A theoretical framework for the design of high-fidelity test lungs for mechanical ventilators based on a thermodynamic approach
Loading...
Date
2022
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
La pandemia de COVID-19 que aún persiste en la actualidad provocó una sobredemanda de ventiladores mecánicos alrededor del mundo. Muchos equipos de investigación han intentado desarrollar ventiladores. Sin embargo, asegurar su correcto funcionamiento y fiabilidad es un reto. Un enfoque eficiente para probar y validar ventiladores es usar pulmones de prueba. En esta tesis se presenta un nuevo modelo matemático teórico. Se presenta un sistema de ventilador mecánico-paciente basado en un enfoque termodinámico. El pulmón se modela en base a la dinámica de una masa-amortiguadorresorte (no lineal), sistema con caracterización de los pulmones del paciente a través de funciones de segmentos lineales de presión-volumen por partes en lugar de considerar conformidades lineales o constantes. El flujo de aire y la presión se modelan según ecuaciones de flujo de aire compresible en lugar de aproximaciones lineales. Se realizaron simulaciones computacionales de curvas de presión y volumen versus tiempo y se compararon con datos de ocho pacientes reales bajo ventilación mecánica invasiva (IMV). Este modelo propuesto permite reproducir con un alto grado de fidelidad las curvas de presión, caudal y volumen de la vida real. Lo más notable es que la forma de las curvas de presión, flujo y volumen simuladas se parecen mucho a la pacientes de la vida real. Los gráficos de dispersión dan pendientes cercanas a 1,0 y un valor de R2 superior al 93%. Los parámetros del modelo matemático se obtienen de las curvas reales del paciente cuyo comportamiento quiere ser reproducido. Por lo tanto, el modelo matemático presentado aquí se puede utilizar como una herramienta de diseño para una configuración de pulmón de prueba tal como se describe en esta tesis
Description
Tesis (Magíster en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2022
Keywords
Simuladores computacionales, Mecánica respiratoria, Ventilación mecánica, Termodinámica, Dinámica