El equipo del MIT compite para llenar la escasez de fanáticos de Covid-19


Al comienzo de la pandemia de Covid-19, estaba claro que una necesidad crítica en las próximas semanas y meses sería contar con ventiladores, los dispositivos potencialmente vitales que permiten que el aire circule en un paciente. cuya capacidad de respirar es deficiente.

Al ver un déficit potencial de cientos de miles de tales unidades, el profesor de ingeniería mecánica Alex Slocum Sr. y otros ingenieros del MIT se pusieron a trabajar, reuniendo rápidamente un equipo de Voluntarios con experiencia en diseño mecánico, electrónica y controles, y un equipo de médicos con experiencia clínica en el tratamiento de afecciones respiratorias. Comenzaron a trabajar incansablemente juntos para desarrollar una alternativa económica y compartir lo que aprendieron en el camino. El objetivo era un diseño que pudiera producirse lo suficientemente rápido, potencialmente en todo el mundo, para marcar una diferencia real en la crisis inmediata.

En muy poco tiempo, tuvieron éxito.

Poco más de un mes después de la reunión del equipo, la producción de los primeros dispositivos basados ​​directamente en su trabajo comenzó en Nueva York. Un grupo que incluye 10XBeta, Boyce Technologies y Newlab ha comenzado la producción de una versión llamada Spiro Wave, en estrecha colaboración con el equipo del MIT. El consorcio planea entregar cientos de unidades rápidamente para satisfacer las necesidades inmediatas de los hospitales de Nueva York y posiblemente de otros hospitales en todo el país.

Mientras tanto, el equipo, llamado MIT E-Vent, continuó su investigación para desarrollar aún más el diseño. La próxima iteración será más compacta, tendrá un sistema de entrenamiento ligeramente diferente y agregará una función respiratoria clave. Su objetivo principal es centrarse en la seguridad y la funcionalidad y la fabricación simple. 10XBeta, en Nueva York y Johannesburgo, así como Vecna ​​Technologies y NN Life Sciences en el área de Boston, están participando en este esfuerzo. 10XBeta fue fundada por el ex alumno del MIT Marcel Botha SM '06.

La última versión del diseño del ventilador de emergencia del equipo MIT E-Vent se está sometiendo a pruebas en su laboratorio. Cortesía del equipo MIT E-Vent.

Un complejo desafío de diseño.

Alexander Slocum Jr. SB & # 39; 08, SM & # 39; 10, PhD & # 39; 13, ingeniero mecánico que ahora reside en cirugía en el Medical College of Wisconsin, trabajó en estrecha colaboración con su padre, Slocum Sr. e investigador del MIT Nevan Hanumara MS & # 39; 06, PhD & # 39; 12 para ayudar a dirigir la aceleración inicial.

"Los números dan miedo, para decirlo sin rodeos", dice Slocum Jr. "Este proyecto comenzó en el momento en que la información de Italia describía que los fanáticos estaban siendo racionados debido a la escasez, y los datos disponibles en ese momento sugirió que alrededor del 10% de los pacientes con Covid necesitarían una unidad de cuidados intensivos. Una de sus primeras tareas fue estimar la posible escasez de ventiladores, utilizando recursos como el plan de respuesta pandémica de los CDC y la literatura sobre el uso. recursos de cuidados críticos. "Estimamos que una escasez de alrededor de 100,000 a 200,000 fanáticos era posible en abril o mayo", dijo.

Hanumara, quien es uno de los líderes del proyecto del equipo de E-Vent, dice que el equipo tiene la intención de ofrecer pautas de código abierto, en lugar de planes o kits detallado, que servirá como recursos para permitir que equipos calificados en todo el país y el mundo, como grupos de ingeniería hospitalaria, empresas de fabricación de dispositivos biomédicos y grupos industriales, desarrollen sus versiones específicas propias, teniendo en cuenta las cadenas de suministro locales.

