Este trabalho visou mostrar o desenvolvimento de um ventilador pulmonar mecânico, focando principalmente na parte de hardware necessária para que este equipamento pudesse funcionar. Ventilação mecânica é a modalidade da medicina mais importante no cuidado a pacientes criticamente enfermos. O ventilador é um equipamento utilizado principalmente em unidades de terapia intensiva, que basicamente coloca uma mistura de ar e oxigênio para dentro do pulmão de um paciente incapacitado de fazer isto naturalmente, quer seja por força de uma doença que o impossibilita de fazê-lo, ou por uma cirurgia, a qual impossibilitou o movimento do músculo do diafragma para que o ar entrasse no pulmão naturalmente. Este projeto cobriu uma descrição abrangente sobre este ventilador, sua transformação de ar comprimido e oxigênio provenientes de um cilindro em uma mistura controlada de fluxos que entra no pulmão para a inspiração de um volume, ou para atingir uma pressão determinada, e a saída desta mistura, mantendo no pulmão uma pressão também controlada. Foi desenvolvido um protótipo de hardware e firmware para este aparelho, e o intuito foi mostrar o processo de transformação da ideia inicial e as necessidades de projeto em um aparelho testado e certificado para uso no mercado. / This work aimed to present the development of a pulmonary mechanical ventilator, mainly focusing on the hardware part needed in order for this device to work. Mechanical ventilation is the most important medical mode concerning the care of patients that are critically ill. The ventilator is a device very much used in intensive care units (ICUs), and it basically delivers an air and oxygen mixture to the patients lungs that is normally unable to do so naturally, either because the patient is seriously ill that prevents him/her to do so, or due to surgery, in this case prevented the movement of the diaphragm muscle so the air could be naturally delivered to the lung. This work covered a comprehensive description about this ventilator, its transformation of compressed air and oxygen coming from a cylinder in a controlled mixture of flows that enters the lung for the inspiration of a volume, or to achieve a determined pressure, and the output of this mixture, maintaining a controlled pressure in the lung too. A hardware and firmware prototype was developed for this device. The aim was to show the transformation process from the main idea and the need for a project of a tested and certified device to be used in the market.

Este trabalho visou mostrar o desenvolvimento de um ventilador pulmonar mecânico, focando principalmente na parte de hardware necessária para que este equipamento pudesse funcionar. Ventilação mecânica é a modalidade da medicina mais importante no cuidado a pacientes criticamente enfermos. O ventilador é um equipamento utilizado principalmente em unidades de terapia intensiva, que basicamente coloca uma mistura de ar e oxigênio para dentro do pulmão de um paciente incapacitado de fazer isto naturalmente, quer seja por força de uma doença que o impossibilita de fazê-lo, ou por uma cirurgia, a qual impossibilitou o movimento do músculo do diafragma para que o ar entrasse no pulmão naturalmente. Este projeto cobriu uma descrição abrangente sobre este ventilador, sua transformação de ar comprimido e oxigênio provenientes de um cilindro em uma mistura controlada de fluxos que entra no pulmão para a inspiração de um volume, ou para atingir uma pressão determinada, e a saída desta mistura, mantendo no pulmão uma pressão também controlada. Foi desenvolvido um protótipo de hardware e firmware para este aparelho, e o intuito foi mostrar o processo de transformação da ideia inicial e as necessidades de projeto em um aparelho testado e certificado para uso no mercado. / This work aimed to present the development of a pulmonary mechanical ventilator, mainly focusing on the hardware part needed in order for this device to work. Mechanical ventilation is the most important medical mode concerning the care of patients that are critically ill. The ventilator is a device very much used in intensive care units (ICUs), and it basically delivers an air and oxygen mixture to the patients lungs that is normally unable to do so naturally, either because the patient is seriously ill that prevents him/her to do so, or due to surgery, in this case prevented the movement of the diaphragm muscle so the air could be naturally delivered to the lung. This work covered a comprehensive description about this ventilator, its transformation of compressed air and oxygen coming from a cylinder in a controlled mixture of flows that enters the lung for the inspiration of a volume, or to achieve a determined pressure, and the output of this mixture, maintaining a controlled pressure in the lung too. A hardware and firmware prototype was developed for this device. The aim was to show the transformation process from the main idea and the need for a project of a tested and certified device to be used in the market.

