"FEspirator": Kako se je razvoja slovenskega prototipa medicinskega ventilatorja lotila Fakulteta za elektrotehniko UL?

V razmahu epidemije Covid-19 je v Italiji prišlo do pomanjkanja respiratorjev, ki so nujni za bolnike, ki zaradi koronavirusa potrebujejo intenzivno zdravljenje. Da do podobnega scenarija ne bi prišlo tudi v Sloveniji, je po več vzporednih poteh sredi marca nastajala iniciativa "Slovenski respirator". Izredno kratek čas razvoja, omejena dobavljivost komponent in uvedba izrednih razmer so bile ovire, ki pa se jih nekatere razvojne skupine niso ustrašile. Ena izmed spontanih iniciativ se je porodila tudi na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani, in sicer na pobudo prof. dr. Marka Topiča, ki se je 16. marca predčasno vrnil z gostovanja v ZDA. Le uro in pol po njegovem pristanku so se sodelavci na Katedri za elektroniko odločili, da gredo v izvedljivostno študijo in razvoj čim bolj preprostega ventilatorja. Vlada je 22. marca objavila zahteve za profesionalne ventilatorje, ki so bili podlaga za "Slovenski respirator", s katerim je pozvala ustanove in podjetja z ustreznim znanjem in kompetencami, da v sodelovanju z UKC Ljubljana razvijejo medicinski ventilator. Medicinske ventilatorje je bilo namreč ob izbruhu epidemije skoraj nemogoče dobiti, pa tudi dobavni roki so bili predolgi. Pozivu se je odzvala tudi Fakulteta za elektrotehniko Univerze v Ljubljani. Z veliko vnemo so skupaj z industrijskimi partnerji pričeli z delom in razvojem medicinskega ventilatorja, ki so ga poimenovali "FEspirator".

"Zavedali smo se tveganj in nevarnosti epidemije, ki je bila v eksponentni fazi rasti. Potrebe po medicinskih ventilatorjih bi lahko šle v tisoče kosov, ki jih Slovenija ni imela. Izvedljivostno študijo smo spisali praktično v enem dnevu. Glede na razpoložljivi čas, ki smo ga ocenili na največ en mesec, in omejitev pri dobavljivosti opreme smo se odločili za opremo, ki je že v Sloveniji. Naš koncept je temeljil na uporabi ročnih ventilatorjev BVM, ki jih imajo bolnice in zdravstveni domovi na zalogi. Razvijemo lahko elektroniko, krmilja, senzoriko in dodamo nadzor, a brez medicinske podpore, tako zdravniške kot tehnične ne bo šlo!" se prvih dni spominja prof. Topič. Z vključitvijo dr. Bojana Kontestabila, specialista anesteziologije in reanimatologije v Kliničnem centru Ljubljana se je razvojni tim obogatil z medicinskim znanjem in uporabniškimi zahtevami iz prakse.

Do prvega testiranje prototipa je bilo časa za razvoj le 14 dni

Na ljubljanski fakulteti za elektrotehniko pri razvoju ventilatorja sodelujejo sodelavci Katedre za elektroniko in Katedre za mehatroniko. Pobudnik projekta je prof. dr. Marko Topič, predstojnik Katedre za elektroniko in Laboratorija za fotovoltaiko in optoelektroniko UL FE (LPVO), vodja razvoja pa izr. prof. dr. Marko Jankovec, ki je v ekipo vključil tudi svoje študente. V neverjetno hitrem času so se povezali s številnimi slovenskimi podjetji, ki so brez omahovanja izkazali pomoč in sodelovanje.

"Ekipa Fakultete za elektrotehniko je medicinski ventilator od 25. marca do prvega testiranja, ki je bilo na UKC Ljubljana 10. aprila, razvijala dobesedno dan in noč, brez odmora. Večina jih je delala od doma, po potrebi so tudi prihajali na fakulteto, sam pa sem bil na fakulteti vsakodnevno, sestavljal in testiral napravo, pošiljal razne dele po pošti kolegom, da so lahko razvijali doma. Eni so delali do poznih nočnih ur, drugi potem nadaljevali navsezgodaj zjutraj do večera in se tako menjavali, da smo delali praktično 24/7. Ekipa je res stopila skupaj in pokazala timski duh in zagnanost, brez česar nam poleg ustreznega znanja in zunanjih partnerjev ne bi uspelo razviti ustreznega prototipa. Ves čas nas je gnala misel na to, da če rešimo eno življenje, je ves naš trud poplačan," je o razvoju prototipa medicinskega ventilatorja povedal Jankovec.

