Darurat COVID-19 telah berlaku di seluruh dunia. Dibutuhkan usaha dari seluruh lapisan masyarakat untuk menekan jumlah kasus positif dan angka kematian yang terus bertambah. Banyak cara dilakukan misalnya dengan physical distancing, sterilisasi tempat umum, pengadaan rumah sakit darurat, donasi berupa alat perlindungan diri (APD) untuk tenaga medis, dan lain-lain. Di satu sisi, peralatan medis yang jumlahnya terbatas menjadi kesulitan tersendiri untuk merawan pasien yang sudah positif terinfeksi. Dengan karakteristik virus yang menyerang sistem pernapasan, dibutuhkan peralatan yang mahal dan sulit diperoleh di daerah rural dan negara berkembang. Unit ventilator misalnya, hanya ada beberapa unit di setiap rumah sakit. Ventilator adalah alat bantu pernapasan bagi pasien yang sudah tidak dapat bernapas sendiri. Harga per unitnya sangat mahal, sekitar 30.000 dollar Amerika Serikat, atau 500 juta rupiah.
Sebuah tim dari Massachusetts Institute of Technology (MIT) merancang alternatif dari ventilator yang aman dan murah untuk penggunaan darurat dan dapat diproduksi dengan cepat. Tim ini disebut dengan E-Vent (singkatan dari emergency ventilator), dibentuk pada 12 Maret 2020 sebagai respon atas penyebaran pandemi COVID-19.
Awal Pembentukan
Anggota dari tim E-Vent terdiri atas dokter, insiyur, fisikawan, matematikawan, desainer produk, hingga computer scientist yang berafiliasi di MIT. Mereka bekerjasama setelah banyak pihak mereferensikan sebuah proyek mahasiswa kelas Medical Device Design yang dirancang pada tahun 2010. Proyek ini menghasilkan sebuah paper dan prototipe mechanical ventilator sederhana yang dapat dibuat dengan harga $100 atau sekitar 15 juta rupiah, jauh lebih murah dari harga alat aslinya. Sekarang, tim E-Vent melanjutkan proyek tersebut dengan urgensi yang jauh lebih tinggi.
Alat ventilator alternatif ini memiliki komponen utama yaitu bag-valve mask (BVM), atau sering disebut kantong Ambu, yang umumnya dimiliki rumah sakit dalam jumlah besar. Kantong ambu didesain untuk dioperasikan secara manual, dengan memompakan udara dengan tangan untuk membantu pasien dalam keadaan darurat seperti henti jantung. Hanya tenaga medis ahli yang boleh mengoperasikannya karena kondisi pasien harus selalu dipantau dan kecepatan pompa atau volume udara harus disesuaikan.
Inovasi pun dilakukan dengan membuatkan sistem mekanik yang dapat memompakan udara dengan menekan dan melepaskan kantong Ambu secara otomatis. Dengan ini, tenaga medis tidak kelelahan dan dapat mambantu pasien yang lain. Sistem mekanik ini dirancang agar dapat digunakan dalam waktu lama tanpa merusak kantong Ambu.
Komponen dan Cara Kerja Ventilator
Beberapa parameter medis yang harus dipenuhi untuk bisa melakukan ventilasi bantuan pada pasien yaitu laju pernapasan/respiratory rate (RR) 8-40 per menit, tidal volume (TV) 200-800 ml menyesuaikan berat badan pasien, I/E Ratio (rasio waktu inspirasi/ekspirasi napas), dan tekanan pernapasan. Tekanan pada pernapasan harus selalu dipantau, yaitu PEEP 5-15 cmH2O. Sistem ini dirancang untuk dapat dialihkan ke mode manual jika terjadi kedaruratan medis, serta memiliki alarm jika terjadi fault. Untuk mencegah penularan virus corona melalui udara, diperlukan filter HEPA pada bagian ekshalasi pasien.
