Cabezal de medición para instrumentos de diagnóstico y método.

Un cabezal de medición (1) que comprende:

una toma (14) que estará conectada a un depósito de gas presurizado (4);

una salida (21) para liberar gas exhalado y el exceso de gas al ambiente (5);

una boquilla (19) para proporcionar gas a un sujeto (2) y aceptar gas exhalado procedente de dicho sujeto (2);

estando dicha boquilla conectada neumáticamente a dicha salida (21); comprendiendo dicha boquilla (19) un sensor de flujo (16) para medir el flujo de dicho gas inhalado y gas exhalado por dicho sujeto (2); y

una válvula proporcional controlada eléctricamente (10; 22); que está conectada neumáticamente entre dicha toma (14) y dicha boquilla (19) para controlar el flujo de gas desde dicha toma (14) hasta dicha boquilla (19) y dicha salida (21);

un ordenador (3) conectado eléctricamente a dicho sensor de flujo (16) y dicha válvula proporcional (10; 22);

caracterizado por que dicho ordenador está programado para ser adecuado para ajustar dicha válvula proporcional (10; 22), de modo que el flujo de gas suministrado por dicha válvula proporcional (10; 22) sea mayor que el flujo de gas inspiratorio medido por el sensor de flujo (16) más un exceso de flujo mínimo.

Cabezal de medición para instrumentos de diagnóstico y método La presente invención se refiere a instrumentos de diagnóstico pulmonar y cardiopulmonar y, más específicamente, a cabezales de medición para dichos instrumentos y un método para controlar el flujo de gas.

Tal como se describe, por ejemplo, en http://www.med.unc.edu/wms/firstaid/FirstAid2/osy-RespNotes.DOC, disponible en el sitio Web de la University of North Carolina, school of medicine, Whitehead Medical Society, First Aid for the first year, pueden determinarse varios parámetros para describir los mecanismos respiratorios y el intercambio de gases del pulmón de un sujeto:

FVC -capacidad vital forzada -cantidad total de aire exhalado FEV1 -cantidad de aire exhalado durante el primer segundo de espiración forzada FRC -capacidad funcional residual

TLC -capacidad pulmonar total

RV -volumen residual

IC -capacidad inspiratoria -cantidad de aire inhalada por encima de FRC; IC = TLC -FRC

ERV -volumen espiratorio de reserva -cantidad de aire exhalada por debajo de FRC; ERV = FRC -RV

FVC, FEV1, IC y ERV pueden determinarse mediante espirometría. El proceso comienza con el paciente respirando con normalidad durante varios ciclos. La respiración normal está representada por FRC -el volumen pulmonar en el que las fuerzas elásticas del pulmón son contrarrestadas en igualdad por el arrastre hacia fuera de la pared torácica. El volumen corriente es la cantidad de aire inhalada durante la respiración normal. A continuación, el paciente inhala hasta TLC y exhala enérgicamente hasta RV.

La FRC puede determinarse mediante técnica de pletismografía (todo el cuerpo) , dilución con helio o lavado de nitrógeno, que se describen por ejemplo en el documento “Respirator y Mechanics in Infants: Physiologic Evaluation in Health and Disease”, por un comité conjunto del ATS Assembly on Pediatrics y el ERS Paediatrics Assembly, American Review of Respirator y Disease Vol. 147, 1993, p. 475-496.

La técnica del lavado de nitrógeno consiste en medir el volumen de nitrógeno lavado de los pulmones cuando el sujeto está en respiración reciclada de un depósito de gas libre de nitrógeno. En los estudios originales, el equipo usado era bastante sencillo aunque engorroso de manejar, más tarde técnicas en tiempo real dependían de espectrómetros de masas, que son técnicamente exigentes de mantener. Si la cantidad de nitrógeno lavado se mide y la concentración inicial de nitrógeno alveolar se conoce, entonces puede obtenerse el volumen pulmonar en el que el lavado empezó. Si el lavado empieza en FRC, entonces FRC iguala al volumen de nitrógeno lavado dividido por la concentración de nitrógeno inicial en los pulmones.

El aspecto de dificultad de esta técnica es la medición precisa del volumen de nitrógeno lavado. En los dos métodos usados más habitualmente, el volumen de nitrógeno se mide a partir del gas espirado en una bolsa de recogida o se obtiene mediante integración continua de la concentración de nitrógeno en el gas expirado.

