Articolo in rivista, 2021, ENG, 10.1063/5.0044445

The novel Mechanical Ventilator Milano for the COVID-19 pandemic

Abba, A.; Accorsi, C.; Agnes, P.; Alessi, E.; Amaudruz, P.; Annovi, A.; Desages, F. Ardellier; Back, S.; Badia, C.; Bagger, J.; Basile, V.; Batignani, G.; Bayo, A.; Bell, B.; Beschi, M.; Biagini, D.; Bianchi, G.; Bicelli, S.; Bishop, D.; Boccali, T.; Bombarda, A.; Bonfanti, S.; Bonivento, W. M.; Bouchard, M.; Breviario, M.; Brice, S.; Brown, R.; Calvo-Mozota, J. M.; Camozzi, L.; Camozzi, M.; Capra, A.; Caravati, M.; Carlini, M.; Ceccanti, A.; Celano, B.; Cela Ruiz, J. M.; Charette, C.; Cogliati, G.; Constable, M.; Crippa, C.; Croci, G.; Cudmore, S.; Dahl, C. E.; Dal Molin, A.; Daley, M.; Di Guardo, C.; D'Avenio, G.; Davignon, O.; Del Tutto, M.; De Ruiter, J.; Devoto, A.; Diaz Gomez Maqueo, P.; Di Francesco, F.; Dossi, M.; Druszkiewicz, E.; Duma, C.; Elliott, E.; Farina, D.; Fernandes, C.; Ferroni, F.; Finocchiaro, G.; Fiorillo, G.; Ford, R.; Foti, G.; Fournier, R. D.; Franco, D.; Fricbergs, C.; Gabriele, F.; Galbiati, C.; Garcia Abia, P.; Gargantini, A.; Giacomelli, L.; Giacomini, F.; Giacomini, F.; Giarratana, L. S.; Gillespie, S.; Giorgi, D.; Girma, T.; Gobui, R.; Goeldi, D.; Golf, F.; Gorel, P.; Gorini, G.; Gramellini, E.; Grosso, G.; Guescini, F.; Guetre, E.; Hackman, G.; Hadden, T.; Hawkins, W.; Hayashi, K.; Heavey, A.; Hersak, G.; Hessey, N.; Hockin, G.; Hudson, K.; Ianni, A.; Ienzi, C.; Ippolito, V.; James, C.C.; Jillings, C.; Kendziora, C.; Khan, S.; Kim, E.; King, M.; King, S.; Kittmer, A.; Kochanek, I.;Kowalkowski, J.; Krücken, R.; Kushoro, M.;Kuula, S.; Laclaustra, M.;Leblond, G.; Lee, L.; Lennarz, A.; Leyton, M.v, Li, X.; Liimatainen, P.; Lim, C.; Lindner, T.; Lomonaco, T.; Lu, P.; Lubna, R.; Lukhanin, G.A.; Luzón, G.;Macdonald, M.; Magni, G.; Maharaj, R.e, Manni, S.; Mapelli, C.; Margetak, P.; Martin, L.; Martin, S.; Martínez, M.; Massacret, N.; McClurg, P.; McDonald, A.B.; Meazzi, E.; Migalla, R.; Mohayai, T.; Tosatti, L.M.; Monzani, G.; Moretti, C.; Morrison, B.; Mountaniol, M.; Muraro, A.; Napoli, P.; Nati, F.; Natzke, C.R.; Noble, A.J.; Norrick, A.; Olchanski, K.; Ortiz De Solorzano, A.; Padula, F.; Pallavicini, M.; Palumbo, I.; Panontin, E.; Papini, N.; Parmeggiano, L.; Parmeggiano, S.; Patel, K.; Patel, A.;Paterno, M.; Pellegrino, C.; Pelliccione, P.; Pesudo, V.; Pocar, A.; Pope, A.; Pordes, S.; Prelz, F.; Putignano, O.; Raaf, J.L.; Ratti, C.; Razeti, M.; Razeto, A.; Reed, D.; Refsgaard, J.; Reilly, T.; Renshaw, A.; Retriere, F.; Riccobene, E.; Rigamonti, D.; Rizzi, A.; Rode, J.; Romualdez, J.; Russel, L.; Sablone, D.v Sala, S.; Salomoni, D.; Salvo, P.; Sandoval, A.; Sansoucy, E.; Santorelli, R.; Savarese, C.; Scapparone, E.; Schaubel, T.; Scorza, S.; Settimo, M.;Shaw, B.v Shawyer, S.; Sher, A.; Shi, A.; Skensved, P.; Slutsky, A.; Smith, B.; Smith, N.J.T.; Stenzler, A.; Straubel, C.; Stringari, P.; Suchenek, M.; Sur, B.; Tacchino, S.; Takeuchi, L.; Tardocchi, M.; Tartaglia, R.; Thomas, E.; Trask, D.; Tseng, J.; Tseng, L.; Vanpagee, L.; Vedia, V.; Velghe, B.; Viel, S.; Visioli, A.; Viviani, L.; Vonica, D.; Wada, M.;Walter, D.; Wang, H.; Wang, M.H.L.S.; Westerdale, S.v Wood, D.; Yates, D.; Yue, S.; Zambrano, V.;

