Ventilatore polmonare: cos’è? come funziona? Descrizione e proposta di soluzioni switching

come funzionano i ventilatori polmonari?

Ventilatore polmonare: cos’è? come funziona? Descrizione e proposta di soluzioni switching

Ventilatori polmonari: come funzionano? Soluzioni switching il cuore del dispositivo polmonare

Di fronte all’attuale situazione COVID19, Consystem vuole offrire dei suggerimenti per la scelta di alimentatori per applicazioni medicali, soprattutto per gli alimentatori switching.

Gli alimentatori switching sono ampiamente utilizzati in dispositivi medicali, quali ventilatori, macchinari per la produzione di mascherine facciali, macchinari per la PCR per l’analisi del DNA per individuare malattie infettive o genetiche, rilevatori di temperatura corporea, monitor multiparametrici, macchinari per radiografie, CT / PET, analizzatori ematici, macchine cuore-polmone e dispositivi diagnostici, ecc. Ecco alcuni suggerimenti su come selezionare l’alimentatori più adatto e sicuro, a bassa dispersione di corrente, con un isolamento affidabile e con buone prestazioni EMC per il “cuore” del dispositivo medicale.

“Il corpo umano è un tempio e come tale va curato e rispettato, sempre.”
(Ippocrate)

Tipi di applicazioni medicali

Esistono diverse tipologie di applicazioni medicali, e a seconda del loro utilizzo, bisognerà valutare la protezione dell’operatore o anche quella del paziente. I requisiti per la protezione dell’operatore e la protezione del paziente sono diversi. Poiché lo stato di salute di un paziente e di un operatore è diverso, (solitamente il paziente si trova in uno stato più debole), per il paziente è richiesto un livello di protezione più elevato. I dispositivi medicali sono divisi in tre tipologie (vedi sotto) a seconda di come il dispositivo è in contatto con il paziente e in base al tipo di contatto.

Per quei dispositivi medicali che non hanno un contatto elettrico diretto con il paziente, si ritiene sufficiente fornire la protezione solo all’operatore, quindi tale dispositivo medico ha requisiti di protezione inferiori anche per l’alimentatore. Invece, se il dispositivo medicale entra in contatto con il cuore del paziente, che è la parte più sensibile del corpo umano, è necessario fornire il livello di protezione più elevato sia per il paziente, ma anche per l’alimentatore.

Suggerimenti per la scelta di alimentatori per applicazioni medicali

Prima di tutto, è necessario verificare se il dispositivo è a contatto con il paziente ed eventualmente il tipo di contatto. Se i dispositivi utilizzati negli ospedali hanno un contatto elettrico diretto con il paziente, che in alcuni casi è in deboli condizioni, anche una piccola quantità di corrente di dispersione può avere effetti negativi sulla persona. La corrente di dispersione (leakage current) del modulo di alimentazione nei dispositivi medicali deve essere limitata al valore minimo specificato. I moduli di alimentazione nei dispositivi medicali tendono ad essere più sensibili alle interferenze elettromagnetiche (EMI) rispetto alla maggior parte degli alimentatori industriali. Pertanto, l’alimentatore dovrebbe soddisfare standard EMI più rigorosi. La chiave per la scelta del modulo di alimentazione per le applicazioni medicali è la sicurezza, cioè un isolamento affidabile tra ingresso e uscita in quanto qualsiasi carenza di isolamento comporterebbe il rischio di scosse elettriche. Pertanto, è necessario prestare attenzione alla corrente di dispersione, all’EMC e avere un isolamento affidabile quando si seleziona un alimentatore per dispositivi medicali.

Se il dispositivo medicale non sarà a contatto elettrico con il paziente, sarà sufficiente utilizzare un alimentatore industriale o con certificazione medicale che possa proteggere l’operatore.

Possiamo seguire il seguente diagramma di flusso per stabilire i requisiti di sistema e di conseguenza quelli dell’alimentatore switching:

Diagramma di flusso creazione medicale mediale

 

L’immagine in alto mostra i “mezzi di protezione” (“Means of Protection”), che tengono in considerazione isolamento, distanze di clearance e creepage, impedenze e collegamenti con la terra di protezione. Con MOPP si intende il mezzo di protezione del paziente (“Means of Patient Protection”), mentre con MOOP è un mezzo di protezione dell’operatore (“Means of Operator Protection”).

Per i tipi di dispositivi medicali BF / CF è necessario soddisfare 2 x MOPP, mentre per i dispositivi medicali di tipo B è sufficiente l’utilizzo di un alimentatore che soddisfa 2 x MOOP o addirittura un alimentatore industriale.

Com’è fatto un “Ventilatore polmonare”?

Un ventilatore è un dispositivo che fornisce una ventilazione meccanica o artificiale mimando i muscoli respiratori durante gli atti respiratori, in modo da far respirare un paziente che non è fisicamente in grado di farlo autonomamente o con una insufficienza respiratoria. I pazienti gravi con polmonite solitamente utilizzano il ventilatore, che è considerato un salvavita ed è diventato un dispositivo medico indispensabile nel trattamento clinico. È sempre più utilizzato nei campi del pronto soccorso, dell’anestesia, della terapia intensiva e della terapia respiratoria.

