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进展中-快速部署开源,低成本的通风机设计

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在covid19急救期间,医院面临的最紧迫的短缺之一是缺乏呼吸机。这些机器可以让病人在自己无法呼吸的情况下保持呼吸,每台机器的成本约为3万美元。现在,一个由工程师、医生、计算机科学家和其他人员组成的志愿者团队正以麻省理工学院(MIT)为中心,致力于实现一种安全、廉价的应急替代方案,可以在世界各地迅速建成。

该小组名为MIT E-Vent(即紧急呼吸机),成立于3月12日,以应对Covid-19大流行的迅速蔓延。在医生和朋友的劝导下,该组织的成员走到了一起,并收到了大量关于十年前在麻省理工学院2.75班(医疗设备设计)完成的一个项目的邮件。学生们与当地医生协商,设计了一种简单的呼吸机装置,可以用价值约100美元的零部件制造。他们发表了一篇论文,详细介绍了他们的设计和测试,但工作就此结束。现在,随着一个重要的全球需求的出现,一个新的团队,与该课程相联系,以一个高度加速的步伐恢复了该项目。

简单、便宜的呼吸机替代品的关键是一个手动操作的塑料袋,叫做气囊-阀门复苏器,或Ambu袋,医院已经有了大量的这种袋子。这些设备被设计成由医疗专业人员或急救技术人员手动操作,在心脏骤停等情况下为病人提供呼吸,直到有呼吸机等干预措施可用。一根管子插入病人的气道,就像医院里的呼吸机一样,然后通过挤压和释放这个灵活的小袋来将空气泵入肺部。这是一项技术人员的任务,在如何评估病人和调整泵的时间和压力相应的训练。

早期麻省理工类创新开始的,现在被新团队迅速完善和测试,是设计一种机械系统的压缩和释放Ambu包,因为这不是一个人可以将做任何段时间。但对这样一个系统来说,至关重要的是不要损坏袋子,而且要可控,这样输送的空气量和压力就可以根据具体的病人进行调整。该设备必须非常可靠,因为设备的意外故障可能是致命的,但根据麻省理工学院团队的设计,这个袋子可以立即手动操作。

该团队特别关注的是,在没有必要的临床知识或专业知识的情况下,可能会有好心但缺乏经验的diy者试图复制这样一个系统,而硬件可以运行数日;大约需要100万次循环来支持一个通风病人两周的时间。此外,它要求代码是容错的,因为呼吸机是执行生命关键功能的精密设备。为了帮助减少错误信息的传播或缺乏深思熟虑的建议,该团队在其网站上增加了关于呼吸机临床使用的验证信息资源,以及在使用此类系统时进行培训和监控的要求。所有这些信息都可以在e- vente。mit。edu上免费获得。

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“我们正在发布设计指导(临床、机械、电气/控制、测试)的滚动基础上,它是开发和记录的,”一个团队成员说。“我们鼓励有能力的临床工程团队利用他们当地的资源,同时遵循主要规范和安全信息,我们欢迎其他团队的任何输入。”

研究人员强调,这不是一个典型的自己动手的项目,因为它需要对临床技术接口的专业理解,以及根据美国食品和药物管理局的严格规范和指南进行工作的能力。

这样的设备“必须按照FDA的要求生产,并且只能在临床医生的监督下使用,”一名团队成员说。他说:“美国卫生与公众服务部(Department of Health and Human Services)发布了一份通知,声明所有与Covid-19有关的医疗干预都不再承担责任,但这并没有改变我们的医疗负担。”“目前,我们正在等待FDA对该项目的反馈”。“最终,我们的目的是寻求FDA的批准。然而,这个过程需要时间。”

这个完全由志愿者组成的团队目前没有资金支持,也不愿透露姓名,因为他们中的许多人已经被想要获得更多信息的人的问询淹没了,他们担心会被干扰他们项目工作的电话淹没。“我们真的、真的很想保持专注,”一名团队成员表示。“这就是为什么网站如此重要的原因之一,这样我们就可以与任何想了解我们正在做什么的人交流,也可以让世界各地的其他人与我们交流。”

“首要考虑的是病人的安全。所以我们必须建立我们调用最小临床功能需求,”也就是说,最低的一组函数,该设备需要执行既安全又有效,小组成员之一,说他是一个工程师和一个医学博士。他说他的工作之一是翻译专业工程师和所使用的语言之间的医学专家团队。

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他说,这个最低要求的决定是由一个有着广泛临床背景的医生团队做出的,包括麻醉和重症监护。与此同时,该小组着手设计、构建和测试一个更新的原型。最初的测试揭示了实际使用所带来的高负载,以及一些已经被解决的弱点,用团队的共同领导的话来说,“甚至教授也可以把它踢到房间的另一头。”换句话说,早期专注于超级“可制造性”的尝试过于乐观。

新版本已经制作完成,正在准备进行额外的功能测试。该团队表示,他们的网站上已经有足够详细的信息,可以让其他团队与他们并行工作,他们还包含了到其他团队的链接,这些团队正在进行类似的设计工作。

在不到一周的时间里,这个团队已经从空板凳变成了他们的第一个原型的现实测试。一名团队成员表示,在不到一周的时间里,他们一直在工作,他们的动力来自医生们已经开始对呼吸机进行定量配给的报告,以及多样化团队对这个项目的高度关注,他们已经产生了“多篇有价值的论文”。

团队的一名成员表示,团队的跨学科性质至关重要。“最激动人心的时刻,当团队真正快速前进的时候,是当我们有一个设计工程师,坐在控制工程师旁边,坐在制造专家旁边,在WebEx上有一个麻醉师,所有的实体建模,编码,和电子表格并行。我们正在讨论一切细节,从追踪病人生命体征数据的方法,到小型电动马达的最佳来源。”

工作强度大,人们每天工作很长时间,虽然很累,但并没有降低他们的热情。他说:“我们都在一起工作,最终的目标是帮助人们,因为人们的生活处于可以理解的平衡之中。”

可以通过他们的网站联系这个团队。

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