Crédito: Cortesía de los investigadores / MIT.
A medida que el aumento continuo en los casos de COVID-19 agota la capacidad de los sistemas de salud mundiales, las universidades de todo el mundo están avanzando para ayudar a satisfacer la necesidad urgente de ventiladores.
La enfermedad causada por el nuevo coronavirus ya está llevando a los hospitales de todo el mundo a sus límites. Los hospitales en varias áreas de los Estados Unidos tienen escasez de prácticamente todo, desde máscaras hasta mano de obra. Quizás el problema más apremiante para los servicios de salud es la escasez de ventiladores. Los ventiladores, que suministran aire a través de tubos a los pulmones de los pacientes, son una herramienta crucial en el tratamiento de la enfermedad respiratoria agresiva.
Similar a la neumonía, el coronavirus ataca el sistema respiratorio, llena los pulmones con líquido y dificulta la respiración de los pacientes. Solo los casos más graves de COVID-19, alrededor del 2.3 por ciento de los pacientes, requieren ventiladores, pero aquellos que lo hagan morirán sin ellos.
Hay unos 160,000 ventiladores en los Estados Unidos. Si bien aún no se ha alcanzado la capacidad, algunos hospitales en las áreas más afectadas se están acercando. La semana pasada, algunos hospitales de Nueva York han recurrido al "uso compartido del ventilador", donde dos pacientes son tratados con el mismo ventilador.
A nivel internacional, los sistemas de atención médica más afectados han estado lidiando con problemas de recursos similares. En Italia, algunos hospitales se han visto obligados a racionar la atención, desviando los recursos de los pacientes mayores y de aquellos con menos posibilidades de supervivencia.
En previsión del empeoramiento de la escasez, los sectores público y privado se han movilizado para producir ventiladores a escala. Las compañías automotrices, incluidas Ford, Tesla y GM, han comenzado a convertir plantas de fabricación para producir ventiladores. Y Tesla enviará ventiladores adicionales aprobados por la FDA a hospitales dentro de su región de entrega en todo el mundo para uso inmediato, sin cobrar ni por el dispositivo ni por la entrega, Elon Musk tuiteó Hace dos días.
Varias universidades en los Estados Unidos y en todo el mundo han iniciado proyectos para diseñar ventiladores de bajo costo que se puedan construir y distribuir rápidamente. Los proyectos varían en enfoque, pero todos comparten el objetivo de aumentar el acceso a los sistemas de ventilación de emergencia en áreas donde hay escasez. Utilizando artículos para el hogar, productos que se pueden encontrar en ferreterías, tableros Arduino y artículos médicos comunes, estos ventiladores de estilo DIY y de bajo costo podrían terminar salvando vidas.
Aquí hay un vistazo a algunos de los ventiladores que se producen en universidades de todo el mundo:
- Universidad de Rice
En la Universidad de Rice, un equipo de estudiantes e ingenieros que trabajan en colaboración con el equipo de diseño de salud global canadiense Metric Technologies ha creado un sistema automatizado de ventilación de válvula de bolsa eso cuesta solo $ 300 para producir.
El ventilador consiste en un dispositivo mecánico que aprieta una máscara de válvula de bolsa estándar. Comúnmente utilizado por el personal de emergencia cuando se realiza la RCP, las válvulas de bolsa generalmente se operan manualmente: el operador aprieta la bolsa, empujando el aire hacia los pulmones del paciente. Son eficaces para suministrar aire a los pacientes, pero son difíciles de operar a mano durante más de unos minutos a la vez.
El sistema producido por investigadores de la Universidad de Rice automatiza este proceso.
En el prototipo, un dispositivo mecánico construido principalmente con piezas impresas en 3D y cortadas con láser comprime la válvula de la bolsa. Usando una placa Arduino, el dispositivo se puede programar para ajustar la velocidad de suministro de aire a los pulmones para satisfacer las necesidades de diferentes pacientes.
Se espera que las versiones futuras del dispositivo incluyan motores y sensores adicionales para regular aún más el flujo de aire a los pulmones. A partir de ahora, el dispositivo no está diseñado para reemplazar ventiladores más grandes que se usan actualmente para tratar a pacientes en estado crítico.
"El objetivo inmediato es un dispositivo que funcione lo suficientemente bien como para mantener estables a los pacientes no críticos de COVID-19 y libere ventiladores más grandes para pacientes más críticos", dijo Amy Kavalewitz, directora ejecutiva de Oshman Engineering Design Kitchen de la Universidad de Rice, en un comunicado de prensa.
- Universidad de Florida
En la Universidad de Florida, los investigadores diseñaron un prototipo de ventilador de código abierto y de bajo costo utilizando suministros de hardware comunes, incluidas tuberías de agua de PVC y válvulas de rociadores de césped.
El proyecto ha sido encabezado por el procesador de anestesiología UF Samsun Lampotang en coordinación con el ingeniero de simulación UF David Lizdas y Gordon Gibby, un ingeniero eléctrico y ex profesor de anestesiología UF.
