La sfida
- Progettare un ventilatore che soddisfi i requisiti normativi
- Facile da produrre con componenti a basso costo
- Utilizza parti generiche facili da reperire
Soluzione
- Trasduttori di pressione industriali OMEGA serie PXM 309
- Trasmettitore su guida DIN OMEGATXDIN 1620
Risultati
- Tipo di sonda robusto del ventilatore pronto per l'uso in terapia intensiva
- Non sono necessari componenti specialistici o della catena di fornitura medica
- Basso costo, rapido e facile da produrre e mantenere
La sfida
La pandemia di COVID-19 ha creato una domanda mondiale di ventilatori: ne servono circa 880.000 in più. I produttori di ventilatori esistenti stanno lottando per produrre un numero sufficiente di ventilatori per soddisfare la domanda, principalmente a causa delle interruzioni nella catena di approvvigionamento e della diminuzione delle scorte di componenti specializzati.
Per cercare di colmare questa lacuna, l'Agenzia di regolamentazione dei medicinali e dei prodotti sanitari del Regno Unito (MHRA) ha pubblicato le specifiche per lo sviluppo di un sistema di ventilazione "minimamente accettabile" e rapidamente producibile.
A raccogliere la sfida è stato un team di esperti multidisciplinari dell'Imperial College di Londra, tra cui il dottor Joseph Sherwood, ricercatore RAEng presso il Dipartimento di Bioingegneria, insieme al suo co-responsabile tecnico, il dottor Michael Madekurozwa, del Dipartimento di Bioingegneria, il professor James Moore, titolare della cattedra Bagrit in Progettazione di dispositivi medici, e il dottor Jakob Mathiszig-Lee, ricercatore onorario e primario di anestesia presso il Royal Brompton Hospital.
Tuttavia, volevano fare di più che progettare un ventilatore funzionante: volevano costruirne uno che affrontasse le questioni fondamentali alla base della carenza di ventilatori.
"Il motivo principale per cui è nata la sfida del ventilatore è che i grandi produttori di ventilatori non avevano abbastanza componenti", ha affermato il dottor Sherwood. "La maggior parte dei tipi di sonda esistenti prevede valvole di controllo proporzionali e sensori di flusso complessi, che semplicemente non sono disponibili in quantità sufficienti".
Il dottor Sherwood ha osservato che la maggior parte dei ventilatori è progettata per funzionare con valvole di controllo proporzionali fornite da un unico produttore. "Questo è il punto cruciale: semplicemente non è possibile procurarsi un numero elevato di queste valvole", ha affermato. "La nostra idea era quella di fornire la stessa funzionalità dei ventilatori delle unità di terapia intensiva, ma trovando componenti alternativi che non esaurissero la catena di approvvigionamento dei ventilatori".
Il team aveva anche l'ambizioso obiettivo di progettare un ventilatore che fosse a basso costo, utilizzabile a lungo termine anche dopo la crisi e facile e veloce da produrre in diverse parti del mondo. Se fossero riusciti a raggiungere questi obiettivi, avrebbero potuto aiutare i paesi con budget e risorse limitati ad avere un maggiore accesso ai ventilatori di cui avevano tanto bisogno.
La soluzione
Il ventilatore progettato dal dottor Sherwood e dal suo team, noto come JAMVENT, utilizza solo prodotti standard, senza alcun componente progettato su misura. Molti di questi prodotti, come i trasduttori di pressione industriali della serie OMEGA PXM 319 e il trasmettitore su guida DIN OMEGA TXDIN 1620, erano componenti che il dottor Sherwood aveva nel suo laboratorio e che utilizzava per altri progetti di ricerca.
"Non avevamo il tempo di effettuare ordini e attendere la consegna, quindi abbiamo semplicemente utilizzato ciò che avevamo a disposizione", ha affermato il dottor Sherwood, sottolineando che sono riusciti a realizzare un prototipo funzionante in soli tre giorni.
