Четыре завода в России организовали производство современных аппаратов искусственной вентиляции легких — с турбинами, которые нагнетают воздух в легкие. Такие турбины делают только за рубежом, и во время пандемии начались перебои с поставками. Один из производителей обратился к разработчикам газовых турбин в Екатеринбурге. Так появился проект Compact Blower — отечественная турбина для аппаратов ИВЛ, которая решает вопрос импорта, а еще делает устройства ИВЛ легче, надежнее и дешевле.
Проект турбины участвует в интенсиве для технологических проектов Архипелаг 2121. Разобрались, как работает турбина, с CEO компании Вячеславом Седуниным, его партнером Юрием Марченко и главным конструктором Ильей Калининым.
Как турбина превращает аппарат ИВЛ из большого ящика в чемоданчик
В традиционных аппаратах ИВЛ стоят устройства вакуумного сжатия — они похожи на поршни или мехи, которые раздуваются и сжимаются в такт дыханию человека. Такие аппараты делает множество российских заводов, но эта технология сейчас считается устаревшей.
У поршневого механизма есть ряд недостатков: он весит почти три килограмма, не очень надежен из-за множества трущихся узлов и потребляет много электричества.
Поэтому производители постепенно отказываются от мехов и переходят к турбинам. Казалось бы, это обычный вентилятор, который крутится и перекачивает воздух. Но с ним аппарат ИВЛ — это уже не громоздкий ящик, который надо катить к пациенту на колесиках, а чемоданчик размером с ноутбук. Аппарат со всем оборудованием весит не больше двух килограммов.
Если надо подавать воздух с повышенным содержанием кислорода, к мобильному устройству подключают кислородный баллон, а в больнице часто устанавливают стационарную кислородную линию.
Повышенное содержание кислорода нужно не всегда, поэтому компактный ИВЛ с турбиной особенно эффективен в полевых условиях: с его помощью подают в легкие воздух, когда нужно сделать обычное искусственное дыхание по типу «рот в рот».
Проблема в том, что турбины для аппаратов ИВЛ в России до сих пор не производили. Из-за этого большинство заводов продолжают делать устройства с устаревшими мехами, а те, кто решился внедрить турбины, — рискуют, так как иностранные поставщики оказались не очень надежны.
Турбина останавливается и разгоняется 80 раз в минуту
Мы разработали первую российскую турбину для аппаратов ИВЛ. За внешней простотой кроется технологичный продукт. Производители задали в технических требованиях очень широкий диапазон режимов работы.
Например, для обеспечения дыхания новорожденных нужна частота вдохов до 80 раз в минуту — именно столько раз турбина должна разогнаться и остановиться.
Обычная турбина за час работы в таком режиме выработает весь свой ресурс на запуски и сломается. Нашей целью было выйти на ресурс 20 000 часов работы. Представьте, какие улучшения необходимо сделать в, казалось бы, очевидной конструкции!
Мы резко снизили энергопотребление, так как наша турбина работает только на вдох. Но долго работали над временем разгона. Это была одна из главных проблем — научить устройство мгновенно разгоняться, подстраиваясь под вдох человека.
Самые лучшие большие турбины от мирового производителя «Дайсон» разгоняются за секунду. Но для медицинской микротурбины этого мало, потому что за секунду пациент может задохнуться. Сейчас наша турбина разгоняется за 0,15 секунды.
Также критичным параметром оказалась шумность. Аппараты ИВЛ стоят возле коек, часто этих аппаратов в помещении много, и гул турбин не должен действовать на нервы ни больным, ни врачам. Мы решили проблему с помощью аэродинамики и придания особой формы каналу выхода воздуха. Шумность устройства сейчас 68 децибел, это как разговор средней громкости.
Производители ИВЛ требуют, чтобы наш узел первые 20 000 часов работы не требовал сервисного обслуживания или ремонта. Мы приближаемся к этому параметру.
