Duken tutkijat hakevat FDA:n hyväksyntää ratkaisulle ventilaattorien jakamiseen potilaiden kesken
Julkaisupäivä:DURHAM – Duke-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet tavan tehdä ventilaattoreista turvallisempia ja tehokkaampia, kun ne jaetaan potilaiden kesken.
Se sisältää sarjan bioyhteensopivia 3D-tulostettuja osia, jotka ohjaavat kullekin potilaaseen työnnettävän ilman määrää ja satoja tuhansia tunteja monimutkaisia tietokonesimulaatioita, joiden avulla päätetään, mitä näistä osista käytetään. käyttää.
"Yksi pandemian aikaisista tarpeista oli tarve ventiloida potilaita, ja tarvittavien hengityskoneiden määrä on stressannut monia kaupunkeja ympäri maailmaa", sanoi Muath Bishawi, sydänkirurgian asukas ja valmistelee tohtorintutkintoa biolääketieteen tekniikasta Dukessa. . "Yksi strategia tämän kysynnän tyydyttämiseksi on käyttää T- tai Y-liittimiä kahden potilaan laittamiseksi yhdelle ventilaattorille, minkä pitäisi teknisesti toimia, mutta siinä on omat haasteensa. Halusimme järjestelmän, joka, jos sitä koskaan tarvittaisiin Dukessa tai missä tahansa muualla, voisi palauttaa joitain hengityslaitteen potilaskohtaisia ominaisuuksia."
Hengityslaite on monimutkainen kone, joka työntää ilmaa potilaan keuhkoihin tietyillä paineilla, tilavuuksilla, hengitystaajuuksilla ja happitasoilla. Se on tyypillisesti vuorovaikutuksessa tukemansa potilaan kanssa ja havaitsee automaattisesti, tuottaako se ilmaa, joka voi aiheuttaa vammoja tai alkaako potilas hengittää itsekseen.
Mutta kun hengityslaite jaetaan useiden potilaiden kesken, se menettää suuren osan turvahälyttimistään ja mittareistaan, koska se ei enää pysty havaitsemaan yhtä potilasta ja reagoimaan siihen. Siitä tulee paljon typerämpi kone, joka tekee yhden tehtävän – työnnä happipitoista ilmaa putken läpi lääkintähenkilöstön asettamalla nopeudella.
Tämä aiheuttaa ongelman, kun eri potilailla on erilaiset hengitysvaatimukset.
”Ajattele kahta ilmapalloa, joista toisessa on paksu seinämä ja toisessa ohut seinämä. Jos yrität täyttää molemmat samalla ponnistelulla, ohutseinämäinen ilmapallo kasvaa paljon, Bishawi sanoi. ”Tämä on sama haaste kuin potilaiden keuhkoissa. Niillä on erilaiset vaatimustenmukaisuuden tasot. Sama ilman täyttöpaine, joka sopii yhdelle täydellisesti, ei ehkä riitä jollekin toiselle tai saattaa jopa täyttää keuhkot liikaa."
Yksi ratkaisu on siis löytää tapa räätälöidä ilmavirta kullekin potilaalle ilman, että joudut luottamaan hengityskoneeseen raskaiden nostojen tekemisessä. Siellä Bishawin koulutus insinöörinä alkoi.
Ajattelee KUIN INDINERI
Aiemmin lääketieteen urallaan Bishawi osallistui kokeelliseen luokkaan, jonka tarkoituksena oli tuoda opiskelijat yhteen Duken eri kolkista tutkimaan ratkaisuja tyydyttämättömiin kliinisiin tarpeisiin. Opiskelijat viettävät aikaa katsomalla kliinikkojen työtä, esittävät kysymyksiä siitä, miten ja miksi tietyt asiat tehdään, pohdiskelevat puutteita, jotka voisivat olla kypsiä yrittäjäratkaisulle, ja ryhtyvät sitten suunnittelemaan, prototyyppiin, viimeistelemään markkinatutkimusta ja toteuttamaan liiketoimintasuunnitelman.
Tämä luokka oli edeltäjä Duke Design Health Fellows -ohjelmalle, jonka neuvonantajana nyt Bishawi on.
