挑戰(zhàn)
設(shè)計(jì)符合法規(guī)要求的呼吸機(jī)
易于使用低成本組件制造
使用易于采購(gòu)的通用零件
解決方案
OMEGATXDIN 1620 DIN鐵路變送器
結(jié)果
強(qiáng)大的ICU就緒呼吸機(jī)設(shè)計(jì)
不需要專(zhuān)家或醫(yī)療供應(yīng)鏈組件
低成本，快速且易于制造和維護(hù)
挑戰(zhàn)
一帶一路大流行已引起全球?qū)粑鼨C(jī)的需求-還需要約880,000�，F(xiàn)有的呼吸機(jī)制造商正努力生產(chǎn)足夠的呼吸機(jī)以滿足需求，這主要是由于供應(yīng)鏈中斷以及專(zhuān)用組件庫(kù)存的減少。
為了彌補(bǔ)這一空白，英國(guó)（英國(guó)）藥品和保健產(chǎn)品監(jiān)管局衛(wèi)生與社會(huì)保健部（MHRA）發(fā)布了用于開(kāi)發(fā)“非常低可接受”，快速制造的呼吸機(jī)系統(tǒng)的規(guī)范。
倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的一支多學(xué)科專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)接受了挑戰(zhàn)，其中包括生物工程學(xué)系的RAEng研究研究員Joseph Sherwood博士，以及他的聯(lián)合技術(shù)牽頭的生物工程學(xué)系Michael Madekurozwa博士， Bagrit醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)主席James Moore教授，皇家布蘭普頓醫(yī)院名譽(yù)研究員和高級(jí)麻醉注冊(cè)主任Jakob Mathiszig-Lee博士。
但是，他們不僅要設(shè)計(jì)一臺(tái)可行的呼吸機(jī)，還需要做更多的事情–他們想要構(gòu)建一種解決呼吸機(jī)短缺的根本性基礎(chǔ)問(wèn)題的設(shè)備。
Sherwood博士說(shuō)：“首先開(kāi)始呼吸機(jī)挑戰(zhàn)的主要原因是，大型呼吸機(jī)制造商沒(méi)有足夠的零件。” “大多數(shù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)都涉及復(fù)雜的比例控制閥和流量傳感器，而庫(kù)存卻不足。”
Sherwood博士指出，大多數(shù)呼吸機(jī)的設(shè)計(jì)均與單個(gè)供應(yīng)商的比例控制閥配合使用。他說(shuō)：“這才是關(guān)鍵，您無(wú)法獲得大量的此類(lèi)閥門(mén)。” “我們的目的是提供與ICU呼吸機(jī)相同的功能，但要找到不會(huì)耗盡呼吸機(jī)供應(yīng)鏈的替代組件。”
該團(tuán)隊(duì)還制定了一個(gè)通風(fēng)機(jī)的宏偉目標(biāo)，該通風(fēng)機(jī)價(jià)格低廉，可以在危機(jī)后長(zhǎng)期使用，并且可以在世界各地快速便捷地制造。如果他們能夠?qū)崿F(xiàn)這些目標(biāo)，他們將能夠幫助預(yù)算和資源有限的國(guó)家更多地使用急需的呼吸機(jī)。
解決方案
呼吸機(jī)Sherwood博士及其團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的被稱(chēng)為JAMVENT，僅使用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品-沒(méi)有定制設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品中的許多產(chǎn)品，例如OMEGA PXM 319系列工業(yè)壓力傳感器和OMEGA TXDIN 1620 DIN鐵路變送器，都是Sherwood博士在其實(shí)驗(yàn)室周?chē)⒂糜谄渌芯宽?xiàng)目的組件。
舍伍德博士說(shuō)：“我們沒(méi)有時(shí)間下訂單和等待交貨，所以我們只是玩弄了現(xiàn)有的東西。”他指出，他們?cè)谌靸?nèi)就將一個(gè)工作原型放在一起。
