Nueva Propuesta RegSFX

Miguel_SFX

Proyecto Regulador de buceo como parte del respirador Apollo de Makerspace

​ Tras ver los problemas para conseguir las válvulas adecuadas para el proyecto, he desenterrado un antiguo proyecto al que venía dándole vueltas hace algunas semanas, por un lado en este documento voy a poneros en antecedentes sobre el tema de las válvulas que necesitamos y por otro trataré de describir de la forma mas clara posible esta nueva propuesta, que no deja de ser eso misma una propuesta, sin descuidar ninguna alternativa viable.

​ - Antecedentes referentes, de los diseños con válvulas:

Como ya comenté en un anterior documento, las válvulas, mas concretamente las electroválvulas que se necesitan para este proyecto son dos una para el suministro de aire al paciente y otra para liberar el aire inspirado.

*- Electro válvula de suministro de mezcla Aire medicinal Oxigeno:*

Este dispositivo ha de tener las siguientes características:

- Presión de entrada entre 0,5 y 6 Bar, ya que el suministro del aire del hospital ronda los 4 Bar.

- En la salida y partiendo de la presión de entrada ha de poder suministrar picos de hasta 200l/m y poder controlar presiones extraordinariamente bajas entre 20 y 50 cm H2O para conseguir el ratio de volumen o presión necesarios en unidad de tiempo, valga el dato ilustrativo que un Bar son 1019,74cmH2O.

- El control ha de poder ser eléctrico proporcional, gobernado por un microcontrolador.

- Seguridad en lo referente a la durabilidad, es decir de número de ciclos por minuto, de 24horas siete días a la semana.

- Compatibilidad con el uso de O2 pudiendo llegar al 100%.

- Estar certificada para su uso en entornos médicos, o al menos que pueda estar certificada con estándares más bajos que los habituales debido a las normativas aplicables al Covid19 (ver Excel de las válvulas de FESTO).

- Esterilización, a de poder ser esterilizable con alguno de los sistemas de los homologados para uso hospitalario.

*- Electro válvula de control de aire expirado:*

Este dispositivo ha de tener las siguientes características:

- Presión de entrada entre 50cmH2O y 20cmH2O, mínima presión de retención PEEP,

- En la salida y pasar a presión atmosférica.

- El control ha de poder ser eléctrico proporcional, gobernado por u microcontrolador.

- Seguridad en lo referente a durabilidad de número de ciclos por minuto, de 24horas siete días a la semana.

- Ser compatible con el uso de O2 hasta un valor que puede llegar al 100%.

- Estar certificada para su uso en entornos médicos, o al menos que pueda estar certificada con estándares más bajos que los habituales debido a las normativas aplicables al Covid19 (ver Excel de las válvulas de FESTO).

- Esterilización, a de poder ser esterilizable con alguno de los sistemas de los homologados para uso hospitalario.

Todo esto hace que el abanico de oferta de la industria de los fabricantes de neumática se vea drásticamente reducida casi hasta las electroválvulas expresamente diseñadas y construidas para el fin que necesitamos, y aún consiguiendo estas últimas estaríamos atados a unos modelos concretos que limitarían la universalidad del proyecto.

Como conclusión puedo deducir, aún consiguiendo un sistema con electroválvulas que funcionen, dentro del ámbito industrial o “maker”, nos toque tener que certificar además del sistema en sí, las electroválvulas usadas, ya que forman parte del conjunto.

- Reflexiones sobre la propuesta del nuevo sistema:

Si repasamos los proyectos existentes hasta el momento, y particularmente los más próximos a las homologaciones y certificaciones. En términos generales son los que manipulan externamente un elemento de uso médico común, como es el caso de los Ambu, que en si ya están certificados para el uso al que se destinan, con la modificación como novedad, de poder funcionar de modo autónomo automático.

Por otra parte, se están también usando con la certificación adecuada algunos elementos para respiradores creados en impresión 3D como el caso de filtros, conducciones en T, etc.. y el caso de las máscaras faciales de buceo, estas últimas no se emplean como respirador en sí, si no que con ciertas modificaciones pueden conectarse a un respirador o sistema de presión como Interface no invasivo respirador o ventilador paciente.

El uso de este último dispositivo, y su uso ya en este momento en hospitales en este momento, avala en parte esta propuesta.

Para quienes desconozcan el funcionamiento de un sistema de respiración autónoma de buceo, cuyas siglas en ingles se conocen como SCUBA (Self, Contained, Underwater, Breathing Apparatus) que podríamos traducido como sistema autónomo de respiración submarina, no deja de ser en sí ya un respirador con interface para uso humano.

Partiendo de aquí, los elementos que lo componen son los siguientes:

​ - Botella: Contiene aire comprimido a una presión de 200Bar.

- 1ª Etapa reductora, regula una presión constante, de 30 Bar conducida por un tubo flxible hasta el regulador.

