SISTEMA AUTOMÁTICO DE CONTROL PARA CÁMARA HIPERBÁRICA MULTIPLAZA.

Sistema automático de control para cámara hiperbárica multiplaza.

La presente invención se refiere a un sistema de automatización de cámaras hiperbáricas multiplaza formadas por uno o más compartimentos y una o más antecámaras destinadas al movimiento de pacientes y personal médico entre compartimentos y con el exterior. El sistema automático consta de una arquitectura de control y sensorización de la cámara hiperbárica, donde el control se realiza de manera centralizada desde dos autómatas programables que actúan redundantemente. La monitorización y supervisión de los tratamientos se lleva a cabo desde interfaces de usuario instaladas en un computador y en una pantalla HMI. La invención comprende la automatización de los procedimientos y protocolos médicos y de seguridad propios de los tratamientos con oxígeno hiperbárico en este tipo de cámaras. La invención es especialmente útil porque permite la realización de múltiples tratamientos complejos simultáneos, con un seguimiento de los perfiles de presurización muy exacto, y con una mayor seguridad y confort para los pacientes.

Objeto de la invención 5 La presente invención consiste en un sistema automático de control para cámaras hiperbáricas multiplaza con uno o más compartimentos cuya arquitectura de control está [onnada por: autómatas programables, sensores y válvulas de control proporcional de caudal, e interfaces hombre-máquina (computadoras, pantallas HMI y dispositivos inalámbricos móviles) . La invención hace posible el fiel seguimiento de perfiles de presurización complejos, así como la 10 realización automática y supervisada de todos aquellos procedimientos, protocolos médicos y actuaciones de seguridad, propios de los traulmientos en estos tipos de cámaras hiperbáricas.

Sector de la técnica La invención se encuadra en el sector técnico de la tecnología médica, más concretamente en lo relativo a tecnología para medicina hiperbárica y subacuática.

Estado de la técnica La medicina hiperbárica, conocida tatmbién como terapia con oxígeno hiperbárico y cuyas siglas en inglés son lIBO o HBOT (Hyperbaric Oxygen Therapy) , consiste en suministrar oxígeno medicinal a pacientes que se encuentran sometidos a unas condiciones de presión de hasta tres veces la presión atmosférica. Mediante esta terapia no invasiva se consigue aumentar notablemente 20 la cantidad de oxígeno disuelto en el plasma, y por ende se logra llevar más oxígeno Q los tejidos del organismo.

Las cámaras hiperbáricas varían en tamaño, desde pequeñas cámaras monoplaza a grandes cámaras multiplaza capaces de albergar más de treinta pacientes y personal médico. Las cámaras monoplaza son presurizadas normalmente con oxígeno, mientras que las cámaras multiplaza son presurizadas con aire y los pacientes reciben el oxígeno a través de mascarillas o cascos.

Respirando oxígeno al 100% de con.centración sometido en cámara hiperbárica a 3 ATA (atmósferas absolutas de aire) , la concentración de oxígeno disuelto en el plasma aumenta de un 0.03% en volumen a un 6.7% (ley de Henr y ) . De esta manera se consigue que el radio de difusión del oxígeno sea hasta 4 veces mayor y se puede llevar oxígeno a zonas donde la circulación es pobre o incluso está bloqueada. Este aporte de oxígeno ayuda a cicatrizar heridas en situaciones de hipoxia e insuficiencia cicatricial, aumenta la capacidad de las células para luchar comra los agentes infecciosos y promueve la formación de nuevos capilares, entre otros muchos efectos. Las principales indicaciones de la HBO reconocidas por el Comité de Medicina Hiperbárica del UHMS (Undersea and Hyperbaric Medical Society) son: embolismo gaseoso, anemia aguda refractaria a transfusión, intoxicación por monóxido de carbono y cianhídrico, enfermedad descompresiva, gangrena gaseosa, insuficiencia cicatricial (pie de diabético, lesiones radioinducidas, ... ) , injertos de tejidos de dificil viabilidad, etc. En resumen, la HBO debe utilizarse en cualquier situación de hipoxia que no puede ser corregida por otro p:rocedimiento.

