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Desde el inicio de la pandemia de Covid-19, quedó claro que una necesidad crítica en las próximas semanas y meses serían los ventiladores, esos dispositivos potencialmente salvadores que permiten que el aire fluya a través del paciente. cuya capacidad para respirar se ve afectada.
Al ver un posible déficit de cientos de miles de estas unidades, el profesor de ingeniería mecánica Alex Slocum Sr. y otros ingenieros del MIT se pusieron en acción y reunieron 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 juntos sin interrupción para desarrollar una alternativa económica y compartir lo que aprendieron en el camino. El objetivo era un diseño que pudiera producirse con la suficiente rapidez, potencialmente en todo el mundo, para marcar una diferencia real en la crisis inmediata.
En muy poco tiempo lo consiguieron.
Solo cuatro semanas después de que el equipo se reuniera, comenzó la producción de los primeros dispositivos basados directamente en su trabajo en Nueva York. Un grupo formado por 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 la ciudad de Nueva York y, en última instancia, 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 fabricación simples. 10XBeta, en Nueva York y Johannesburgo, junto con 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.
En su laboratorio se está probando una versión del diseño del ventilador de emergencia del equipo MIT E-Vent. Cortesía del equipo MIT E-Vent
Un desafío de diseño complejo
Alexander Slocum Jr. SB & # 39; 08, SM & # 39; 10, PhD & # 39; 13, un ingeniero mecánico que ahora es un residente de cirugía en el Medical College of Wisconsin, trabajó en estrecha colaboración con su padre. Slocum Sr., y el investigador del MIT Nevan Hanumara MS & # 39; 06, PhD & # 39; 12 para ayudar a liderar la aceleración inicial.
"Los números dan miedo, para decirlo sin rodeos", dice Slocum Jr. "Este proyecto comenzó en una época en que los informes de Italia describían que los ventiladores estaban racionados debido a la escasez, y los datos disponible en ese momento sugirió que alrededor del 10% de los pacientes con Covid necesitarían una unidad de cuidados intensivos. Uno de sus primeros trabajos fue estimar la posible escasez de ventiladores, utilizando recursos como el plan de respuesta a una pandemia de los CDC y la documentación de utilización de recursos de cuidados críticos. "Estimamos que era posible una escasez de alrededor de 100.000 a 200.000 ventiladores para abril o mayo", dice.
Hanumara, quien es uno de los gerentes de proyectos del equipo de E-Vent, dice que el equipo tiene la intención de ofrecer pautas de código abierto, en lugar de planos o kits detallados, que servirán como recursos para permitir que equipos competentes en todo el país y el mundo, como grupos de ingeniería hospitalaria, empresas de fabricación de dispositivos biomédicos y grupos industriales, desarrollen sus propias versiones específicas, en teniendo en cuenta las cadenas de suministro locales.
"Hay una razón por la que no tenemos un solo plan exacto (en el sitio)Hanumara dijo. "Tenemos información y diseños como referencia porque no es algo que un aficionado hogareño debería estar haciendo. Queremos enfatizar que no es trivial crear un sistema capaz de proporcionar una ventilación segura. "
“Hemos visto todos estos diseños publicados en línea, lo cual es genial que tanta gente quisiera ayudar”, dice Slocum Jr. “Pensamos que el mejor primer paso sería identificar los requisitos funcionales clínicos mínimos para un ventilación segura, compárelo con los informes Covid Ventilated Patient Management Methods y utilícelos para ayudarnos a elegir un modelo. "
El principio del dispositivo existente es ciertamente bastante simple: lleve una bolsa de reanimación de emergencia (Ambu es una marca común), que los hospitales ya tienen en grandes cantidades y que está diseñada para apretarse a mano. . La automatización de la compresión, utilizando un par de paletas curvas impulsadas por motor, permitiría un escalado rápido. Pero hay mucho más por hacer, dice Hanumara: "Los controles son realmente complicados y han requerido muchas iteraciones a medida que nuestra comprensión del desafío clínico y de seguridad ha aumentado".
Slocum Jr. agrega: “Los pacientes con Covid a menudo requieren ventilación durante una semana o más y, en casos más prolongados, eso significaría alrededor de un millón de respiraciones. Las paletas están especialmente diseñadas para fomentar el contacto rodante y minimizar el desgaste de la bolsa. "
El punto de partida fue un diseño desarrollado hace diez años como un proyecto de equipo de estudiantes en la clase 2.75 del MIT (Diseño de dispositivos médicos), impartido por Slocum Sr. y Hanumara. El documento del equipo le dio al nuevo proyecto una ventaja significativa para abordar el problema de diseño ahora, ya que están avanzando rápidamente en estrecha consulta con los médicos.
