En la incubadora, ocurre el proceso de creación de un microclima para tratar al recién nacido, donde el flujo de oxígeno es una de las variables que conforma este proceso y debe ser controlada debido a que en exceso puede causar secuelas irreversibles en los neonatos. Una manera de controlar el flujo dentro de la incubadora neonatal es mediante el uso de la válvula de control, sin embargo, es necesario obtener la función de transferencia en el plano “s” que describa la dinámica del comportamiento de este tipo de actuador y así poder diseñar aplicaciones de control sobre la válvula. El objetivo de este trabajo es obtener el modelo matemático no paramétrico de la válvula de control Teknocraft 202316 para la incubadora neonatal. Este modelo matemático representa el comportamiento de la válvula de control dentro de un rango de flujo determinado. Para obtener la función de transferencia que describa el comportamiento de la válvula, se usaron los métodos de Ziegler y Nichols, Smith, 123c de Alfaro y Strecj. La captura de los datos de los ensayos se realizó mediante una tarjeta de adquisición de datos (DAQ) instalado en una computadora. Mediante un análisis de comparación gráfica y cualitativa, se seleccionó la función de transferencia que representa mejor la respuesta de la válvula. Los parámetros obtenidos son las constantes de tiempo: t1 y t2, el tiempo muerto tm y la ganancia estática Kp , variando según método. Finalmente, el modelo matemático no paramétrico obtenido mediante el método Smith, función de primer orden, representa mejor el comportamiento de la válvula teknocraft en comparación con los otros métodos propuestos.

La presente investigación se centró en el desarrollo de un ventilador mecánico de presión negativa no invasivo tipo coraza, para el tratamiento de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) en adultos. Este dispositivo se diseñó mediante simulaciones basadas en modelos matemáticos y la selección de componentes electrónicos y mecánicos. Su funcionamiento se basa en suministrar una fuerza de succión al tórax a través de una coraza conectada a este. El actuador, como un motor o compresor, proporciona esta fuerza para expandir y contraer el tórax y el diafragma durante el ciclo respiratorio. La necesidad de diseñar este tipo de ventilador mecánico surge debido a las carencias en el equipamiento de las instalaciones de atención médica y los altos costos de los tratamientos para enfermedades respiratorias, que se hicieron evidentes durante la pandemia de COVID-19. Este modelo es capaz de generar una presión entre los 20 y – 20 cmH2O, con una frecuencia respiratoria entre los 25 y 35 rpm para su uso en pacientes con EPOC que requieran de una terapia no invasiva con una coraza. Se empleo la metodología VDI 2206, la cual indica las pautas para el desarrollo de proyectos mecatrónicos. Se hizo un análisis de las problemáticas para requerir un ventilador a presión negativa y las tecnologías existentes actualmente. Además, se explica los fundamentos de la mecánica respiratoria y la tecnología de los ventiladores mecánicos. En base a lo anterior, y junto a la lista de requerimientos se determinó que la alternativa más viable era usar un motor junto a un impeller, controlado por un microcontrolador y que se pueda interactuar con una pantalla táctil. Posteriormente, se realiza el diseño electrónico con la selección de componentes; el diseño mecánico con la elaboración del impeller y de control para obtener un modelo matemático de todo el sistema. Finalmente, se procede realizar la simulación mediante software del modelamiento matemático, el diseño en 3D del sistema mecatrónico y el control PID de la presión generada, para luego evaluar la viabilidad económica de la fabricación y el costo de los componentes seleccionados.

