Na Politechnice Krakowskiej powstał prototyp respiratora

Naukowcy z PK we współpracy ze specjalistami z Uniwersyteckiego Szpitala Dziecięcego w Krakowie skonstruowali prototyp respiratora wyposażony w układ nawilżania i podgrzewania powietrza. Urządzenie przeszło już pierwsze testy, podczas których samodzielnie „oddychało”. Do jego budowy wykorzystano standardowe podzespoły, które są dopuszczone do użytku medycznego, oraz części zaprojektowane przez inżynierów z PK, m.in. wydrukowane na drukarkach 3D. To połączenie gwarantuje szybkość i niski koszt produkcji urządzenia; może też skrócić drogę do jego certyfikacji.

 

Pierwszy prototyp z podgrzewaniem i nawilżaniem powietrza

Prace nad respiratorem prowadzą dwie grupy naukowców. Wytycznych i danych na temat elementów stosowanych w komercyjnych respiratorach dostarczyli im 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 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 jest 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 – wyjaśnia Brewczyński.

– 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 mu pęcherzyki płucne. W naszym rozwiązaniu jest też wariant użycia urządzenia do 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 wykorzystano gotowe podzespoły dopuszczone do użytku medycznego, natomiast pozostałe elementy wydrukowano w najpopularniejszej technologii druku 3D – FDM/FFF. Łącznie powstało tak 35 elementów respiratora.

Zgodnie z pomysłem naukowców z PK powietrze trafiające do płuc pacjenta porusza się tylko wewnątrz elementów standardowych, tych z certyfikatem medycznym. To m.in. odróżnia ten respirator od innych, nad którymi pracują teraz różne zespoły polskich inżynierów.

 

– Mieszanka powietrzna podawana pacjentowi nie ma kontaktu z elementami wykonanymi z materiałów nieatestowanych. To powinno się przyczynić do szybszego uzyskania certyfikatu dla tego sprzętu – mówi Brewczyński.

 

Dzięki dwóm typom zasilania respirator może pracować w formie stacjonarnej (podłączony do sieci elektrycznej) i mobilnej (dzięki zasilaniu z baterii 12 V – gdy pacjenta trzeba np. przewieźć między salami, układ jest przełączany w tryb oszczędny i zasilany z akumulatora, co pozwala na nieustanną pracę do 50 min). 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 z materiałem do druku 3D nie przekroczył 1000 zł – wylicza dziekan Wydziału Mechanicznego PK prof. Jerzy Sładek.

 

Pozytywne opinie w testach

W testach prototypu, które odbyły się na Politechnice Krakowskiej, wzięli udział przedstawiciele uczelni, Centrum Transferu Technologii PK oraz Uniwersyteckiego Szpitala Dziecięcego w Krakowie.

– Jesteśmy zaskoczeni, że w tak krótkim czasie (w kilka tygodni) i przy tak niskim koszcie budowy udało się wykonać układ, który „oddycha”, a uwzględnia też konieczność nawilżania i podgrzewania powietrza, co jest niezbędne np. przy leczeniu pacjentów z chorobą COVID-19. Takiej innowacji nie mają inne niekomercyjne urządzenia, nad którymi pracują teraz różne zespoły w Polsce – ocenia Katarzyna Ciemny z Uniwersyteckiego Szpitala Dziecięcego w Krakowie.

 

 

Wykorzystywanie respiratora w praktyce medycznej wymaga dalszych prac, m.in. wzmocnienia układu mechanicznego, dostosowania interfejsu do potrzeb lekarzy, dopracowania designu, a wreszcie – badań klinicznych i certyfikacji. W tym procesie naukowców i medyków będzie wspierać m.in. Centrum Transferu Technologii Politechniki Krakowskiej. Obecnie konstruktorzy 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 z niej skorzystać.

Na PK trwają też prace nad prototypem respiratora prowadzone przez grupę konstruktorów z Wydziału Mechanicznego. Ich efekty mają być zaprezentowane wkrótce.

 

Źródło: www.pk.edu.pl