En el método de recogida de gas espirado, el volumen de nitrógeno espirado se calcula como el producto de la concentración de nitrógeno y el volumen de la bolsa. Cualquier imprecisión en la medición del volumen de la bolsa o, de forma más habitual, la concentración de lavado de nitrógeno final, provocará errores significativos. Dado que la concentración final de nitrógeno es muy baja, habiendo sido diluida con grandes cantidades de oxígeno, un error de <1% en su medición provocará un error sustancial. La resolución y, por lo tanto la precisión, del método depende de la concentración de nitrógeno alveolar inicial.

Usando analizadores de gas (o espectrómetros de masas) que responden con rapidez para obtener concentración de nitrógeno instantánea y un ordenador para integrar señales de flujo, puede crearse un sistema de circuito abierto. El volumen espirado y la concentración de nitrógeno asociado se miden continuamente mediante analizadores de gas o espectrómetros de masas de respuesta rápida. Una variación de esta técnica usaba una tasa de flujo de gas constante, mayor que el flujo inspiratorio máximo. Esta tasa de flujo de gas diluyó la concentración de nitrógeno espiratorio y dio como resultado problemas de precisión similares a los sistemas de bolsa de recogida. Además, la gran tasa de flujo de gas continua consumía grandes cantidades de oxígeno gaseoso, incrementando el coste de la prueba.

Otros potenciales problemas con la técnica de lavado de nitrógeno incluyen aquellos asociados con el tiempo de respuesta del analizador, tiempo de demora entre caudal y concentración de gas, y tasa de muestreo.

Deben realizarse correcciones para el nitrógeno lavado desde los tejidos y la sangre. El último habitualmente causa < 5% de error dentro de un periodo de lavado típico de 2 a 3 minutos pero puede ser mayor si el lavado se prolonga en pacientes con neumopatía. En los métodos habituales en adultos, la concentración de nitrógeno al final de la espiración se mide de forma continua y se requería reducirla hasta < 2%, dado que concentraciones superiores al

2% tienden a pasar por alto los efectos de espacios extremadamente lentos. Concentraciones de nitrógeno finales de < 1% tienden a exagerar el efecto de la difusión normal del nitrógeno desde la sangre pulmonar al espacio alveolar. En algunos métodos, la concentración final se obtiene de análisis exponenciales de solamente unas pocas respiraciones.

Como con todas las técnicas de dilución en gas, los resultados pueden ser invalidados por filtraciones.

Además, es clínicamente útil (véase osy-RespNotes.DOC, I.c.) medir la capacidad de difusión para monóxido de carbono (DLCO) . El pulmón tiene una gran área superficial para la difusión de gases de aproximadamente el tamaño de una pista de tenis y la barrera a la difusión es muy pequeña (0, 1 Mm -1, 0 Mm) . El CO se usa dado que su tasa de captación está limitada solamente por el proceso de difusión incluso en el pulmón normal. Sin embargo, pacientes con bajos niveles de hemoglobina tendrán DLCO falsamente baja y se usa un factor de correlación. Las enfermedades que afectan al grosor de la superficie difusora (enfisema, fibrosis intersticial) son notables por baja DLCO. La capacidad de difusión para CO = volumen de CO transferido en mililitros/minuto por mmHg de presión del gas alveolar DLCO = VCO/PACO; VCO es la tasa de captación de CO y una diferencia de medición entre concentraciones conocidas inhaladas y la cantidad exhalada después de 10 segundos.

En todas las técnicas de lavado, dilución o difusión es importante que el sujeto respire un gas con composición bien definida y sea capaz de exhalar gas para análisis inmediato o almacenamiento y análisis posterior. El control del flujo de gas inspiratorio puede realizarse por las llamadas válvulas de demanda. En comparación con las soluciones de bolsa inspiratoria, ofrecen un consumo de gas reducido, menos potencial de desviaciones de la composición del gas inspiratorio debido a fugas y una manipulación más fácil.

También se usan realizaciones mecánicas de válvulas de demanda para equipo de buceo o de reanimación. En las válvulas de demanda mecánicas típicas, la respiración del sujeto causa una diferencia de presión que dobla una membrana. La membrana doblada abre una válvula a un depósito de aire u oxígeno presurizado. A partir de la diferencia de presión y el flujo de gas a través de la válvula, puede calcularse una resistencia al flujo. Una resistencia al flujo elevada reduce el cumplimiento de sujetos con maniobras necesarias para técnicas de lavado, dilución o difusión.

