Uradi sam Ventilator koristeći uobičajene medicinske potrepštine: 8 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Ovaj projekt pruža upute za sastavljanje zamjenskog ventilatora za upotrebu u hitnim slučajevima kada nema dovoljno komercijalnih ventilatora, poput trenutne pandemije COVID-19. Prednost ovog dizajna ventilatora je u tome što u osnovi samo automatizira upotrebu 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 kojih dijelova (npr. 3D ispis, lasersko rezanje itd.).

Maska ventila sa vrećicom (BVM), poznata i kao ručna reanimatorka, ručni je uređaj koji se koristi za ventilaciju pod pozitivnim pritiskom 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 redovnim intervalima disanja.

Ovaj DIY ventilator automatizira cijeđenje BVM -a tako da se može koristiti za ventilaciju pacijenta na neodređeno vrijeme. Stiskanje se postiže ponovljenim 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 reguliše protok komprimovanog vazduha, 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 lako mogu kupiti od internetskih prodavača, poput McMaster-Carra i Amazona. Predložene komponente i veze za kupovinu su dostupne, ali mnoge dijelove možete zamijeniti drugim sličnim komponentama ako navedene nisu dostupne.

Zahvalnice:

Posebno zahvaljujemo profesoru Ramu Vasudevanu sa Univerziteta u Michiganu na finansiranju ovog projekta i Mariami Runcie, doktorici medicine sa Harvard Affiliated Emergency Medicine Residency u Općoj bolnici Massachusetts i Brigham i ženskoj bolnici što su joj dali medicinsko znanje i dali povratne informacije o konceptu.

Također želim prepoznati Christophera Zahnera, MD i Aisen Chacin, PhD sa UTMB -a koji su se nezavisno približili 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 ponovo stvoriti ili poboljšati koncept.

Supplies

Medicinske komponente:

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

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

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

Ostale komponente:

-Podušni priključak od mesinganog crijeva sa 10-32 navoja, ~ 4 USD (https://www.mcmaster.com/5346k93)

-(x2) Priključak od plastične bodljikave cijevi sa 1/4 NPT navoja, ~ 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 ćete također htjeti zalijepiti Arduino i matičnu ploču vrućim ljepilom na komad kartona jer će to pomoći u ograničavanju slučajnog povlačenja žica.

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

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

Potenciometar djeluje kao "gumb za podešavanje brzine disanja". Podešavanje postavke lonca mijenja naponski signal u Arduino A0 pin. Kod 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 se ne isporučuje 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 ih vijcima. Predlažem da koristite narančastu ili žutu žicu za V+ (ili bilo koju boju koju ste koristili za žicu od 12 V 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 sam stavio mali komad trake na žicu GND kako bih ih razlikovao.

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

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

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

Korak 3: Postavite Arduino kod i testirajte elektroniku

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

Ako koristite Arduino Create web editor, skici za ovaj projekt možete pristupiti ovdje. Ako lokalno koristite Arduino IDE na računaru, skicu možete preuzeti sa ovog uputstva za upotrebu.

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

Sada priključite 12V napajanje. Ventil bi trebao povremeno ispuštati klik i svijetliti, kao što je prikazano u videu. Ako okrenete gumb potenciometra 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 konektore bodljikavih cijevi na ventil

Ventil ima tri priključka: A, P i ispušni. Kada 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. Spojit ćemo P na izvor komprimiranog zraka, A na manžetnu za krvni tlak, a Ispuh na vakuum. Sa ovom konfiguracijom, manžetna za krvni pritisak će se naduvati kada je ventil aktivan, a ispuhati se kada je ventil neaktivan.

Izlazni otvor je dizajniran tako da bude otvoren prema atmosferi, ali moramo ga spojiti na vakuum kako bi se manžeta za krvni tlak brže ispuhala. Da biste to učinili, prvo uklonite crnu plastičnu kapicu koja prekriva otvor za ispuh. Zatim postavite plastični odstojnik preko izloženih niti i pričvrstite mesingani bodljikavi konektor na vrh.

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

Korak 5: Kreirajte kućište za elektroniku

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

Za kućište sam upotrijebio malu kartonsku kutiju (u jednu od McMaster transportnih kutija ušli su neki dijelovi). Možete koristiti i mali spremnik tupperware -a 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 matičnu ploču na željena mjesta.

Korak 6: Omotajte manžetnu 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 cijev će biti spojena na elektronički ventil.

Omotajte manžetnu za krvni tlak oko BVM -a. Uverite se da je manžeta što je moguće čvršća, bez da se torba sruši.

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 bi trebala imati otvore za komprimovani vazduh pod pritiskom od 4 bara (izvor).

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

Uređaj je sada kompletan, osim potrebnih cijevi/adaptera za povezivanje izlaza BVM -a s plućima pacijenta. Nisam zdravstveni radnik 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 povezano, manžeta za krvni tlak bi se trebala povremeno napuhavati i ispuhati, kao što je prikazano u videu.

Nisam zdravstveni radnik, pa nemam pristup bolničkim komprimiranim zrakom ili otvorima za usisavanje. Stoga sam upotrijebio mali zračni kompresor i vakuumsku pumpu za testiranje uređaja u svom domu. Postavio sam regulator pritiska 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 i stvari koje treba uzeti u obzir:

-Brzina disanja može se podesiti okretanjem potenciometra (između 12-40 udisaja u minuti). Koristeći postavku komprimovanog vazduha/vakuum primijetio sam da manšeta za krvni pritisak pri disanju većoj od ~ 20 udisaja u minuti nema vremena potpuno se ispuhati između udisaja. To možda nije problem pri korištenju bolničkih otvora za zrak za koje pretpostavljam da mogu osigurati veće protoke bez tolikog pada tlaka, ali ne znam sa sigurnošću.

-Vrećasti ventil nije potpuno komprimiran pri svakom udisaju. To može rezultirati nedovoljnim upumpavanjem zraka u pluća pacijenata. Testiranje na medicinskoj lutki dišnih puteva moglo bi otkriti je li to tako. Ako je tako, to bi se moglo riješiti povećanjem vremena inflacije pri svakom udisaju, što bi zahtijevalo uređivanje Arduino koda.

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

-BVM je dizajniran za pružanje zračne podrške bez ikakvih dodatnih cijevi između ventila i nosa/usta pacijenta. Stoga, za stvarnu primjenu, dužina cijevi između BVM -a i pacijenta treba biti minimalna.

-Ovaj dizajn ventilatora nije odobren od strane FDA 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 ohrabruju!