El reto
- Diseñar un ventilador que cumpla con los requisitos normativos
- Fácil de fabricar a partir de componentes de bajo coste
- Utiliza piezas genéricas fáciles de adquirir
Solución
- Transductores de presión industriales OMEGA serie PXM 309
- Transmisor para carril DIN OMEGATXDIN 1620
Resultados
- Diseño robusto del respirador, apto para UCI
- No se requieren componentes especializados ni de la cadena de suministro médico
- Bajo coste, rápido y fácil de fabricar y mantener
El reto
La pandemia de COVID-19 ha creado una demanda mundial de respiradores, con aproximadamente 880 000 más necesarios. Los fabricantes de respiradores existentes están luchando por producir suficientes respiradores para satisfacer la demanda, principalmente debido a las interrupciones en la cadena de suministro y a la disminución de las existencias de componentes especializados.
Para intentar cubrir esta carencia, la Agencia Reguladora de Medicamentos y Productos Sanitarios del Departamento de Salud y Asistencia Social (MHRA) del Reino Unido publicó las especificaciones para desarrollar un sistema de respiradores «mínimamente aceptable» y de rápida fabricación.
El reto lo asumió un equipo de expertos multidisciplinares del Imperial College de Londres, entre los que se encontraban el Dr. Joseph Sherwood, investigador de la RAEng en el Departamento de Bioingeniería, junto con su codirector técnico, el Dr. Michael Madekurozwa, del Departamento de Bioingeniería, el profesor James Moore, catedrático Bagrit de Diseño de Dispositivos Médicos, y el Dr. Jakob Mathiszig-Lee, investigador honorario y registrador sénior de anestesia en el Royal Brompton Hospital.
Sin embargo, querían hacer algo más que diseñar un respirador viable: querían construir uno que abordara los problemas fundamentales y subyacentes relacionados con la escasez de respiradores.
«La razón principal por la que se inició el reto de los respiradores es que los grandes fabricantes de respiradores no tenían suficientes piezas», explicó el Dr. Sherwood. «La mayoría de los diseños existentes incluyen válvulas de control proporcional y sensores de flujo complejos, y simplemente no hay suficientes en stock».
El Dr. Sherwood señaló que la mayoría de los respiradores están diseñados para funcionar con válvulas de control proporcional de un único proveedor. «Esa es la clave del problema, simplemente no se puede conseguir un gran número de esas válvulas», afirmó. «Nuestra idea era proporcionar la misma funcionalidad que los ventiladores de las UCI, pero buscando componentes alternativos que no agotaran la cadena de suministro de ventiladores».
El equipo también tenía el ambicioso objetivo de diseñar un ventilador que fuera de bajo coste, viable para su uso a largo plazo más allá de la crisis y que se pudiera fabricar rápida y fácilmente en diferentes partes del mundo. Si lograban estos objetivos, podrían ayudar a los países con presupuestos y recursos limitados a tener más acceso a los tan necesarios respiradores.
La Solución
El respirador diseñado por el Dr. Sherwood y su equipo, conocido como JAMVENT, utiliza únicamente productos estándar, sin ningún diseño personalizado. Y muchos de estos productos, como los transductores de presión industriales de la serie OMEGA PXM 319 y el transmisor de carril DIN OMEGA TXDIN 1620, eran componentes que el Dr. Sherwood tenía en su laboratorio y que utilizaba para otros proyectos de investigación.
«No teníamos tiempo para hacer pedidos y esperar a que llegaran, así que simplemente jugamos con lo que teníamos», dijo el Dr. Sherwood, quien señaló que montaron un prototipo funcional en tres días.
Los componentes críticos en el diseño del respirador son las válvulas, que son simples válvulas solenoides de encendido y apagado suministradas por una amplia gama de fabricantes diferentes, en lugar de las complejas válvulas proporcionales utilizadas en otros diseños de respiradores. Dos de las válvulas controlan la mezcla de aire y oxígeno en un depósito de dos litros, mientras que la presión se supervisa mediante un transductor de presión de la serie PXM 319. A continuación, la válvula de inhalación se abre para suministrar el aire al paciente, y la presión aguas abajo se supervisa mediante un segundo PXM319.
