Modul pro řízení exspiria při multifrekvenční ventilaci

Abstract

Tato práce se zabývá návrhem, konstrukcí a testováním exspiračního modulu pro použití v systému multifrekvenční mechanické ventilace. Cílem bylo vyvinout zařízení schopné řídit exspirační ventil v rozsahu 040cm HO s krokem 1cm HO. Řízení je realizováno pomocí proporcionálního tlakového regulátoru ovládaného napěťovým signálem generovaným převodníkem z výstupu se střídavou šířkově modulovanou složkou mikropočítače Raspberry Pi. Modul byl kalibrován a testován za různých podmínek a jeho výstupy byly analyzovány pomocí lineární regresní analýzy. Kalibrační přímka vykazovala vysokou míru shody (R² = 0,99), což potvrzuje linearitu systému a umožňuje přesné nastavení výdechového tlaku softwarovou cestou. Experimentální měření potvrdila schopnost modulu udržovat tlak s maximální relativní chybou do 5%, a to v souladu s požadavky normy ČSN EN ISO 80601-2-12. Modul byl následně integrován do pacientského okruhu s nesynchronizovanou inspirační větví a testován na modelu plic. Výsledky ukazují, že vliv inspiračních tlakových pulzů způsobuje drobné odchylky v měřeném výdechovém tlaku, které však lze potenciálně eliminovat implementací zpětnovazebního řízení. Celkově navržený modul prokázal funkčnost, stabilitu a kompatibilitu se systémem multifrekvenční ventilace a poskytuje základ pro další vývoj směrem k plnohodnotnému řízení výdechu v klinickém prostředí.This thesis focuses on the design, construction, and testing of an expiratory module for use in a multi-frequency mechanical ventilation system. The aim was to develop a device capable of accurately regulating expiratory pressure in the range of 040cm HO with a resolution of 1cm HO. Control was achieved using a proportional pressure regulator operated by an analog voltage signal converted from a PWM output of a Raspberry Pi microcontroller. The module was calibrated and tested under various conditions, and the output data were analyzed using linear regression. The resulting calibration curve demonstrated a high degree of correlation (R² = 0.99), confirming the linear behavior of the system and allowing precise software-based pressure control. Experimental results showed that the module maintained pressure with a maximum relative error of 5%, in accordance with the requirements of the ČSN EN ISO 80601-2-12 standard. The module was then integrated into a patient breathing circuit with an asynchronous inspiratory branch and tested on a lung model. The influence of inspiratory pressure pulses caused minor deviations in the expiratory pressure, which could potentially be eliminated through implementation of feedback control. Overall, the designed module demonstrated functionality, stability, and compatibility with a multi-frequency ventilation system, providing a foundation for further development toward clinical application.