Módulo integrado padronizado de eletrônica, pneumática e inteligência de aparelhos médico hospitalares e veterinários que utilizam misturas de gases

  • Número do pedido da patente:
  • PI 0702951-9 A2
  • Data do depósito:
  • 20/06/2007
  • Data da publicação:
  • 10/02/2009
Inventores:
  • Classificação:
  • A61H 31/00
    Respira??o artificial ou estimula??o card?aca, p. ex. massagem card?aca;
    ;

MÓDULO INTEGRADO PADRONIZADO DE ELETRÔNICA, PNEUMÁTICA E INTELIGÊNCIA DE APARELHOS MÉDICO HOSPITALARES E VETERINÁRIOS QUE UTILIZAM MISTURAS DE GASES. A presente invenção refere-se a um módulo integrado de sistema pneumático, eletrônico e de software, particularmente para utilização em aparelhos respiradores para uso em hospitais, ambulâncias, bem como a um bloco de rotâmetros e ventiladores para aparelhos de anestesia e aparelhos de sedação consciente odontológico. Trata-se de um modulo com todas as válvulas pneumáticas com formato padrão para formar um bloco único pela justaposição destas válvulas sem nenhum tubo de interligação entre elas, com todas as funções do aparelho, e que pode ser substituído integralmente para a manutenção.

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Documento

MÓDULO INTEGRADO PADRONIZADO DE ELETRÔNICA, I^SÜMATICA E INTELIGÊNCIA DE APARELHOS MÉDICO HOSPITALARES E VETERINÁRIOS QUE UTILIZAM MISTURAS DE GASES

A presente invenção refere-se a um módulo integrado de sistema pneumático, eletrônico e de software, particularmente para utilização em aparelhos respiradores para uso em hospitais, ambulâncias, bem como a um bloco de rotâmetros e ventiladores para aparelhos de anestesia e aparelhos de sedação consciente odontolõgico. Trata-se de um modulo com todas as válvulas pneumáticas com formato padrão para formar um bloco único pela justaposição destas válvulas sem nenhum tubo de interligação entre elas, com todas as funções do aparelho, e que pode ser substituído integralmente para a manutenção.

Descrição do estado da técnica

Os equipamentos médicos em geral, existentes na atualidade, como respiradores, rotâmetros de aparelhos de anestesia e aparelhos de sedação consciente são produzidos utilizando-se as válvulas pneumáticas interligadas com tubos de plásticos espiralados. Para evitar a obstrução por dobramento, os tubos em geral são espiralados, formando assim um grande volume de tubos emaranhados misturados com fios, dentro das caixas dos aparelhos. Os fios e tubos passando de um lado para o outro causam dificuldades na montagem, gastando muitas vezes um tempo muito grande nas montagens tanto de aparelhos na fabricação quanto na assistência técnica. A probabilidade de erro na montagem ou a ocorrência de desconexão ou entupimento após a montagem é muito freqüente. Tem-se observado com certa frequência, o fato de aparelhos aparentemente bons, virem a apresentar

defeitos quando o aparelho já está conectado ao paciente, conseqüência de dobramentos tardios de um desses tubos.

Existem na atualidade alguns aparelhos médicos fabricados nos Estados Unidos e na Europa que utilizam as válvulas pneumáticas do tipo utilizadas nas indústrias, fixadas a uma base única que faz as interligações por meio de canais produzidos no seu interior. São bases projetadas especificamente para cada modelo de aparelho, tendo, portanto, a integração de apenas válvulas pneumáticas nesta base, com circuito eletrônico separado, com software exclusivo para cada modelo de aparelho, tornando os custos destes aparelhos muito elevados.

A indústria médica é um ramo de negocio com variedade muito grande de diferentes aparelhos produzidos em pequenas escalas, divididos por uma quantidade relativamente pequena de concorrentes, provavelmente por ser de tecnologia complexa e muito específica, tendo cada empresa uma equipe de técnicos especializados no desenvolvimento de cada modelo de aparelhos, tornando com isso, o custo de cada aparelho muito elevado.

