Как сделать вентилятор

Как сделать вентилятор

Для борьбы с эпидемией коронавируса, столярные поделки и компании пытаются создать с открытым исходным кодом вентиляторы. Вот что они против.

по Буррингтон Ингрид

Изображение: Getty Изображения. Коллаж по cathryn Вирджиния

Ни один прибор получил больше внимания во время пандемии коронавируса, чем форточка, которая дает некоторые пациенты с тяжелыми COVID-19 шанс остаться в живых. Доступ к аппарату искусственной вентиляции легких может означать разницу между жизнью и смертью, и нехватка вентилятора в Италии и потенциального дефицита в США и других странах стали одной из важнейших материально-технических проблем во время пандемии.

Как каждый уровень власти сгоняет с закупками и распределением дыхания вспомогательных медицинских приборов, крупными корпорациями, как General Motors и General Electric и ИТ-индустрии фигур, как Элон Маск скачут в бой, чтобы попытаться быстро нарастить производство или проектирование нового, просто в изготовлении моделей. Одновременно, усилия по с открытым исходным кодом и сборки поделки вентиляторы процветали. Сложность этих проектов колеблется от сути автоматизации сжимая ручной сумка реанимации, как AmboVent израильских ВВС, в адаптации существующей медицинской техники, осуществляемой работниками больницы. Производители компьютерных игр создали прототип искусственной вентиляции легких, преподаватели вузов говорят, что они модернизированы в KitchenAid смесители, чтобы сделать вентиляторы, и хакеры машин взломанный СРАР, чтобы превратить их в импровизированный вентиляторы. Предприимчивые врачи и медсестры нашли способы использовать вентиляторы на более чем одного пациента. Производителя медицинского устройства компании Medtronic даже внес свой вклад, чтобы работали, выпуская спецификации и документов для ПБ 560 аппарат ИВЛ, модель, первоначально изготовленному в 2010 году.

Эти усилия заслуживают похвалы, срочно, и, к сожалению, необходимо. Но поворачивая автомобиль частей завода в заводе медицинского устройства не произойдет в одночасье, и не расширения с открытым исходным кодом дизайн прототип в R&D лаборатории медицинские-класс оборудование безопасно для использования на реальных больных. Даже «Дженерал Электрик», подразделение, чье состояние здоровья делает вентиляторы, сказал, что материнская плата не может реально изменить заводов в других подразделениях, чтобы создать более вентиляторов.

Много, много шагов, которые идут на вентиляторы в пандемию раз—дизайн, производственно-сбытовых цепочках, бюрократия, содержание—в некоторых отношениях не слишком отличались от процессов, лежащих в основе любого промышленного продукта, сделанного в условиях глобальной экономики. Где, что традиционный процесс в настоящее время ломать, и что открытые проекты стараются как временные решения, представляет некоторые очень трудные вопросы медицинской этики, в том числе, стоит ли обращаться медицинской техники, как и любой другой промышленный продукт. В то время как есть десятки проектов пытаются заставить вентиляторы, они все предстоит преодолеть серьезные препятствия, прежде чем они будут фактически использоваться для лечения COVID-19 пациентов.

Приступая К Работе

Есть несколько способов, чтобы начать работу в мире дизайна и производство. Один вариант до COVID-19 выглядел немного как это:

  1. Пойти в медицинскую школу
  2. Стать пульмонолога
  3. Проработав несколько лет в сфере, перехода к отрасли (может быть, даже начать компанию)

Учитывая нынешние обстоятельства, этот путь может быть трудно воспроизвести. Хорошая новость заключается в том, что многие люди, которые принимали этот путь до сих пор работают и очень хотят помочь. Многие люди хотят помочь решить вентилятора кризис сейчас—это здорово, потому что это собирается занять много людей сделать это, и ни один человек не может единолично принять его. В дополнение к необходимости совместного подхода требуется свести воедино комплекс аппаратного и программного обеспечения, в стационарных условиях, эти устройства также требуют дыхательных терапевтов и специалистов, которые проходят множество тренировок, чтобы сохранить и управлять ими.

