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麻省理工学院的团队正在用低成本、开源的替代方案来填补COVID-19呼吸机的短缺

麻省理工学院的团队正在用低成本、开源的替代方案来填补COVID-19呼吸机的短缺

一个由工程师和医生组成的特别小组开发了一种低成本、开源的替代方案,现在已经准备好快速生产。

在covid19大流行的早期,很明显,在接下来的几周和几个月里,对呼吸机的需求将是至关重要的。呼吸机是一种潜在的挽救生命的设备,它可以保持空气流入呼吸能力正在下降的病人体内。

看到一个潜在的缺口成千上万这样的单位,机械工程教授亚历克斯·斯洛克姆老和其他麻省理工学院的工程师迅速采取行动,迅速拉在一起的一组志愿者在机械设计专业知识,电子产品、和控制,和一组医生治疗呼吸系统疾病的临床经验。他们开始不停地合作,开发一种便宜的替代方案,并分享他们在这个过程中学到的东西。我们的目标是设计出一种能够在全球范围内迅速产生的设计,从而在当前的危机中发挥真正的作用。

在很短的时间内,他们成功了。

就在这个团队开会的四周后,第一批直接基于其工作的设备已经在纽约开始生产。包括10XBeta、Boyce Technologies和Newlab在内的团队已经开始与麻省理工学院的团队密切合作,生产一种名为Spiro Wave的版本。该联盟预计将迅速交付数百个单元,以满足纽约医院的即时需求,并最终满足全国各地其他医院的需求。

与此同时,这个名为麻省理工学院E-Vent的团队继续研究,进一步开发这一设计。下一次迭代将更紧凑,有一个稍微不同的驱动系统,并增加一个关键的呼吸功能。他们的首要目标是专注于安全性和简单的功能和制造。纽约和约翰内斯堡的10XBeta,以及波士顿地区的Vecna Technologies和NN Life Sciences,都在参与这项努力。10XBeta是由麻省理工学院校友Marcel Botha SM创办的。

麻省理工学院的团队正在用低成本、开源的替代方案来填补COVID-19呼吸机的短缺

复杂的设计挑战

小亚历山大·斯洛克姆是一名机械工程师,现在是威斯康辛医学院的外科住院医师。他与父亲老斯洛克姆和麻省理工学院的研究科学家内文·哈努马拉密切合作,帮助启动了最初的项目。

坦率地说,这些数字令人恐惧。斯洛克姆jr .)说。这个项目大约是在来自意大利的新闻报道中开始的,报道中说由于供应不足,呼吸器是定量配给的,当时的数据表明大约10%的因维德病患者需要重症监护病房。他的首要任务之一是利用疾病预防控制中心的流行病应对计划等资源,以及危重症护理资源利用方面的文献,估计潜在的呼吸机短缺。我们估计到四月或五月可能会缺少10万到20万通风机。他说。

Hanumara是E-Vent团队的项目负责人之一,他说,这个团队打算提供开源的指导方针,而不是详细的计划或工具包,这些将作为资源,使全国和世界各地的技术团队能够使用。如医院工程集团、生物医学设备制造公司、工业集团等;开发自己的特定版本,考虑当地的供应链。

这就是为什么我们没有(在网站上)一个确切的计划的原因。Hanumara说。我们有信息和参考设计,因为这不是一个家庭爱好者应该做的事情。我们想强调的是,创造一个能够安全通风的系统并不是一件小事。

我们看到所有这些设计都被贴在网上,这太棒了,很多人都想帮忙。我们认为最好的第一步是确定安全通气的最低临床功能要求,将其与报道的处理Covid患者的方法进行比较,并以此帮助我们选择设计方案。

现有设备背后的原理当然很简单:拿一个急救复苏包(Ambu是一个常见的品牌),医院已经有很多这样的袋子了,而且它的设计是可以用手挤压的。压榨自动化;使用一对由马达驱动的弧形桨;将允许迅速扩大。但除此之外,哈努马拉说:控制非常棘手,随着我们对临床和安全挑战的理解不断加深,需要不断改进。

小斯洛克姆补充说,因维德病患者通常需要一周或更长时间的换气,在较长的情况下,这意味着大约需要一百万次呼吸。划桨是专门设计的,以鼓励滚动接触,以减少磨损的包。

最初的设计是十年前作为麻省理工学院2.75班(医疗设备设计)的学生团队项目开发的,由Slocum Sr.和Hanumara教授。该团队的论文为该新项目在解决设计问题上提供了一个重要的开端,因为他们在与临床医生的密切协商中取得了快速进展。

临床医生的整体参与是我们与其他许多人之间的一个关键区别;麻省理工学院机械工程专业的学生金伯利·荣格说,他正在研究这个工程问题。

容格本;她曾在美国陆军服役5年,在哈佛大学获得了工商管理硕士学位,并开始了香料生意,目前是阿富汗最大的女性雇主。一直担任团队的执行主管,同时也是工程团队的一员。她说,有许多个人和许多小公司正在试图为低成本的通风设备提供解决方案。问题是他们没有遵守临床指南,如潮气量、吸气-呼气比、每分钟呼吸速率、最大压力和关键的安全监测。开发这些临床需求并将其转化为工程设计需求需要大量的时间和精力。这是一个长达一年的研究和开发过程,已压缩为几个星期。

