Am 2. April 2020 organisierte Arduino eine Online-Konferenz über medizinische Open-Source-Geräte und insbesondere über die, welche zur Bekämpfung von COVID-19- bzw. der Coronavirus-Erkrankungen benötigt wird. Nach einer allgemeinen Einführung durch Arduino-Mitbegründer David Cuartielles wurde die virtuelle Bühne von Robert L. von Public Invention übernommen, der über Open-Source-Beatmungsgeräte in der Arduino-Gemeinde sprach. Er ging auf eine Liste bekannter Projekte auf GitHub ein.

Beatmungsgeräte sind komplex

Wie schnell klar wurde, sind Beatmungsgeräte komplex. Auch wenn es technisch nicht allzu schwierig erscheint, Luft in die Lunge eines Patienten zu pumpen, muss der Luftstrom sehr genau gesteuert werden, um eine Schädigung der Lunge zu vermeiden. Er muss einer Kurve folgen, die in ihrer Form den Wärmekurven des Reflow-Ofens oder den von Hüllkurvengeneratoren in (analogen) Synthesizern nicht unähnlich ist. Dies mit leicht erhältlichen Teilen zu erledigen ist nicht einfach. Masken mit geeigneten Ventilen (Ambu bags) sind eher schwer zu beschaffen.

 
Selbstbau-Beatmungsgerät ReaMima.

Neben einem genau gesteuerten Luftstrom - die Überwachung des Luftdrucks ist eine zusätzliche Herausforderung - benötigt ein Beatmungsgerät robuste mechanische Teile wie Schläuche und Filter und nicht zuletzt die Zulassung und Zertifizierung durch die medizinischen Gremien.

Eines der am besten nachbaubaren Projekte ist AmboVent, das einen Arduino Nano zur Steuerung verwendet.

Zwei Themenbereiche

Die Konferenz teilte sich dann in zwei Veranstaltungen auf. Teil 1 befasste sich weiter mit Beatmungsgeräten, während Teil 2 sich mit anderen medizinischen Open-Source-Geräten beschäftigte.

Teil 1 - Arduino-kompatible Beatmungsgeräte

Hier wurden kurze Präsentationen von Menschen aus der ganzen Welt gehalten. Zum Problem des Pumpens von Luft wurden einige recht geniale Lösungen gezeigt. Eine besonders gefällige, wenn auch nicht praktikabelste Lösung war ReaMima, für das ich alle erforderlichen Teile zu Hause habe. Bei diesem Projekt wird Wasser zum Pumpen von Luft verwendet. Das brasilianische Projekt OpenVentilator Projekt vermeidet einen Ambu-Bag als Luftreservoir, da diese schwerer erhältlich sind.

Rechtliche und Zertifizierungs-Hürden

Die zweite Hälfte von Teil 1 wurde von César García Sáez moderiert. Hier ging es um die Schwierigkeiten bezüglich der gesetzlichen Anforderungen an medizinische Geräte. Es gibt Vorschriften, Normen und Standards z.B. für die Filterung und die Qualität der von einem Beatmungsgerät gepumpten Luft. Darüber hinaus können die Anforderungen je nach Region und Land unterschiedlich sein.

 
Maske aus einem Kaffeefilter.

Unterm Strich geht es darum, den medizinischen Bereich so früh wie möglich in das Projekt einzubeziehen. Natürlich sind auch eine gute Dokumentation und Handbücher erforderlich. Dass die Geräte homologiert sein und den CE-, FCC- und ähnlichen Vorschriften entsprechen müssen, versteht sich von selbst.

Teil 2 - andere Arduino-kompatible Medizingeräte 

In dieser Veranstaltung ging es um Geräte, die nicht mit Beatmung zu tun haben. Sie wurde von Alessandro Ranellucci moderiert. Die Projekte reichten von KI-Geräten (DeepC) über Sauerstoffkonzentratoren bis hin zu Oximetern und Masken, die (einfach) aus Kaffeefiltern oder (komplexer) mit 3D-Druckern hergestellt werden.
 
Bei FHIReButton ging es um das Ressourcenmanagement, z.B. die Verfügbarkeit von Intensivstationen (ICUs) oder Betten. Die Ressourcen sind verstreut, und es kann schwierig sein, schnell eine verfügbare Intensivstation zu finden. Dieser IoT-Button signalisiert die Verfügbarkeit einer Ressource an eine Online-Plattform, indem einfach ein Schalter umgelegt wird.

 
FHIReButton hilft bei der Verwaltung verteilter medizinischer Ressourcen.

Herausforderungen bei Technologie und Fertigung

Im weiteren Verlauf wurde Teil 2 dann von Dario Pennisi moderiert. Hier ging es um weitere Probleme beim Entwurf und der anschließenden Produktion von medizinischer Ausrüstung. Abgesehen von den offensichtlichen Aspekten wie Robustheit und Sicherheit sollte darauf geachtet werden, dass nicht alle die gleichen Teile verwenden, da dies schnell zu logistischen Problemen führen kann. Ein weiterer für Entwickler ohne Erfahrung bei Medizinprodukten wichtiger ist, dass Funktechnik in Krankenhäusern nicht wirklich geschätzt werden und dass jedes Byte aus einem medizinischen Gerät als Teil sensibler Daten betrachtet werden muss.

Ausblick für die Arduino-Community

Insgesamt bot die Veranstaltung mehr als sieben Stunden (3,5 Stunden pro Teil) zu interessanten Projekten und Ideen. Schlüsselfertige Lösungen sind zwar nicht dabei herausgekommen, doch bot sich ein guter Überblick, wie Menschen auf der ganzen Welt beim Kampf gegen das Coronavirus versuchen, unser Leben auch zukünftig zu verbessern.
 
Teil 1 wurde live auf YouTube gestreamt. Man kann ihn hier ansehen.
 
Teil 2 ist auch auf YouTube zu finden.