Plusieurs projets de collaboration sont en cours à VCU pour automatiser et créer des améliorations potentielles aux ventilateurs existants afin que les systèmes de santé à travers le pays et dans le monde puissent recréer les conceptions innovantes. Crédit :Trevor Beck Frost
Comme les médecins de tout le pays, Benjamin Nicholson, MARYLAND., sait que la vague arrive.
Le médecin du service des urgences a vu les prédictions de propagation de COVID-19 et sait qu'il existe un nombre limité de ventilateurs à travers le pays pour soutenir le nombre croissant de patients présentant des symptômes respiratoires du nouveau coronavirus.
Nicholson, qui est également instructeur clinique à l'École de médecine de l'Université du Commonwealth de Virginie, eu une idée :et s'il pouvait prendre un réanimateur manuel, le masque à valve de sac utilisé par les premiers intervenants et vu dans toutes les émissions de télévision médicales, et l'automatiser ? Et s'il pouvait mettre les plans à la disposition d'autres systèmes de santé ou prestataires, quelqu'un a-t-il accès à quelques outils et à une imprimante 3D ?
Le dispositif devait être simple et pouvoir être assemblé rapidement. "Et cela doit être quelque chose que quelqu'un avec mon niveau d'expérience technique pourrait mettre en place, " a déclaré Nicholson.
Il y a trois semaines, il a contacté Charles Cartin, Doctorat., professeur agrégé de génie mécanique et nucléaire et directeur des makerspaces au College of Engineering de VCU, et Adam Hamel, le technicien du Laboratoire d'Innovation Génie Mécanique et Nucléaire, avec cette idée. Bientôt, spécialistes des soins respiratoires, codeurs, ingénieurs, graphistes, infirmières, administrateurs d'entreprise, les professeurs et les étudiants de tous les campus de VCU étaient prêts à concevoir et à promouvoir un produit qui, espèrent-ils, sauvera des vies en Virginie et dans tout le pays.
C'est l'un des nombreux projets lancés depuis le début de la crise du COVID-19 qui utilise l'infrastructure de recherche et d'innovation interdisciplinaire déjà en place à VCU et au service de la communauté qui dépend de VCU Health.
"Une boîte de pièces et un processus étape par étape pour les assembler"
Dans les cas graves de virus, il infecte et enflamme les poumons, en les remplissant de liquide et de débris. Un ventilateur, en substance, remplace mécaniquement le rôle que joueraient les poumons, apporter de l'oxygène dans un corps et éliminer le dioxyde de carbone.
Pour faire de l'idée de Nicholson une réalité, Cartin et Hamel ont eu besoin de concevoir les éléments physiques (pagaie, leviers, etc.) d'un dispositif simple qui s'adapterait autour d'un réanimateur manuel.
"Nous l'avons abordé de la même manière que nous éduquons les élèves-ingénieurs, " a déclaré Cartin. "Ils ont besoin d'un ensemble de matériaux et d'instructions claires. C'est un peu comme quand tu étais en classe de magasinage au lycée. Nous vous donnons une boîte de pièces et un processus étape par étape pour les assembler."
Peter Pidcoe, Doctorat., D.P.T., professeur et directeur adjoint du département de physiothérapie du Collège des professions de la santé de VCU, a écrit le logiciel qui indique à l'appareil quoi faire.
Cette version automatisée d'un masque à valve à sac pompé à la main, fréquemment utilisé par les équipes EMS, pourrait être une alternative pour les systèmes de santé ayant besoin d'une capacité de ventilation supplémentaire. Crédit :Trevor Beck Frost
Un défi, entre autres, était l'élément de précision. Les premiers intervenants et autres prestataires de soins de santé doivent pomper les masques à valve à la main, ainsi, la quantité d'air qu'un patient reçoit dépend de la force et de la fréquence de la compression. Les patients souffrant de la détresse pulmonaire causée par COVID-19 ont besoin de quelque chose de plus précis et précis, ce que l'automate peut faire. L'équipe est enthousiasmée par les premiers tests de leur appareil.
"C'est incroyablement précis, " dit Nicholson, diplômé de la faculté de médecine de VCU en 2015. "Nos tests… ont montré la cohérence de la machine ; nous étions à 1 à 2 millilitres de différence de volume d'un souffle à l'autre."
Un défi qu'ils n'ont pas eu :faire en sorte que tout cela se produise dans plusieurs disciplines en un temps record.
"C'est ce réseau de personnes chez VCU qui m'enthousiasme, " dit Pidcoe, directeur du laboratoire d'ingénierie et de biomécanique. « J'ai envoyé des courriels à cinq personnes disant :« J'ai cette idée, j'ai besoin d'aide. En une heure, J'ai reçu 12 réponses de personnes que je n'ai même pas envoyées par e-mail en disant :« Comment pouvons-nous vous aider et de quoi avez-vous besoin ? »
Le dispositif pour supporter le masque de valve de sac devrait coûter environ 500 $ à assembler. Certaines pièces peuvent être achetées dans une quincaillerie locale; d'autres peuvent être imprimés en 3D. L'assemblage nécessite une clé Allen, un tourne vis, une paire de pinces coupantes, une scie à métaux et de la colle.
