Sistema y procedimiento para medir la impedancia mecánica del sistema respiratorio.

Sistema para medir la impedancia mecánica del sistema respiratorio de un paciente durante la actividad respiratoria espontánea,

que comprende un ventilador; un motor que hace funcionar dicho ventilador; estando colocados dicho motor y dicho ventilador dentro de una cavidad; comprendiendo dicha cavidad un extremo inicial y un extremo final, proporcionando ambos acceso al exterior; comprendiendo dicho extremo inicial unos medios de medición de presión de aire y flujo de aire y una conexión conectada directamente a la abertura de las vías respiratorias; caracterizado por que dicha cavidad presenta una longitud entre dicho extremo inicial y dicho extremo final igual o inferior a 25 cm; presentando dicha cavidad, que incluye dicho motor y dicho ventilador, una impedancia entre dicho extremo inicial y dicho extremo final de menos de 1 cm H2O*s/L, cuando se mide a frecuencias de respiración normales dentro del intervalo de 0-1 Hz; presentando dicho ventilador un área total que no supera 3/4 del área de la sección transversal de dicha cavidad; y estando dicho ventilador adaptado para extraer aire de dicho extremo final y proporcionar variaciones de presión, con una amplitud máxima de pico a pico igual o inferior a 3 cm H2O y frecuencia >2 Hz, a dicho extremo inicial.

Sistema y procedimiento para medir la impedancia mecánica del sistema respiratorio.

La presente invención se refiere a un sistema y un procedimiento para medir la impedancia mecánica del sistema respiratorio durante la actividad respiratoria espontánea del paciente, sin requerir la cooperación del mismo, utilizando la técnica de oscilación forzada (TOF u oscilometría) . La invención permite formar dispositivos portátiles compactos, reduciendo al mínimo el espacio muerto y la carga añadida a las vías respiratorias del paciente.

La técnica de oscilación forzada es un procedimiento para medir las propiedades mecánicas del pulmón y las vías respiratorias basándose en un análisis de su respuesta a pequeños estímulos de presión sinusoidales generados externamente. Aunque estas técnicas se presentaron en 1956 (Journal of Applied Physiology -mayo de 1956 vol. 8 nº 6 587-594) , durante muchos años despertaron poco interés clínico debido a las dificultades técnicas relacionadas con su implementación. Recientemente, debido al progreso tecnológico en el campo del cálculo y la electrónica digital, la utilización de técnicas oscilométricas para medir las propiedades mecánicas y funcionales del sistema respiratorio ha generado un interés clínico creciente como posible nuevo instrumento de diagnóstico y monitorización.

En oscilometría, las características mecánicas del sistema respiratorio se miden sometiendo el sistema respiratorio a un estímulo mecánico externo de pequeña amplitud y derivando su impedancia mecánica (Z) definida como la razón compleja entre la presión (Pao) y el flujo (Vao) medidos en la entrada a las vías respiratorias a una frecuencia de

estímulo:

** (Ver fórmula) **

La impedancia mecánica es un número complejo cuya parte real, denominada la resistencia (R (f) ) , sintetiza las propiedades disipadoras del sistema, mientras que la parte imaginaria, denominada la reactancia (X (f) ) , sintetiza la capacidad del sistema para almacenar energía y de ahí que esté determinada conjuntamente por las propiedades elásticas e inerciales del sistema.

Entre su presentación y el día de hoy, se han descrito y utilizado diversas configuraciones de medición. En sus implementaciones iniciales, el sistema estaba compuesto por un generador de estímulo que consistía en un cilindro acoplado a un pistón cuya salida estaba conectada directamente a la abertura de las vías respiratorias (nariz o boca) y mediante un conjunto de sensores para medir flujo y presión (Journal of Applied Physiology -mayo de 1956 vol. 8 nº 6 587-594, patente US nº 3.713.436 -presentada el 23 de octubre de 1970) . Aunque esta tecnología permitía generar ondas de estimulación complejas con una relación señal/ruido óptima, no podía aplicarse durante la respiración espontánea sino sólo durante periodos de apnea con el sujeto totalmente relajado.

