El documento proporciona una introducción detallada al diseño y funcionamiento de ventiladores mecánicos en el contexto de la ingeniería biomédica, destacando su papel en la asistencia respiratoria. Se abordan aspectos técnicos como la interfaz entre el ventilador y el paciente, los componentes del sistema, y las características de los ventiladores de última generación. Además, se mencionan consideraciones de seguridad, calibración y herramientas de software para el usuario.

1. MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017
Curso de Ingeniería Biomédica
Facultad de Ingeniería - Universidad de la República
Montevideo - Uruguay
2017
Diseño de venIladores

2. Introducción
MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017
Ejercen presión (considerada posiIva) venciendo las resistencias inspiratorias de las
vías aéreas y las fuerzas elásIcas de los pulmones y la caja torácica durante la fase
inspiratoria.
La exhalación se realiza en forma pasiva permiIendo al paciente liberar el aire
inspirado por las propias fuerzas elásIcas de la caja torácica.
Este proceso se repite cíclicamente susItuyendo así la respiración natural por una
asisIda mecánicamente.
VenIladores

3. Introducción
MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017
La interfaz entre el venIlador y el paciente es un par de tubos plásIcos
corrugados unidos por una pieza en “Y” en el extremo del paciente.
De esta manera el gas inspirado circula desde el equipo hacia el paciente por
uno de los corrugados (rama inspiratoria) y el gas exhalado por el paciente
circula hacia el respirador por el otro corrugado (rama espiratoria).

4. Introducción
MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017
VenIladores de úlIma generación

5. Introducción
MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017
- Ac#vos (calderas):
Generan calor y humedad para acondicionar el aire inspirado.
- Gran capacidad de aporte de calor y humedad
- EfecIvos en pacientes con hipotermia
- Principalmente usado en pacientes neonatales
- Pasivos (intercambiadores de calor y humedad – HME)
ReIenen el calor y la humedad exhalada por el paciente para calefaccionar y
humidificar el aire inspirado.
- Descartables (no requieren esterilización)
- Fáciles de uIlizar
- Evita contaminación y riesgo bacteriológico
- Principalmente usado en pacientes adultos y pediátricos
Humidificadores

6. Introducción
MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017
Humidificadores acIvos

7. Introducción
MSc. Ing. Daniel Thevenet Curso de Ingeniería Biomédica - 2017
Humidificadores
pasivos

8. Introducción
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Diagrama general de un venIlador
Bloque
neumáIco
Bloque
electrónico
Alimentación
eléctrica
Baterías
Interfaz con el
usuario
Gases de alta
presión
Interfaz con
el paciente

9. Bloque neumáIco (inspiratorio)
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Regulador
de presión
Sensor
de flujo
Filtro de
Par_culas
y agua
Válvula
unidireccional
Sensor de
alta presión
Válvula de
control de flujo
Aire
Regulador
de presión
Sensor
de flujo
Filtro de
par_culas
Válvula
unidireccional
Sensor de
alta presión
Válvula de
control de flujo
Oxígeno
Válvula de libre respiración
Sensor de oxígeno
Válvula de alivio de presión
Sensor de presión
inspiratoria
Rama
inspiratoria
Sensor
de flujo
Aire
O2

10. Bloque neumáIco (espiratorio)
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Rama
espiratoria
Válvula
espiratoria
Sensor de flujo
Sensor de
presión
Salida al
ambiente

11. Reguladores de presión
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- El gas a alta presión es detenido por el obturador.
- A medida que se gira la perilla en senIdo horario
ésta ejerce presión sobre el diafragma y el obturador
permiIendo el pasaje del gas.
- El gas ingresa a la recámara y ejerce presión sobre el
diafragma hasta equilibrar la fuerza ejercida por el
resorte.
- El gas escapa por la salida manteniendo el equilibrio
en el diafragma.

12. Sensores de flujo
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- Hilo caliente
- Presión diferencial
Tecnologías

13. Válvulas de control de flujo
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- Válvulas proporcionales (corriente-flujo)
- Una o varias en paralelo
- Aptas para Aire y Oxígeno
- Velocidad de respuesta medida por “Producto Presión Tiempo” (PTP):
área bajo la curva Presión-Tiempo en los primeros 300 ms.

