مدينة زويل تشارك في مكافحة كورونا باختراعات منخفضة التكاليف بينها أجهزة تنفس (التفاصيل)

لقد تأثر العالم أجمع بالانتشار السريع لفيروس الكورونا وشمل ذلك جميع نواحي الحياة اجتماعياً واقتصادياً وصحياً. والتزاماً من مدينة زويل للعلوم والتكنولوجيا بالقيام بدور فعال في الحد من آثار فيروس الكورونا فقد عكف أساتذة وباحثو مدينة زويل على العمل في محاور مختلفة شملت الناحية الصحية والتعليمية. وفيما يلي وصف مختصر لما تم إنجازه على أرض الواقع وذلك بخلاف النشاطات البحثية الأخرى في نفس السياق والتي يجري العمل على تقييمها حالياً:

١. نماذج أولية لأجهزة التنفس الصناعي

فيما يلي ثلاثة نماذج أولية لأجهزة تنفس صناعي مصممة بتقنيات ومختلفة وتكلفة منخفضة:

‌أ. جهاز تنفس صناعي (النموذج الأول)

صور من الواقع للنموذج الأول

تم تصميم هذا الجهاز ليعمل في مرحلة ما قبل العناية المركزة والتي عادة يقوم فيها أخصائي طبي باستخدام بالون تنفس صناعي يدوي، حيث يقوم الجهاز بالعمل آليا وبالتالي يوفر وقت الأخصائي الطبي لعمل إسعافات حرجة أخرى بينما يظل المريض على هذا الجهاز لحين نقله إلى العناية المركزة. وتظهر فاعلية هذا الجهاز في حالة وجود فترات انتظار طويلة لدخول العناية المركزة، ومن ثم فتوافر مساعدة على التنفس في هذه الأوقات يكون له دور كبير في التخفيف من حدة المعاناة البدنية والنفسية وتخفيف الضغط على الفرق الطبية.

وقد تم بالفعل تصميم وتصنيع نموذج أولي يحقق المتطلبات الآتية:

١. التحكم في كمية الهواء في النفس الواحد

٢. التحكم في عدد مرات التنفس في الدقيقة

٣. التحكم في وقت الشهيق والزفير

٤. قياس الضغط على الرئة والفصل الآلي عند ارتفاعه لدرجة خطرة

وبعد نجاح النسخة الأولى يجري الآن عمل نموذج مطور يحقق المتطلبات الآتية:

١. فصل مسار الشهيق عن الزفير

٢. امكانية فك وتركيب بالون التنفس بسهولة

٣. إمكانية التشغيل اليدوي

٤. إمكانية التشغيل بالكهرباء العمومية أو بطارية أو من شاحن السيارة

٥. سهولة الحمل والنقل

ويتوقع الانتهاء من النموذج الثاني في ٨ إبريل ٢٠٢٠. التصميم يراعي سهولة الإنتاج الكمي ويستهدف تكلفة من ٢٠٠٠ إلى ٣٠٠٠ جنيها مصريا للوحدة.

‌ب. جهاز تنفس صناعي (النموذج الثاني: Venta-Max Ventilator)

صور من الواقع للنموذج الثاني

تسبب جائحة COVID 19 في زيادة أعداد الالتهاب الرئوي وأمراض الجهاز التنفسي القاتلة بشكل كبير. إجمالي عدد أجهزة التهوية المتاحة في السوق المصري محدود للغاية مع تعذر الأستيراد.

مميزات التصميم: Venta-Max Ventilator

- تكلفة منخفضة (حوالي ١٠،٠٠٠ جنيه مصري)

- يتم تجميعها بسهولة باستخدام الموارد والمكونات المتاحة بالسوق المصرية

- مصمم للعمل على الوضع الإلزامي (Mandatory Mode)الذي يحتاجه في الغالب حالات COVID19 الشديدة (على افتراض أن الرئتين غير قادرتين على الزفير أو الاستنشاق على الإطلاق)

- جهاز تحكم ميكانيكي في الضغط

- يمكن أن يعمل بالكهرباء مع إمكانية وصله بألواح شمسية لللأماكن محدودة الموارد (المستشفيات المؤقتة الميدانية والأماكن النائية)

- إمكانية التطوير المستمر لأضافة أنظمة أنذار وميكنة ردود الأفعال وتحسين واجهة التعامل البشرية human user interface

التصميم ومبدأ التشغيل:

تم تجميع أول نسخة وأختبار التشغيل الأولي وجاري معايرة الحساسات

الخطوات المقبلة:

- الانتهاء من واجهة المستخدم

- اختبار الضغوط وفقا للمتوقع والمصمم عليه

- تنفيذ التصميم في شكل دائرة الكترونية مطبوعة لتصغير الحجم

تاريخ الانتهاء المتوقع: ٥ أبريل ٢٠٢٠

‌ج. جهاز تنفس صناعي (النموذج الثالث)