En este trabajo de tesis se proponen dos modelos matemáticos que representan al sistema respiratorio ventilado mecánicamente. Uno en forma de un circuito eléctrico y otro en forma de un sistema de movimiento libre amortiguado (elástico-resistivo), ambos con una complejidad más simple en comparación a los presentados por otros autores en años pasados. Con nuestros conocimientos de ingeniería, se desarrolló una ecuación diferencial lineal de primer orden para cada uno de estos modelos y, utilizando el software MATLAB, obtuvimos resultados gráficos para analizar los parámetros respiratorios involucrados en la ventilación mecánica para pacientes con dificultades respiratorias inducidas por la COVID-19, contrastándolos con estudios realizados en los últimos 15 años. Asimismo, se realizó un contraste entre el desarrollo y resultado de las simulaciones del modelado en MATLAB de Al-Naggar (2015) con el modelado elaborado en la presente tesis. Desarrollando el modelo matemático basado en un circuito eléctrico en serie, se emplearon conceptos de la Ley de Kirchhoff y de la Ley de Ohm, debido a sus componentes eléctricos representan a las variables respiratorias más importantes para la ventilación mecánica. De igual manera, en el desarrollo del modelo matemático basado en un sistema de movimiento libre amortiguado, cuyos componentes principales son un plato móvil conectado a un resorte dentro de un contenedor en donde circula el aire, considerado como gas ideal para aplicación de la Teoría de Boltzmann y ecuaciones de cinemática. Se investigaron las metodologías de protección pulmonar para pacientes con la COVID-19 con el fin de establecer criterios para los parámetros respiratorios involucrados en el sistema respiratorio con ventilación mecánica para pacientes con insuficiencia respiratoria. Se introdujeron valores permitidos según la literatura médica a los parámetros predefinidos inicialmente, como la presión que suministra el ventilador (Pv(t)), la “PEEP”, la resistencia al paso del flujo respiratorio (R) y la “compliance” (C). Finalmente, se obtuvieron resultados gráficos de las tres simulaciones realizadas. Estos describen el comportamiento de la presión del flujo de gas que circula por el sistema respiratorio ventilado del paciente (P(t)), el comportamiento de la presión pleural al momento de la ventilación mecánica (Pmusc(t)), el comportamiento del volumen del gas que ocupan ambos pulmones (Vi(t)) y el comportamiento del flujo de aire respiratorio (V̇ (t) ). El rango de valores obtenidos al simular el comportamiento de estas variables está dentro de los criterios establecidos en concordancia con la literatura médica y se contrastaron con los resultados gráficos obtenidos por modelos más complejos investigados previamente. Además, se compararon los resultados gráficos de la simulación del modelado elaborado por Al-Naggar (2015) y de la simulación realizada del modelado sintetizado en la presente tesis, observándose un alto grado de aproximación de los valores de ingreso y de salida, los cuales se mantienen dentro de los parámetros válidos de la literatura médica, y una gran similitud en la forma de las curvas graficadas mediante MATLAB.

Magíster en ciencias médicas y biológicas, mención fisiopatología / Introducción: varios estudios experimentales han mostrado que la ventilación mecánica puede inducir lesión pulmonar aún en pulmones previamente sanos, pero cuando estos presentan un síndrome de distrés respiratorio agudo de cualquier origen, parecen particularmente sensibles a los efectos nocivos de la ventilación mecánica. Por otra parte, factores de crecimiento angiogénicos como el factor de crecimiento endotelio vascular (VEGF) pueden modular la permeabilidad endotelial. Los procesos biológicos que median el aumento de la permeabilidad vascular posterior a un daño pulmonar inducido por la ventilación mecánica, y por ende el desarrollo de edema pulmonar, no son completamente conocidos. No existen estudios que hayan evaluado el impacto de la estrategia ventilatoria sobre los niveles de VEGF, ni su posible rol en el aumento de permeabilidad y el desarrollo de edema pulmonar. Objetivo: Determinar en un modelo de lesión pulmonar aguda, si comparado con animales sanos, existe alteración en los niveles de VEGF en plasma, tejido pulmonar y lavado broncoalveolar; si estos cambios se asocian a alteraciones de permeabilidad vascular, lesión y edema pulmonar; y si estas alteraciones pueden ser revertidas al emplear una estrategia ventilatoria ultraprotectora (volumen corriente 2 ml/kg