OperationAIR: ontwikkel een beademingsmachine from scratch

OperationAIR: ontwikkel een beademingsmachine from scratch Door: FHI

Tijdens de eerste coronagolf in maart van dit jaar wist OperationAIR, een studententeam van de TU Delft, opzien te baren door in zeven weken een functionerend noodbeademingsapparaat te ontwikkelen. Hubald Verzijl was nauw betrokken bij de ontwikkeling en vertelt tijdens het online Medische Elektronica event over zijn belevenissen in deze hectische periode vol improvisatie en vernuftigheid. Wij spraken hem alvast.

Door: Dimitri Reijerman

Verzijl doet de master werktuigbouwkunde, maar volgt ook de masteropleiding Technical Medicine, een opleiding die pas enkele jaren bestaat. Verzijl was bezig met een stage toen begin dit jaar het coronavirus Nederland in zijn greep kreeg en het dagelijks leven in maart grotendeels tot stilstand kwam. Het was crisis. “Ineens lagen alle ziekenhuizen vol”, zegt Verzijl terugkijkend. “Alle stages werden gecanceld en opeens zaten we allemaal thuis. Toen kwam de directeur van onze opleiding en hij zei: er kan een ernstig tekort ontstaan aan beademingsapparatuur, laten we eens kijken of wij iets kunnen ontwikkelen. Toen is het project OperationAir gaan rollen.”

Met name de beginfase van het haastig uit de grond gestampte OperationAir-project was uitdagend, zegt Verzijl: “Je komt ineens als een groep studenten bij elkaar met de grote vraag: hoe gaan we dit aanpakken? Normaal gesproken heb je al een teamleider die de lijnen uitzet, maar die was er nog niet. De eerste week waren we daarom vooral bezig om de interne logistiek goed te krijgen. We hadden uiteindelijk drie verschillende groepen opgericht: een design/ontwerp-groep voor het apparaat, maar ook een groep die naar voorspellingen op het gebied van corona bestudeerde. Want komen de voorspellingen voor een tekort wel uit? En er ontstond een managementgroep om iedereen aan te sturen en continu updates uit te brengen. Ook legden zij de connecties met de media en met mensen die ons wilden helpen.”

Complexe machinerie

Het ontwikkelen van een beademingsmachine from scratch is allerminst eenvoudig, zegt Verzijl: “Als je een beademingsapparaat uit elkaar haalt, dan zul je zien dat deze behoorlijk geavanceerd is. En dat is maar goed ook, want er zit veel aandacht voor patiëntveiligheid in het ontwerp. Een standaard beademingsapparaat kan ook veel meer dan een coronalong beademen. Dus de vraag voor ons was: waar moet ons apparaat aan voldoen om een coronapatiënt te beademen, want je moet voor dergelijke patiënten een andere manier van beademen gebruiken. Je hebt een hogere druk nodig en ook een hoger niveau aan zuurstof. Uiteindelijk bekeken we ook welke onderdelen we achterwege konden laten.”

Het OperationAir-team kon na vaststelling van de specificaties aan de slag. Daarbij werden de taken nader verdeeld: “Een student medische elektronica gaat niet de printplaten ontwerpen. Dat laat je iemand doen die elektrotechniek doet. En zo kijk je ook naar de juiste persoon voor aspecten als veiligheid, de gebruikersinterface en het gebruikersgemak.”

“Binnen een maand hadden we een werkend concept op tafel: de AIRone”, zegt Verzijl met enige trots. “Dat was nog wel een houtje-touwtje ontwerp, maar sinds dat moment ging het snel. Want de basisgedachte van het ontwerp was ook dat het makkelijk te produceren zou zijn. Zo moesten alle onderdelen makkelijk leverbaar zijn.”

Ontwerp is opensource

Vanuit het ministerie van VWS werden in het voorjaar van 2020 alle opties aangegrepen om een dreigend tekort aan beademingsmachines te voorkomen. “Zo werd er gewerkt aan concepten waarbij twee patiënten op een beademingsapparaat werden aangesloten. Maar ook wij werden goed gesponsord want VWS zei: ga door, wellicht hebben we jullie nog nodig. De eisen aan zo’n apparaat waren toen tijdelijk wat lager, want we zaten in feite in een soort oorlogssituatie.”

Uiteindelijk kwam het noodscenario niet uit. “Daarna werden de eisen uiteraard snel weer hoger, wat alleen maar goed is. We hadden uiteindelijk een werkend apparaat ontwikkeld, maar niet eentje die aan alle eisen van een normaal beademingsapparaat aan voldoet.”

Het OperationAir-team hanteerde een opensource-benadering bij het ontwerp van de AIRone. Alle technische details over de machine zijn online te vinden. Daarmee hoopt het team van OperationAIR ook landen waar nog steeds een tekort aan beademingsapparatuur is te helpen. “Vrij veel mensen wilden meer informatie over ons ontwerp”, zegt Verzijl. “Daar hebben wij weer van geleerd. Maar anderen ook. Zo kunnen zij nagaan wat de maximale beademingsfrequentie moet zijn bijvoorbeeld, of de maximale hoeveelheid lucht die iemand per teug binnenkrijgt.”

Lessen uit de praktijk

Met het OperationAIR-project heeft Verzijl veel geleerd: “Mijn hobby is ook elektronica en mijn bureau ligt altijd vol met printplaten. En daar zie je een oscilloscoop staan. Dus ik vond heel leuk om te kijken hoe we ieders kwaliteit hebben kunnen inzetten om tot een eindproduct te komen.”

Hij vervolgt: “Ik heb ook veel geleerd over de stappen die nodig zijn tussen prototype en productie. De overheid heeft uiteindelijk tachtig van onze apparaten gekocht. Doel daarvan was dat wij zouden leren hoe opschalen in de praktijk werkt. Mochten er later toch meer beademingsapparaten nodig zijn, dan hebben we al de benodigde ervaring opgedaan. We hebben daarvoor samen met assemblagebedrijf Applikon een productielijn opgezet. Daaruit leer je dus dat je het aspect van opschaling goed moet meenemen tijdens het ontwerpproces.

En hij herinnert zich ook nog de nodige uitdagingen in het technische ontwerp: “We hebben een keer bij DARE!! gezeten voor EMC-tests. We kregen in eerste instantie schokken van het apparaat en als we de antenne van DARE!! aanzette ging het scherm knipperen. Toen waren er weer wat uitdagingen om op te lossen. Gelukkig ging het met wat aluminiumtape al weer een stuk beter.”

Wilt u deze lezing bijwonen? Registreer u kosteloos op de website van Medische Elektronica.