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開発者は、低コストの人工呼吸器設計でCOVID-19の取り組みを支援します

人工呼吸器は、肺の酸素を維持し、二酸化炭素を除去するように設計されています。ウイルスは肺の繊毛を攻撃する可能性があるため、これらは重症のCOVID-19症例の治療に重要なツールです。これが起こると、粘液が肺に蓄積し、二次感染のリスクが高まり、肺による酸素の吸収が妨げられます。コロナウイルス患者の数が非常に多いために医療施設が崩壊しているため、この不確実な時期に多くの緊急事態に直面しています。その中でも特に呼吸器の不足があります。 COVID-19は世界中に急速に広がっています。この高い普及率のため、多くの病院のリソースはすぐには利用できません。多くの業界や企業が、マスク、呼吸器、綿棒、医薬品、人工呼吸器など、さまざまな医療および健康機器を記録的な速さで構築しています。 COVID-19の最大の問題は肺の閉塞であるため、後者は人々が呼吸を継続したり、より良く呼吸したりすることを可能にします(図1 )。この必要な時期に、技術志向の人々は、人工呼吸器を含む患者を支援することを目的としたデバイスを計画および製造するための大規模なオープンソースプロジェクトを開始しました。このプロジェクトには、何百人ものエンジニア、医療専門家、研究者が参加しました。多くの設計者は、3D印刷やその他のテクノロジーを使用して、スペアパーツや機器をオンデマンドで作成しています。

図1:プロの人工呼吸器(画像:Hamilton Medical)

人工呼吸器はどのように機能しますか?

これらのデバイスは、肺に酸素を取り込み、二酸化炭素を除去することで呼吸をサポートします。酸素はモニターで制御できます。人工呼吸器は、口または鼻に配置されたチューブを介して患者に接続されます。最新の人工呼吸器は、小型の組み込みコンピューターによって電子的に制御されています。これらはライフクリティカルシステムとして分類されており、信頼性を確保するために高度な予防措置を講じる必要があります。

プロジェクト

さまざまな人工呼吸器の設計(その多くはGitHubにも存在します)は、病院や家庭に十分なデバイスがない場合に重要な役割を果たします。多くのアイデアには、急性肺危機の際の呼吸を助けることができる低コストの初歩的な人工呼吸器の構築が含まれます。ただし、これらは人々の病状に影響を与えるデバイスです。このため、医師に相談し、インターネット上で見つかったランダムな情報を考慮に入れてはなりません。実際、特に高圧で動作する場合、人工呼吸器の使用には重大なリスクがあります。

低コストのオープンソース人工呼吸器デバイス(PAPR)

このプロジェクトはGitHubで入手できます(図2 )。これは、適切に使用すれば多くの命を救うことができる低コストのデバイスです。プログラム可能な呼吸数(10〜16呼吸/分)で動作し、最大45 cmH20の最大気道内圧を生成できますが、20cmH20を超えると危険な場合があります。それは大気(21%の酸素を含む)を押すだけです。他の酸素化率については、専門の機器が必要ですが、このデバイスは、代替手段がない緊急事態で有用で価値があります。プロジェクトはまだ変更や提案のために開いています。作成者は、デバイスの大量生産のために企業やサプライヤーと協力することができます。実際、一部のコンポーネントは短期的には簡単に入手できない場合があります。デバイスはまだ最小限です。ウイルスの拡散を最小限に抑えるための徹底的なシステムを設計することは興味深いでしょう。実際、ウイルスを含む液滴が空中に浮遊している、すでに感染している環境でのみ機能します。運用管理はArduinoに委託されています。停電が発生した場合に人工呼吸器が危険になるのを防ぐために、システムとソリューションも検討する必要があります。

図2:人工呼吸器プロジェクト(画像:GitHub)

パンデミック人工呼吸器

このプロジェクトはInstructablesで利用でき、簡単に利用できるコンポーネントで作成できます(図3 )。それは完全にDIY技術に基づいていますが、目的は命を救うことです。非常用人工呼吸器として使用できます。このタイプの治療を求める人の数は、おそらく現在の既存の人工呼吸器の数よりも多いでしょう。病院は必要なすべての人工呼吸器を購入することはできません。それは不可能でしょう。このデバイスは非常にシンプルなデザインですが、最新の電子制御システムを使用しています。木材、テープ、ビニール袋、ねじ込み管、電磁弁、磁気スイッチ、PLCを使用しています。デバイスは、ハードウェア機能とソフトウェア機能の両方で継続的に更新および改善されています。プロジェクトで報告された情報は、提示されたプロトタイプは実験目的のみであり、安全性テストは実施されていないことを警告しています。実際、人工呼吸器は潜在的に危険な装置であり、訓練を受け認定された医師のみが使用する必要があります。したがって、その使用は、彼または彼女自身の責任の下で実行されます。それは基本的に、木、バルブ、パイプでできているベローズユニットで構成されています。 PLCコントローラー;いくつかのワイヤーとスイッチ;と電源。ユニット全体は、18×21×0.5インチの合板に取り付けられています。通常開および通常閉のバルブが必要です。空気で作動させるには、直動式ソレノイドタイプである必要があります。テフロンテープとアダプターを備えたねじ込み継手も必要です。ベローズは大きなフリーザーバッグで作られています。

図3:パンデミック人工呼吸器(画像:Instructables)

バルブはパイプで接続され、ベローズへのTがベローズユニットの中心と揃うように取り付けられています。ここでは、テフロン製のねじ込みパイプ継手が使用されています。ベローズヒンジは、1.5×7×0.625インチの4つの部品でできています。合板片と1.5×1.5×17インチ。木片、2つの3インチ。ヒンジ。および2×12.5インチ。強化。 図4 構造の詳細を示しています。ベローズは、下の2枚の合板をバッキングボードにねじ込むことによって作られています。バッグは、操作中にキャリッジボルトのナットとワッシャーを使用して2つの合板セクションの間に固定されます。ベローズのセンサーポール付近の端に磁石を取り付け、センサーポールにセンサーを取り付けます。ベローズ用のバッグを作るために、私は大きなZiplocフリーザーバッグを使用しました。ジッパー部分を切り取り、0.5インチを挿入します。プラスチックチューブを中央に挿入し、タックテープを使用してエッジをシールして補強します。チューブは、0.25インチの端を滑らせることができるようにバッグから十分に突き出ている必要があります。配管のニップル部。ベローズバッグのテープで留められた縫い目は、合板セクションの下部にある必要があります。ヒンジ付きカバーを取り付けてから、上部の17インチを取り付けます。セクション。長さ4インチの0.25インチと一緒にクランプします。キャリッジボルト、2つのナット、および2つのワッシャー。 PLCユニットはAutomationDirectのDirectLogic 06DO-06DRです。彼らのユニットは低コストで十分な柔軟性があり、プログラミングできる無料のソフトウェアがたくさんあります。他のPLCユニットを使用して、独自の制御プログラムを作成することもできます。 PLCの他に、システムを起動するために24V電源とオン/オフスイッチも必要になります。プログラムはラダーロジックで書かれています。基本的に次のように機能します:

配線図は次のとおりです。

図4:パンデミックベンチレーターの構造の詳細(画像:TEMPO.CO)

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