Puls oksimetre senkronizasyonlu, oransal valf kontrollü ve mikrodenetleyici tabanlı bir ventilatör tasarımı ve gerçekleştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada mekanik ventilatör ile puls oksimetre cihazlarının senkronize olarak birlikte çalıştırıldığı yeni bir birleşik cihaz önerilmektedir. Puls oksimetre cihazının okuduğu SPO2 değeri ile nabız sayısı mekanik ventilatöre iki hat(Rx ve Tx) üzerinden seri iletişimle iletilmektedir. Mekanik ventilatör için hazırlanan bulanık mantık tabanlı yazılım bu değerleri yorumlayarak hastaya verilecek olan havanın oksijen yüzdesini(FiO2) ve ekspirasyon sonrası pozitif basıncı(PEEP) hesaplamaktadır. Bulanık mantık kurallarını belirlemek için bu konuda yayınlanmış literatür bilgileri incelenmiş ve hastanelerde çalışan doktorlardan elde edilen bilgiler sonucunda mevcut uygulamalara göre daha başarılı sonuçların elde edilebileceği deneysel olarak gösterilmiştir.Bu çalışmada ayrıca ventilatör cihazının kontrol menüsünden ayarlanan FiO2 değerine göre hastaya verilecek havanın oksijen miktarını ayarlayabilecek step motor kontrollü oransal valf kullanımı önerilmiştir. Bu valflerden hem oksijen hem de medikal hava depolarından gelen 2 bar basıncındaki gazları kontrol etmek için iki adet kullanılmıştır. FiO2 hesabı için oransal valflerin hangi oranda açılıp kapanacağı bulanık mantık tabanlı bir denetleyici ile hesaplanmaktadır. Ventilatör cihazının verdiği havanın akışkanlığı ve basıncı akış ölçer; oksijen oranı ise elektronik akciğer modeli kullanılarak test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar Step motor kontrollü oransal valfin ventilatör cihazlarında güvenilir bir şekilde kullanılabilirliğini göstermiştir. Bu çalışmada, çok sayıda selenoid valf kullanılarak yapılabilecek akışkanlık ve basınç kontrolünün sadece iki adet oransal valf kullanılarak gerçekleştirilebileceği gösterilmiştir.

This study proposes a novel compound device on which the devices of mechanical ventilator and pulse oximeter operate in synchrony. The SPO2 value and pulse rate read on the pulse oximeter are conveyed to the mechanical ventilator through two lines (Rx and Tx) with serial communication. The fuzzy-logic-based software developed for the mechanical ventilator interprets those values and calculates the percentage of air to be delivered to the patient (FiO2) as well as the positive end-expiratory pressure (PEEP). The relevant literature has been reviewed in order to determine the rules of fuzzy logic and it has been proven to yield more successful results when compared to the present applications as confirmed by the doctors working in hospitals. This study also proposes using a stepper motor-controlled proportional valve to adjust the oxygen amount of air to be delivered to the patient according to the FiO2 value set from the control menu of the ventilator. Two valves were used to check the 2-bar gases coming from both oxygen and medical air reservoirs. As for FiO2, a fuzzy-logic-based controller was used to calculate at which rate the proportional valves would be opened and closed. The fluidity and pressure of air delivered from the ventilator was tested by means of a flow meter, and the oxygen amount tested was through an electronic lung model. The results showed that the stepper motor-controlled proportional valve could be used dependably with the ventilator. The study also demonstrated that the fluidity and pressure can be controlled by means of only two proportional valves, which is normally done by using a multitude of selenoid valves.