Secara umum, terdapat dua bagian dari E-Vent, yaitu ventilator dan control box. Ventilator terdiri atas frame alumunium dan kantong Ambu. Frame aluminium bertugas menopang kantong ambu dan didalamnya terdapat motor listrik penggerak. Bagian ventilator fingers adalah aktuator dengan 2-finger gripper design yang terbuat dari bahan plastik dan bersentuhan langsung dengan kantong Ambu. Bagian fingers ini harus dapat digeser posisinya secara vertikal dan horizontal untuk menyesuaikan ukuran kantong Ambu. Jika dalam keadaan darurat dan dibutuhkan kontrol manual, kantong Ambu harus dapat diambil langsung oleh tenaga medis. Sehingga dibutuhkan tipe motor listik back-driveable. Dalam control box, terdapat pengaturan untuk keempat parameter pernapasan pasien dan alarm fault yang berbunyi jika terdapat perubahan parameter diluar batas yang ditentukan. Dengan set-up yang “sederhana” ini, biaya yang dibutuhkan adalah sekitar $400-500, hampir sama dengan desain ventilator yang lama, setelah mempertimbangkan nilai inflasi.
Sistem Elektrikal
Sistem elektrikal dari E-Vent terdiri atas Arduino Uno sebagai kontroler, dengan strategi kontrol motor driver berupa PWM dengan H bridge. Pressure sensor untuk mendeteksi nilai tekanan pernapasan pasien, serta LCD display dan alarm buzzer. Sumber daya 12 Volt dan 5 A dibutuhkan untuk pengoperasian peralatan ini.
Sistem kontrol E-Vent dapat dikategorikan sebagai sistem loop tertutup. Setelah alat dirangkai dan disambungkan ke sumber daya, petugas medis menentukan nilai RR, TV, I/E ratio, dan tekanan yang diharapkan sebagai set point, kemudian menyalakan alat. Arduino sebagai kontroler menerjemahkan parameter medis ke parameter mekanik seperti kecepatan gerak dan besarnya torsi, kemudian memberikan perintah kepada motor driver. Motor listrik menggerakkan ventilator fingers sesuai instruksi kontroler. Feedback yang diberikan oleh sensor tekanan diterima oleh Arduino untuk menyesuaikan gerakan mekanik dari fingers. Bila ada parameter yang keluar batas yang telah ditentukan, terdapat alarm. Layar LCD menunjukkan baik nilai set point dan nilai pembacaan tekanan yang terbaru.
Menunggu Persetujuan FDA
Tim E-Vent menyadari bahwa penggunaan ventilator ini belum dapat menyamai fungsionalitas, fleksibilitas, dan efikasi klinis dari ventilator ICU, namun dapat membantu dalam keadaan darurat dan penggunaan terbatas. Peneliti E-Vent juga telah menekankan bahwa proyek ini bukan untuk do-it-yourself melainkan harus dikerjakan oleh tim yang memiliki kemampuan teknis dan medis misalnya dari universitas atau perusahaan teknologi. Resiko dari kesalahan dalam pembuatan E-Vent ini sangat tinggi karena fault sekecil apapun dapat mengancam nyawa. Pengujian dari E-Vent selalu dilakukan dengan pengawasan dokter dan tenaga medis untuk memberikan saran terbaik. Hingga saat ini, telah dilakukan 3 kali pengujian klinis yaitu pada 20, 24, dan 26 Maret 2020. Tim E-Vent telah mengajukan proyek mereka untuk mendapatkan feedback dan persetujuan dari Food and Drug Administration (FDA).
