Ospedale di Parigi stampa in 3D apparecchiature mediche utilizzando Artec Space Spider per il controllo della qualità
Quando il primo caso di Covid-19 – allora noto come una misteriosa malattia simile alla polmonite – si è verificato a Wuhan alla fine dell'anno scorso, la maggior parte di noi aveva poca idea della pandemia che stava per cambiare il mondo come lo conoscevamo. A gennaio 2020 oltre 40 persone in Cina erano state infettate, ed era comparso un nome: Coronavirus, o Covid-19. Nel corso dei mesi successivi, una pandemia globale ha fermato i viaggi locali e internazionali, le imprese hanno chiuso, sono state imposte diffuse quarantene e nella maggior parte del mondo sono stati consentiti solo i servizi essenziali.
Fornitura di dispositivi medici stampati in 3D ai pazienti che si preparano al deconfinamento. (Foto del Dott. Roman Khonsari / Instagram)
A metà aprile 2020, oltre 2,5 milioni di casi erano stati segnalati a livello internazionale, con quasi 700.000 recuperi e 200.000 decessi. In Francia, a metà aprile, erano stati segnalati oltre 168.000 casi con oltre 20.000 morti e 40.000 recuperi. Ora si erge come il paese con il quarto numero più alto di casi – superiore alla Cina, dove è iniziata la prima epidemia.
Nei paesi di tutto il mondo e specialmente nei paesi in cui il numero era in aumento e i letti degli ospedali si stavano esaurendo, più di ogni altro servizio essenziale, l'assistenza medica era fondamentale. Gli operatori sanitari ne sarebbero usciti limitati in termini di tempo, numeri, energia e risorse.
Fu allora che prese forma Covid3D.org, un’iniziativa guidata dal chirurgo parigino Roman Khonsari insieme all'autorità ospedaliera APHP di Parigi (Assistance Publique – Hôpitaux de Paris) e finanziata dall'Università di Parigi e dal gruppo luxury Kering, con la tecnologia 3D a costituire la spina dorsale di questa iniziativa. L'operazione doveva essere di ampio respiro e funzionare in modo accurato e rapido.
Il piano: istituire un progetto di stampa 3D a Parigi, dove le apparecchiature mediche potrebbero essere progettate e stampate in modo rapido, economico e su richiesta. La sfida: partire da zero e in acque inesplorate.
Inoltre, con il numero crescente di fabbriche in tutto il mondo chiuse, il tempo era essenziale. Con il supporto e la mobilitazione di cinquanta medici, ingegneri, sviluppatori, imprenditori e membri del settore pubblico e privato, Covid3D è stato lanciato in soli 10 giorni.
"Non esiste un libro di testo per la stampa 3D di dispositivi medici durante una pandemia globale", afferma il dott. Khonsari. "E una grande sfida a causa della grande quantità di lavoro legale richiesto – questo è qualcosa che normalmente non saremmo in grado di fare, e ora stavamo creando un nuovissimo framework allo scopo di stampare forniture mediche."
E non erano solo gli ospedali di Parigi ad aver esaurito le scorte mediche, spiega il dottor Khonsari. Con centri produttivi come gli Stati Uniti e la Cina che rallentavano le operazioni o tenevano ciò che stavano producendo per uso domestico, c'era ora bisogno di forniture mediche oltre a quelle richieste dai casi Covid-19. Articoli di importanza critica includevano valvole, apparecchiature per intubazione, respiratori, pompe a siringa, maschere e connettori medici.
Quest'ultimo tipo di dispositivo, di solito importato dagli Stati Uniti e ora poco disponibile, viene utilizzato per trattenere il filo per la sutura durante un intervento al cuore.
La cosa importante da ricordare è che gli oggetti stampati e scansionati non sono necessariamente complicati: "Non stiamo costruendo parti di astronavi qui!" Aggiunge il dottor Khonsari – ma poiché sono per uso medico, sono richiesti i più alti livelli di qualità, accuratezza e sicurezza.
Per garantire una precisione al submillimetro, è stato scelto Artec Space Spider. Uno scanner 3D portatile realizzato per catturare piccoli oggetti in alta risoluzione con precisione costante, anche per i dettagli più intricati, Artec Space Spider è ideale per lo stampaggio di parti, chiavi, parti di computer o, in questo caso, attrezzature mediche specifiche. Utilizzando la tecnologia a luce blu, Space Spider non perde alcun dettaglio, non importa quanto sia sottile, dai minuscoli rilievi di una moneta a quelli di un orecchio umano.