Il diagramma di funzionamento del ventilatore è il seguente: controlla l’aria attraverso la valvola inspiratoria ed espiratoria e nel frattempo rileva il flusso d’aria, la pressione, la densità dell’ossigeno etc in modo da far scattare un allarme qualora il paziente abbia un’anomalia nella respirazione.

Esempio di funzionamento di un respiratore polmonare

 

Requisiti di alimentazione del ventilatore

Il sistema di alimentazione del ventilatore include alimentazione AC/DC, alimentazione DC/DC e batterie di backup interne. Un sistema di alimentazione affidabile e sicuro è una delle parti più importanti del ventilatore per garantire che funzioni in modo stabile, affidabile e sicuro.

Per l’alimentazione dalla rete, il modulo AC/DC deve avere un intervallo di tensione di ingresso universale da 85 V AC a 264 V AC per poter essere utilizzato in tutto il mondo e fornire una tensione di uscita stabile e molto precisa a 24 V DC. Allo stesso tempo, l’alimentatore deve essere conforme alla EN55011 (CISPR11) CLASSE B, per non creare disturbi agli altri dispositivi medicali. Per questo tipo di applicazioni è possibile utilizzare un alimentatore AC/DC sia medicale sia industriale, in quanto il ventilatore stesso non ha un contatto elettrico diretto con il paziente.

Per la parte di alimentazione DC/DC, normalmente l’intervallo della tensione di ingresso è ampio da 10,8 V DC a 33 V DC, compatibile con i sistemi a 12 V DC e a 24 V DC.

Le batterie di backup all’interno del ventilatore vengono utilizzate per fornire energia istantanea al ventilatore in modo da garantire il suo normale funzionamento e continui a fornire la respirazione al paziente anche nel caso in cui l’alimentazione di rete non sia disponibile (es. in caso di interruzione di corrente in ospedale prima dell’entrata in funzione dei generatori di corrente).

All’interno del respiratore esistono diversi sottosistemi, come ad esempio blower, valvola, flussimetro, campionamento del segnale (sensore di temperatura / pressione ecc.), ventole, e tutti hanno bisogno di un’alimentazione affidabile per garantire la sicurezza del sistema.

Solitamente i sottosistemi hanno i seguenti requisiti di alimentazione: ad esempio il blower ha bisogno di 24Vdc in ingresso e diversi tipi di protezione; per le valvole (inspiratoria, espiratoria e d’ossigeno) è possibile utilizzare moduli non isolati in quanto il primario è già isolato a monte; il flussimetro viene alimentato con tensioni differenti, solitamente si utilizzano 9VDC, preferibilmente con moduli isolati in modo da limitare il più possibile il rumore e il ripple; in ultimo i vari sensori di temperatura, pressione etc sono alimentati a 5VDC.

Per questi motivi, oltre a un buon alimentatore AC/DC, all’interno del macchinario, sarà necessario utilizzare diversi convertitori DC/DC isolati o non isolati a seconda del loro utilizzo.

L’alimentazione nel ventilatore: la nostra proposta

In base alle caratteristiche descritte precedentemente, CONSYSTEM propone delle soluzioni di MORNSUN, che sono affidabili e sicure, con tempi di consegna brevi.

Ad esempio, per l’alimentazione da rete, MORNSUN propone il modulo medicale AC/DC LH25-20B24MU, che presenta un ampio range di tensione d’ingresso (85Vac a 264Vac / 100Vdc a 370Vdc), bassi consumi energetici, un alto valore di efficienza, alta affidabilità e bassi valori di ripple e rumore. La tensione di isolamento di questo prodotto è fino a 4KVac, conforme a IEC60601-1, EN60601-1, ANSI / AAMI ES60601-1, CAN / CSA-C22.2 N. 60601-1 (2xMOPP); per quanto riguarda le EMI è conforme a EN55011 (CISPR11) CLASSE B, normativa di riferimento per i respiratori meccanici.

Come anticipato, dato che il ventilatore non ha un contatto elettrico con il paziente, in questo caso è possibile utilizzare un alimentatore AC/DC industriale, come ad esempio il modulo LO30-10B24 di Mornsun. Anche questo prodotto ha un range di tensione d’ingresso universale (85Vac a 264Vac / 100Vdc a 370Vdc), buone prestazioni EMI ed è conforme alle norme IEC / EN61000-4, CISPR32 / EN55032 e UL / EN / IEC62368 e EN / UL60335.

Per quanto riguarda i convertitori DC/DC, la proposta di MORNSUN è URH2424LP-20WR3, un modulo medicale da 20W, con tensione d’ingresso da 9 a 36 V DC, efficienza pari all’89%, tensione di isolamento fino a 5kVAC, protezione da sovratensione (OVP) e protezione da corto circuito (SCP). Questo prodotto è conforme alla normativa medicale EN60601-1 con doppia protezione del paziente (2 x MOPP) e ha una corrente di leakage inferiore a 5µA che lo rende una scelta ideale.

Soluzioni di Alimentazione

 

La gamma di prodotti gestiti da CONSYSTEM è molto ampia; all’interno del ventilatore polmonare, ad esempio, sarà possibile utilizzare delle ventole di DELTA ELECTRONICS oppure dei filtri EMI di ASTRODYNE, che ha nel suo portfolio diverse tipologie di filtri medicali, certificati EN60601-1, in modo da ridurre ulteriormente il rumore dovuto alle emissioni.

 


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