Na Politechnice Krakowskiej powstał prototyp respiratora

Naukowcy Politechniki Krakowskiej we współpracy ze specjalistami Uniwersyteckiego Szpitala Dziecięcego w Krakowie opracowali prototyp respiratora. Do stworzenia konstrukcji wykorzystano standardowe podzespoły, które są dopuszczone do użytku medycznego oraz części własnego projektu inżynierów z PK, m.in. wydrukowane na drukarkach 3D. To połączenie gwarantuje szybkość i niski koszt produkcji całej konstrukcji, a może także znacząco skrócić drogę do jej certyfikacji urządzenia – podkreśla uczelnia w komunikacie. Pierwszy prototyp z podgrzewaniem i nawilżaniem powietrza Inspiracją do podjęcia prac były dla naukowców z Wydziału Mechanicznego Politechniki Krakowskiej głosy medyków o brakach sprzętowych w szpitalach, płynące z krajów objętych epidemią koronawirusa (m.in. z Włoch i Hiszpanii). Prace nad respiratorem zaczęły dwie grupy naukowców. Wytycznych i danych na temat elementów stosowanych w komercyjnych respiratorach dostarczyli inżynierom z PK pracownicy Działu Aparatury Naukowo-Medycznej Uniwersyteckiego Szpitala Dziecięcego w Krakowie. Pierwszym efektem prac jest zaprezentowany właśnie prototyp respiratora, którego projektantem i głównym konstruktorem jest Damian Brewczyński z Laboratorium Badań Technoklimatycznych i Maszyn Roboczych PK. Konstrukcja składa się m.in. z płyty głównej, sterującej wszystkimi podzespołami, regulowanego układu mechanicznego, uciskającego ręczny resuscytator lub miech, wyświetlacza wraz z fizycznymi przyciskami, umożliwiającego lekarzowi łatwą obsługę (nawet w podwójnych rękawiczkach) oraz zasilacza (220V AC i 12V DC). – Na wejściu do układu znajduje się przestrzeń, w której powietrze jest mieszane z tlenem pobieranym z instalacji szpitala lub z butli. Na wyjściu znajduje się zawór PEEP, utrzymujący w układzie lekkie nadciśnienie, aby w płucach pacjenta w każdej fazie pracy respiratora pozostawała pewna ilość powietrza oraz filtr chroniący personel medyczny przed skażonym powietrzem, wydychanym przez chorego – mówi Damian Brewczyński. – W konstrukcji uwzględniliśmy także sterowaną płytę grzejną z pojemnikiem, w którym podgrzewana jest woda destylowana, służąca do nawilżania powietrza wdychanego przez pacjenta. To konieczne, bo np. pacjent z COVID 19, jeśli wymaga zaintubowania, jest zazwyczaj podłączony do respiratora nawet przez kilkanaście dni. Podawanie suchego i niepodgrzewanego powietrza może go ratować awaryjnie zaledwie przez kilkadziesiąt minut, potem uszkadzałoby pęcherzyki płucne pacjenta. W naszym rozwiązaniu jest też wariant użycia urządzenia dla wsparcia oddechowego pacjenta bez intubacji – w tej opcji można założyć choremu maskę do oddychania – tłumaczy konstruktor. Druk 3D w służbie medycynie Do zbudowania prototypu respiratora zostały wykorzystane gotowe podzespoły, dopuszczone już do użytku medycznego, natomiast pozostałe elementy wydrukowano w najpopularniejszej technologii druku 3D – FDM/FFF. Łącznie powstało w ten sposób 35 różnych elementów respiratora. Zgodnie z pomysłem naukowców Politechniki, powietrze trafiające do płuc pacjenta porusza się tylko wewnątrz elementów standardowych, tych z certyfikatem medycznym. To m.in. odróżnia politechniczny respirator od innych, nad którymi pracują teraz różne polskie zespoły inżynierów. – Dzięki temu mieszanka powietrzna podawana pacjentowi nie ma kontaktu z elementami wykonanymi z materiałów nieatestowanych. To powinno się przyczynić do szybszego uzyskania certyfikatu dla takiego sprzętu – wyjaśnia Damian Brewczyński. Dwa typy zasilania umożliwiają pracę respiratora zarówno w trybie stacjonarnym, przy podłączeniu do sieci elektrycznej, jak i mobilnym – przy zasilaniu z baterii 12V (gdy pacjenta trzeba np. przewieźć między salami układ przełączany jest w tryb oszczędny i zasilany z akumulatora, co pozwala na nieustanną pracę do 50 minut). Z kolei dzięki modułowej konstrukcji model można wykorzystywać jako platformę testową dla innych elementów tłoczących powietrze, takich jak miechy, siłowniki pneumatyczne czy proste cylindry z tłokami. - Zaletą konstrukcji jest jej wysoka funkcjonalność i prostota, a przy tym niskie koszty wytworzenia. Koszt wszystkich komponentów wraz ze zużytym materiałem do druku 3D nie przekroczył 1000 zł – wylicza dziekan Wydziału Mechanicznego PK prof. Jerzy Sładek. Wykorzystywanie respiratora w praktyce medycznej wymaga dalszych prac, m.in. wzmocnienia układu mechanicznego, dostosowania interfejsu do potrzeb lekarzy, prac nad designem, a w finale badań klinicznych i certyfikacji. W tym procesie naukowców i medyków wspierać będzie m.in. Centrum Transferu Technologii Politechniki Krakowskiej. Obecnie konstruktorzy z PK planują opublikowanie dokumentacji rozwiązania na licencji open source, aby zainteresowani, w tym zwłaszcza z krajów rozwijających się, w których niedostatki sprzętu medycznego są największe, mogli skorzystać z tej platformy testowej i zastosowanych rozwiązań. Na PK trwają też prace nad prototypem respiratora drugiej grupy konstruktorów z Wydziału Mechanicznego. Ich efekty mają być zaprezentowane wkrótce. Źródło: Politechnika Krakowska