3D打印的零件可以使呼吸机更安全

用一组生物相容性的3D打印零件来控制将空气推向每个患者的空气和数十万小时的复杂计算机模拟为了确定使用哪个零件，已提交了创新系统以供紧急FDA批准。“在大流行期间，早期出现的早期需要之一是需要通风患者，所需的呼吸机数量强调了世界各地的许多城市。”攻读心脏手术的居民穆斯·比沙维（Muath Bishawi）说。生物医学杜克大学的工程。“满足这一需求的一种策略是使用T或Y连接器将两个患者放在一个呼吸机上，这在技术上应该起作用，但会面临其自身的挑战。我们想要一个在杜克大学或其他任何地方都需要的系统，可以恢复呼吸机特定于患者的某些功能。”

一个呼吸机是一台复杂的机器，以特定的压力，体积，呼吸率和氧气水平将空气推入患者的肺部。它通常与患者的支持相互作用，它会自动感知它是否正在提供可能造成伤害的空气量，或者患者是否开始自行呼吸。但是，当呼吸机在多个患者之间分开时，它会失去许多安全警报和指标，因为它不再能感觉到并对单个患者做出反应。它变成了一台笨拙的机器，可以按照管道以任何速度设定的速度来完成一项任务 - 富含氧气的空气。

当不同患者的呼吸要求不同时，这会出现问题。“想想两个气球，一个带有厚墙，另一个带有薄壁。如果您尝试以相同的努力使两者充气，那么薄壁的气球将会变得更大。” Bishawi说。“这是患者肺部面临的挑战。他们具有不同级别的合规性。相同的空气压力非常适合一个人可能不足以使其他人不足，甚至可能使他们的肺部充气。”

因此，一种解决方案是找到一种方法来为每个患者量身定制气流，而不必依靠呼吸机进行繁重的举动。那就是比沙维（Bishawi）作为工程师的培训。

像工程师一样思考

呼吸机拆分器带有新的3D打印电阻件，以确保每个患者的安全。

资料来源：杜克大学

比沙维（Bishawi）参加了医疗生涯的早期，参加了一个实验课程，旨在将杜克各个角落的学生聚集在一起，以探索解决方案，以满足未满足的临床需求。学生花时间观看临床医生的工作，询问有关某些事情如何以及为什么要做的问题，集思广益的缺点，这些缺点可能是企业家解决方案的成熟，然后开始设计，原型制作，完成市场研究并实施业务计划。

该课程是现在已成为杜克设计健康研究员计划的先驱，比沙维现在是顾问。Bishawi说：“我基本上是一名临床医生，在过去的四年中，我一直支持生活和呼吸一个工程世界。”“我知道我们的工程师，他们的能力是什么以及如何说语言。该计划以及医学和工程学校之间的其他计划使该项目得以如此迅速和如此高的水平起飞。”

在戴上工程上限的情况下，比沙维提出了一个想法，可以帮助恢复两名患者的呼吸机的某些个性化功能。他想知道使用可以限制气流的电阻，以确保每个患者都接受适当的压力。这个想法的灵感来自于他从博士学位顾问乔治·特鲁斯基（George Truskey）（全球流体流动专家）中学到的流动和抵抗力的启发，他花了多年的时间。但是，要在临床环境中有用，医疗保健提供者将不得不信心知道应与每个患者一起使用哪些限制器。

在云上度过一个周末

为了帮助解决这个具有挑战性的问题，比沙维转向了他与以前的项目，阿曼达·兰德尔斯，阿尔弗雷德·温伯恩和维多利亚·斯托弗·末马赛马生物医学科学助理教授一起工作的工程师。在过去的十年中，Randles开发了一种高度平行的计算算法，能够在细胞水平上模拟血流。但是空气也是一种液体，所以比沙维问她是否可以调整程序以模拟通过呼吸机和患者的肺部以不同水平的依从性模拟空气流动。

