Multiple Emergency Ventilator (MEV)
Open Joint Project of IRCCS Ca’ Granda Ospedale Maggiore Policlinico, Milano, Italy and Politecnico di Milano, Milano, Italy
COVID-19 pandemic is widely spreading and challenges Health Systems primarily for the unforeseen need for ventilation assistance in severe pneumonia patients. The worldwide efforts to increase the number of ventilators can be paralleled by the Multiple Emergency Ventilator (MEV) system serving 10+ patients as a further defense line.
The core of MEV is in an O2 supply at intrinsically safe inspiratory pressure (Ppeak), to prevent barotrauma. In the basic MEV, pressure-controlled ventilation is equally delivered to all the assisted patients (see downloads, main report).
Two solutions are given: a) a Bell-Jar System (BJS) with water seal, the CAD design of which is already available (see downloads); b) a Pressure Blower System (PBS), here at the stage of functional scheme.
A major application of the basic MEV would be at the admission of severely dyspneic patients to be urgently intubated, ahead of transfer to the intensive care unit (ICU), if delayed by the lack of ICU beds.
Individually adaptable Positive End Expiration Pressure (PEEP) is also guaranteed by an intrinsically safe system (gravity sphere shutter). Fluidic modeling and design of control strategy are already available in “Modelica” SW (see downloads).
Possible enhancements (pressure-control, volume-guaranteed) are given by MEVplus, which may greatly broaden applications with significant impact in developing Countries missing sufficient ICUs. A further step-up could be a personalized inspired O2 fraction (FiO2) done by a double gas supply system for O2 and air, respectively (see MEVdual in the report).
Easy transport, quick montage, flexible layout, and safe operability are guaranteed by MEV modularity and its essential conception. E.g., the O2 pipeline is a modular 2 inch steel pipe acting both for gas transport and mechanical structure.
Disclaimer
All material is open to those who want to use it either for industrialization and production or for application in emergency environments. All authors volunteered to this project in the genuine belief that it could be a significant aid in the current COVID-19 crisis. Authors are also available for further support and explanations of the furnished report and technical annexes. Mention in acknowledgments and citation of oncoming publication (see website updates) is kindly asked.
The proposed material is at the level of concept, feasibility, and preliminary design (actually downloadable technical annexes and possible further ones). The actual functional schemes privileged essentiality and manual maneuvers (e.g., manual patient’s shut valves) to minimize technical break-downs, though at the risk of increasing human faults. The tradeoff should be attentively considered by constructors closely cooperating with the potential operators.
Engineering, testing, and medical use approval and/or certification are strictly under the responsibility of each single constructor according to International and National rules and/or laws.
Ventilatore meccanico multiplo di emergenza (MEV)
progetto aperto congiunto IRCCS Ca’ Granda Ospedale Maggiore Policlinico, Milano, Italy Politecnico di Milano, Milano, Italy
La pandemia di COVID-19 si sta diffondendo velocemente mettendo in crisi i Sistemi Sanitari a causa dell’elevato numero di pazienti gravi che necessitano di un supporto ventilatorio.
Il sistema Ventilatore Meccanico multiplo di Emergenza (MEV), permettendo di ventilare oltre 10 pazienti contemporaneamente, potrebbe risultare particolemente utile durante questa pandemia.
Il cuore di MEV è una fonte di una miscela di ossigeno a pressione inspiratoria massima intrinsecamente sicura (Ppeak), per prevenire il danno da ventilatore meccanico. Nel MEV-base, la ventilazione a pressione controllata è fornita in modo uguale a tutti i pazienti assistiti (v. downloads, rapporto principale).
Vengono fornite due soluzioni: a) un sistema a campana di pressione (BJS) con tenuta ad acqua, di cui si fornisce il progetto CAD (v. downloads); b) un sistema a soffiatore di pressione (PBS), qui allo stadio di schema funzionale.
Una possible applicazione del MEV-base sarebbe garantire il supporto ventilatorio ai pazienti con insufficenza respiratoria che richiedano intubazione endotracheale, qualora non vi sia immediata disponibilità di posti letto in terapia intensiva (TI).
MEV-base garantisce l’erogazione di una pressione positiva di fine espirazione (PEEP) attaraverso un sistema intrinsecamente sicuro, utilizzando una valvola sferica a gravità. Il modello fluidico ed il progetto della strategia di controllo è già disponibile in SW “Modelica” (v. downloads).
Possibili miglioramenti (ventilazione a pressione controllata con volume garantito e varie modalità di ventilazioni assistite) sono forniti da MEV-plus, che può ampliare considerevolmente le applicazioni con un significativo impatto nei paesi in via di sviluppo, carenti di TI. Un ulteriore miglioramento potrebbe essere l’erogazione di una frazione di O2 inspirata (FiO2) personalizzata per ogni paziente, garantita da una fonte di gas duplice per O2 e aria (v. MEV-dual nel rapporto).
Trasporto semplice, montaggio rapido, disposizione flessibile e operatività sicura sono garantiti dalla modularità e dalla concezione essenziale di MEV. E.g., la distribuzione di O2 è un tubo di acciaio da 2 pollici che fornisce sia il trasporto di gas che la struttura meccanica.
Dichiarazione
Tutto il materiale è aperto a quanti vorranno utilizzarlo sia per l’industrializzazione e produzione, sia per l’impiego in situazioni emergenziali. Tutti gli autori hanno operato su base volontaria con l’autentica speranza che questo possa servire per la crisi COVID-19 in corso. Gli autori sono inoltre disponibili per ulteriore support e spiegazioni riguardo al rapporto e agli allegati tecnici forniti. Menzione nei ringraziamenti e citazione di prossime pubblicazioni (prossimamente sul sito web) sono cortesemente richiesti.
Il materiale proposto è al livello di concetto, fattibilità e progettazione preliminare (allegati tecnici scaricabili attuali ed eventuali ulteriori). Gli schemi funzionali attuali hanno privilegiato manovre manuali (e.g., valvola manuale di chiusura della linea paziente) al fine di minimizzare rotture tecniche, tuttavia aumentando il rischio di errore umano. Tale trade-off dovrà essere attentamente valutato dai costruttori in stretta collaborazione con i potenziali operatori.
Ingegnerizzazzione, prove tecniche e l’approvazione e/o certificazione per uso medicale sono strettamente di ogni singolo costruttore in base a regolamentazioni e/o leggi internazionali e/o nazionali.
CONTACTS
Prof. Giuseppe Baselli
Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria
Ph. 02 2399 3368
Cel. +39 3356744172
Skype: giuseppe.baselli