Posteriormente, para permitir aplicar esta técnica a mediciones durante la respiración espontánea, se desarrolló una nueva configuración compuesta por un altavoz de generación de oscilación, un circuito respiratorio compuesto por un tubo de alta inertancia, necesario para permitir la respiración espontánea del paciente e impedir la dispersión del estímulo en el entorno externo, y un conjunto de sensores de presión y flujo (The Journal of Clinical Investigation noviembre de 1975 vol. 56 1210-1230, patente US nº 4.333.476, documento EP 1 551 293) . Sin embargo al aumentar considerablemente el espacio muerto del sistema respiratorio, la presencia del tubo de alta inertancia requiere la utilización de un generador de flujo adicional para la renovación de aire, aumentando así las dimensiones y la complejidad del sistema global.

Se han producido configuraciones de dimensiones reducidas que utilizan actuadores para ocluir total o parcialmente las vías respiratorias durante la respiración espontánea tal como para provocar alteraciones de la presión dentro del circuito, cuando los músculos respiratorios generan la energía de estimulación, tal como se describe en las patentes US nº 4.220.161 y US nº 6.066.101.

Aunque los dispositivos que pertenecen a esta última categoría son más económicos y menos voluminosos, no funcionan para bajos flujos inhalados y exhalados (por ejemplo, al final de la inhalación y al final de la exhalación) . Esto los hace inadecuados para medir las variaciones mecánicas respiratorias que se producen durante todo el ciclo respiratorio.

Se conocen asimismo unos sistemas de ventilación terapéuticos que pueden derivar la impedancia respiratoria mediante la técnica TOF tal como se describe en las patentes US nº 6.257.234, US nº 6.363.933 y el documento WO 2010/070498.

Ya que éstos combinan la generación simultánea de la onda sinusoidal de baja amplitud necesaria para estimular el sistema y realizar la medición, con la onda de presión de ventilación auxiliar, estos sistemas deben poder generar

altas presiones (10-20 cm H2O) .

Con este fin, utilizan un generador de presión combinado con una o más válvulas reguladoras controladas electrónicamente. Por consiguiente, la complejidad y la energía requeridas para estos sistemas hacen que sus dimensiones sean tales que requieran la utilización de uno o dos tubos para conectar las aberturas de las vías respiratorias del paciente. En el caso de un único tubo, para impedir la acumulación de CO2 exhalado, la presión dentro del mismo debe mantenerse mayor de al menos 3 cm H2O tal como para generar un flujo de renovación continuo a través de un orificio de descarga previsto cerca del paciente. Sin embargo esta presión, inhalada por el paciente, impide realizar mediciones de impedancia a volúmenes respiratorios normales.

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema y un procedimiento para medir la impedancia mecánica del sistema respiratorio y, en particular, un sistema y procedimiento para generar estímulos de presión de pequeña amplitud de forma predeterminada, para registrar mediciones de flujo y presión de aire, y para el procesamiento numérico requerido para derivar la impedancia mecánica del sistema respiratorio, que sea compacto y pueda utilizarse para realizar mediciones durante la actividad respiratoria espontánea del paciente.

Éstos y otros objetivos se consiguen, según la presente invención, mediante un sistema para medir la impedancia mecánica del sistema respiratorio de un paciente durante la actividad respiratoria espontánea, tal como se define en la reivindicación 1, caracterizado por que comprende un ventilador; un motor que hace funcionar dicho ventilador; estando colocados dicho motor y dicho ventilador dentro de una cavidad; comprendiendo dicha cavidad un extremo inicial y un extremo final, proporcionando ambos acceso al exterior; presentando dicha una impedancia entre dicho extremo inicial y dicho extremo final de menos de 1 cm H2O/L/s; extrayendo dicho ventilador aire de dicho extremo final y proporcionando unas variaciones de presión a dicho extremo inicial; comprendiendo dicho extremo inicial unos medios de medición de presión de aire y flujo de aire y una conexión conectada directamente a la abertura de las vías respiratorias.

El objetivo también se consigue mediante un procedimiento para medir la impedancia mecánica del sistema respiratorio tal como se define en la reivindicación 9, que comprende la etapa de registrar las mediciones de presión de aire y flujo de aire; comprendiendo dicha etapa de registro las fases de hacer variar la velocidad de rotación de un ventilador colocado dentro de una cavidad tal como para forzar un flujo de aire al interior de dicha cavidad para generar, cerca de la abertura de las vías respiratorias, unas oscilaciones de presión de amplitud máxima menor de o igual a 3-5 cm H2O; medir la presión de aire y el flujo de aire dentro de dicha cavidad cerca de las vías respiratorias del sujeto.

