Splitting Ventilator Valve Concept Used In The COVID-19 Treatment Through Additive Manufacturing Technique

Authors

  • ALESSANDRO MARCIO HAKME DA SILVA Sao Paulo State Faculty of Technology https://orcid.org/0000-0001-7320-4790
  • Luis G.C. Romagnolo Fundação Pio XII, Hospital de Câncer de Barretos
  • Felipe Campos Ferreira Hospital de Câncer de Barretos
  • Emilio de Almeida Belmonte IRCAD América Latina Barreto
  • Lucas Alves de Souza Armscan technology 3D
  • Luciano Dovigo Armscan technology 3D
  • Marcelo Caetano Oliveira Alves Faculdade de Tecnologia do Estado de São Paulo https://orcid.org/0000-0002-2712-7541
  • Alessandro Fraga Farah Farah Faculdade de Tecnologia do Estado de São Paulo https://orcid.org/0000-0003-0195-1679
  • Jonas de Carvalho Escola de Engenharia de São Carlos

Keywords:

automated valve, mechanical ventilator, pulmonary mechanical behavior

Abstract

Due to COVID-19 outbreak, many sectors around the globe have been facing the most diverse crisis. Regarding the health system, hospitals all over the world have been going through, among so many challenges, shortage of resources that could, if available, help them on the fight against COVID-19, and even save the lives of their patients. This review paper aims to offer for both healthcare providers and patients, better conditions when fighting the disease, regarding the actual primary care shortage, and addressing a splitting valve concept coupled to the mechanical ventilators in the most severe cases. The automated valve development with a monitoring and analysis system for pulmonary mechanics will stablish the database parameters of patients with COVid-19 and SARS, in order to assist the medical team in the treatment of diseases and the average evolution of the clinical condition of patients at an early stage, contributing to a reduction in the time of hospitalization and treatment and mortality. These information is saved on a database shared with other hospitals, allowing a search for matching patients; with similar or same pulmonary compliance, gender, height, weight, respiratory frequency and, in most severe cases when the patient needs mechanical ventilation, the availability of the nearest treatment is verified viewing immediate care. Regarding the mechanical ventilator device usage, the automated valve views engaged to a human-machine interface from the system’s hardware allows the treatment of multiple patients, under the same ventilator, in an individualized way. To achieve that, pressure transducers and controllers of flow and temperature will continuously monitor the adequate flow of air and pressure to each patient that are under the same ventilator. Moreover, when monitoring each patient among the health units and hospitals integrated to the system, the medical team is helped defining the best strategy to the treatment stage and, by these means, the use of mechanical ventilator by the CoVID-19 patient is amplified, allowing to attend more than one patient who will need mechanical ventilation with SARS an accuracy treatment and monitoring method.

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Author Biographies

ALESSANDRO MARCIO HAKME DA SILVA, Sao Paulo State Faculty of Technology

Alessandro Márcio Hakme da Silva nasceu em Mirassol, São Paulo, Brasil em 1984. É graduado em Física pela Universidade Federal de São Carlos-UFSCar, São Carlos-SP, Brasil (2005), Mestre em Bioengenharia pela Escola de Engenharia de São Carlos pela Universidade de São Paulo, EESC-USP, São Carlos-SP, São Carlos-SP, Brasil (2009) e Doutor em Bioengenharia pela EESC-USP, São Carlos-SP, Brasil (2014). Em 2013, ele foi Pesquisador Visitante no Laboratório de Imagens Ósseas da Faculdade de Medicina da Universidade de Calgary, Canadá. De 2015 a 2018, foi Pós-Doutorado no Centro de Engenharia Aplicada à Saúde da EESC-USP. Atualmente é professor titular da Faculdade de Tecnologia do Estado de São Paulo-FATEC campus Ribeirão Preto e Sertãozinho e B.E.S.T. Embaixador do curso do IRCAD América Latina, Barretos e IRCAD França, Estrasburgo. Foi Professor Assistente do Departamento de Física da UFSCar, São Paulo-SP, Brasil. Tem experiência nas ciências básicas para entender a formação, remodelação e crescimento de estruturas ósseas e tecnologia de inovação em saúde. Hábil em: Modelos ex vivo e in vivo, análise de elementos finitos (FEA), técnicas de imagens médicas (CT, MRI, µCT, HRpQCT). A avaliação da inovação em saúde, qualidade óssea e modelos de bioengenharia são o principal resultado do meu interesse de pesquisa. O objetivo de longo prazo é o desenvolvimento de metodologias inovadoras para bioimagem avançada, obtendo a expertise para avaliar e testar novas tecnologias de imagem criando modelos de estrutura (in vivo).

