Vereinfachte ventilator entworfen von Teilchenphysik-community erhält FDA-Zulassung
In etwas über einem Monat, ein team von Physikern und Ingenieuren aus der ganzen Welt nahm eine vereinfachte ventilator design vom Konzept, den ganzen Weg durch die Genehmigung durch die US Food and Drug Administration. Dieser Meilenstein markiert den ventilator als sicher für den Einsatz in den Vereinigten Staaten unter der FDA Emergency Use Authorization, die hilft, die Unterstützung der öffentlichen Gesundheit in einer Krise ist.
Die Mechanischen Ventilator Mailand, oder MVM, ist die Idee der Physiker Cristiano Galbiati. Der Gran Sasso Science Institute und der Princeton University professor, die in der Regel führt ein dunkle-Materie-experiment in Italien genannt DarkSide-20k, fand sich in lockdown in Mailand, einer Stadt, die hart von COVID-19. Hören Berichte von ventilator-Mangel und helfen zu wollen, Galbiati erreichten Forscher entwickeln ein ventilator mit minimalen Komponenten, die schnell produziert Verwendung von allgemein verfügbaren Teile.
„Der Sinn der Krise war spürbar, und ich wusste, dass die Verfügbarkeit von Ventilatoren war entscheidend“, sagte Galbiati, wer erhielt seine Ph. D von der Universität von Mailand. „Wir hatte dabei einige komplizierte Projekte in der Physik, dass die erforderlichen arbeiten mit Gasen, und ich dachte, dass es unsere Pflicht ist, einen Weg zu finden, um push-Sauerstoff in den Lungen von Patienten.“
Wort verbreitete sich schnell, mit Ingenieuren und Physikern, die in neun Ländern—insbesondere Italien, den Vereinigten Staaten und Kanada—Beitritt zu helfen. Bei der US-Department of Energy ‚ s Fermilab, die Forscher, die in der Regel verbringen Ihre Tage Aufbau und Betrieb von empfindlichen Detektoren schnell angewendet, Ihre Fähigkeiten und freiwillig Ihre Zeit, um zu bauen ein Gerät für die empfindlichen Lungen.
„Es ist ein großer Vorteil, den wir gewonnen haben aus der Art und Weise der Teilchenphysik Kooperationen zu arbeiten“, sagte Steve Brice, der Leiter des Fermilab die Neutrino-Division. „Die Struktur, die bereits große, internationale, interdisziplinäre Gruppen. Können wir re-Aufgabe, die Struktur der Arbeit auf etwas anderes, und Sie bewegen sich viel schneller.“
Die MVM ist inspiriert von der Manley-Beatmungsgerät in den 1960er Jahren gebaut. Das design ist einfach, kostengünstig, kompakt und benötigt nur Druckluft Sauerstoff (oder medizinische Luft) und eine Quelle der elektrischen Energie zu laufen. Die moderne Wendung stammt aus der Elektronik und der Steuerung.
„Wir konzentrieren uns auf die software und lassen Sie die hardware so minimal, wie es sein kann,“ sagte Stephen Pordes, ein Mitglied der DarkSide und ein Fermilab-Wissenschaftler stationiert, die am CERN arbeiten an einem Prototyp-Detektor für die Deep Underground Neutrino Experiment, bekannt als DUNE. Er hat freiwillig seine Zeit, um zu koordinieren, einige der MVM Bemühungen neben Cary Kendziora vom Fermilab Teilchenphysik-Abteilung. „Das Projekt wächst organisch. Die Leute sehen ein Ort, wo es notwendig ist, und Sie nehmen Ihre eigene initiative, um zu helfen und zu springen.“
Und Freiwilligen Helfer sprang mit einer breiten Palette von Fähigkeiten. Fermilab technische Redakteurin Anne Heavy zusammengeschlossen, um die Arbeit für die Dokumentation und das Benutzerhandbuch, die Wiederverwendung, die Formatierung des kürzlich veröffentlichten Technischen Bericht für DUNE. Elena Gramellini, einem italienischen neutrino-Physiker am Fermilab, liaised mit den ärzten an der front in Italien. Jen Raaf, ein neutrino-Physiker, der an flüssig-argon-Experimenten, arbeitete mit dem Hersteller von medizinischen Geräten Elemaster und führte die Bemühungen, um alle erforderlichen Elemente für die FDA-Zulassung.
„Ich wollte das Gefühl, ich war etwas nützliches tut,“ Raaf sagte. „Es ist wirklich schön zu sehen, der Menschheit gutes zu tun für andere Leute.“
Das Projekt beschränkt sich nicht nur auf die Forscher. Während der Arbeit über das Prototypen-team sorgte dafür engagieren, ärzte, Medizinprodukte-Hersteller und-Regulierungsbehörden, um sicherzustellen, wurden Sie, etwas nützliches für die Krankenhäuser, die Schaffung von etwas mit einer robusten supply chain, die schnell produziert und Aufbau des Ventilators mit den richtigen Spezifikationen.