Geralmente os equipamentos médicos do ramo são fabricados pelas junções de componentes pneumáticos já conhecidos nas indústrias pneumáticas, como válvulas reguladoras de pressão, válvulas de controle de fluxos comandado eletronicamente, válvulas de alivio comandadas eletronicamente, que em conjunto são comandados por um circuito eletrônico com microprocessador tendo os componentes interligados através de fiações à placa de circuito eletrônico, e os componentes pneumáticos interligados por meio de tubos, ou por intermédio de base

comum.

Os componentes pneumáticos do tipo utilizados nas indústrias não têm a preocupação com o consumo de energia elétrica porque o consumo nestas válvulas é muito pequeno em relação às energias gastas nas fábricas, ao contrário de aplicação destas válvulas em aparelhos médicos que geralmente contam com baterias internas de emergência cujas autonomias são cruciais numa falta de energia elétrica prolongada. As válvulas industriais são geralmente do tipo que o controle da vazão do gás é feita as custas de altas correntes elétricas para vencerem as pressões elevadas da entrada.

As válvulas industriais do tipo utilizadas pelas empresas do ramo médico, em geral não têm formas geométricas padronizadas, que permitam intercâmbios de posição, o que obriga as empresas a manterem vários modelos de bases de interligações, específicos para cada modelo de aparelho.

As válvulas industriais geralmente apresentam curvas de vazão versus corrente elétrica, não lineares e a histerese elevada que dificultam grandemente o controle preciso dos fluxos de gases enviados para o paciente.

Os tubos internos que interligam os componentes pneumáticos em geral são tubos plásticos muito rígidos para suportarem altas pressões e são espiralados para terem alguma flexibilidade para serem acomodados dentro da caixa, por exemplo, de um respirador. Pelo fato de terem internamente, tubos espiralados misturados com fios, aumenta consideravelmente o volume do aparelho e, forma um emaranhado muito confuso que exige mãos de obra

especializadas para a montagem e principalmente para assistência técnica, além do risco que isto introduz devido à possibilidade de vazamento de oxigênio internamente ao aparelho, aliado à presença de fios nas proximidades dos tubos plásticos pressurizados. Um fato muito marcante no processo é que as conexões destes tubos bastante rígidos são feitas pelo esforço manual dos montadores de aparelhos, que acabam exigindo um esforço muito grande dos montadores tornando os processos de montagem e assistência técnica, muito lentos.

Um outro aspecto muito negativo dos aparelhos hoje existentes é a demora na manutenção devido a complexidade na montagem e o fato de terem cada componente pneumático e cada placa de circuito eletrônico espalhados e fixos na parte interna da caixa do aparelho, de modo que numa eventual manutenção o equipamento deve ser retirado do hospital e ser levado até a fábrica ou mesmo à oficina de manutenção, ficando descoberto o hospital, durante os reparos.

As válvulas proporcionais existentes utilizam solenóides como meio motor para abrir a válvula contra a força de uma mola e da pressão do gás, o que traz dificuldades no controle da vazão, uma vez que a solenóide tem a característica de sua força variar com a aproximação do elemento de oclusão do núcleo da bobina e a mola em geral tem uma constante elástica que não varia com o deslocamento, ou, mesmo uma mola com a variação exponencial da força com a deformação é extremamente difícil o ajuste preciso do momento da abertura da válvula, que depende do deslocamento, e o casamento da variação da força magnética

com a da mola.

É do estado da técnica a válvula de exalação de um respirador ter como fonte de força um diafragma com pressão piloto cujo valor é ajustado pelo balanço entre a entrada e saída de um fluxo pelos orifícios calibrados que podem apresentar problemas de variação das resistências dos orifícios calibrados provocando o desajuste da pressão do piloto e também uma outra característica indesejável neste sistema que é o tempo de resposta demasiadamente longo retardando a atuação da válvula de exalação dificultando o correto controle das pressões das vias aéreas principalmente quando ocorrem flutuações na vazão do gás que acaba provocando flutuações da pressão que deveria ser constante.