La caída de presión en un tubo puede calcularse a partir de la siguiente fórmula (Technische Strömungsmechanik 1, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig) :

!p por lo tanto es la presión que cae en el tubo, ∀ es un valor de corrección de la pérdida de presión del tubo, # es un valor de fricción de la tubería del tubo, l es la longitud del tubo, d es el diámetro del tubo, ∃ es la densidad del medio que fluye, es decir aproximadamente 1, 2 kg/m3 para el aire, y v es la velocidad del flujo promediada respecto a la sección transversal. a tiene el valor 2 para flujos turbulentos y 1 para flujos laminares. En la práctica, a también puede adoptar valores intermedios, dado que una forma ideal-típica de flujo es rara. La Ecuación (1) también es conocida de Strömungslehre, J. H. Spurk, 4ª Edición, Springerverlag, Berlín 1996, en la que # en este caso se denomina coeficiente de resistencia al flujo. La velocidad de flujo promediada está conectada con el flujo de... [Seguir leyendo]

1. Un cabezal de medición (1) que comprende:

una toma (14) que estará conectada a un depósito de gas presurizado (4) ; una salida (21) para liberar gas exhalado y el exceso de gas al ambiente (5) ; una boquilla (19) para proporcionar gas a un sujeto (2) y aceptar gas exhalado procedente de dicho sujeto (2) ; estando dicha boquilla conectada neumáticamente a dicha salida (21) ; comprendiendo dicha boquilla (19) un sensor de flujo (16) para medir el flujo de dicho gas inhalado y gas exhalado por dicho sujeto (2) ; y

una válvula proporcional controlada eléctricamente (10; 22) ; que está conectada neumáticamente entre dicha toma (14) y dicha boquilla (19) para controlar el flujo de gas desde dicha toma (14) hasta dicha boquilla (19) y dicha salida (21) ; un ordenador (3) conectado eléctricamente a dicho sensor de flujo (16) y dicha válvula proporcional (10; 22) ; caracterizado por que dicho ordenador está programado para ser adecuado para ajustar dicha válvula proporcional (10; 22) , de modo que el flujo de gas suministrado por dicha válvula proporcional (10; 22) sea mayor que el flujo de gas inspiratorio medido por el sensor de flujo (16) más un exceso de flujo mínimo.

2. El cabezal de medición de la reivindicación 1, caracterizado por que dicho cabezal de medición comprende,

además, un sensor de presión (27) para medir la presión de dicho gas inhalado y gas exhalado por dicho sujeto (2) . 20

3. El cabezal de medición de una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicha, válvula proporcional controlada eléctricamente (10) comprende dos válvulas solenoides de encendido/apagado (11, 12, 13) .

4. El cabezal de medición de la reivindicación 3, caracterizado por que la proporción de los flujos a través de dos

válvulas solenoides abiertas (11, 12, 13) a una diferencia de presión predeterminada entre dicha toma (14) y dicho ambiente (5) es aproximadamente una potencia de dos.

5. El cabezal de medición de una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho cabezal de medición comprende un sensor de presión (18) que está conectado neumáticamente a un tubo de conexión entre 30 dicha toma (14) y dicha válvula proporcional (10; 22) .

6. Un método para controlar un flujo de gas desde una toma (14) hasta una salida (21) y una boquilla (19) mediante un cabezal de medición, comprendiendo el método:

generar (16, 3; 24) una señal eléctrica que tiene una dependencia monotónica del flujo de gas inspiratorio causado por la inhalación de un sujeto (2) ; y controlar una apertura de una válvula proporcional entre dicha toma (14) y dicha salida (21) y dicha boquilla (19) mediante dicha señal

caracterizado por que el flujo de gas suministrado por dicha válvula proporcional es más elevado que el flujo de gas inspiratorio más un exceso de flujo mínimo.

7. El método de la reivindicación 6, caracterizado por que dicha señal eléctrica es generada por un sensor de flujo (16) y dicho sensor de flujo (16) mide el flujo de gas a través de dicha boquilla (19) . 45

8. El método de las reivindicaciones 6 ó 7, caracterizado, además, por medir la presión (18) en dicha toma (14) .

9. El método de la reivindicación 8, caracterizado, además, por:

cerrar (23) dicha salida (21) ; y obtener una disposición de flujo de gas bidimensional mientras dicha salida (21) está cerrada mediante:

aplicación de varios valores de presión diferentes en dicha toma (14) ; realización de lo siguiente en cada valor de presión:

ajuste de varias aperturas diferentes en dicha válvula proporcional (11, 12, 13) ; y medición del flujo de gas (16) a través de dicha boquilla (19) .

10. El método de la reivindicación 8 ó 9, caracterizado por:

obtener un flujo de gas estimado a través de dicha toma (14) en base a una disposición de flujo de gas bidimensional, la presión (18) en dicha toma (14) y la apertura de dicha válvula proporcional; y ajustar la apertura de dicha válvula proporcional de modo que dicho flujo de gas estimado supere dicho flujo de gas causado por inhalación.

FIG. 3