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La soluzione di rilevamento dell'ossigeno TDLAS di Cubic garantisce un monitoraggio affidabile e a lungo termine dell'ossigeno per i sistemi di ventilazione

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In che modo il sensore di ossigeno a laser Cubic consente un monitoraggio accurato e stabile dell’O₂ in contesti respiratori dinamici

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Le sfide legate alla misurazione dell’ossigeno nei moderni sistemi di ventilazione

Il controllo accurato dell’erogazione di ossigeno è considerato un requisito prestazionale essenziale nei moderni sistemi di ventilazione, in cui la frazione di ossigeno inspirato (FiO₂) deve essere regolata con precisione e monitorata continuamente in un ampio intervallo operativo. Errori nell’erogazione dell’ossigeno, sia in caso di sottoerogazione che di sovraerogazione, possono comportare rischi clinici quali l’ipossiemia o un’eccessiva esposizione all’ossigeno, che possono contribuire allo stress ossidativo e al conseguente danno polmonare. In condizioni operative reali, tuttavia, la concentrazione di ossigeno non è statica, ma è continuamente influenzata dalle variazioni di flusso, dalla miscelazione dei gas e dalle regolazioni del sistema di controllo.

In queste condizioni dinamiche, la misurazione dell’ossigeno diventa un’operazione in cui il tempo è un fattore critico e la stabilità è fondamentale. Le rapide fluttuazioni della portata e della composizione del gas richiedono che i sensori rispondano rapidamente, mantenendo al contempo una precisione costante, senza essere influenzati da vibrazioni, cambiamenti ambientali o interferenze da altri gas e umidità.

Ciò impone requisiti più elevati al rilevamento dell’ossigeno all’interno del sistema, in particolare nelle applicazioni che richiedono un monitoraggio affidabile in tempo reale.

Soluzione avanzata di rilevamento dell’ossigeno TDLAS di Cubic per applicazioni mediche

Gli approcci convenzionali al rilevamento dell’ossigeno, compresa l’analisi paramagnetica dell’ossigeno, sono stati ampiamente utilizzati nei sistemi di ventilazione; tuttavia, in ambienti operativi sempre più dinamici, si stanno esplorando tecnologie di rilevamento alternative per soddisfare requisiti più elevati in termini di reattività, precisione e stabilità.

In risposta alle crescenti esigenze di precisione e affidabilità dei sistemi di ventilazione di fascia alta, Cubic, produttore leader di sensori e analizzatori di gas, ha sviluppato Gasboard-2512, un sensore di ossigeno compatto basato su tecnologia laser progettato specificamente per applicazioni mediche, in grado di fornire misurazioni dell’ossigeno stabili e ad alta precisione in ambienti respiratori dinamici.

• Principio di misurazione ottica ad alta selettività
Basato sulla tecnologia TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy), Gasboard-2512 misura la concentrazione di ossigeno rilevando l’assorbimento di una lunghezza d’onda laser specificamente assorbita dalle molecole di ossigeno, consentendo una misurazione accurata dell’ossigeno all’interno di miscele complesse di gas respiratori con una forte resistenza alle interferenze da parte di altri gas e dell’umidità.

• Risposta rapida per il monitoraggio in tempo reale
Nella ventilazione meccanica, le condizioni dei gas respiratori variano continuamente ad ogni ciclo respiratorio, rendendo essenziale il monitoraggio dell’ossigeno respiro per respiro per la gestione in tempo reale del paziente e il feedback del sistema.

Con un tempo di risposta di 200 ms (a 250 mL/min), Gasboard-2512 è in grado di seguire le variazioni della concentrazione di ossigeno respiro per respiro, consentendo un monitoraggio accurato e in tempo reale della FiO₂ in condizioni respiratorie dinamiche.

