Comment HEPIA a répondu à une demande des HUG pour produire des respirateurs en un temps record? En mettant en commun ses compétences multidisciplinaires en matière d'ingénierie, afin d'automatiser un réanimateur manuel, couramment utilisé par les urgentistes, comme moyen potentiel de ventilation à plus long terme.
La crise sanitaire actuelle se répercute de façon extrêmement violente et rapide sur les hôpitaux et il n’est pas impossible que la disponibilité du personnel et du matériel deviennent un problème majeur; notamment en ce qui concerne les ventilateurs invasifs, utilisés pour l’assistance respiratoire.
Les intensivistes sont toutefois confiants et bien préparés, et selon les derniers chiffres le nombre de respirateurs disponibles devraient couvrir les besoins actuels. Cependant il n'est pas exclu, selon certains scenarii, qu'il puisse en manquer cruellement dans quelques semaines. Cette situation n’est malheureusement pas spécifique à la Suisse, en ce 8 avril 2020, mais concerne tous les pays.
À cet effet, un médecin des HUG (Hôpitaux Universitaires de Genève) a contacté HEPIA pour étudier la possibilité de construire des ventilateurs invasifs très simples, destinés à l’assistance respiratoire de patients intubés, afin de répondre à des besoins locaux en cas d’urgence extrême. Dès lors, le projet «GEVE» (Geneva ventilator) est né.
La demande des HUG était précise: pouvoir produire 50 dispositifs, dans un délai de 2 à 3 semaines, afin de palier à un éventuel scenario catastrophe de pénurie d’appareils et d'épargner au personnel soignant d'être amené à faire des choix.
HEPIA a alors mis sur pied, en un jour, une équipe de professeurs et assistants de recherche dans les domaines de la conception, de la mécanique, de l’automatisme, de l’électronique, de l’informatique… mais a aussi intégré à cette équipe la startup ANGARA Technology; spécialisée dans la mesure, le contrôle et l’automation.
Les premières 48 heures ont été consacrées essentiellement à l'étude des caractéristiques que doivent remplir les respirateurs utilisés dans la crise COVID-19 et à identifier les dispositifs créés dans l’urgence sanitaire par de nombreux instituts de recherche de par le monde.
Recopier un système dont les plans sont disponibles sur internet ou concevoir un système répondant aux besoins exprimés par nos hôpitaux? Pour des raisons de fiabilité du dispositif, il a été décidé de partir de matériels rapidement disponibles et surtout extrêmement fiables en termes de fonctionnement et de durée de vie.
Une étude sur les diverses solutions techniques a été réalisée (moteurs rotatifs, moteurs linéaires, etc.) et, étant donné la contrainte temporelle, une solution a rapidement émergé: automatiser des ventilateurs manuels AmbuBag.
Les deux jours suivants ont été employés à définir les différents paramètres physiques que devraient apporter le respirateur, à trouver les matériels (prix et délais de livraison) et à identifier les ateliers permettant de réaliser les différentes pièces (par usinage, par prototypage rapide 3D), etc.
Premiers schémas d’architectures électronique et mécanique
Architecture électronique proposée 2 jours après avoir reçu la demande initiale. © HEPIA, institut inSTI
Architecture mécanique proposée 3 jours après avoir reçu la demande initiale. © HEPIA, institut inSTI
La gestion du système est assurée par un microcontrôleur de type Arduino, avec en entrée 3 paramètres réglables par l’utilisateur: le nombre de respirations par minute BPM, le volume d’air VT en litres et le rapport d’inspirations/expirations IE. De plus, la mesure de la pression est monitorée au plus près du/de la patient·e ainsi que les signaux de retour du driver de commande du moteur linéaire LECPA.
À tout moment, la pression est mesurée, ainsi que les signaux de diagnostic de fonctionnement du moteur. Si une défaillance est détectée, l’alarme est enclenchée et une commande d’ouverture du système est envoyée afin de relâcher l’AmbuBag et ainsi pouvoir l’activer manuellement.
Le système affiche également la «pression plateau» entre l’inspiration et l’expiration, nécessaire au diagnostic.
Une communication via une prise USB permet de retourner les mesures vers un PC, et les afficher via une interface graphique.
Tous les plans mécaniques, électroniques, de câblage et de concept logiciel sont libres. Ils peuvent être diffusés et/ou modifiés mais doivent toujours mentionnés les auteurs.
Télécharger le dossier Open Source GEVE
Le projet Open Source GEVE concerne la conception d'un prototype de respirateur et la documentation est donnée ici à titre d'information, sans aucune garantie explicite ou implicite. L’utilisation d’un ventilateur ou de tout autre dispositif similaire sans surveillance médicale peut entraîner la mort ou une invalidité permanente, et de nombreux pays encadrent strictement la fabrication et l’utilisation de tels dispositifs. Ces derniers doivent être conçus et utilisés par des professionnel·le·s, conformément aux lois applicables.
Ce développement a été fait sur demande préliminaire des HUG, dans le cas d’un besoin urgent, mais le dispositif n’est pas utilisé.
Prof. Nicola Giandomenico (HEPIA)
Ont contribués au projet de façon exceptionnelle: Harley Stoeckli (HEPIA), Bassem Sudki (HEPIA), Antoine Benoit (Angara), Ralf Rossel (Angara)
HEPIA
Prof. Stéphane Bourquin
Florian Chays
Prof. Nicola Giandomenico
Prof. Michel Lauria
Harley Stoeckli
Bassem Sudki
Prof. Gilles Triscone
Hôpitaux Universitaires de Genève (HUG)
Dr Georg Ehret
ANGARA Technology
Antoine Benoit
Gary Boorman
Adriaan Rijllart
Ralf Rossel
Société SMC (pour le prêt du matériel, moteur linéaire et driver)
Pierre-André Borne
Joël Faivre
Impression pièces 3D
Michael Jaussi