Kontribusi untuk Kemanusiaan
Tim E-Vent tidak memungut sedikitpun uang dari proyek pembuatan ventilator darurat ini. Alih-alih mengomersialkan desain yang telah dibuat, semua detail tentang E-Vent dibagikan dengan gratis. Siapapun yang ingin mempelajari dan turut membuat prototipe dapat mengunduh detail produk di website yang disediakan, yaitu e-vent.mit.edu. Syaratnya, hanya membuat akun dan menyebutkan afiliasi dan bidang keahlian. Detail yang disediakan juga cukup jelas, mulai dari syarat aman fungsional minimum berdasarkan ilmu kedokteran (clinical requirements), gambar mekanik, sistem elektrik, kontrol, hasil uji pada model, hingga petunjuk pengoperasiannya. Diharapkan semua yang turut membangun prototipe dapat mengikuti spesifikasi dan petunjuk safety alat dengan benar.
Selain itu, dibuka pula forum diskusi yang dapat diikuti oleh siapapun yang telah terdaftar. Dalam forum tersebut, telah ada ratusan user yang terlibat dari berbagai negara, baik untuk memberikan saran, usulan penyempurnaan produk, ataupun pertanyaan tentang cara perakitan E-Vent. Secara tidak langsung, website ini telah mendukung para ahli dari seluruh dunia untuk berkolaborasi.
Para ilmuan yang terlibat memilih untuk tetap menjadi anonim dan fokus pada pengujian alat. Mereka menerima segala bentuk kontribusi dan donasi yang ditujukan untuk suksesnya penelitian ini.
Penerapan di Indonesia
Berdasarkan laporan dari Fullbright Indonesia pada 3 April 2020, tim dari Departemen Teknik Fisika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember telah berhasil membuat prototipe ventilator menggunakan desain yang dirilis oleh MIT. Tim ini dipimpin oleh Dr. Aulia Nasution dan beranggotakan dosen serta mahasiswa. Prototipe ini sedang diajukan untuk mendapat persetujuan pemerintah sebelum uji klinis. Alat ini pun memiliki target untuk segera diproduksi secara massal dan resmi diperkenalkan bertepatan dengan peringatan Hari Kesehatan Sedunia pada 7 April 2020 di Gedung Robotika ITS. Selain ITS, ventilator juga dikembangkan oleh ITB yang bekerja sama dengan YPM Salman dan UNPAD. Ventilator tersebut bernama Vent-I dan telah dinyatakan lolos uji produk pada tanggal 21 April 2020 oleh Balai Pengamanan Fasilitas Kesehatan (BPFK) Kementerian Kesehatan Republik Indonesia. Vent-I akan segera diproduksi untuk keperluan sosial, dimana Vent-I akan dibagikan secara gratis kepada rumah sakit yang membutuhkan.
Referensi :
https://e-vent.mit.edu/ diakses pada 29 April 2020
http://news.mit.edu/2010/itw-ventilator-0715 diakses pada 29 April 2020
http://news.mit.edu/2020/ventilator-covid-deployment-open-source-low-cost-0326 diakses pada 29 April 2020
https://www.technologyreview.com/s/615374/an-mit-team-hopes-to-publish-open-source-designs-for-a-low-cost-ventilator/ diakses pada 29 April 2020
https://twitter.com/FulbrightID/status/1246025088408772609 diakses pada 29 April 2020
https://www.its.ac.id/news/2020/04/07/its-ciptakan-ventilator-murah-bantu-penanganan-pasien-covid-19/ diakses pada 29 April 2020
https://www.itb.ac.id/news/read/57467/home/ventilator-portabel-vent-i-karya-anak-bangsa-lolos-uji-kemenkes-ri-dan-siap-produksi diakses pada 29 April 2020
Baca juga serial siringmakar seputar COVID-19 dari warstek :
Perilaku yang harus dilakukan generasi muda (milenial dan z) dalam menghadapi pandemi COVID-19
Fact vs. Hoax, obat-obatan dan ramuan-ramuan untuk menghadapi COVID-19
Pentingnya menjaga kesehatan gigi dan mulut selama pandemi COVID-19
Alumni S2 Teknik Fisika Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) dengan peminatan Rekayasa Instrumentasi Industri, khususnya pada bidang Rekayasa Fotonika (sifat dan aplikasi cahaya).