„Eines der zentralen Probleme war die übersetzung zwischen dem, was die Maschine technisch funktioniert und wie müssten die Betreiber die Interaktion mit der Maschine selbst,“ Gramellini, sagte. „Es ist schon eine Menge lernen, meinen Teil zu versuchen, um zu sehen, in der der ventilator die Möglichkeit, dass ein Arzt würde die Maschine bedienen.“
Experten aus Industrie und Medizin aus, die sich zur Verfügung stellen sollten; ärzte testeten die MVM-Prototypen auf die Atmung Simulatoren. Zugrunde liegenden all die langen überstunden und stress der intensiven Projekt war ein Gefühl der Dringlichkeit und motivation für alle beteiligten.
„Ich habe noch nie etwas gesehen kommen zusammen bei dieser Geschwindigkeit“ Heavy sagte. „Es ist einfach phänomenal.“
Mit Mitarbeiter verteilen sich auf 10 verschiedene Zeit-Zonen, die Arbeit auf verschiedene Systeme war in der Lage zu gehen, beinahe rund um die Uhr, so dass MVM Fortschritt von der Buchung ein preprint-Papier am März 23, um die FDA-Zulassung am 1.Mai.
„Es ist in unserer DNA und Zusammenarbeit über die Grenzen hinweg und in echt-Zeit, als die Teilchenphysiker,“ Galbiati sagte. „Als Grenzen ging und supply chains immer schwieriger wurde, blieb es ein Leuchtfeuer der Hoffnung für mich in der Lage sein zu kooperieren International. Es ist wichtig zu sehen, dass, während das virus breitet sich auf der ganzen Welt mit der Geschwindigkeit des jets, der Forschung breitet sich mit der Geschwindigkeit des internet. Und wenn es eine Möglichkeit, dass der virus besiegt wird, ist es, wenn die Forschung sich durchsetzen kann.“
Während Physiker, die verwendet werden, um die Zusammenarbeit aus der Ferne, tun Sie so, während Telearbeit und soziale Distanz wurde eine neue Falte. Von zu Hause aus arbeiten die Forscher nicht Zugriff auf alle tools, die Sie haben würden, in der Labor—oder alle Teile, die Sie benötigt, um zu testen, an einem Ort. Stattdessen, Sie verbanden die verschiedenen Komponenten über das internet. Also einen mikrocontroller in Italien verbinden konnten und erhalten die software in den Vereinigten Staaten geschrieben, dann jemanden haben, testen Sie die Schnittstelle auf einem touch-screen in Kanada.
„Wenn man mich gefragt hätte, bevor alle diese, wenn es möglich war, hätte ich gesagt, Nein, es würde Monate dauern“, sagte Marco Del Tutto, ein neutrino-Physiker am Fermilab wer arbeitete an der software und mikrocontroller zusammen mit der Scientific Computing Division Gennadij Lukhanin. „Ich habe so etwas noch nie getan bevor, und wir nicht sicher waren, ob wir Erfolg haben würden. Aber wir sind uns alle einig, wir sollten es zumindest versuchen. Wir verdanken, dass zu jeder.“
Von Anfang April abgeschlossen Prototyp MVM Einheiten in temporären 3-D-gedruckten Fälle wurden, die Ihren Weg durch strenge tests in Italien und mit Kollegen rund um die Welt—und Sie funktionierte. Eric Dahl, ein Fermilab und der Northwestern University Wissenschaftler, war in der Lage, einen Atem-simulator an der Northwestern Simulation (a clinical training center Teil der Feinberg School of Medicine) zum testen der ersten Prototypen und die Bereitstellung von input auf dem Weg zu der genehmigten Auslegung. Die MVM nun funktioniert in zwei Modi: volle Belüftung eines Patienten und die Atmung zu unterstützen.
„Dieser Aufwand ist der Nachweis, dass die Teilchenphysik-community achtet auf die Anwendung der Grundlagenforschung für soziale Bedürfnisse“, sagte Fernando Ferroni, professor an der Gran Sasso Science Institute und der ehemalige Vorsitzende des INFN, Italien das Nationale Institut für Kernphysik. „Dem auftragen der Anstrengungen von Hunderten von Menschen in einer sehr effizienten Art wurde möglich, weil die Ebene der Organisation und der gemeinsamen vision dieser Gemeinschaft. Es ist ein erstaunliches Ergebnis, in der Tat.“
Das Ergebnis ist ein open-source-ventilator mit off-the-shelf Teile, dass die MVM-team hofft, die Lücke zwischen Angebot und Nachfrage auf einer kurzen Zeitskala. Die hardware-und software-Entwürfe werden der öffentlichkeit zugänglich gemacht werden, so dass im Prinzip jeder in der Welt machen könnte, Ihre eigene version. Galbiati hat nun zusammen mit Elemaster und anderen Herstellern auf den ersten bulk-Produktion und erste Lüfter an, wo Sie am meisten benötigt werden.