研究人員為COVID-19患者開發(fā)了低成本，易于使用的緊急呼吸機(jī)
加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的工程師和醫(yī)師團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種低成本，易于使用的COVID-19患者緊急呼吸機(jī)，該呼吸機(jī)圍繞在救護(hù)車中通常使用的呼吸機(jī)袋周圍。
該團(tuán)隊(duì)在袋子周圍建立了一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)，并將緊急呼吸機(jī)的成本降低到每單位500美元。該設(shè)備的組件可以快速制造，并且呼吸機(jī)可以在15分鐘內(nèi)組裝完畢。該設(shè)備的電子設(shè)備和傳感器依賴于與醫(yī)療無(wú)關(guān)的領(lǐng)域的穩(wěn)定供應(yīng)鏈，這些領(lǐng)域不太可能受到短缺的影響。
UCSD MADVent Mark V也是唯一提供壓力控制通風(fēng)并配備警報(bào)的設(shè)備，該警報(bào)可以調(diào)整以指示壓力過(guò)低或過(guò)高。這一點(diǎn)特別重要，因?yàn)檫^(guò)高的壓力會(huì)導(dǎo)致COVID-19患者的肺部損傷，而隨著病情的發(fā)展，這些患者的肺活量通常會(huì)迅速下降。
大多數(shù)呼吸機(jī)會(huì)測(cè)量被輸送到患者肺部的空氣量，這需要昂貴的氣流傳感器。相比之下，UCSD MADVent Mark V可以測(cè)量壓力并使用該數(shù)據(jù)來(lái)演算和控制流向肺部的氣流。這是降低設(shè)備價(jià)格的關(guān)鍵。
來(lái)自圣地亞哥tUC的團(tuán)隊(duì)和行業(yè)合作伙伴將尋求食品和藥物管理局的批準(zhǔn)。他們?cè)诩磳l(fā)行的《醫(yī)療設(shè)備和傳感器》中詳細(xì)介紹了他們的工作。
該設(shè)備的計(jì)劃和規(guī)格可在http://MADVent.ucsd.edu/獲得。
“ MADVent可以安全地滿足COVID-19患者的各種需求，因?yàn)樗梢栽谥委熂毙院粑狡染C合征所需的廣泛呼吸參數(shù)上進(jìn)行調(diào)節(jié)，”加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布斯工程學(xué)院教授James Friend說(shuō)。該論文的兩位通訊作者之一。“將現(xiàn)成的組件和易于機(jī)械加工的零件與機(jī)械驅(qū)動(dòng)的壓力控制相結(jié)合，使我們的設(shè)計(jì)既低成本又可快速制造。”
這項(xiàng)研究的合著者，麻醉學(xué)系項(xiàng)目科學(xué)家卡斯珀·彼得森博士說(shuō)，研究人員還希望確保該設(shè)備可以由醫(yī)務(wù)人員使用，而這些人只有很少的呼吸機(jī)經(jīng)驗(yàn)，而對(duì)這種系統(tǒng)沒有經(jīng)驗(yàn)。在加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)院。因此，MADVent Mark V使用安全，易于組裝且易于維修。
卡斯珀·彼得森博士說(shuō)：“該設(shè)備可能是在材料稀缺的情況下使用的理想選擇，例如正常的供應(yīng)鏈中斷時(shí)，或者在發(fā)展中國(guó)家和難以到達(dá)的農(nóng)村地區(qū)?！?nbsp;
該設(shè)備不能替代重癥監(jiān)護(hù)病房中使用的高度復(fù)雜的呼吸機(jī)。
雅各布斯工程學(xué)院的助理教授Lonnie Petersen博士說(shuō)：“相反，我們的低成本呼吸機(jī)旨在彌合患者大量涌動(dòng)的緊急情況，而這些患者可能沒有足夠的維持生命的設(shè)備。”加州大學(xué)圣地亞哥分校衛(wèi)生學(xué)院的兼職教授，以及該論文的其他通訊作者。“安全是我們的首要任務(wù)；雖然MADVent是一種低技術(shù)，低成本的設(shè)備，但實(shí)際上它提供了強(qiáng)大的患者量身定制的通氣，這確實(shí)為患有COVID-19所致的復(fù)雜肺部感染和呼吸窘迫的患者增加了安全性。
UCSD MADVent Mark V
