3d-printers draaien op volle toeren tijdens pandemie

Toen het coronavirus in maart in Italië om zich heen sloeg en de druk op de ziekenhuizen daar enorm toenam, bood het Italiaanse ontwerpbedrijf Issinova de helpende hand. In samenwerking met een fablab produceerde het bedrijf met 3d-printers ventielen voor beademingsapparatuur. De vaste leverancier kon die niet leveren, maar dankzij de hulp van de ontwerpers en het fablab, werden in een aantal dagen honderden ventielen geleverd aan het ziekenhuis in Brescia.

Dat slimme 3d-printwerk bleef niet onopgemerkt bij de dokters in het ziekenhuis. Dr. Renator Favero, een voormalige hoofdarts van het desbetreffende ziekenhuis, benaderde Issinova na het zien van de ventielen met een nieuw idee. Hij stelde voor om een snorkelmasker om te bouwen tot beademingsmasker, om daarmee het tekort aan cpap-maskers op te vangen.

Isinnova greep die uitdaging aan en nam contact op met Decathlon. Die winkelketen bood zijn medewerking aan en stelde de cad-tekeningen van zijn Easybreath-masker beschikbaar. Dat snorkelmasker is in Nederland te koop voor zo'n twintig euro. Met kleine aanpassingen is het om te bouwen tot een beademingsmasker. Er moet één onderdeel worden toegevoegd: de zogenaamde Charlotte valve. Dat is een koppelstuk waarmee het masker kan worden aangesloten op zuurstofaanvoer met een peep-ventiel om positieve druk te creëren.

Het resulterende masker wordt door de makers Easy Covid19 genoemd en is in Italië al in de praktijk toegepast. Issinova benadrukt dat het beademingsmasker niet medisch is goedgekeurd en dat het alleen is bedoeld voor gebruik in noodgevallen, als de patiënt daar toestemming voor geeft. Het bedrijf heeft het ontwerp van het 3d-geprinte koppelstuk vastgelegd in een octrooi en dat vervolgens vrijgegeven, zodat iedereen het kan produceren.

Toepassingen van Charlotte valve — De verschillende manieren waarop het koppelstuk is te gebruiken

Uitlegvideo over het ombouwen van een snorkelmasker tot beademingsmasker met 3d-geprint koppelstuk

Jeroen Bosch Ziekenhuis maakt 'snorkelbeademingsmaskers' uit voorzorg

Vanuit het Jeroen Bosch Ziekenhuis werden de Italiaanse vindingen met interesse gevolgd. Het ziekenhuis staat in Noord-Brabant, de Nederlandse provincie die het zwaarst is getroffen door het coronavirus. Halverwege maart was het onduidelijk hoe de situatie zou verlopen en of er genoeg capaciteit zou zijn op de intensivecareafdeling. Om met alle scenario's rekening te kunnen houden, besloot het ziekenhuis met de snorkelmaskers aan de slag te gaan.

We spraken met klinisch fysicus Alina van der Giessen, en medisch technologen Pieter-Jan Scheerlinck en Ton van Spingelen. Van der Giessen is betrokken bij de selectie van nieuwe medische apparatuur, Scheerlinck en van Spingelen beheren de 3d-printers in het ziekenhuis.

Het JBZ heeft zelf drie 3d-printers: een Ultimaker S5, een Ultimaker S2+ en de Prusa SL1. De medisch technologen gebruiken die printers normaal voor praktische ondersteuning van alle afdelingen. Bijvoorbeeld om houders of klemmetjes te printen. Momenteel richt het 3d-lab van het ziekenhuis zich volledig op het ontwikkelen van koppelstukken voor de Decathlon-maskers. Het printen daarvan duurt zo'n 2,5 uur en door de twee Ultimaker-printers in te zetten, kan het ziekenhuis er zo'n dertig per dag maken. Om de productie op te schroeven, heeft het JBZ de hulp ingeroepen van Layertec, een 3d-printbedrijf in de buurt dat zijn capaciteit beschikbaar heeft gesteld voor het printen van de koppelstukken.

Koppelstukken voor Decathlon-masker gemaakt met Ultimaker S5 — Koppelstukken gemaakt met Ultimaker S5

De benodigde Decathlon-maskers zijn direct ingeslagen. "Ik ben in de auto gestapt, ben naar de winkel gereden en heb de hele voorraad gekocht", zegt van Spingelen. Het ziekenhuis heeft momenteel zestig maskers klaarliggen. Die maskers zijn bedoeld als back-up voor patiënten die verslechteren en voor wie niet direct een ic-plek beschikbaar is.