de peso corporal) asociada a soporte vital extracorpóreo, comparado con una ventilación no protectora (volumen corriente 10 ml/kg de peso corporal). Resultados: no se observó diferencias en los niveles relativos de VEGF en el grupo de animales con lesión pulmonar aguda ventilados con una estrategia convencional y ultraprotectora más soporte vital extracorpóreo, en plasma al tiempo 0, 3 y 24 horas, y en el homogeneizado de tejido pulmonar, en comparación al grupo control (p<0.05). No se observó una asociación entre los niveles relativos de VEGF en el grupo de animales con lesión pulmonar aguda ventilados con una estrategia convencional y ultraprotectora más soporte vital extracorpóreo, en plasma (tiempo 0, 3 y 24 horas) y homogeneizado de tejido pulmonar, y los cambios en la concentración de proteínas en el lavado broncoalveolar, tasa peso húmedo/seco y daño pulmonar histológico (p<0.05). No se observó niveles relativos de VEGF, evaluados con la técnica de Western blot, en las muestras de lavado broncoalveolar. Conclusiones: la estrategia ventilatoria empleada no altera los niveles relativos del factor de crecimiento endotelio vascular en plasma y tejido pulmonar, en un modelo de cerdos con lesión pulmonar aguda inducida por lavados con solución salina repetidos y ventilación mecánica con alto volumen corriente. Además, los cambios observados en la permeabilidad vascular, daño y edema pulmonar no tienen una asociación con los niveles relativos del factor de crecimiento endotelio vascular en el plasma y tejido pulmonar. Sin embargo, existe un número importante de limitaciones técnicas que deben ser consideradas al momento de interpretar estos resultados, y que hacen necesario continuar investigando y desarrollando la metodología de trabajo para documentar resultados confiables, y que permitan un constructo teórico en relación a VEGF en este modelo de lesión pulmonar aguda.

La necesidad de controlar la temperatura del habitáculo del prototipo de Burbuja Neonatal Modelo 3B (prototipo para realizar ensayos preclínicos) desarrollado en nuestra universidad, motivó la ejecución del presente trabajo de tesis, que consistió en diseñar e implementar el control de temperatura del habitáculo del prototipo mencionado en el rango de 25ºC a 37ºC, con un tiempo de calentamiento menor a 90 minutos y una precisión de estabilidad térmica menor a +/- 0.5 ºC, según norma IEC 60601-2-19. El diseño e implementación del control se dividieron en dos fases. En la primera fase, se realizó el control de temperatura en 4 etapas (estudio de la planta de la Burbuja Neonatal 3B; obtención de los parámetros del controlador PID; diseño e implementación del algoritmo de control en el PLC EASY 821-DC-TCX; verificación y reajuste del control de temperatura). Además en el proceso de mejorar la sintonización se encontró problemas de la electrónica. . En la segunda fase, se realizó una reingeniería de la planta: se diseñó e implementó el subsistema electrónico de la Burbuja Artificial Neonatal modelo 3B. Donde el algoritmo de control final posee 2 tipos de controles (P, PID), en un primer momento actúa el controlador proporcional (P=4) y luego actúa el controlador PID (P=2.5; I=2500; D=120); esto con el fin reducir el tiempo de subida y obtener una mejor respuesta. Finalmente el resultado posee una estabilidad térmica de +/- 0.08 ºC y un tiempo de calentamiento de 63.2 minuto. De esta manera es posible cumplir con los requerimientos de control de temperatura según la norma mencionada. Los resultados son muy importantes, pues permitirá a médicos neonatólogos realizar ensayos preclínicos.

El módulo de medición de flujo gaseoso implementado es parte del prototipo de Equipo Neonatal de Cuidados Intensivos, denominado NICU (Neonatal Intensive Care Unit), que se encuentra en desarrollo en la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) por el Grupo de Investigación y Desarrollo de Equipos Médicos y Sistemas (GIDEMS). Este módulo realiza las mediciones del flujo gaseoso de la línea de oxígeno y la línea de mezcla, que componen el sistema neumático de NICU, en el rango de 0LPM – 3LPM para ambas líneas. Se alcanzó una desviación máxima de 7.5% y 10.63% con respecto a los valores sensados por el fabricante de los sensores de flujo, en la línea de oxígeno y la línea de mezcla respectivamente. Finalmente, se desarrolló un sistema de calibración para distintos escenarios de pruebas, con la finalidad de obtener las curvas de calibración del módulo de medición en la línea de oxígeno y la línea de mezcla del prototipo.

