大学が COVID-19 患者を治療するための低コストの人工呼吸器を構築

クレジット：研究者/ MITの厚意による

COVID-19事件の継続的な急増により、世界規模の医療システムの能力に負担がかかるため、世界中の大学が、換気装置の緊急のニーズを満たすための支援策を講じています。

新しいコロナウイルスによって引き起こされる病気は、すでに世界中の病院を限界まで押し上げています。米国のさまざまな地域の病院では、仮面から人力まで、ほとんどすべてが不足しています。おそらく、医療サービス担当者にとって最も差し迫った問題は、人工呼吸器の不足です。チューブを介して患者の肺に空気を送る人工呼吸器は、攻撃的な呼吸器疾患を治療する上で重要なツールです。

肺炎と同様に、コロナウイルスは呼吸器系を攻撃し、肺を液体で満たし、患者の呼吸を困難にします。最も重篤なCOVID-19の症例（患者の約2.3％）だけが人工呼吸器を必要としますが、そうしない人は人工呼吸器なしでは死亡します。

米国には約160,000の換気装置があります。まだ定員には達していませんが、最悪の被害を受けた地域の一部の病院は間近に迫っています。過去XNUMX週間で、一部のニューヨークの病院は、XNUMX人の患者が同じ人工呼吸器で治療される「人工呼吸器の共有」に頼りました。

国際的に、最も大きな打撃を受けたヘルスケアシステムは、同様のリソース問題に対処しています。イタリアでは、一部の病院が配給ケアを余儀なくされ、高齢の患者や生存の可能性が低い患者からリソースを遠ざけています。

不足の悪化を予測して、民間部門と公的部門が動員して大規模な換気装置を生産しています。フォード、テスラ、GMを含む自動車会社は、製造プラントを変換して換気装置を生産し始めました。テスラは、FDA承認済みの追加の人工呼吸器を世界中の配送地域内の病院に出荷し、デバイスや配送のいずれかを請求することなく、Elon Muskがすぐに使用できるようにします。ツイート二日前。

米国および世界中の多くの大学が、迅速に構築および配布できる低コストの換気装置を設計するプロジェクトを開始しています。プロジェクトはアプローチが異なりますが、すべてが不足している地域で緊急換気システムへのアクセスを増やすという目標を共有しています。家庭用品、金物店で見つけることができる製品、Arduinoボード、一般的な医療用品を利用して、これらのDIYスタイルの低コストの人工呼吸器は、命を救うことになります。

これは、世界中の大学で製造されている人工呼吸器の一部です。

ライス大学

ライス大学では、カナダのグローバルヘルスデザインチームであるMetric Technologiesと協力して働く学生とエンジニアのチームが、自動バッグバルブベンチレーターシステム生産にかかる費用はたったの$ 300です。

人工呼吸器は、標準的なバッグバルブマスクを圧迫する機械装置で構成されています。 CPRを実行するときに救急隊員が一般的に使用するバッグバルブは、通常、手動で操作されます。オペレーターはバッグを圧迫し、空気を患者の肺に押し込みます。それらは患者に空気を供給するのに効果的ですが、一度に数分以上手動で操作することは困難です。

ライス大学の研究者が作成したシステムは、このプロセスを自動化します。

プロトタイプでは、主に3Dプリントされたレーザーカットパーツから構築された機械装置がバッグバルブを圧縮します。このデバイスは、Arduinoボードを使用して、さまざまな患者のニーズに合わせて肺への空気供給の速度を調整するようにプログラムできます。

このデバイスの将来のバージョンには、肺への空気の流れをさらに調整するための追加のモーターとセンサーが含まれる予定です。現在のところ、このデバイスは、危機的状況にある患者の治療に現在使用されている大規模な人工呼吸器に代わるものではありません。

ライス大学のオシュマンエンジニアリングデザインキッチンのエグゼクティブディレクターであるエイミーカヴァレヴィッツ氏は、ニュースリリースで、「当面の目標は、非クリティカルなCOVID-19患者を安定させ、大規模な人工呼吸器をよりクリティカルな患者に解放するのに十分に機能するデバイスです。」

フロリダ大学

フロリダ大学では、研究者がオープンソース、低コストの人工呼吸器プロトタイプ PVCの水道管や芝生のスプリンクラーバルブなど、一般的なハードウェア用品を使用します。

このプロジェクトは、UFシミュレーションエンジニアのDavid Lizdasと、電気技師でUFの元麻酔学教授であるGordon Gibbyと協力して、長年のUF麻酔学プロセッサSamsun Lampotangが主導しています。

彼らのDIY換気システムは、標準のハム無線DC電源から電力を供給できるトランジスタドライバーと、呼吸数を正確に調整するために使用できるArduinoベースの制御ソフトウェアを使用しています。

チームは現在、規制要件を満たすための安全機能の開発に取り組んでいます。オープンソースの図やソフトウェアリポジトリを含む人工呼吸器の詳細は、プロジェクト用に作成されたWebサイト、リソースを持つ誰もがDIY人工呼吸器を再作成できるようにします。

全体として、このマシンはわずか125ドルから250ドルで構築できます。

イリノイ大学アーバナシャンペーン校

イリノイ大学アーバナシャンペーン校では、40人を超える研究者のチームがイリノイRapidVent、」COVID-19患者のための緊急換気装置の実用的なプロトタイプ。

Illinois RapidVentは、すぐに利用できる酸素源または酸素タンクに接続でき、定期的に圧力制御された酸素を患者に提供します。これまでのところ、プロトタイプは75時間以上、または125,000回を超える呼吸サイクルを実行しており、その性能は市販の換気装置と同等です。

ミネソタ大学

ミネソタ大学の研究者は、スケーラブルで低コストの人工呼吸器システム医療機関への迅速な導入を目的として設計されています。

このシステムには、金属スタンプ、3Dプリント、または改造された消費財から構築できるフレームと、バッグバルブを自動的にポンピングする機械的アクチュエータが含まれています。

マサチューセッツ工科大学

MITは、人工呼吸器設計プロジェクトそれはXNUMX年前に始まりそして終わりました。

2010年、MITの学生と教職員のグループが、ライス大学やミネソタ大学のプロトタイプのように、バッグバルブを使用して空気を送り込む緊急用換気装置の設計を作成しました。

元の研究チームが論文を医療機器のジャーナル設計の概要を示していますが、実際に人工呼吸器を製造したことはありません。 COVID-19の発生が始まった後、MITのボランティアエンジニア、医師、コンピューター科学者はプロジェクトを再開し、新規コロナウイルスに感染した患者に使用するための設計をさらに進めています。