Inspiration

O Brasil iniciou maio com um total de 91.589 confirmados casos de COVID-19. Até o dia 15 de maio, havia 218.223 casos totais, um aumento de 2,4 vezes em apenas duas semanas. Destes, 19.987 casos estão no Rio de Janeiro, o quarto estado com o maior número de mortes por milhão de habitantes. Só no estado do Rio de Janeiro foram mais de 2.400 mortes pela doença até 15 de maio. Esses números de mortes se devem muito à falta de leitos com ventiladores pulmonares.

Os valores de ventiladores pulmonares comerciais estão na faixa de R$ 25.000,00 a R$ 50.000,00, representando um elevado custo aos cofres públicos e privados, impedindo a destinação de recursos a outros produtos que porventura sejam necessários.

Neste contexto de pandemia de COVID-19, diversas soluções de ventiladores pulmonares foram propostas. Todas essas soluções são bem vindas, mas oferecem um elevado risco à integridade física do paciente, com possível comprometimento do tecido pulmonar e vias aéreas (podendo causar danos permanentes, se não fatais) se não garantirem a segurança respiratória do paciente.

Assim, para permitir segurança e acessibilidade na assistência ventilatória dos pacientes acometidos por COVID-19 é necessário um sistema capaz de avaliar a estabilidade e segurança imediata e especialmente continua da assistência ventilatória destes pacientes. Tal projeto deve ser aplicável a qualquer equipamento já construído ou que venha a ser proposto. Garantindo uma uniformidade nos padrões de segurança nessa situação de emergência. Permitindo a viabilidade de projetos mais simples em locais de menos recursos. E disponibilizando um dispositivo de segurança extra.

Our Goal

O projeto deste sistema de monitorização de respiração forçada em ventiladores/respiradores de emergência foi proposto por Luis Miguel Domingues Mendes. Essa demanda inspirou o insight valioso para este momento que vivemos, dando origem ao U-SAVE (Unified System for Artificial Ventilation Equipment).

Nosso objetivo é garantir a segurança dos pacientes a partir da implementação de um sistema de alarme e monitoramento em tempo real de uso comum a diversos ventiladores mecânicos. Para além da segurança do paciente, um sistema de monitoramento comum poderá facilitar a operação dos profissionais de saúde, na verificação das parametrizações de operação de ventiladores para segurança respiratória cada paciente.

As seguintes metas nos guiaram na busca de uma solução para este desafio:

  • Exibir o protótipo do U-SAVE (Unified System for Artificial Ventilation Equipment) exibido no Hackcovid19;
  • Obter a aprovação e validação do projeto junto ao corpo de jurados do Hackcovid19;
  • Buscar financiamento para a primeira colocação do sistema no mercado.
  • Product Market-fit ;
  • Transformar o protótipo em um MVP até o fim de maio;
  • Estar com o produto em funcionamento e viabilizando os projetos de ventiladores pulmonares ainda no início de junho.

What it does

O U-SAVE (Unified System for Artificial Ventilation Equipment) é um sistema de monitoramento não específico para equipamentos de ventilação pulmonar, que visa garantir a segurança dos pacientes. Tal projeto pode contribuir para o suporte seguro a pacientes acometidos pela COVID-19 em adição aos inúmeros projetos de ventiladores que estão sendo disponibilizados e reproduzidos a baixo custo, para atender ao cenário de pandemia.

Assim, o sistema foi desenvolvido para garantir a segurança aos pacientes hospitalizados que necessitem do uso de qualquer equipamento de ventilação pulmonar produzido neste momento de pandemia.

Para isso, o sistema monitora e apresenta em uma tela de LCD a curva de respiração. Utilizando um sensor de pressão, o sistema monitora de forma contínua se os seguintes parâmetros estão dentro dos níveis de segurança:

  • Pressão Inspiratória Positiva (PIP);
  • Pressão Expiratória Final Positiva (PEEP);
  • Taxa de respiração;
  • Relação inspiração/tempo de expiração (I/E).

Qualquer parâmetro fora dos níveis de segurança aciona um alarme sonoro e um luminoso para avisar o profissional de saúde. O sistema também apresenta a curva de respiração em uma tela LCD.

How We built it

O desenvolvimento deste sistema, foi realizado remotamente com um arranjo experimental instalado no Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF). Para avaliação do sistema de monitoramento, foi utilizado o ventilador de emergência OpenAir.