呼吸機(jī)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵組件是閥門(mén)，這些閥門(mén)是由許多不同制造商提供的簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)電磁閥，而不是其他呼吸機(jī)設(shè)計(jì)中使用的復(fù)雜比例閥。其中兩個(gè)閥控制著兩升容器中空氣和氧氣的混合，同時(shí)壓力由PXM 319系列壓力傳感器監(jiān)控。然后，吸氣閥打開(kāi)以向患者輸送呼吸，第二個(gè)PXM319監(jiān)測(cè)下游壓力。
Sherwood博士說(shuō)：“根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)原理，整個(gè)閥門(mén)的壓降是非�？深A(yù)測(cè)的，因此我們可以非常精確地計(jì)算出從儲(chǔ)液罐到患者的流量。” “這避免了購(gòu)買(mǎi)流量計(jì)的需求，后者也供不應(yīng)求。”
用氧氣傳感器監(jiān)測(cè)呼吸的氧氣濃度，并使用Omega TXDIN 1620干凈地放大信號(hào)。呼氣閥的流動(dòng)阻力小，可以快速呼氣，這在肺阻力高的情況下非常重要，例如在一帶一路患者中。
呼吸機(jī)系統(tǒng)旨在為每次呼吸提供臨床醫(yī)生選擇的容量，同時(shí)將肺部壓力降至非常低。它在壓力調(diào)節(jié)體積控制（PRVC）模式下運(yùn)行，并具有其他模式，可以支持吸氣時(shí)的自發(fā)呼吸和PEEP的維持。
此外，該設(shè)計(jì)未使用袋式閥面罩，后者是大多數(shù)緊急呼吸機(jī)的基礎(chǔ)，但研究小組認(rèn)為這可能難以采購(gòu)且可能缺乏使用壽命。取而代之的是，他們改用兩升的瓶子，這給了他們足夠的可壓縮氣體量，以實(shí)現(xiàn)所需的功能。
設(shè)計(jì)的靈活性意味著它可以在醫(yī)院供氣管線上運(yùn)行，也可以在氧氣濃縮器產(chǎn)生的較低壓力下運(yùn)行。這是一項(xiàng)重要功能，可滿足使資源有限的世界上的部分地區(qū)更容易使用呼吸機(jī)的目標(biāo)，這通常包括缺少天然氣供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施。
結(jié)果
大多數(shù)醫(yī)療設(shè)備需要五年的時(shí)間才能投放市場(chǎng)，成本在3000萬(wàn)美元至1億美元之間。但是，JAMVENT的工作原型僅用$ 55,000的微不足道的預(yù)算開(kāi)發(fā)，再加上參與該項(xiàng)目的許多人自愿提供的寶貴時(shí)間。并且，在一個(gè)月內(nèi)，該團(tuán)隊(duì)演示了MHRA RMVS方案所需的性能。正在與多個(gè)工業(yè)合作伙伴一起計(jì)劃大規(guī)模生產(chǎn)該設(shè)備。
JAMVENT的設(shè)計(jì)不僅在負(fù)擔(dān)能力和靈活性方面取得突破，而且還滿足了團(tuán)隊(duì)的所有非常初目標(biāo)，包括：
堅(jiān)固的設(shè)計(jì)適合長(zhǎng)期使用
滿足ICU呼吸機(jī)所需的所有功能
易于制造且成本低廉（估計(jì)零件成本為1,900美元/ 1,500英鎊）
不需要任何專(zhuān)家或醫(yī)療供應(yīng)鏈組件
零件是標(biāo)準(zhǔn)零件，可從多家制造商處獲得
簡(jiǎn)單的電子設(shè)備，易于制造和維護(hù)
開(kāi)放的模塊化設(shè)計(jì)為本地制造提供了更大的靈活性
“從某種意義上講，這是解決問(wèn)題的一種創(chuàng)新方式，因?yàn)槲覀儾粌H要?jiǎng)?chuàng)建應(yīng)急呼吸機(jī)，而且我們還希望設(shè)計(jì)不會(huì)給現(xiàn)有制造商或供應(yīng)鏈造成壓力的產(chǎn)品。 ”，Sherwood博士說(shuō)。
JAMVENT不僅僅是創(chuàng)新，還被福布斯描述為“節(jié)儉的工程奇跡”和“醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)中潛在改變游戲規(guī)則的商業(yè)模式創(chuàng)新”，“通過(guò)展示一種卓越的方法，有可能破壞市場(chǎng)。 ”
