.
*Manómetro dañado.
**********
*Conjunto de válvula de control PEEP/CPAP con fuga.
**********
*Problema con el tamaño del tubo de intubación (medida, etc).
*No hay solución.
Inflación Manual *No puede generar suficiente presión/insuficiencia expansión toráxica.
*La presión sube demasiado lento.
*La presión sube demasiado rápido.
*Valorizar para la presión de la válvula de alimentación demasiado baja.
*Ajuste la presión de la válvula de alivio a valores requeridos.
*Fuga grande.
*Corregir la fuga y verificar la presión.
*Fuga en el circuito respiratorio.
*Corregir la fuga y re chequear la presión.
*Valor fijado en el flujo es demasiado bajo.
*Incrementar de acuerdo a la necesidad.
*Valor fijado en el flujo es demasiado alto.
*Disminuir de acuerdo a la necesidad.
*Alarma de alta presión audible/visible *La presión de inflación excede el es activada durante inflación manual. limite de alta presión del indicador de presión del ventilador.
*No existe remedio; la respiración manual no desactivara los limites de alarma eléctricos.