Ventilator "uradi sam" koristeći uobičajene medicinske potrepštine: 8 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Ovaj projekt pruža upute za sastavljanje zamjenskog ventilatora za uporabu u hitnim slučajevima kada nema dovoljno komercijalnih ventilatora, poput trenutne pandemije COVID-19. Prednost ovog dizajna ventilatora je u tome što u biti samo automatizira uporabu ručnog ventilacijskog uređaja koji se već naširoko koristi i prihvaća u medicinskoj zajednici. Osim toga, može se sastaviti prvenstveno od komponenti koje su već dostupne u većini bolničkih postavki i ne zahtijeva prilagođenu izradu bilo kakvih dijelova (npr. 3D ispis, lasersko rezanje itd.).

Maska ventila s vrećicom (BVM), poznata i kao ručna reanimacija, ručni je uređaj koji se koristi za ventilaciju s pozitivnim tlakom pacijentima kojima je potrebna pomoć pri disanju. Koriste se za pružanje privremene ventilacije pacijentima kada mehanički ventilatori nisu dostupni, ali se ne koriste dulje vrijeme jer zahtijevaju od čovjeka da stisne vrećicu u redovitim intervalima disanja.

Ovaj DIY ventilator automatizira cijeđenje BVM -a tako da se može koristiti za ventilaciju pacijenta na neodređeno vrijeme. Stiskanje se postiže opetovanim napuhavanjem/ispuhavanjem manšete za krvni tlak omotane oko BVM -a. Većina bolnica opremljena je otvorima za stlačeni zrak i vakuumskim zidovima koji se mogu koristiti za napuhavanje i ispuhavanje manšete za krvni tlak. Elektromagnetni ventil regulira protok komprimiranog zraka, kojim upravlja Arduino mikrokontroler.

Osim BVM-a i manšete za krvni tlak (obje su već dostupne u bolnicama), za ovaj dizajn su potrebni dijelovi vrijedni manje od 100 USD, koji se mogu lako kupiti od mrežnih prodavača, poput McMaster-Carra i Amazona. Dostupne su predložene komponente i veze za kupnju, ali mnoge dijelove možete zamijeniti drugim sličnim komponentama ako navedene nisu dostupne.

Zahvalnice:

Posebno se zahvaljujem profesoru Ramu Vasudevanu sa Sveučilišta Michigan na financiranju ovog projekta i Mariami Runcie, doktorici medicine iz Harvard Affiliated Emergency Medicine Residency u Općoj bolnici Massachusetts i Brigham and Women's Hospital što su joj dali medicinsko znanje i dali povratne informacije o konceptu.

Također želim prepoznati dr. Christophera Zahnera i dr. Aisen Chacin s UTMB -a koji su neovisno razgovarali o sličnom dizajnu prije nego što sam objavio ovaj Instructable (članak s vijestima). Iako moj uređaj nije nov, nadam se da će se ovo detaljno opisivanje načina na koji je napravljen pokazati korisnim drugima koji žele ponovno stvoriti ili poboljšati koncept.

Pribor

Medicinski sastojci:

-Maska ventila u vrećici, ~ 30 USD (https://www.amazon.com/Simple-Breathing-Tool-Adult-Oxygen/dp/B082NK2H5R)

-Manžeta za krvni tlak, ~ 17 USD (https://www.amazon.com/gp/product/B00VGHZG3C)

Elektroničke komponente:

-Arduino Uno, ~ 20 USD (https://www.amazon.com/Arduino-A000066-ARDUINO-UNO-R3/dp/B008GRTSV6)

-3-smjerni elektronički elektromagnetni ventil (12V), ~ 30 USD (https://www.mcmaster.com/61975k413)

-12 V zidni adapter, ~ 10 USD (https://www.amazon.com/gp/product/B01GD4ZQRS)

-10k potenciometra, <$ 1 (https://www.amazon.com/gp/product/B07C3XHVXV)

-TIP120 Darlingtonski tranzistor, ~ 2 USD (https://www.amazon.com/Pieces-TIP120-Power-Darlington-Transistors/dp/B00NAY1IBS)

-Minijaturna ploča, ~ 1 USD (https://www.amazon.com/gp/product/B07PZXD69L)

-Žica s jednom jezgrom, ~ 15 USD za cijeli skup različitih boja (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid-different-colored-spools/dp/B07TX6BX47)

Ostale komponente:

-Podijelnik od crijeva od mesinga s 10-32 navoja, ~ 4 USD (https://www.mcmaster.com/5346k93)

-(x2) Priključak od plastične bodljikave cijevi s navojima od 1/4 NPT, ~ 1 USD (https://www.mcmaster.com/5372k121)

-Plastični odstojnik, <$ 1 (https://www.mcmaster.com/94639a258)

-(x2) Cijevi za kisik otporne na drobljenje, ~ 10 USD (https://www.amazon.com/dp/B07S427JSY)

-Mala kutija ili drugi spremnik koji služi kao elektronika i kućište ventila

Korak 1: Povežite elektroniku

Koristeći žicu s punom jezgrom i minijaturnu ploču, spojite Arduino, TIP 120 i potenciometar kao što je prikazano na shemi ožičenja. Možda biste također htjeli zalijepiti ili vruće zalijepiti Arduino i matičnu ploču na komad kartona, jer će to pomoći ograničiti slučajno povlačenje žica.

