Sicurezza e dispositivi medici COVID-19 stampati in 3D: Northwell Health converte i BiPAP in ventilatori
Esistono numerosi progetti relativi alle parti del ventilatore per la stampa 3D in risposta allo scoppio di COVID-19. In alcuni casi, questi sono i tentativi più terrificanti per affrontare la carenza di approvvigionamento dal punto di vista sanitario poiché, se distribuiti e non funzionano correttamente, possono entrambi diffondere ulteriormente il virus SARS-CoV-2 e ferire i pazienti.
Per comprendere questi pericoli, stiamo giustapponendo quello che sembra davvero un metodo funzionale e sicuro per aumentare le forniture di ventilazione con alcune altre soluzioni che sono più discutibili in termini di sicurezza e funzionalità. La divisione 3D Design and Innovation di Northwell Health , il più grande fornitore di servizi sanitari e datore di lavoro privato dello Stato di New York, ha sviluppato un metodo per adattare le comuni macchine BiPAP (pressione positiva delle vie aeree a due livelli) in ventilatori meccanici invasivi funzionali.
Il dipartimento di analisi di Northwell stava monitorando la diffusione della pandemia e il numero di ventilatori all’interno del suo sistema sanitario. Ciò ha portato l’operatore sanitario alla conclusione che, con la diffusione del virus alla sua velocità prevista, non avrebbe avuto abbastanza ventilatori per far fronte al previsto aumento del paziente. Per preparare un team guidato da Hugh Cassiere, MD , direttore medico per i servizi di terapia respiratoria presso il North Shore University Hospital (NSUH) e Stanley John, direttore della terapia respiratoria di NSUH, ha lavorato con Todd Goldstein, PhD, direttore del 3D Design and Innovation presso Northwell Health per sviluppare una soluzione alternativa.rthwell Health.
Northwell Health voleva prepararsi e assicurarsi che avesse tanti ventilatori e opzioni disponibili per preparare un’ondata di pazienti. In tutto il sistema sanitario, 350 macchine BiPAP erano inattive. I sistemi BiPAP sono simili alle macchine CPAP che i consumatori hanno più familiarità con il trattamento dell’apnea notturna. Tuttavia, mentre i CPAP forniscono una pressione continua per mantenere aperte le vie aeree di un dormiente per inalazione, i BiPAP possono produrre respiri e mantenere il flusso d’aria, che è simile a come funzionano i ventilatori. Mentre sia i BiPAP che i CPAP sono dispositivi non invasivi che si basano su maschere, i ventilatori sono invasivi e comportano il posizionamento di un tubo endotracheale (ET) nella gola di un paziente che non riesce a respirare da solo.
Il team di Northwell ha quindi lavorato su un metodo per convertire i propri sistemi BiPAP in modo che funzionino come ventilatori. Ciò significava rinunciare alla maschera tradizionale, che non solo ha il potenziale per consentire al virus SARS-CoV-2 di fuoriuscire dal paziente per infettare la stanza, ma non può essere utilizzato su pazienti intubati. I medici di Northwell hanno sviluppato un adattatore stampabile 3D che collega un tubo ET direttamente a un BiPAP, nonché una porta di espirazione che può essere collegata a un filtro HEP per impedire il passaggio dell’aria infetta da COVID nell’ambiente circostante. Il video qui sotto è stato fornito da Northwell Health.
I ventilatori potrebbero essere scarsi a livello globale al punto che i produttori non stanno solo dando il via alla produzione, ma aprendo i loro progetti per gli altri. Al contrario, i tubi ET sono parti monouso che sono già state realizzate in abbondanza e le macchine BiPAP sono probabilmente la migliore opzione stand-in per le unità di ventilazione. Mentre l’adattatore è stato stampato utilizzando i sistemi Form 2 all’interno di un sistema di produzione di massa Formcell presso Northwell e utilizzato su una macchina Philips Respironics V60 BiPAP, altre stampanti possono produrre la parte per altri BiPAP, purché il software della macchina possa essere utilizzato in modo simile al ventilatore tradizionale unità.
Le macchine BiPAP non hanno le stesse campane e fischietti dei ventilatori. Tuttavia, si tratta di sistemi di livello ospedaliero che, secondo il Dr. Goldstein, funzionano in modo appropriato per i pazienti COVID.
“Hai un maggiore controllo con un normale ventilatore e non inizieranno mai a sostituire i ventilatori con macchine BiPAP convertite. Tuttavia, in un pizzico, in cui eravamo, abbiamo convertito tutti i BiPAP che avevamo. Il software è compatibile e le pompe sono abbastanza potenti e in grado di fare ciò di cui abbiamo bisogno per fare senza problemi “, ha detto Goldstein. “Un laico che potrebbe entrare in ospedale non saprebbe nemmeno la differenza.”
A causa della lungimiranza di Northwell e dell’ingegnosità del team che ha sviluppato la strategia dell’adattatore BiPAP, il sistema Northwell non ha incontrato le carenze di approvvigionamento previste.
“Allo stato attuale, le cose sono andate meglio, ma un problema di cui siamo riusciti a tenere conto è che non abbiamo mai avuto carenza di ventilatori. Convertendo le macchine BiPAP, siamo riusciti a ottenere abbastanza per coprire l’ondata ”, ha dichiarato il Dr. Goldstein a 3DPrint.com.
