OxyControl
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OxyControl
ESTADO: en desarrollo
Miembros: Dario Salvi, Javier Montero, Javier Montaner, Enrique Vaquero (?), Eusebio Reyero (?)
Tambien disponible una ficha en ingles.
Objetivo
La idea es controlar el flujo proveniente de una bombona de oxigeno automáticamente y de manera continua a través de la medida de la oxigenación de la sangre con un pulsi-oximetro.
Motivación
Los pacientes en oxigeno-terapia tienen que controlar el volumen de oxigeno recibido todo el tiempo. Poco oxigeno, hipoxemia, significa mareos, desmayos e incluso perdida de conciencia, demasiado oxigeno, hyperoxemia, puede generar intoxicación.
La terapia de oxigeno se practica en recién nacidos y en adultos. En los recién nacidos el problema es particularmente delicado porque los efectos secundarios pueden afectar ojos, pulmones y el sistema nervioso central. En los adultos el problema es relativo a periodos en los cuales la demanda de oxigeno es superior a la media y sistemas no controlados no permiten ajustarse.
La oxigeno-terapia se usa en casa, durante el transporte al hospital y en muchas unidades hospitalarias.
La mayoría de los sistemas de oxigeno terapia, especialmente los que se usan para terapias a largo plazo (LTOT) en casa tienen como objetivo proporcionar un flujo continuo de oxigeno. Tipicamente se prescribe un cierto flujo sobre la base de una sola medida de oxigenación con el objetivo de tener la oxigenación encima del 90%. A veces a la bombona se le añade un sistema para la conservación del oxigeno que abre y cierra una válvula al detectar los ciclos de inspiración/espiración.
LTOT está asociado a mejoras generales como:
- stabilization of pulmonary arterial hypertension
- fewer cardiac arrhythmias and electrocardiographic findings suggestive of myocardial ischemia
- increased exercise capacity,
- improvement in neuropsychiatric function
- improvement in health-related quality of life
- reduction of exacerbations or hospitalizations
La mayoría de las guidelines medicas sobre terapia a largo plazo prescriben el flujo de oxigeno basándose en medidas hechas en reposo, por lo que concierne la actividad física, algunas guías sugieren en una prueba de esfuerzo de 6 minutos caminando ref. No obstante, muchos pacientes en casa sufren desaturaciones severas durante el sueño o durante las actividades diarias que pueden no ser reconocidas durante la prueba de caminata. Por ejemplo:
- Por la noche, los pacientes en COPD sufren mas desaturaciones ref que pueden provocar hypoxemia e hypercapnia severas
- Habría que prescribir distintos flujos para distintas fases del día (descanso, actividad, dormir etc.) basados en distintas medidas de SPO2 ref
- No hay una buena correlación entre los valores de oximetría calculados en las pruebas y los valores futuros ref
Algunas guidelines de hecho recomiendan medir la oximetría durante el tratamiento como American Thoraci Society
Esto siguiere que sería mejor proporcionar el oxigeno basándose en la medida actual de la saturación de oxigeno.
El objetivo de este sistema es proporcionar la justa fracción de oxigeno inspirado (FIO2: Fraction of inspired oxygen) a través de la medida de la oxigenación sanguínea con pulsioximetria.
Las ventajas de un sistema de control en bucle cerrado son:
- Minimiza episodios de desaturación
- Evita administración excesiva de oxigeno que podría causar acidosis respiratoria
- Customiza el flujo de oxigeno según las exigencias del paciente, especialmente durante actividad y sueño
En primera instancia se va a elegir como población tratada los adultos en terapia domiciliar a largo plazo.
Estadísticas y Mercado
Incidencia y costes:
- Mas que un millón de pacientes en EEUU están en terapia a largo plazo (Long Term Oxigen Therapy, LTOT) con un coste de 1,8 mil millones de dolares ref.
- Otras fuentes dicen que los gastos en EEUU por LTOT superan los 2 billones, y que el gasto mayor se lo llevan las bombonas portátiles ref.
- En Inglaterra se proporcionan 2 millones de tratamientos cada año en el transporte al hospital ref
- En el mundo, se estima que que en total decenas de millones de personas reciben oxigeno.terapia cada año ref.
- Actualmente existen en España entre 480 mil y 490 mil tratamientos asociados a las terapias respiratorias domiciliarias, Las principales indicaciones de estas terapias son el Síndrome de Apnea Obstructiva del Sueño, la Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica, la EPOC Hipercapnica y el Síndrome de Hipoventilación-Obesidad ref
- En España, el numero de terapias respiratorias domiciliarias ha aumentado de manera lineal en España con una tasa de crecimiento interanual entre el 10-15% hasta llegar a los 480mil millones de euros en el 2010. El coste total presupone alrededor del 0,5% del presupuesto total de salud. ref
- En España, la Oxigeno-terapia se lleva alrededor del 29% de las terapias respiratorias domiciliarias ref.
- En España, el 84% de las oxigenoterapias se proporcionan con botellas y concentradores de oxigeno, solo el 16% se proporcionan con oxigeno liquido o concentradores portátiles. El total de los dispositivos utilizados el 31 Diciembre 2009 es 121624 ref.
