Аппарат вентиляции легких ИВЛ распечатанный на 3D-принтере Zortrax
Open Breath — это проект, направленный на создание полнофункционального аппарат вентиляции легких с открытым исходным кодом, которым руководит команда итальянских инженеров из Турина. Цитат: «Я хочу прояснить одну вещь. Мы не пытаемся создать автоматизированный мешок Амбу. Мы создаем профессиональное медицинское устройство с датчиками и несколькими расширенными режимами, которые должны обеспечивать вентиляцию легких пациента в больнице в течение месяца, что часто необходимо при лечении COVID-19», — говорит Симона Яннуччи, которая является одним из основателей проект «Открытое дыхание». Zortrax недавно поддержал Open Breath и предоставил 3D-принтер M300 Dual LPD Plus с комплектом необходимых расходных материалов.
Проблемы с запчастями для ИВЛ
Цитата: «В настоящее время мы находимся на пике вспышки COVID-19 в моей стране или немного превышаем ее», — говорит Яннуччи. И её численность резко возрастает. До настоящего времени пандемия унесла жизни уже более 24 тысяч человек в Италии, а число новых случаев колеблется около 3 тысяч каждый день. «Вот почему мы не можем позволить себе потерять даже один день. 3D-печать позволяет нам сильно экономить время».
Но проект столкнулся с проблемами, которые могли вызвать значительные задержки. Некоторые запчасти ИВЛ изначально предполагалось изготовить из листового металла, а более геометрически сложные детали должны быть изготовлены из стали на ЧПУ. «Но пандемия прогрессировала до такой степени, что правительство наложило несколько ограничений на экономику. Компании, с которыми мы работали, внезапно закрылись и мы остались без необходимых запчастей и ресурсов», — объясняет Яннуччи.
По его словам, фрезерование компонентов ИВЛ с помощью ЧПУ стало препятствовать выполнению проекта, так как детали необходимо было заказывать и отправлять в сборочный цех, что иногда занимало несколько дней. «В то время Массимилиано Д'Амарио, инженер, работавший с нами с самого первого дня, имеющий значительный опыт в аддитивном производстве, предложил использовать 3D-принтеры. По сути, мы начали 3D-печать всех деталей, которые ранее хотели сделать с помощью фрезерования с ЧПУ. Это сэкономило нам много времени», — говорит Яннуччи. Это время было использовано для совершенствования самой конструкции.
Производство аппарата ИВЛ
ИВЛ который создают инженеры Open Breath, представляет собой довольно сложный механизм. «Есть много других команд, которые пытаются создавать нечто подобное, но это просто модернизация мешка Амбу», — говорит Яннуччи. Мешок Амбу — это относительно простое ручное устройство, обычно используемое в качестве ИВЛ в машинах скорой помощи. «Вы можете автоматизировать его, подключив например к двигателю стеклоочистителя. Но мы проконсультировались с врачами и они заверили нас, что такое решение будет бесполезным в течение первых нескольких часов».
Вот почему ИВЛ Open Breath будет обладать всеми более продвинутыми функциями, а это средства контроля, позволяющие врачам устанавливать скорость накачки и точное давление воздуха, попадающего в легкие пациента. Команда также внедрила режим SIMV (Синхронизированная прерывистая принудительная вентиляция). Этот режим, иначе известный как запуск дыхания, используется в коммерчески доступных аппаратах ИВЛ, когда терапия закончена и пациента собираться отключиться от устройства. «Терапевтический режим запуска очень важен, поскольку цель состоит в том, чтобы дать пациенту возможность жить и функционировать без искусственной поддержки жизни», — объясняет Яннуччи. Параметры вентиляции можно даже контролировать в т.ч. и дистанционно, чтобы сократить время, затрачиваемое на посещение пациентов.
Чтобы это стало реальностью, команда Open Breath должна была разработать все с нуля, от самого аппарата до систем управления и алгоритмов работы устройства. «Это была огромная проблема и мы получили большую поддержку со стороны промышленности и университетов. У нас даже есть инженеры, которые обычно работают в CERN в Женеве, Швейцария, обсуждают наши идеи и вносят свой вклад. Ребята из CERN чрезвычайно полезны, один из самых ярких умов на планете», — говорит Яннуччи. Более того, наш аппарат должен был быть относительно дешевым, простым в изготовлении, сборке и эксплуатации.
Двойная экструзия M300 Dual LPD Plus Zortrax
3D-принтер M300 Dual LPD Plus Zortrax, отправленный для поддержки Open Breath, представляет собой широкоформатную машину, способную печатать попеременно двумя нитями: одна для самой модели, а другая для водорастворимых поддерживающих структур. При отсутствии необходимости в механическом удалении опоры M300 Dual может печатать детали, которые являются как геометрически сложными, так и относительно большими. Обе эти функции оказались решающими при создании ИВЛ.
«Далее проект находился на распутье. Сначала мы решили, что ИВЛ будет сделан из металлических деталей. Для этого дизайна мы используем 3D-принтеры в их наиболее традиционной роли, а именно в качестве инструментов быстрого прототипирования», — говорит Массимилиано Д'Амарио, инженер Open Breath, отвечающий за работу 3D-принтеров. Но когда металлические детали становилось все сложнее получать, так как итальянская экономика была остановлена, D'Amario пришел к выводу, что можно изготовить почти все детали с помощью 3D-принтера.
«Конечно, этот переход потребовал некоторых изменений в дизайне и поэтому сейчас у нас в разработке находятся два параллельных проекта», — говорит Д'Амарио. В 3D-печатной версии компоненты, которые мы сделали на 3D-принтерах Zortrax, включают корпуса для двигателей и платы управления. Оба должны обеспечить хорошую изоляцию и защитить оборудование от вибраций. «Именно здесь двойная экструзия и большое пространство для печати становятся действительно важными», — утверждает Д'Амарио. «Мы печатаем детали, которые превышают размеры моего домашнего Zortrax M200. Использование меньшего принтера заставило бы нас внести существенные изменения в дизайн. Детали должны быть скреплены с помощью болтов или других элементов, включенных исключительно для того, чтобы собрать обе части одной и той же детали».
Но размер — это одно, а сложность — совсем другое. «Мы печатаем деталей со сложной внутренней архитектурой. Это означает, что в наших моделях есть труднодоступные места и было бы невозможно эффективно удалить из них опорные конструкции. Растворимые материалы подложки решают эту проблему, поскольку промывка моделей позволяет нам легко удалять поддержки из внутренних полостей детали», — объясняет Д'Амарио. По его словам, детали, напечатанные на M300 Dual, более точные и механически прочные, чем если би они были напечатаны на одноэкструзионном 3D принтере.
Опубликование проекта
«Это похоже на войну. Врачи и медсестры по всей Италии сражаются на первых линиях и они начинают нести большие потери», — говорит Яннуччи. «Вот почему нельзя терять времени и мы спешим сделать это оборудование доступным как можно быстрее. Последние несколько недель мы работаем почти круглосуточно и начинаем сильно уставать», — добавляет он. На данный момент команда Open Breath собрала оба прототипа: металлический и тот который состоит из 3D-печатных деталей. В настоящее время проводятся испытания, чтобы увидеть, все ли режимы ИВЛ работают должным образом. Если все окажется в порядке, проект будет опубликован бесплатно.
«Даже если наш проект не поможет Италии, я уверен, что он поможет в менее удачных странах, где пандемия набирает обороты», — говорит Яннуччи.