Objetivos da invenção

A presente invenção tem como primeiro objetivo prover um equipamento hospitalar e/ou veterinário que tenha toda a parte funcional removível para facilitar a montagem e a assistência técnica.

O segundo objetivo da presente invenção é prover um equipamento hospitalar com a parte pneumática limpa, sem os emaranhados de tubos interligando os componentes.

Um terceiro objetivo da presente invenção é prover módulos pneumáticos constituídos de válvulas pneumáticas padronizadas intercambiáveis para que a mesma base e os mesmos componentes montados de outra forma adquiram outras funções.

A presente invenção tem como quarto objetivo prover válvulas pneumáticas capazes de controlar altas vazões de gases, mesmo a altas pressões na entrada, com o mínimo de

esforço para o acionamento, economizando energia elétrica.

Um quinto objetivo da presente invenção é prover uma válvula de controle de vazão de fluidos, proporcional, com curva de vazão versus corrente linear e histerese reduzida.

0 sexto objetivo da presente invenção é prover uma válvula de exalação, particularmente utilizável em respiradores, que permita criar patamares de pressão constantes para quaisquer vazões na saída da válvula, proporcionais às intensidades de corrente elétrica aplicadas na bobina.

Breve descrição da invenção

Os objetivos da presente invenção são alcançados pelas válvulas pneumáticas dotadas de diafragmas de área efetiva igual à área de obstrução do elemento de vedação do fluxo, fixadas num mesmo eixo para que a mesma pressão atue em sentidos opostos para compensar as forças resultantes da pressão atuantes nas áreas, compreendendo:

um corpo dotado de pelo menos uma cavidade de entrada de fluido e pelo menos uma cavidade de saída de fluido possuindo comunicação entre si, normalmente obstruída pelo elemento de vedação.

pelo menos um primeiro elemento de vedação, e pelo menos um segundo elemento de vedação cooperante com o primeiro elemento de vedação,

pelo menos um elemento de compensação de força de pressão, cooperante com um dos elementos de vedação,

pelo menos uma câmara de pressão de referencia pelo menos um meio de comunicação de pressão entre as cavidades de saída e a câmara de referência

de pressão.

Também, os objetivos da presente invenção são alcançados por um módulo com válvulas dotadas de chaves pneumáticas auto compensadas, particularmente utilizado em 5    equipamento    médico, hospitalar, odontológico e/ou

veterinário.

São também alcançados os objetivos da presente invenção por um modulo pneumático integrado com, pelo menos uma placa de circuito eletrônico com processador e software 10    de controle    integrados, particularmente utilizados em

equipamentos    médicos, hospitalares, odontolõgicos e/ou

veterinários.

Ainda, os objetivos da presente invenção são alcançados por um equipamento médico, hospitalar, 15    odontológico    e/ou veterinário, dotado de pelo menos um

módulo inteligente de equipamentos hospitalares e veterinários.

Os objetivos da presente invenção são também alcançados por válvulas redutoras de pressão ou reguladoras 20    de pressão,    por válvulas proporcionais e por válvulas

solenóides ou outras válvulas pneumáticas de controle de vazão de fluidos dotadas de chaves pneumáticas auto compensadas aqui objetivada.

A presente invenção    apresenta como principais

25 vantagens, entre outras:

■    Redução de custos na fabricação de aparelhos

médicos por empresas fabricantes destes aparelhos, pois, não precisam investir em desenvolvimento de respiradores próprios desde os componentes pneumáticos, circuitos eletrônicos de controle até os

softwares para fabricarem em pequena escala; o desenvolvimento se reduz a produzir a carcaça, os teclados e a adaptação de monitores para interface com os usuários.

■    Redução de custos para fabricação de aparelhos médicos pela padronização de componentes pneumáticos que podem ser fabricados em grande escala com melhor qualidade e a facilidade de montagem e a redução de ajustes individuais de cada componente. A redução de custos de fabricação de aparelhos tem um aspecto social muito importante que é o de levar tecnologias à medicina por um custo também menor, tornando acessível os tratamentos médicos, odontológicos e veterinários a muito maior numero de usuários.

