Esempio tipico delle capacità prestazionali della moderna tecnologia medica è rappresentato dalla macchina per anestesia Zeus Infinity Empowered (IE) della Dräger, che consente di avere l’intero spettro di attività in un unico sistema: da una sofisticata terapia ventilatoria al monitoraggio, dall’integrazione della tecnologia di infusione all’automazione delle funzioni accessorie.
Unità a turbina intercambiabile e sterilizzabile
Grazie al ventilatore a turbina, il dispositivo può anche essere gestito come sistema di anestesia a circuito chiuso con respirazione completa. Il dosaggio preciso del gas anestetico all’interno di un sistema chiuso riduce l'assorbimento di gas e anestetico. Inoltre, la ventilazione a turbina consente ai pazienti di respirare liberamente (respirazione spontanea) in ogni momento. Sia adulti che bambini e neonati possono dunque essere sottoposti ad adeguata ventilazione durante tutta l’anestesia. L’unità a turbina, spesso indicata come gruppo soffiante, può essere sostituita con facilità se necessario ed è autoclavabile, ovvero sterilizzabile dopo un trattamento intensivo con vapore alla temperatura di 134°C.
Tuttavia, componenti integrati come la turbina, l’azionamento, ecc. sono soggetti a requisiti elevati dato che devono resistere al vapore bollente. La scelta del materiale risulta pertanto cruciale. Tutti i componenti montati nell’unità a turbina possono essere realizzati esclusivamente con materiali biocompatibili in quanto entrano a diretto contatto con l'aria respirata dal paziente. Inoltre, sono necessarie dimensioni compatte in modo che l’unità possa essere integrata senza problemi nella macchina per anestesia e sia facile da manipolare per le sostituzioni e la pulizia. Oltre alla biocompatibilità e all’affidabilità, il motore deve presentare anche un’elevata densità di potenza.
Un complesso profilo di requisiti
Questi requisiti non si possono ottenere con componenti «standard». «Con FAULHABER abbiamo finalmente trovato un partner qualificato per lo sviluppo dell'unità a turbina della nostra Zeus IE, che ci ha convinti non solo per le conoscenze tecniche sugli azionamenti, ma anche per la competenza in termini di sistemi», asserisce soddisfatto Thorsten Theede, Global Commodity Manager Electronics di Dräger. «Nella fase di sviluppo, abbiamo collaborato a stretto contatto sin dal principio e ora gli specialisti di Schönaich ci forniscono l'unità completa, pronta per l’installazione e con il 100% dei componenti realizzati su misura per la nostra applicazione».
Il motore BLDC per il gruppo soffiante costituisce la base dell'azionamento. I motori brushless della serie FAULHABER sono progettati per condizioni operative estreme: ecco perché vengono usati con successo ovunque siano richieste elevata affidabilità, precisione di funzionamento e lunga vita utile. Tra le loro caratteristiche più comuni ci sono un'operatività fluida, una bassa rumorosità, elevate dinamiche e alte prestazioni in un formato ridotto. Tuttavia, il motore BLDC di cui avevamo bisogno per il gruppo soffiante presentava una sfida difficile per i progettisti: ci voleva un'unità piccola ma potente, in grado di accelerare nel giro di qualche millisecondo per poi rallentare altrettanto rapidamente. «Si tratta di un aspetto importante perché così il paziente non è obbligato a respirare contro la macchina», spiega Theede. «Per questo il gruppo soffiante e l'azionamento ad esso collegato dovevano essere in grado di reagire in modo estremamente rapido e preciso».
Una piccola unità potente con proprietà speciali
Una volta superate le sfide, il risultato è stato impressionante. Il motore C.C. BLDC su misura per il gruppo soffiante è alloggiato in una robusta sede d'acciaio inox e presenta un diametro di soli 24 mm e una lunghezza di soli 46 mm. Eppure, per ottenere le prestazioni desiderate, occorreva ottimizzare anche i magneti e le lamiere utilizzate. A rendere la scelta del materiale un compito ancora più arduo era il fatto che potessero essere impiegati esclusivamente lubrificanti e adesivi biocompatibili e che l’intera unità dovesse essere autoclavabile. Per esempio, per la scelta dei cuscinetti a sfera, il progettista ha lavorato in sinergia con specialisti esterni per trovare il materiale ottimale da abbinare a lubrificanti biocompatibili in presenza di velocità estremamente alte.
Il sistema è impressionante anche da un punto di vista meccanico: la pompa della girante, che produce la corrente d'aria, è montata direttamente sul motore. I collegamenti elettrici sono incorporati nella sezione di fusione esterna. Inoltre, nella stessa sezione di fusione esterna è stata integrata una EPROM da cui è possibile leggere, se necessario, lo storico dell'azionamento e persino il numero di ore di operatività, oltre al numero di serie. I segnali dei sensori Hall integrati nel motore vengono elaborati dal controllo del sistema primario, che aziona il motore in base ai requisiti di anestesia e ventilazione.
L'intero gruppo soffiante presenta un diametro di 120 mm e una lunghezza di soli 220 mm. «Da allora ha dato prova di funzionare a meraviglia nella pratica», sottolinea con enfasi Theede. «La collaborazione è proseguita e infatti anche l'unità a turbina della nostra postazione per anestesia Perseus A500 è frutto della sinergia con gli specialisti di Schönaich. Il sistema offre anche sofisticate strategie di ventilazione a sostegno costante della respirazione naturale del paziente ed è impiegato con successo da diversi anni in molte cliniche. «Naturalmente, anche la soluzione di azionamento realizzata su misura col motore BLDC per il gruppo soffiante ha dato il suo contribuito», conclude Theede.
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