El Paso, Texas.- Una colaboración entre Texas Tech University Health Sciences Center El Paso (TTUHSC por sus siglas en inglés) y la Universidad de Texas en El Paso (UTEP por sus siglas en inglés) a través del equipo de médicos e ingenieros ha desarrollado un ventilador innovador y de bajo costo para el sector de la atención médica que podría ayudar a resolver el problema de la escasez de ventiladores al utilizar la impresión 3D.
En todo el país, los hospitales están preocupados por la posible escasez de ventiladores ya que más estadounidenses requieren tratamiento para Covid-19, la nueva enfermedad por coronavirus que puede causar problemas respiratorios potencialmente mortales como la neumonía.
Scott Crawford, profesor asociado y director del Centro de Capacitación y Educación para la Simulación de Atención Médica (TECHS) de TTUHSC El Paso, liderea la iniciativa para fabricar dispositivos del tamaño de una caja de zapatos, denominado Texas Power Bag Breather o Texas Breather.
"Este ventilador de bajo costo se usaría si los ventiladores mecánicos existentes no estuvieran disponibles en cualquier entorno que requiera respiración asistida, si bien existe una necesidad particular en las naciones del tercer mundo y en desarrollo, si una nación industrializada se abruma, también podría ayudar en esas regiones", dijo el Crawford.
El diseño de Texas Breather fue desarrollado por Crawford, miembro retirado de la facultad de TTUHSC, Robert Stump y Luis Ochoa, gerente de W.M. Centro Keck para la Innovación 3D en la Facultad de Ingeniería de UTEP.
Después de dos semanas de prototipos de seis iteraciones del dispositivo, Ochoa solicitó el apoyo del director del Centro UTEP Keck, Ryan Wicker, para concentrar todos los recursos del centro detrás del proyecto.
"Crawford, Stump y Luis coincidieron en un concepto simple, pero elegante e innovador que aprovechó los puntos fuertes de la fabricación aditiva, reconociendo la necesidad y las posibles ventajas clínicas del diseño, esta fue una aplicación perfecta de las capacidades de ingeniería de respuesta rápida del Centro Keck”, dijo Wicker.
Más de una docena de personas, incluidos los docentes, el personal y los estudiantes, se concentraron inmediatamente el 100 por ciento del esfuerzo en finalizar el diseño para las pruebas de confiabilidad, se combinó simulación, interacción de diseño y creación rápida de prototipos y pruebas para responder en una escala de tiempo pandémica, explicó Wicker.
“Estoy muy orgulloso de Luis y de todo el equipo de Keck por la rapidez con que nos unimos para tratar de marcar la diferencia durante esta pandemia”, afirmó el director del Centro UTEP Keck, Ryan Wicker.
El equipo ha solicitado una autorización de uso de emergencia (Emergency Use Autorization USA por sus siglas en inglés) de la Agencia de Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos para permitir que los trabajadores de la salud usen el respirador de Texas durante la pandemia Covid-19.
Los respiradores hospitalarios pueden costar decenas de miles de dólares, pero Crawford cree que el respirador de Texas puede fabricarse con tecnología 3D disponible actualmente por menos de mil dólares por unidad, gracias a la simplicidad del diseño, dijo que cada dispositivo tardaría unas ocho horas en producirse.
La principal innovación de ahorro de tiempo y costo del respirador de Texas implica la incorporación de dispositivos de máscara de válvula de bolsa relativamente económicos que están disponibles en grandes cantidades en los hospitales.
Los equipos de primeros auxilios y los equipos de atención médica de emergencia usan máscaras de válvula de bolsa para proporcionar ventilación manualmente a los pacientes que no respiran o tienen problemas para respirar.
La estrecha colaboración entre los médicos de emergencias certificados por el TTUHSC El Paso y sus equipos, y la facultad, ingenieros y estudiantes en el Keck Center en UTEP fue clave para refinar rápidamente el diseño del respirador de Texas.
El dispositivo se monta en un poste IV en la cabecera del paciente y proporciona un volumen de flujo de aire y frecuencia respiratoria ajustables, todos los componentes mecánicos están fabricados con material de calidad de producción y han superado con éxito las pruebas de uso simulado y el peor de los casos.
El equipo utilizó herramientas avanzadas de simulación respiratoria en el centro TECHS para probar y calibrar el dispositivo, estas herramientas, utilizadas por los estudiantes de TTUHSC El Paso para estudiar fisiología respiratoria, jugaron un papel importante en la validación de la seguridad y la funcionalidad del respirador de Texas.
“Poder registrar con precisión la presión, el volumen y el flujo de aire del respirador de Texas fue un elemento clave para obtener la autorización de uso de emergencia de la FDA. Somos afortunados de tener acceso a estas herramientas de simulación especializadas en TECHS", expresó el Crawford.
UTEP utilizó una impresora 3D Stratasys para producir piezas para ensamblar los dispositivos Texas Breather, Crawford dijo que el equipo ha producido prototipos funcionales, y con fondos adicionales, la producción a gran escala con impresión 3D podría producir cientos por semana.
Ochoa, quien ha trabajado con el equipo Stratasys durante casi dos décadas, tradujo los conceptos de diseño de los médicos en realidad, el equipo utilizó la simulación por computadora para refinar el diseño, lo que redujo el número de ciclos de diseño-construcción-prueba y acortó el proceso de desarrollo en semanas.
Esta experiencia en el Centro Keck de UTEP en estrecha colaboración con los médicos de TTUHSC El Paso fue la clave del éxito.
Los socios clave de la industria del Keck Center también contribuyeron al desarrollo del Texas Breather, los profesionales de dispositivos médicos de Bessel LLC ayudaron a prepararse para la presentación de la FDA, el fabricante de software de simulación Ansys Inc. ayudó a los ingenieros de UTEP con simulaciones extensas, y Stratasys Inc. donó prototipos y materiales para la fabricación.
Stormy Monks, profesor asistente en el Departamento de Medicina de Emergencia de la Foster School of Medicine en TTUHSC El Paso, y Jesica Urbina, investigadora asociada de TECHS, trabajan para asegurar subvenciones para apoyar la producción de Texas Breather, Víctor Torres, ingeniero de innovación de TECHS, y Joel Libove, ayudan en el diseño final de los controles eléctricos para el ventilador.
"Tenemos el objetivo de compartir nuestro invento para uso general, pero estamos buscando subvenciones para la fabricación a gran escala, nos gustaría producir entre mil y dos mil unidades para ayudar con el déficit proyectado de ventiladores en los hospitales estadounidenses", dijo Crawford.
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