Se están llevando a cabo varios proyectos de colaboración en VCU para automatizar y crear posibles mejoras en los ventiladores existentes para que los sistemas de salud en todo el país y en todo el mundo puedan recrear los diseños innovadores. Crédito:Trevor Beck Frost
Como médicos en todo el país, Benjamin Nicholson, MARYLAND., sabe que se acerca la oleada.
El médico del departamento de emergencias ha visto las predicciones de la propagación del COVID-19 y sabe que existe un suministro limitado de ventiladores en todo el país para apoyar al creciente número de pacientes que experimentan síntomas respiratorios del nuevo coronavirus.
Nicholson, quien también es instructor clínico en la Facultad de Medicina de la Virginia Commonwealth University, Tuve una idea:¿Qué pasaría si pudiera tomar un resucitador manual, la máscara de válvula de bolsa utilizada por los socorristas y que se ve en todos los programas de televisión médicos, y automatizarlo? ¿Y si pudiera poner los planes a disposición de otros sistemas o proveedores de salud? ¿Alguien con acceso a algunas herramientas y una impresora 3D?
El dispositivo necesitaba ser simple y poder ensamblarse rápidamente. "Y debe ser algo que alguien con mi nivel de experiencia técnica pueda armar, "Dijo Nicholson.
Hace tres semanas, se puso en contacto con Charles Cartin, Doctor., profesor asociado de ingeniería mecánica y nuclear y director de espacios de creación en la Facultad de Ingeniería de VCU, y Adam Hamel, el técnico del Laboratorio de Innovación en Ingeniería Mecánica y Nuclear, con esa idea. Pronto, especialistas en cuidados respiratorios, codificadores, ingenieros diseñadores gráficos, enfermeras administradores de empresas, Los profesores y estudiantes de todos los campus de VCU estaban listos para diseñar y promover un producto que esperan salvará vidas en Virginia y en todo el país.
Es uno de los muchos proyectos puestos en marcha desde que comenzó la crisis de COVID-19 que utiliza la infraestructura de investigación e innovación interdisciplinaria que ya existe en VCU, y al servicio de la comunidad que depende de VCU Health.
"Una caja de piezas y un proceso paso a paso para montarlas"
En casos graves del virus, infecta e inflama los pulmones, llenándolos de líquido y escombros. Un ventilador en esencia, reemplaza mecánicamente el papel que desempeñarían los pulmones, llevar oxígeno al cuerpo y eliminar el dióxido de carbono.
Para hacer realidad la idea de Nicholson, Cartin y Hamel necesitaban diseñar los elementos físicos (paletas, palancas etc.) de un dispositivo simple que cabría alrededor de un reanimador manual.
"Lo abordamos de la misma manera que educamos a los estudiantes de ingeniería, "Dijo Cartin." Necesitan un conjunto de materiales e instrucciones claras. Es como cuando estabas en la clase de taller de la escuela secundaria. Te damos una caja de piezas y un proceso paso a paso para armarlas ".
Peter Pidcoe, Doctor., D.P.T., profesor y director asistente en el Departamento de Terapia Física de la Facultad de Profesiones de la Salud de VCU, escribió el software que le dice al dispositivo qué hacer.
Esta versión automatizada de una máscara con válvula de bolsa bombeada a mano, utilizado con frecuencia por los equipos de EMS, podría ser una alternativa para los sistemas de salud que necesitan una capacidad adicional de ventilación. Crédito:Trevor Beck Frost
Un desafío entre otros, fue el elemento de precisión. Los socorristas y otros proveedores de atención médica deben bombear las mascarillas con válvula de bolsa a mano, por lo que la cantidad de aire que recibe un paciente depende de la fuerza y la frecuencia de la presión. Los pacientes que experimentan problemas pulmonares causados por COVID-19 necesitan algo más exacto y preciso, que puede hacer el dispositivo automatizado. El equipo está entusiasmado con las primeras pruebas de su dispositivo.
"Es increíblemente preciso, "dijo Nicholson, quien se graduó de la Facultad de Medicina de VCU en 2015. "Nuestras pruebas ... mostraron la consistencia de la máquina; estábamos en 1 a 2 mililitros de diferencia de volumen de respiración a respiración".
Un desafío que no tenían:hacer que todo sucediera en múltiples disciplinas en un tiempo récord.
"Es esta red de personas en VCU lo que me entusiasma, "dijo Pidcoe, director del Laboratorio de Ingeniería y Biomecánica. "Envié correos electrónicos a cinco personas diciendo:"Tengo esta idea; necesito ayuda". Dentro de una hora, Recibí 12 respuestas de personas a las que ni siquiera envié un correo electrónico que decían:"¿Cómo podemos ayudar y qué necesitas?"
Se espera que el dispositivo para soportar la máscara con válvula de bolsa cueste alrededor de $ 500 para ensamblar. Algunas piezas se pueden comprar en una ferretería local; otros pueden imprimirse en 3D. El montaje requiere una llave Allen, un destornillador, un par de cortadores de alambre, una sierra para metales y pegamento.
