Mechanical ventilators in hospitals : from history to best management

The technological development of the last years has redefined the way we approach medicine: imaging techniques, radiotherapies, robotic surgery, intelligent monitoring,...and these are only a few examples. Nevertheless, the entrance of technological devices in our hospitals has introduced new challenges, one of them being the management of such machines. Strong of his hybrid education ranging from engineering to biology, the biomedical engineer could be the best candidate for such a role. On the other hand, in the Italian panorama such a professional figure struggles to find his place within the hospital: not fully appreciated by neither clinicians nor administrators, he’s mostly left with the only task of managing the entrance of new machines and verifying their adherence to the international standards, assignments that surely do not take advantages of his much broader education. This work, developed during a six-month internship at the Clinical Engineering Department of the Ospedale San Raffaele, shows that the biomedical engineer can have a more prominent position within the hospital, managing its machines in the broadest sense of the word: in this case, attempting to deal with the subject with the most precision, we focused on a relatively small batch of machines and of a particular kind: mechanical ventilators. We have confronted the topic trying to see the world from the perspective of a ventilator, which we have thus tried to explain in every aspect. After a brief historical and physiological introduction, we will deal with the subject of risk management of such machines, introducing Reason’s Swiss Cheese model and the Vulnerable System Syndrome. A more technical explanation, useful to gain an engineering perspective of the matter, will follow. In the economical chapter we have tried to evaluate the cost of such machines in a 5 year frame, then calculating the variation of such expense with different managing models. We have also quantified the cost of the employees’ training, comparing such expense with the amount of avoidable damage. At last, we present the concept of Ventilator Induced Lung Injury, followed by a short list of reported accidents; concluding the work, we offer some ideas to improve the ventilators, trying to solve the problems that arose when confronting the anesthesiologists over their daily needs.

Lo sviluppo tecnologico degli ultimi anni ha rivoluzionato il modo di fare medicina: tecniche di imaging, radioterapie, chirurgia robotizzata, monitoraggio intelligente,...sono solo alcuni degli esempi. L’ingresso della tecnologia in ospedale ha tuttavia introdotto nuovi problemi, tra i quali la gestione delle macchine. Si è quindi resa necessaria l’introduzione del servizio di Ingegneria Clinica, area dell’Ingegneria Biomedica che "comprende [...] e partecipa alla cura della salute garantendo un uso sicuro, appropriato ed economico della strumentazione e delle attrezzature biomedicali ed info-telematiche clinico-assistenziali in uso nei servizi socio-sanitari". Forte di una preparazione ibrida tra tecnica e medicina, l’ingegnere biomedico può quindi essere il ponte tra i due mondi. Tuttavia, all’interno dell’attuale panorama ospedaliero italiano, tale figura fatica a trovare il suo spazio: spesso impiegato a svolgere solo compiti di ordinaria e quotidiana amministrazione, sicuramente non riesce a valorizzare la sua ampia preparazione. Questo lavoro, frutto di un tirocinio di oltre sei mesi presso il Servizio di Ingegneria Clinica dell’Ospedale San Raffaele, documenta la capacità dell’ingegnere biomedico di occuparsi della gestione dei dispositivi medici nel senso più ampio del termine: nel nostro caso, nel tentativo di trattare l’argomento con la massima precisione, ci siamo concentrati su un parco ristretto di macchine e su uno specifico tipo di apparecchiatura: i ventilatori polmonari. Capitolo per capitolo, abbiamo affrontato la trattazione cercando di vedere il mondo dal punto di vista della macchina, che abbiamo voluto quindi spiegare in ogni suo aspetto. Dopo una breve introduzione storica e fisiologica, verrà quindi affrontato il tema della gestione del rischio riguardante i ventilatori, introducendo il modello del Formaggio Svizzero di Reason e la Sindrome del Sistema Vulnerabile. Seguirà una presentazione tecnica delle macchine, utile a capire le criticità che devono essere affrontate dai progettisti. Nel capitolo economico abbiamo invece cercato di valutare il costo di queste macchine in un periodo di 5 anni, studiando poi la variazione di tale costo nell’ipotesi di diversi modelli di gestione. Abbiamo inoltre quantificato il costo della mancata formazione, confrontando il costo della stessa rispetto ai danni evitabili. Si presentano infine i danni provocati dal (cattivo) uso dei ventilatori, seguiti da una breve lista di incidenti noti; concludono il lavoro alcune proposte migliorative, frutto dei colloqui con numerosi anestesisti dell’Ospedale San Raffaele.