Luis G.C. Romagnolo, Fundação Pio XII, Hospital de Câncer de Barretos

Luis Gustavo C. Romagnolo, MD nasceu em Santo André, São Paulo, Brasil em 1978. Graduou-se pela Faculdade de Medicina de Taubaté, Universidade de Taubaté em 2004. Fez Residência em Cirurgia Geral e Colorretal Observador em Programa Minimamente Invasivo na o Hospital da Flórida seguindo a Equipe Colorretal (Larach SW, Atallah S, Albert M). Atualmente é Médico Assistente do Departamento Colorretal do Hospital do Câncer de Barretos - Barretos - São Paulo. Membro da Sociedade Brasileira Colorretal (TSBCP), Membro Internacional da Sociedade Americana de Cirurgiões Gastrointestinais e Endoscópicos (SAGES) e Coordenador Científico do IRCAD Barretos-SP, Brasil. Tem experiência em Cirurgia Minimamente Invasiva, Cirurgia Colorretal e Técnicas de Inovação em Saúde.

Felipe Campos Ferreira, Hospital de Câncer de Barretos

Felipe Campos Ferreira nasceu em Morro Agudo, São Paulo, Brasil em 1988. Formou-se no Centro Universitário Claretiano de Batatais, São Paulo em 2010 (fisioterapeuta). Aprimorado em Fisioterapia Respiratória pela Santa Casa de Misericórdia de Passo Minas Gerais, Especialista em Fisioterapia em Terapia Intensiva em adultos pela Associação Brasileira de Fisioterapia Cardiorrespiratória e Fisioterapia em Terapia Intensiva (ASSOBRAFIR) e Conselho Federal de Fisioterapia e Terapia Ocupacional (COFFITO). Atualmente é Fisioterapeuta Titular da Unidade de Terapia Intensiva do Hospital de Amor de Barretos, São Paulo, Fisioterapeuta Coordenador da Unidade de Terapia Intensiva da Santa Casa de Misericórdia de Barretos, São Paulo e coordenador do Curso de Pós-Graduação em Fisioterapia Hospitalar da Faculdade Doutor em Ciências da Saúde de Barretos Dr. Paulo Prata (FACISB) em Barretos, São Paulo, Brasil

Emilio de Almeida Belmonte, IRCAD América Latina Barreto

Emilio de Almeida Belmonte nasceu em Campinas, São Paulo em 1979. Graduou-se em Medicina Veterinária pelo Centro Universitário Moura Lacerda - Ribeirão Preto / SP em 2005, fez mestrado (2008) e doutorado (2013) em Cirurgia Veterinária pela Universidade Estadual Paulista - UNESP. Trabalha na Bmed3D desenvolvendo métodos alternativos ao uso de animais, em projetos de desenvolvimento de novos dispositivos médicos e modelos experimentais. De 2007 a 2012 atendeu no serviço de emergência para animais de pequeno porte, Hospital Veterinário Governador Laudo Natel - Unesp - Jaboticabal. De 2012 a 2014 foi pesquisador no Centro de Pesquisa Animal do Brasil (CPABR). Desde 2014 é Médico Veterinário - Responsável Técnico da instituição Fundação Pio XII IRCAD Barretos e coordena o laboratório experimental do IRCAD - unidade de Barretos supervisionando o Biotério e laboratório experimental do IRCAD - unidade do Rio. Membro titular do CONCEA (2020-2022) primeiro mandato. Atuação em: Treinamento Médico Veterinário, Desenvolvimento de Metodologias de Treinamento e Pesquisa. Desde 2016 atua em Acreditação de Instalações de Animais Experimentais, Estruturação de Treinamento e Desenvolvimento de Biomodelos de Treinamento Cirúrgico e Impressão 3D.

Lucas Alves de Souza, Armscan technology 3D

Lucas Alves de Souza nasceu em Mogi Guaçu, São Paulo, Brasil em 2000. Possui a formação de Técnico em Administração pela ETEC Euro Albino de Souza, Mogi Guaçu-SP, Brasil (2018), atualmente cursa a graduação em Engenharia mecânica pela Fundação Hermínio Ometto FHO, Araras-SP, Brasil. Participa na área de aerodinâmica da FHO ECO – marathon, uma equipe da FHO que constrói um veículo para participar da Shell Eco-Marathon, trabalha na Armscan technology 3D nas áreas de escaneamento, modelagem tridimensional, manufatura aditiva (F.D.M.), desenvolvimento e montagem de Impressoras 3D, prototipagem, engenharia reversa de peças mecânicas e no desenvolvimento de projetos na área médica e veterinária em parceria com a BMED 3D.