Su sistema de ventilación de bricolaje utiliza un controlador de transistor que puede ser alimentado por una fuente de alimentación de CC de radioaficionado estándar y un software de control basado en Arduino que se puede utilizar para ajustar con precisión la frecuencia respiratoria.
El equipo está trabajando actualmente en el desarrollo de características de seguridad para cumplir con los requisitos reglamentarios. Los detalles sobre el ventilador, incluido un diagrama de código abierto y un repositorio de software, están disponibles a través de un sitio web creado para el proyecto, permitiendo a cualquiera con los recursos recrear el ventilador DIY.
En total, la máquina se puede construir por tan solo $ 125 a $ 250.
- Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
En la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, un equipo de más de 40 investigadores ha desarrollado el "Illinois RapidVent®", Un prototipo funcional para un ventilador de emergencia para pacientes con COVID-19.
Illinois RapidVent puede conectarse a una fuente de oxígeno fácilmente disponible o un tanque de oxígeno y proporcionar a los pacientes oxígeno controlado por presión a intervalos regulares. El prototipo ha funcionado hasta ahora durante más de 75 horas, o más de 125,000 ciclos de respiración, y su rendimiento es equivalente al de los ventiladores comerciales.
- Universidad de Minnesota
Investigadores de la Universidad de Minnesota están en proceso de desarrollar un sistema de ventilación escalable y de bajo costo diseñado para un despliegue rápido a proveedores de atención médica.
El sistema incluye un marco que puede ser estampado en metal, impreso en 3D o construido a partir de bienes de consumo modificados, y un actuador mecánico que bombea automáticamente una válvula de bolsa.
- MIT
MIT está reabriendo un proyecto de diseño de ventilador eso comenzó y terminó hace una década.
En 2010, un grupo de estudiantes y profesores del MIT creó un diseño para un ventilador de emergencia que, al igual que los prototipos de la Universidad de Rice y la Universidad de Minnesota, utiliza una válvula de bolsa para bombear aire.
El equipo de investigación original publicó un artículo en el Diario de dispositivos médicos delineando el diseño, pero en realidad nunca produjo el ventilador. Después de que comenzó el brote de COVID-19, ingenieros voluntarios, médicos e informáticos en el MIT reabrieron el proyecto y están desarrollando el diseño para su uso con pacientes infectados con el nuevo coronavirus.
Se espera que el diseño del MIT cueste entre $ 400 y $ 500 en partes.
La esperanza es que los fabricantes no convencionales como las compañías automotrices puedan producirlos a gran escala en poco tiempo. Al igual que los otros modelos, no se espera que el dispositivo reemplace los ventiladores de la UCI, pero podría usarse en situaciones de emergencia o liberar otros ventiladores para pacientes más necesitados.
- Universidad de Oxford y King's College London
Investigadores de Oxford y King's College London han desarrollado un ventilador de fuente abierta que ha sido aprobado para pruebas gubernamentales.
El modelo, apodado OxVent, utiliza una válvula de bolsa para suministrar aire a los pacientes y está compuesta de materiales que están fácilmente disponibles en la cadena de suministro del Servicio Nacional de Salud (NHS).
La Agencia Reguladora de Medicamentos y Productos para el Cuidado de la Salud (MHRA, por sus siglas en inglés) ha aprobado la aprobación del ventilador para verificar su seguridad y facilidad de uso. Si se aprueba, OxVent será producido por la empresa de fabricación médica Smith and Nephew y podría estar disponible para su uso generalizado en cuestión de semanas.
- Universidad de Costa Rica
La Universidad de Costa Rica (UCR) ha construido un ventilador de válvula de bolsa de emergencia basado en planos de la Proyecto OxyGEN en España.
El respirador del proyecto OxyGEN, diseñado por jóvenes ingenieros en Barcelona cuando estalló COVID-19 en Italia, fue construido de madera y utilizó una válvula de bolsa para suministrar aire.
El modelo de UCR, que se denominó Respira UCR, no está construido de madera, pero tiene la misma estructura general que el ventilador OxyGEN, con ajustes en el diseño para hacerlo más eficiente y adecuado para su uso por profesionales de la salud en Costa Rica.
- Instituto de Tecnología de Costa Rica
En el Instituto Tecnológico de Costa Rica, los investigadores están desarrollando dos prototipos de bajo costo.
Uno de estos prototipos es un diseño original de la Escuela de Ingeniería de Producción Industrial para un ventilador mecánico construido con piezas acrílicas impresas en 3D de bajo costo.
El otro diseño se basa en un prototipo disponible comercialmente que se originó en Inglaterra. Utiliza un conjunto de pistones y adaptadores para comprimir una válvula de bolsa que suministra aire a los pacientes. Este diseño es de bajo costo y puede fabricarse rápidamente.
Conclusión
La lucha contra COVID-19 requerirá un esfuerzo internacional y contribuciones y sacrificios de personas en todos los sectores de la sociedad. Afortunadamente, nuestros profesores universitarios y científicos de investigación están avanzando para ofrecer soluciones únicas y visionarias a la escasez de suministros en este momento de crisis.