Het masker moet aangesloten worden op zuurstoftoevoer, maar een volledig beademingsapparaat is niet vereist. Hoewel het geen medisch goedgekeurd apparaat is, heeft het zelfbouwmasker volgens van der Giessen wellicht een aantal voordelen. "Bij dit masker creëer je een aparte in- en uitgang voor de zuurstof. Dat is niet bij alle cpap-maskers het geval. Ook heeft het snorkelmasker een mogelijk comfortvoordeel. Maskers die nu worden gebruikt, zitten niet heel prettig en sluiten niet altijd goed."

Bij het JBZ wordt momenteel getest met de Decathlon-maskers. Er worden metingen gedaan bij proefpersonen om te kijken of de gewenste druk is op te bouwen en om uit te zoeken of ze daadwerkelijk comfortabeler zijn. Het ziekenhuis heeft ook al contact opgenomen met de Inspectie Gezondheidszorg om te praten over welke procedures moeten worden gevolgd als het masker wordt ingezet. Dat kan met een verklaring van een arts of met toestemming van de patiënt. Voor nu gaat het testen verder en binnenkort liggen er enkele maskers klaar op de plank. "We willen op alles voorbereid zijn", benadrukken de medische experts.

Snorkelmasker als bescherming

Het Decathlon-snorkelmasker wordt niet alleen ingezet als hulpmiddel om patiënten te behandelen, er zijn ook initiatieven die datzelfde masker ombouwen tot een herbruikbaar gezichtsbeschermingsmasker voor doktoren en verplegers. Eind maart kwam het Covid Lifesaver Mask van TU Delft-onderzoekers en Medisch Centrum Haaglanden in het nieuws. Door middel van een 3d-geprint koppelstuk kan een hoogrendementsfilter op het snorkelmasker worden aangesloten.

Het Zuyderland Medisch Centrum in Limburg sprong daar snel op in. Het ziekenhuis liet Zuyd Hogeschool twee prototypes maken en die werden binnen 24 uur goedgekeurd. Met verschillende partners werden vervolgens in 72 uur ruim 300 maskers gemaakt en die werden door het ziekenhuis begin april in gebruik genomen door 160 medewerkers.

Niet veel later werd het gebruik van de snorkelmaskers weer stopgezet. De TU Delft publiceerde een waarschuwing, want extra onderzoek wees uit dat het zelfbouwmasker niet voldoet aan de ffp-veiligheidsnormen. Het resultaat hangt af van de pasvorm van het gezicht van de testpersoon en bij inhalatie kan onderdruk ontstaan, waardoor ongefilterde lucht in het masker kan komen. De TU Delft haalde daarom het opensourceontwerp van Thingiverse.

Het probleem met de onderdruk is op te lossen door een systeem voor positieve druk toe te voegen. Als de maskers goed sluiten, kunnen ze zelfs betere bescherming bieden dan de veelgebruikte ffp2-maskers. De filters zijn 24 uur achter elkaar door een persoon te gebruiken en de maskers zijn te reinigen, dus opnieuw in te zetten. Volgens Ralph Berendsen, klinisch fysicus bij Zuyderland, zijn de maskers voor 99,9 procent bestand tegen virussen. Bij een ffp2-masker is dat 92 procent. Ook is het snorkelmasker comfortabeler om te dragen.

Volgens ICT&Health kijkt het ziekenhuis momenteel of de 300 snorkelmaskers van een positief druksysteem kunnen worden voorzien, zodat ze weer veilig in gebruik genomen kunnen worden. Of dat lukt, hangt onder andere af van de snelheid waarmee een dergelijke oplossing kan worden geïmplementeerd.

Air-Wave Protector

In samenwerking met een aantal ondernemingen hebben de bedenkers van het beschermingsmasker een stichting opgezet die werkt aan een verbeterde versie onder de noemer Air-Wave Protector. Daarbij wordt het Decathlon-snorkelmasker met een 3d-geprint koppelstuk verbonden met een luchtpomp, zoals die gebruikt worden in de lasbranche. Door die toevoeging kan het masker langdurig worden gebruikt en ontstaat er positieve druk, zodat de problemen met sluiting zich niet voordoen.

De initiatiefnemers stellen dat de benodigde papr's nu ruim voorhanden zijn, omdat veel werk in bijvoorbeeld de lasindustrie stilligt. De luchtpompen die daar worden gebruikt en nu ongebruikt op de plank liggen, zouden in te zetten zijn voor de snorkelmaskers. De Air-Wave-stichting is bezig zijn masker te laten valideren door de overheid. Volgens een woordvoerder van de stichting is het nog niet duidelijk wanneer die goedkeuring er komt, door de drukte en prioriteiten bij de verschillende instanties. Volgens eigen tests van de TU Delft voldoet het masker aan de veiligheidsnormen. De stichting is dan ook al in gesprek met medische instellingen en die kunnen eventueel zelf besluiten om de maskers in te zetten, ook als de officiële goedkeuring op zich laat wachten.