El tratamiento con oxígeno hiperbárico consiste en una presurización desde la presión atmosférica hasta una presión objetivo de tratamiento (etapa de compresión, aproximadamente 15 minutos) , una fase de tratamiento a presión constante (etapa de tratamiento, desde una hasta varias horas) y una despresurización hasta llegar a la presión atmosférica (etapa de descompresión, 15 minutos aproximadamente) . La etapa de compresión plantea problemas de adaptación en algunos pacientes debido a los cambios de volumen en el oído medio. El gas contenido en esas estructuras se comporta según la Ley de Boyle, la cual describe que existe una relación inversamente proporcional entre la presión y el volumen. Para compensar estos cambios de volumen es necesario realizar maniobras activas de compensación como la maniobra de Valsalva, Frenzel, Toymbee, entre otras. Cuando estas maniobras no son eficaces surgen molestias, dolor e incluso perforación del tímpano (barotrauma de oído medio) qw::: puede llevar a la suspensión del tratamiento. En los casos de urgencia puede requerirse la punción del tímpano (miringotomía) o la colocación de un tubo de drenaje timpánico (miringostomía) con los consiguientes perjuicios para el paciente.

Muchos hospitales ofrecen el servicio de HBO, pero la mayoría de cámaras hiperbáricas están técnicamente obsoletas y no están preparadas para asegurar el confort de los pacientes y la aplicación de nuevos perfiles de tratamiento más complejos que los tradicionales. Los tratamientos se llevan a cabo manualmente usando palancas o potenciómetros que regulan el caudal de entrada/salida de aire a la cámara mediante una válvula, con la consecuente imposibilidad de seguir perfiles de presión complejos y con ausencia de repetibilidad. Además, el control del caudal de aire con el que se presuriza la cámara y, por lo tanto, el ritmo de presurización es muy poco exacto y los cambios de ritmo son muy bruscos, lo que puede provocar molestias a los pacientes. Estos cambios bruscos en los ritmos de presurización producen también ruidos y corrientes de aire. los cuales son ilUlecesarios y disminuyen el confort de los pacientes.

Existen algunos tipos de pacientes para los que la necesidad técnica de un control automático se convierte en crítica. Los pacientes con traqueotomfas y portadores de cánulas con balón o pacientes entubados necesitan de un seguimiento muy fiel de los perfiles de presurización y una estricta ausencia de oscilaciones de presión cuando ésta ha de permanecer constante. Estos pacientes tienen dificultades para respirar y sufren situaciones muy complicadas debido a la periódica dilatación y contracción del balón o tubo endotraqueal. Los pacientes en ventilación mecánica que requieren una monitorización hemodinámica o administración parental de drogas, también necesitan una perfecta estabilización de la presión.

Durante la etapa de tratamiento o fondo, los pacientes respiran oxígeno puro y se realiza una ventilación de la cámara para renovar el aire ambiente. Además, se suele tener instalado un sistema de climatización que introduce aire frío o caliente al interior de la cámara hiperbárica. El técnico camarista ha de compensar mediante el uso de las palancas o potenciómetros la cantidad de aire que entra y sale de la cámara por los efeclos anteriores.

El barotrauma es más frecuente en pacientes neonatos, fumadores, afectos de catarros de vías altas y en todos aquellos que han recibido cirugía o radioterapia sobre el área nasofaríngea. Utilizando perfiles de presurización y despresurización curvilínoos en adaptación al paciente, se consigue reducir el número de barotraurnas de oído medio hasta en un 100%. El seguimiento de estos perfiles es imposible sin llevar a cabo un control de presión automático. Mediante la técnica habitual de control con uso de palancas o potenciómetros descrita anteriormente, no se logra mantener la presión estable y sin oscilaciones dentro de unos rangos admisibles para evitar los problemas que se dan en pacientes críticos.

Las cámaras hiperbáricas multiplaza pueden tener uno o más compartimentos, los cuales se pueden unir y separar mediante puertas.. Entre compartimentos suele haber un pequeño compartimento denominado antecámara el cual se utiliza para transportar personas entre compartimentos a diferente presión, para extraer pacientes de la cámara hiperbárica, para introducir

o recambiar personal sanitario (por ejemplo un médico en caso de urgencia) . En cada uno de los compartimentos, en el caso de que estén sepa.rados por las puertas, se pueden estar llevando a cabo diferentes perfiles de presurización como ocurre en los procedimientos de antecámara, en la que el camarista debe mantener en el perfil de tratamiento en la cámara y actuar al mismo tiempo en la antecámara.

Una combinación posible es una cámara con dos compartimentos, una cámara principal y una unidad de cuidados intensivos (Del) , separados por una antecámara. El control manual mediante palancas o potenciómetros de dos perfiles diferentes de presurización ~imultáneamente por parte del técnico camarista es una tarea altamente complicada, más aún si además se tiene que controlar la antecámara por alguna de las razones expuestas anterionnente.

