EP. 7 จากแล็ปดาราศาสตร์สู่เครื่องช่วยหายใจ : วิกฤตโรคระบาดโควิดก่อเกิด NARIT Ventilator Developmen

07 01

NARITVentilatorDevelopment หรือโครงการพัฒนาเครื่องช่วยหายใจ เป็นโครงการความร่วมมือระหว่าง NARIT  กับมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี ภายใต้คำแนะนำของทีมแพทย์ และบุคลากรจากโรงพยาบามหาราชนครเชียงใหม่ โรงพยาบาลนครพิงค์ และศูนย์สนับสนุนการบริการสุขภาพเขตที่ 1 กรมส่งเสริมสุขภาพ กระทรวงสาธารณสุข  เปลี่ยนห้องปฏิบัติการเทคโนโลยีดาราศาสตร์ขั้นสูง ระดมทีมวิศวกรและช่างเทคนิคผลิตเครื่องช่วยหายใจ สำหรับใช้ในภาวะฉุกเฉิน ต้นทุนต่ำ ผลิตได้ง่ายและรวดเร็ว

จากการระบาดของเชื้อโคโรนาไวรัสสายพันธุ์ใหม่ COVID-19 พบผู้ป่วยรายแรกในไทย เมื่อต้นปี 2563 และแพร่กระจายไปในพื้นที่ต่าง ๆ เพิ่มมากขึ้น ผู้ป่วยที่มีอาการรุนแรง โดยทั่วไปต้องเข้ารับการรักษาในห้องไอซียู (ICU) และจำเป็นต้องใช้เครื่องช่วยหายใจ เนื่องจากติดเชื้อในปอด ส่งผลให้เกิดอาการปอดอักเสบอย่างรุนแรง ซึ่งจำเป็นต้องใช้เครื่องช่วยหายใจ ควบคู่ไปกับการรักษาด้วยยาต่าง ๆ ในช่วงดังกล่าว ต่างประเทศพบผู้ติดเชื้อมากสุดที่ประเทศสหรัฐอเมริกา และเสียชีวิตมากที่สุดคืออิตาลี  เกิดปัญหาเครื่องช่วยหายใจสำหรับผู้ป่วยวิกฤต มีไม่เพียงพอ หลายประเทศเร่งรณรงค์ให้ช่วยกันผลิตเครื่องช่วยหายใจออกมาเพื่อรองรับผู้ป่วยที่เพิ่มจำนวนขึ้นอย่างรวดเร็ว จึงมีการจัดทำคุณลักษณะและคุณสมบัติเครื่องช่วยหายใจฉุกเฉินขึ้นมา เพื่อส่งต่อไปยังภาคอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยต่าง ๆ ให้สามารถนำไปผลิตได้ หลายฝ่ายมีความพยายามคิดค้นเครื่องช่วยหายใจโดยมีเป้าหมายว่า “ต้องผลิตได้อย่างรวดเร็ว สามารถสร้าง  ได้ง่าย และใช้วัสดุที่หาได้ภายในประเทศตนเอง”

ด้วยเหตุนี้ NARIT จึงนำแนวคิดดังกล่าวมาออกแบบและพัฒนาเครื่องช่วยหายใจ ใช้หลักการควบคุมการไหลของอากาศแรงดันสูงซึ่งใช้ในโรงพยาบาลด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ เพื่อให้ได้คุณสมบัติของอากาศที่ไหลเข้าและออกจากผู้ป่วยเป็นไปตามที่แพทย์กำหนด เป็นแนวคิดที่ปรับปรุงมาจากแบบของมหาวิทยาลัยฟลอริดาซึ่งกำลังพัฒนาอยู่ และคล้ายคลึงกับที่หลายบริษัทในต่างประเทศกำลังพัฒนาอยู่เช่นกัน