加州大學(xué)圣地亞哥分校的團(tuán)隊(duì)將他們的設(shè)備放在通常在救護(hù)車中找到的呼吸袋周圍，并設(shè)計(jì)為手動(dòng)擠壓以幫助患者呼吸。在UCSD MADvent Mark V中，用機(jī)加工的槳葉擠壓袋子。槳葉由一系列壓力傳感器控制，以確?；颊攉@得適當(dāng)?shù)目諝膺M(jìn)入肺部。該團(tuán)隊(duì)有意將盡可能多的標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)院項(xiàng)目集成到設(shè)計(jì)中，因?yàn)檫@些項(xiàng)目已經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的安全性，壽命和兼容性測(cè)試。
為了測(cè)量壓力，研究人員開發(fā)了一種算法，該算法可根據(jù)設(shè)備的馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)多少圈來(lái)推斷出袋子被壓縮了多少，從而計(jì)算出送入患者肺部的空氣量。
Lonnie Petersen博士說(shuō)：“肺部的彈性變化非?？?，因此能夠感應(yīng)到患者的反饋非常重要?！?/span>
研究人員在肺部模擬器上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了200多次測(cè)試，并連續(xù)數(shù)天進(jìn)行測(cè)試，并遵守國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織（International Standards Organization）和FDA指南的標(biāo)準(zhǔn)，以確保其正常運(yùn)行。該設(shè)備還在醫(yī)療人體模型模擬器上進(jìn)行了測(cè)試。
節(jié)省成本的關(guān)鍵之一是開發(fā)一種計(jì)算機(jī)模型，以計(jì)算通過(guò)壓縮后通過(guò)救護(hù)車袋輸送的空氣量。這使研究人員可以消除昂貴的氣流傳感器以及控制它們的復(fù)雜算法。
呼吸機(jī)上的材料可用常規(guī)消毒劑（例如1.5％的過(guò)氧化氫和70％的乙醇）進(jìn)行消毒。
“該系統(tǒng)在目前的開發(fā)狀態(tài)下，可以輕松容納新的模塊，這些模塊可以啟用更復(fù)雜的功能，例如流量監(jiān)控，可以啟用其他通氣模式，并向醫(yī)療保健操作員提供有關(guān)患者呼吸的更多信息，” Aditya Vasan說(shuō)，博士 是Friend研究小組的學(xué)生，也是該論文的第一作者。
跨學(xué)科合作
臨床醫(yī)生和工程師之間的密切合作使該團(tuán)隊(duì)能夠在短短三天內(nèi)將原始樣機(jī)組裝在一起。然后，他們花費(fèi)了無(wú)數(shù)小時(shí)來(lái)完善和測(cè)試呼吸機(jī)。確保安全性并可以用簡(jiǎn)單的零件進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)需要進(jìn)行大量工作。
加州大學(xué)圣地亞哥分校高通研究所原型實(shí)驗(yàn)室的工程師提供了工程設(shè)計(jì)和制造支持。電氣工程師Mark Stambaugh介入了微控制器的工作，并幫助調(diào)整了沖程周期并控制了按壓的速度和音量，以幫助患者呼吸。機(jī)械工程師Alex Grant提供了設(shè)計(jì)支持和指導(dǎo)。
該項(xiàng)目的種子資金來(lái)自多個(gè)組織：位于圣地亞哥的Kratos國(guó)防與安全解決方案公司，該公司開發(fā)用于滿足國(guó)家安全和通信需求的現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)，平臺(tái)和產(chǎn)品；美國(guó)國(guó)防部海軍研究辦公室；加州大學(xué)全球沖突與合作研究所的催化劑倡議。
MADVent：用于COVID-19患者的低成本呼吸機(jī)
通訊作者：James Friend，Lonnie Petersen博士
加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布斯工程學(xué)院：先進(jìn)醫(yī)療設(shè)備實(shí)驗(yàn)室：James Friend，Aditya Vasan，Reiley Weekes，William和Connacher。
加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)院：Casper Petersen博士，Sidney Merritt博士，Preetham Suresh博士，Daniel E. Lee博士，William Mazzei博士，Theodore Vallejos，Jeremy Sieker。
高通研究所：馬克·斯坦博，亞歷克斯·格蘭特。
Eric Schlaepfer，獨(dú)立研究員