"Olen periaatteessa ollut kliinikko, jota on tuettu elämään ja hengittämään insinöörimaailmassa viimeiset neljä vuotta", sanoi Bishawi, joka on äskettäin puolustanut menestyksekkäästi väitöskirjaansa. ”Tiedän insinöörimme, heidän osaamisensa ja kuinka puhua kieltä. Tämä ja muut lääketieteen ja insinöörikoulun väliset ohjelmat ovat antaneet tämän projektin lähteä liikkeelle niin nopeasti ja niin korkealla tasolla.
Bishawi puki insinöörilakkinsa päähänsä idean auttaa palauttamaan osan ventilaattorin yksilöllisistä toiminnoista, kun se on jaettu kahden potilaan kesken. Hän mietti vastusten käyttöä, jotka voivat rajoittaa ilmavirtausta ja varmistaa, että jokainen potilas saa oikean määrän painetta. Tämä ajatus sai inspiraationsa siitä, mitä hän oppi virtauksesta ja vastuksista PhD-neuvojaltaan George Truskeylta, maailman nestevirtauksen asiantuntijalta ja jonka kurssin hän kävi vuosia aiemmin. Mutta ollakseen hyödyllisiä kliinisessä ympäristössä, terveydenhuollon tarjoajien on tiedettävä luottavaisesti, mitä rajoittimia tulisi käyttää kunkin potilaan kanssa.
VIETOA VIIKONLOPPUA PILVESSÄ
Auttaakseen ratkaisemaan tämän haastavan ongelman Bishawi kääntyi insinöörin puoleen, jonka kanssa hän oli työskennellyt edellisessä projektissa, Amanda Randlesin, Alfred Winbornen ja Victoria Stover Mordecain puoleen, joka oli Duken biolääketieteen apulaisprofessori. Randles on käyttänyt viimeisen vuosikymmenen kehittäen erittäin rinnakkaista laskenta-algoritmia, joka pystyy simuloimaan verenkiertoa solutasolla. Mutta myös ilma on nestettä, joten Bishawi kysyi, voisiko hän mukauttaa ohjelmaansa simuloimaan ilman virtausta ventilaattorin ja potilaiden keuhkojen läpi eri tasoilla.
Randles työskenteli hänen laboratoriossaan työskentelevän lääketieteen opiskelija Michael Kaplanin ja laboratoriossa tohtorikandidaatin Simba Chidyagwain kanssa. Saalis: He tarvitsevat 500 000 tuntia käyttöaikaa yhdellä maailman suurimmista pilvipalvelimista ongelman ratkaisemiseksi.
Kokeellinen järjestely, jossa tekstiviestillä 3D-tulostetut vastuksen osat ovat pusseja, jotka toimivat kuin ihmisen keuhkot varmistaakseen, että ventilaattorit syöttävät edelleen oikean määrän painetta jokaiseen.
"Otin yhteyttä Duken tietotekniikan toimistoon nähdäkseni, voisivatko he auttaa minua löytämään laskentatehoa tämän tekemiseen", Randles sanoi. "Se oli keskiviikkona." 48 tunnin sisällä he olivat varmistaneet ajan Microsoft Azuressa, jonka tukitiimi työskenteli Randlesin tiimin kanssa viikonlopun ajan varmistaen, että juoksut sujuivat kitkattomasti. "Tarvitset todella vakiintuneita suhteita ja luottamusta, jotta se tapahtuu", hän sanoi.
Samaan aikaan Bishawi otti yhteyttä Duke Engineeringin yrittäjyyden apulaisdekaaniin Ken Galliin saadakseen apua 3D-tulostusvastuksen kappaleiden, jotka täyttävät vaaditut bioyhteensopivuus-, toksikologia- ja suunnittelustandardit. Gall puolestaan yhdisti Bishawin yhteen Durhamissa sijaitsevaan startup-yritykseensä, restor3d, joka työskentelee kirurgien kanssa parantaakseen ihmiskehon jälleenrakennusta ja korjausta metalli- ja polymeeri-3D-tulostetuilla implanteilla, joilla on parannettu anatominen istuvuus ja erinomaiset integraatioominaisuudet.
