Hack The Crisis: Engineering Students Craft DIY Ventilator

New York City alene har angivelig behov for tusenvis av pustemaskinene, som ikke er lett tilgjengelig i tilstrekkelig antall. Medisinske produsenter har økt produksjonen. General Motors, som opererer under forsvarsproduksjonsloven, sa at det vil levere 30 000 enheter innen august. Til og med selskaper som Dyson og Tesla hopper inn i striden.

Men ventilatorer som brukes i USA er sofistikerte, høyt konstruerte maskiner som koster fra $ 5, 000 til $ 5 0 000 hver, og de trenger mange spesialiserte komponenter fra et bredt spekter av leverandører - mange av som er offshore, kort bemannet eller for tiden er i lås.

Som et pragmatisk alternativ opprettet studenter ved Rice Universitys Brown School of Engineering en grunnleggende enhet fra deler av hyllen som leverer ventilasjon på sykehus, men koster likevel bare et par hundre dollar.

Grunnleggende om respiratorer er ganske enkle. Coronavirus kan forårsake betennelse i lungene, som blokkerer membraner som overfører oksygen fra luften til blodet. Ventilatorer ved sengen hjelper til med å skyve luft inn i lungene for å åpne dem. Pasienten får mer oksygen og har muligheten til å stabilisere seg og komme seg.

I fjor utviklet og bygde et seniorteam av bio- og mekaniske ingeniørstudenter som jobbet ved Rices Oshman Engineering Design Kitchen (OEDK) en kostnadseffektiv enhet som automatiserer komprimeringen av manuelle poseventilmasker. En BVM består av et fleksibelt luftkammer som er festet til en ansiktsmaske. Klemme posen tvinger luft gjennom en enveis ventil og inn i lungene til intuberte pasienter som har problemer med å puste på egen hånd. Disse maskene har blitt brukt i nesten 70 år og bæres vanligvis av akuttmedisinsk personell. Mer enn 100 millioner BVM-er produseres over hele verden hvert år.

Men masker er vanskelig å klemme for hånd i mer enn noen få minutter av gangen. Det automatiserte systemet kan utføre denne oppgaven i flere timer. Studentene brukte en standard $ 25 motor og en $ 5 mikrokontroller for å drive og programmere systemet. Enhetens “kompressor” er en rack-og-pinion enhet laget hovedsakelig av 3 D-trykte plastdeler med påsatte padler som syklisk presser posen. De regnet med at enheten ville være nyttig på sykehus med lite ressurser i utviklingsland, eller i nødstilfeller når det er mangel på bærbare ventilatorer.

Nå som COVID-19-krisen raser, strømmer forespørsler ut i universitetet som søker planer for den tidlige prototypen. Ansatte ved Reis OEDK oppgraderte raskt studentens prototype til en mer robust ApolloBVM-enhet designet for å være medisinsk karakter, og også økonomisk nok til å bli ansett som engangsbruk.

ApolloBVM er bygget av noen 3 D-trykte og laserskårne deler, men de fleste komponenter er lett tilgjengelige gjennom online forhandlere og jernvareforretninger. Det inkluderer goBilda-motorer fra Servo City, gir og festemidler fra McMaster-Carr, og elektriske deler fra Mouser. Ambu lager den grunnleggende BVM. Og et Arduino-brett, kjøpt av Amazon, letter programmering som lar brukerne justere hastigheten på luftlevering til pasienter.

Den automatiserte BVM-enheten ble bygget for under $ 250, en kostnad som er betydelig lavere enn for selv kommersielle ventilatorer på inngangsnivå.

Enheten har plass til vegg- eller tankbasert oksygen gjennom en standard inngangsport for lavt trykk. Et LCD-skjerm lar brukere stille driftsparametere og starte eller stoppe komprimering. Kontrollene har innstillinger for voksne, barn og barn som for øyeblikket tillater respirasjonsfrekvens på 5 til 30 bpm (i 1 trinn per minutt), volum fra 300 til {{6} } ml (i 50 ml trinn), variabelt positivt trykk og justerbar inspiratorisk: ekspirasjonsforhold. ApolloBVM er omtrent 14 × 16 × 7 i. i størrelse og veier mindre enn 10 lb, noe som gjør den egnet for bruk på et bærbart nattbord. Den drives av 120 Vac med 0010010 lt; 15 W strømtrekk.

Siden Rice kunngjorde teamets ferdigstillelse av en ny prototype den 27 mars, har hundrevis av klinikere, ingeniører, produsenter og gjør-det-selv fra flere enn 50 land bedt om informasjon om prosjektet. Open source-planene for ApolloBVM er lagt ut på nettet og er fritt tilgjengelig over hele verden.

Department of Defense er en av gruppene som er interessert i ApolloBVM. Den amerikanske marinen inviterte flere institusjoner til å sende inn forslag om å utvikle et billig, mekanisk ventilasjonsstøttesystem som raskt kan produseres med allment tilgjengelige ressurser. "Dette er så enkelt som det kan bli, med alle lett tilgjengelige deler," sa Danny Blacker, OEDKs tekniske designveileder.

Med kontinuerlig spredning av koronavirus og en truende mangel på respiratorer rundt om i verden, kan ApolloBVM hjelpe COVID-19 pasienter som er mindre kritisk syke mens de venter på tilgjengeligheten av en standard sykehusventilator. "Det umiddelbare målet er et apparat som fungerer godt nok til å holde ikke-kritiske COVID-19-pasienter stabile og frigjør større ventilatorer for mer kritiske pasienter," sa Amy Kavalewitz, administrerende direktør i OEDK.

"Dette kommer til å gjøre en forskjell på sykehus som går tom for ventilatorer," sier Dr. Rohith Malya, en adjunkt i akuttmedisin ved Baylor College of Medicine og en rådgiver for Rice engineering team. "De som har forhold til et produksjonsanlegg som raskt kan produsere dem, bør søke FDA-godkjenning for nødbruk. Vi jobber lokalt for å få det til. ”

I laboratorietester med en kunstig lunge leverte den siste prototypen direkte luft i 24 timer, til enheten var slått av. De neste trinnene er testing med humane pasienter i samarbeid med Texas Medical Center, og samarbeid med produsenter som søker å øke produksjonen av en enhet på sykehusklasse.