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JHU 3D-PRINTED VENTILATOR SPLITTERS Translation

Neural machine translation plus human refinements by Jungo Kasai, Koji Shiono, and Noriyuki Kojima.

本文はジョンズ・ホプキンズ大学による「ジョンズ・ホプキンズのエンジニアが3Dプリントの人工呼吸器スプリッターを開発」(原題:JOHNS HOPKINS ENGINEERS DEVELOP 3D-PRINTED VENTILATOR SPLITTERS)を、翻訳したものであり、著者の意見、主張を反映するものではないことをここに明記します。また、いくつかの情報は現状を反映していない可能性があります。JHUの原文、最新の発表、及びお住まいの地方自治体のガイドラインもご参照ください。

ジョンズ・ホプキンズのエンジニアが3Dプリントの人工呼吸器スプリッターを開発

重症のCOVID-19患者を治療するための人工呼吸器を増やすという緊急のニーズに応えるため、ジョンズ・ホプキンズ大学のエンジニアが率いるチームは、1台の人工呼吸器で複数の患者を治療できるようにする3Dプリントのスプリッターの開発、試作に取り組んでいます。医療関係者は人工呼吸器を共有することの安全性と有効性について懸念を表明していますが、チームはそれらの懸念に対処するためにこのツールを設計しました。

ジョンズ・ホプキンズ大学工学部の機械工学の助教授で、ジョンズ・ホプキンズ大学医学部のICU集中治療医と肺専門医を含むチームを率いているSung Hoon Kang氏は以下のように述べています。「現在、COVID-19危機の多くの側面、特に人工呼吸器の設計と生産を目的として、工学を使ってオープンソースの解決策を開発することに重点が置かれています。1つのアプローチとして、1つの人工呼吸器で複数の患者を治療することが考えられます。これは実現可能ではありますが、すべての患者にとって安全でなければなりません。つまり、誰かを犠牲にすることなく、それぞれの患者が必要なケアを受けられるようにしなければなりません。これが我々のミッションです。」

急性呼吸窮迫症候群(ARDS)と呼ばれる重篤な肺疾患は、COVID-19患者の主な死因です。ARDSを発症した人は、肺に体液が溜まり、血流中の酸素量が制限され、重要な臓器が適切に機能するのに必要な酸素が奪われてしまいます。人工呼吸器でこのような状態を管理する必要があります。

COVID-19の流行が広がるにつれ、多くの医療施設は、病気の患者を治療するために必要な機械の不足と日々格闘しています。このような不足は、すでにイタリアの医療システムを事実上崩壊させています。現在、イタリアではCOVID-19関連の死亡者数は13,000人を超え、世界で最多となっています。

医療関係者の中には、人工呼吸器の共有化の実施に懸念を示す人もいます。第一に、複数の患者を同じ人工呼吸器に繋げると、細菌が蔓延し、交叉汚染の可能性が出てきます。また、複数の人が共有する人工呼吸器では、全員に必要なレベルの酸素を与えられず、患者の状態が悪くなり、死亡率が高くなる可能性があります。

Kang教授によると、チームが開発した新しいデザインは、これらのリスクを防ぐことを目的としています。この新しいデザインには、エアフローコントローラーとフローメーターが含まれており、臨床医は各患者のエアフローを観察して調整することができます。挿管される患者ごとに異なる流量制御が必要となるため、エアフローコントローラーは重要な追加機能となります。チームはまた、患者間の交叉汚染を防ぐために設計されたフィルターを追加していますが、これは重要だと考えられています。初期の報告では、複数の感染者にさらされた人は状態が悪化することが示唆されているためです。

また、需要の緊急性を考えれば、スプリッターは容易に配備できるものでなければなりません。

チームのメンバーであり、生物医学工学を専攻する3年生のChristopher Shallalはこう言っています。「頑健なデザインが必要ですが、3Dプリントのような比較的簡単な製造プロセスで生産できるものが必要です。我々は人工呼吸器のスプリッターを3Dプリントすることになる条件や設定の違いも考慮しています。例えば、高解像度のプリンターが手に入らないかもしれません。そのため、生産の拡張可能性を考慮しながら設計しています。」

人工呼吸器の分割は、以前にも悲惨な状況下で実験的な緊急治療法として行われたことがあります。例を挙げると、2017年のラスベガス銃乱射事件の余波の中で、負傷はしているが、その他の点では健康な若い成人を安定させるためにスプリッターが使用されたことがあります。しかし、ジョンズ・ホプキンズ医学部の形成再建外科の助教授であり、チームのメンバーでもあるJulie Caffrey氏によると、肺不全のさまざまな段階にある複数の患者を治療するために人工呼吸器を分割することには、新たな困難な設計上の課題が存在します。

Caffrey氏は以下のように説明しています。「肺活量が異なるARDS患者に同じ人工呼吸器を使用することは、非常に危険な可能性があります。ある患者さんには空気が多すぎるかもしれませんし、繋がれた他の患者さんには十分に空気が送られていないかもしれません。ARDSにおいては、生存率を向上させるために、人工呼吸器を低潮量で高圧にする戦略をとることが多いです。もしこれを管理できないと、すでに非常に不具合をきたしている肺にさらなる外傷を与える危険性があります。人工呼吸器を分割しても、特定の患者さんに適応できることはとても重要なことです。」

チームはプロトタイプを製作し終えましたが、数週間以内に設計を完成させ、モデル肺を使って試験を開始したいと考えています。

チームのメンバーであり、ジョンズ・ホプキンズ大学医学部の3年生であるHelen Xun氏は、「ここでの目標は、この技術をいち早く世界中の病院に、そして最も必要としている人々に届けることです。」と言っています。