Ventilatör Nedir? Ventilatör Nasıl Çalışır?

Evde kalmanın hepimiz için toplumsal bir sorumluluk olduğu bugünlerde Covid-19 ile mücadelemizde kimi zaman hayati kimi zaman toplumun daha içeriden güvenliğini sağlamak amacıyla kullandığımız teknolojiler mevcut. Bu yazımızdahasta kişinin solunum fonksiyonunu tanıyıp kimi zaman hastayı destekleyen kimi zaman ise bu işi tamamen hastanın yerine üstlenen tıbbi cihazları, ventilatörleri ve çalışma prensiplerini inceledik.

A- A+

16.07.2020 tarihli yazı 20590 kez okunmuştur.

Ventilatör Sağlık Koronavirüs Tıp COVID-19 Solunum Oksijen

Ventilatör Nedir?

Ventilatör hastanın ameliyat sırasında veya kritik bir hastalık nedeniyle kendi kendine nefes alamadığı durumlarda nefes almasına yardımcı olan bir tıbbı makinedir. Gerekli kontrol algoritmalarını uygulamak için bir işlem birimi ile birkaç vana ve sensör kullanan nispeten karmaşık bir sistemdir.

Ventilatörde Temel İşlemler

Ventilatörün üç temel operasyonundan biri hastanın ihtiyaç duyduğu oksijenli havanın hastanenin medikal gaz boru hattına bağlanarak temin edilmesi ve bu hattan hastanın akciğerlerine oksijen aktarılmasıdır. Bu sisteme inspirasyon sistemi denir. Diğer bir işlemde inspirasyon sisteminin solunum fonksiyonunu tamamlar nitelikte olan ekshalasyon sistemidir. Farklı sensörlerden elde edilen bilgilere ve klinisyenin belirttiği parametrelere dayalı olarak inspirasyon ve ekshalasyon sistemlerinin birleşimi olan tüm sistemin çalışmasını kontrol etmek için bir mikrodenetleyici (MCU) kullanılır. Şekil-1 de bu işlemlerin diyagramını görebiliriz.

Şekil-1

► İlginizi Çekebilir: Elektrik Çarpmalarında Yapılabileckeler ve Alınabilecek Önlemler

Şekilde gösterildiği gibi ventilatör basınçlı hava ve oksijen kaynaklarına bağlıdır. Bu gaz kaynaklarını kullanarak, inspirasyon yolu oksijenle zenginleştirilmiş hava akışı üretir. Verilen havanın basıncı, hacmi, akışı ve oksijen konsantrasyonu gibi çeşitli parametreleri ventilatör tarafından kontrol edilmelidir.

Pozitif ve Negatif Basınçlı Solunum

Şekil 1'de gösterilen ventilatöre genellikle pozitif basınçlı ventilatör denir, çünkü havayı hastanın hava yoluna itmek için atmosfer basıncından (pozitif basınç) daha büyük bir basınçla inspirasyon sistemi hava uygular. Aksine, bir negatif basınçlı ventilatör hastanın göğsünde negatif bir basınç oluşturarak inspirasyon akışı üretir. Negatif basınçlı ventilatörlerin çeşitli sınırlamaları vardır ve bu günlerde yaygın değildir.

Operasyon Modları

Ventilatörlerin hacim kontrollü ventilasyon ve basınç kontrollü ventilasyon gibi farklı çalışma modları mevcuttur. Seçilen çalışma moduna bağlı olarak istenen hacim basınç gibi parametrelerin zamana bağlı fonksiyonları solunum fonksiyonu olarak ayarlanabilir. Pratikte bu fonksiyonlar bir dalga formu gibi düşünülebilir ve bu dalga formunun dalgadaki gürültü veya sistemdeki farklı kaynaklı idealsizliklerden ötürü mükemmel şekilde takip edilemeyebileceği unutulmamalıdır. Şekil-2’de basınç ve akış parametrelerinin zaman tabanında çalışma fonksiyonu görülebilir.

Şekil-2

►İlginizi Çekebilir: Rüzgar Türbinleri Sağlığa Zararlı mı?

Bu örnek dalga şekilleri ventilatörün hastanın solunum reaksiyonlarından bağımsız şekilde çalıştığı, gerçek duruma nispeten oldukça basit bir çalışma modunun temsilidir. Gerçek durumda cihaza bağlı kişinin oldukça geniş zaman hassasiyetinde daha kişiye özel bir solunum fonksiyonuna sahip olacağı aşikardır.

Hastanın bir nefes başlatması durumunda sofistike bir ventilatör solunum yollarının kontrolünü bu değişiklikler ile senkronize edebilecektir. Sistem açısından bakılırsa bunun anlamı inspirasyon ve ekshalasyon sistemlerinin vanalarının kontrolü için daha karmaşık algoritmalar ve daha hızlı kontrol sistemlerinin gerekliliğidir. Bunlar gelişmiş bir ventilatör ile daha basit olanı arasındaki temel farklılıklardan bazılarıdır.