El desarrollo de este trabajo surgió por la necesidad de controlar la temperatura del flujo de gases proporcionado por el sub-sistema de ventilación pulmonar del Prototipo de Equipo de Soporte de Vida Neonatal que se viene desarrollando en la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP). Este trabajo tuvo como objetivo diseñar e implementar el algoritmo de control de temperatura para dicho flujo de gases que logre mantener su temperatura en un rango de 36 °C a 37 °C con una precisión de +/- 0.5 °C. Para realizar el diseño e implementación del algoritmo de control de temperatura, primero se obtuvo el modelo matemático de la planta y luego se realizó el estudio de acciones de control proporcional (P), proporcional integrativa (PI) y proporcional integrativa derivativa (PID). Para esto se emplearon simulaciones con ayuda del software Matlab para poder determinar la acción de control más adecuada. Este trabajo incluye además, el diseño e implementación de la etapa de adquisición de datos y la etapa de acondicionamiento para el sensor de temperatura utilizado. El resultado obtenido fue la implementación del algoritmo de control en la planta, con el cual se logró mantener la temperatura del flujo de gases constante en un rango de 36 °C a 37 °C con un error de +/ - 0.3 °C, cumpliendo así con los objetivos establecidos.

El sistema de control de mezcla de aire y oxígeno fue desarrollado como parte del proyecto CPAP Neonatal por el Grupo de Investigación y Desarrollo de Equipos Médicos y Sistemas (GIDEMS). El CPAP Neonatal es un equipo médico para recién nacidos prematuros con problemas de síndrome deficiencia respiratoria (SDR). El CPAP (Continuous Positive Airway Pressure) brinda aire enriquecido con oxígeno, presurizado humidificado y temperado los cuales deben ser controlados a voluntad del médico. La carencia del control de oxígeno podría causar ceguera parcial o total al recién nacido. El sistema de mezcla fue implementado en un micro controlador ATmega162, y dos módulos basados en un micro controlador ATmega8 para la adquisición de datos. Los sensores de flujo másico registran las cantidades en litros por minuto de aire y oxígeno. Para regular el paso del oxígeno adaptamos mecánicamente un motor con un restrictor de flujo. Para regular el flujo de aire se utiliza un micro compresor controlado mediante una onda PWM. Para fijar los valores de programación y registrar el comportamiento de cada flujo se uso el puerto serial de una computadora.

Tese(doutorado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Enfermagem, Escola de Enfermagem, 2012. / Submitted by eloisa silva (eloisa1_silva@yahoo.com.br) on 2012-12-04T16:48:38Z No. of bitstreams: 1 camilaschwonke.pdf: 1732770 bytes, checksum: fbc56ab53fc4b9551883ff2fe96b3455 (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2012-12-06T03:40:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 camilaschwonke.pdf: 1732770 bytes, checksum: fbc56ab53fc4b9551883ff2fe96b3455 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-12-06T03:40:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 camilaschwonke.pdf: 1732770 bytes, checksum: fbc56ab53fc4b9551883ff2fe96b3455 (MD5) Previous issue date: 2012 / O cuidado à saúde vem sendo, na atualidade, sistematicamente influenciado por mudanças produzidas no âmbito da tecnologia, o que tem gerado diversas inquietações e indagações acerca dos benefícios, riscos e das relações construídas entre trabalhadores, doentes e a utilização dessas tecnologias como instrumentos imprescindíveis ao cuidado de enfermagem/saúde. Neste contexto, as Unidades de Terapia Intensiva (UTIs) emergem como ambientes de cuidados em saúde altamente tecnologizados, em que a ventilação mecânica se constitui na tecnologia mais comumente empregada, exigindo dos profissionais envolvidos na assistência conhecimentos específicos e das instituições dispositivos de gestão que garantam um cuidado de enfermagem seguro aos doentes críticos que dependem desta terapêutica. Diante do exposto, foi elaborada a seguinte tese: A equipe de enfermagem possui déficits de conhecimento acerca da assistência ao doente crítico em ventilação mecânica invasiva, que predispõem a riscos na assistência, especialmente, quando atua em organizações de saúde em que a cultura de segurança pautada na abordagem sistêmica dos fatores que envolvem a ocorrência de erros é frágil. O objetivo deste estudo foi verificar o conhecimento dos profissionais de enfermagem que atuam em UTI Adulto acerca da assistência ao doente crítico em ventilação mecânica invasiva e