Большинство людей в этой области уже знают и понимают это, и ряд поделки подходы пробуются сейчас признают необходимость сотрудничества с профессионалами. Джеффри ю Уоррен, основатель сообщества науки о некоммерческих общественных организациях лаборатории и давний участник открытых аппаратных проектов, отслеживает некоторые новые проекты, и отметил, что “люди, которые действительно признаны новаторами вот здоровье трудящихся”, приводя в работу МТ. Врачи Синай в Нью-Йорке, который разработал протокол для перепрофилирования маску автоматов в качестве примера.

“В целом я считаю, что существует разрыв между «создатель» идеал инновации и то, что является частью ухода за пациентами на ежедневной основе”, — продолжил Уоррен. “ИВЛ-это не решение. Это инструмент, который в сочетании с другими инструментами или терапии творческим и отзывчивым путь медицинской команды”.

Что такое ИВЛ?

Учитывая интенсивность спроса и потока публикаций в СМИ, это понятно, как «форточка» как термин было развалено в описании один товар, а не классу медицинского оборудования, который поставляется в различных формах. Давайте проясним немного.

Семья медицинских устройств, которые помогают людям, которые не могут полностью дышать самостоятельно включает вентиляторы, маску и аппаратов CPAP и ручная реанимационные сумки. Различия между этими заключаться в том, как много переменных, они могут контролировать и как именно они могут измерить эти переменные.

При использовании ручной сумка реаниматологии, основной переменной, как сильно человек сжимает мешок. BiPAPs и ПДСП как использовать метод положительного давления в дыхательных путях (то есть партии). Она занимает обычный воздух, сжимает его, а затем направляет воздух через шланг к пациенту в маске. BiPAPs можете получить немного больше фантазии. Где ПДСП просто постоянно двигаться сжатым воздухом через маску, BiPAPs два давление настройки—для вдохновения (респираторно-говорить для “вдыхания”) и экспирации (выдоха) . Все эти три считаются “неинвазивный” вентиляторы, что пациент имеет маску накладывают на лицо и не имеет трубку, вставленную в трахею для дыхания помощи, как большинство из класса вентиляторов в настоящее время разыскивается государственными учреждениями здравоохранения и больницами по всему миру работают.

Мир инвазивных вентиляторов охватывает широкий спектр применений. Есть анестезия, вентиляторы для людей, которые должны идти под для операций, портативный искусственной вентиляции легких для скорой помощи, неонатальной искусственной вентиляции легких для недоношенных младенцев с нежным легким, домашнего медицинского соревнования вентиляторы для людей, которые являются здоровыми настолько, чтобы выписаться из больницы, но еще нужно респираторной поддержки. Вентиляторы наиболее остро необходимы для COVID-19 пациентов—то, что правительства штатов должны ввести аукционные войны, а Дженерал Электрик и Форд делают все, чтобы переоснастить свои сборочные линии сделать—называется «реанимация» аппараты ИВЛ. Эти машины, которые могут в их низкой-класса стоимостью около 10 000 $и в их самых сложных 50,000$, чтобы точно поставить и контролировать гораздо больше переменных, чем ПДСП и BiPAPs. Они должны иметь возможность изменения воздушного давления, объема, расхода и скорости в зависимости от изменения состояния пациента, что означает, что они сильно зависят от датчиков и микропроцессором, чтобы сделать эти расчеты.

По большей части, различных открытым исходным кодом инициативы не утверждает, что они строят интенсивной терапии ИВЛ. Говинда Раджан, анестезиолог в Калифорнийском университете медицинской школы и автор на мост вентилятор Вентилятор Консорциума проекта, описал случай использования для этого проекта, так как “только в ситуациях, когда у вас нет ни вентиляторов, доступный и пациент нуждается в искусственной вентиляции легких.” В сотрудничестве с консорциумом, девственницы орбите разработала вентилятор “автоматизация-вручную-реаниматолог” разнообразие. Это далеко не так сложна, как интенсивная терапия ИВЛ.

Впрочем, Раджан также описаны сценарии, в которых “приходит время, когда вы должны быть отлучить от ИВЛ”, и заявил, что его команда дизайн может удовлетворить потребности пациентов, которых нужно отлучить и не нуждаются в интенсивной терапии устройства (т. е. выступает в качестве “моста” между критической потребности в уходе и вентилятора). На своем веб-сайте, Виргинские орбите также описывает вентилятора (который еще не был одобрен FDA) в качестве потенциально обслуживая “огромного количества пациентов с умеренной COVID-19 симптомы.”