"Hay una razón por la cual no tenemos un solo plan exacto (en el sitio)Explica Hanumara. “Tenemos información y puntos de referencia, porque no es algo que un amante del hogar debería hacer. Queremos enfatizar que no es trivial crear un sistema capaz de proporcionar ventilación con total seguridad. "

"Hemos visto todos estos diseños en línea, lo cual es genial que tanta gente quería ayudar", dice Slocum Jr. "Pensamos que el mejor primer paso sería identificar los requisitos clínicos mínimos funcionales para una ventilación segura". , compárelo con los informes del método de gestión del paciente desglosados ​​con Covid y úselos para ayudarnos a elegir un modelo. "

El principio detrás del dispositivo existente es ciertamente bastante simple: tome una bolsa de reanimación de emergencia (Ambu es una marca común), que los hospitales ya tienen en grandes cantidades y que está diseñada para ser presionada a mano . La automatización de la compresión, utilizando un par de paletas curvas impulsadas por un motor, permitiría una rápida escala. Pero hay mucho más, dice Hanumara: "Los controles son realmente complicados, y han tomado muchas iteraciones a medida que nuestra comprensión del desafío clínico y de seguridad aumentó".

Slocum Jr. agrega: "Los pacientes de Covid a menudo necesitan ventilación durante una semana o más, y en casos más largos, esto significaría alrededor de un millón de respiraciones. Las paletas están especialmente diseñadas para fomentar el contacto con el rodamiento para minimizar el desgaste de la bolsa. "

El punto de partida fue un diseño desarrollado hace más de una década como un proyecto de equipo de estudiantes en la clase MIT 2.75 (diseño de dispositivos médicos), impartido por Slocum Sr. y Hanumara. El documento del equipo le dio al nuevo proyecto una ventaja significativa en la resolución del problema de diseño, ya que avanzan rápidamente en estrecha consulta con los médicos.

Esta participación total de los médicos "es una diferencia clave entre nosotros y muchos otros" que trabajan en este problema de ingeniería, dice Kimberly Jung, estudiante de maestría en ingeniería mecánica en el MIT.

Jung, quien anteriormente sirvió cinco años en el ejército de los EE. UU., Obtuvo un MBA de la Universidad de Harvard y comenzó un negocio de especias que actualmente es el mayor empleador de mujeres en Afganistán. actuó como gerente general del equipo, así como en el marco de la ingeniería. equipo Ella dice que "hay muchas personas y muchas pequeñas empresas que intentan encontrar soluciones para los fanáticos de bajo costo. El problema es que simplemente no siguieron las pautas clínicas, como el volumen corriente, la relación de inspiración / espiración, la frecuencia respiratoria por minuto, las presiones máximas y la supervisión clave para la seguridad . Desarrollar estos requisitos clínicos y traducirlos en requisitos de diseño técnico requiere mucho tiempo y esfuerzo. Es un proceso de investigación y desarrollo de un año que se ha condensado en varias semanas. "

Un equipo se une

Otros se unieron al equipo cuando el proyecto se aceleró. Coby Unger, diseñador industrial e instructor en MIT Hobby Shop, comenzó a construir los primeros prototipos en el taller de máquinas. Jung reclutó a su compañero de clase y vecino, Shakti Shaligram SM '19, para ayudar con el mecanizado, y también trajo a Michael Detienne, un ingeniero eléctrico y miembro del espacio de fabricación MITRE. Dos estudiantes del taller de MIT Maker ayudaron en la fabricación inicial con material prestado del Laboratorio de fabricación y productividad de MIT. Buscando sensores de presión, Hanumara contactó a David Hagan PhD '20, CEO de un spin-off del MIT llamado QuantAQ, y se unió al equipo. Eric Norman, un experto en comunicaciones que había trabajado con Hanumara en otro proyecto del MIT, implementó rápidamente el sitio web.

Reconociendo que los sistemas de retroalimentación y control eran esenciales para la operación segura del dispositivo, el equipo decidió desde el principio que necesitaban la ayuda de especialistas en esta área. Daniela Rus, directora del laboratorio de computación e inteligencia artificial del MIT, sugirió al investigador Murad Abu-Kalaf y a los estudiantes graduados Teddy Ort y Brandon Araki, quienes aceptaron ansiosamente unirse a la compañía. equipo de voluntarios El compañero de habitación de Art, Amado Antonini SM '18, también se unió al equipo para ayudar con el control del motor.