A ventilação mecânica pulmonar é a substituição da respiração espontânea de um paciente quando este não realiza ou realiza parcialmente esta tarefa. Esta ventilação é de extrema importância para o tratamento de pacientes em estado crítico em unidades de terapia intensiva e para a manutenção da oxigenação sanguínea durante cirurgias. A ventilação mecânica pulmonar consiste em empurrar os gases para dentro do pulmão de forma controlada, mantendo uma pressão inspiratória ou um volume inspiratório determinado. Além disso, controla o nível de pressão durante a expiração do paciente para manter os alvéolos abertos e dificultar lesões internas. Este trabalho se propõe a caracterizar uma especificação de engenharia para os sistemas de controle de ventilação, se baseando em características fisiológicas do sistema respiratório do paciente saudável e também com patologias conhecidas. São apresentados modelos matemáticos para os sistemas mecânicos responsáveis pela atuação na inspiração e na expiração do paciente, bem como um modelo matemático para o sistema respiratório. Foram desenvolvidos sistemas de controle, baseados no controlador PID, para os principais tipos de modalidades ventilatórias. Os sistemas controlados foram simulados e os resultados são apresentados neste trabalho. Os controles propostos foram implementados em equipamentos de anestesia e UTI projetados na K. Takaoka Ind. Com. Prod. Hosp. LTDA. entre 2008 e 2010 no Brasil, e estão sendo usados hoje nas salas de cirurgia e centros de terapia intensiva pelo Brasil e em alguns países da América do Sul e do Oriente médio. / The mechanical ventilation is the replacement of spontaneous breathing of a patient when it does not perform or partially perform this task. This ventilation is extremely important for the treatment of critically ill patients in intensive care units and for the maintenance of blood oxygenation during surgery. The mechanical ventilation consists in pushing the gas into the lungs in a controlled manner, maintaining a determined inspiratory pressure or inspiratory volume. In addition, it has to control the pressure level during the patients exhalation to keep the alveoli opened and prevent internal injuries. This work aims to characterize an engineering specification for the control systems of ventilation, relying on physiological characteristics of the patient\'s respiratory system on healthy subjects and also subjects with known diseases. Here are presented mathematical models for the mechanical systems responsible for acting on the inspiration and expiration of the patient, as well as a mathematical model for the respiratory system. There were developed control systems, based on the PID controller for the main types of ventilation modes. Controlled systems were simulated and the results are presented in this dissertation. The proposed controls were implemented in anesthesia and intensive care equipments designed in K. Takaoka Ind. Com Prod. Hosp. LTD. between 2008 and 2010 in Brazil, and are being used today in the operating rooms and intensive care centers in Brazil and some countries in South America and the Middle East.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2018-05-24T13:16:09Z No. of bitstreams: 1 PDF - Nivian Mirelly Moraes Feliciano.pdf: 19881474 bytes, checksum: fdfb6f3b8a3b155b108cf8d7c23465a3 (MD5) / Approved for entry into archive by Secta BC (secta.csu.bc@uepb.edu.br) on 2018-06-05T11:34:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PDF - Nivian Mirelly Moraes Feliciano.pdf: 19881474 bytes, checksum: fdfb6f3b8a3b155b108cf8d7c23465a3 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-05T11:34:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Nivian Mirelly Moraes Feliciano.pdf: 19881474 bytes, checksum: fdfb6f3b8a3b155b108cf8d7c23465a3 (MD5) Previous issue date: 2016-09-30 / Since the dawn of mechanical ventilation, the main objective of the technology involving intensive therapy is to provide life support to the lowest acceptable risk. As the capabilities and complexities of these devices are continually on the rise, cognitive loads imposed on the handling of the Ventilator Pulmonary Mechanical (VPM) ma y increase the Global Work Load (GWL) becoming a risk factor for inaccuracies and failures. Therefore, the aim of the study was to evaluate the usability of VPMs through the perception of GWL in intensive physical therapists. Search cross-sectional was developed in the public and private hospital to trace the professional profile of intensive physical therapists to evaluate the perception of GWL and patient safety. Data were collected regarding age, gender, academic training, time experience in Intensive Care Unit (ICU), perception of the GWL through the instrument Index National Aeronautics and Space Administration - Task Load Index (NASA- TLX) and perception patient safety by applying a questionnaire developed by the World Health Organization. the research was approved by the ethics committee, CAAE: 53329416.6.0000.5187, with development according to the 466/12 Resolution of the National Health Council. the data were analyzed using the SPSS