Uso della stampa 3D per creare adattatori d’emergenza per la ventilazione di pazienti COVID-19

Un anno dopo i primi casi, la pandemia da COVID-19 continua ad esercitare un’immensa pressione sul sistema sanitario a livello globale. La Polonia non fa eccezione: il paese è stato duramente colpito da un’ondata che ha raggiunto il suo picco quando a novembre 2020 si sono registrati 20 000 nuovi casi al giorno.

Davanti a un virus che costringeva al ricovero ospedaliero decine di migliaia di pazienti nel giro di poche settimane, le istituzioni sanitarie del paese si sono affrettate ad assicurarsi la disponibilità di tutti i dispositivi destinati a sostenere le funzioni vitali come la ventilazione.

Con l’interruzione delle catene di fornitura tradizionali e l’impossibilità di reperire le parti per collegare determinati dispositivi, l’unica opportunità per gli ospedali era trovare soluzioni alternative per poter utilizzare le attrezzature in breve tempo.

Continua a leggere per scoprire come la collaborazione tra il centro di ricerca e sviluppo della Wroclaw University of Science and Technology (WUST) e il J. Gromkowski Provincial Specialist Hospital di Breslavia ha portato a sviluppare due adattatori attualmente usati per garantire la respirazione assistita di dozzine di pazienti.

L’anno scorso, il National Centre for Research and Development in Polonia ha lanciato un’iniziativa per incoraggiare gli ospedali e gli istituti di ricerca a trovare e implementare soluzioni per prevenire il virus o tenere sotto controllo l’infezione da SARS-CoV-2 e la malattia di cui è causa, la COVID-19. 

Nell’ambito di questa iniziativa, una delle finalità della proposta congiunta della WUST e del J. Gromkowski Provincial Specialist Hospital di Breslavia consiste nell’incoraggiare l’uso di metodi di produzione additiva per produrre parti di ricambio e parti mediche alternative, nonché dispositivi di protezione individuale (DPI) per combattere la pandemia.

La WUST gestisce un centro di ricerca e sviluppo, il Center for Advanced Manufacturing Technologies (CAMT), che realizza progetti di ricerca e sviluppo per vari settori, come quello automobilistico, aeronautico, medico ed energetico. Le priorità del centro sono la produzione additiva, i nuovi materiali e l’industria 4.0. Dal 2008 porta avanti ricerche su design di prodotto, produzione additiva, laser e tecnologie ibride come Fraunhofer Project Center.

Un team di ricercatori del CAMT guidato dal professor Tomasz Kurzynowski si è unito all’iniziativa per lavorare sullo sviluppo di nuovi strumenti usando il design digitale e la stampa 3D.

La prima parte su cui il team del CAMT ha lavorato è stato un adattatore per un riduttore di pressione dell’ossigeno, un dispositivo usato per regolare la pressione del gas. L’uso di un adattatore apposito garantisce un collegamento adeguato e sicuro tra il regolatore d’ossigeno e il tubo che conduce all’apparecchio per l’ossigeno. È un oggetto necessario per assicurare una distribuzione stabile e adeguata dell’ossigeno.

Questa parte era un elemento d’assemblaggio già esistente. Ma con le catene di forniture mediche in difficoltà a livello mondiale è diventato impossibile reperire in tempi rapidi le parti usate di solito. Per di più, l’elemento originale si adattava a un solo tipo di riduttore disponibile in ospedale. Per fronteggiare l’emergenza, l’ospedale aveva bisogno di utilizzare tutti i tipi di riduttori di pressione dell’ossigeno disponibili. 

L’adattatore stampato in 3D garantisce un collegamento adeguato e sicuro tra il regolatore d’ossigeno e il tubo che conduce all’apparecchio per l’ossigeno.

L’adattatore precedente era formato da due parti che non garantivano un collegamento ben saldo. Usando la progettazione CAD, il team è riuscito ad accorpare le due parti in una parte sola. Il modello CAD parametrico, inoltre, ha permesso al team di regolare l’adattatore e di adattarlo a vari modelli di riduttore usando la filettatura adeguata.

Per stampare la parte hanno usato la Form 3B, una stampante 3D stereolitografica (SLA), che ha permesso di stampare 20 connettori in 12 ore. L’adattatore riprogettato offre un collegamento più saldo e sicuro tra il tubo che somministra l’ossigeno e quello per l’umidificazione dell’ossigeno.

Sono circa 50 gli adattatori per riduttori di pressione dell’ossigeno stampati e attualmente in uso al J. Gromkowski Provincial Specialist Hospital, uno degli ospedali più importanti in Bassa Slesia per il trattamento dei pazienti affetti da COVID-19.

L’AIRVO2 è un umidificatore nasale usato per il trattamento dei disturbi respiratori che rilascia gas respiratori riscaldati e umidificati ad alto flusso. C’era un disperato bisogno di questi dispositivi, ma nessuna disponibilità di applicatori nasali adatti, quindi a causa delle difficoltò con la catena di fornitura tradizionale i dispositivi sarebbero stati inutilizzabili per settimane. 

Per permettere agli ospedali di usare gli umidificatori nasali AIRVO2, il team del CAMT ha progettato un adattatore che collega il dispositivo all’applicatore nasale fornito da un altro produttore. Questo applicatore è in contatto diretto con i pazienti.

Questo adattatore collega l’umidificatore nasale AIRVO2 all’applicatore nasale di un altro produttore.

In precedenza, poteva succedere che il collegamento tra l’AIRVO2 e l’applicatore nasale si smontasse accidentalmente, soprattutto quando i pazienti manifestano problemi respiratori e fanno dei movimenti involontari, come succede spesso ai pazienti affetti da COVID-19. L’adattatore riprogettato prodotto con la Form 3B si adatta perfettamente e garantisce un collegamento saldo e sicuro tra il tubo di respirazione riscaldato e l’applicatore per i pazienti.

Con la Form 3B è stato possibile stampare 16 adattatori in 10 ore. Per stampare le parti il team ha scelto la BioMed Amber Resin in ragione della sua biocompatibilità e della grande funzionalità. Formlabs raccomanda anche la BioMed Clear Resin per le applicazioni a contatto con le vie respiratorie in quanto testata secondo le norme ISO 18562. L’adattatore AIRVO2 non entra direttamente in contatto con il corpo umano, tuttavia, vi scorre l’ossigeno umidificato destinato ai pazienti. La parte lavora in un ambiente molto umido la cui temperatura è di 37 °C, quindi, era essenziale garantire condizioni di utilizzo sicure.

Sono circa 20 i nuovi adattatori attualmente in uso, anche al J. Gromkowski Provincial Specialist Hospital.

Da marzo 2020 Formlabs e la comunità medica usano la stampa 3D per affrontare la pandemia e le conseguenti difficoltà relative alla catena di fornitura in molti progetti, che vanno dai test per diagnosticare l’infezione da COVID-19 ai DPI e all’attrezzatura medica. 

La stampa 3D, inoltre, aiuta gli ospedali a fornire cure su richiesta e personalizzate attraverso flussi di lavoro più efficaci, strumenti chirurgici su misura per i pazienti e aiuti visivi per la diagnosi e l’istruzione, in modo che gli innovatori del settore che si trovano in prima linea possano trovare soluzioni rapide anche ai problemi più inaspettati.

Questo progetto è stato completato in parte grazie all’iniziativa: “SZPITALEJEDNOIMIENNE/6/2020, il metodo di produzione additiva immediata di parti di ricambio mediche alternative e dispositivi di protezione individuale (DPI) in un ambiente dislocato in stato di crisi - Risorse virtuali per la produzione additiva relativa al Covid-19.”