Ventilador mecánico de bajo costo para pacientes de COVID-19 realizado por estudiantes de la UNAL y la UPB compite en Canadá

Estudiantes de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín y la Universidad Pontificia Bolivariana (UPB) diseñaron un concepto de ventilador mecánico para la convocatoria Code Life Ventilator Challenge de la Fundación del Hospital General de Montreal y el Instituto de Investigación del Centro de Salud de la Universidad McGill, de Canadá.

 

La convocatoria invitó a trazar un ventilador simple, de bajo costo, fácil de construir y manipular y que pueda ser utilizado en la atención de pacientes con COVID-19 durante la emergencia.

 

Los estudiantes Pablo Restrepo, Esteban Valencia, Mauricio Franco y David Cano de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Minas de la UNAL Sede Medellín y Mateo García, Edison Agudelo y Alejandra Londoño de Ingeniería Electrónica de la UPB idearon en solo ocho días un ventilador mecánico no invasivo basado en los modelos convencionales de sistemas de anestesia con activación mecánica y un sistema de control electrónico.

 

En la imagen: Ensamblaje final del ventilador mecánico. Fotos: ilustraciones de autores del proyecto.

Un ventilador mecánico es una máquina de apoyo respiratorio que ayuda a las personas cuando no pueden hacerlo por sí mismas y que además puede reemplazar la respiración espontánea. Este dispositivo es accionado por un motor eléctrico que transmite el movimiento a través de un piñón cremallera a un sistema de émbolo y pistón, el cual es responsable de bombear con la FiO2 (fracción inspirada de oxígeno) deseada.

El sistema fue diseñado de forma modular, lo que permite una fácil construcción y reparación del dispositivo con elementos comerciales fáciles de conseguir. Además se espera que el dispositivo funcione 14 días 24 horas seguidas bajo las condiciones ideales de un hospital, como limpieza, espacio apropiado, personal con conocimiento de los parámetros de ventilación, entre otros.

 

El ventilador tiene un costo de alrededor de dos millones de pesos, mientras uno profesional puede costar entre 30 y 120 millones. El modelo, que se diseñó en acero inoxidable, también se puede hacer en acrílico o en impresión 3D para disminuir aún más los costos.

 

Así funciona

El principio de funcionamiento se basa en la acción o movimiento de un piñón cremallera impulsado por un motor eléctrico que puede funcionar con una batería (3 horas) o corriente eléctrica, lo que hace que el engranaje gire para crear una velocidad lineal en la cremallera. La cremallera está conectada al émbolo que comprime el fuelle contenido por el cilindro, generando un desplazamiento de aire para proporcionar la respiración. Además tiene 2 conexiones para inhalar y exhalar.

Así mismo tiene un dispositivo de mezcla regulable que hace el llenado de la cámara y los flujos de entrada de oxígeno y aire son controlados por una válvula de estrangulamiento y por el sistema electrónico, el cual controla cada parámetro del sistema.

Carcasa electrónica del ventilador mecánico.

Los circuitos neumáticos y electrónicos del sistema, el software y el firmware, se diseñaron por los estudiantes de electrónica. Por su parte, los profesores de ambas universidades asesoraron en aspectos de manufactura, materiales y mecanismos.

 

Ensamblaje mecánico del ventilador.

El sistema electrónico, que funciona con la plataforma de código abierto Arduino, permite configurar parámetros como la FiO2, la frecuencia respiratoria y los niveles de presión del sistema, lo que garantiza seguridad para el paciente. De igual modo, los componentes se seleccionaron para ser de fácil manufactura y esterilización en autoclave, como se hace normalmente en los hospitales. Por último, el circuito neumático para pacientes será comercial con el fin de garantizar su conexión a máscaras nasales comunes.

Esquema eléctrico del ventilador mecánico.

Video: Explicación del diseño del ventilador mecánico

 

Lo ideal: hacer el prototipo

El grupo espera finalizar los detalles del diseño y construir pronto un prototipo para evaluar su desempeño y validarlo con un ingeniero y un médico intensivista. En este momento no pueden hacerlo porque el campus está cerrado y no cuentan con el espacio ni con los recursos necesarios; sin embargo, el propósito es terminar el diseño con las sugerencias de los profesionales, de modo que se hagan mejoras al desarrollo formulado. También se espera mejorar la interfaz de usuario para que permita una mejor interpretación del estado del paciente a los especialistas.

A la convocatoria se presentaron 1.029 propuestas y 2.639 participantes de 94 países. En la primera fase se escogieron 65, entre las cuales estuvo incluida esta propuesta colombiana. En la segunda fase, de revisión, se evaluarán los códigos de manufactura y la factibilidad del modelo y se seleccionarán de 5 a 10 proyectos por menor costo y mayor calidad y confiabilidad. Por último, se escogerán tres modelos, a los cuales les darán la financiación requerida para su producción a gran escala.

 

Sin importar el resultado de la convocatoria, Pablo Restrepo indica que lo importante fue lograr desarrollar un diseño bastante avanzado en muy poco tiempo, cuyo concepto compartieron de manera abierta y colaborativa en internet, para que los interesados lo conozcan, aprendan de él y lo retroalimenten, hasta lograr un modelo que sea muy útil en el tratamiento de pacientes con COVID-19.

El diseño de su modelo es compartido para consulta abierta y libre en: https://drive.google.com/open?id=1WIBVCIuRDfTqINYxtcTzByQa98XzIZBv

Fuente:
UNAL