创建开源模型,以帮助临床医生使用一台呼吸机安全地为两名COVID-19患者进行呼吸

BathRC模型

呼吸机系统与患者的简单RC网络模型,呼吸机导管系统为线性阻力(Rv)和顺应性(Cv),患者为线性阻力(R)和顺应性(C)。资料来源:巴斯大学

开源模式被分享,以帮助世界各地的医疗人员的呼吸机短缺的情况。

随着2019冠状病毒病(Covid-19)继续给世界各地的医疗保健提供商带来压力,巴斯大学(University of Bath)的工程师发布了一个数学模型,可帮助临床医生安全地允许两人共用一台呼吸机。

巴斯治疗创新中心(Centre for Therapeutic Innovation)和动力传输与运动控制中心(Centre for Power Transmission and Motion Control)的成员发表了一篇关于双患者通气(DPV)的研究论文,这是继2020年3月病毒第一波爆发期间的工作之后的首篇研究论文。

治疗创新中心联合副主席、该项目首席研究员里奇·吉尔教授说:“我们不提倡双患者呼吸机,但在世界一些极端情况下,这可能是唯一的选择,作为最后的手段。”Covid-19危机带来了医院缺乏呼吸机的潜在风险,所以我们有必要探索突发事件,比如如何最大限度地提高容量。”

双患者通气存在几个挑战:随着时间的推移准确识别患者的肺特征;密切匹配适合通气的患者,如果气流不能安全维持,肺损伤的风险。BathRC模型使医生能够计算使用一台呼吸机安全地为两名患者通风所需的限制量。

作为一种实践,医疗保健机构强烈反对使用DPV,认为它有可能对肺造成损害,该团队强调,他们的发现只应在患者数量超过可用设备的极端情况下使用。

吉尔教授补充道:“我们认为,危重病患者并不需要这种设备。然而,Covid - 19的问题之一是人们可能需要几周的通风。如果你能用一台机器给两个正在康复的病人换气,另一台机器就可以腾出来给那些急需换气的人。”

通风器电路

HME =热交换器,VT+ HF = Fluke VT+ HF流量计,检验=吸气,EXP =过期。资料来源:巴斯大学

准确的匹配和正确的电阻是关键

目前还没有对患者进行测试,而是使用人工肺进行研究,人工肺通常用于校准呼吸机。

该模型将通风机回路等效为电阻和电容等效的电阻和顺应性电路;这样就可以创建一个简单的计算器。

吉尔教授补充道:“BathRC模型直接允许使用一台呼吸机为两个不同的患者安全地通气所需要的限制。

“为了降低病人肺部受损的风险,你需要通过增加阻力来确保气体在回路中正确流动。我们尝试的最简单和最成功的方法是基于电路建模的,因此BathRC模型的名称——其中RC代表电阻顺应性。”

虽然在Covid-19大流行期间曾尝试过双患者通气,但该论文首次向临床医生提供了用一台机器安全地为两名患者进行通气所需的计算。该模型能够准确地预测潮气量到4%以内。

除了进一步的测试,在临床医生安全地尝试使用BathRC模型进行双患者通气之前,仍然存在一些障碍。该团队计划很快发表关于如何制造可调节气流限制器的进一步研究。

这篇论文,一种评估不同患者双机通气流量限制的简单方法:BathRC模型,发表于《公共科学图书馆•综合》

参考文献:2020年11月16日,作者:Andrew R. Plummer, Jonathan L. du Bois, Joseph M. Flynn, Jens Roesner, Siu Man Lee, Patrick Magee, Malcolm Thornton, Andrew Padkin, Harinderjit S. Gill《公共科学图书馆•综合》
DOI: 10.1371 / journal.pone.0242123

巴斯大学在流体系统的分析和设计方面有几十年的世界领先的专业知识,包括通风器的建模。

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