En las reivindicaciones dependientes se describen unas características adicionales de la invención.

En comparación con tecnologías similares, la presente solución presenta las siguientes ventajas.

1. Ya que el sistema ha de generar estímulos de presión de pequeña amplitud (pico a pico â 3 cm H2O) , puede utilizarse un ventilador como actuador en lugar de los sopladores utilizados por sistemas anteriores. Como resultado, el paciente puede respirar a través del mismo con una fuerza mínima sin la necesidad de rutas alternativas adicionales, reduciéndose por tanto el consumo de energía para permitir reducir las dimensiones del motor, y produciéndose por tanto un sistema portátil.

2. Ya que el sistema compuesto de esta manera es compacto y de pequeñas dimensiones, se le aplica... [Seguir leyendo]

1. Sistema para medir la impedancia mecánica del sistema respiratorio de un paciente durante la actividad respiratoria espontánea, que comprende un ventilador; un motor que hace funcionar dicho ventilador; estando colocados dicho motor y dicho ventilador dentro de una cavidad; comprendiendo dicha cavidad un extremo inicial y un extremo final, proporcionando ambos acceso al exterior; comprendiendo dicho extremo inicial unos medios de medición de presión de aire y flujo de aire y una conexión conectada directamente a la abertura de las vías respiratorias; caracterizado por que dicha cavidad presenta una longitud entre dicho extremo inicial y dicho extremo final igual o inferior a 25 cm; presentando dicha cavidad, que incluye dicho motor y dicho ventilador, una impedancia entre dicho extremo inicial y dicho extremo final de menos de 1 cm H2O*s/L, cuando se mide a frecuencias de respiración normales dentro del intervalo de 0-1 Hz; presentando dicho ventilador un área total que no supera  del área de la sección transversal de dicha cavidad; y estando dicho ventilador adaptado para extraer aire de dicho extremo final y proporcionar variaciones de presión, con una amplitud máxima de pico a pico igual o inferior a 3 cm H2O y frecuencia > 2 Hz, a dicho extremo inicial.

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que el ventilador genera en la proximidad a la abertura de las vías respiratorias del paciente una presión variable con un valor medio inferior a 1, 5 cm H2O.

3. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que la distancia entre dicho extremo final y la abertura de las vías respiratorias es inferior a 30 cm.

4. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho sistema comprende una memoria para almacenar los valores medidos mediante dichos medios de medición.

5. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho sistema comprende una unidad de cálculo para el procesamiento necesario para obtener la impedancia del sistema respiratorio.

6. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que dicha cavidad comprende uno o más orificios colocados entre dicho extremo inicial y dicho extremo final.

7. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho motor está controlado para proporcionar un flujo de aire variable tal como para generar, dentro de la cavidad, unos valores de presión que siguen un patrón predeterminado.

8. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende, fijada al extremo de dicha cavidad, una boquilla que comprende un sistema de soporte para mejillas que consiste en dos placas colocadas lateralmente con respecto a su embocadura.

9. Procedimiento para medir la impedancia mecánica del sistema respiratorio durante la actividad respiratoria espontánea, que comprende la etapa de registrar las mediciones de presión de aire y flujo de aire de un paciente; comprendiendo dicha etapa de registro las fases de variar la velocidad de rotación de un ventilador, un motor que hace funcionar dicho ventilador y estando colocado dicho ventilador dentro de una cavidad, presentando dicho ventilador un área total que no supera  del área de la sección transversal de dicha cavidad, tal como para forzar un flujo de aire al interior de dicha cavidad para generar, en la proximidad a la abertura de las vías respiratorias de dicha cavidad, unas oscilaciones de presión de amplitud máxima de pico a pico inferior o igual a 3 cm H2O y frecuencias > 2 Hz; para permitir que dicho paciente respire espontáneamente a través de dicha cavidad; presentando dicha cavidad una impedancia máxima igual a 1 cm H2O*s/L, medida a unas frecuencias de respiración normales y dentro del intervalo de 0-1 Hz; comprendiendo dicha cavidad un extremo inicial y un extremo final, proporcionando ambos un acceso al exterior; presentando dicha cavidad una longitud entre dicho extremo inicial y dicho extremo final igual o inferior a 25 cm; medir la presión de aire y el flujo de aire dentro de dicha cavidad en la proximidad a las vías respiratorias del sujeto.