Imajte na umu da 1k otpornik nije obavezan. Djeluje kao osiguranje od kratkih spojeva, ali ako ga nemate, možete ga zamijeniti žicom i sve bi trebalo funkcionirati.

Arduino ne može izravno pokretati ventil jer mu je potrebno više energije nego što mogu dati Arduino izlazi. Umjesto toga, Arduino pokreće tranzistor TIP 120, koji djeluje poput prekidača za uključivanje i isključivanje ventila.

Potenciometar djeluje kao "gumb za podešavanje brzine disanja". Promjenom postavke lonca mijenja se naponski signal u Arduino A0 pin. Kôd koji radi na Arduinu pretvara taj napon u "brzinu disanja" i postavlja brzinu otvaranja i zatvaranja ventila tako da mu odgovara.

Korak 2: Povežite elektronički elektromagnetni ventil

Elektronički ventil ne isporučuje se s žicama spojenim na njega, pa se to mora učiniti ručno.

Prvo uklonite gornji poklopac pomoću Phillips odvijača kako biste otkrili njegova tri vijčana priključka, V+, V- i GND (pogledajte fotografiju kako biste utvrdili koji je koji)

Zatim pričvrstite žice stezanjem vijaka. Predlažem da koristite narančastu ili žutu žicu za V+ (ili bilo koju boju koju ste koristili za 12V žicu u prethodnom koraku), plavu ili crnu za V- i crnu za GND (ili bilo koju boju koju ste koristili za žicu GND na prethodni korak. Koristio sam crnu boju za V- i GND, ali stavio sam mali komad trake na žicu GND kako bih ih mogao razlikovati.

Nakon što su žice pričvršćene, vratite poklopac i pričvrstite ga na mjesto.

Zatim spojite žice na ploču kao što je prikazano na ažuriranoj shemi ožičenja.

Radi jasnoće, uključen je i dijagram sklopa, ali ako niste upoznati s tom vrstom zapisa, možete ga jednostavno zanemariti:)

Korak 3: Prenesite Arduino kod i testnu elektroniku

Ako ga već nemate, preuzmite Arudino IDE ili otvorite Arduino web editor (https://www.arduino.cc/en/main/software).

Ako koristite web uređivač Arduino Create, skici za ovaj projekt možete pristupiti ovdje. Ako lokalno na svom računalu koristite Arduino IDE, možete skicu skinuti s ove upute.

Otvorite skicu, povežite Arduino s računalom pomoću kabela USB pisača i prenesite skicu na Arduino. Ako imate problema s prijenosom skice, pomoć možete pronaći ovdje.

Sada priključite 12V napajanje. Ventil bi trebao povremeno ispuštati klik i svijetliti, kao što je prikazano u videu. Okrenete li potenciometar u smjeru kazaljke na satu, trebao bi se prebacivati brže, a sporije ako ga okrećete u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Ako ovo nije ponašanje koje vidite, vratite se i provjerite sve prethodne korake.

Korak 4: Pričvrstite priključke bodljikavih cijevi na ventil

Ventil ima tri priključka: A, P i ispušni. Kad je ventil neaktivan, A je spojen na ispuh, a P je zatvoren. Kad je ventil aktivan, A je spojen na P i ispušni ventil je zatvoren. Priključit ćemo P na izvor komprimiranog zraka, A na manšetu za krvni tlak, a Ispuh na vakuum. S ovom konfiguracijom, manšeta za krvni tlak će se napuhati kada je ventil aktivan, a ispuhati se kada je ventil neaktivan.

Otvor za ispuh dizajniran je tako da bude otvoren prema atmosferi, ali moramo ga spojiti na vakuum kako bi se manšeta za krvni tlak brže ispuhala. Da biste to učinili, najprije uklonite crnu plastičnu kapicu koja prekriva otvor za ispuh. Zatim postavite plastični odstojnik preko izloženih niti i pričvrstite mjedenu bodljikavu spojnicu na vrh.

Pričvrstite plastične bodljikave konektore na priključke A i P. Pritegnite ih ključem kako biste spriječili curenje.

Korak 5: Stvorite kućište za elektroniku

Budući da niti jedna žica nije lemljena na mjestu, važno je zaštititi ih od slučajnog povlačenja i odvajanja. To se može učiniti postavljanjem u zaštitno kućište.