statistical package It is used for correlation and comparison test. We evaluated 46 Physiotherapists, 73.9% working in adult ICU, 13% in neonatal ICU and 13% in the pediatric ICU. The GWL had an average of 14.4 (± 3.2). The Mental Demand was presented as the most influential factor for the GWL, with a higher percentage of choice when compared to other factors. Statistical difference was observed between GWLs between Adult ICU and Neonatal / Pediatric (p <0.05). Also there was a weak correlation between age, time academic training and experience in ICU with the GWL. On patient safety, 65.2% are considered to be reasonably confident in their own ability to identify influential factors on patient safety. It was observed that 37% of physiotherapists identify likely to suggest changes, however, when asked about the likelihood that factors may interfere with this conduct, 50% reported reasonably likely situation to happen then most likely (26.1%). As the degree of difficulty in suggesting changes in the workplace a fa irly difficult aspect considered by 39.1% of physiotherapists. This study provides evidence that neonatal / pediatric ICU implies more demand for its employees that the adult ICU, observed by GWL. The Mental Demand is one that requires more physical therapist handling a VPM in ICU, reflecting negatively on the usability of the VPM interface in use by these professionals. Despite all the political and organizational efforts in disseminating the patient safety culture, the reality of ICUs collides with the lack of communication, lack of professional interest and lost struggle of numerous attempts to change. These results may contribute to the development of interfaces that require less associated cognitive load, because it reflects the usability of VPM evaluated in real environment. / Desde o surgimento da ventilação mecânica, o objetivo principal da tecnologia que envolve a terapia intensiva é prestar suporte de vida com o menor risco aceitável. Como as capacidades e complexidades desses equipamentos estão continuamente em ascensão, as cargas cognitivas impostas ao manuseio do Ventilador Mecânico Pulmonar (VMP) podem aumentar a Carga Global de Trabalho (CGT) transformando-se num fator de risco para imprecisões e falhas. Portanto, o objetivo do estudo foi avaliar a usabilidade de VMPs através da percepção de CGT em fisioterapeutas intensivistas. A pesquisa do tipo transversal foi desenvolvida em ambiente hospitalar público e privado, para traçar o perfil profissional dos fisioterapeutas intensivistas, avaliar a percepção de CGT e de segurança do paciente. Foram coletados dados referentes à idade, gênero, tempo de formação acadêmica, tempo de experiência em Unidade de Terapia Intensiva (UTI), percepção da CGT através do instrumento Index National Aeronautics and Space Administration – Task Load Index (NASA-TLX) e percepção de segurança do paciente através da aplicação de um questionário desenvolvido pela Organização Mundial de Saúde. A pesquisa obteve aprovação do comitê de ética, CAAE: 53329416.6.0000.5187, com desenvolvimento de acordo com a Resolução 466/12 do Conselho Nacional de Saúde. Os dados foram avaliados através do pacote estatístico SPSS, sendo utilizado teste de correlação e comparação. Foram avaliados 46 Fisioterapeutas, 73,9% atuando em UTI adulto, 13% em UTI neonatal e 13% em UTI pediátrica. A CGT apresentou uma média de 14,4 (±3,2). A Demanda Mental apresentou-se como fator de maior influência para a CGT, apresentando maior percentual de escolha quando comparada aos outros fatores. Foi observada diferença estatística entre as CGTs entre as UTIs Adulto e Neonatal/Pediátrica (p<0,05). Também observou-se uma correlação fraca da idade, tempo de formação acadêmica e experiência em UTI com a CGT. Sobre segurança do paciente, 65,2% consideram-se razoavelmente confiantes em sua própria capacidade de identificação de fatores influentes sobre segurança do paciente. Foi observado que 37%, dos fisioterapeutas identificam probabilidade de sugerir mudanças, porém, quando questionados quanto à probabilidade de que fatores venham interferir nesta conduta, 50% deles relataram situação razoavelmente provável de acontecer seguida de muito provável (26,1%). Sendo o grau de dificuldade na sugestão de mudanças no local de trabalho um aspecto razoavelmente difícil considerado por 39,1% dos fisioterapeutas. Este estudo fornece evidências de que a UTI neonatal/pediátrica implica mais exigência para seus profissionais que a UTI adulto, observada através da CGT. A Demanda Mental é aquela que exige mais do fisioterapeuta ao manusear um VMP numa UTI, refletindo negativamente sobre a usabilidade da interface do VMP em uso por esses profissionais. Apesar de todos os esforços políticos e organizacionais em disseminar a cultura de segurança do paciente, a realidade das UTIs esbarra na falta de comunicação, na falta de interesse profissional e na luta perdida das inúmeras tentativas de mudanças. Estes resultados podem colaborar para o desenvolvimento de interfaces que demandem menor carga cognitiva associada, pois reflete a usabilidade do VMP avaliada em ambiente real.

