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L'invenzione degli studenti dà ai pazienti il respiro della vita

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Il dispositivo del team della Rice University comprime automaticamente le maschere valvola a sacchetto per salvare vite umane

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Natalie Dickman spremere la borsa ancora e ancora una volta nel tentativo di far rivivere una vittima di arresto cardiaco. Dopo soli 3 minuti, non poteva piu' spremere.

"Il paziente era stato giù per 30 minuti e non c'era molta speranza, purtroppo", ha detto lo studente della Rice University, un futuro laureato della Brown School of Engineering, che stava coprendo un turno con Houston EMS come richiesto da una classe di Rice nelle tecniche mediche di emergenza. "Mi è stato permesso di fare le valigie, ma ti fanno cambiare le impostazioni dell'EMS perché sanno che non sarai così preciso una volta che avrai raggiunto quel valore di 2 a 3 minuti. Ti stanchi molto."

Ci ha pensato spesso l'anno scorso, quando lei e i suoi compagni di squadra più anziani hanno lavorato presso la Rice's Oshman Engineering Design Kitchen (OEDK) per perfezionare un dispositivo economico che automatizza la compressione delle maschere manuali delle valvole a sacchetto, che alimentano l'aria fresca ai polmoni dei pazienti intubati.

Il team senior di progettazione capstone - gli studenti di bioingegneria Dickman, Carolina De Santiago, Karen Vasquez Ruiz e Aravind Sundaramraj, lo studente di ingegneria meccanica e matematica computazionale e applicata Tim Nonet e lo studente di ingegneria meccanica Madison Nasteff - è conosciuto come "Take a Breather

Il team ha sviluppato un sistema che comprime le borse per ore, piuttosto che per minuti, con impostazioni per alimentare la giusta quantità di aria per adulti, bambini e neonati. Il dispositivo sembra semplice - una scatola con palette che comprimono ritmicamente la lampadina per un importo programmato - ma l'ingegneria dietro di essa non lo è.

Gli studenti hanno utilizzato un motore standard da 25 dollari e un microcontrollore da 5 dollari per alimentare e programmare il dispositivo a pignone e cremagliera costituito principalmente da parti in plastica stampate in 3D presso l'OEDK. Sperano che l'utilizzo di materiali economici e la crescente disponibilità di stampanti 3D renderà le loro macchine facili da riparare in loco.

Essi prevedono che il dispositivo, che gli è costato 117 dollari in parti da costruire, sarà più utile in ospedali con poche risorse o durante le emergenze quando non ci sono abbastanza ventilatori portatili per soddisfare il bisogno.

Il dottor Rohith Malya, assistente professore di medicina d'urgenza al Baylor College of Medicine, ha portato il problema all'OEDK dopo aver assistito i membri della famiglia al Kwai River Christian Hospital in Thailandia, dove è direttore dei servizi medici d'emergenza, comprimendo per ore e ore borse di intubazione per tenere in vita i propri cari.

"Non c'è una ventilazione affidabile", ha detto Malya, che passa un mese in ospedale ogni anno. "Una volta intubato qualcuno, la famiglia deve impacchettare il paziente. Ma la famiglia si stancherà dopo un giorno e dirà: "Non stanno migliorando in questo momento, basta tirare il tubo e vedere cosa succede" E poi il paziente muore."

In precedenza Malya ha lavorato con gli studenti di ingegneria Rice per sviluppare una pompa di regolazione a siringa, e non ha esitato a portare una nuova idea all'OEDK.

"La maschera della borsa è onnipresente, come la siringa", ha detto. "Niente l'ha sfidato per 80 anni. Ha superato la prova del tempo, è affidabile e semplice. E ora stiamo aggiungendo una modifica al dispositivo originale in modo che le famiglie non debbano prendere queste decisioni.

"Questo amplierà l'accesso alla ventilazione meccanica ad una parte enorme del mondo che non ha ventilatori tipici", ha detto Malya, che prevede di portare il dispositivo di prova di concetto in Thailandia per i test sul campo la prossima primavera.