Этот, казалось бы, противоречивое описание—вентилятор, который каким-то образом и в худшем случае единственный вариант для промежуточной стадии COVID-19 обработка—представляет собой серьезную медицинскую этику вопрос в привод дополнительные вентиляторы. Врачи пытались спасти пациента с помощью любых средств, необходимых, минимально жизнеспособный искусственной вентиляции легких лучше, чем отсутствие вентиляторов вообще. Раджан вспомнил свои собственные впечатления, когда он начал свою карьеру, работая в Индии 35 лет назад, где вентиляторы часто были в дефиците и ручной реанимации был иногда единственным вариантом для поддержания пациента дышать. Получение выбрать между последней инстанции инструмента и устройства критического помощь является привилегией, что некоторые врачи просто не имеют права сейчас.

ПБ 840 аппарат ИВЛ. Изображения: Медтроник

“Много вещей лучше, чем ничего. Вопрос в том, способны удовлетворить требования пациента?” — спросил Рич Брэнсон, профессор кафедры хирургии в Университете Цинциннати и главный редактор научного журнала респираторной терапии, когда его спросили об этом обосновании. Как врачи узнают больше о COVID-19 и ее лечения, произошла переоценка гонки, чтобы произвести “последней инстанции” инструменты более чем просто инвестирование в критической вентиляторы помощи—например, Национальной службы здравоохранения Великобритании недавно отменили контракт на тысячи вентиляторов, построенных команд по автогонкам отрасли формулу одну группу, потому что она была сочтена недостаточной для удовлетворения COVID-19 пациента должен. Между тем, проекты, которые описывают себя как подходит для пациентов, инфицированных COVID-19, но не (или больше не) нужен интенсивной терапии аппарат ИВЛ рискуют “изобрести пациента, который не существует”, — Брэнсон предупреждает.

Брэнсон ценит благие намерения этих проектов, но волнует общественность—и некоторые из организаций и федеральных агентств, их финансирование—не до конца понимаю, что они несколько мер, а не решение для не имея достаточно критической вентиляторы. “Самое худшее решение-это решение, которое заставляет людей думать, что они получают эффективное лечение, когда они не”, сказал он. Представление о том, какие ИВЛ пациент получает, и что он может и не может делать, важно чтобы избежать каких-либо рассогласование ожиданий.

Что такое ИВЛ?

В то время как мы уже установили, что сложность вентиляторов варьируется, в контексте микропроцессора оборудованная критической вентиляторы, есть несколько ключевых компонентов, которые необходимо учитывать: пневматическая архитектура, электрической и программной архитектуры, и питания.

Пневматическая архитектура вентилятора делает работу в сжатый газ (воздух, кислород), повышая или понижая, что газ давление в зависимости от того, что пациент должен, перемещая воздух вокруг, и контролировать уровень кислорода и поток воздуха к пациенту. Системы для газа наддува отличаться, но часто они питается от турбины или встроенного компрессора, или от медицинского оборудования больницы газа по трубам в стене. Воздух движется через серию клапанов и труб, и контролировать этот поток обычно бывает с электромагнитным клапаном (с электромеханическим приводом устройство, которое расширяется или сужается в зависимости от требуемого расхода).

«Мы не снимаем скрепки. Мы делаем поддержания жизни оборудование, которое иногда будет иметь неожиданные потребности»

Электрические части вентилятора, возможно, более важная часть собственных секретный соус—это система датчиков, которая контролирует работу машины и пациент вдоха и выдоха, а также программное обеспечение, которое использует информацию от датчиков для определения давления, объема и потока воздуха, получаемого пациентом. Расчет этих переменных (которые, в зависимости от фантазии проветриватель, будет перекалиброван специалиста или автоматически обновляться машина) имеет важное значение для пациента технике безопасности: если давление или объем воздуха, поступающего в слишком высока, это может повредить легкие.

Имея источник питания для электрического устройства может показаться очевидным, вентиляторы также должны быть оборудованы надежной резервного источника питания в случае выхода из строя или если пациент должен быть перемещен. В Великобритании правительство спецификация документ для быстрого производства вентилятора системы выдается производителей, они просят, что вентиляторы имеют резервной батареи питания не менее 20 минут, но хотел бы получить возможность использования батареи с горячей заменой, чтобы разрешить для до 2 часов непрерывного использования.