La più grande sfida per il team Covid3D: le normative legali. "Ci stava uccidendo, stavamo lavorando giorno e notte lavorando sulla qualità di quanto stavamo stampando", afferma Khonsari. Data l'urgenza della situazione, la legislazione che ha consentito questa stampa è stata accelerata e il team oggi dispone delle norme necessarie, a condizione che venga rispettato un protocollo rigoroso.
"Innanzitutto", spiega il Dr. Khonsari, "dobbiamo dimostrare che abbiamo una carenza dell'articolo e che nessun altro prodotto è in grado di soddisfare la stessa esigenza". Una volta stabilita una reale carenza, la stampa dell'articolo è consentita a condizione che il protocollo sia rigorosamente applicato, non solo per garantire che l'articolo venga stampato secondo standard soddisfacenti, ma che possa passare attraverso la pulizia e il controllo di qualità senza uscirne distrutto. Le procedure di pulizia medica comprendono la sterilizzazione e la disinfezione mediante metodi rigorosi che potrebbero danneggiare gli articoli non fabbricati per durare.
La fabbrica di stampa 3D è stata installata vicino all'ospedale e lavora 24 ore su 24, 7 giorni su 7. (Foto di Stratasys 3D printing)
In sole tre settimane, è stato istituito un sistema completamente nuovo nell'Abbazia di Port-Royal, un edificio storico vicino all'ospedale di Cochin. Qui, 60 stampanti 3D sfornano apparecchiature mediche 24 ore su 24 e con un team di supervisione composto da cinque ingegneri che lavorano a turni. Gli articoli stampati sono separati in lotti da 100. Per ogni lotto, uno viene scansionato in 3D con Artec Space Spider per verificarne la qualità.
I modelli da stampare sono stati ricavati dalle scansioni delle apparecchiature esistenti o progettati da zero dagli ingegneri. Le scansioni consentono un confronto tra gli articoli appena stampati e i loro predecessori prodotti più tradizionalmente. Per il confronto dei dati, viene utilizzato software generico come Avizo, un'applicazione specializzata in dati industriali.
Se la scansione mostra che il nuovo articolo soddisfa i requisiti, e che le caratteristiche chiave di ciascun articolo sono presenti in tutta la serie stampata, si supera il test di controllo qualità. Se fallisce, l'intera serie viene eliminata. Per le apparecchiature in cui è richiesta la precisione delle camere d'aria, la scansione CT viene utilizzata insieme a Space Spider.
Il monitoraggio delle serie di articoli medici di emergenza prodotte viene utilizzato per il controllo di qualità. (Foto del Dott. Roman Khonsari / Instagram)
Oggi, con l'ostacolo legale superato e un protocollo in atto, il team è fiducioso che le loro operazioni possano continuare – e sono anche pronti per il futuro. E poiché gli articoli sono economici da stampare e possono essere stampati in blocco, offrono un nuovo modo di affrontare le situazioni di emergenza.
Sélim Amrani del partner certificato Artec 3D CADvision afferma che anche se la tecnologia 3D può fornire una risposta rapidamente, la qualità è ancora la priorità. "Nei primi due mesi abbiamo visto molte aziende che cercavano di aiutare stampando visori o valvole", riferisce. "Ma non è così facile stampare quel tipo di parti. Dobbiamo rispettare standard molto specifici." Tenendo presente ciò, il controllo di qualità della scansione 3D è al centro della scena.
"CADvision è, ovviamente, felice di svolgere un ruolo nella ricerca di soluzioni durante la creazione di queste parti", aggiunge Amrani.
Per il Dottor Khonsari, questo è solo l'inizio. "In futuro, una simile soluzione di stampa 3D può essere costruita, in zone di guerra o di fronte a un'altra epidemia", afferma. Il team è già stato contattato da organizzazioni di altre parti della Francia e dell'Europa e fino al Messico e ai paesi dell'Africa.
Ma anche ora che i numeri di Covid-19 in Francia diminuiscono, e sempre più pazienti passano dalla terapia intensiva a quella post-intensiva – il dottor Khonsari aggiunge che hanno già pronte maschere di ventilazione stampate in 3D per quella fase – il team è preparato.
Con le restrizioni alla vita quotidiana che si stanno allentando in Francia, il Dr. Khonsari e il suo team stanno già anticipando un altro aumento dei casi, probabilmente nel prossimo futuro. "Almeno per quanto necessario dal punto di vista medico, abbiamo abbastanza capacità produttiva su cui i nostri ospedali possono fare affidamento", afferma Khonsari. "Siamo pronti in caso di una seconda ondata."