Nuclear Instruments S.R.L., Como, Italy; Elemaster Group S.p.A., Lomagna (LC), Italy; Department of Physics, University of Houston, USA; Istituto per la Scienza e Tecnologia Dei Plasmi, ISTP-CNR, Milano, Italy; TRIUMF, Vancouver, Canada; INFN, Sezione di Pisa, Italy; APC, Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France; SNOLAB, Lively, Canada; Gran Sasso Science Institute, L'Aquila, Italy; Istituto di Sistemi e Tecnologie Industriali Intelligenti per Il Manifatturiero Avanzato, CNR STIIMA, Milano, Italy; Dipartimento di Fisica, Università di Pisa, Italy; LSC, Laboratorio Subterráneo de Canfranc, Canfranc-Estación, Spain; JMP Solutions, London, Canada; Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale, Università Degli Studi di Brescia, Italy; Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale, Università di Pisa, Italy; Camozzi Group S.p.A., Brescia, Italy; Dipartimento di Ingegneria Gestionale, dell'Informazione e della Produzione, Università di Bergamo, Italy; INFN, Sezione di Cagliari, Italy; Canadian Nuclear Laboratories, Chalk River, Canada; Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, IL USA; INFN-CNAF, Bologna, Italy; INFN, Sezione di Napoli, Italy; CIEMAT, Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, Madrid, Spain; Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, Milano, Italy; Northwestern University, Evanston, IL USA; Dipartimento di Scienze Economiche Ed Aziendali, Università Degli Studi di Cagliari, Italy; National Center for Innovative Technologies in Public Health, ISS (Italy National Institute of Health), Roma, Italy; Laboratoire Leprince Ringuet, École Polytechnique, Palaiseau Cedex, France; Dipartimento di Fisica, Università Degli Studi di Cagliari, Italy; Department of Physics and Astronomy, University of Rochester, NY USA; VEXOS, Markham, Canada; INFN, Sezione di Roma, Italy; Dipartimento di Fisica, Università Degli Studi Federico II di Napoli, Italy; Azienda Ospedaliera San Gerardo, Monza, Italy; Dipartimento di Medicina e Chirurgia, Università di Milano-Bicocca, Milano, Italy; Exida Canada Ltd., Mississauga, Canada; INFN, Laboratori Nazionali Del Gran Sasso, Assergi (AQ), Italy; Physics Department, Princeton University, NJ USA; Policlinico San Pietro, Ponte San Pietro, Italy; Department of Physics, Carleton University, Ottawa, Canada; Arthur B. McDonald Canadian Astroparticle Research Institute, Kingston, Canada; Department of Physics and Astronomy, University of Nebraska-Lincoln, USA; Max-Planck-Institut für Physik (Werner-Heisenberg-Institut), München, Germany; Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Canada; ARAID, Fundacion Agencia Aragonesa Para la Investigacion y El Desarrollo, Gobierno de Aragon, Zaragoza, Spain; Departamento de Medicina, Universidad de Zaragoza, Zaragoza, Spain; Department of APT, Faculty of Medicine, University of British Columbia, Vancouver, Canada; CAPA (Centro de Astropartículas y Física de Altas Energías), Universidad de Zaragoza, Spain; Dipartimento di Meccanica, Politecnico di Milano, Italy; Department of Respiratory and Anaesthesia Technology, Vanier College, Montréal, Canada; Department of Physics, Engineering Physics and Astronomy, Queen's University, Kingston, Canada; Dipartimento di Pediatria, Sapienza Università di Roma, Italy; School of Civil and Mechanical Engineering, Curtin University, Perth, WA Australia; INFN Genova, Italy; Dipartimento di Fisica, Università Degli Studi di Genova, Italy; Sergio Installazioni Snc, Treviglio (BG), Italy, INFN, Sezione di Milano, Milano, Italy; Department of Computer Science and Engineering, Chalmers - University of Gothenburg, Sweden; DISIM, Università de l'Aquila, L'Aquila, Italy; Amherst Center for Fundamental Interactions, Physics Department, University of Massachusetts, Amherst, MA USA; Equilibar L.L.C., Fletcher, NC USA; Dipartimento di Informatica, Università Degli Studi di Milano, Italy; LPNHE, CNRS/IN2P3, Sorbonne Université, Université Paris Diderot, Paris, France; Istituto di Fisiologia Clinica Del CNR, IFC-CNR, Pisa, Italy; INFN, Sezione di Bologna, Bologna, Italy; SUBATECH, IMT Atlantique, Université de Nantes, CNRS-IN2P3, Nantes, France; St. Michael's Hospital, Unity Health Toronto, Canada; 12th Man Technologies, Garden Grove, CA USA; MINES ParisTech, PSL University, CTP-Centre of Thermodynamics of Processes, Fontainebleau, France; AstroCeNT, Nicolaus Copernicus Astronomical Center, Polish Academy of Sciences, Warsaw, Poland; Department of Medicine, University of British Columbia, Vancouver, Canada; Department of Physics, University of Oxford, UK; Physics and Astronomy Department, University of California, Los Angeles, CA USA.

