Les ingénieurs et universitaires de F1 ont produit une nouvelle conception d'aide respiratoire en moins de 10 jours

Avec la propagation de la pandémie de coronavirus dans presque tous les pays du monde, le nombre de patients hospitalisés nécessitant une assistance respiratoire devient sans précédent. Il n'est pas facile pour les fabricants de fabriquer rapidement un grand nombre de ventilateurs supplémentaires, de sorte qu'il y aura probablement un déséquilibre dans l'offre et la demande de l'équipement nécessaire pour fournir ce soutien.

Pour atténuer ce problème, une équipe d'ingénieurs de l'UCL (l'université de Londres où je travaille) et du constructeur de moteurs de Formule 1 Mercedes-AMG HPP ont travaillé d'arrache-pied pour fabriquer un grand nombre d'appareils à pression positive continue (CPAP). Cette machine, similaire à celles couramment utilisées pour traiter l'apnée du sommeil peut prendre en charge les patients souffrant de graves problèmes respiratoires, libérant des ventilateurs pour les plus gravement malades.

Comme pour tout ce qui concerne les coronavirus, la vitesse est de la essence. L'équipe a abandonné la tâche de passer de la rétro-ingénierie d'un produit original et de produire une nouvelle conception, en passant par les tests et l'approbation réglementaire à la production à grande échelle en moins de 10 jours.

En un mois, 10 000 appareils ont été livrés à atteindre l'objectif du gouvernement britannique, avec Mercedes réaffecte l'ensemble de ses installations à Brixworth, Northampton pour produire 1 000 par jour. Les conceptions et les instructions de fabrication ont été publiées sans frais pour les gouvernements, les fabricants, les universitaires et les experts de la santé du monde entier. En une semaine, ils avaient été partagés avec plus de 1 300 équipes dans 25 pays.

Le rythme étonnant de ce projet a été rendu possible par un alignement de collaborations académiques, industrielles et cliniques établies, travaillant sous l'égide de l'Institut des soins de santé de l'UCL. Ingénierie. L'équipe a été rapidement mobilisée pour se concentrer sur un besoin immédiat clairement défini.

Le projet a commencé lorsque Tim Baker professeur de génie mécanique, a contacté ses collaborateurs de longue date Andy Cowell et Ben Hodgkinson de Mercedes AMG HPP. Le 18 mars, ils se sont rencontrés au MechSpace, une installation récemment ouverte dans le centre de Londres pour les étudiants en génie mécanique.

Baker a présenté aux ingénieurs de Mercedes un générateur de débit CPAP conventionnel qui lui a été donné par Mervyn Singer professeur de la médecine de soins intensifs dans les hôpitaux de l'UCL, avec une instruction simple: "Nous en avons besoin de plus." Le chanteur a été contacté par des médecins en Italie et en Chine qui ont partagé leurs expériences de la CPAP comme une aide importante pour gérer les patients atteints de coronavirus.

Pression continue

Contrairement à la ventilation mécanique, la CPAP ne nécessite pas l'insertion d'un tube dans le patient. trachée. Au lieu de cela, une pression d'air continue (légèrement supérieure à la pression atmosphérique normale) appliquée à travers un masque facial maintient les voies respiratoires ouvertes et fournit au patient de l'air enrichi en oxygène. Cela réduit le travail qu'ils doivent faire pour respirer sans qu'ils soient sous sédation.

Un générateur de débit CPAP fonctionne en exploitant un phénomène connu sous le nom Effet Venturi . Un jet d'oxygène à haut débit attire l'air ambiant autour de lui pour générer un débit de sortie élevé d'air enrichi en oxygène. Les vannes mécaniques vous permettent ensuite d'ajuster la pression et la concentration en oxygène.

La beauté de cette conception est qu'elle n'a pas de pièces mobiles. Cela signifiait que l'équipe pouvait inverser l'ingénierie du dispositif en effectuant des mesures méticuleuses de chaque dimension et en les traduisant en un modèle informatique 3D et des dessins de fabrication.

Au cours des deux jours suivants, MechSpace est devenu la voie des stands du projet avec les ingénieurs de l'équipe Mercedes utilisant l'expertise acquise de l'industrie F1 pour accélérer la conception de la voie et la fabrication de prototypes. Ils ont puisé dans les compétences de trois anciens étudiants de l'UCL, Jamie Robinson, Alex Blakesley et Ismail Ahmad. En particulier, ils ont utilisé un logiciel commercial (Mashoom) que Robinson avait développé pendant son diplôme pour gérer et stocker les conceptions informatiques qui sous-tendent le processus de production.

La mentalité de course de l'équipe Mercedes a fait avancer le processus à une vitesse vertigineuse. Hodgkinson a jeté le gant d'un revirement de 24 heures entre lui marchant dans la porte de MechSpace et la coupe des matériaux pour le prototype sur leur ligne de production commerciale à Brixworth. L'équipe n'a pas atteint cet objectif – mais seulement de deux heures.

L'équipe travaillant 24 heures sur 24, l'un d'eux a été envoyé pour s'approvisionner en fournitures essentielles, y compris des articles de toilette et un changement de vêtements. Les t-shirts achetés dans le magasin le plus proche ont fourni par inadvertance un uniforme d'équipe et le logo du t-shirt a été réquisitionné comme nom du système CPAP, UCL-Ventura.

Approbation réglementaire

L'approbation réglementaire pour les dispositifs médicaux est longue processus qui peut souvent prendre des années, mais l'équipe s'était délibérément concentrée sur la rétro-ingénierie d'un dispositif non breveté, le Respironics WhisperFlow, qui avait été utilisé dans le NHS pendant des décennies. Cela a permis au dispositif d'être rapidement approuvé pour une utilisation par l'Agence britannique de réglementation des médicaments et des produits de santé (MHRA).

Les partenariats déjà en place par le biais de l'Institute of Healthcare Engineering de l'UCL, dirigé par le professeur Rebecca Shipley, ont également été cruciaux pour la vitesse

L'équipe a travaillé en étroite collaboration avec un certain nombre de partenaires de l'industrie pour vérifier la disponibilité et organiser la fourniture d'autres composants clés réglementés, y compris les capteurs d'oxygène et les masques. Le modèle Mark I a fait l'objet d'essais cliniques chez des patients des hôpitaux UCL et des hôpitaux partenaires le 27 mars, et l'ordre gouvernemental a été confirmé quatre jours plus tard.

Les ingénieurs mécaniciens de l'UCL, dont Tom Peach, Tom Rushton, Peter Weston et James Weaver, ont poursuivi pour travailler à fond à MechSpace, dormir dans un hôtel à côté. Une version Mark II de l'appareil a maintenant été approuvée, ce qui réduit considérablement les besoins en oxygène du système. Et c'est cette conception qui est maintenant disponible pour la réponse globale à COVID-19.

Grâce à la collaboration, l'innovation et la traduction, cette équipe interdisciplinaire a pu procéder assez rapidement pour fournir cette technologie vitale de soins de santé à la ligne de front de la lutte contre cette maladie.

Cet article est republié par Clare Elwell professeur de physique médicale, vice-doyenne à l'impact, UCL Engineering, UCL de The Conversation sous licence Creative Commons. Lisez l'article original .