"C'est comme un mini-vent, " a déclaré Pidcoe. " Il n'a pas toutes les cloches et les sifflets qu'un ventilateur a, mais c'est certainement approprié pour maintenir et gérer quelqu'un."
L'équipe est en contact avec un fabricant de l'ouest de la Virginie qui souhaite les produire et les vendre au prix coûtant. Et l'équipe espère que d'autres suivront.
Répondre rapidement aux besoins médicaux
L'appareil est l'un des deux projets de ventilateurs en cours d'élaboration par des équipes de chercheurs de VCU. Pidcoe travaille également sur une conception distincte pour un séparateur qui modifierait un ventilateur ordinaire afin que la pompe puisse supporter jusqu'à quatre patients.
« Nous avons créé une culture de collaboration chez VCU qui permet aux gens de démarrer des projets comme ceux-ci au niveau local, " a déclaré Henry J. Donahue, Doctorat., le professeur Alice T. et William H. Goodwin Jr. et président distingué du département de génie biomédical et membre du comité des opérations du C. Kenneth and Dianne Wright Center for Clinical and Translational Research, qui soutient les essais cliniques et la recherche médicale à VCU.
La présence du département, ainsi que celui de l'Institut d'ingénierie et de médecine, que Donahue co-dirige, au sein du Collège d'ingénieurs et de l'École de médecine se prête à des projets interdisciplinaires, il ajouta.
Ces dispositifs conçus par les chercheurs de VCU se fixent à un ventilateur commun pour servir de répartiteur de ventilateur, qui permet au ventilateur de fournir un flux d'air pour un maximum de quatre patients. Cet appareil, si approuvé par la FDA, permettrait aux systèmes de santé à travers les États-Unis où il existe un besoin important de ventilateurs pour réguler le débit d'oxygène pour plusieurs patients à la fois. Crédit :Peter Pidcoe
Les dispositifs de ventilation ne sont qu'une partie de la réponse rapide de la communauté VCU aux besoins médicaux et des patients à la lumière de la pandémie. Les chercheurs ont commencé les essais cliniques d'un médicament expérimental en mars. Le magazine Time a récemment présenté un étudiant diplômé VCU pour son travail rapide dans l'impression 3D d'écrans faciaux pour les travailleurs médicaux. Et le mois dernier, le laboratoire de microbiologie clinique VCU Health a développé indépendamment un test COVID-19.
De l'ingénierie, Le projet de Nicholson a trouvé son chemin jusqu'à Brent Fagg à l'Innovation Gateway de VCU. Fagg a aidé à breveter l'appareil de Nicholson, bien qu'ils aient l'intention de rendre les schémas gratuits à télécharger pour tous.
"Le brevet et le droit d'auteur nous permettent d'autoriser d'autres personnes à l'utiliser, même si c'est gratuit, " a déclaré Fagg. "Mais le télécharger et l'assembler n'est pas pratique pour certains hôpitaux en ce moment, nous recherchons donc également des partenaires de fabrication pour augmenter rapidement la production. »
C'est là qu'intervient la VCU School of the Arts.
Matt Woolman, le doyen associé par intérim à la recherche de l'école, innovation et études supérieures, rédigera et concevra des directives d'assemblage et des manuels pour les fabricants et les utilisateurs souhaitant fabriquer l'appareil. Woolman a recruté un collègue au Centre pour l'économie créative, Garreth Blackwell, Doctorat., développer un site internet, et ensemble, ils créent des options de nommage en leur qualité d'experts en ergonomie et de concepteurs d'expérience utilisateur.
"Les ingénieurs sont doués pour proposer une solution et concevoir un résultat qui résout un problème, et là où nous intervenons, c'est d'aider les ingénieurs à humaniser le produit, " dit Woolman, qui est également directeur exécutif du Centre pour l'économie créative de VCU. « Dans ce projet particulier, nous aiderons les autres à fabriquer les pièces, assembler le produit et l'utiliser de manière sûre et efficace.
Le Wright Center de VCU apporte son expertise et ses conseils tout au long du processus complexe de la Food and Drug Administration. Le Collège des professions de la santé ouvre ses espaces de formation aux tests d'équipements. Le Consortium d'innovation en santé de Virginie a fourni un financement initial crucial. Et le Centre da Vinci pour l'innovation de VCU dirige une équipe qui s'attaque au problème de la chaîne d'approvisionnement :comment s'assurer que les fournitures simples dont cet appareil a besoin ne s'épuiseront pas.
"Dans ce cas, avec tout le matériel, composants de dispositifs médicaux et pièces imprimées en 3D en main, on devrait avoir un ventilateur fonctionnel en quelques heures, " dit Cartin.
Se préparer à la poussée
L'approbation de la FDA sur l'appareil de Nicholson est toujours en attente, et il s'empresse de noter qu'aucun de ces appareils ne remplace un ventilateur ordinaire. Cependant, il souhaite que les systèmes de santé et les prestataires de soins soient préparés au pire des cas qu'il espère ne pas voir se concrétiser.
L'expérience collaborative a été une source d'inspiration pour Nicholson, qui est revenu à VCU l'année dernière après sa résidence à Boston.
"C'est franchement assez incroyable de voir tout cela fonctionner, " il a dit.
