Non-invasieve beademing voor kinderen op de IC

Partner: Amsterdam UMC & nSize

Aanleiding

In Nederland zijn er – naast de bekende volwassen IC’s – ook zeven Intensive Care (IC) afdelingen voor kinderen. Meer dan de helft van de kinderen op de IC heeft beademing nodig, omdat ze ernstig – of zelfs levensbedreigend – benauwd zijn. Vaak wordt hiervoor een beademingsbuis via de keel ingebracht en wordt een kind dan zogenoemd “invasief beademd”. Dit type beademing kent echter veel nadelige neveneffecten, zoals infecties en longschade op de lange termijn. Ook moeten deze kinderen vaak langdurig in slaap gehouden worden. Om deze redenen is het gebruik van non-invasieve beademing (NIV) de laatste twee decennia fors toegenomen. Bij NIV wordt een kind via een masker op het gezicht beademd. Dit levert veel voordelen op, maar de effectiviteit van de beademing is sterk afhankelijk van de pasvorm van het masker. Met name voor jonge kinderen zijn er maar weinig vormen en maten commercieel beschikbaar.

Ook op de Kinder IC van het Amsterdam UMC worden kinderen – bij gebrek aan beter – beademd met maskers die niet goed passen. Het afstudeerproject van Jip Spijker genaamd “Tailored non-invasive ventilation masks for paediatric intensive care” heeft een tweetal ontwerpopties opgeleverd voor een masker ‘dat beter past’, waardoor de beademing wordt geoptimaliseerd (Spijker, 2020). Voor langdurige beademing is een (modulair) masker ontworpen dat op maat wordt gemaakt, bijvoorbeeld door middel van 3D printen. De eigenschappen en aanpassingen die nodig zijn voor een optimale fit op een individueel kindergezicht en het proces om daar te komen zijn in dit project nader onderzocht.

Probleemstelling

Er is weinig bekend over de variatie in kindergezichten, met name op jonge leeftijd. Ook is er geen bestaande manier om beademingsmaskers binnen korte tijdspanne (24 uur) te personaliseren op een individueel kindergezicht.

Het doel van dit Fieldlab UPPS project was om gepersonaliseerde beademingsmaskers voor kinderen te maken, om zo een betere behandeling met NIV te kunnen geven op de Kinder IC. Hierbij hebben we specifiek gekeken naar de mogelijkheden om dit soort maskers te maken met behulp van 3D scannen en printen. We hebben dit onderzocht aan de hand van de volgende onderzoeksvraag:

“Wat is het proces dat leidt tot productie van het ideale, op maat gemaakte mond-neusmasker voor de beademing van jonge kinderen (0-7 jaar) voor langdurig gebruik, in eerste instantie voor toepassing in het ziekenhuis binnen een streefperiode van 24 uur?”

Samenwerking en werkwijze

In totaal zijn drie partijen betrokken geweest bij het project, namelijk: Amsterdam UMC, nSize en het Fieldlab team. Het project is geleid door Renee Hovenier, een afstudeerder Technische Geneeskunde vanuit Amsterdam UMC.

Om het doel te bereiken is het project opgedeeld in vijf onderdelen. In het begin is het basisontwerp, op basis van dat van Jip Spijker, gefinaliseerd en zijn de uiteindelijke vorm, basisdimensies, materiaal en productie bepaald. Vervolgens is door nSize een parametrisch model gecreëerd dat een individuele scan van een kindergezicht kan inladen en het masker hier nauwsluitend op laat aansluiten op basis van handmatig te plaatsen ‘landmarks’. Om de mond-neusmaskers te kunnen testen zijn twee proefhoofden ontwikkeld, bestaande uit een harde en stevige binnenkant, omringd met een zachte siliconen laag die dient als huid. Tussen deze lagen zijn druksensoren bevestigd om meer informatie te krijgen over de druk van een masker op het gezicht. Het hoofd kan aan de ene kant worden gekoppeld aan een longsimulator en aan de andere kant wordt de beademingsmachine aangesloten, waardoor de maskers in gesimuleerd gebruik getest kunnen worden. Als laatste is het proces van scan naar gebruik in kaart gebracht en geoptimaliseerd door het Amsterdam UMC.

Resultaten, inzichten, conclusies

Als resultaat van het project is er een gedetailleerd basisontwerp van het masker, welke beschikt over twee gestandaardiseerde onderdelen (3 en 5) die in 6 maten beschikbaar zijn en het zachte, op maat gemaakte ‘cushion’ onderdeel (4).

Een uitgebreide materiaalstudie heeft het basisontwerp uiteindelijk passende materiaal keuze opgeleverd (MED610 en MED625FLEX), welke biocompatibel, doorzichtig en geschikt voor medische toepassing zijn. De doorzichtigheid is cruciaal om eventuele bloed of braaksel te kunnen zien. Daarnaast kan het materiaal langdurig contact op de huid worden gedragen. De flexibiliteit (Shore waarde) van het ‘cushion’ onderdeel is tevens belangrijk voor een nauwsluitende fitting op het gezicht van het kind. Uiteindelijk zijn er twee volledige prototypes ontwikkeld met deze materialen, geprint met de Stratasys J35 Pro.

Het algoritme om te komen van 3D scan tot een printbare versie van de gepersonaliseerde ‘cushion’ is gemaakt als een plugin voor het programma Rhino (Rhinoceros 7, McNeel, Miami), wat met een licentie te downloaden en te gebruiken is. Tevens legt een bijgesloten handleiding alle (installatie)stappen uit en geeft handvatten voor het gebruik van de software.

In het ontwikkelproces zijn twee proefhoofden ontwikkeld om de prototype mond-neusmaskers te kunnen testen. Deze proefhoofden zijn opgebouwd uit een harde binnenkant met daaromheen een zachte, silicone laag die de huid nabootst. Door kanaaltjes door de neusgaten en mond kunnen de proefhoofden worden aangesloten op een longsimulator en een realistische beademing nabootsen. Tijdens de testen op de Kinder IC in Amsterdam is gebleken dat de proefhoofden goed beademd kunnen worden en daardoor waardevolle informatie op kunnen leveren. Aangezien de hoofden verschillen in leeftijd (1 jaar en 4 jaar), was het mogelijk om ook twee maten maskers (respectievelijk maten 2 en 4) te testen. Hierbij is ook de druk van het masker op de huid gemeten.

Als laatste is er een proces ontwikkeld voor het maken van het masker voor een opgenomen patiënt van de NICU.