MITの研究者が埋め込み型ロボット人工呼吸器を開発

ブリアナ・ウェスリング 2022年12月20日

彼女と彼女のチームが設計した柔らかい埋め込み型人工呼吸器を装着したエレン・ロッシュ。 | 出典: MIT、M. スコット ブラウアー

MITの研究者らは、横隔膜の自然な収縮を増強できる、柔らかいロボット埋め込み型人工呼吸器を設計した。

埋め込み型人工呼吸器は、横隔膜の上に埋め込まれる 2 本の柔らかい風船状のチューブで作られています。 外部ポンプで膨張すると、チューブは横隔膜を押し下げて肺の拡張を助ける人工筋肉として機能します。 横隔膜の自然なリズムに合わせてチューブを膨張させることができます。

横隔膜は胸郭のすぐ下にあります。 肺を押し下げて真空を作り、肺が拡張して空気を取り込み、リラックスして空気を排出します。

人工呼吸器内のチューブは、空気圧装置の一種であるマッキベン アクチュエーターに似ています。 研究チームは、デバイスが前から後ろまで筋肉を横切るようにチューブを胸郭の横隔膜の両側に取り付けた。 チームは細い外部エアラインを使用して、チューブを小型ポンプと制御システムに接続しました。

このソフトベンチレーターは、機械工学の准教授であり、マサチューセッツ工科大学医工学科学研究所のメンバーであるエレン・ロッシュとその同僚によって設計されました。 研究チームは人工呼吸器の概念実証設計を作成しました。

「これは新しい換気方法の概念実証です」とロシュ氏はMITニュースに語った。 「この設計の生体力学は、マスクや気管切開のある肺に空気を送り込む人工呼吸器とは異なり、通常の呼吸に近いものです。 これが人間に移植されるまでには長い道のりがあります。 しかし、植え込み可能なもので換気を強化できることを証明できるのは興味深いことです。」

ロシュ氏によると、埋め込み型ポンプの仕事量を最大化する鍵は、ダイアフラムが自然に収縮するときにダイアフラムを下方にさらに押すことです。 これは、チームが横隔膜の動きを正確に模倣する必要はなく、その推進力を与えることができるデバイスを作成するだけでよいことを意味します。

植込み型人工呼吸器は、横隔膜を横切る 2 本のチューブから作られています。 | 出典: MIT

ロシュと彼女のチームは、麻酔をかけたブタでシステムをテストしました。 装置を埋め込んだ後、彼らはブタの酸素レベルを監視し、超音波画像を使用して横隔膜の機能を観察した。 一般的に、研究チームは、人工呼吸器が豚の肺が呼吸するたびに取り込める空気の量を増加させることを発見した。 この装置は、横隔膜の収縮と人工筋肉が同期して機能しているときに最も効果を発揮し、豚の肺は補助なしで可能な量の 3 倍の量の空気を取り込むことができました。

研究チームは、このデバイスが、ALS、筋ジストロフィー、その他の神経筋疾患、麻痺、横隔神経の損傷によって引き起こされる慢性的な横隔膜機能不全に苦しむ人々を助けることができると期待している。

研究チームには、MITの元大学院生であるロシュ氏、ルーシー・フー氏、マニシャ・シン氏、ディエゴ・ケベド・モレノ氏、スイスのローザンヌ大学病院のジャン・ボヌマン氏、ボストン小児病院のモサブ・サイード氏とニコライ・ワシリエフ氏が参加した。