De prijs van een professioneel beademingstoestel voor gebruik in een ziekenhuis bedraagt meer dan 25.000 dollar. Het VentilAid-beademingstoestel kost minder dan 200 dollar. De ontwikkeling van standaard beademingstoestellen neemt vele jaren in beslag. Deze is in slechts drie weken gebouwd. Fabrikanten van hoogwaardige beademingstoestellen houden hun ontwerpen voor zichzelf. Terwijl de makers van VentilAid hun volledige technische documentatie op het internet publiceren. Iedereen kan de ontwerpen gratis downloaden en uitprinten op een 3D-printer. Het toestel is vooral bedoeld voor gebruik in arme landen waar geen geld is voor dure apparatuur.
Het idee voor VentilAid is afkomstig van het Poolse bedrijf Urbicum. “VentilAid is wat we een ‘laatste kans beademingstoestel’ noemen. Het zou ongeveer 50 procent van de gehospitaliseerde patiënten kunnen helpen die nog bij bewustzijn zijn en bij wie de longen nog (gedeeltelijk) werken. Het is niet bedoeld om professionele beademingstoestellen te vervangen of om patiënten te redden die helemaal niet meer kunnen ademen. We hebben geen aspiraties om apparatuur te maken die honderdduizend dollar of meer kost. Onze apparatuur is bedoeld om artsen te ontlasten en dat professionele beademingstoestellen ingezet kunnen worden voor patiënten die in meer kritieke omstandigheden verkeren”, zegt Szymon Chrupczalski, mede-uitvinder van Ventil-Aid.
Een simpel beademingstoestel is niet wat artsen nodig hebben
Er zijn enkele tientallen projecten over de hele wereld die zich richten op het bouwen van een simpel open-source beademingstoestel. Dat was ook het geval met het eerste VentilAid-prototype. Het was een zeer basaal apparaat. Ook al had het dezelfde technische parameters als professionele beademingstoestellen, zoals bijvoorbeeld drukniveaus. Het team was van plan om het toestel nog eenvoudiger te maken. Totdat artsen met wie ze overleg voerden, hen uiteindelijk van dit idee afhielden.
“Zij legden ons uit hoe het coronavirus geleidelijk aan de longen vernietigt. Als een patiënt die matig ziek is al in een eerder stadium zuurstof krijgt voordat hij kritisch wordt, is de kans groter dat zijn toestand verbetert. Of in ieder geval niet erger wordt. Zo’n beademingsapparaat ontlast de gezondheidszorg, omdat het aantal mensen in kritieke toestand waarschijnlijk niet zal toenemen”, zegt Bartosz Wilk, de woordvoerder van het bedrijf. Daarom hebben artsen geen behoefte aan een simpel apparaat als zodanig. Een complexer apparaat maakt het namelijk mogelijk dat een enkele arts of verpleegkundige meerdere patiënten tegelijkertijd kan controleren en op die manier meer patiënten kan helpen”, voegt Szymon toe.
Het principe van VentilAid is toen aangepast. Het was nu niet langer zaak een van de meest basale beademingstoestellen te maken die er zijn. Het ging er nu om een meer technisch geavanceerde beademingstoestel te ontwerpen. Maar dat moest wel zo betaalbaar en zo ongecompliceerd mogelijk zijn, zodat het gemakkelijk kon worden geproduceerd; zelfs in afgelegen delen van de wereld.
Open-sourceproject
“Technisch gezien is een beademingstoestel eigenlijk een vrij eenvoudig apparaat. De uitdaging zit niet in de technische aspecten. De grootste uitdaging is de software. Bijvoorbeeld de snelle leesbaarheid van de gegevens, de parameterinstellingen en de sensoren”, legt Szymon Chrupczalski uit. De software van beademingstoestellen is uiterst gecompliceerd. Met software en sensoren is professionele apparatuur bijvoorbeeld in staat om de gasdruk te allen tijde op het juiste niveau te houden en aan te passen aan het ademhalingsritme van de patiënt. Ze houden de ademhalingsparameters non-stop in de gaten en geven een waarschuwingssignaal af als de patiënt bewusteloos raakt, of als hun masker afglijdt.
“Onder normale omstandigheden zouden bedrijven er jaren over gedaan hebben om dit soort software te ontwikkelen. Maar we hebben geen jaren. We hebben slechts weken. Wat ook nodig is, is kennis van techniek en medische aspecten die voortkomt uit de praktijk”, stelt Szymon.