Il dispositivo è molto più piccolo dei sofisticati ventilatori presenti negli ospedali americani e nelle versioni portatili utilizzate in situazioni di emergenza. Criticamente, deve essere in grado di funzionare per lunghi tratti. Nel suo test più recente, la squadra ha fatto funzionare il dispositivo per più di 11 ore senza intervento umano.

Gli studenti si aspettano che un altro team di Rice costruisca una versione più robusta l'anno prossimo, e sperano che alla fine sarà prodotta per l'uso in ambienti a basso consumo di risorse e di emergenza. Essi prevedono che una scatola meglio sigillata e filtrata sarà più adatta per ambienti caldi e polverosi, e che i futuri progetti dovrebbero includere controlli più sofisticati.

Per l'impegno profuso quest'anno, il team ha vinto due premi all'annuale Engineering Design Showcase della scuola, il Willy Revolution Award for Outstanding Innovation e il miglior premio interdisciplinare per il design ingegneristico. Ma il vero profitto sarebbe vedere il dispositivo ulteriormente sviluppato e distribuito in tutto il mondo.

"Se riescono a farlo funzionare pienamente in questo tipo di ambiente, questo salverà delle vite umane", ha detto Nasteff.

Gli studenti di ingegneria della Rice University hanno sviluppato un compressore a sacchetto con maschera valvolare per automatizzare il difficile compito di introdurre aria fresca nei polmoni dei pazienti, spesso per ore alla volta. Da sinistra: Madison Nasteff, Carolina De Santiago, Aravind Sundaramraj, Natalie Dickman, Tim Nonet e Karen Vasquez Ruiz. (Credito: Jeff Fitlow/Rice University)

Il dispositivo regolabile della maschera della valvola a sacchetto sviluppato dagli studenti di ingegneria della Rice University ha dimostrato di essere in grado di pompare l'aria senza assistenza per ore e ore. (Credito: Jeff Fitlow/Rice University)

Gli studenti di ingegneria Natalie Dickman e Aravind Sundaramraj regolano il loro dispositivo automatico di maschera valvolare a sacchetto presso la Rice University's Oshman Engineering Design Kitchen. (Credito: Jeff Fitlow/Rice University)

Carolina De Santiago, studentessa di ingegneria dell'Università del Riso, installa un manichino per ricevere l'aria dal dispositivo automatico per la maschera valvolare a sacchetto che lei e i suoi compagni di squadra hanno progettato e costruito. Il team spera che il suo lavoro contribuisca a salvare vite umane dove e quando i ventilatori non sono disponibili. (Credito: Jeff Fitlow/Rice University)

Gli studenti di ingegneria dell'Università del Riso Karen Vasquez Ruiz e Tim Nonet regolano il dispositivo automatico della maschera valvolare a sacchetto che loro e i loro compagni di squadra hanno progettato come loro progetto di design capstone senior. (Credito: Jeff Fitlow/Rice University)

Lo studente di ingegneria meccanica della Rice University Madison Nasteff regola il dispositivo della maschera valvolare a sacco progettato per automatizzare il processo di spremitura del bulbo che fornisce aria fresca direttamente ai polmoni dei pazienti. Il dispositivo potrebbe aiutare a salvare le persone dove i ventilatori non sono disponibili. (Credito: Jeff Fitlow/Rice University)

Situata in un campus forestale di 300 acri a Houston, la Rice University è costantemente classificata tra le 20 migliori università della nazione da U.S. News & World Report. Rice ha prestigiose scuole di architettura, economia, studi continui, ingegneria, scienze umane, musica, scienze naturali e sociali ed è sede del Baker Institute for Public Policy. Con 3.962 studenti universitari e 3.027 laureati, il rapporto tra studenti universitari e facoltà di Rice è di poco inferiore a 6 a 1. Il suo sistema di college residenziali costruisce comunità affiatate e amicizie a vita, solo una delle ragioni per cui la Rice è classificata al primo posto per molte interazioni razza/classe e al secondo posto per la qualità della vita dalla Princeton Review. Il riso è anche valutato come il miglior valore tra le università private dalla Personal Finance di Kiplinger.

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