Projeto de um simulador respiratório para aplicações neonatais.

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Campos, Arthur Barbosa de Almeida
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Control systems; Modelo respiratório; Neonatal; Respiratory model; Simulação; Simulation; Sistemas de controle
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-09032021-091919/

O presente trabalho aborda o desenvolvimento de um simulador respiratório para aplicações neonatais que seja capaz reproduzir 2 tipos fundamentais de ventilação: espontâneo e controlado por pressão. Para cumprir tal objetivo foram desenvolvidos 2 modelos, o primeiro relativo ao sistema respiratório neonatal e o último associado à construção física do simulador, ou seja, a planta de simulação. No aspecto biológico, um modelo RC de 5 compartimentos, incluindo uma resistência central e uma complacência relativa à caixa torácica foi desenvolvido com o intuito de reproduzir volumes, fluxos e pressões pulmonares que são os sinais de referência que alimentam a malha de controle. A utilização de 5 compartimentos, além de emular a anatomia humana, permite a simulação da respiração heterogênea. O esforço diafragmático foi modelado por uma função quarto de seno que permite iniciar o processo de inspiração e exalação quando espontâneo. Por outro lado, um equipamento baseado em uma bomba de seringa foi escolhido como a planta de simulação. Duas equações foram utilizadas, a primeira foi obtida através da lei de conservação de massa e relaciona a velocidade angular do motor com o fluxo e volume de saída da seringa. O segundo modelo foi alcançado através das relações de escoamento em orifícios, nesse caso foi possível associar a pressão dentro da seringa com a pressão de uma bomba externa. Na ventilação espontânea não há sistema de controle, a planta de simulação emite uma quantidade de volume e fluxo para o reservatório de ar de acordo com as variáveis de referência do modelo respiratório. Por outro lado, na ventilação controlada há sistema de controle de tal forma que a pressão dentro da seringa de ar seja semelhante à pressão pulmonar do modelo. Observa-se que nesse modo, o modelo respiratório emula a interação do neonato com um ventilador mecânico. De maneira geral, os resultados foram satisfatórios. As variáveis de controle acompanharam o sinal de referência com menos de 5% de erro em todos os cenários críticos escolhidos.