Как получить одобрение FDA для вентиляторов

Вентиляторы, как и все другие медицинские устройства, не имеют недостатка в бюрократические документы и процессы, которые они должны пройти для утверждения FDA. Роджерс и Брэнсон каждого отдельно вспоминал раз в своей карьере, когда управление документы для вентиляторов должны быть распечатаны и представлены на поддоне. Сейчас этот процесс был ускорен, что FDA позволяет производителям модифицировать ранее утвержденных вентиляторы и внедрять новые вентиляторы для утверждения.

Это, как говорится, “если вы собираетесь начать с нуля, это будет трудно, чтобы получить его на рынок даже с FDA [непредвиденной пользы авторизация]” по данным Дебора Дженнингс-Коннер, директор глобального регулирования и обеспечения тестирование для жизни и здоровья наук дивизии ул, научной компании по глобальной безопасности.

На ул, Дженнингс-Коннер работал по разработке отраслевых стандартов для производства медицинских устройств, и она работает с производителями над внедрением новых протоколов в свои заводы, чтобы они могли безопасно перехода на проведение медицинского оборудования. Обнадеживающие она немедицинских компаний, которые хотят помочь адаптировать или изменять существующие, уже одобренных FDA аппаратов искусственной вентиляции легких. Когда приведение существующих конструкций немедицинского производителя “это вроде как просто новые производственные площадки”, а не полностью, начиная с нуля. Если производители могут сосредоточиться на “просто персонал обучен и [введение] их в процесс” медицинские устройства производство, они будут двигаться гораздо быстрее, чем бренда-новые конструкции.

Вентилятор Цепочек Поставок

Но чтобы дойти до этого уровня производства, во-первых, мы должны иметь цепи поставок для всех компонентов вашего устройства. Вентиляторы имеют множество деталей, и производители вентиляторов не сделать большинство из этих частей. В то время как схемы и компоненты вентиляторов, как правило, конфиденциальную информацию, мы можем получить некоторое представление из “открытого сорсинга компании Medtronic” своего ПБ 560 аппарат ИВЛ—с некоторыми оговорками.

В то время как компания пошла на многое, чтобы поделиться этот материал одновременно наращивают производство, краска слегка неполные цепочки поставок картину. Медтроник выпустила документация по ПБ 560 в ряд в шахматном порядке-релизы, что означает, что есть некоторые различия в уровне детализации по документам. В одном релизе компании Medtronic опубликовала индивидуальных спецификаций для шести компонентов, включая названия производителей этих компонентов; в окончательной версии, он опубликовал одну спецификацию для всего устройства без поставщиков. Но даже с учетом этих недостатков, ПБ 560 документы предоставляют широкий взгляд на исключительную сложность вентилятора цепи питания.

Сборка документов, например, список всего 65 разных частей. Общая спецификация содержит 613 различных предметов. Среди шести законопроектов, материалов к определенным компонентам, опубликованные (в основном для платы с печатным монтажом компонентов), всего 78 различных поставщиков , предоставляющих такие вещи, как конденсаторы, диоды и резисторы, каждый из которых, вероятно, их собственных поставщиков сырья. Коронавирус влияет на глобальных цепочек поставок для всех, так что вполне возможно, эти сырьевые компоненты не являются легкодоступными. Чтобы подтвердить, что поставщики только часть устройства 613 единиц, и ПБ 560 является одним из сравнительно простых моделях вентилятор доступны.

“Вы найдете много производителей ИВЛ приобретают комплектующие от одних и тех же местах”, — отметил Марк Роджерс, руководитель проекта производитель вентилятора Нихон Kohden OrangeMed. Роджерс был в респираторной терапии на протяжении более 35 лет, и работал над развитием и внедрением нескольких интенсивной терапии и искусственной вентиляции легких новорожденных. Компании, желающие нарастить сейчас производство ИВЛ конкурируют за тот же поставку запчастей. “Это очень кровосмесительные дела. Люди перемещаются между компаниями и вы начинаете видеть их, используя те же понятия или поставщиков”, — сказал он.

Этому способствует и проблема наличия достаточного количества вентиляторов на изготовку, хотя различные компоненты сталкиваются с различными проблемами. Некоторые из более концептуально центральный компонентов, таких как турбины, используемые для повышения давления газа, как правило, быть немного более символичной, так там меньше конкурс на те части, однако многие составные части вентилятора, как газовые фитинги или шланги или клапаны в настоящее время находятся в дефиците.