Multidisciplinaire samenwerking
Urbicum is een team van ingenieurs. Ze zijn specialisten op het gebied van 3D-printers. Maar ze zijn geen medische ingenieurs. Daarom hebben ze via internet om hulp gevraagd. Ze zetten de technische documentatie en de lijst met criteria voor het apparaat online op de website van GitLab. Mensen van over de hele wereld sloten zich aan bij het project. Ingenieurs, wetenschappers, artsen, 3D-printspecialisten, servicemonteurs van beademingstoestellen en nog veel meer. Vooral die servicemonteurs bleken veel belangrijke technische details te kunnen leveren. De makers schatten dat zo’n duizend mensen op allerlei manieren hulp hebben aangeboden.
Voorstellen voor oplossingen voor technische problemen of voor nieuwe functionaliteiten worden naar de kernploeg gestuurd: de ingenieurs en medewerkers van Urbicum. Het team implementeert nieuwe ideeën en test deze. Bovendien wordt er voortdurend overleg gevoerd met de artsen van het Krakauer ziekenhuis in Polen over bijgewerkte toestelversies en nieuwe oplossingen. Als zij de eerste tests doorstaan, voert het team deze in de technische documentatie in. Als er nieuwe problemen ontstaan of artsen aangeven dat er veranderingen nodig zijn, dagen de makers van VentilAid de mensen in het netwerk weer uit om met suggesties te komen.
Werkend prototype
Zo zijn er nieuwere, snellere en goedkopere oplossingen gevonden als alternatief voor de complexe oplossingen in professionele beademingstoestellen. Een goed voorbeeld van een dergelijke aanpak is een systeem dat de zuurstoftoevoer regelt. “In professionele beademingstoestellen zijn er gespecialiseerde doseerventielen en stuursensoren. Wij hebben onze eigen oplossing bedacht. Het is vergelijkbaar met het combineren van een lucht- en zuurstofmenger met een systeem dat zuurstof opzuigt. De zuurstof stroomt uit een tank en wordt vervolgens in een compartiment gebracht (dat we hebben uitgevonden en uitgeprint in 3D) die zuurstofdoseringen vrijgeeft als de patiënt inhaleert”.
“Het doel hiervan is om geen zuurstof te verspillen”, legt Szymon Chrupczalski uit. Een andere innovatieve oplossing is het veranderen van de positie van de filters op de beademingstoestel. “Door het filter verder weg van de patiënt te plaatsen, zijn we erin geslaagd om een snellere en nauwkeurigere ademhalingsrespons op te wekken. We elimineren het risico van een plotselinge verhoging van de druk, bijvoorbeeld door hoesten of een daling van de druk onder de aanbevolen niveaus”, voegt Bartosz Wilk toe.
Eerste open-sourcetoestel dat klinisch wordt getest
Het werkende prototype van VentilAid is klaar. Het is geenszins een bijzonder indrukwekkend uitziend universele beademingstoestel. Toch helpt deze grijze box een patiënt met ademen, voorkomt het dat longblaasjes (longzakken) instorten, past het zich aan het ademhalingsritme van de patiënt aan en bewaakt het de toestand van de patiënt. Het apparaat waarschuwt de arts wanneer een van deze parameters begint te verslechteren.
De meeste onderdelen zijn geprint met 3D-printers. Maar het apparaat kan ook met andere technologieën worden gemaakt. Bijvoorbeeld met een freesmachine of met spuitgietmaterialen die in ziekenhuizen gemakkelijk kunnen worden gedesinfecteerd. De makers hebben geprobeerd om zoveel mogelijk betaalbare en gemakkelijk toegankelijke medische componenten te gebruiken in het productieproces. Het apparaat wordt via medische buizen en filters met de patiënt verbonden en er wordt alleen zuurstof in de medische filters toegevoerd. Dit soort oplossingen zijn er om de veiligheid op peil te houden.
Over een paar dagen beginnen de klinische tests in het universitaire ziekenhuis in Białystok (Polen). De resultaten moeten binnen een paar weken bekend zijn. In de tussentijd zijn de makers van Ventilaid begonnen met het werven van fondsen op het internet. Ze willen geld inzamelen om de eerste serie beademingstoestellen te produceren. VentilAid kan worden gesponsord via de website Odpalprojekt.pl.