Za kućište sam upotrijebio malu kartonsku kutiju (u jednu od McMasterovih transportnih kutija ušli su neki dijelovi). Također možete upotrijebiti mali spremnik tupperwarea ili nešto ljepše ako želite.

Prvo postavite ventil, Arduino i minijaturnu ploču u spremnik. Zatim probušite/izbušite rupe u spremniku za 12V kabel za napajanje i zračne cijevi. Nakon što su rupe završene, vrućim ljepilom, trakom ili patentnim zatvaračem zavežite ventil, Arduino i ploču za kruh na željena mjesta.

Korak 6: Omotajte manšetu za krvni tlak oko BVM -a

Odvojite žarulju za napuhavanje od manšete za krvni tlak (trebali biste je moći samo izvući). U sljedećem koraku ova će cijev biti spojena na elektronički ventil.

Omotajte manžetu za krvni tlak oko BVM -a. Uvjerite se da je manšeta što je moguće čvršća, a da pri tome ne srušite vrećicu.

Korak 7: Pričvrstite zračne cijevi

Posljednji korak je povezivanje manšete za krvni tlak, izvora komprimiranog zraka i vakuumskog izvora na elektronički ventil.

Spojite manžetu za krvni tlak na A priključak ventila.

Pomoću cijevi za kisik spojite P terminal ventila na izvor komprimiranog zraka. Većina bolnica trebala bi imati izlaz za komprimirani zrak pod tlakom od 4 bara (izvor).

Pomoću druge cijevi za kisik spojite izlazni terminal ventila na izvor vakuuma. Većina bolnica trebala bi imati dostupne usisne izlaze na 400 mmHg (7,7 psi) ispod atmosfere (izvor).

Uređaj je sada dovršen, osim potrebnih cijevi/adaptera za povezivanje izlaza BVM -a s plućima pacijenta. Nisam zdravstveni djelatnik pa nisam uključio te komponente u dizajn, ali pretpostavlja se da bi bile dostupne u bilo kojem bolničkom okruženju.

Korak 8: Testirajte uređaj

Priključite uređaj. Ako je sve pravilno spojeno, manšeta za krvni tlak bi se trebala povremeno napuhavati i ispuhati, kao što je prikazano u videu.

Nisam zdravstveni djelatnik pa nemam pristup bolničkom komprimiranom zraku ili otvorima za usisavanje. Stoga sam za testiranje uređaja u svom domu upotrijebio mali zračni kompresor i vakuumsku pumpu. Postavio sam regulator tlaka na kompresoru na 4 bara (58 psi), a vakuum na -400 mmHg (-7,7 psi) kako bih simulirao izlaz bolnice što je bolje moguće.

Odricanja od odgovornosti i stvari koje treba uzeti u obzir:

-Brzina disanja može se podesiti okretanjem potenciometra (između 12-40 udisaja u minuti). Koristeći postavku komprimiranog zraka/vakuum, primijetio sam da pri brzinama disanja većim od ~ 20 udisaja u minuti manžetna za krvni tlak nema vremena potpuno se ispuhati između udisaja. To možda nije problem pri korištenju bolničkih otvora za zrak za koje pretpostavljam da mogu opskrbiti veće protoke bez tolikog pada tlaka, ali ne znam sigurno.

-Vrećasti ventil nije potpuno stisnut tijekom svakog udisaja. To može rezultirati nedovoljnim upumpavanjem zraka u pluća pacijenata. Testiranje na medicinskoj lutki dišnih putova moglo bi otkriti je li to tako. Ako je tako, to bi se eventualno moglo popraviti povećanjem vremena inflacije tijekom svakog udisaja, što bi zahtijevalo uređivanje Arduino koda.

-Nisam testirao maksimalni kapacitet tlaka za manžetnu za krvni tlak. 4 bara je mnogo veći od tlaka koji je uobičajen za mjerenje krvnog tlaka. Manžeta za krvni tlak nije se slomila tijekom moga testiranja, ali to ne znači da se to ne bi moglo dogoditi ako se dopusti da se tlak u manšeti potpuno izjednači prije ispuhavanja.

-BVM je dizajniran za pružanje zračne potpore bez ikakvih dodatnih cijevi između ventila i pacijentovog nosa/usta. Stoga bi za stvarnu primjenu duljina cijevi između BVM -a i pacijenta trebala biti minimalna.

-Ovaj dizajn ventilatora nije odobren od strane FDA -e i trebao bi se smatrati samo kao opcija POSLJEDNJEG ODMORA. Namjerno je dizajniran za jednostavno sastavljanje iz bolničke opreme i komercijalnih dijelova za situacije u kojima bolje/sofisticiranije alternative jednostavno nisu dostupne. Poboljšanja se potiču!