Как 3D-печать помогает справиться с дефицитом аппаратов искусственной вентиляции легких

На фоне растущего дефицита медицинского оборудования ряд организаций и предприятий взялись за разработку и изготовление аппаратов искусственной вентиляции легких, делая ставку на быстрое производство с применением технологий 3D-печати. Делимся примерами и ссылками.

Первые вести о 3D-печатных аппаратах ИВЛ, если не считать историю с клапанами для итальянской больницы, пришли из Испании. Здесь речь идет о так называемых «мешках Амбу» — временных, ручных вентиляторах, обычно используемых в полевых условиях, например сотрудниками скорой помощи. Разработкой 3D-печатной версии с возможностью механического привода занимался целый консорциум: ведущую роль сыграл барселонский технологический центр Leitat, а содействовали Каталонская служба здравоохранения, предприятия свободной торговой зоны Барселоны, компания Hewlett Packard и университетская больница города Сабаделя, где располагается медицинский факультет Автономного университета Барселоны.

За проектирование отвечал старший инженер Leitat Маги Галиндо, за испытания — доктор Луис Бланш, директор инноваций университетской больницы. По результатам испытаний принято решение о немедленном запуске производства и параллельной разработке усовершенствованной версии в соответствии с рекомендациями национального регулятора — Агентства по лекарственным средствам и продуктам медицинского назначения Испании. С производством вызвались помочь аэрокосмический концерн Airbus и испанская судостроительная компания Navantia, обладающие необходимым аддитивным оборудованием, включая промышленные 3D-принтеры. Аддитивных мощностей достаточно для 3D-печати 50-100 полевых респираторов в день.

Польская компания Urbicum, занимающаяся производством FDM 3D-принтеров, пошла дальше и запустила опенсорсный проект VentilAid по созданию полноценного, но максимально простого в конструктивном плане механического аппарата искусственной вентиляции легких с широким использованием 3D-печатных деталей. 

Инженеры предприятия уже продемонстрировали рабочий прототип устройства с электрическим приводом. Разработчики учитывают различные моменты: как и стандартное, сертифицированное оборудование, проект предусматривает возможность регулировки влажности поступающего воздуха, фильтрацию воздуха на входе и выходе, синхронизацию с дыханием пациента и контроль давления для предотвращения баротравм легких. На производство 3D-печатных деталей прототипа потребовалось примерно пятнадцать часов. В опытной системе используются самодельные компоненты из ПЛА, АБС и термопластичного полиуретана, но есть и фабричные детали, например привод и пневматический концевой выключатель.

Проект открыт по некоммерческой лицензии, но пока еще не прошел полноценные клинические испытания, а потому предлагается в качестве средства крайней меры. Авторы приглашают к сотрудничеству инженеров, врачей и медицинских техников с целью совершенствования системы. Работы над усовершенствованной, автономной версией уже ведутся, а актуальная информация публикуется на официальном сайте проекта.

Пока испанские инженеры работают над ручными вентиляторами, а польские — над автоматизированными, американские коллеги занялись переходным вариантом. Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) предлагают решение на тот случай, если проблем с нехваткой мешков Амбу не наблюдается, но остро необходимы механические системы вентиляции. То есть идея заключается в переделке ручного инструмента в более-менее автономный аппарат ИВЛ.  

Разработка началась задолго до пандемии: в 2010 году проект по переделке мешка Амбу в портативный вентилятор представили студенты вуза, но тогда дело закончилось постройкой прототипа. Теперь институт экстренно дорабатывает проект для соответствия хотя бы минимальным требованиям безопасности. Разработчики акцентируют внимание на осторожности, так как устройство уступает сертифицированным аппаратам по эффективности, надежности и безопасности, а потому подлежит эксплуатации только в клинических условиях, только под наблюдением специалистов и только в случае крайней необходимости.

Все наработки по этому проекту будут выкладываться в открытый доступ на официальном сайте проекта. Имеющиеся результаты уже переданы на рассмотрение Управлению по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) для получения разрешения на использование кустарного оборудования в исключительных обстоятельствах.

Кстати, Министерство здравоохранения и социальных служб США подает пример мировой бюрократии: еще в феврале ведомство освободило разработчиков, производителей и медицинский персонал от юридической ответственности за применение экстренных решений по борьбе с коронавирусной эпидемией за исключением случаев намеренного, осознанного причинения вреда. Разрешение FDA на использование подобных средств, созданных в спешке и не прошедших полноценные клинические испытания, все равно требуется, но заявки рассматриваются в оперативном порядке, а после официального одобрения можно не опасаться уголовного преследования или судебных исков. Если пациенту будет нанесен вред без злого умысла, денежную компенсацию выплатит государство. 

Конечно же, это далеко не все примеры. Так, компания Volkswagen временно приостановила работу ряда предприятий, в том числе в Мексике, США и Бразилии, но одновременно подарила промышленные респираторы из собственных запасов немецкой системе здравоохранения и выразила готовность участвовать в разработке и производстве 3D-печатных аппаратов ИВЛ. В распоряжении Volkswagen около 125 3D-принтеров, включая промышленные аддитивные системы, печатающие как полимерными, так и металлическими порошками. В Великобритании же над экстренной разработкой и массовым производством вентиляторов работают сразу три консорциума, состоящих из предприятий автомобильного, аэрокосмического и аддитивного секторов, включая Airbus, Maggit (производитель авиационного кислородного оборудования), McLaren, Nissan, Renishaw (производитель промышленных 3D-принтеров), GKN и Thales. Задача: в кратчайшие сроки изготовить пять тысяч вентиляторов, а в долгосрочной перспективе — тридцать тысяч аппаратов.  

Свой вклад делают и энтузиасты. Об экстренной 3D-печати клапанов Вентури для вентиляторов в одной итальянской больнице мы уже рассказывали, но герои этой истории продолжают предлагать решения для борьбы с дефицитом медицинского оборудования: на днях Кристиан Фракасси поделился 3D-моделью переходника, позволяющего превращать маски для подводного плавания в индивидуальные СИПАП-маски для подключения к больничным аппаратам ИВЛ.  

Конкретно это изделие спроектировано для использования с масками французского бренда Decathlon, с готовностью предоставившего исходные чертежи, но может быть модифицировано под другие маски. Разработчики оформили защитный патент, но лишь для того, чтобы никто не похитил оригинальный дизайн и не заломил цену. Найти все необходимые файлы и инструкции, а также принять участие в проекте на некоммерческой основе (на свой страх и риск, с учетом местного законодательства) можно по этой ссылке.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru