Kronik ve akut solunum desteği için modüler pulmoner resüsitasyon cihazının geliştirilmesi

Noninvaziv ventilasyon (NIV) ve invaziv ventilasyon, solunum yetmezliğini yönetmek ve solunum bozukluğu olan bireyleri desteklemek için iki farklı yaklaşımdır. Bu teknikler, kritik bakım tıbbı ve solunum terapisinde çok önemli bir rol oynamakta ve çeşitli pulmoner bozukluklar için hayat kurtarıcı müdahaleler sunmaktadır. Noninvaziv ventilasyon, endotrakeal entübasyon gibi invaziv prosedürlere gerek kalmadan hastalara yardımcı olan bir solunum desteği yöntemini temsil eder. Tipik olarak, bir maske veya arayüz aracılığıyla hava veya oksijen sağlamak için noninvaziv bir ventilatör veya pozitif hava yolu basıncı cihazlarının kullanılmasını içerir ve hastaların yeterli oksijenasyonu ve karbondioksit giderimini sürdürmelerine yardımcı olur. NIV, kronik obstrüktif akciğer hastalığı (KOAH) alevlenmeleri, akut solunum yetmezliği, konjestif kalp yetmezliği ve uyku ile ilişkili solunum bozuklukları dahil olmak üzere çeşitli klinik senaryolarda tercih edilen bir seçenek olarak ortaya çıkmıştır. Bu yaklaşım, ventilatörle ilişkili pnömoni riskinin azalması, hasta konforunun artması ve hastanın kendi kendini yönetme olasılığı gibi birçok farklı avantaj sunarak solunum tıbbında giderek daha değerli bir araç haline gelmektedir. 2020'de COVID-19 pandemisinin ortaya çıkması, acil dağıtım için çok sayıda uygun fiyatlı, açık kaynaklı veya kolayca inşa edilebilen ventilatörün oluşturulmasına neden oldu. Bununla birlikte, önerilen kurulumların çoğu, basınç ve hacim kontrolü yetenekleri sınırlı olan Torba Valf Maskesi (BVM) adı verilen elle çalıştırılan bir resüsitatörün otomasyonundan veya sürekli yüksek basınç giriş kaynağı gerektiren basınçlı valf tabanlı mekanizmaların geliştirilmesinden oluşmakta ve bu da basınçlı hava / oksijen kaynağının mevcut olmadığı senaryolarda onları gereksiz kılmaktadır. Ayrıca, bu çözümler genellikle invaziv ve entübe mekanik ventilasyon tekniklerine yöneliktir. Türbin tabanlı pozitif basınçlı ventilatörler, non-invaziv ventilasyon yoluyla pulmoner tedavi için taşınabilirlik ve gelişmiş tedavi modları arasındaki boşluğu doldurmaktadır. Mevcut literatürde, solunum desteği için ekonomik açıdan verimli ve kolayca kullanılabilen bir platform olarak türbin tabanlı non-invaziv ventilatörlerin tasarlanması, değerlendirilmesi ve uygulanabilirliğine ilişkin kapsamlı incelemelerin azlığı dikkat çekmektedir. Araştırmalardaki bu eksiklik, özellikle evde bakım ventilasyonu alanında olmak üzere, acil durumların ötesine geçen bağlamlarda potansiyel uygulamalarının araştırılmasına kadar uzanmaktadır. Bu tez, sürekli pozitif basınç ve Bilevel pozitif basınç tedavisi sağlayabilen modüler bir solunum sisteminin oluşturulmasını incelemekte ve değerlendirmektedir. Bu araştırma çalışmasının ilk aşamasında, yüksek basınçlı türbin tabanlı pozitif basınç destekli, non-invaziv bir ventilatör tasarımı önerilmektedir. Geliştirilen donanım, basınç desteği ve hacim garantili basınç destekli ventilasyon olmak üzere çok modlu solunum tedavisi sağlayabilmektedir. Yeni modüler cihaz, hasta makine senkronizasyonunu en üst düzeye çıkarmak için geliştirilen yeni algoritmalar ve değişen pulmoner uyumluluk sırasında basınç tedavisi için sağlam kapalı döngü kontrol stratejisi ile non-invaziv bir solunum destek cihazı olarak çalışmaktadır. Bu araştırmanın ikinci bölümünde, non-invaziv ventilasyon sırasında gelişmiş solunum izleme ve kontrolü için yeni bir gerçek zamanlı kablosuz duyusal modül tekniği sunulmuştur. Önerilen teknikler, pasif sızıntı portlu tek uzuv devreleri kullanan sürekli pozitif basınç sistemlerinde mevcut izleme ve tedavi standartlarını geliştirmeye odaklanmaktadır. Önerilen kablosuz basınç ve akış izlemenin, geliştirilen modüler solunum cihazıyla birlikte uygulanması, cihazın farklı hasta solunum aşamalarını tespit etmedeki duyarlılığında iyileştirmeler sağlamaktadır. Ayrıca, bu kurulum dinamik sızıntıların hesaplamalı modelleme gerekliliğini etkili bir şekilde azaltmakta ve sonuç olarak İnvaziv Olmayan Ventilasyonda (NIV) inspiratuar ve ekspiratuar tidal hacimlerin hassas bir şekilde izlenmesini kolaylaştırmaktadır. Özellikle bu özellikler, tek uzuvlu pasif sızıntı devreleri kullanan geleneksel evde bakım ventilasyon desteğine kıyasla önemli bir ilerlemeyi temsil etmektedir. Bu araştırmanın üçüncü bölümünde, non-invaziv basınç terapisi modu sırasında gerçek zamanlı olarak elde edilen verilerden Makine öğrenimi teknikleri aracılığıyla pulmoner mekanikler için gerçek zamanlı değerlendirme yapılmaktadır. Pulmoner mekanikler, hasta bakımı için doğru terapi modu ve terapi basıncı veya hacim seviyelerinin sağlandığından emin olmak için kilit izleme parametreleridir, bugüne kadar pulmoner mekanik ölçümü için bir inhalasyon duraklatma manevrası uyarlanmıştır, bu manevra yalnızca hastanın türettiği solunumun olmadığı ve toplam solunumun ventilatör aracılığıyla kontrol edildiği invaziv mekanik ventilasyon sırasında mümkündür. Non-invaziv ventilasyon sırasında inhalasyon duraklatma manevrasının veya herhangi bir aktif spirometrinin olmaması, pulmoner mekaniğin izlenmesini son derece zorlaştırmaktadır; bu nedenle, sistem kaçakları olsun veya olmasın, komplians ve direnç gibi pulmoner mekaniği %95'in üzerinde genel bir doğrulukla tahmin edebilen makine öğrenimi tekniklerinin geliştirilmesi için yeni bir çerçeve sunuyoruz, bu da klinik müdahale olmadan akciğer mekaniğinin izlenmesine olanak tanıyan ve ventilatör kaynaklı akciğer hasarlarının önlenmesine yardımcı olabilecek yeni bir dijital çerçeveye yol açmaktadır.