Обычно импортные турбины одноразовые: после выработки ресурса их просто заменяют. Нашей турбине в условиях сервиса можно заменить подшипники, ряд других деталей — и она продолжит работать. В условиях, когда аппаратов ИВЛ не хватает, а с поставками перебои, ремонтопригодность — очень важная характеристика.
Выпускаем уже третью серию прототипов
Во время пандемии в 2020 году производители аппаратов ИВЛ в Свердловской области работали в три смены и постоянно набирали новых людей. Один завод делал 1000 аппаратов в день!
Летом 2020 года поставки западных турбин оборвались. Производитель аппаратов ИВЛ, который, как и мы, находится в Екатеринбурге, попросил нас разработать турбину. Первый прототип мы сделали за две недели, но поняли, что устройство получается громоздким. Полгода ушло на поиск отечественного поставщика моторов, согласование технического задания и выпуск пилотного изделия.
Сейчас мы выпускаем уже третью серию прототипов. У первого прототипа был долгий разгон и плохое управление. На втором мы вышли на нужные параметры: разгон за 0,15 секунды и безошибочная работа в разных режимах. В третьем прототипе прорабатываем ресурс устройства, чтобы оно работало как можно дольше без поломок.
Готовое устройство мы отдали в испытательный центр, там его будут тестировать от 3 до 6 месяцев. После этого сможем прийти к производителям и сказать: «Всё, ставьте это в ИВЛ». Затем им надо будет заново сертифицировать аппараты в Минздраве. Проблем мы не видим.
Хотим стать «Дайсоном» в медицине
Инженеры исследуют и улучшают микротурбины уже 30 лет. Конструкция у них всех вроде бы одна и та же — крыльчатка на моторе, — но у одной турбины КПД 20%, а у другой 40%. Эти 20% разницы — огромный технологический разрыв.
Крупнейшим в мире производителем микротурбин считается компания «Дайсон», но они не делают турбин для медицинского применения: это не их целевой рынок. К тому же их изделия крупнее и производительнее.
Такие турбины, какие мы предлагаем для аппаратов ИВЛ, в мире производят всего четыре компании, включая нашу. Мы хотим стать «Дайсоном» в медицинской технике.
Хотим занять 40% рынка аппаратов ИВЛ
На первом этапе мы хотим продать 500 опытных образцов и получить выручку 12 миллионов рублей, а через три года — занять 40% рынка.
Объем рынка до коронавируса был 10–18 тысяч аппаратов ИВЛ в год. Спрос очень зависит от программы закупок Минздрава. Как мы говорили, в пандемию началась паника, и заводы начали производить до 1000 аппаратов в день. Но это было временно, такой объем производства сохранялся всего два месяца. Сегодня ожидания по рынку в России — 800–1500 устройств в месяц.
На Архипелаге 2121 надеемся найти инвесторов, которые помогут проверить MVP и заинтересуются проектом.
Аппарат ИВЛ — это сложная медицинская техника, там есть возможность мониторинга состояния пациента по концентрации углекислого газа и других компонентов в выдыхаемом воздухе. Эти аппараты позволяют настраивать сотни сложнейших режимов, в том числе для реанимации.
Помимо аппаратов ИВЛ, турбину применяют еще и в аппаратах для поддержки дыхания в домашних условиях. Эти «ИВЛ для дома» называют СРАР («сипап»). Такой аппарат включается в случае остановки дыхания и помогает сделать вдох. СРАР подает постоянный поток воздуха под определенным давлением в дыхательные пути — точно так же, через гибкую трубку и герметичную носовую маску. Давление в системе упало — значит, человек задыхается. Включается компрессор, который подает воздух.
У аппаратов СРАР гораздо меньше функций, а пациенты могут использовать такие устройства самостоятельно. CPAP используют, например, пожилые люди, которые рискуют задохнуться ночью, и те, кто лечится от коронавируса дома. Рынок CPAP быстро растет, и нам он тоже интересен.