Hack The Crisis: Engineering Students Craft DIY Ventilator

New York City alene har angiveligt brug for tusinder af vejrtrækningsmaskiner, som ikke er let tilgængelige i tilstrækkeligt antal. Medicinske producenter har øget produktionen. General Motors, der opererer under forsvarsproduktionsloven, sagde, at det vil levere 30, 000 enheder inden august. Selv virksomheder som Dyson og Tesla springer ind i frasen.

Men ventilatorer, der bruges i USA, er sofistikerede, højt konstruerede maskiner, der koster fra $ 5, 000 til $ 5 0,000 hver, og de har brug for en masse specialiserede komponenter fra en lang række leverandører - mange af hvem er offshore, kort bemandede eller i øjeblikket er under lockdown.

Som et pragmatisk alternativ skabte studerende ved Rice University's Brown School of Engineering en basisenhed fra hyldedele, der leverer ventilation på hospitalet, men koster dog kun et par hundrede dollars.

Grundlæggende elementer i ventilatorer er temmelig enkle. Coronavirus kan forårsage betændelse i lungerne, som blokerer membraner, der overfører ilt fra luften til blodet. Ventilatorer ved sengen hjælper med at skubbe luft ind i lungerne for at åbne dem. Patienten får mere ilt og har mulighed for at stabilisere sig og komme sig.

Sidste år designede og byggede et seniorteam af bio- og mekaniske ingeniørstuderende, der arbejder ved Rice's Oshman Engineering Design Kitchen (OEDK) en omkostningseffektiv enhed, der automatiserer komprimeringen af ​​manuelle poseventilmasker. En BVM består af et fleksibelt luftkammer, der er fastgjort til en ansigtsmaske. Klemning af posen tvinger luft gennem en envejsventil og ind i lungerne hos intuberede patienter, der selv har vejrtrækningsbesvær. Disse masker er blevet brugt i næsten 70 år og bæres typisk af akutmedicinsk personale. Mere end 100 millioner BVM'er fremstilles rundt om i verden hvert år.

Men masker er vanskelige at presse i hånden i mere end et par minutter ad gangen. Det automatiserede system kan udføre denne opgave i timevis. Eleverne brugte en standard $ 25 motor og en $ 5 mikrokontroller til at tænde og programmere systemet. Enhedens “kompressor” er en rack-og-pinion-enhed, der primært er fremstillet af 3 D-trykte plastdele med påsatte skovle, der cyklisk klemmer posen. De forventede, at enheden ville være nyttig på hospitaler med lave ressourcer i udviklingslandene eller under nødsituationer, når der er mangel på bærbare ventilatorer.

Nu, når COVID-19-krisen raser, strømmer anmodninger ind på universitetet og søger planer for den tidlige prototype. Personale ved Rice's OEDK opgraderede hurtigt studentens prototype til en mere robust ApolloBVM-enhed designet til at være medicinsk kvalitet og også økonomisk nok til at blive betragtet som engangsbruk.

ApolloBVM er bygget af nogle 3 D-trykte og laserskårne dele, men de fleste komponenter er let tilgængelige via online detailhandlere og hardware butikker. Det inkluderer goBilda-motorer fra Servo City, gear og fastgørelseselementer fra McMaster-Carr og elektriske dele fra Mouser. Ambu fremstiller den basale BVM. Og et Arduino-kort, købt fra Amazon, letter programmering, der giver brugerne mulighed for at tilpasse hastigheden for luftlevering til patienter.

Den automatiserede BVM-enhed blev bygget til mindre end $ 250, en omkostning, der er væsentligt lavere end for selv kommercielle ventilatorer på indgangsniveau.

Enheden rummer væg- eller tankbaseret ilt gennem en standardindgangsport til lavt tryk. Et LCD-display giver brugerne mulighed for at indstille driftsparametre og starte eller stoppe komprimering. Kontroller har indstillinger for voksne, børn og børn, der i øjeblikket tillader åndedrætsfrekvens på 5 til 30 bpm (i trin på 1 bpm), volumener fra 300 til {{6} } ml (i 50 ml trin), variabelt positivt tryk og justerbar inspiratorisk: ekspirationsforhold. ApolloBVM er cirka 14 × 16 × 7 i. i størrelse og vejer mindre end 10 lb, hvilket gør den velegnet til brug på et bærbart natbord. Det drives af 120 Vac med< 15="" w="">

Siden Rice annoncerede holdets færdiggørelse af en ny prototype den 27 marts, har hundreder af klinikere, ingeniører, producenter og gør-det-selv fra mere end 50 lande anmodet om oplysninger om projektet. Open-source-planerne for ApolloBVM er blevet sendt online og er frit tilgængelige over hele verden.

Department of Defense er en af ​​de grupper, der er interesseret i ApolloBVM. Den amerikanske flåde opfordrede flere institutioner til at forelægge forslag om at udvikle et billigt, mekanisk ventilationsstøttesystem, der hurtigt kan produceres med vidt tilgængelige ressourcer. ”Dette er så simpelt som det kan fås med alle let tilgængelige dele,” sagde Danny Blacker, OEDKs tekniske designvejleder.

Med løbende spredning af coronavirus og en truende mangel på ventilatorer rundt om i verden kunne ApolloBVM hjælpe COVID-19 patienter, der er mindre kritisk syge, mens de afventer tilgængeligheden af ​​en standard hospitalventilator. ”Det øjeblikkelige mål er en enhed, der fungerer godt nok til at holde ikke-kritiske COVID-19-patienter stabile og frigiver større ventilatorer til mere kritiske patienter,” sagde Amy Kavalewitz, administrerende direktør for OEDK.

”Dette vil gøre en forskel i hospitaler, der løber tør for ventilatorer,” sagde Dr. Rohith Malya, en lektor i akutmedicin ved Baylor College of Medicine og en rådgiver for Rice engineering team. ”De, der har forhold til et produktionsanlæg, der hurtigt kan producere dem, skal søge FDA-tilladelse til nødbrug. Vi arbejder lokalt for at få det til. ”

I laboratorietest med en kunstig lunge leverede den seneste prototype direkte luft i 24 timer, indtil enheden var slukket. De næste trin er test med humane patienter i partnerskab med Texas Medical Center og samarbejde med producenter, der søger at forbedre produktionen af ​​et udstyr på hospitalet.