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La caratterizzazione dell'aerosol di comportamento dei ricercatori sperimenta per proteggere i lavoratori di sanità da COVID-19

La diffusione rapida di COVID-19 ha sopraffatto gli ospedali che non potevano contendersi con il numero aumentante dei pazienti, di molti ventilatori di richiesta e dell'altra cura critica. Tali circostanze possono mettere i lavoratori medici al rischio. Ora i ricercatori stanno studiando i metodi per aumentare la sicurezza e l'efficacia dell'ospedale durante la pandemia.

Una scarsità dei ventilatori di salvataggio, che hanno costato tipicamente intorno $30.000 ciascuno, ospedali di colpo particolarmente duro.

“Costruendo un ventilatore semplice ed economico, possiamo contribuire ad alleviare questo carico per il personale medico,„ ha detto l'ammina Abassi, uno studente di Mohamed di PhD in meccanica dei fluidi.

Sulla base di un prototipo ha progettato dal suo Consigliere, costruente il professor Xiaofeng Liu, Abassi condutto uno sforzo con i colleghi dalla San Diego State University e dall'università di California San Diego per sviluppare una tal unità dalle parti disponibili facilmente--tubatura di plastica, valvole di mandata, umidificatore--e una dotazione d'aria. Poi la hanno provata.

I risultati preliminari compartecipi alla settantatreesima riunione annuale della divisione della società di fisico medica americano della dinamica fluida indicano che il ventilatore soddisfa le richieste essenziali fissate da Food and Drug Administration. È completamente controllabile su tre parametri--pressione d'aria, tempo di inspirazione e pressione espiratoria di conclusione positiva (PEEP)--con le pianificazioni per più comandi negli impianti.

Abassi e Liu prevedono i ventilatori che assistono non appena gli ospedali enormi negli Stati Uniti ma anche in paesi in via di sviluppo e le zone rurali con l'infrastruttura medica limitata. “Se possono costruirlo a casa, possono usarlo,„ ha detto Abassi. “E potete costruire molti di questi ventilatori molto in un periodo ridotto.„

I pazienti sui ventilatori che hanno alcune circostanze polmonari relative a COVID-19 con le affezioni polmonari croniche di fondo riceveranno spesso le droghe come il albuterol attraverso un tubo endotracheale. Questo trattamento si rilassa i muscoli bronchiali e migliora il flusso d'aria alle gallerie di ventilazione ristrette del polmone.

Un gruppo dal Lehigh University e dall'università di Arkansas per le scienze mediche ha cercato i metodi più efficaci per l'amministrazione del albuterol tramite ventilatore.

Ariel Berlinski ed il suo gruppo ha eseguito gli esperimenti di caratterizzazione dell'aerosol all'università di Arkansas. Rahul Rajendran a Lehigh ha usato i risultati per studiare la consegna della droga con i calcoli.

“L'obiettivo della ricerca era di valutare il risparmio di temi della consegna della droga quando il tipo del nebulizzatore ed il suo collocamento sono stati variati nel circuito del ventilatore,„ ha detto Arindam Banerjee, un membro del gruppo e un professore di Lehigh dell'ingegneria meccanica e meccanici.

I ricercatori hanno trovato che un nebulizzatore di vibrazione della maglia (piuttosto che un jet) collocato dal lato asciutto dell'umidificatore consegna la dose elevata al polmone. L'amministrazione del albuterol con intubazione funziona il più efficacemente per le più piccole particelle, mentre la somministrazione per via orale è più efficiente per le più grandi particelle.

“I nostri risultati sono vitali per il trattamento basato ventilatore meccanico,„ ha detto Banerjee.

Anche in circostanze ottimali, i lavoratori di sanità ancora rischiano di contrattare COVID-19. Un nuovo apparato respiratorio potrebbe diminuire gli aerosol esalati, che sono conosciuti per trasmettere il virus che causa la malattia.

I ricercatori dalla Liberty University e Vapotherm si sono domandati come i trattamenti respiratori comuni avrebbero pregiudicato le emissioni dell'aerosol. Così hanno deciso di verificare una progettazione proposta a maschera di protezione del PVC connessa ad aspirazione, aggiungente una cannula nasale ad alta velocità dell'insufflazione--il genere di unità tubed che consegna l'ossigeno al radiatore anteriore.

Poi, con il contributo dei medici specialisti, hanno modellato una stanza di ospedale con due pazienti e quattro badante che usando le tecniche di calcolo altamente specializzate. Secondo il loro modello, quando i pazienti indossano il nuovo apparato, sbraccio di meno particelle i lavoratori di sanità.

“Rappresenta un modo economico diminuire la diffusione del contagio disperso nell'aria facendo uso delle offerte trovate comunemente già nelle stanze di ospedale,„ ha detto il candidato Reid Prichard di PhD di assistenza tecnica. “Questo rimarrà uno strumento importante anche dopo che la pandemia è più.„

Un altro gruppo dall'università di Florida del sud, piombo dallo studente Anthony Perez di PhD dell'ingegneria meccanica, sta studiando che cosa accade a tutti gli agenti inquinanti dell'aerosol che i pazienti emettano in una stanza di isolamento dell'ospedale--e quanto gli agenti inquinanti lasciano rapidamente la stanza.

“Altrettanti ospedali stanno raggiungendo la capacità, assicurandosi che una stanza di ospedale sia sicura da entrare dopo una procedura digenerazione--o dopo la rimozione di un paziente precedente in modo da dei lavoratori dell'igiene può preparare la stanza--richiede il tempo di attesa significativo,„ ha detto Perez.

Secondo i ricercatori, le raccomandazioni di ventilazione di centri per il controllo e la prevenzione delle malattie presuppongono che agente-contenendo gli aerosol sia perfettamente misto all'interno di una stanza. Facendo uso delle simulazioni numeriche, il gruppo trova significativamente quello influenza mescolantesi imperfetta di circostanze quanto la ventilazione elimina rapidamente gli agenti patogeni da una stanza.

“È sia sorprendente che piuttosto riguardo a quello che lo standard per il sanitization dell'aria è basato su cui molti avrebbero considerato un calcolo della retro-de-un-busta,„ ha detto Perez.

Le simulazioni suggeriscono che agenti inquinanti dell'aerosol possa indugiare “nelle zone morte„ per intorno 10 minuti in una stanza tipica di isolamento dell'ospedale. Nel frattempo, “i cortocircuiti„ espellono rapidamente alcuni pacchetti di agenti inquinanti prima che possano disperdere.

La nostra ricerca illustra l'esigenza di un più accurato, eppure economico, struttura per la previsione delle concentrazioni nell'aerosol in una stanza di ospedale arbitraria, particolarmente nella valutazione del livello di esposizione dei lavoratori di sanità.„

Anthony Perez, studente di PhD, dipartimento di ingegneria meccanica, università di Florida del sud