En réponse à un besoin urgent de plus de ventilateurs pour traiter les patients COVID-19 gravement malades, une équipe dirigée par des ingénieurs de l'Université Johns Hopkins développe et prototype un séparateur imprimé en 3D qui permettra à un seul ventilateur de traiter plusieurs patients. Bien que les professionnels de la santé aient exprimé des inquiétudes quant à la sécurité et à l'efficacité du partage des ventilateurs, l'équipe a conçu cet outil pour répondre à ces préoccupations.

« En ce moment, l'accent est mis sur l'utilisation de l'ingénierie pour développer des solutions open source à de nombreux aspects de la crise COVID-19, mais surtout pour la conception et la production de ventilateurs, " dit Sung Hoon Kang, professeur adjoint de génie mécanique à la Johns Hopkins Whiting School of Engineering, qui dirige une équipe comprenant des intensivistes en soins intensifs et des spécialistes en pneumologie de la Johns Hopkins School of Medicine. « Une approche consiste à utiliser un seul ventilateur pour traiter plusieurs patients. Bien que cela soit faisable, il doit être sans danger pour tous les patients. Cela signifie veiller à ce que chaque patient reçoive les soins dont il a besoin, sans lésiner personne. C'est ce que nous avons décidé de créer."

Une maladie pulmonaire grave appelée syndrome de détresse respiratoire aiguë, ou SDRA, est la principale cause de décès chez les patients atteints de COVID-19. Chez les personnes atteintes du SDRA, du liquide s'accumule dans les poumons, limiter la quantité d'oxygène dans le sang et priver les organes vitaux de l'oxygène dont ils ont besoin pour fonctionner correctement. La condition doit être gérée par un ventilateur.

Alors que l'épidémie de COVID-19 se propage, de nombreux établissements de santé sont aux prises avec une pénurie de machines nécessaires pour traiter les patients les plus malades. De telles pénuries ont déjà fait s'effondrer le système de santé en Italie, qui rapporte actuellement le plus grand nombre de décès liés au COVID-19 au monde avec plus de 13, 000.

Certains professionnels de la santé ont exprimé des inquiétudes quant à la pratique du partage des ventilateurs. D'abord, connecter plusieurs patients au même ventilateur pourrait propager des germes et créer un risque de contamination croisée. Une autre préoccupation est qu'un ventilateur partagé par plusieurs personnes ne leur donnerait pas à toutes le niveau d'oxygène nécessaire, ce qui pourrait entraîner de mauvais résultats pour les patients et des taux de mortalité élevés.

Selon Kang, la nouvelle conception de l'équipe vise à se prémunir contre ces risques. La nouvelle conception comprend un contrôleur de débit d'air et des débitmètres, permettant aux cliniciens de surveiller et d'ajuster le débit d'air pour chaque patient. Le contrôleur de volume d'air est un ajout clé car chaque patient intubé nécessite un contrôle de débit différent. L'équipe ajoute également un filtre conçu pour empêcher la contamination croisée entre les patients, ce qui est important car les premiers rapports suggèrent que les personnes exposées à plusieurs personnes infectées subissent de pires résultats.

Le séparateur doit également être facile à déployer, vu l'urgence du besoin.

"Nous avons besoin d'une conception robuste, mais qui peut être produit avec un processus de fabrication relativement simple comme l'impression 3D, " dit Christophe Shallal, membre de l'équipe et junior spécialisé en génie biomédical. « Nous examinons également les différentes conditions et paramètres dans lesquels les gens peuvent imprimer les séparateurs de ventilateur. Par exemple, ils peuvent ne pas disposer d'une imprimante haute résolution. Nous gardons donc à l'esprit l'évolutivité lors de la conception."

Le fractionnement des ventilateurs est un traitement d'urgence expérimental qui a déjà été utilisé dans des circonstances extrêmes, comme au lendemain de la fusillade de Las Vegas en 2017, lorsque des séparateurs étaient utilisés pour stabiliser de jeunes adultes blessés mais en bonne santé. Mais diviser un ventilateur pour traiter plusieurs patients à différents stades d'insuffisance pulmonaire présente un nouvel ensemble de défis de conception quelque peu intimidants, selon Julie Caffrey, professeur adjoint de chirurgie plastique et reconstructive à Johns Hopkins Medicine et membre de l'équipe.

« L'utilisation des mêmes paramètres de ventilation pour les patients atteints du SDRA avec des compliances pulmonaires différentes pourrait être très dangereuse. Un patient peut recevoir trop d'air ; l'autre peut ne pas en recevoir assez, " explique Caffrey. " Avec l'ARDS, les stratégies de ventilation pour améliorer la survie sont souvent utilisées pour administrer un faible volume courant et une pression plus élevée. Si vous ne pouvez pas gérer cela, vous risquez de causer d'autres traumatismes aux poumons qui sont déjà très paralysés. Il est très important que lorsque nous découpons un ventilateur, nous pouvons toujours régler le ventilateur sur ce patient spécifique."

L'équipe a produit le prototype et espère finaliser et commencer à tester leur conception sur des poumons modèles d'ici quelques semaines. Une fois approuvé par la FDA, ils prévoient de publier leur conception open source pour que d'autres puissent l'utiliser.

« L'objectif ici est de fournir rapidement cette technologie aux hôpitaux du monde entier, et aux personnes qui en ont le plus besoin, " dit Hélène Xun, membre de l'équipe et étudiant en troisième année de médecine à la Johns Hopkins School of Medicine.