Die sichere und effiziente Sauerstoffversorgung der Patienten.

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

Der größte Nachteil der Maske besteht darin, dass sie manuell zusammengedrückt werden muss, um Sauerstoff in die Lunge zu pressen. Dies funktioniert zwar kurzfristig, ist aber für die Langzeitbehandlung ungeeignet. Außerdem kann die Sauerstoffmenge in der Lunge schwanken, weshalb der Patient zunächst stabilisiert werden muss, bevor ihm Sauerstoff verabreicht werden kann.

Nachdem sie Open-Source-Designs für Notfallbeatmungsgeräte analysiert hatten, entwickelte ein Ingenieurteam von Tolomatic neue Ideen für den Bau von Beatmungsgeräten aus Beatmungsbeuteln. Innerhalb einer Woche hatte das Team zwei Designs entwickelt, die die schraubengetriebenen elektrischen Aktuatoren des Unternehmens nutzen. Die Designs automatisieren die Steuerung des Luftvolumens und der Beatmungsfrequenz – eine deutliche Verbesserung gegenüber manuell bedienten Beatmungsbeuteln.

Unser Ansatz bestand darin, einen traditionell manuellen Prozess mithilfe elektrischer Linearantriebe zu automatisieren und so die kontinuierliche Beatmung der Patienten über Tage oder Wochen sicherzustellen. Die Antriebe steuern Geschwindigkeit, Frequenz und Hublänge der Abwärtsbewegung, die Pausendauer sowie Geschwindigkeit, Frequenz und Hublänge der Rückwärtsbewegung.

Die Aktuatoren ermöglichen Ärzten und Pflegekräften die vollständige Kontrolle über den Sauerstofffluss in die Lunge des Patienten, anders als bei herkömmlichen Nocken- oder Pneumatikzylindern anderer Open-Source-Systeme. Unabhängig von Alter, Größe oder Alter des Patienten können die Luftmenge und die Zufuhrfrequenz individuell angepasst werden.

Wir verwenden entweder einen elektrischen Stangenaktuator oder einen stangenlosen elektrischen Aktuator. Beide sind schraubengetriebene Linearantriebe, die die Drehbewegung eines Servomotors in eine lineare Bewegung umwandeln. Stangenaktuatoren besitzen eine Stange, die sich aus dem Hauptkörper des Aktuators aus- und einfährt. Stangenlose Aktuatoren hingegen verfügen über keine Stange. Der gesamte Hub wird stattdessen innerhalb des Aktuators realisiert. Für diese Anwendung benötigt der Stangenaktuator ein Gehäuse zur Aufnahme des Beatmungsbeutels, an dem der Aktuator befestigt wird. Der stangenlose Aktuator ist kompakter und kann den Beatmungsbeutel innerhalb seiner Schienen aufnehmen und komprimieren.

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

Diese neuen Konstruktionen scheinen eine Verbesserung gegenüber den modifizierten Beatmungsbeuteln darzustellen, die den Prozess mittels unidirektionaler Nockensteuerung oder pneumatischem Aktuator automatisierten. Diese ermöglichen es dem medizinischen Personal nicht, die Hublänge, sondern lediglich die Atemfrequenz anzupassen. Dadurch wird allen Patienten das gleiche Beatmungsvolumen zugeführt, und das resultierende Bewegungsprofil entspricht nicht einem typischen Atemzyklus.

Lineare Aktuatoren hingegen können schnell beschleunigen und die Geschwindigkeit über eine bestimmte Strecke konstant halten. Dadurch wird pro Kompression ein kontinuierlicheres Luftvolumen abgegeben, was einen natürlicheren Atemzyklus ermöglicht. Die präzise Steuerung der Bewegung durch einen linearen Aktuator erlaubt zudem die Anpassung des Luftvolumens an Alter, Größe und aktuelle Bedürfnisse des Patienten.

Die Konstruktion bietet eine zuverlässige Langzeitleistung und ermöglicht die Integration von Alarmen bei Motorfehlern sowie von Sensoren zur Überwachung von Luftmenge und -qualität.

Wir sind kein Hersteller von Medizinprodukten, und dieses Design wurde von keiner Aufsichtsbehörde zugelassen. Allerdings beschränkt dieses Konzept den Patientenkontakt auf den des bereits zugelassenen Beatmungsbeutels. Wir möchten andere Partner ansprechen, Interesse wecken und gemeinsam erörtern, wie wir ein zugelassenes Design entwickeln können, das medizinisches Personal bei der Lebensrettung unterstützt.

Bislang haben wir mit mehreren Unternehmen gesprochen, die andere Konzeptentwürfe verfolgen, und sind an den zusätzlichen Vorteilen elektrischer Aktuatoren interessiert. Unser Unternehmen bietet seine Expertise im Bereich Bewegungssteuerung an, um diese wichtigen Herausforderungen zu meistern. Unternehmen können sich gerne an uns wenden, um Unterstützung bei ihren Anwendungen zu erhalten.