■    Menor consumo de energia elétrica devido a chaves com compensação de pressão é essencial para elevar a autonomia da bateria de aparelhos que funcionam com energia elétrica, sobremaneira quando se trata de aparelhos de suporte à vida.

■    Uma grande vantagem desta invenção é a facilidade de manutenção de aparelhos, particularmente medico hospitalar e odontológico, reduzindo o tempo de aparelhos parados nos casos de manutenção, bastando a substituição do modulo destacável do aparelho.

■    Maior confiabilidade dos equipamentos médico-hospitalares e odontológicos e/ou veterinário devido à ausência de tubos que interligam os componentes, internos aos aparelhos que são fatores importantes de vazamentos de oxigênios.

Devido a tamanho reduzido dos módulos, abre

uma possibilidade de se construir aparelhos que fiquem junto ao paciente, reduzindo o grande incômodo de aparelhos ocupando espaços dentro de hospitais das ambulâncias ou dos consultórios.

Descrição detalhada dos desenhos

A presente invenção será, a seguir,    mais

detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos, quais sejam:

Figura 1    - Módulo ventilador para aparelho de

anestesia

Figura 2 - Válvula reguladora de pressão compensada Figura 3 - Válvula proporcional de pressão compensada A Fig 1 ilustra um exemplo de aplicação configurada para respirador de aparelho de anestesia geral inalatória.

A caixa (15) contém no seu interior o circuito eletrônico (5) , uma tampa superior (6) , uma entrada de oxigênio comprimido (7) , uma comunicação serial (8) , um cabo de alimentação (10) , vedação (16) e (18) , uma placa inferior (14), um conector de saída de gases(23), bloco de entrada (1) , bloco de passagem do gás (2) , válvula de alivio(3), válvula expiratória(4), conectores para pressão diferencial(9), cabo de alimentação (10), válvula solenóide(11), válvula proporcional(12), válvula de redução de pressão(13), placa inferior (14), válvula de antiasfixia e sensor de fluxo(17), vedação menor(18), bloco gerador de fluxo de lavagem do sensor de fluxo(19), bloco de passagem reta(20), reguladora de pressão da proporcional(21), bloco de passagem(22).

O oxigênio comprimido entra pela conexão (7), passa para o bloco (1) que contém uma válvula unidirecional que

evita o retorno do gás para a rede, passa pelo bloco (2) passando em seguida para o bloco (13) que reduz a pressão até a pressão de trabalho, cuja pressão serve de referencia para a reguladora de pressão (21), a solenóide (11) e a de alivio (3). A reguladora (21) alimenta a proporcional (12) e o fluxo controlado passa pelo sensor de fluxo (17), passa pela válvula expiratória (4) e sai pelo conector(23) para o circuito do paciente. A válvula de alivio (3) tem a importante função de liberar a pressão para a atmosfera no caso de uma emergência para evitar o barotrauma.

A Fig 2 mostra em corte a válvula reguladora de pressão.

O gás pressurizado entra pelos orifícios (31) no bloco padronizado (29) empurrando o eixo (28) para cima no sentido de fechar o escoamento do gás para a saída (32) e atua também sobre o diafragma (26) forçando o eixo (28) para baixo no sentido de abrir a válvula, compensando, portanto, o efeito da pressão de entrada que manteria a válvula fechada. A força resultante das pressões é nula e o eixo fica livre para a movimentação no sentido de abrir ou fechar a passagem do gás da entrada (31) para saída (32). A mola (30) atua sobre o eixo no sentido de abrir a válvula forçando o eixo para baixo atuando contra a mola (25) mais fraca, de maneira que a válvula fica aberta pela ação da mola (30) que por sua vez é pressionada para baixo pela ação do parafuso de ajuste (27). O gás que sai pela saída (32) encontrando uma resistência ao escoamento devido a presença de outras válvulas, gera uma pressão sobre o diafragma (24), forçando o eixo para cima no sentido de comprimir a mola (25) até que se haja um equilíbrio entre a