Esta participación total de los médicos "es una diferencia fundamental entre nosotros y muchos otros" que trabajan en este problema de ingeniería, dice Kimberly Jung, estudiante de maestría en ingeniería mecánica del 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 de equipo senior y miembro de ingeniería. equipo. Ella dice: "Hay muchas personas y pequeñas empresas que intentan encontrar soluciones para los fanáticos de bajo costo. El problema es que simplemente no se han adherido a las pautas clínicas, como el volumen corriente, la proporción de inhalación / exhalación, la frecuencia respiratoria por minuto, las presiones máximas y el monitoreo clave para la seguridad. Desarrollar estos requisitos clínicos y traducirlos en requisitos de diseño de ingeniería requiere mucho tiempo y esfuerzo. Este es un proceso de investigación y desarrollo de un año, condensado en varias semanas. "
Un equipo se une
Otros fueron incorporados al equipo a medida que avanzaba el proyecto. Coby Unger, diseñador industrial e instructor de MIT Hobby Shop, comenzó a construir los primeros prototipos en el taller de máquinas. Jung reclutó a su compañera de clase y vecina, Shakti Shaligram SM'19, para que lo ayudara con el mecanizado, y también trajo a Michael Detienne, un ingeniero eléctrico y miembro de Makerspace MITERS. Dos estudiantes del MIT Maker Workshop ayudaron con la fabricación inicial con material prestado del laboratorio del MIT para la fabricación y la productividad. En busca de sensores de presión, Hanumara se acercó a David Hagan PhD & # 39; 20, CEO de una empresa derivada del MIT llamada QuantAQ, y se unió al equipo. El sitio web fue rápidamente implementado por Eric Norman, un experto en comunicaciones que había trabajado con Hanumara en otro proyecto en el MIT.
Al darse cuenta de que los sistemas de control y retroalimentación eran esenciales para el funcionamiento seguro del dispositivo, el equipo decidió desde el principio que necesitaba la ayuda de especialistas en esta área. . Daniela Rus, jefa del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial del MIT, se unió al equipo y se hizo cargo del sistema de control junto con varios miembros de su grupo de investigación. Rus también sugirió que el investigador Murad Abu-Khalaf y los estudiantes de posgrado Teddy Ort y Brandon Araki se unan al equipo de voluntarios. Aceptaron con entusiasmo la condena. El compañero de cuarto de Ort, Amado Antonini SM ’18, también se unió al equipo para ayudar con los controles del motor.
Mientras tanto, el antiguo Albert Kwon SB '08, HST '13, anestesiólogo del Westchester Medical Center y profesor asistente de anestesiología en el New York Medical College, fue contratado por Slocum Jr. para unirse al proyecto desde el principio. A Kwon se le concedió un tiempo libre de su trabajo en Westchester para dedicar tiempo al proyecto, proporcionando asesoramiento clínico sobre los tipos de controles y sistemas de seguridad necesarios para mantener el dispositivo funcionando de forma segura. "El Westchester Medical Center lo ha abandonado, lo cual es muy especial, y está trabajando para trasladar la técnica a la clínica y explicar los escenarios que se ajustan a un sistema simplificado como este", dice Hanumara. Jay Connor, cirujano de Mt. Auburn Hospital y parte del equipo de enseñanza del curso de 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 de Brigham and Women's Hospital y muchos otros médicos han asesorado al equipo E-Vent del MIT.
Una chispa para ayudar a otros a llenar el vacío
“Si bien nuestro diseño no puede reemplazar un ventilador completo”, enfatiza Hanumara, “proporciona funciones de ventilación clave que permitirán que las instalaciones de atención médica presurizadas racionen mejor sus ventiladores y recursos humanos de la UCI en un mal escenario. "
En cierto modo, dice, "estamos volviendo, volviendo a la configuración básica de ventilación". Antes de que los sensores y controles electrónicos actuales estuvieran disponibles, "los médicos estaban capacitados para ajustar los ventiladores basándose directamente en las respuestas fisiológicas del paciente. Entonces sabemos que es factible. … El propio paciente es un sensor razonable.
Si bien el gobierno federal ahora ha contratado a las principales empresas de fabricación para comenzar a producir ventiladores para ayudar a satisfacer las necesidades urgentes, ese proceso llevará tiempo, dice Jung, dejando un vacío significativo para algo que satisfaga la necesidad entre -hora. "Lo más rápido que pueden comenzar estos grandes fabricantes es de unos dos meses", dice.
"Esta necesidad probablemente será aún más pronunciada en los mercados emergentes", agrega Hanumara.
El equipo no planea lanzar su propia producción directamente, ni siquiera proporcionar un conjunto único y detallado de planes. “Nuestro objetivo es llegar a un diseño de referencia realmente sólido”, dice Hanumara “y hasta cierto punto ayudar a grandes grupos a escalarlo. Compartimos grandes lecciones con nuestros colaboradores de la industria local. Dependerá de los equipos locales adaptar el diseño a los materiales y piezas que puedan obtener de forma fiable y a las necesidades particulares de sus hospitales.
Según él, "Su equipo de ingeniería mecánica y eléctrica deberá informarse sobre lo que hay en su cadena de suministro y qué métodos de fabricación tienen fácilmente y adaptar el diseño". Los diseños básicos están destinados a ser realmente adaptables, pero es posible que deban cambiarse. ¿De qué motores pueden abastecerse? ¿Qué controladores y controladores de motores debería examinar el equipo eléctrico? ¿Qué nivel de control y seguridad necesitan sus médicos para su población de pacientes y cómo debería reflejarse esto en el código? Así que no podemos encontrar un kit exacto ”, dice Hanumara.
La esperanza es proporcionar una chispa para iniciar equipos en todo el mundo para desarrollar y adaptar el concepto, dice Hanumara. “Si se demuestra la seguridad clínica, es probable que veamos mucho en todo el mundo, con ADN compartido por nosotros, así como con sabores locales. Y creo que será maravilloso, porque significará que la gente de todo el mundo está trabajando duro para ayudar a sus comunidades.
“Estoy muy orgulloso del equipo”, dice Jung, “por la forma en que cada uno de nosotros ha dado un paso adelante y nos hemos aferrado a él a pesar de los desafíos internos y externos. Todos tenemos una misión en mente, que es salvar vidas, y eso es lo que nos mantuvo unidos y nos convirtió en una familia peculiar del MIT.