เครื่องช่วยหายใจดังกล่าวใช้อัลกอริทึมที่ควบคุมการทำงานแบบอัตโนมัติได้ต่อเนื่องมากกว่า 1 เดือนโดยไม่เสียหาย สามารถควบคุมแรงดันอากาศเข้าไปในปอดของผู้ป่วยได้อย่างสม่ำเสมอ มีความปลอดภัยเพียงพอที่จะไม่ทำให้ปอดเกิดการฉีกขาด นอกจากนี้ ผู้ป่วยวิกฤตจากโรคโควิด ยังต้องใช้โหมดหายใจพิเศษ (PEEP) หรือ Positive End Expiratory Pressure ไม่สามารถปล่อยให้ความดันช่วงหายใจออกต่ำกว่าระดับหนึ่งได้ เพราะจะทำให้ปอดยุบตัวจนไม่สามารถกลับมาใช้งานได้ เป็นโหมดที่ใช้กับผู้ป่วยที่มีอาการปอดบวม หรือ Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) ซึ่งเป็นอาการที่เกิดกับผู้ป่วยจากโรค Covid-19

** PEEP (Positive End Expiratory Pressure) หรือ แรงดันบวกค้างอยู่ในปอดในระยะสิ้นสุดการหายใจออก  ซึ่งจำเป็นสำหรับผู้ป่วยที่ติดเชื้อโควิด-19 ในระยะวิกฤต ที่จะมีอาการ ARDS (Acute respiratory distress syndrome) ภาวะหายใจล้มเหลวเฉียบพลัน เนื่องจากเนื้อปอดถูกทำลายจากการติดเชื้อ หากไม่ได้รับการรักษาอย่างถูกต้องและทันท่วงทีผู้ป่วยจะมีโอกาสเสียชีวิตได้มาก **

ต่อมาได้พัฒนาให้มีระบบการทำงานที่ควบคุมตัวแปรต่าง ๆ ได้เทียบเท่ากับเครื่องที่ใช้อยู่ รพ. สามารถควบคุมการไหลของอากาศแรงดันสูง ควบคุมปริมาตรอากาศในปอดให้ได้ค่าตามที่ต้องการ ใช้งานร่วมกับการผสมก๊าซออกซิเจนจากระบบท่อ  โดยออกแบบให้ควบคุมการไหลเข้าออกของอากาศโดยใช้โซลิดนอยด์วาล์ว และมีโฟลวมิเตอร์เพื่อวัดการไหล

นอกจากนี้ ยังมีจอภาพระบบสัมผัสควบคุมการทำงานของตัวเครื่อง แสดงค่าพารามิเตอร์ต่าง ๆ ได้แก่ค่าความดันอากาศ (Airway pressure) อัตราการไหลของอากาศ (Flow Rate) และปริมาตรอากาศที่ไหลเข้าหรือออกจากปอด ต่อการหายใจ 1 ครั้ง  (Tidal volume (VT)

ช่วงกลางปี 2563 ที่ผ่านมา ทีมวิศวกรเมคาทรอนิกส์ NARIT ได้พัฒนาอัลกอริทึมหรือซอฟต์แวร์ควบคุมระบบการทำงานของเครื่องช่วยหายใจ ให้สามารถควบคุมการปิด-เปิดของวาล์วและควบคุมปริมาณของออกซิเจนได้ จนกระทั่งสามารถพัฒนาไปในส่วนซอฟต์แวร์สำหรับผู้ใช้งานได้บางส่วน เช่น สามารถเปลี่ยนค่า PEEP สามารถเซ็ตค่าจำนวนครั้งของการหายใจต่อนาที และอัตราส่วนระหว่างการหายใจเข้า-หายใจออกได้ เป็นต้น

ปัจจุบัน NARIT เดินหน้าสู่การพัฒนาเครื่องช่วยหายใจเวอร์ชันล่าสุด ซึ่งใช้ Propotional valve แทน โซลิดนอยด์วาวล์ เพื่อควบคุมการไหลเข้าออกของอากาศให้ดียิ่งขึ้น รวมถึงการควบคุมตัวแปรต่าง ๆ ได้เทียบเท่ากับเครื่องที่ใช้อยู่ รพ. เพื่อให้สามารถใช้งานได้จริงในทางการแพทย์  ภายใต้คำแนะนำอย่างใกล้ชิดจากทีมแพทย์โรงพยาบาลมหาราชนครเชียงใหม่ #เป้าหมายของNARITในการสร้างเครื่องช่วยหายใจต้นแบบ ไม่ได้หยุดเพียงแค่แก้ปัญหาภาวะการระบาดของโรคโควิด-19  เท่านั้น แต่ยังเป็นการพัฒนาขีดความสามารถด้านเทคโนโลยีของบุคลากรและสามารถต่อยอดไปสู่เชิงพาณิชย์ต่อไปได้ในอนาคต