COVID19常见设备的简单调整即可解决呼吸机短缺问题

COVID-19：常见设备的简单调整即可解决呼吸机短缺问题

由纽约大学坦顿工程学院领导的一个团队对CPAP机器进行了简单的调整，CPAP机器是睡眠呼吸暂停患者使用的一种常见的呼吸辅助设备，旨在解决呼吸机迫在眉睫的短缺问题。他们还在测试普通沙龙吹风机的改型原型，以期限制病毒的传播。

纽约大学丹顿工程学院机械和航空工程学教授Vikram Kapila是该学院COVID-19响应计划的小组负责人他机电一体化，控制和机器人实验室的学生正在与纽约大学丹顿分校的 Future Labs，MakerSpace和Rutgers New Jersey Medical Center合作。

在许多方面，Kapila都是带领团队探索新技术以应对呼吸机短缺的明显选择。他的机电一体化实验室专注于为残疾人和老年人提供领先的医疗技术。

卡皮拉说：“我们着眼于当今一些常见的健康问题以及对社会和经济的影响，以及目前存在的解决方案，然后着眼于我们如何开发可以使更广泛的群体潜在受益的东西。”

COVID-19倡议提出了一些想法，以帮助患者呼吸并减少病毒的传播，其中包括从加利福尼亚到布鲁克林的分布式学生，校友和专家团队，他们全都在家工作。遵循三个初始标准：

使用医疗环境中现成的设备和现成的组件以实现大规模生产

创建可以通过最少的培训快速构建和部署的解决方案

获得呼吸机操作和临床环境中的医学专家及其他专家的前期投入和施工验证

“通过使用随时可用的设备，我们了解到很多医院和疗养院都使用CPAP和BiPAP机器来帮助患者呼吸，这之所以令人信服，是因为如果您可以让人们自己呼吸，同时提供Kapila表示：“由于急需氧气支持，您可以完全避免使用呼吸机。”

CPAP机器使用软管和面罩以一定压力吹气，以保持气道畅通。BiPAP与此类似，但是以两种不同的水平输送压缩空气，从而使呼气时更加轻松。在美国，有数百万人使用这些机器来治疗睡眠呼吸暂停。

他继续说：“设备被广泛使用这一事实显然具有很多优势，其中一个重要的方面是我们不想要求医护人员做任何不同的事情。”

“我们想知道既然这些设备已经存在，'是否有问题会阻止其与COVID-19患者一起使用？” 然后我们了解到，在华盛顿早期，他们试图使用这些机器为患者提供呼吸支持，而实际上却导致了病毒的传播。”卡皮拉解释说。“这是因为CPAP面罩具有通风孔，当用户呼气时，病毒会被气化。”

该团队首先考虑将某种过滤器直接放在口罩上，以使空气以一种方式进入另一种方式。“但是我们发现这些类型的过滤器如今很难获得，因此我们将其排除在外，” Kapila解释说。

简单就是最好

在拥有现实世界经验的工程师的帮助下，例如纽约大学前校友Valentin Siderskiy，该团队最终提出了三种不同版本的设计，称为AIRMod。所有人都使用不通风的口罩，这限制了呼气到环境中，并且使用了仅由现成的组件组成的简单物料清单。

“通过通过浓缩适配器为患者提供氧气，并通过适当调整PEEP阀，患者可以在呼气的同时接受氧气和空气，您有可能延迟或避免让该人戴上呼吸机，”他说。卡皮拉

在最简单的版本中，面罩将附着到与T型连接器相连的过滤器上。一个通道连接到PEEP阀，该阀是一种弹簧加载的设备，患者可以向其呼气；另一个是氧气富集适配器。第二种设计包括一个附加的T型连接器和一个通过弯头连接器连接的PEEP阀，而第三种设计包括第二个病毒过滤器。

CPAP回路睡眠呼吸暂停机

修改的简单版本，带有一个PEEP阀和T型接头。

对机器的修改仅需花费两分钟的时间，而零件仅会增加适度的成本。

来自纽约大学朗格分校的医生和罗格斯大学的生物医学工程师对这些概念的反馈是积极的，强烈建议使用最简单的版本，“这样可以减少医疗专业人员的负担”。

布鲁克林医院的一个医生联盟还建议，改装后的家庭式病房可能最适合疗养院和急诊中心。许多医院都有固定的CPAP和BPAP机器，这些机器已经可以分开进行呼入和呼出，并且纽约的呼吸机短缺情况没有人们担心的那么严重。

迄今为止，该团队已向Rutgers，NYU Langone和本地EMS的同事提供了六台机器进行测试。纽约大学丹登未来实验室常务董事史蒂夫·库恩也已向FDA申请了紧急使用授权，以加快这一进程。该团队在线共享了所有三个AirMOD设计的设计和装配手册，以促进更广泛的采用，并提供了3D打印通用组件的设计，以便任何人都可以制作。

沙龙主食，修改

团队正在测试的第二项创新被称为AIRVent-由标准沙龙吹风机改造而成的个人负压风帽。想法是提出一种在医院中发现的有限数量的负压室的低成本版本，以限制病毒的传播并保护工人和非COVID-19患者。

这样的腔室可以很容易地用塑料容器制成，并连接到风扇和HEPA级过滤器，但问题是可扩展性。

因此，研究小组联系了一家制造传统沙龙吹风机的公司，以了解是否可以保留流动方向以吸入空气而不是吹出空气。“我们拿起电话打电话给他们，他们从字面上给我们送了一个空气干燥器罩，他们为此改变了风扇组件的方向，使其变成吸尘设备，然后我们添加了HEPA级过滤器。”卡皮拉

AIRvent建立纽约大学工程学院

Rutgers副教授George Serrador博士正在准备AIRVent进行测试。

该团队已经安装了十个抽油烟机，并且与Rutgers的同事一起正在使用二氧化碳传感器来测量改装后的装置可以去除过期二氧化碳的程度。他们还使用粒子计数器测量其清除0.3微米粒子的功效。

未来的教训

团队从该经验中学到的经验教训肯定会远远超出对COVID-19危机的影响。

卡皮拉说：“我们正处于人们每天被感染的中间。” “而且，即使我们能帮助挽救一条生命，我也无法想象还有比这更重要的工程工作。”

卡皮拉说，他不认为自己是团队的教授或导师，而是与其他所有人的协作者。他说：“我现在已经了解所有学生都有以自己的方式做出贡献的能力，所有这些贡献都是宝贵的。” “我认为，如果给人们带来挑战性的问题，他们可能会面临挑战。从学生到明矾社区，再到医生和行业专家，这里的每个人都站起来了。”

从他的角度来看，纽约大学丹登分校的企业家事务主管和Future Labs董事总经理史蒂文·库亚恩表示，这可能会激发人们对产品创新的方式以及相关时间表的全面反思。

他说：“如果这样的团队能够融合，并在两到三周内交付在商业环境中具有真正价值的有效产品，那么我们将不得不问自己这个问题：”通常要花费数月甚至数年才能发布产品，纽约大学丹登分校和我们的未来实验室可以做什么以帮助支持范式转变，解决未来的工程问题以及相关的市场部署问题？”

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