identificar as atitudes, em relação à segurança do paciente, de forma a caracterizar a cultura de segurança presente em instituições hospitalares, na percepção da equipe de enfermagem. Assim, realizou-se uma pesquisa quantitativa com delineamento descritivo correlacional, em sete UTIs, de três municípios que compõem a 3ªCoordenadoria Regional de Saúde do Estado do Rio Grande do Sul. O número de informantes foi de 173 trabalhadores de enfermagem destas unidades, entre eles, enfermeiros, técnicos de enfermagem e auxiliares de enfermagem. A coleta de dados foi realizada por meio da aplicação de instrumento de pesquisa, contendo duas escalas do tipo Likert com 5 pontos. A primeira escala buscou verificar o conhecimento da equipe de enfermagem relacionado à prática clínica, envolvendo a assistência de enfermagem ao doente crítico em ventilação mecânica invasiva (vmi) e a escala 2, extraída do estudo de Singer et al. (2003), foi adaptada e validada, e buscou apreender a percepção da equipe de enfermagem sobre a cultura de segurança estabelecida pela organização hospitalar. Os dados foram analisados com o uso do software SPSS, versão 18.0, sendo submetidos a análises descritivas e análises de variâncias. Considera-se que os informantes deste estudo apresentaram déficits importantes de conhecimento, especialmente relacionados às categorias Riscos para Pneumonia Associada à ventilação Mecânica, Riscos para lesões traqueais e orais e Riscos para extubação acidental e as atitudes acerca da cultura de segurança, na percepção dos respondentes, podem ser visualizadas sob a ótica de cinco constructos: promoção da segurança do paciente, em nível organizacional; segurança no cuidado ao paciente; prevenção de erros como prioridade organizacional; percepção de riscos e erros que ocorrem na organização. Constatou-se que a forma como as instituições abordam o erro, na percepção dos profissionais de enfermagem estudados, distancia-se daquela proposta pela abordagem sistêmica. Faz-se necessário, portanto, um novo olhar para estas questões que vão além do ato vivo da assistência prestada pelos profissionais e que perpassa todo um contexto de responsabilizações. / The health care has been in actuality systematically influenced by these changes produced, in technology, this has generated uneasiness and questioning about the benefits, risks and the relation built among workers, diseased and the use of technology as an essential instrument to the nursing/health care. In this context the Intensive care units (ICUs) emerge as environments of health care highly technological where the mechanical ventilation is the more commonly used technology, demanding from the professionals involved in the assistance specific knowledge and from the institutions management resources which guarantee a safe nursing care to the critically ill patients who depend on this therapy. Based in all this the following thesis is prepared: The nursing team has knowledge deficits about the assistance to critically ill patients in invasive mechanical ventilation predisposing risk in sale assistance, especially when acting in health organizations where the safety culture defined in the systemic approach of factors involving the occurrence of mistakes is fragile. The objectiveof this study are: Verifying the knowledge of nurses working in Adult ICUs, about the assistance to critical patients on invasive mechanical ventilation and to identify the attitudes, in relation to patient safety in order to characterize the safety culture in hospitals this in the perception of the nursing team. To this end a quantitative research was held with descriptive correlational design in seven ICUs based in three different cities which form the 3th health regional coordination from the Rio Grande do Sul State. The number of respondents was 173 nursing staff of these units, between all these nurses, nursing technicians and auxiliaries. The data collection made by the research tool implementation contains two scales 5-point Likert-type. The first scale aimed at verifying the nursing team knowledge related to the clinical practice, involving the nursing assistance to the critically ill in invasive mechanical ventilation and the second scale taken from Singer’s study et al (2003) was adapted and validated and it aimed at capturing the nursing team’s perception about the safety culture established by the hospital organization. The data was analysed by the software SPSS, 18.0 version, being subject of descriptive analyses and variance analyses. The respondents of this study present