Chiarire altri progetti di sfiato
Ci sono molti altri progetti che vengono pubblicizzati la cui esatta applicazione può essere difficile da distinguere dagli altri. Qui, proveremo a chiarire quali sono questi vari dispositivi e il loro potenziale livello di sicurezza. Prima di entrare in ogni progetto, è importante notare che “ventilatore” e “respiratore” sono spesso usati in modo intercambiabile, il che può essere ancora più confuso a causa del fatto che le maschere N95, con filtri incorporati, sono talvolta chiamate anche “respiratori”.
La valvola Charlotte di Isinnova: la “ valvola Charlotte ” dell’italiana Isinnova è un adattatore stampato in 3D che converte una maschera snorkeling Decathlon in una maschera CPAP per la terapia sub-intensiva collegandosi alle macchine CPAP o all’ossigeno della parete. Ciò intendeva affrontare la carenza di maschere CPAP in un ospedale italiano. Finché non vi è carenza di maschere subacquee, può essere una soluzione sicura e sufficiente per la sostituzione CPAP ma non è una soluzione per problemi di alimentazione del ventilatore.
Maschera PEEP di Mateiralise : Materialise ha sviluppato una maschera PEEP (pressione fine espiratoria) per l’assistenza respiratoria di emergenza in modo che i veri ventilatori possano essere riservati ai pazienti critici. Mentre questa maschera funziona secondo principi simili a quelli del dispositivo Isinnova, fornendo pressione positiva e un flusso di ossigeno, viene attualmente seguita rapidamente attraverso il processo normativo e, quindi, suggerisce un maggior grado di sicurezza e redditività. Questo dispositivo potrebbe potenzialmente sostituire i ventilatori in alcuni casi come trattamento.
Maschere e valvole Venturi: la storia che potrebbe essere stata la prima ad attirare l’intera comunità della stampa 3D nello sforzo di approvvigionamento è stata quella di Isinnova e delle sue valvole venturi a ingegneria inversa, che sono un componente importante nella ossigenoterapia non invasiva utilizzando Venturi maschere . Come le maschere sopra menzionate e diversamente dai ventilatori, le maschere Venturi non usano tubi ET. Isinnova e Lonati SpA in Italia sono state in grado di replicare le valvole tradizionali per queste maschere con la stampa 3D e hanno iniziato a stamparle in batch utilizzando una stampante SLS ProX 610.
Maschere PPE: nessuna di queste maschere deve essere confusa per oggetti come il Pneumask, che converte un boccaglio in maschere in stile N95 usate come dispositivi di protezione individuale.
Divisori di sfiato: una vasta gamma di divisori di ventilatori è attualmente in fase di stampa da organizzazioni più piccole come gli hub 3D fino a giganti farmaceutici come Johnson & Johnson. Questi dispositivi hanno lo scopo di deviare l’ossigeno da un singolo ventilatore in tubi ET per più pazienti. Tale dispositivo ha una certa convalida nel modo di operare sui simulatori polmonari per divisori non stampati . Prisma Health and Ethicon Inc., una società di Johnson & Johnson, hanno ricevuto l’autorizzazione all’uso di emergenza (EUA) dalla Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti per stampare in 3D il suo splitter di espansione del ventilatore VESper .
Secondo il Dr. Goldstein, la divisione della ventilazione può aumentare il numero di problemi che possono essere incontrati dai professionisti medici e dai loro pazienti. Ogni paziente richiede una diversa quantità di flusso di ossigeno a seconda della capacità polmonare personale. Tali dispositivi possono essere l’ultima misura per far fronte alla carenza di ventilatori, ma sono molto al di sotto della conversione delle apparecchiature BiPAP in termini di strategie di backup.
Ventilatori di emergenza: ci sono una serie di iniziative nel tentativo di sviluppare dispositivi di ventilazione, che vanno da pericolosi a potenzialmente vitali. All’estremità praticabile dello spettro si trova il Leitat1, un dispositivo di rianimazione di emergenza che forza l’aria nei polmoni di un paziente tramite una pompa meccanica ed è in fase di approvazione di emergenza da parte del governo spagnolo.
Questo dispositivo è per un uso di emergenza a breve termine, basato su uno strumento che gli EMT potrebbero utilizzare per rianimare qualcuno sul campo. Questi respiratori hanno un’alta incidenza di fornire troppa aria al paziente, il che potrebbe portarli ad aspirare il vomito nelle vie respiratorie o nei polmoni e morire. Tuttavia, Leitat1 sta attraversando canali ufficiali, mentre numerosi altri dispositivi vengono sviluppati da professionisti non medici che potrebbero essere ancora più potenzialmente pericolosi.
Da quello che possiamo capire su questi vari dispositivi, un metodo per convertire semplicemente le macchine BiPAP disponibili in ventilatori sarebbe il più sicuro e semplice per affrontare la carenza di ventilatore quando possibile. Ci possono essere scenari in cui anche questa non è un’opzione, tuttavia, e quindi potrebbero essere necessarie altre tecniche.
Approvato dalla FDA per l’uso in caso di emergenza, l’adattatore Northwell BiPAP si basa su attrezzature mediche esistenti approvate dalla FDA e affidabili. Il sistema ospedaliero ha ricevuto richieste dal dipartimento degli affari dei veterani del governo federale fino ai concorrenti di Northwell. Il design è disponibile gratuitamente per i professionisti medici che possono visitare il sito Web di Northwell Health per richiedere il file e le istruzioni per l’utilizzo del dispositivo.