Eiserne Lunge 2020

Inspiration

Die Eiserne Lunge ist eine Beatmungsmaschine. Hierbei wird der Patient in eine luftdichte Druckkammer bis zum Kopf gelegt. Um den Hals wird ein luftdichter Abschluss geschaffen. Durch ein wechseln des Drucks in der Kammer wird die Atmung unterstützt.

Unterdruckbeatmungsgeräte waren in der Vergangenheit üblich. Sie wurden während der Polio-Epidemie eingesetzt und "Eiserne Lungen" genannt. Die Eiserne Lunge ist eine Beatmungsmaschine. Hierbei wird der Patient in eine luftdichte Druckkammer bis zum Kopf gelegt. Um den Hals wird ein luftdichter Abschluss geschaffen. Durch ein wechseln des Drucks in der Kammer wird die Atmung unterstützt.

Entwürfe gehen auf das Jahr 1670 zurück, und der erste Einsatz der Geräte in großem Maßstab erfolgte in den 1930er Jahren und später auch unter der Zunahme der Polio Fälle. Als Material für die Röhre kam zeitweise sogar Holz zum Einsatz.

Diese mechanischen Systeme haben aus unserer Sicht folgende wesentliche Vorteile:

Sie sind vergleichsweise einfach zu bauen
benötigen wenige Komponenten
Komponenten sind in hoher Stückzahl verfügbar
Die Funktionale Sicherheit kann leicht gewährleistet werden
Schnell skalierbare Produktion.

What it does

Der Mensch atmet mit Unterdruck: Der Brustkorb dehnt sich aus und das Zwerchfell zieht sich zusammen, wodurch sich der Brustraum ausdehnt. Dadurch sinkt der Druck in der Brusthöhle, und die Lungen dehnen sich aus, um den Raum auszufüllen. Dies wiederum führt dazu, dass der Druck der Luft im Inneren der Lungen abnimmt (Luftdruck ist relativ zur Atmosphäre negativ). Wenn sich das Zwerchfell entspannt, geschieht das Gegenteil und die Person atmet aus.

How I built it

Das Design der Eisernen Lunge ist einfach - und wurde in der Vergangenheit auch aus Materialien wie Sperrholz schnell hergestellt. Außerdem ist es ein bewährtes Design. Alternativ zur Eisernen Lunge besteht auch das Konzept der Kürass Beatmung. Das Funktionsprinzip gleich dem der Eisernen Lunge - jedoch wird dabei nur der Torso umschlossen. Das Gerät ist somit wesentlich kompakter und lässt auch eine einfachere Behandlung am Patienten zu. Als Nachteil sehen wir an, dass größere Dichtflächen benötigt werden was kritisch sein könnte.

Wenn man jedoch von Fachleuten aus dem Gesundheitswesen Feedback zum Design erhält, wird klar, dass eine Eiserne Lunge einige Nachteile mit dem Corona-Virus hat, die angegangen werden müssen, um praktikabel zu sein. Damit ein Unterdruckbeatmungsgerät funktionieren kann, sollte es auch funktionieren:

Challenges I ran into

Ein technischer und organisatorischer Hinsicht sind wir davon überzeugt erfolgreich eine Eiserne Lunge 2020 oder eine schnell verfügbare, kostengünstige und sichere Kürass Beatmung schaffen zu können. Wir haben im Hackathon auch mit verschiedenen Medizinern und Ärzten gesprochen - dabei hinterfragen wir die medizinische Anwendbarkeit bei Covid-19. Herausforderungen sind dabei:

COVID-19 Fälle seien wegen Ihrer Schwere fast ausschließlich invasiv zu behandeln
Es muss eine hohe Konzentration von Sauerstoff in der Lunge ankommen - dies ist bei der Eisernen Lunge nicht der Fall. Die Lungenfunktion muss bei COVID-19 unterstützt werden, weniger die Atemfunktion.
Der Bewegungsapparat der Lunge ist bei COVID-19 im Vergleich zu Polio nicht eingeschränkt
Wasssereinlagerung und entzündliche Prozesse in der Lunge werden bei der Eisernen Lunge nicht adressiert - die - Einlagerung muss mechanisch abgetragen werden
PEEP - Ein Lungenversagen benötigt einen positiven Druck in der Lunge, welcher selbst nach Ausatmung in der Lunge verbleibt und damit Lungenbläschen vom kollabieren abhält
Es ist ggf. sinnvoller moderne Geräte zuerst zu produzieren
Stückzahlen modernen Beatmungssysteme werden ausreichend sei
Die geschlossene Bauweise macht das intravenöse Anlegen von Flüssigkeit / Medizin schwierig - dies ist jedoch bei Covid-19 Fällen zwingend erforderlich.

Die Rückmeldungen zeigten aber auch, dass der technische Ansatz und die praktische Anwendung der Eisernen Lunge ggf. als "vergessen" gelten könnte - wir werden daher uns weitere Einschätzungen einholen.

Accomplishments that I'm proud of

Es war beachtenswert zu sehen wie sich unser Team aus einem zunächst recht chaotischen Findungsprozess so zusammengefunden hat. Wir sind hinsichtlich der Medizin noch fachfremd aufgestellt,dennoch

What I learned

Die Analyse befasst sich mit der Unterstützung der Atemfunktion. Alle weiteren Schritte bauen auf der Annahme auf, dass diese im Rahmen von Covid19 zu unterstützen sei. Nach Rücksprache mit mehreren Medizinern und Pflegern ist der Schluss, dass dies wie oben erläutert nicht der Fall ist. Es wurden sich die Anforderungen an eine modernes Unterdruckbeatmungsgerät untersucht, dabei wurde der Blick auf die nötigsten Funktionalitäten fokussiert. Zu diesen wurden sich mögliche technische Lösungen überlegt. Die Evaluierung wurde aus Mangel an akutem medizinischen Bedarf nicht durchgeführt. Die Ergebnisse möchten wir dennoch festhalten, auch wenn sie jetzt nicht von Relevanz sind. Damit in oder hoffentlich noch vor einem Krisenfall das Engineering eines der Art funktionalen Medizinprodukts besser, inforierter und schneller möglich ist.

What's next for Eiserne Lunge 2020

Mit diesem Team haben wir vielleicht in diesem Fall noch keine tragfähige Lösung gefunden - mit dem Elan, Fachwissen und dem gemeinsamen Willen etwas zu tun bin ich jedoch davon überzeugt, dass uns das künftig gelingen kann. Wir bleiben dran und machen. Auch ist die Frage der medizinischen Anwendbarkeit noch nicht abschließend geklärt - bzw. muss bei einem anderen Erkrankung wieder neu bewertet werden.