Как выглядит надежный вентилятор с открытым исходным кодом?

Aug 28, 2023

Аппараты искусственной вентиляции легких играют ключевую роль в лечении самых тяжелых случаев коронавируса. Экспоненциальный рост инфекций и числа пациентов с респираторной недостаточностью опережает количество доступных аппаратов искусственной вентиляции легких. Во времена кризиса каждый ищет способы помочь, и одним из способов реагирования сообщества аппаратного обеспечения является работа над конструкцией аппарата искусственной вентиляции легких, который можно будет быстро изготовить для удовлетворения потребностей.

Горькая правда заключается в том, что сложность функций аппаратов искусственной вентиляции легких, необходимых для лечения самых тяжелых пациентов, делает самостоятельную разработку невероятно сложной, и я считаю, что ее невозможно достичь в больших количествах в нынешние сроки. Тем не менее, хорошо спроектированный и клинически одобренный аппарат ИВЛ с открытым исходным кодом может принести много преимуществ, помимо нынешнего кризиса. Давайте взглянем на некоторые усилия, которые мы наблюдали в последнее время, и на то, что потребуется для создания полноценного проекта.

Мы видели ряд конструкций, основанных на маске клапана мешка (BVM), также известной под торговой маркой Ambu Bag. Вы, вероятно, видели это в медицинских сценах по телевидению, где медицинский работник сжимает большой гибкий мочевой пузырь, чтобы нагнетать воздух в легкие пациента, находящегося без сознания. Многие недавние разработки DIY работают за счет автоматизации сжатия этой сумки. Он выполняет работу BVM, но я не решаюсь назвать его аппаратом искусственной вентиляции легких, поскольку ему не хватает многих важных функций. Я расскажу об этом ниже, но стоит также посмотреть это пятнадцатиминутное видео, подробно раскрывающее эту тему:

Использование BVM чаще всего встречается в краткосрочных ситуациях, когда пациента со здоровыми легкими необходимо поддерживать в живых до тех пор, пока его не доставят к соответствующему аппарату искусственной вентиляции легких: подумайте о 20-минутной поездке на машине скорой помощи. Они не предназначены для использования в течение длительного периода времени, и мы видели отдельные сообщения о том, что пациентам с COVID-19 требуется инвазивная вентиляция легких гораздо дольше, чем ожидалось, более недели, а в некоторых случаях и нескольких недель. А потом их нужно отучать от них.

Здесь показана конструкция AmboVent, разработанная в Израиле группой волонтеров, в которую входили как врачи, так и инженеры. Это одна из самых продвинутых конструкций сумок, которые мы когда-либо видели, однако она вызывает некоторые опасения. При обеспечении инвазивной поддержки дыхания, как показал этот интубированный пациент, воздух необходимо одновременно нагреть и увлажнить — обычно это функция синусов, которые были обойдены для введения трубки в трахею. Неясно, можно ли использовать подобные конструкции с внешним увлажняющим устройством.

Дизайну также не хватает детализации, необходимой для больных легких пациентов с COVID-19. Циклы вдоха и выдоха необходимо тщательно регулировать и контролировать, чтобы гарантировать, что используется как можно большая часть легких и не наносится никакого вреда легким пациента. Хотя в программном обеспечении этой конкретной конструкции есть датчик давления и «профили дыхания», единственным контролем является скорость, с которой управляемая двигателем рука сжимает мешок. Также отсутствует встроенный механизм регулирования концентрации кислорода.

Другие подобные конструкции на основе мешков включают E-Vent от Массачусетского технологического института, в котором для сжимания мешка используется лопатка, и OxVent из Великобритании, который помещает мешок в камеру и использует для его сжатия сжатый воздух. Все эти конструкции работают по схожим принципам и имеют одинаковые ограничения. Но, безусловно, самыми большими ограничениями являются отсутствие датчиков и сложность программного обеспечения. Пациенты, использующие эти машины, находятся под действием седативных препаратов и часто частично парализованы. Аппараты ИВЛ для интенсивной терапии способны измерять давление воздуха, концентрацию кислорода и частоту дыхания и быстро и точно адаптироваться. Разработка этих функций — это программный кошмар для спешащего продукта. А отсутствие датчиков, сигнализирующих о многих возможных состояниях отказа, делает эти конструкции чем-то, что потребует непрерывного человеческого контроля.

Прототип аппарата искусственной вентиляции легких, продемонстрированный инженерами Tesla на прошлой неделе, безусловно, является шагом вперед по сравнению с конструкциями на основе мешков. Тем не менее, хитрость использования мешка Амбу заключается в том, что они уже массово есть во всех больницах мира.