I componenti critici nel tipo di sonda del ventilatore sono le valvole, che sono semplici valvole solenoidi on-off fornite da una vasta gamma di produttori diversi, invece delle complesse valvole proporzionali utilizzate in altri modelli di ventilatori. Due delle valvole controllano la miscelazione di aria e ossigeno in un serbatoio da due litri, mentre la pressione viene monitorata da un trasduttore di pressione della serie PXM 319. La valvola di inspirazione si apre quindi per fornire l'aria al paziente, con la pressione a valle monitorata da un secondo PXM319.
"La caduta di pressione attraverso la valvola è molto prevedibile in base ai principi della fluidodinamica, quindi possiamo calcolare con estrema precisione la portata che si sposta dal serbatoio al paziente", ha affermato il dottor Sherwood. "Ciò evita la necessità di acquistare flussimetri, che sono anche difficili da reperire".
La concentrazione di ossigeno dell'aria erogata viene monitorata con un sensore di ossigeno e un Omega TXDIN 1620 viene utilizzato per amplificare il segnale in modo pulito. La valvola di espirazione ha una bassa resistenza al flusso, consentendo una rapida espirazione, che è molto importante quando la resistenza dei polmoni è elevata, come nei pazienti affetti da COVID-19.
Il sistema di ventilazione è progettato per fornire il volume selezionato dal medico per ogni respiro, riducendo al minimo la pressione nei polmoni. Funziona in modalità PRVC (Pressure Regulated Volume Control) e dispone di modalità aggiuntive che possono supportare la respirazione spontanea e il mantenimento della PEEP durante l'aspirazione.
Inoltre, il design non utilizza maschere con valvola a sacca, che sono alla base della maggior parte dei ventilatori di emergenza, ma che il team ha ritenuto difficili da reperire e potenzialmente poco durevoli. Al loro posto, è stata utilizzata una bombola da due litri, che ha fornito un volume di gas comprimibile sufficiente per ottenere la funzionalità necessaria.
La flessibilità del design consente di utilizzarlo con le linee di alimentazione del gas ospedaliero o con le pressioni più basse generate dai concentratori di ossigeno. Questa è stata una caratteristica importante per raggiungere l'obiettivo di rendere il ventilatore più accessibile alle parti del mondo con risorse limitate, che spesso possono includere la mancanza di accesso alle infrastrutture di fornitura del gas.
I risultati
La maggior parte dei dispositivi medici richiede cinque anni per essere immessa sul mercato e costa tra i 30 e i 100 milioni di dollari. Tuttavia, un prototipo funzionante di JAMVENT è stato sviluppato con un budget modesto di 55.000 dollari, più il valore incalcolabile del tempo offerto volontariamente dalle numerose persone coinvolte nel progetto. Inoltre, nel giro di un mese, il team ha dimostrato le prestazioni necessarie allo schema MHRA RMVS. Sono in corso piani con diversi partner industriali per la produzione su larga scala del dispositivo.
Il design di JAMVENT non solo è innovativo in termini di convenienza e flessibilità, ma soddisfa anche tutti gli obiettivi originali del team, tra cui:
- Design robusto adatto per un uso a lungo termine
- Soddisfa tutte le funzionalità necessarie per un ventilatore da terapia intensiva
- Facile e economico da produrre (il costo stimato dei componenti è di 1.900 $/1.500 £)
- Non richiede componenti specialistici o della catena di fornitura medica
- I componenti sono standard e disponibili presso vari produttori
- Elettronica semplice per una facile produzione e manutenzione
- Design aperto e modulare che offre una maggiore flessibilità per la produzione locale
"In un certo senso, è stato un modo piuttosto innovativo di affrontare il problema, perché non volevamo solo creare un ventilatore di emergenza, ma anche progettare qualcosa che non aggiungesse ulteriore stress ai produttori o alle catene di approvvigionamento esistenti", ha affermato il dottor Sherwood.
Più che innovativo, il JAMVENT è stato descritto da Forbes come una "meraviglia dell'ingegneria frugale" e "un'innovazione del modello di business potenzialmente rivoluzionaria nel mercato dei dispositivi medici" che "ha il potenziale per sconvolgere il mercato dimostrando un approccio superiore".
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Scritto da: Dan Schultz
Aggiornato il: 30 ottobre 2025
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Written by: Dan Schultz
Updated on: March 30, 2026