O projeto é composto por uma plataforma de prototipagem Arduino Mega 2560 conectado a uma tela LCD, LEDs, Buzzer Piezoelétrico e sensor digital de baixas pressões.

O Arduino foi configurado para fazer a aquisição digital do sensor de baixa pressão e apresentar a curva de pressão na tela LCD. Para confirmar os valores medidos de pressão e verificar oscilações, foram realizados diversos testes com auxílio de uma coluna de água.

Testes foram feitos em um ventilador de emergência (OpenAir) para verificar se todos os parâmetros estão sendo adquiridos de forma correta. Também foram testadas várias situações de operação.

O sistema de monitoramento do U-SAVE verifica o atendimento dos níveis de segurança respiratória do paciente conectado à ventilação mecânica. Ao detectar situações de risco, o sistema aciona um aviso sonoro (buzzer piezoelétrico) e um aviso luminoso (LEDs).

Para tanto, os componentes empregados neste projeto foram:

  • Arduino MEGA 2560;
  • LCD TFT screen 2.8″ ILI9341;
  • Sensor de baixa pressão (HSCMAND160MD2A5).

Adicionalmente, foi utilizada uma webcam para suporte ao desenvolvimento remoto do projeto.

Challenges We ran into

  • Um dos maiores desafios encontrados nesse momento foi tentar trabalhar à distância, não apenas dos outros integrantes, mas do próprio equipamento.
  • O gerenciamento do time e dos prazos foi um desafio adicional, com a comunicação limitada devido ao distanciamento. Saímos do nosso ambiente de trabalho ao qual estávamos acostumados.
  • O distanciamento do equipamento, a dependência de uma pessoa física no local que pudesse realizar o experimento, e a limitação do tempo, limitaram os testes realizados. Foi necessária também a utilização de webcam para acompanhar os experimentos com o hardware.
  • Outro desafio foi acessar remotamente ao ambiente de desenvolvimento, garantindo a segurança cibernética durante a comunicação e velocidade de desenvolvimento do projeto,
  • Mais um dos desafios encontrados foi desenvolver todo projeto com componentes de fácil acesso e baixo custo. Um exemplo deste desafio, foi em como programar a visualização dos parâmetros e da curva de respiração na tela de LCD, de maneira a facilitar a vida dos profissionais de saúde.

Accomplishments that we are proud of

Apesar dos desafios relacionados à distância e instrumentação, implementamos o protótipo de um sistema de alarme e monitoramento em tempo real para ventiladores mecânicos de baixo custo que possa ser usado para alertar profissionais de saúde caso algum parâmetro fique fora dos padrões de segurança.

Assim, participamos de um projeto de um sistema que para além da segurança do paciente, um sistema de monitoramento comum poderá facilitar a operação dos profissionais de saúde, na verificação dos parâmetros de operação de diversos ventiladores. Este projeto pode fazer a diferença no contexto da atual pandemia de COVID-19.

What We learned

Neste momento de distanciamento social, união sempre foi a palavra que nosso grupo buscou. Por esta razão, seguimos juntos neste desafio aprendendo a coordenar um projeto complexo a distância, utilizando de novas tecnologias para interagir entre nós e com o hardware que estávamos trabalhando. Foi preciso buscar conhecimento, aprender, se colocar à prova, e sempre muita união. Aprendemos que juntos, podemos transformar uma boa ideia em uma tecnologia aliada da população, da saúde e da economia.

Nesse desafio nós aprendemos a realizar um projeto de forma remota, não só o trabalho em equipe de forma remota, mas a parte experimental também.

Aprendemos a programar a aquisição e fazer o processamento de sinais do sensor de pressão. Foi necessário também estudar conceitos de fisiologia pulmonar para melhor entender os parâmetros de segurança.

What's next for Unified System for Artificial Ventilation Equipment (U-SAVE)

As propostas abaixo são destacadas como perspectivas futuras para o projeto:

  • Utilização de um sensor de oxigênio (como por exemplo: Galvanic oxygen sensor) para o monitoramento da mistura de oxigênio;
  • Uma válvula de segurança do AMBU, para garantir que o ventilador não exceda o limite;
  • Armazenamento dos dados para uma possível avaliação de problemas;
  • Permitir a configuração de mais valores de alarme como por exemplo, de PEEP e PIP, pelos profissionais de saúde de acordo com as necessidades de cada paciente;
  • Desenhar e imprimir um modelo em uma impressora 3D para servir de caixa para o monitor;
  • Testes de interferência eletromagnética;
  • Conseguir financiamento para produção em massa.

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