- La EPOC es la principal patología para la cual está prescrita la oxigenoterapia (65% de los casos) seguida por insuficiencia cardíaca e hipertensión pulmonar. Se prevé que la prevalencia de la EPOC crezca de un 14% cada año ref.
- Se prevé que la EPOC sea la tercera causa de muerte a escala mundial en el 2020. En España alrededor de un 10,2% de la población adulta mayor de 40 años la padece aunque el 75% de estos casos no están diagnosticados ref.
- El tratamiento de un paciente EPOC en estadio IV con oxigenoterapia podría conllevar un ahorro medio para el sistema nacional de 1300 euros por año ref.
Para estudiar todavia:
Mercado:
- En su mayor parte (95%) los tratamientos asociados a las Terapias Respiratorias Domiciliarias están financiadas por el Sistema Nacional de Salud mediante concurso publico ref
- La prestación la realizan empresas privadas proveedoras de tecnología y servicios sanitarios
Antecedentes
Existe una variada literatura al respecto. Un articulo recién salido que cubre un poco todas las cauisticas es este.
En el articulo se citan sistemas para control de oxigenación en hospitales, para recién nacidos y también para adultos en terapia domiciliar. El ejemplo mas parecido a OxyControl es AccuO2. Es un sistema basado en oximetria, desarrollado por OptiSat Medical (el sistema no está en venta todavía, contacté con ellos y parece que todavía no tienen claro cual seria el modelo de business y si el hospital se los va a comprar). Según un piloto hecho en el Minneapolis Veterans Affairs Medical Center sobre 28 pacientes, el sistema es capaz de estabilizar la oxigenación mejor que un flujo continuo de oxigeno.
Otro sistema es el FreeO2, probado con pacientes sanos a los cuales se les inducía hipoxemia con una mezcla de aire y nitrógeno. El sistema ha sido desarrollado en colaboración con el departamento de electronica e ingenieria informatica de la Laval University, Québec. Dice que quieren hacer una patente.ño
Un sistema parecido es también O2 Flow Regulator desarrollado por Dima, Bologna, Italia. El sistema está pensado para que pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica en terapia de oxigeno puedan hacer ejercicio sin ir en demanda de oxigeno.
Otro estudio dice que optimizando la prescirpción en base a la medida de oxygeno conlleva ref: 1) a significant increase in the percentage of time that the SpO2 is between 88% and 92%, (2) a significant decrease in the amount of oxygen prescribed, (3) a slight increase in the amount of time that the SpO2 is below 88% that was not statistically significant.
Métodos y técnicas utilizadas
Hardware:
- Arduino Diecimila
- shield eHealth de Libelium
- Electro válvula proporcional EV-P-05-2550-M5 de Clippard
- Circuito de control de válvulas de Clippard
Software:
- Es necesario cambiar la frecuencia del PWM a por lo menos 2000Hz con este truco
Detalles
De momento están todas la piezas, falta calibrar el circuito de control de la válvula y probarlo con una bombona y posiblemente un medidor de flujo. Bombona y medidor de flujo habría que comprarlos o ir a buscarlos en algún laboratorio.
El controlador de Clippard tiene un LED de estatus. Su lógica es la siguiente:
Indicators: The EVD hast two LEDs. A red LED indicates that a power signal of sufficient voltage is properly connected to the board. The green LED is for status and faults, it functionality is described below:a) Under normal conditions (no faults) the green LED is on when the command is bigger than the command dead band (command value at which the driver starts supplying current). b) If the Voltage Command is more than 29.2V, the driver will be operating in the Fault Mode. The PWM output is forced to zero and disabled. While in high voltage fault, the green LED will blink 3 times, pause for 1.5 seconds, and then start blinking again. If the Voltage Command drops under 29.2 volts the driver will return to working normally. c) If the power supply voltage is less than 6.5 volts, the driver will also be in the Fault Mode, the LED will blink 4 times, pause for 1.5 seconds and then will start blinking again. The same would happen if the outputs (M+ and M-) are shorted or if the driver is overheating. These 3 faults have the same visualization process (4 blinks).
Once in Fault Mode, the Driver will not leave until the condition causing the fault is fixed. The driver tests for the fault every 5 blinking cycles.
Posibles cambios/mejoras:
- En sustitución del controlador Clippard me han aconsejado este circuito en el foro de Arduino, otras posibilidades pueden ser utilizar un MOSFET, un transistor Darlington, uno unity gain amplifier o un digital potentiometer
- En sustitución del sensor de Libelium, sería mucho mas practico un sensor para oreja como este
- La valvula proporcional chupa corriente todo el tiempo. En vista de un dispositivo con bateria sería mucho mas sensato usar una valvula que solo use energia cuando cambie de estado. Clippard tienen una linea de este estilo pero está pensada para flujos y presiones mas grandes (quizás saquen modelos mas pequeños?).
Participación en el programa IDEA2
El proyecto ha sido presentado en el programa Idea2 organizado por el consorcio M+Vision, que incluye la Comunidad de Madrid con Madrid I+D y el MIT. De momento el proyecto ha entrado en fase de finalista, futuros desarrollos dependerán de los consejos que aportarán los mentores proporcionados por el programa.
