ハック・ザ・クライシス：エンジニアリング学生がDIY人工呼吸器を作る

報告によれば、ニューヨーク市だけでも数千の呼吸器が必要であり、十分な数の呼吸器がすぐに手に入りません。医療メーカーは生産を増やしています。防衛生産法に基づいて運営されているゼネラルモーターズは、8月までに 30、000台を出荷すると発表した。ダイソンやテスラのような企業でさえ、争いに飛び込んでいます。

しかし、米国で使用されている人工呼吸器は、高度に設計された高度に設計された機械であり、それぞれの費用は$ 5、000から$ 5 0,000であり、幅広いサプライヤーからの多くの特殊コンポーネントが必要です。オフショア、人員不足、または現在封鎖されている人。

実用的な代替手段として、ライス大学のブラウンスクールオブエンジニアリングの学生は、病院グレードの換気を提供する既成の部品から基本的な装置を作成しましたが、費用は数百ドルです。

換気装置の基本はかなり単純です。コロナウイルスは肺に炎症を引き起こす可能性があり、これは空気から血液に酸素を移動させる膜を遮断します。ベッドサイドベンチレーターは、肺に空気を押し込んでそれらを開きます。患者はより多くの酸素を受け取り、安定して回復する機会があります。

昨年、ライスのオシュマンエンジニアリングデザインキッチン（OEDK）で働く生物工学および機械工学の学生の上級チームは、手動バッグバルブマスクの圧縮を自動化する費用対効果の高いデバイスを設計および構築しました。 BVMは、フェイスマスクに取り付けられた柔軟な空気チャンバーで構成されています。バッグを絞ると、空気が一方向弁を通って、自分で呼吸が困難な挿管患者の肺に押し込まれます。これらのマスクは、ほぼ 70 年間使用されており、通常、救急医療担当者によって携帯されます。世界中で、 100 100万以上のBVMが毎年製造されています。

しかし、マスクは一度に数分以上、手で絞ることは困難です。自動化システムは、このタスクを数時間実行できます。生徒たちは、標準の$ 25 モーターと$ 5 マイクロコントローラーを使用して、システムに電力を供給し、プログラムしました。ユニットの「コンプレッサー」は、主に 3 Dプリントされたプラスチック部品で作られたラックアンドピニオンデバイスで、袋を周期的に絞るパドルが付いています。彼らは、このデバイスが発展途上国の低リソース病院、または携帯型人工呼吸器が不足している緊急事態の間に役立つと予想しました。

現在、COVID-19の危機が激化する中、初期のプロトタイプの計画を求める要求が大学に注がれています。ライスのOEDKのスタッフは、学生のプロトタイプをすぐにアップグレードして、医療グレードで、使い捨てと見なすのに十分経済的なApolloBVMユニットを作成しました。

ApolloBVMは、いくつかの 3 Dプリントおよびレーザーカットパーツで構成されていますが、ほとんどのコンポーネントはオンライン小売業者や金物店から簡単に入手できます。これには、Servo CityのgoBildaモーター、McMaster-Carrのギアとファスナー、Mouserの電気部品が含まれます。 Ambuは基本的なBVMを作成します。そして、Amazonから購入したArduinoボードは、ユーザーが患者への空気供給の速度を調整できるプログラミングを容易にします。

自動化されたBVMユニットは$ 250未満で製造され、エントリーレベルの商用換気装置よりも大幅に低いコストでした。

この装置は、標準の低圧吸気ポートを通じて壁またはタンクベースの酸素に対応します。 LCDディスプレイにより、ユーザーは操作パラメーターを設定し、圧縮を開始または停止できます。コントロールには、現在、 5 〜 30 bpm（ 1 bpm刻み）、 300 〜{{6}の呼吸数を許可する成人、子供、小児の設定があります} ml（ 50 mL刻み）、可変陽圧、および調整可能な吸気：呼気比。 ApolloBVMは約 14 × 16 × 7 インチです。大きさは 10 ポンド未満で、ポータブルベッドサイドテーブルでの使用に適しています。これは、 120 Vac、 0010010 lt、15 Wの電力を使用して供給されます。

ライスがチームの新しいプロトタイプの完成を3月に発表して以来、 27、 50 国以上の何百人もの臨床医、エンジニア、メーカー、日曜大工がプロジェクトに関する情報を要求しています。 ApolloBVMのオープンソースプランはオンラインで公開されており、世界中で無料で利用できます。

国防総省は、ApolloBVMに関心のあるグループの1つです。米海軍はいくつかの機関に、広く利用可能なリソースで迅速に生産できる低コストの機械的換気支援システムを開発するための提案を提出するよう要請しました。 OEDKのエンジニアリング設計責任者であるDanny Blackerは、次のように述べています。

ApolloBVMは、世界中でコロナウイルスが蔓延し、迫り来る人工呼吸器が不足しているため、標準的な病院の人工呼吸器が利用可能になるのを待つ間、重症度の低いCOVID-19患者を支援できます。 「当面の目標は、非クリティカルなCOVID-19患者を安定に保ち、より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」とOEDKのエグゼクティブディレクターであるAmy Kavalewitzは述べました。

「これは人工呼吸器が不足している病院に変化をもたらすだろう」とベイラー医科大学の救急医学の助教授であり、米工学チームの顧問であるRohith Malya博士は言った。 「迅速に生産できる生産施設と関係がある場合は、FDAの緊急使用許可を求める必要があります。それを実現するためにローカルで作業しています。」

人工肺を使用したラボテストでは、最新のプロトタイプにより、デバイスがオフになるまで 24 時間、ノンストップエアが供給されました。次のステップは、Texas Medical Centerと協力して人間の患者でテストし、病院グレードのデバイスの生産を増やすことを模索しているメーカーと協力することです。