14. Sensores de oxígeno
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Ventajas:
- Más económico
- Más robusto frente a vibraciones
- Menos interferencia cruzada con
otros gases (NO, NO2, etc.)
Ventajas:
- No se agota (vida úIl muy superior)
- No requiere calibración periódica
- Mayor velocidad de respuesta
Galvánicos ParamagnéIcos
vs.

15. Sensores de oxígeno
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- El gas medido difunde a través de una membrana sintéIca y se disuelve en un
electrolito.
- El electrolito conIene 2 electrodos que están conectados a una red de resistencias.
- La proporción de oxígeno disuelto es reducida en el electrodo acIvo (cátodo) y la
oxidación se lleva a cabo en el electrodo complementario (ánodo).
- La corriente iónica resultante deriva en una corriente eléctrica externa
proporcional a la concentración de oxígeno.
- La difusión de las moléculas de gas es un proceso dependiente de la temperatura.
Para compensarlo, la corriente es converIda a un voltaje a través de termistores.
Sensores Galvánicos

16. Sensores de oxígeno
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Sensores ParamagnéIcos - Dos esferas de vidrio rellenas con
nitrógeno penden en presencia de un
campo magnéIco no uniforme.
- Las moléculas de O2 (gran
suscepIbilidad magnéIca) son
atraídas por el campo magnéIco
alterando la posición de las esferas.
- Dicha desviación es detectada por un
fotodiodo a través de un espejo
solidario a las esferas.
- La luz captada es converIda a
corriente y realimentada a una espira
fija a las esferas recuperando la
posición inicial.
- Dicha corriente es proporcional a la
concentración de O2 y es converIda a
tensión.

17. Válvula espiratoria
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- Cierra el circuito durante la inspiración.
- Abre el circuito durante la espiración.
- Permite controlar el nivel de PEEP.
- Generalmente incluyen un sensor de flujo espiratorio.
- Pueden disponer de una trampa de agua para evitar
acumulación de agua por condensación.
- Pueden ser calefaccionadas o no.

18. Bloque electrónico
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Fuente de poder
Distribución de
poder y cargador
de baterías
CPU
Control de
venIlación
Monitorización de
venIlación
Válvulas
Interfaz con
usuario
ConecIvidad
(RS232, RS485,
Ethernet, USB, etc.)
Sensores
Baterías Alimentación

19. Calibraciones
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Las calibraciones son necesarias para ajustar variaciones en el suministro de gases y
entre componentes mismos.
Componentes que requieren calibraciones:
- Reguladores de presión
- Válvulas de control de flujo
- Sensores de flujo
- Sensores de presión
- Sensor de O2
0
2
4
6

20. Seguridad
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- Alarmas visuales y audibles (norma ISO/IEC 60601-1-8)
- Válvula de sobrepresión (alivio de presión, pressure relief valve)
- Válvula de libre respiración (free breathing valve)
- Normas de seguridad eléctrica (ISO/IEC 60601-1, ISO 80601-2-12) (fugas,
interferencias recibidas y generadas).
- Watchdog entre placas.
- Comprobación de sistema antes de cada paciente (fugas, audio, operación
de válvulas y sensores, baterías, esImación de compliance y resistencias)
Elementos necesarios a tener en cuenta

21. Complementos
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- Interfaz de sokware amigable y de fácil aprendizaje para el usuario.
- Disponibilidad de modos venIlatorios convencionales y no convencionales.
- VenIlación no invasiva (compensación de fugas).
- Herramientas de sokware para el usuario (mecánica venIlatoria, gráficas,
tendencias, registros de alarmas, etc.).
- Pantallas tácIles (mulItouch).
- ConecIvidad (exportación de datos (HL7)).
- Diseño de fácil limpieza.
- EstéIca.
CaracterísIcas que aportan

22. Servicio técnico
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- Mantenimiento prevenIvo (costos, kits, etc.).
- Diseño pensado para servicio técnico.
- Herramientas de diagnósIco (logs de errores, sokware para manejo de válvulas y
lecturas de sensores, etc.)
Aspectos importantes

23. Gracias
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