Vermont-teamet opfinder nødventilator

I løbet af de sidste tre uger, et hold af videnskabsmænd, ingeniører og læger ved University of Vermont har udviklet et nyt design – og bygget en fungerende model – for en enkel, billig ventilator.

"Vi tror, ​​at disse kunne udrulles meget hurtigt og være effektive i nødstilfælde, " siger University of Vermont lungeekspert Jason Bates, der leder den nye indsats som reaktion på den spirende globale coronavirus-epidemi - og den enorme mangel på ventilatorer, der kan være nødvendige for at behandle mennesker.

Kærligt kaldet "Vermontilator, " foreløbige beregninger tyder på, at UVM Ventilator "kan fremstilles hurtigt og i stort antal for et par hundrede dollars pr. enhed i dele og materialer, " siger Bates.

Alternativ tilgang

I modsætning til andre improviserede nødventilatordesigns, der nu arbejdes på rundt om i verden, UVM-teamets tilgang bruger en alternativ metode til at hjælpe kritisk syge patienter med at trække vejret. Det kaldes "airway pressure release ventilation" eller APRV.

Denne APRV-tilgang kan være særlig nyttig for patienter, der lider af det nye virus. "En af de vigtigste komplikationer fra COVID-19 kaldes akut respiratorisk distress-syndrom, en sygdom, hvor lungerne fyldes op med en inflammatorisk væske, " forklarer Dr. Anne Dixon, direktør for lungesygdomme og intensivmedicin ved University of Vermont Medical Center og Larner College of Medicine. "Mange af disse patienter ender med at være afhængige af en ventilator i ret længere perioder."

Den nye ventilator kunne hjælpe disse patienter ved at puste deres lunger op ved hjælp af lange indåndinger af luft, som holdes oppustet ved et konstant og relativt højt tryk, Bates forklarer. Derefter "med jævne mellemrum, korte udløb er tilladt, hvor lungerne udskiller kuldioxid, " han siger.

Denne APRV-tilgang er det modsatte af et normalt vejrtrækningsmønster - og kan tillade patienter med COVID-19 at undgå, eller reducere, lungeskaden forbundet med sygdommen og med længere perioder i respirator.

I mere end femten år, Jason Bates - professor ved både UVM's Larner College of Medicine og College of Engineering and Mathematical Sciences - har forsket i den slags lungeskader, der opstår under sygdomme, som læger nu ser hos COVID-19-patienter. En traditionel frygt er, at en ventilator kan forårsage skade fra overoppustning af lungerne. Men Bates' forskning er en del af en voksende mængde beviser, der viser næsten det modsatte:at den største risiko for mange patienter kommer, når områder af lungen kollapser. Derefter, den beskadigede og sarte slimhinde i lungen kommer sammen, pinde, og så pilles fra hinanden - igen og igen.

"Denne afskalningsproces er ekstremt skadelig for selve slimhinden og kan beskadige den så meget, at den tillader væske at lække ind i lungerne fra kapillærerne, der løber igennem den, " siger Bates. "Når dette begynder at ske, skaden fra afskalning bliver værre, forårsager respirator-induceret lungeskade til at udvikle sig på en måde, der er svær at vende."

APRV kan undgå disse problemer. "Denne ventilationsmetode menes at være særlig sikker og ikke-skadelig for patienter med akut åndedrætsbesvær, " siger Dr. Dixon, som har støttet projektet.

En top nærmer sig

APRV-tilgangen er også nyttig for ingeniørerne, der designer den nye ventilator. Ved at bruge dette enklere vejrtrækningsmønster kunne teamet på UVM's IMF Labs bygge prototypen Vermontilator med en simpel mekanisme. I modsætning til en traditionel ventilator - et meget komplekst stykke udstyr, der kan koste mere end $25, 000 - den Vermont-byggede maskine blev hurtigt samlet ud af en kommercielt tilgængelig motor, der driver en roterende skive, konventionelle medicinske slanger, og andre relativt simple dele. Teamets prototype blev bygget ved hjælp af en 3-D printer og bearbejdningsudstyr, med stykker, der let kan fræses eller støbes, og samlet. Bates krediterer UVM-ingeniørernes ekstraordinære dygtighed Jake Kittell, Mike Lane, Carl Silver og Guy Kennedy som værende kritiske for projektets hurtige fremskridt.

"Vi har omdirigeret ressourcer fra vores andre projekter for at arbejde på dette, og fyrene arbejder hele weekenden, " siger Lane, direktøren for UVM's IMF Labs. "Vi ved, at vi har et meget begrænset vindue til at få succes, måske kun uger før denne [epidemi] topper i Vermont."

Dr. Dixon er enig. "De står over for en katastrofal mangel på ventilatorer i New York. Vi hører fra vores kolleger der, at de forsøger at bruge maskiner, vi bruger til patienter med obstruktiv søvnapnø og forsøger at ventilere folk ved at koble to patienter op til en ventilator. Bare skøre ting, som jeg aldrig har hørt om i mit liv, " siger hun. "Denne nye ventilator har et fantastisk potentiale til at hjælpe hurtigt. Det er ikke bare enkelt – det er innovativt og elegant."

Designet er ved at blive indsendt til FDA til nødgennemgang, og teamet arbejder med Vermont Manufacturing Extension Center, UVM Health Network, UVM Foundation, staten Vermont, og andre partnere for at sikre finansiering, og engagere kvalificerede producenter. De samarbejder også med UVM Innovations for at udvikle en strategi for intellektuel ejendomsret og forretningsmodel til at producere et stort antal af enhederne.