Nathan Evansin, Michael Kimin ja Rajib Shahan avulla restor3d:ssä kasvava yhteistyö tuotti nopeasti prototyyppejä eri skenaarioihin ja kehitti alustavia protokollia niiden käyttöön. Laitteet valmistettiin edullisilla pöytäkoneilla, jotka käyttävät 3D-tulostusta, joka tunnetaan nimellä stereolitografia (SLA). He myös tuottivat sarjan prototyyppejä ja testasivat niitä teho-osaston ventilaattoreissa sekä leikkaussalin tuulettimissa. Myös ryhmä Duke-anestesiologeja, mukaan lukien David MacLeod ja Anne Cherry, sekä hengitysterapeutti Jhaymie Cappiello auttoi tässä työssä.
Duke antaa tiedot ja tekniset tiedot ilmaiseksi sairaaloiden saataville, joilla on COVID-19-pandemian vuoksi pulaa hengityskoneista. Jos sairaalalla on käytettävissään valmistustilat ja toimiva laatujärjestelmä, he voivat rakentaa tuotteen eritelmien avulla omaan sisäiseen käyttöönsä. Vaihtoehtoisesti, kun FDA:n hätähyväksyntä on myönnetty, restor3d pystyy tarjoamaan tuotteita sairaalajärjestelmille, joilla ei ole omia sisäisiä ominaisuuksia.
"Tämä kliininen tiimi oli ilmiömäinen", sanoi Bishawi. "Kokoimme useita kertoja viikossa muutaman viikon ajan ja suoritimme joukon kehittyneitä testejä kehittääksemme kliinisesti merkityksellisiä testitietoja sekä mallin validoimiseksi että kliinikoille tärkeän tiedon turvaamiseksi turvaominaisuuksista."
Suunnittelun päätyttyä ryhmä kääntyi Corey Campbellin puoleen Legend Technical Servicestä, joka suoritti bioyhteensopivuustestin ilmaiseksi, ja William Wustenbergin, DVM:n, Mycroft Medical LLC:n johtajan, puoleen, joka suoritti toksikologisen riskin arvioinnin, myös maksutta.
SITÄ VARTEN ON SOVELLUS
Testattujen laitteiden ja perusteellisesti tarkastetun tiedon avulla niiden parhaasta käytöstä ei ollut muuta kuin saada tiedot niitä tarvitseville. Ja kiitos Don Shinin, CrossCommin teknisen johtajan, siihen on nyt sovellus.
"Halusimme tehdä tästä työkalusta mahdollisimman turvallisen ja käyttäjäystävällisen", sanoi Bishawi. "CrossComm kehitti kauniin sovelluksen, joka käyttää tietokonemallitietoja varmistaakseen, että ventilaattorin jakajat ja vastukset ovat helppokäyttöisiä."
Noin 100 teratavua Microsoftin pilviverkossa laskettua laskennallista dataa tislattiin vain muutaman gigatavun kokoiseksi kaavioksi, johon sovellus pääsee käsiksi. Kliinikot yksinkertaisesti syöttävät tarvittavat tiedot potilaistaan ja hengityslaitteistaan, ja sovellus sylkee parhaan vastusten yhdistelmän varmistaakseen, että molemmat saavat oikean määrän ilmaa. Koska laskelmat on jo tehty, vastausaika on välitön. Ja koska sovellus hyödyntää pilvessä säilytettävää dataa, tiimi voi päivittää kaavioitaan sitä mukaa, kun enemmän tietoa tulee saataville ja käyttäjät alkavat antaa palautetta.
Nyt tarvitaan FDA:n hyväksyntä, jotta sairaalat voivat aloittaa innovaation käytön. Sanan levittämiseksi yhteistyö työskenteli Duke's Office of Licensing and Venturesin kanssa, mikä auttoi patentoimaan teknologian ja sovelluksen, jotka ovat pian vapaasti kaikkien sitä tarvitsevien saatavilla pandemian aikana.
"Duke on onnekas siinä, että meidän ei ole tarvinnut turvautua jakaviin ventilaattoreihin", sanoi Bishawi. "Mutta saamme silti, joten tämä on mukava olla takataskussamme. Ja ympäri maailmaa on paljon muita sairaaloita, jotka saattavat tarvita teknologiaamme pelastaakseen ihmishenkiä. Tämä on viimeinen ponnistus, kun se otetaan käyttöön, mutta se ei tarkoita, että sen on oltava ilman tietoja tai parhaalla mahdollisella tavalla sen turvallisuuden parantamiseksi. Tämä oli tavoitteemme tehdä tämä."
(C) Duken yliopisto
Alkuperäinen artikkelin lähde: WRAL TechWire