- Regulador: Es un dispositivo que mecánicamente, a través de un sistema de membrana y válvula de palanca, que partiendo de 30 Bar de la 1ª etapa, suministra aire en caudal suficiente y a la misma presión que se encuentra el submarinista, tengamos en cuenta que la presión en este caso depende de la profundidad y que debido a la densidad del agua a diferencia que en el aire la presión aumenta a razón de 1 Bar cada 10 metros aproximadamente.

Hay un elemento del regulador que tiene especial importancia para este proyecto, es el botón de purga, en la parte delantera hay un pulsador que hace presión directa sobre la válvula de cierre, este tiene el fin de poder ser pulsado por el submarinista y así recibir aire en modo continuo se usa par diversos fines pero uno de ellos es para ekl caso de fatiga o atender de este modo a un compañero inconsciente o en apuros que no inspira por si mismo, ¿no nos recuerda esto a un CPAP?.

Bién, en principio si miramos las características de la válvula necesaria y queremos sustituir esta por un sistema basado en un regulador de buceo, nos encontramos con los siguientes post y contras.

​ - En Contra:

- El regulador de buceo, necesita una presión muy alta de entrada para funcionar aprox. 30 Bar y en nuestro caso solo disponemos en el mejor de los casos con 4 Bar en la salida de una UCI.

- Es un elemento que usa el mismo conducto para inhalar y para expirar.

- Su diseño, esta pensado para funcionar directamente sujeto por la boca del submarinista.

​ - A Favor:

- El regulador, está concebido y certificado para su uso como respirador humano, al igual que las máscaras deportivas de buceo que he mencionado antes.

- El sistema de funcionamiento está concebido para unas condiciones especialmente duras de uso, ya que puede recibir golpes y trabajar en condiciones de presión muy altas y de él depende la vida del submarinista en un medio que no es el suyo, por tanto pasa una certificación de seguridad de estándares muy altos.

- Los elementos que lo componen, soportan un medio agresivo con los materiales como es el agua salada y debe poder funcionar una vez y otra sin un mantenimiento especial, por lo que deduzco que puede ser perfectamente esterilizado con diversidad de sistemas.

- Puede funcionar con O2, no todos los modelos ciertamente están certificados aunque podrían hacerlo, pero si hay muchas marcas que disponen de modelos que están certificados para ello y llevan juntas de estanqueidad y productos de lubricación compatibles con el O2.

Visto todo esto, y en base a las pruebas experimentales que he realizado hasta el momento puedo exponer los siguientes resultados y soluciones:

- Presión de entrada, he comprobado que con ciertos ajustes se puede modificar la presión minima de entrada para que funcione correctamente.

- El suministro de aire inspirar directamente de él o al pulsar el botón de purga proporciona una corriente de aire a presión y volumen óptimo para la respiración.

- Sustituir la salida de válvula anti-retorno, de la expiración, es sencillo al igual que se hace en las máscaras deportivas que se están usando actualmente, lo que le convierte en una válvula de dos vías y una dirección.

- Es posible como he comprobado ya experimentalmente fijarlo a una base, en este caso una impresa en 3D, para poder mecanizar su funcionamiento como una válvula pilotada. Ni que decir tiene que si se fabrica para uso hospitalario las piezas impresas en 3D estarían hechas con un método y filamento compatible de los cuales se pude disponer en el mercado.

- El método de hacerlo funcionar mediante un micro controlador según una primera opción es posible mediante el acople externo de un motor PAP con el factor de servicio necesario, que actúe sobre el botón de purga del regulador. Si lo pensamos es lo mismo que puede llevar la impresora 3D en su mecánica mas umilde y opera sin problemas durante horas.

En este caso estaríamos en una situación muy similar a la del Ambú, solo manejamos un elemento ya certificado automatizando una maniobra que habitualmente se hace de forma manual.

- Otra cosa importante de este método es que en caso de ser usado con un paciente no sedado , si este intenta inspirar el regulador le proporcionaría aire a demanda de forma automática e independiente del sistema electrónico.

- Si se diese el caso de un corte completo de corriente eléctrica del sistema, este se puede accionar manualmente desde el regulador insuflando aire a voluntad del médico simplemente pulsando y soltando el botón de purga del regulador.

Si bien esto solucionaría el problema de la válvula para la inspiración en el caso de la expiración y de acuerdo con la idea de Javi de MakeSpace, y con la misma filosofía, podría solucionarse mediante el aplastamiento de un tubo de grado médico por medio un mecanismo que use como actuador un motor PAP, para garantizar la robustez del sistema y de forma no invasiva en el circuito de aire que circula por el paciente.

Como medida extra de seguridad se puede colocar una válvula mecánica de PEEP, como la actualmente usada en los sistemas Ambú que se tararía manualmente de forma previa a un PEEP seguro, de este modo en caso de fracaso completo del sistema de control eléctrico podría funcionar de manera autónoma de forma muy similar a un Ambu.