important knowledge deficits, specially related to risk to Pneumonia Associated with Mechanical Ventilation, risk to oral and tracheal injuries and risk to accidental extubation categories. The attitudes about the safety culture can be seen under the view of four constructs in the respondents’ perception: promoting patient safety in the organizational level; patient care safety; error prevention like organizational priorities and risk perception and errors that occur in the organization. The way the institutions deal with the mistake is distant from the way proposed by the systematic approach in the perception of the nursing professionals in this study. It is necessary, a new look at these matters which go beyond the actual act of providing assistance by the professionals and exist in a context of responsibility. / El cuidado a la salud viene siendo en realidad sistemáticamente influenciado por estos cambios producidos, en el ámbito de la tecnología, lo que ha generado diversas inquietaciones e indagaciones, acerca de los beneficios, riesgos y de las relaciones construidas entre trabajadores, enfermos y la utilización de tecnologías como instrumentos imprescindibles al cuidado de enfermería/salud. En este contexto las Unidades de Terapia Intensiva (UTIs) emergen como ambientes de cuidados en salud altamente tecnologizados en que la ventilación mecánica se constituye en la tecnología más comúnmente empleada, exigiendo de los profesionales envueltos en la asistencia conocimientos específicos y de las instituciones dispositivos de gestión que garanticen un cuidado de enfermería seguro a los enfermos críticos que dependen de esta terapéutica. Delante de lo expuesto, fue preparado la siguiente tesis: El equipo de enfermería posee déficits de conocimiento, acerca de la asistencia al enfermo crítico en ventilación mecánica invasiva que predisponentes de riesgo en la asistencia en venta, sobre todo cuando actúa en organizaciones de salud en que la cultura de seguridad pautada en el abordaje sistémico de los factores que envuelven la ocurrencia de errores es frágil. Lo objetivo de este estudio fue: verifical el conocimiento de las enfermeras que trabajan en UTIs Adultos, acerca de la asistencia a enfermo críticos en ventilación mecánica invasiva y para identificar las actitudes, en relación con la seguridad del paciente con de forma a caracterizar la cultura de la seguridad en los hospitales de esta en la percepción del equipo de enfermería. Así, se realizó una investigación cuantitativa con delineamento descriptivo correlacional, en siete UTIs, de tres municipios que componen a 3ª Coordenadoría Regional de Salud del Estado del Río Grande del Sur. El número de informantes fue de 173 personal de enfermería de estas unidades , entre estos enfermeros, técnicos de enfermería y auxiliares de enfermería. La recolección de datos se realizó por medio de la aplicación de instrumento de investigación conteniendo dos escalas, del tipo Likert con 5 puntos. La primera escala buscó verificar el conocimiento del equipo de enfermería relacionado a la práctica clínica, envolviendo la asistencia de enfermería al enfermo crítico en ventilación mecánica invasiva y la escala 2, extraída del estudio de Singer et al. (2003), fue adaptada y validada y buscó vislumbrar la percepción del equipo de enfermería sobre la cultura de seguridad establecida por la organización hospitalaria. Los datos fueron analizados utilizando el software SPSS, versión 18.0, siendo sometidos a análisis descriptivos y análisis de variancias. Se considera que los informantes de este estudio presentaron déficits importantes de conocimiento, especialmente relacionados a las categorías Riesgos para Neumonía Asociada al Ventilador, Riesgos para lesiones traqueales, orales y Riesgos para extubación accidental y las actitudes acerca de la cultura de seguridad, en la percepción de los entrevistados, pueden ser visualizadas bajo la ótica de cuatro constructos: promoción de la seguridad del paciente en nivel organizacional; seguridad en el cuidado al paciente; prevención de errores como prioridad organizaciona;, percepción de riesgos e errores que ocurren en la organización. Se constató que la forma como las instituciones abordan el error, en la percepción de los profesionales de enfermería estudiados, se distancia de aquella propuesta por el abordaje sistémico. Se hace necesario, por lo tanto, una nueva mirada para estas cuestiones que van más allá del acto vivo de la asistencia prestada por los profesionales y que perpasa todo un contexto de responsabilizaciones.