«Проветриватели, что делать специальные вещи, что такие люди, как я живу»

В зависимости от подхода, поделки и открытые проекты будут сталкиваться с более или менее схожими проблемами. Проветриватель консорциум моста, со своей стороны, сознательно искали комплектующие за пределами традиционной цепи поставок медицинского и, следовательно, снижение спроса, такие как стеклоочиститель двигатели.

Роджерс выразил некоторое разочарование на пути цепочки поставок логика работает против скорой медицинской готовности. “Вы не можете действительно сделать просто-В-времени цепочек поставок такого оборудования”, — сказал он. “Мы не снимаем скрепки. Мы делаем поддержания жизни оборудование, которое иногда будет иметь неожиданные потребности”.

Заключительные шаги: массовое изменение политики в сфере здравоохранения

Часть проблемы, связанной с ИВЛ предложения прямо сейчас из-за того, что они были обязаны просто-В-времени цепи поставок для так долго.

“Это точно такая же проблема была описана раньше—это не то, что мы никогда не думали об этом,” Брэнсон сказал, Когда я спросил его о его прошлом исследования респираторной терапии и операций катастрофы.

В 2014 году он в соавторстве опубликовал статью в научном журнале сундук , в котором ряд ключевых рекомендаций для решения важнейших уход должен в случае возможности перенапряжений, в том числе о необходимости координации аппарату искусственной вентиляции легких, доступ через государственные и городские больницы, а также 3-страницы таблица, в которой указываются базовые операционные, производительность, безопасность, техническое обслуживание и особенности выбора накопленных механических вентиляторов. По словам Брэнсона, нынешняя временная и DIY проекты, предложенные не может удовлетворить эти требования.

Еще в 2003 году и не далее как в 2017, Управление правительственной отчетности и Пентагон издал доклады о важности наличия достаточного запаса ухоженный вентиляторы и средства индивидуальной защиты для медицинских работников в случае пандемии. Какие усилия были сделаны, чтобы заполнить этот пробел, до и после COVID-19, были сорваны в части некомпетентности и в рамках капитализма. Как Нью-Йорк Таймс сообщила на прошлой неделе, усилия по созданию недорогих вентиляторов явно для национальных запасов, начиная с 2007 года рухнули на фоне в начале aughts период массового здравоохранения приобретений и консолидаций, где правительственный контракт на строительство недорогих вентиляторов действительно не похож на большую прибыль генератор. Тысячи вентиляторов в национальных запасов на самом деле не работает, потому что провал договора означало, что они не получали регулярное техническое обслуживание. Потребовались недели и 5000 смертей по всей стране за Дональда Трампа, на самом деле использовать закон о производстве оборонной продукции для содействия расширению производства.

Во всем мире есть еще проблема интенсивной терапии вентиляторы просто быть дорого и трудно сделать. Здесь таит потенциал для проектов DIY. Раджан из консорциума мост ИВЛ отметил, что его команда уже связалась с врачами в Индии и Южной Африке–где, как Раджан выразился, «они не имеют ГМ», чтобы войти в серийное производство важнейших вентиляторы. Раджан надеется, что его работа может помочь в краткосрочной перспективе, но признал, что, в конечном счете, более системные изменения необходимы. В условиях кризиса, это здорово, что это лучше, чем ничего, устройства, выполненные с готовых и доступные части могут быть в состоянии сделать разницу в бедные страны с меньшим количеством критических вентиляторы. Но давая бедным странам инструменты последней инстанции–скорее, чем что делает его легче для них, чтобы получить доступ к критической вентиляторы, будь то финансирование или поддержка производства–рискует сделать то, что должна быть временная в еще один неравный статус-кво.

Который является позором, потому что дыхательная уход не отрасли людей, потому что они жаждут знаменитости или огромные зарплаты. Они делают это потому что это важно, и они делают это, потому что они хотят принести людям максимальную помощь.

“Это не товар,» Марк Роджерс рассказал мне. «Проветриватели, что делать специальные вещи, что люди такие как я живут”.По его словам, устройств он работал на наследие его жизни. Представляю, какое наследство он может уехать, что все люди, которые посвятили свою жизнь ИВЛ дизайн может уйти, если доступ к их конструкции не ограничивается цепями поставок, по доходам, или по лечение здравоохранения как еще один товар из многих.