Na PK powstał prototyp respiratora z podgrzewaniem i nawilżaniem powietrza [ZDJĘCIA, VIDEO]

Sprzęt stworzony przez naukowców Politechniki Krakowskiej we współpracy ze specjalistami Uniwersyteckiego Szpitala Dziecięcego w Krakowie przeszedł już pierwsze testy, podczas których samodzielnie „oddychał”.

Do stworzenia konstrukcji wykorzystano standardowe podzespoły, które są dopuszczone do użytku medycznego i 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 certyfikacji urządzenia.

Pierwszy prototyp z podgrzewaniem i nawilżaniem powietrza

Pierwszym efektem prac jest 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 tak 35 różnych elementów respiratora, precyzyjnie zaprojektowanych dla tej konstrukcji. 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 dwóm typom zasilania respirator może pracować zarówno w formie stacjonarnej (przez podłączenie do sieci elektrycznej 220V), jak i mobilnej – dzięki 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 z zużytym materiałem do druku 3D nie przekroczył 1000 zł – wylicza dziekan Wydziału Mechanicznego PK prof. Jerzy Sładek.



Pozytywne opinie

W testach prototypu, które w ostatnich dniach odbyły się na Politechnice Krakowskiej, wzięli udział przedstawiciele uczelni, Centrum Transferu Technologii PK i  Uniwersyteckiego Szpitala Dziecięcego w Krakowie. Reprezentowali go kierownik Działu Aparatury Naukowo-Medycznej Katarzyna Ciemny i Jan Zasowski, zastępca dyrektora ds. infrastruktury i inwestycji szpitala.

– Jesteśmy szczerze 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 USDK.