• Funzionamento senza calibrazione e stabilità a lungo termine
La lunghezza d’onda del diodo laser di Gasboard-2512 rimane stabile nel tempo, poiché è determinata dalle proprietà fisiche del materiale semiconduttore. La stabilità intrinseca della lunghezza d’onda garantisce che il sensore mantenga prestazioni di rilevamento dell’ossigeno costanti per tutta la sua durata operativa senza necessità di ricalibrazioni periodiche. Al contrario, le tecnologie di rilevamento convenzionali che si basano su componenti meccanici o termosensibili sono soggette a derive prestazionali nel tempo, richiedendo ricalibrazioni programmate per mantenere l’accuratezza delle misurazioni, con conseguente aumento della complessità della manutenzione e dei tempi di inattività del dispositivo.

• Design resistente alle vibrazioni per applicazioni mobili e cliniche
Essendo un dispositivo ottico a stato solido, il Gasboard-2512 non contiene componenti mobili o sospesi meccanicamente. Il raggio laser attraversa il gas campione lungo un percorso ottico fisso e la misurazione non è influenzata da disturbi fisici o variazioni di orientamento. Ciò rende Gasboard-2512 adatto all’uso in ventilatori da trasporto e in altre applicazioni in cui non è possibile garantire la stabilità meccanica, condizioni in cui le tecnologie di rilevamento che si basano su gruppi meccanicamente sospesi sono soggette a incongruenze di misurazione.

• Forma compatta per una facile integrazione medica
Tenendo conto dei requisiti di spazio dei moderni ventilatori e delle macchine per anestesia, il Gasboard-2512 è stato sviluppato per integrarsi perfettamente nelle piattaforme dei dispositivi medici. Con dimensioni di 45×31×30,5 mm, il sensore si adatta a requisiti di spazio ridotti senza compromettere le prestazioni di misurazione, rendendolo adatto sia a piattaforme di ventilatori fissi che portatili. L’uscita digitale tramite UART consente l’interfacciamento diretto con i controller principali del sistema senza necessità di ulteriore condizionamento del segnale.

Con il continuo progresso dei sistemi di ventilazione, le prestazioni dei singoli componenti di rilevamento diventano sempre più determinanti per l’affidabilità complessiva del sistema e per gli esiti clinici dei pazienti. Con una durata operativa di oltre 10 anni, Gasboard-2512 è progettato per rimanere una componente stabile e affidabile di tale sistema per l’intero ciclo di vita operativo dei dispositivi in cui è integrato.

Perché scegliere Cubic

Con oltre due decenni di esperienza nella tecnologia di rilevamento dei gas, Cubic ha sviluppato una profonda competenza nelle piattaforme di misurazione NDIR, TDLAS e a ultrasuoni. Il ricorso a tecnologie di rilevamento sviluppate internamente garantisce che i prodotti, tra cui il Gasboard-2512, siano realizzati su una base tecnica collaudata, con prestazioni di misurazione e affidabilità a lungo termine convalidate da una vasta esperienza applicativa in ambito medico e sanitario.

La produzione interna di Cubic dei sensori principali e dei componenti chiave, unita a un rigoroso controllo di qualità che copre l’assemblaggio ottico, la calibrazione e l’integrazione elettronica, garantisce coerenza e tracciabilità in ogni fase della produzione.

Per i produttori di dispositivi medici che intendono integrare il rilevamento preciso dell’ossigeno nelle piattaforme dei ventilatori, Cubic offre modelli flessibili di partnership OEM e ODM supportati da capacità integrate verticalmente. La tecnologia TDLAS sviluppata internamente, l’assemblaggio ottico, la calibrazione e l’integrazione elettronica in-house forniscono una base produttiva controllata, mentre i team di progettazione hardware e sviluppo software supportano l’adattamento a interfacce, fattori di forma e architetture di sistema specifiche del cliente. Dalla validazione del prototipo alla produzione su larga scala, il team di ingegneri di Cubic lavora a fianco dei partner per soddisfare gli standard di prestazione e tracciabilità richiesti nello sviluppo di dispositivi medici, consentendo un time-to-market più rapido senza compromettere la qualità delle misurazioni.