兰德斯（Randles）与在她的实验室工作的医学生迈克尔·卡普兰（Michael Kaplan）和她的实验室博士候选人Simba Chidyagwai合作。捕获：他们将需要500,000小时的运行时间在世界上最大的云服务器之一来解决问题。兰德斯说：“我与杜克大学信息技术办公室联系，看看他们是否可以帮助我找到实现这一目标的计算能力。”“那是星期三。”在48小时内，他们确保了Microsoft Azure的时间，他的支持团队与Randles的团队一起度过了一个周末，以确保跑步顺利进行。她说：“您确实需要建立的关系和信任才能实现这一目标。”

同时，Bishawi与Duke Engineering企业家副院长Ken Gall联系，以帮助您弄清楚如何符合生物相容性，毒理学和设计标准的3D印刷电阻。胆汁又将Bishawi与他的一家总部位于Durham的初创公司Restor3D联系在一起，该公司与外科医生合作，通过金属和聚合物3D印刷来改善人体的重建和修复植入物具有增强的解剖拟合和出色的集成特性。

一个实验性设置向3D打印的电阻件发短信，带有像人类肺部的袋子，以确保呼吸机仍然向每个呼吸机提供正确的压力。

在Restor3D的Nathan Evans，Michael Kim和Rajib Shaha的帮助下，日益增长的合作迅速制作了针对不同场景的原型，并提出了使用它们的暂定协议。这些设备是在低成本的台式机上生产的，该机器利用了一种被称为立体光刻（SLA）的3D打印形式。新利18官方他们还制作了一系列原型，并在ICU呼吸机和手术室呼吸机上进行了测试。一群杜克大学麻醉学家，包括大卫·麦克劳德（David MacLeod）和安妮·樱桃（Anne Cherry），以及呼吸治疗师Jhaymie Cappiello。

杜克（Duke）正在为由于19号大流行而面临呼吸机短缺的医院免费提供数据和规格。如果医院可以使用制造设施和运营质量系统，他们将能够使用规格来构建产品以供自己内部使用。另外，一旦批准了紧急FDA批准，Restor3D将有能力为没有自己内部功能的医院系统提供产品。比沙维说：“这个临床团队非常出色。”“我们每周多次见面几周，并完成了一系列复杂的测试，以开发临床相关的测试数据，以验证模型并为临床医生提供有关安全功能的重要数据。”

在设计设计之后，该小组随后求助于传奇技术服务的科里·坎贝尔（Corey Campbell），他免费完成了生物相容性测试，而Mycroft Medical LLC总裁William Wustenberg也完成了毒理学风险评估，也免费。

有一个应用程序

借助经过测试的设备以及有关如何最好使用它们的彻底审查的数据，剩下的就是将信息传递给需要它的人。感谢Crosscomm首席技术官Don Shin，现在有一个应用程序为了那个原因。Bishawi说：“我们希望使该工具尽可能安全且用户友好。”“ CrossComm开发了一个美丽的应用程序，该应用程序使用计算机模型数据来确保呼吸机分组和电阻易于使用。”

在Microsoft Cloud网络上计算的计算数据大约有100列比的计算数据被蒸馏成一个图表，只有几千兆字节可以由应用程序访问。临床医生只是简单地提供了有关其患者和呼吸机的所需数据，并且该应用程序吐出了最佳的电阻组合，以确保两者都接受了正确量的空气。由于已经完成了计算，因此响应时间是立即的。而且，由于该应用程序从保存在云上的数据中获取，因此团队可以随着更多数据可用，用户开始提供反馈。

现在，医院开始使用该创新需要FDA许可。为了帮助传播这个词，该合作与杜克大学许可和风险投资办公室合作，这有助于该技术和应用程序的专利，该技术很快将在大流行期间需要它的任何人免费获得。Bishawi说：“杜克很幸运，因为我们不必诉诸于拆分呼吸机。”“但是我们仍然可以，所以很高兴有我们的后袋。世界各地还有许多其他医院可能需要我们的技术来帮助挽救生命。这是部署时的最后一次沟渠工作，但这并不意味着它必须没有数据，也不意味着要使它更安全。这是我们这样做的目标。”