Architekten, Ingenieure und Ärzte entwickeln COVID-19 Patienten-Isolationshaube

In einer beispiellosen Zusammenarbeit arbeitet eine Gruppe von Ärzten des Massachusetts General Hospital (MGH) und des Brigham and Women's Hospital in Boston mit etwa 100 Architekten und Ingenieuren aus den ganzen Vereinigten Staaten an der Entwicklung einer Patienten-Isolationshaube (PIH), die das Coronavirus im klinischen Umfeld eindämmen und zum Schutz der medizinischen Fachkräfte beitragen soll.

Unter der Leitung von Dr. Samuel Smith, Anästhesiologe am MGH und Dozent an der Harvard Medical School, Architekt Eric Höweler, Mitgesellschafter der in Boston ansässigen Höweler + Yoon und Dozent an der Harvard's Graduate School of Design (GSD), entstand die Entwicklung des PIH, nachdem die beiden Krankenhäuser ein Zentrum für COVID-Innovation gegründet hatten, das Experten aus verschiedenen Disziplinen mobilisiert, um Impfstoffe für das Virus zu erforschen und Ideen für die Herstellung von Schutzausrüstung zu sammeln.

Höweler, zusammen mit Nathan Phipps, einem Industriedesigner und Forscher vom Harvard Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, lieferte am 13. April mehrere PIH-Prototypen an das MGH; bis Freitag, 17. April, sollen zwischen 20 und 30 für einen "Testlauf" auf der Intensivstation und an anderen Stellen im Krankenhaus bereit stehen. Die Hauben treffen vor dem erwarteten Höhepunkt der Viruswelle in Massachusetts ein, der für Ende April erwartet wird. Bis Montag bestätigten Beamte des staatlichen Gesundheitswesens 26.867 Fälle von COVID-19 und 844 Todesfälle. Laut Smith gibt es derzeit 300 Patienten mit dem Virus im MGH.

"Der Projektauftrag und die Anforderungen unterscheiden sich nicht so sehr von jedem Architekturprojekt, unabhängig vom Maßstab", sagt Zach Seibold, ein Architekt aus Boston und Mitglied des Teams, das sich in Harvard auf neue Materialien und Fertigungstechniken spezialisiert hat. "Wir sind in der Lage, für die Prototypen der Motorhaube die gleichen Fertigungswerkzeuge zu verwenden wie für die konzeptionellen Prototypen beim GSD. Der Arbeitsablauf und das Wissen, wie man mit diesen Maschinen interagiert, sind bemerkenswert ähnlich

Auf der Grundlage von Ideen von Architekten aus Ohio, Kalifornien, New Mexico und darüber hinaus arbeitete Höweler mit Seibold, Phipps, Chris Hansen (ein Spezialist für digitale Fertigung im Fertigungslabor des GSD), Saurabh Mhatre (ein wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Gruppe Materialprozesse und Systeme am GSD) und anderen Dozenten zusammen, um zwei Arten von Abzugshauben zu liefern.

Die eine wird aus einer einzelnen Plastikfolie hergestellt, die auf einer CNC-Maschine von Zund zugeschnitten und wie Origami zu einer Haubenform gefaltet wird; die andere verwendet einen verstellbaren starren Rahmen, der über das Gesicht des Patienten auskragt und mit transparentem Kunststoff versehen ist. Beide sind leicht, für Ärzte intuitiv zu bedienen, passen auf jedes Bett oder jede Matratze und sind leicht abnehmbar, wenn ein Arzt im Notfall Zugang zu einem Patienten benötigt. Abgesehen von dem wiederverwendbaren Rahmen des freitragenden Prototyps sind die Hauben für den Einmalgebrauch bestimmt, um Probleme der Infektionskontrolle zu lösen.

Beide Versionen funktionieren ähnlich: Sie bedecken Kopf und Rumpf des Patienten, während die Ärzte einen Atemschlauch in Mund und Atemwege einführen und dann ein Beatmungsgerät anschließen, um Sauerstoff zuzuführen - ein übliches Verfahren für COVID-19-Patienten, von denen viele husten und Schwierigkeiten beim Atmen haben. Die Haube hat zwei Löcher, durch die Ärzte ihre Arme einführen und Zugang zum Patienten erhalten können, sowie eine Öffnung für den Atemschlauch. Im Inneren der Haube wird ein Unterdruck erzeugt, indem alle aerosolisierten Partikel, die das Virus enthalten könnten, nach außen - und vom Arzt weg - gesaugt werden und dann frischer Sauerstoff hineingezogen wird. Ein Abdecktuch schließt die Lücke zwischen der Haube und dem übrigen Körper des Patienten und wird unter der Haube verstaut.

Die Hauben wurden im Laufe der letzten zwei Wochen perfektioniert, als die weit entfernten Konstrukteure ihre Ideen pro bono über einen sich schnell bewegenden Slack-Kanal namens "Full Body Protection MGB" austauschten. "Es war wirklich eine Graswurzelarbeit", sagt Höweler. Der Architekt fungierte als De-facto-Manager des Prozesses und als Design-Kritiker und arbeitete mit dem lokalen Hersteller Polyfab zusammen, der seine Zeit und sein Material zur Verfügung stellt. "Wir werden schließlich aus dieser Pandemie herauskommen und hoffen, dass dies auch danach noch nützlich ist", sagt Seibold.

Während einige Design-Teams durchsichtige, starre Kunststoffboxen herstellen, die von Ärzten bei der Intubation von Coronavirus-Patienten verwendet werden können, sagen Smith und die Designer, dass diese zutiefst fehlerhaft sind; er hat sogar Lieferungen an MGH abgelehnt. Nach Angaben des Arztes sind sie für die Leistungserbringer restriktiv und wiegen etwa 25 Pfund, was sie in Notfallsituationen gefährlich schwer macht. Andere Do-it-yourself-Versionen, wie die aus PVC-Rohrrahmen und halbtransparenter Plastikfolie, sind klobig und passen nicht in alle Betten. "Wenn es nicht gut funktioniert, sowohl ergonomisch als auch praktisch, wird es für Ärzte nicht nützlich sein", sagt er. Smith plant auch zu untersuchen, ob die PIH dazu beitragen kann, den Bedarf an Beatmungsgeräten - die knapp sind - zu vermeiden, indem der Patient einfach abgedeckt wird und eine Nasenkanüle mit hohem Durchfluss und viel Sauerstoff zur Verfügung gestellt wird.

Das PIH-Design ist quelloffen. "Wir wollen, dass die Leute in der Lage sind, es so schnell wie möglich zu produzieren. Um geistiges Eigentum brauchen Sie sich im Moment keine Sorgen zu machen", sagt Dr. Smith. Er fügt hinzu, dass die Entwicklung der Haube ohne eine echte Zusammenarbeit zwischen Architekten und medizinischen Fachleuten nie stattgefunden hätte und dass das Ergebnis ein Produkt ist, das die klinische Umgebung für alle sicherer machen und somit den Stress reduzieren soll. "Auf Beratungsbasis hätte es sechs Monate gedauert, und dann wäre es wahrscheinlich nicht richtig gewesen", sagt er. "Architekten müssen sich mehr mit Innovationen im Gesundheitswesen befassen, und meine Kollegen müssen verstehen, dass Design wichtig ist