Die sichere und effiziente Sauerstoffversorgung von Patienten.

Beatmungsbeutel, auch Ambu-Beatmungsgeräte genannt, werden zur Sauerstoffversorgung von Patienten eingesetzt, die nicht selbstständig atmen. Obwohl sie viele Leben gerettet haben, eignen sie sich nicht gut für die Behandlung von Patienten mit dem Coronavirus COVID-19.

Der Hauptnachteil der Maske besteht darin, dass sie manuell zusammengedrückt werden muss, um Sauerstoff in die Lunge zu pressen. Dies funktioniert für kurze Zeit, nicht jedoch für die Langzeitbehandlung. Außerdem kann die Maske unterschiedliche Sauerstoffmengen in die Lunge leiten, und der Patient muss zunächst stabilisiert werden, bevor Sauerstoff verabreicht werden kann.

Nach der Untersuchung von Open-Source-Designs für Notfallbeatmungsgeräte kam ein Team von Ingenieuren bei Tolomatic zusammen und entwickelte neue Ideen für den Bau von Beatmungsgeräten aus Beatmungsbeuteln. Innerhalb einer Woche entwickelte das Team zwei Designs, die die schraubengetriebenen elektrischen Antriebe des Unternehmens nutzen. Die Designs automatisieren die Steuerung des Luftvolumens und der Häufigkeit der Luftzufuhr an Patienten – eine deutliche Verbesserung gegenüber manuell betriebenen Beatmungsbeuteln.

Unser Ansatz bestand darin, einen traditionell manuellen Prozess mithilfe elektrischer Linearantriebe zu automatisieren und sicherzustellen, dass Patienten über Tage oder Wochen hinweg weiterhin Luft bekommen. Die Antriebe steuern Geschwindigkeit, Frequenz und Hublänge der Abwärtsbewegung, die Dauer der Pause sowie Geschwindigkeit, Frequenz und Hublänge der Rückwärtsbewegung.

Die Aktuatoren geben Ärzten und Pflegepersonal die vollständige Kontrolle über den Sauerstofffluss in die Lunge des Patienten, im Gegensatz zu herkömmlichen Nocken- oder Pneumatikzylindern, die wir bei anderen Open-Source-Designs gesehen haben. Unabhängig davon, ob der Patient jung, alt, groß oder klein ist, können sie die Luftmenge und die Häufigkeit der Luftzufuhr individuell anpassen.

Wir verwenden entweder einen elektrischen Stangenantrieb oder einen stangenlosen elektrischen Antrieb. Beide sind spindelgetriebene Linearantriebe, die die Drehkraft eines Servomotors in lineare Bewegung umwandeln. Stangenantriebe verfügen über eine Stange, die sich aus dem Hauptkörper des Antriebs aus- und einfährt. Stangenlose Antriebe haben keine Stange. Stattdessen ist der Hub im Antrieb enthalten. Für diese Anwendung benötigt der Stangenantrieb ein Gehäuse zur Aufnahme des Ambu-Beutels, an dem der Antrieb befestigt wird. Der stangenlose Antrieb ist kompakter und kann den Ambu-Beutel in seinen Schienen halten und komprimieren.

Die optimale Hublänge für beide Prototypen beträgt 2,5 Zoll bei einer Mindestkraft von 25 lb an der Abtriebswelle. Beide sind für eine Kraft von mindestens 100 lb ausgelegt. Die Direktantriebs- (oder Reihen-)Motorkonfiguration vereinfacht die Konstruktion und senkt die Kosten. Durch die Integration eines Getriebes lässt sich eine größere Vielfalt an Motoren realisieren.

Diese neuen Designs stellen offenbar eine Verbesserung gegenüber den Modifikationen der Ambu-Beutel dar, die den Prozess mithilfe einer einseitigen Nockensteuerung oder eines pneumatischen Aktuators automatisierten. Dabei kann das medizinische Personal nicht die Hublänge, sondern nur die Atemfrequenz einstellen. Dadurch wird allen Patienten das gleiche Volumen verabreicht, und das resultierende Bewegungsprofil entspricht nicht einem typischen Atemzyklus.

Linearantriebe hingegen können schnell beschleunigen und die Geschwindigkeit über eine bestimmte Distanz halten. Dadurch können höhere kontinuierliche Luftmengen pro Kompression und ein typischerer Atemzyklus bereitgestellt werden. Die vollständige Bewegungssteuerung durch einen Linearantrieb ermöglicht zudem die Anpassung der Luftmengen an Alter, Größe oder aktuellen Bedarf des Patienten.

Die Designs bieten eine zuverlässige Langzeitleistung und ermöglichen die Ergänzung von Alarmen bei Motorfehlern sowie Sensoren zur Überwachung der Luftstrommenge und -qualität.

Wir sind kein Hersteller medizinischer Geräte, und dieses Design wurde von keiner Aufsichtsbehörde zugelassen. Diese Konzepte beschränken den Patientenkontakt jedoch auf den bereits zugelassenen Ambulanzbeutel. Wir möchten andere Partner ansprechen, Interesse wecken und diskutieren, wie wir gemeinsam an einem zugelassenen Design arbeiten können, das medizinischem Personal hilft, Leben zu retten.

Wir haben bereits mit mehreren Unternehmen gesprochen, die andere Konzeptentwürfe verfolgen und an den zusätzlichen Vorteilen der elektrischen Betätigung interessiert sind. Unser Unternehmen steht Ihnen mit unserer Expertise im Bereich Bewegungssteuerung zur Verfügung, um diese kritischen Herausforderungen zu lösen. Unternehmen sollten sich für Unterstützung bei ihren Anwendungen an uns wenden.