A ventilação mecânica pulmonar é a substituição da respiração espontânea de um paciente quando este não realiza ou realiza parcialmente esta tarefa. Esta ventilação é de extrema importância para o tratamento de pacientes em estado crítico em unidades de terapia intensiva e para a manutenção da oxigenação sanguínea durante cirurgias. A ventilação mecânica pulmonar consiste em empurrar os gases para dentro do pulmão de forma controlada, mantendo uma pressão inspiratória ou um volume inspiratório determinado. Além disso, controla o nível de pressão durante a expiração do paciente para manter os alvéolos abertos e dificultar lesões internas. Este trabalho se propõe a caracterizar uma especificação de engenharia para os sistemas de controle de ventilação, se baseando em características fisiológicas do sistema respiratório do paciente saudável e também com patologias conhecidas. São apresentados modelos matemáticos para os sistemas mecânicos responsáveis pela atuação na inspiração e na expiração do paciente, bem como um modelo matemático para o sistema respiratório. Foram desenvolvidos sistemas de controle, baseados no controlador PID, para os principais tipos de modalidades ventilatórias. Os sistemas controlados foram simulados e os resultados são apresentados neste trabalho. Os controles propostos foram implementados em equipamentos de anestesia e UTI projetados na K. Takaoka Ind. Com. Prod. Hosp. LTDA. entre 2008 e 2010 no Brasil, e estão sendo usados hoje nas salas de cirurgia e centros de terapia intensiva pelo Brasil e em alguns países da América do Sul e do Oriente médio. / The mechanical ventilation is the replacement of spontaneous breathing of a patient when it does not perform or partially perform this task. This ventilation is extremely important for the treatment of critically ill patients in intensive care units and for the maintenance of blood oxygenation during surgery. The mechanical ventilation consists in pushing the gas into the lungs in a controlled manner, maintaining a determined inspiratory pressure or inspiratory volume. In addition, it has to control the pressure level during the patients exhalation to keep the alveoli opened and prevent internal injuries. This work aims to characterize an engineering specification for the control systems of ventilation, relying on physiological characteristics of the patient\'s respiratory system on healthy subjects and also subjects with known diseases. Here are presented mathematical models for the mechanical systems responsible for acting on the inspiration and expiration of the patient, as well as a mathematical model for the respiratory system. There were developed control systems, based on the PID controller for the main types of ventilation modes. Controlled systems were simulated and the results are presented in this dissertation. The proposed controls were implemented in anesthesia and intensive care equipments designed in K. Takaoka Ind. Com Prod. Hosp. LTD. between 2008 and 2010 in Brazil, and are being used today in the operating rooms and intensive care centers in Brazil and some countries in South America and the Middle East.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2018-05-24T12:57:22Z No. of bitstreams: 1 PDF - Renata Italiano da Nóbrega Figueiredo.pdf: 23326888 bytes, checksum: 8f0f75d92f77a45b57d5db9a220d98be (MD5) / Approved for entry into archive by Secta BC (secta.csu.bc@uepb.edu.br) on 2018-06-05T11:34:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PDF - Renata Italiano da Nóbrega Figueiredo.pdf: 23326888 bytes, checksum: 8f0f75d92f77a45b57d5db9a220d98be (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-05T11:34:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Renata Italiano da Nóbrega Figueiredo.pdf: 23326888 bytes, checksum: 8f0f75d92f77a45b57d5db9a220d98be (MD5) Previous issue date: 2016-10-14 / Os ventiladores mecânicos pulmonares (VMP), são dispositivos utilizados frequentemente em unidades de terapia intensiva (UTI), para