Ventilatör Blok Diyagramı

Şekil-3’te ventilatörün basit blok diyagramı görülmektedir.

Şekil-3

İnspirasyon Sistemi

Şekil-3’teki yeşil bloklar şekil-1’de gösterilen inspirasyon sistemine karşılık gelmektedir. Bu sistemin başlangıcı hastanenin hava ve oksijen gaz şebekeleridir. Sistem girişinde bu şebekelerdeki gazların konsantrasyonunu cihazın kullanımına uygun hale getiren dahili regülatörler de bulunabilir (diyagramda gösterilmemiştir).

Mikrodenetleyici ünitesi akış sensörlerinin çıkışlarını anbean izler ve buna göre oksijen ve hava kaynaklarının vanalarını sıkar veya gevşetir. Bu şekilde ventilatörün tank bölümünde oksijen ile zenginleştirilmiş hava toplanır. Mikrodenetleyici inspirasyon işlemi boyunca inspirasyon vanasını açar ve ekshalasyon vanasını kapatır. İnspirasyon vanası şekil-2’de örneği verilen hastanın solunum fonksiyonu ile tutarlı nefesler alınması sağlanacak şekilde kontrol edilir.

Görüldüğü gibi buradaki anahtar faktör farklı sistem parametrelerinin (oksijen konsantrasyonu, akış hızı ve basınç gibi) spesifikasyonlarını karşılayacak şekilde vanaları ayarlamaktır. Bunu ayarlamak için PID gibi kontrolör tasarım stratejilerini kullanabiliriz.

Ekshalasyon Sistemi

Ekshalasyon sırasında ventilatör ekshalasyon vanasını açar ve inspirasyon vanasını kapatır. Hastanın akciğerlerinden gelen hava, akış sensörü ve PEEP mekanizmasına gönderilir. Burada PEEP mekanizması ekshalasyon işleminin sonunda akciğer iç basıncını atmosfer basıncından aşağı olmayacak şekilde ayarlamak, yani atmosfer basıncına sıfır dersek iç basıncı sıfırın üzerinde tutmak için gereken seçilmiş bir moda karşılık gelir. Tek başına uygulanan bir mod değildir diğer modlarla birlikte uygulanır. Akış sensörünün çıkışı, yukarıda tartışılan sofistike ventilatör hasta etkileşimlerini elde etmek için mikrodenetleyici tarafından izlenir.

Şekil 4

PEEP, ekshalasyon işlemi sonunda akciğerdeki sıfırdan büyük basınç kuvvetidir. Şekil 2'de gösterilen örnek dalga biçimleriyle, son kullanma sonundaki basınç sıfırdır (PEEP sıfırdır); ancak bazen ekshalasyon sırasında hava yolu basıncını atmosferik seviyenin üzerinde tutmayı tercih ederiz (sıfır olmayan PEEP). Bu hastanın akciğerlerinin çökmesini önler.

Sıfır olmayan bir PEEP oluşturmak için çeşitli yöntemler vardır. Etkili bir teknik, ekshalasyon yoluna elektronik olarak kontrol edilen bir vananın yerleştirilmesidir. Bu dinamik direnç, dışarı verilen havanın yolunu kısmen tıkar, böylece hava yolu basıncı istenen seviyede kalır. Şekil 4, böyle bir vananın yapısını göstermektedir.

Sensörler

Şimdiye kadar tartıştığımız bloklara ek olarak, bir ventilatörün birkaç başka cihaza ihtiyacı var. Hava yolunu izlemek ve hastaya gelişmiş çıkış dalga formları ve özellikleri sağlamak için bir basınç sensörü ve bir CO2 sensörü gerekir. Ayrıca, sıkıştırılmış gaz kaynaklarının nemi giderildiği için, hastaya verilen oksijenle zenginleştirilmiş havaya nem eklemek için bir nemlendiriciye ihtiyacımız vardır (nemlendirici blok şemasında gösterilmemiştir). Ayrıca ventilatörde uygun ayarları, ölçümleri, hesaplamaları ve alarmları gösteren bir grafik ekran bulunmalıdır.

Mekanik ventilatör, gerekli kontrol algoritmalarını uygulamak için bir işlem birimi ile birlikte birkaç valf ve sensör kullanan nispeten karmaşık bir sistemdir. Seçilen çalışma moduna bağlı olarak ventilatör, önceden tanımlanmış istenen dalga formlarıyla tutarlı basınç, hacim veya akış dalga formları ile inspiratuar yola hava iletebilmelidir. Bu nedenle, bir ventilatör, çıkışın belirli özelliklere sahip oksijenle zenginleştirilmiş hava akışı olduğu bir kontrol sistemidir.

Kaynak: