Cómo construir una mejor máquina PAP

Dafne Allen | 29 de junio de 2023

Los dispositivos de terapia de presión positiva en las vías respiratorias (PAP) se utilizan ampliamente para tratar a muchos de los aproximadamente 30 millones de personas que padecen apnea del sueño en los Estados Unidos. Las máquinas CPAP (presión positiva continua en las vías respiratorias) son las más comunes. Muchas máquinas PAP suelen ser utilizadas por pacientes en casa, lo que significa que los sistemas deben ser fáciles y cómodos de usar para promover la adherencia del paciente a la terapia.

La adherencia ha sido un desafío. Según una revisión de datos sobre el cumplimiento de la CPAP durante un período de 20 años, el cumplimiento oscila entre el 30 y el 60 %. El rendimiento del dispositivo puede desempeñar un papel a la hora de fomentar (u obstaculizar) la adherencia del paciente. Un estudio encontró que muchos factores “están relacionados con el malestar que surge de diversas fuentes”.

El flujo de aire y la presión del dispositivo pueden ser dos de esos factores. Los sensores desempeñan un papel fundamental en el seguimiento de la respiración del paciente y la sincronización del flujo de aire de la máquina con dichos patrones respiratorios. Por ejemplo, como explica Superior Sensor Technology en el documento técnico "La importancia de los sensores de presión en el tratamiento de la apnea del sueño", "los sensores de flujo de aire más eficaces tienen un circuito de retroalimentación muy rápido (para indicarle al sistema que ajuste el ventilador más rápidamente cuando hay una el paciente está inhalando/exhalando), son capaces de bloquear eficazmente el ruido de los ventiladores y motores (para reducir las tasas de error), pueden soportar múltiples presiones sin ninguna degradación en el rendimiento y tienen una tasa de alta resolución para garantizar una señal muy fuerte. -Relación de ruido (SNR)”.

Design News le hizo a Tim Shotter, cofundador y CTO de Superior Sensor Technology, algunas preguntas sobre estos sensores y cómo los fabricantes pueden construir mejores sistemas PAP.

Tirador: Las máquinas PAP incluyen varios tipos de sensores para monitorear y/o regular diferentes funciones, incluido el flujo de aire, la presión del aire y la temperatura. Sin regular estas funciones, las máquinas no funcionarán correctamente y pueden suponer un riesgo para el usuario.

Los sensores de presión se utilizan para controlar el flujo de aire y la presión del aire. Por ejemplo, en una máquina de presión positiva en las vías respiratorias (BiPAP) de dos niveles, los sensores de presión monitorean la respiración del paciente. Estos sistemas requieren dos sensores de presión: un sensor de presión manométrica para controlar la presión del paciente y un sensor de presión diferencial para medir el flujo. Específicamente, los sensores de presión monitorean la respiración del paciente y envían una señal a la máquina para reducir la presión aplicada cuando el paciente exhala y luego aumentarla nuevamente cuando el paciente inhala. Ajustar la presión aplicada al inhalar y exhalar da como resultado que el paciente se sienta mucho más cómodo y ya no "luche" contra la máquina BiPAP durante la exhalación.

Tirador: Investigar y encontrar soluciones innovadoras de un proveedor de sensores confiable lleva tiempo y puede resultar un desafío. Los ingenieros quieren un suministro estable de sensores con muy buena estabilidad y confiabilidad a largo plazo. Además, lo ideal es utilizar sensores que estén optimizados para máquinas PAP y que sean capaces de superar el ruido y las interferencias provenientes de ventiladores, motores y factores ambientales externos.

Para superar estos desafíos, los ingenieros deben investigar la tecnología en publicaciones como Design News y visitar los sitios web de los proveedores para obtener más información sobre cómo sus sensores pueden beneficiar su aplicación específica y descargar hojas de datos de productos, notas de aplicación y modelos CAD.

Tirador:La combinación de dos sensores de presión en un dispositivo tiene varios beneficios, entre ellos, simplificar el diseño de la placa PCB, acelerar la fabricación, agilizar la cadena de suministro, mejorar la confiabilidad del sistema, permitir que el dispositivo PAP sea más pequeño y reducir el costo general de la máquina PAP.

Tirador: Los sensores de presión están diseñados para medir pequeños cambios de presión, y cualquier ruido externo o interferencia de ventiladores y motores puede introducir errores en las lecturas del sensor. Específicamente, el ruido se superpone a la lectura de presión, lo que posiblemente provoque incomodidad para el paciente debido a mediciones inexactas.

En una máquina PAP, se utilizan sensores de presión para medir el flujo de aire y la presión aplicada a las vías respiratorias del paciente. Cualquier ruido o interferencia que afecte la precisión del sensor puede provocar que se aplique una presión inadecuada. Esto puede provocar complicaciones respiratorias, como hipopnea o apnea.

Para bloquear el ruido y que no interfiera con la señal, primero es necesario comprender las características del ruido del ventilador. Luego, para evitar mezclarla con la banda de interés, se diseña el sistema para rechazar las señales no deseadas. Esto se puede hacer mediante el diseño de un filtro externo o se puede lograr utilizando la capacidad de filtrado digital avanzada de Superior Sensor Technology integrada directamente en los sensores de presión. En comparación con un filtro externo, un filtro digital avanzado integrado puede responder más rápido a eventos de ruido, simplificar el diseño del producto y acelerar el tiempo de comercialización.

Tirador: El tiempo de respuesta del sensor es el tiempo que le toma al sensor detectar y responder a cambios en la presión o el flujo de aire. Esto puede afectar tanto a la comodidad del paciente como al rendimiento de la máquina PAP. Un tiempo de respuesta rápido del sensor es importante porque puede detectar rápidamente cambios en los patrones de respiración del paciente y permitir que el sistema ajuste el flujo de aire o la presión en consecuencia. Este rápido tiempo de respuesta mejora la comodidad del paciente, especialmente en situaciones en las que los patrones respiratorios cambian rápidamente, como durante períodos de alteraciones del sueño o apnea.

Un tiempo de respuesta más rápido del sensor mejora la comodidad del paciente, lo que resulta en una mejor calidad del sueño.

Subsistemas controladores de flujo de aire de doble sensor diseñados para máquinas BiPAP, APAP y CPAP.

Tirador: Las máquinas digitales ponen a disposición más datos para capturar y analizar. Esta información se puede utilizar para optimizar el rendimiento de la máquina PAP para cada paciente específico e incluso enviar estadísticas a su proveedor de atención primaria. A medida que integre más capacidades en los sensores de presión, habrá más datos disponibles.

Según lo define Medicare, el cumplimiento es la medida de cuánto usa su equipo CPAP y si está funcionando para usted. En última instancia, un paciente cómodo utilizará una máquina PAP con más frecuencia. La tecnología de sensores de última generación es fundamental para mejorar el cumplimiento al hacer que el paciente se sienta más cómodo durante la terapia.

El segundo beneficio de la tecnología de sensores de última generación es el económico. Las mejoras en la tecnología de sensores incluirán la integración de más funciones que hoy en día se proporcionan a través de componentes adicionales. Eliminar estos componentes y simplificar el proceso de fabricación reducirá el costo de las máquinas, lo que hará que sea más probable que sean aprobadas por las compañías de seguros y accesibles a un grupo más amplio de pacientes.

Tirador: La integración de sensores con otros componentes clave proporcionará avances tecnológicos para mejorar aún más las máquinas PAP. Por ejemplo, la creación de una nueva generación de sopladores con sensores integrados reducirá la potencia del sistema, reducirá los costos y mejorará los tiempos de respuesta de los pacientes. Esto también dará como resultado una mejor portabilidad de las máquinas, ampliando así sus casos de uso y su cumplimiento.

Los sensores portátiles se pueden utilizar potencialmente para monitorear los patrones de respiración, la frecuencia cardíaca y otros signos vitales del paciente, proporcionando datos en tiempo real para ajustar el tratamiento. Estos sensores pueden integrarse en la máscara PAP o usarse como un dispositivo separado, proporcionando una forma no intrusiva de monitorear la condición del paciente.

Se pueden utilizar sensores de movimiento para detectar los movimientos del paciente durante el sueño, lo que puede ser un indicador de apnea. Al detectar los movimientos, la máquina PAP puede ajustar los parámetros del tratamiento para prevenir o reducir la gravedad de los eventos de apnea.

Por último, se pueden utilizar sensores para transmitir datos de forma inalámbrica a los proveedores de atención médica, lo que permite la monitorización remota del paciente. Esto puede ayudar a los médicos a ajustar el tratamiento según sea necesario, mejorar los resultados de los pacientes y reducir la necesidad de visitas en persona.

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