pacientes clinicamente críticos. Qualquer falha neste dispositivo pode representar risco para segurança do paciente, podendo proporcionar danos temporários ou permanentes. Desse modo, objetivou-se avaliar os dados sobre as causas de falhas dos ventiladores mecânicos pulmonares em hospitais regionais da Paraíba. Tratou-se de uma pesquisa retrospectiva, transversal, documental e descritiva, com abordagem quantitativa. A pesquisa foi realizada em hospitais regionais no estado da Paraíba. A amostra foi do tipo não probabilística por acessibilidade, constituído por 422 fichas e o universo foi constituído por fichas de reparo e manutenção preventiva de ventiladores mecânicos pulmonares (VMP) preenchidas entre os anos de 2012 a 2016 dos hospitais em questão. Foram utilizados os seguintes instrumentos para avaliação: ficha de categorização dos dispositivos e argumentação estruturada. Os dados obtidos foram expressos, descritivamente, em média, desvio padrão da média e porcentagem. A análise estatística foi feita através do programa IBM-SPSS versão 20.0. Este trabalho foi submetido ao Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade Estadual da Paraíba sob o número 54007116.9.0000.5187. Nos resultados desta pesquisa, foi identificado falhas nos VMP, onde problemas de bateria, software, célula de oxigênio, calibração, teclado, display e válvulas foram as mais frequentes. Após a análise de falhas, constatou-se que intercorrências mecânicas que interferem na Fração Inspirada de Oxigênio (FiO2) estão diretamente relacionadas ao não fornecimento de gás (n= 18), vazamentos (n= 18), falha na ciclagem (n= 30), pane eletrônica (n= 25), entre outros. Problemas administrativos como subnotificação e um mal armazenamento de dados também foram encontrados. O resultado desta pesquisa pode oferecer subsídios para um melhor gerenciamento de risco, no desenvolvimento de protocolos assistenciais, em uma articulação sistêmica entre possíveis sinais de alertas e respectivas necessidades de intervenções administrativas juntamente com a engenharia clínica. / Pulmonary mechanical ventilators (VMP) are devices often used in intensive care units (ICU) for clinically critical patients. Any failure in this device may present a risk to patient safety and can provide temporary or permanent damage. Thus, it aimed to evaluate the data on the causes of failure of pulmonary mechanical ventilators in regional hospitals of Paraiba. This was a retrospective study, cross, documentary and descriptive, with quantitative approach. The survey was conducted in regional hospitals in the state of Paraiba. The sample was non probabilistic accessibility, consisting of 422 records and the universe consisted of repair records and preventive maintenance of pulmonary mechanical ventilators (VMP) filled between the years 2012-2016 of the hospitals in question. Categorization form of devices and structured argument: the following instruments for evaluation were used. Data were expressed descriptively as mean, standard deviation from the mean and percentage. Statistical analysis was performed using the IBM-SPSS version 20.0 program. This study was submitted to the Ethics Committee of the Paraíba State University under number 54007116.9.0000.5187. The results of this research, was identified flaws in the VMP where battery problems, software, oxygen cell calibration, keyboard, display and valves were the most frequent. After the failure analysis, it was found that mechanical complications that interfere with the inspired oxygen fraction (FiO2) are directly related to non-supply of gas (n = 18), leaks (n = 18), failure to cycling (n = 30), electronic part (n = 25), among others. Administrative problems such as underreporting and a data storage poorly were also found. The result of this research may provide insight for better risk management, development of care protocols, in a systemic link between possible signs of alerts and their needs administrative interventions with clinical engineering.