يعكف فريق بحثي في مدينة زويل على تطوير جهاز تنفس صناعي يمكن استخدامه لمرضي الالتهاب الرئوي الذين لم يصلوا إلى حالة حرجة وبالتالي لا يحتاجون إلى أجهزة العناية المركزة باهظة التكلفة. والجدير بالذكر أن مثل هذه الأجهزة غير متوفر بجمهورية مصر العربية حيث يستخدم لجميع الحالات الأجهزة التي تتعدي تكلفتها مئات الآلاف من الجنيهات بينما نتوقع أن تكون تكلفة هذا الجهاز في حدود ١٪ من ثمن الأجهزة المتوفرة. ويتم تنفيذ هذا المشروع بالتعاون مع جامعة إلينوي في أوربانا شامبين بالولايات المتحدة وإحدى قلاع الصناعة المصرية- مجموعة العربي. وتعتمد فكرة المشروع على تطوير جهاز تنفس صناعي ميكانيكي تم تصميمه في جامعة إلينوي، على أن يتم تصنيعه من خلال مجموعة العربي باستخدام مواد محلية مما يحتم تعديل التصميم الأصيل كي يتوافق مع إمكانيات التصنيع المحلي والمكونات المحلية المتاحة. وبالتالي يقوم الفريق البحثي بإعادة تصميم صمام تخفيف الضغط، وآليات التحكم في ضغط الشهيق والزفير. ومن المتوقع أن تكون تكلفة الجهاز أقل ٧٠٪ من نظيره المستورد بنفس المواصفات.

ويتوقع الفريق البحثي أن يكون قادرًا على إنتاج عشرة نماذج في ٧ أبريل ٢٠٢٠.

٢. قناع تنفس مزود بصمام زفير قابل لإعادة الاستخدام

نظرا لسهولة انتشار فيروس كورونا من خلال الهواء الناقل لرذاذ المريض الحامل للفيروس فإنه من الضروري توفير أقنعة تحمي جميع العاملين في المجال الطبي من احتمالية الإصابة بالفيروس خاصة أن معظم الأقنعة الموجودة ذات استخدام لمرة واحدة فقط.

لذا فقد قام باحثوا مدينة زويل بتصميم أولي لقناع تنفس بالمواصفات التالية:

- مزود بصمام زفير قابل لإعادة الاستخدام

- مصنوع من مطاط السيليكون الطبي والمعالج بمواد تمنع نشاط الفيروسات ويمكن تعقيمه بسهولة.

- كما يحتوي هذا التصميم على فلاتر قابلة للتغيير ومعالجة بطريقة قادرة على وقف نشاط تلك الفيروسات.

ومدينة زويل الآن بصدد توفير التمويل اللازم لدعم هذا المشروع والحصول على إنتاج كمي في خلال شهر. يتميز هذا القناع بخفة الوزن وإمكانية إعادة الاستخدام وسهولة تطهيره بالإضافة إلى التحكم في البكتريا والفيروسات من خلال فلاتر معالجة توقف نشاط الميكروبات عامة والفيروسات خاصة. كما يمكن تصنيعه من لمكونات لمحلية.

٣. نظام ذكاء اصطناعي للتعرف على حالات الكورونا

An Artificial Intelligent System for identification of Corona Case

من المشاكل التي تواجه القطاع الطبي في مصر وكثير من البلاد النامية عدم وجود طريقة رخيصة وسريعة للتعرف على إصابات الكورونا. ومن ناحية أخرى أكدت دراسات أن اختبار تفاعل البلمرة المتسلسل (Polymerase chain reaction، PCR) له نسبة خطأ ويحتاج إلى فنيين مدربين لتقليل الأخطاء الناتجة أثناء أخذ العينات ونقلها وحفظها، بجانب التشغيل الخاطئ لأجهزة الكشف وسلامة السوائل والكيماويات المستعملة. وقد دلت الدراسات أيضا أن الاختبار لم يتمكن من كشف بعض حالات الإصابة وأوصت باستعمال فحوص إكلينيكية مثل صور أشعة سينية وصور أشعة مقطعية بجانب اختبار الكورونا.

ويهدف هذا المشروع لتقديم:

- نظام يعمل بالذكاء الاصطناعي والتعليم العميق للتعرف على حالات الكورونا من صور X-rayوصور CT Scan لمساعدة المختصين في القطاع الطبي المصري في الوصول إلى تشخيص دقيق.

- وقد قام الفريق البحثي بتجميع العديد من صور الأشعة السينية وعمل نظام أولى للتعرف على حالات الكورونا بدقة جيدة. وقد تقدمت مدينة بمقترح بحثي لأكاديمية البحث العلمي لتطوير هذا النظام بتدريبه على قاعدة كبيرة من صور الأشعة السينية الموجودة في قواعد البيانات المعتمدة وصور من الحالات المصرية.

- وبعد تقييم النظام سيتم توفيره مجانا للقطاع الطبي في مصر من خلال مركز البحوث في مدينة زويل.

- وبعد اعتماد النظام عالميا وإضافة قدرات تشخيصية تحليلية متميزة يمكن تسويقه عالميا ليساهم في إحداث طفرة في الاقتصاد المعرفي في مصر.

- ومن المتوقع أن يكون هذا النظام مكتمل في خلال بضعة أشهر.