El técnico camarista no sólo tiene que tener la habilidad para controlar manualmente la apertura de la válvula reguladora de caudal, también tiene que saber compensar la entrada/salida de "

aire de la ventilación y climatización de la cámara, y además tiene que hacerlo con vanos tratamientos en paralelo y la posibilidad de tener que controlar las antecámaras. Adicionalmente a estas tareas de control de seguimiento de perftl de presurización de los tratamientos, el técnico camarista tiene...

l. Sistema automático de control de cámara hiperbárica multiplaza para la realización de tratamientos de oxigenoterapia hiperbárica (HBO) que está comprendido por:

(i) Una arquitectura de control fonnada por dos autómatas programables con módulos de entrada y salida de señales analógicas y digitales para los sensores y actuadores, que pueden estar comunicados con computadoras, pantallas HMI y dispositivos inalámbricos móviles (smart-phones y tablets) .

(ii) Sensores de presión, de concentración de gases, de concentración de oxígeno, de temperatura y de humedad, en cada una de los compartimentos y antecámaras de la cámara h.iperbárica.

(iii) Válvulas de control de caudal proporcionales para la presurización y despresurización, así como válvulas de seguridad, en cada una de los compartimentos y antecámaras de la cámara hiperbárica.

2. Sistema automático de control de cámara hiperbárica multiplaza según la reivindicación 1, caracterizada por disponer de:

(i) Interfaces hombre-máquina que monitorizan y controlan los tratamientos.

(ii) Un perfil de seguimiento para la presurización y la despresurización en el modo automático.

(iii) Un modo manual y otro automático.

(iv) Un programa que automatiza los tratamientos en paralelo de manera simultánea en los diferentes compartimentos que la componen.

3. Sistema automático de control de cámara hiperbárica multiplaza según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque el programa de control para su automatización se ejecuta en dos controladores de lógica programable (PLC) paralelamente y redundantemente.

4. Sistema automático de control de cámara hiperbárica multiplaza según las reivindicaciones I a 3, donde el sistema de monitorización y control comprende un computador con al menos un monitor, y una pantalla HMI con sistema operativo propio, todos ellos comunicados con los PLCs mediante una red de comunicación industrial.

5. Sistema automático de control de cámara hiperbárica multiplaza según las reivindicaciones l a 4 que se caracterj¡~a porque mediante un algoritmo de control en lazo cerrado corrige las desviaciones de pn:~sión respecto al perfil de tratamiento seleccionado por el facultativo.

6. Sistema automático de control de cámara hiperbárica multiplaza según las reivindicaciones I a 5, que contiene un modo manual para el control directo desde las pantallas HMI de las válvulas que controlan el flujo de gas de compresión y descompresión, y un modo manual mecánico para controlar las mencionadas válvulas mediante palancas.

7. Sistema automático de control de cámara hiperbárica multiplaza según las reivindicaciones l a 6, que se caracteliza porque los parámetros que definen el perfil de presión del tratamiento (factor, presión de fondo y tiempo de tratamiento) son editables durante el transcurso del tratamiento pennitiendo adecuar tratamientos en tiempo real.

8. Sistema automático de control de cámara hiperbárica multiplaza según las reivindicaciones l a 7, que mediante controladores no lineales que se ejecutan en los PLCs realiza los seguimientos de los perfiles de presurización y despresurización

9. Sistema automático de control de cámara hiperbárica multiplaza según las reivindicaciones I a 8, que se caracteriza porque los controladores están configurados en lazo cerrado; donde la referencia es d perfil de presión del tratamiento, la sa lida es la presión en el interior del volumen de eámara hiperbárica controlado, y la señal de control es la apertura de cada una de las válvulas de control de caudal de aire.

10. Sistema automático de control de cámara hiperbárica multiplaza según las reivindicaciones 1 a 9, que se caractmiza porque el controlador no lineal contiene una configuración diferente para cada una de las etapas: presurización, despresurización, y presión constante (fondo de tratamiento y pausas) .

11. Sistema automático de control de cámara hiperbárica multiplaza según las reivindicaciones I a 10, que se caracteriza por tener un controlador no lineal implementado en los autómatas programables con parámetros previamente ajustados al área de sección transversal por la distancia total del conj unto de compartimentos contiguos comunicados.

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12. Sistema automático de control de cámara hiperbárica multiplaza según las reivindicaciones I a 1l. que se caracteriza porque cada uno de los controladores regula todas las válvulas de control de caudal contenidas en cada uno de los compartimentos que fonnan el volumen controlado de fonna redundante.