This paper presents the Mechanical Ventilator Milano (MVM), a novel intensive therapy mechanical ventilator designed for rapid, large-scale, low-cost production for the COVID-19 pandemic. Free of moving mechanical parts and requiring only a source of compressed oxygen and medical air to operate, the MVM is designed to support the long-term invasive ventilation often required for COVID-19 patients and operates in pressure-regulated ventilation modes, which minimize the risk of furthering lung trauma. The MVM was extensively tested against ISO standards in the laboratory using a breathing simulator, with good agreement between input and measured breathing parameters and performing correctly in response to fault conditions and stability tests. The MVM has obtained Emergency Use Authorization by U.S. Food and Drug Administration (FDA) for use in healthcare settings during the COVID-19 pandemic and Health Canada Medical Device Authorization for Importation or Sale, under Interim Order for Use in Relation to COVID-19. Following these certifications, mass production is ongoing and distribution is under way in several countries. The MVM was designed, tested, prepared for certification, and mass produced in the space of a few months by a unique collaboration of respiratory healthcare professionals and experimental physicists, working with industrial partners, and is an excellent ventilator candidate for this pandemic anywhere in the world.

Physics of fluids (1994) 33 (3), pp. 037122-1–037122-11

Keywords

ventilator, healthcare, covid-19, intensive therapy

CNR authors

Grosso Giovanni Maria, Rigamonti Davide, Bianchi Giacomo Davide, Farina Daniela, Basile Vito, Alessi Edoardo, Giacomelli Luca Carlo, Beschi Manuel, Salvo Pietro, Muraro Andrea, Tardocchi Marco

CNR institutes

IFC – Istituto di fisiologia clinica, STIIMA – Istituto di Sistemi e Tecnologie Industriali Intelligenti per il Manifatturiero Avanzato, ISTP – Istituto per la Scienza e Tecnologia dei Plasmi