一个团队组装

随着项目的推进,其他人也加入了团队。Coby Unger是麻省理工学院业余爱好商店的工业设计师和指导员,他开始在机械商店里制作第一个原型机。Jung招募了她的同学和邻居Shakti Shaligram SM;19,来帮助她进行机械加工,还引入了Michael Detienne,一个电气工程师,MITERS makerspace的成员。麻省理工学院制造商车间的两名学生用从麻省理工学院制造和生产车间实验室借来的库存帮助进行了最初的制造。为了寻找压力传感器,哈努马拉联系了麻省理工学院(MIT)一家名为QuantAQ的衍生公司的首席执行官戴维·哈根(David Hagan)博士,他加入了这个团队。埃里克·诺曼(Eric Norman)迅速部署了这个网站,他是一位沟通专家,曾与哈努马拉在麻省理工学院的另一个项目中合作。

意识到反馈和控制系统对设备的安全运行至关重要,团队很早就决定他们需要该领域专家的帮助。麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室的负责人Daniela Rus加入了这个团队,和她的研究小组的几名成员一起负责控制系统。罗斯还建议研究科学家穆拉德·阿布·哈拉夫和研究生泰迪·奥尔特和布兰登·阿拉基加入志愿者队伍。他们热切地接受了邀请。奥尔特的室友阿马多·安东尼尼也加入了这个团队,协助他们进行电机控制。

与此同时,韦斯特切斯特医学中心麻醉学家、纽约医学院麻醉学助理教授Albert Kwon SB 8, HST 13,也被斯洛克姆二世(Slocum Jr.)招募加入了这个项目。权被允许离开他在韦斯特切斯特的工作,投入时间到该项目,提供临床指导的控制和安全系统所需的设备安全工作。韦斯特切斯特医疗中心放弃了他,这是非常特殊的,他一直致力于将技术转化为临床,并解释适合这种简化系统的情况。Hanumara说。杰伊·康纳。奥本医院的一名外科医生和医疗设备设计课程教学团队的一部分,Christoph Nabzdyk心胸麻醉师和重症监护医师Kwon的梅奥诊所和长期的同事,和德克Varelmann,另一个来自布莱根Women&rsquo麻醉师;s医院,和许多其他临床医生建议麻省理工学院E-Vent团队。

帮助他人填补空白的火花

虽然我们的设计不能代替全功能的通风机,哈努马拉强调,它的确提供了关键的通风功能,这将使医疗机构在压力下更好地分配ICU的呼吸器和人力资源,在一个糟糕的情况下。

他说,在某种程度上,我们正在把时钟往回拨,回到通风的核心参数上来。在今天的电子传感器和控制器出现之前,医生们接受的训练是根据病人的生理反应来调整呼吸机。所以,我们知道这是可行的。白马王子;病人本身就是一个理性的感知者。

钟彬娴说,虽然联邦政府现在已经与大型制造公司签订了生产风机的合同,以帮助满足紧急需求,但这一过程需要时间,因此在满足需求方面还有很大的差距。这些大型制造商最快也就两个月左右的时间就会倒闭。她说。

这种需求在新兴市场可能会更加明显。Hanumara补充道。

该团队不打算直接推出自己的产品,甚至也不打算提供一套详细的计划。我们的目标是提出一个真正可靠的参考设计方案。哈努马拉说,在一定程度上帮助大集团扩大规模。我们与当地的行业合作伙伴分享了许多经验和教训。将由当地团队根据他们能够可靠获得的材料和部件以及他们医院的特殊需要来调整设计。

他说,你们的机械和电气工程团队将必须了解他们的供应链中有什么,以及他们有什么容易获得的制造方法,从而调整设计。基础设计的目的是真正的适应性,但它可能需要修改。他们能采购什么发动机?电气团队需要查看哪些电机驱动器和控制器?他们的临床医生对他们的病人群体要求什么程度的控制和安全,这应该如何反映在规范中?所以,我们不能拿出一套完全一样的装备。Hanumara说。

哈努马拉说,他们希望能在各地建立团队,进一步发展和适应这一概念。如果临床安全性得到证明,我们可能会在世界各地看到许多这样的产品,其中有些与我们有共同的DNA,还有一些地方风味。我认为那将是美妙的,因为那将意味着全世界的人们都在努力工作,帮助他们的社区。

我为这支球队感到无比的骄傲。容格说:“我们每个人是如何不顾内部和外部的挑战,勇敢地面对挑战并坚持下去的。”我们每个人心中都有一个使命,那就是拯救生命。正是这个使命使我们团结在一起,使我们成为一个古怪的麻省理工学院大家庭。

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