Luciano Dovigo, Armscan technology 3D

Luciano Dovigo nasceu em 1980 em Mogi Guaçu, São Paulo, Brasil. É técnico em Mecânica, Eletrônica, Controle e Hardware pelo Serviço Nacional de Aprendizagem Insdutrial-SENAI / SP. Atualmente é Sócio Proprietário da Armscan Technology 3D Company - atuando em modelagem 3D, digitalização e desenvolvimento de projetos e construção de impressoras 3D - desenvolvimento de biomodelos nas áreas médica e automobilística industrial. Atuando na área de medicina veterinária junto à empresa BMED 3D agregando técnicas de digitalização e modelagem para protótipos em impressoras 3D. Ele tem experiência em modelagem CAD, técnica de bioimpressão, manufatura aditiva (F.D.M.) e processo de engenharia reversa de andaimes mecânicos.

Marcelo Caetano Oliveira Alves, Faculdade de Tecnologia do Estado de São Paulo

Marcelo Caetano Oliveira Alves nasceu em Uberaba, Minas Gerais, Brasil, em 1976. Graduou-se em Engenharia Eletrotécnica e Eletrônica pela Universidade Paulista, Ribeirão Preto-SP, Brasil em 2001. Fez mestrado e doutorado em física médica pela Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, Brasil em 2003 e 2008, respectivamente. Desde 2002 é professor do Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas da Universidade Paulista de Ribeirão Preto-SP. Em 2008 tornou-se professor titular desta Universidade. Ele também é professor da Faculdade de Tecnologia do Estado de São Paulo - FATEC campus Ribeirão Preto e Sertãozinho desde 2016, onde também atua na Agência de Inovação - INOVA CPS. Tem experiência em projetos de sistemas analógicos e digitais, além de microcontroladores. Também possui cerca de 16 anos de experiência como consultor na indústria de equipamentos medico-hospitalares.

Alessandro Fraga Farah Farah, Faculdade de Tecnologia do Estado de São Paulo

Alessandro Fraga Farah nasceu em Bom Jesus da Lapa, Bahia, em 1969. É graduado em Engenharia Metalúrgica pela Universidade Federal de Ouro Preto - MG em 1993 e mestre e doutor em Ciências e Engenharia de Materiais pela Universidade de São Paulo, São Carlos, Brasil em 1997 e 2002, respectivamente. Professor e Pesquisador desde 1997. Atualmente é professor titular da Faculdade de Tecnologia de Sertãozinho e Ribeirão Preto, nos Departamentos de Mecânica, Produção e Sistemas Biomédicos. Possui experiência como consultor nas áreas de materiais, processos de fabricação e projetos.

Jonas de Carvalho, Escola de Engenharia de São Carlos

Jonas de Carvalho nasceu em Barretos, interior de São Paulo, em 1960. É bacharel em Engenharia Mecânica pela Escola de Engenharia de S. Carlos - Universidade de S. Paulo. Mestre em Ciências pela Katholieke Universiteit Leuven - Bélgica (1992), mestre em Engenharia Mecânica pela Universidade de S. Paulo (1989) e Ph.D. (Dr. ir.) Em Engenharia Mecânica pela KatholiekeUniversiteit Leuven - Bélgica (1996). Professor titular da Escola de Engenharia de São Carlos da USP (2002) na área de sistemas CAD / CAM. Atualmente é Professor Associado da Escola de Engenharia de São Carlos - EESC - USP, atuando também como Diretor do Centro de Engenharia Aplicada à Saúde - CEAS da EESC. É um dos pioneiros na Fabricação de Aditivos no Brasil. Tem experiência na área de Engenharia Mecânica e Engenharia Biomédica, com ênfase em Métodos de Síntese e Otimização Aplicados ao Projeto Mecânico e à Modelagem de Sistemas Biológicos e Desenvolvimento de Próteses Customizadas, atuando principalmente nos seguintes temas: máquinas-ferramenta, projeto e fabricação em materiais compostos poliméricos, elementos finitos, manufatura aditiva, modelagem de tecido ósseo e projeto e manufatura de próteses personalizadas.

Published

2021-06-08

How to Cite

DA SILVA, A. M. H., Romagnolo, L. G., Ferreira, F. C., Belmonte, E. de A., de Souza, L. A. ., Dovigo, L., Oliveira Alves, M. C., Farah, A. F. F., & de Carvalho, J. . (2021). Splitting Ventilator Valve Concept Used In The COVID-19 Treatment Through Additive Manufacturing Technique. IEEE Latin America Transactions, 19(6), 970–977. Retrieved from https://latamt.ieeer9.org/index.php/transactions/article/view/4363

Issue

Section

Special Issue on Fighting against COVID-19