WirVsVirus: Beatmungsgerät im Eigenbau
Seite 3: Die Steuerung
Basierend auf dem IoT Octopus, der speziell für Hackathons mit Schüler*Innen von Guido Burger entwickelt wurde, hat das Team eine prototypische Steuerung entwickelt. Hierbei kam die Arduino IDE und die grafischen Erweiterung von Ardublock mit Blöcken der IoT-Werkstatt zum Einsatz. Im späteren Entwicklungsprozess werden die Blöcke durch ein C++ Programm ersetzt, wobei die vom IoT-Ardublock generierten Patterns als Ausgangsbasis dienen.
Aber zunächst ein paar Grundlagen über die Atmung: Ein Erwachsener atmet zwischen 12 und 18 mal pro Minute. Das Lungenvolumen liegt bei circa sechs Litern, während der Luftaustausch pro Atemzug bei nur etwa einem halben Liter liegt. Es wird also bei jedem Atemzug nur etwa ein halber Liter Luft ausgetauscht. Hierbei handelt es sich um Richtwerte. Das tatsächliche Lungenvolumen hängt vom Body-Mass-Index und der Größe jedes einzelnen ab.
Braucht der Mensch nun mehr Sauerstoff, etwa weil er sich anstrengt, dann atmet er schneller und tiefer. Das gleiche macht der Körper, wenn nur noch Teile der Lunge für den Gasaustausch zur Verfügung stehen, weil etwa die Lungenbläschen kaputt sind, oder Wasser in der Lunge ist. In diesem Fall kann es sinnvoll sein, Unterstützung in Form von Sauerstoff oder einem zusätzlichen Druck zur Verfügung zu stellen.
Beatmung
Dabei gibt es unterschiedliche Methoden, einen Menschen künstlich zu beatmen. Die technisch einfachste Methode ist es, die eigene Atmung auszuschalten, etwa durch ein Narkosemittel, um dem Patienten dann einen Schlauch in die Luftröhre zu legen (Intubation), um alle paar Sekunden ein bestimmtes Volumen Luft in die Lunge zu blasen. Das kann die Menschheit bereits seit über hundert Jahren. Sehr einfache Beatmungsgeräte waren früher rein mechanisch. Allerdings ist diese Form der Beatmung langfristig auch schädlich.
Daher haben Intensivmediziner und Forscher die sogenannte CPAP (continuous positive airway pressure) Beatmung entwickelt. Dabei erkennt das Gerät, ob der Patient selbst atmen will und unterstützt die eigene Atmung, indem es dann Luft in die Lunge drückt. Gleichzeitig sorgt ein Druckventil dafür, dass immer etwas mehr Druck auf der Lunge bleibt, als es bei der natürlichen Atmung der Fall ist, um auch bisher nicht genutzte Lungenteile gut zu belüften.
Diese Steuerung nach dem CPAP Standard ist ziemlich aufwändig. Der Atemimpuls wird erkannt, um ein kontrolliertes Luftvolumen in die Lunge des Patienten zuzuführen und dieses auch wieder kontrolliert künstlich auszuatmen. Bei Bedarf kann eine genau dosierte Sauerstoffanreicherung eingestellt werden. Diese müssen auf den Zustand des Patienten (Alter, Geschlecht, Gewicht, Fitness etc.) und seinen Gesundheitszustand (einseitiger oder zweiseitiger Befall der Lunge) angepasst werden.
(Bild: Guido Burger)
(Bild: Guido Burger)
(Bild: Guido Burger)
(Bild: Guido Burger)
(Bild: Guido Burger)
Die Konstruktion von Beatmungsgeräten ist also kompliziert. Hersteller haben oft jahrzehntelange Erfahrungen und Expertise in Software- und Hardware-Entwicklung. “Wir sind für jede Hilfe dankbar!”, sagt Simon Gölzhäuser. “Wir suchen Menschen, die bei der Zertifizierung helfen können, Intensivmediziner und Menschen mit Ahnung von Beatmung und Beatmungsgeräten”.
Die experimentelle Verifikation und umfangreiche Tests des Beatmungsgeräts sollen mithilfe des Lungensimulators der Technischen Hochschule Ulm durchgeführt werden. Als Ergänzung zur Luftmengensteuerung der Atemluft über den Schrittmotor (kontrolliert mit einem Encoder) arbeitet das Team um Matthias Weber gerade an einem günstigen Luftmengensensor. Auch dazu entsteht ein Open Hardware Projekt.