"Es como un mini-respiradero, "Dijo Pidcoe." No tiene todas las campanas y silbidos que tiene un ventilador, pero ciertamente es apropiado para mantener y administrar a alguien ".
El equipo está en contacto con un fabricante en el oeste de Virginia que está interesado en producirlos y venderlos al costo. Y el equipo espera que otros sigan su ejemplo.
Respondiendo rápidamente a las necesidades médicas
El dispositivo es uno de los dos proyectos de ventiladores que están trabajando los equipos de investigadores de la VCU. Pidcoe también está trabajando en un diseño separado para un divisor que modificaría un ventilador regular para que la bomba pudiera sostener hasta cuatro pacientes.
"Hemos creado una cultura de colaboración en VCU que permite a las personas iniciar proyectos como estos a nivel de base, "dijo Henry J. Donahue, Doctor., la profesora Alice T. y William H. Goodwin Jr. y directora distinguida del Departamento de Ingeniería Biomédica y miembro del comité de operaciones del Centro C. Kenneth y Dianne Wright de Investigación Clínica y Traslacional, que apoya los ensayos clínicos y la investigación médica en VCU.
La presencia del departamento, así como el del Instituto de Ingeniería y Medicina, que Donahue codirige, dentro de la Facultad de Ingeniería y la Facultad de Medicina se presta a proyectos interdisciplinarios, añadió.
Estos dispositivos diseñados por investigadores de VCU se conectan a un ventilador común para que sirva como divisor de ventilador, lo que permite que el ventilador proporcione flujo de aire para hasta cuatro pacientes. Este dispositivo, si está aprobado por la FDA, permitiría a los sistemas de salud en los EE. UU. donde existe una necesidad significativa de ventiladores para regular el flujo de oxígeno para varios pacientes a la vez. Crédito:Peter Pidcoe
Los dispositivos de ventilación son solo una parte de la respuesta rápida de la comunidad VCU a las necesidades médicas y de los pacientes a la luz de la pandemia. Los investigadores comenzaron los ensayos clínicos de un fármaco de tratamiento experimental en marzo. La revista Time presentó recientemente a un estudiante graduado de VCU por su rápido trabajo en protectores faciales de impresión 3D para trabajadores médicos. Y el mes pasado, el laboratorio de microbiología clínica de VCU Health desarrolló de forma independiente una prueba de COVID-19.
Desde ingeniería, El proyecto de Nicholson llegó hasta Brent Fagg en Innovation Gateway de VCU. Fagg ayudó a patentar el dispositivo de Nicholson, aunque tienen la intención de hacer que los esquemas se descarguen gratuitamente para todos.
"La patente y los derechos de autor nos permiten dar permiso a otras personas para usarlo, incluso si es gratis ", Dijo Fagg." Pero descargar y ensamblar no es práctico para algunos hospitales en este momento, por lo que también estamos buscando socios de fabricación para escalar rápidamente la producción ".
Ahí es donde entra en juego la VCU School of the Arts.
Matt Woolman, el decano asociado interino de investigación de la escuela, innovación y estudios de posgrado, redactará y diseñará pautas y manuales de montaje para los fabricantes y usuarios que deseen fabricar el dispositivo. Woolman reclutó a un colega en el Centro para la Economía Creativa, Garreth Blackwell, Doctor., para desarrollar un sitio web, y juntos están creando opciones de nomenclatura en su calidad de expertos en usabilidad y diseñadores de experiencia de usuario.
"Los ingenieros son excelentes para encontrar una solución y diseñar un resultado que resuelva un problema, y nuestro papel es ayudar a los ingenieros a humanizar el producto, "dijo Woolman, quien también es director ejecutivo del Centro de Economía Creativa de VCU. "En este proyecto en particular, ayudaremos a otros a fabricar las piezas, ensamblar el producto y usarlo de manera segura y eficiente ".
El Centro Wright de VCU está contribuyendo con su experiencia y orientación a través del complejo proceso de la Administración de Alimentos y Medicamentos. La Facultad de Profesiones de la Salud abre sus áreas de formación para la prueba de equipos. El Consorcio de Innovación en Salud de Virginia proporcionó una financiación inicial crucial. Y el Centro de Innovación da Vinci de VCU está liderando un equipo que aborda el problema de la cadena de suministro:cómo asegurarse de que los suministros simples que este dispositivo necesita no se agoten.
"En este caso, con todo el hardware, componentes de dispositivos médicos y piezas impresas en 3-D en la mano, uno debe tener un ventilador en funcionamiento en unas horas, "Dijo Cartin.
Preparándose para la oleada
La aprobación de la FDA sobre el dispositivo de Nicholson aún está pendiente, y se apresura a notar que ninguno de estos dispositivos reemplaza un ventilador regular. Sin embargo, quiere que los sistemas y proveedores de salud estén preparados para el peor de los casos que espera que no se materialice.
La experiencia colaborativa ha sido inspiradora para Nicholson, quien regresó a VCU el año pasado después de su residencia en Boston.
"Francamente, ha sido bastante sorprendente ver que todo esto funciona, " él dijo.
