患者への安全かつ効率的な酸素供給。

バッグバルブマスク（アンブバッグとも呼ばれる、人工手動呼吸装置）は、自力で呼吸できない患者に酸素を供給するために使用されます。多くの命を救ってきた一方で、新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の患者の治療には適していません。

このマスクの主な欠点は、酸素を肺に送り込むために手動で押し込まなければならない点です。これは短時間であれば有効ですが、長期的なケアには適していません。また、肺に送り込まれる酸素量が一定しない可能性があり、酸素投与前に患者の状態を安定させる必要があります。

Tolomatic社のエンジニアチームは、緊急用人工呼吸器のオープンソース設計を検討した後、アンブバッグから人工呼吸器を構築する新しいアイデアを考案した。チームは1週間以内に、同社のねじ駆動式電動アクチュエータを使用した2つの設計を完成させた。これらの設計は、患者への空気供給量と供給頻度を自動化しており、手動操作のアンブバッグに比べて大幅な改善となっている。

私たちの取り組みは、従来手作業で行われていたプロセスを電動リニアアクチュエータを用いて自動化し、患者が数日間、あるいは数週間にわたって継続的に空気を吸入できるようにすることでした。アクチュエータは、下降動作の速度、頻度、ストローク長、一時停止時間、そして戻り動作の速度、頻度、ストローク長を制御します。

このアクチュエーターは、従来のカム式や空気圧式シリンダーとは異なり、患者の肺に送り込まれる酸素の流れを医師や看護師が完全に制御できるようにします。患者の年齢や体格に関わらず、患者に送る空気の量と頻度を調整できます。

当社では、電動ロッドアクチュエータまたはロッドレス電動アクチュエータのいずれかを使用しています。どちらも、サーボモーターからの回転動力を直線運動に変換するスクリュー駆動式の直線アクチュエータです。ロッド式アクチュエータは、アクチュエータ本体から伸縮するロッドを備えています。ロッドレスアクチュエータにはロッドがありません。代わりに、移動量（ストローク）はアクチュエータ内部に収まります。この用途では、ロッド式アクチュエータはアンブバッグを保持するためのハウジングが必要で、アクチュエータはそのハウジングに取り付けられます。ロッドレスアクチュエータはよりコンパクトで、レール内でアンブバッグを保持および圧縮することができます。

両プロトタイプとも最適なストローク長は2.5インチで、出力軸にかかる力は最低25ポンドです。どちらも定格荷重は最低100ポンドです。ダイレクトドライブ（またはインライン）モーター構成により、設計が簡素化され、コストが削減されます。ギアを追加することで、より幅広い種類のモーターに対応できるようになります。

これらの新しい設計は、一方向カム機構や空気圧アクチュエータを使用してプロセスを自動化したアンブバッグの改良版よりも優れているように思われる。これらの改良版では、医療従事者は呼吸頻度しか調整できず、ストローク長を調整できない。その結果、すべての患者に同じ量の酸素が供給され、結果として生じる動作プロファイルは典型的な呼吸サイクルとは異なる。

一方、リニアアクチュエータは、指定された距離にわたって素早く加速し、その速度を維持できるため、1回の圧縮でより多くの空気量を連続的に供給でき、より自然な呼吸サイクルを実現します。また、リニアアクチュエータによる動作の完全な制御により、患者の年齢、体格、または現在のニーズに合わせて空気量を調整することも可能です。

この設計は、長期にわたって信頼性の高い性能を発揮し、モーターの故障時に作動するアラームや、空気流量と空気質を監視するセンサーの追加にも対応可能です。

私たちは医療機器メーカーではなく、この設計は規制当局の承認を受けていません。しかし、これらのコンセプトは、既に承認されているアンブバッグと同等の患者接触範囲に限定されます。私たちの目的は、他のパートナーに働きかけ、関心を喚起し、人命救助に尽力する医療従事者を支援する承認済み設計について、どのように協力できるかを話し合うことです。

これまで、当社は他のコンセプト設計に取り組んでいる複数の企業と協議を重ねており、電動アクチュエーションがもたらす付加的なメリットに関心を寄せています。当社は、これらの重要な課題解決を支援するために、モーションコントロールに関する専門知識を提供する準備ができています。企業様は、アプリケーションに関するサポートが必要な場合は、ぜひ当社までお問い合わせください。