低コストなスピロメーター：低リソース環境向けArduinoベースのスピロメーターの開発、改良、および検証

科学分野:

• 生物医学工学
• 医療機器設計
• グローバルヘルス

背景:

• 医療機器は世界的に不公平に分配されており、人口の13%によって人口の76%が使用されています。
• 高所得国（HIC）向けに設計されたデバイスは、現地のニーズを満たさないため、低リソース環境（LRS）ではしばしば失敗します。
• スピロメーターは、呼吸器疾患の負担が大きいにもかかわらず、LRSでは利用されていません。

研究 の 目的:

• 低リソース環境（LRS）向けに、倹約的で安価なスピロメーターを開発および検証すること。
• 呼吸器疾患の負担が大きい地域におけるスパイロメトリーの利用不足に対処すること。
• 十分なサービスを受けていない人々のための、費用対効果の高い肺スクリーニングツールを作成すること。

主な方法:

• 3Dプリントと低コスト電子機器（Arduino nano、ESP32、MXP5010DP）を使用したベンチュリ型スピロメーターを設計しました。
• 2Lポンプテストと、CEマーク付きスピロメーターとの比較による30人の参加者による前向き評価を通じてデバイスを検証しました。
• 平均絶対誤差（MAE）、平均絶対パーセント誤差（MAPE）、ピアソンの相関係数、および級内相関係数（ICC）を使用してパフォーマンスを分析しました。

主要な成果:

• 3Dプリントされたスピロメーターは、ポンプテストで1.53%のMAPEを達成しました。
• 1秒量（FEV1）について、基準デバイスとの強い一致が観察されました（ICC = 0.97、r = 0.97）。
• ピーク呼気流量（PEF）測定値は、強い相関（ICC = 0.80、r = 0.89）を示し、ISO 26782:2009の体積精度基準を満たしました。

結論:

• 肺スクリーニング用の検証済み、倹約的なスピロメーターがLRS向けに正常にプロトタイプ化されました。
• 倹約的な工学により、臨床精度を犠牲にすることなく医療機器のコストを削減できます。
• LRS展開のためには、臨床集団でのさらなる検証と規制の整合性が必要です。