Al mismo tiempo, Slocum Jr. reclutó al ex graduado Albert Kwon SB '08, HST '13, anestesiólogo del Westchester Medical Center y profesor asistente de anestesiología en el New York Medical College para unirse al proyecto desde el principio. Kwon recibió permiso para trabajar en Westchester para dedicar tiempo al proyecto, brindando asesoramiento clínico sobre los tipos de controles y sistemas de seguridad necesarios para mantener el dispositivo funcionando de manera segura. "El Westchester Medical Center lo abandonó, lo cual es muy especial, y trabajó para traducir la técnica en la clínica y explicar los escenarios que se ajustan a un sistema delgado como este", dice Hanumara. Jay Conor, cirujano en el monte. Auburn Hospital y parte del equipo docente del curso sobre diseño de dispositivos médicos, Christoph Nabzdyk, anestesiólogo cardiotorácico y médico de cuidados intensivos en la Clínica Mayo y colega de Kwon desde hace mucho tiempo, y Dirk Varelmann , otro anestesiólogo del Hospital Brigham and Women y muchos otros médicos aconsejaron al equipo MIT E-Vent.

Una chispa para ayudar a otros a llenar el vacío

"Aunque nuestro diseño no puede reemplazar un ventilador completo", dice Hanumara, "proporciona funciones clave de ventilación que permitirán a las instalaciones de salud presurizadas racionar mejor sus ventiladores de cuidados críticos y recursos humanos, en un mal escenario". ".

En cierto modo, dice, "retrocedemos en el tiempo, volvemos a los parámetros básicos de la ventilación". Antes de que los sensores y controles electrónicos de hoy estén disponibles, "los médicos fueron entrenados para ajustar los ventiladores en base al examen directo de las respuestas fisiológicas del paciente. Entonces, sabemos que es factible. … El paciente mismo es un sensor razonable. "

Si bien el gobierno federal ha contratado a grandes compañías manufactureras para comenzar a producir ventiladores para necesidades urgentes, este proceso llevará tiempo, dice Jung, dejando una brecha significativa para algo que satisfaga las necesidades de la industria. 39; intervalo. "La velocidad a la que estos grandes fabricantes pueden acelerar es de aproximadamente dos meses", dice ella.

"Esta necesidad probablemente será aún más pronunciada en los mercados emergentes", agregó Hanumara.

El equipo no planea lanzar directamente su propia producción, o incluso proporcionar un conjunto único y detallado de planes. "Nuestro objetivo es crear un diseño de referencia realmente sólido", dice Hanumara, "y, en cierta medida, ayudar a grandes grupos a adaptarlo". Compartimos grandes aprendizajes con nuestros colaboradores de la industria local. Dependerá de los equipos locales adaptar el diseño a los materiales y piezas que puedan obtener de manera confiable y a las necesidades específicas de sus hospitales.

Según él, "su equipo de ingenieros mecánicos y eléctricos tendrá que aprender sobre el contenido de su cadena de suministro y los métodos de fabricación disponibles y adaptar el diseño. Se supone que los diseños básicos son realmente adaptables, pero pueden requerir modificaciones. ¿Qué motores pueden obtener? ¿Qué pilotos y controladores de motores debería examinar el equipo eléctrico? ¿Cuánto control y seguridad necesitan sus médicos para su población de pacientes y cómo debe reflejarse esto en el código? Así que no podemos poner un kit exacto ", dice Hanumara.

La esperanza es proporcionar una chispa para comenzar equipos en todo el mundo con el fin de desarrollar y adaptar aún más el concepto, dice Hanumara. "Si se demuestra la seguridad clínica, probablemente veremos a muchos en todo el mundo, con un poco de ADN compartido de nosotros, así como sabores locales". Y creo que será maravilloso, porque significará que las personas están trabajando en todas partes para ayudar a sus comunidades. "

"Estoy súper orgulloso del equipo", dice Jung, "por la forma en que cada uno de nosotros intervino y tuvo éxito a pesar de los desafíos internos y externos. Todos tenemos una misión en mente, la de salvar vidas, y eso es lo que nos mantuvo unidos y nos transformó en una familia original del MIT. "

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