Preko 30 ljudi in preko 1000 delovnih ur

Poleg 7 sodelavcev LPVO je pri razvoju sodelovalo tudi 6 študentov elektrotehnike, ki so pomagali pri začetnem testiranju strojne opreme in programiranju, prevzeli pa so tudi izris celotnega 3D dizajna naprave po naših navodilih. Pri izbiri ustreznega motorja je pomagal prof. dr. Damijan Miljavec iz Laboratorija za električne stroje na UL FE, Laboratorij za meritve v procesnem strojništvu s Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani pa je sodeloval pri umeritvi senzorja pretoka. Potreben material in izdelavo mehanskega dela ventilatorja so prispevali tudi partnerji iz različnih slovenskih in tudi tujih podjetij s podjetjem ZAXCSS na čelu, kjer sta Igor Stražišnik in Aljaž Žavrlan prevzela celotno izvedbo mehanskega dela naprave.

Pri razvoju "FEspiratorja" je tako sodelovalo preko 30 ljudi, ki so skupaj za razvoj prvega prototipa namenili preko 1000 ur.

Prototipe ventilatorjev so testirali na simulacijski lutki v UKC Ljubljana

V petek, 10. aprila, je na UKC Ljubljana v Simulacijskem medicinskem centru potekalo prvo testiranje prototipov delujočih medicinskih ventilatorjev na simulacijski lutki. Poleg skupine Fakultete za elektrotehniko Univerze v Ljubljani sta ventilator razvijali še skupina g. Janeza Pirca s sodelavci izpodjetja Fotona in skupina podjetja Lotrič Meroslovje pod okriljem Tehnološkega parka Ljubljana. Vse tri skupine so prikazale delujoče prototipe z izredno inovativnost, ki jo je strokovna komisija KC LJ skozi štiri faze testiranja ovrednotila in določila termin dokončnega testiranja prototipov čez 14 dni. Ne glede na to, da so se skupine predstavile vsaka z drugačno rešitvijo, so pri razvoju med sabo sodelovale.

Anesteziolog dr. Bojan Kontestabile, ki je z razvojniki intenzivno sodeloval ves čas, je povedal: "O pobudi fakultete sem prebral v spletnih novicah. Seveda je to moje področje in takoj sem se pri kolegih pozanimal, kdo sodeluje pri teh projektih. Mlajša kolega sta že pomagala drugim ekipam, tako da sem se takoj odločil in vzpostavil stik s prof. Topičem in sodelovanje je takoj steklo. Z velikim medsebojnim spoštovanjem smo se lotili projekta, pri katerem smo bili že v začetku dva tedna v zaostanku. Pripravil sem jim uvodno predavanje, kjer sem jim razložil teorijo, predvsem pa poudaril zavedanje, da ne delamo samo stroja za napihovanje, ampak da je naš cilj z napravo zdraviti ljudi. Da tu o uspehu odločajo malenkosti, hitrost zaznavanja in odzivanja. Tu je bila naša moč in v tem pogledu smo bili "dream team". FEspirator izkazuje bistvene funkcionalnosti, ki jih nudijo klinični ventilatorji."

"FEspirator izkazuje praktično vse funkcionalnosti profesionalnih ventilatorjev"

Ekipa Fakultete za elektrotehniko UL je na drugem testiranju na KC LJ v petek, 24. aprila, preizkusila že drugi, izpopolnjeni prototip FEspiratorja.

"Koncept z mehanskim ventilatorjem je zaradi preprostosti sprva vzbujal dvome, a razvojna ekipa Fakultete za elektrotehniko s partnerji je v mesecu dni uspela s svojim prototipom. Navdušen sem nad angažmajem vseh sodelujočih in uspešnim razvojem v tako kratkem času. FEspirator je v celoti izpolnil testirane cilje in izkazuje praktično vse funkcionalnosti profesionalnih ventilatorjev. Nisem si mogel misliti, da iz predihalnega balona, ki je srčika tega ventilatorja, lahko narediš ventilator, ki dosega v grobem vse funkcionalnosti profesionalnih ventilatorjev. Če bi ocenjeval z ocenami od 1 do 10, je to za FEspirator sigurno ocena 11," je FEspirator po preizkušanju ocenil vodja Strokovne komisije KC Ljubljana doc. dr. Tomislav Mirković, dr. med.

Razviti prototip FEspiratorja odlikujejo inovativne rešitve in napredni algoritmi za številne funkcionalnosti, značilne za profesionalne medicinske ventilatorje. Med drugim hitra in natančna regulacija tlaka, samodejno zaznavanje vdiha in večstopenjsko alarmiranje. S tem naprava presega nivo pripomočka pri dihanju in se približuje profesionalnim ventilatorjem. Naprava je tako že sedaj nared za reševanje življenj v morebitnih izrednih razmerah pandemije.