«La caída de presión a través de la válvula es muy predecible según los principios de la dinámica de fluidos, por lo que podemos calcular con mucha precisión el caudal que se desplaza desde el depósito hasta el paciente», explicó el Dr. Sherwood. «Esto evita la necesidad de adquirir caudalímetros, que también escasean».
La concentración de oxígeno del aire suministrado se controla con un sensor de oxígeno, y se utiliza un Omega TXDIN 1620 para amplificar la señal de forma limpia. La válvula de exhalación tiene una baja resistencia al flujo, lo que permite una exhalación rápida, algo muy importante cuando la resistencia de los pulmones es alta, como en los pacientes con COVID-19.
El sistema de ventilación está diseñado para proporcionar el volumen seleccionado por el médico para cada respiración, minimizando al mismo tiempo la presión en los pulmones. Funciona en modo de control de volumen regulado por presión (PRVC) y cuenta con modos adicionales que pueden apoyar la respiración espontánea y el mantenimiento de la PEEP durante la succión.
Además, el diseño no utiliza máscaras con válvula y bolsa, que son la base de la mayoría de los ventiladores de emergencia, pero el equipo determinó que podrían ser difíciles de conseguir y carecer de longevidad. En su lugar, cambiaron a una botella de dos litros, que les proporcionaba suficiente volumen de gas compresible para obtener la funcionalidad que necesitaban.
La flexibilidad del diseño significa que puede funcionar con las líneas de suministro de gas del hospital o con las presiones más bajas generadas por los concentradores de oxígeno. Esta fue una función importante para cumplir el objetivo de hacer que el respirador fuera más accesible en partes del mundo con recursos limitados, que a menudo pueden incluir la falta de acceso a la infraestructura de suministro de gas.
Los resultados
La mayoría de los dispositivos médicos tardan cinco años en salir al mercado y tienen un coste entre 30 y 100 millones de dólares. Sin embargo, se desarrolló un prototipo funcional de JAMVENT con un presupuesto reducido de 55 000 dólares, más el valor incalculable del tiempo que dedicaron voluntariamente las numerosas personas que participaron en el proyecto. Y, en el plazo de un mes, el equipo demostró el rendimiento requerido por el programa RMVS de la MHRA. Se están llevando a cabo planes con múltiples socios industriales para la fabricación a gran escala del dispositivo.
El diseño de JAMVENT no solo es innovador por su asequibilidad y flexibilidad, sino que también cumple todos los objetivos originales del equipo, entre los que se incluyen:
- Diseño robusto adecuado para un uso prolongado
- Cumple con todas las capacidades requeridas para un ventilador de UCI
- Fácil y económico de fabricar (el coste estimado de los componentes es de 1900 $/1500 £)
- No requiere ningún componente especializado ni de la cadena de suministro médico
- Las piezas son estándar y están disponibles en varios fabricantes
- Electrónica sencilla para facilitar la fabricación y el mantenimiento
- Diseño abierto y modular que ofrece una mayor flexibilidad para la fabricación local
«En cierto sentido, fue una forma bastante innovadora de abordar el problema, porque no solo queríamos crear un respirador de emergencia, sino que queríamos diseñar algo que no supusiera una carga adicional para los fabricantes o las cadenas de suministro existentes», afirma el Dr. Sherwood.
Más allá de su carácter innovador, el JAMVENT ha sido descrito por Forbes como una «maravilla de la ingeniería frugal» y una «innovación en el modelo de negocio con potencial para cambiar las reglas del juego en el mercado de los dispositivos médicos» que «tiene el potencial de revolucionar el mercado al demostrar un enfoque superior».
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Escrito por: Dan Schultz
Actualizado el: 30 de octubre de 2025
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