13. Sistema automático de control de cámara hiperbárica multiplaza según las reivindicaciones 1 a 12, que se caracteriza porque incluye un sensor de medida de presión del dispositivo de contraincendios que controla el inicio del tratamiento y comprueba la diferencia de presiones entre éste y la presión máxima a alcanzar en la cámara hiperbárica durante el tratamiento para que sea mayor que un detenninado umbral establecido previamente.

14. Sistema automático de control de cámara hiperbárica multiplaza según las reivindicaciones I a 13, que se caracteriza por disponer de uno o más dispositivos HMI inalámbricos en el interior de la cámara hiperbárica que monitorizan y controlan la misma.

15. Procedimiento de control de cámara hiperbárica multiplaza para la realización de tratamientos de oxigenoterapia hiperbárica (HBO) mediante el sistema automático de control descrito en la reivindicación 1 que consta de:

(i) Un procedimiento de antecámara, un procedimiento de alivio y un procedimiento de pausa.

(ii) Una presurización de cámara mediante curva de presión exponencial con

un factor definido. (iii) Ejecución en línea de modificaciones durante un tratamiento.

16. Procedimiento de control de cámara hiperbárica multiplaza según la reivindicación 15, que se caracteriza porque el procedimiento de antecámara se realiza de fonna automática y controlada por los autómatas programables mediante sensores de presión y válvulas de control de caudal proporcionales y que comprende los siguientes pasos:

(i) Introducir a la persona en la antecámara adyacente al compartimento en el que se encuentra, o a la antecámara adyacente al compartimento objetivo en el caso de que la persona se encuentre en el exterior de la cámara hiperbárica.

(ii) Cargar un perfil desde la interfaz de operador, cuya presión objetivo es la presión del compartimento al que se desea desplazar la persona, o la presión ambiental si se le desea extraer de la cámara hiperbárica. El perfil de presurizaciónldespresurización se realiza de manera controlada y automática.

(iii) Abrir la puerta de separación entre la antecámara y el compartimento objetivo o el exterior cuando la presión de ambas se iguala para que la persona put:da desplazarse.

(iv) Devolver la antecámara a la presión que se encontraba previamente a la realización del procedimiento descrito, tras el cierre de las puertas, si procede.

17. Procedimiento de control de cámara hiperbárica multiplaza según las reivindicaciones 15 y 16, que se caracteriza porque el procedimiento de alivio se realiza de fonna automática y controlada por los autómatas programables mediante sensores de presión y válvulas de control de caudal proporcionales y que comprende los siguientes pasos:

(i) Detener la curva de tratamiento actual.

(ji) Cargar un perfil de despresurización en los controladores con un decremento lineal de presión y una pendiente (bar de presión/tiempo) detenninada por el responsable médico, el cual se sigue de manera controlada y automática. (iii) Finalizar el alivio cuando se alcance la presión objetivo y continuar con el tratamiento desde la presión actual del compartimento o proceder a la realización de un nuevo alivio (volviendo a (i».

18. Procedimiento de control de cámara hiperbárica multiplaza según las reivindicaciones 15 a 17, que se caracteriza porque el procedimiento de pausa se realiza de fonna automática y controlada por los autómatas programables mediante sensores de presión y válvulas de control de caudal proporcionales y que consiste en mantener constante la referencia del regulador para mantener la presión actual del compartimento seleccionado estable frente a perturbaciones externas.

19. Procedimiento de control de cámara hiperbárica multiplaza según las reivindicaciones 15 a 18, que se caracteriza por presurizar la cámara generando una curva de presión exponencial mediante un factor definido por el nivel de variación de volumen del oído durante la fase de presurización de fonna automática y controlada por los autómatas programables mediante sensores de presión y válvulas de control de caudal proporcionales.

20. Procedimiento de control de cámara hiperbárica multiplaza según las reivindicaciones 15 a 19, que se caracteriza por generar alannas si una variable del proceso (comprendiendo presiones, pendientes de presurización y despresu. ización, temperatura,

concentraciones de gases, niveles dt! depósitos) , se sale de un rango de seguridad predetin ido.

21. Procedimiento de control de cámara hiperbárica multiplaza según las reivindicaciones 15 a 20, donde las alannas generadas por el sobrepaso de un límite de presión máximo o ritmos de presurizac.ión superiores a los establecidos por el responsable médico, generan procedimientos automáticos de despresurización controlada del aire interior del compartimento abriendo las: válvulas de escape proporcionales.

22. Procedimiento de control de cámara hiperbárica multiplaza según las reivindicaciones 15 a 21 , donde las alannas son notificadas mediante texto y código de colores (dependiendo de la gravedad del aviso) en las variables monitorizadas mediante barras, relojes analógicos e indicadores numéricos.