DIY ventilators, izmantojot parastos medicīnas piederumus: 8 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:52

Šis projekts sniedz norādījumus par maiņas ventilatora salikšanu izmantošanai ārkārtas situācijās, kad nav pieejams pietiekami daudz komerciālu ventilatoru, piemēram, pašreizējā COVID-19 pandēmija. Šīs ventilatora konstrukcijas priekšrocība ir tā, ka tā būtībā tikai automatizē manuālas ventilācijas ierīces izmantošanu, ko jau plaši izmanto un pieņem medicīnas aprindas. Turklāt to var salikt galvenokārt no komponentiem, kas jau ir pieejami lielākajā daļā slimnīcas iestatījumu, un tam nav nepieciešama atsevišķa detaļu izgatavošana (piemēram, 3D drukāšana, griešana ar lāzeru utt.).

Maisa vārsta maska (BVM), kas pazīstama arī kā manuāla atdzīvinātāja, ir rokas ierīce, ko izmanto, lai nodrošinātu pozitīva spiediena ventilāciju pacientiem, kuriem nepieciešama elpošanas palīdzība. Tos izmanto, lai nodrošinātu pacientiem īslaicīgu ventilāciju, ja mehāniskie ventilatori nav pieejami, bet netiek izmantoti ilgstoši, jo tiem ir nepieciešams, lai cilvēks regulāri izspiež maisu.

Šis DIY ventilators automatizē BVM saspiešanu, lai to varētu izmantot pacienta ventilācijai nenoteiktu laiku. Saspiešana tiek panākta, atkārtoti piepūšot/iztukšojot asinsspiediena aproci, kas ietīta ap BVM. Lielākā daļa slimnīcu ir aprīkotas ar saspiesta gaisa un vakuuma sienas kontaktligzdām, kuras var attiecīgi izmantot, lai piepūstu un iztukšotu asinsspiediena aproci. Solenoīda vārsts regulē saspiestā gaisa plūsmu, ko kontrolē Arduino mikrokontrolleris.

Izņemot BVM un asinsspiediena aproci (abas jau ir pieejamas slimnīcās), šim dizainam ir nepieciešamas detaļas, kuru vērtība ir mazāka par 100 USD, un kuras var viegli iegādāties no tiešsaistes pārdevējiem, piemēram, McMaster-Carr un Amazon. Tiek piedāvāti ieteicamie komponenti un pirkuma saites, taču daudzas detaļas varat nomainīt ar citām līdzīgām sastāvdaļām, ja uzskaitītās nav pieejamas.

Pateicības:

Īpašs paldies Mičiganas Universitātes profesoram Ramam Vasudevanam par šī projekta finansēšanu un Mariama Runcie, M. D. no Hārvardas saistītās ārkārtas medicīnas rezidences Masačūsetsas vispārējā slimnīcā un Brigamas un sieviešu slimnīcā par medicīniskās pieredzes aizdošanu un atsauksmes sniegšanu par šo koncepciju.

Es vēlos arī atpazīt Christopher Zahner, M. D. un Aisen Chacin, PhD no UTMB, kuri patstāvīgi pielietoja līdzīgu dizainu, pirms ievietoju šo Instructable (ziņu raksts). Lai gan mana ierīce nav jauna, es ceru, ka šī detalizētā uzskaite par to, kā tā tika uzbūvēta, izrādīsies noderīga citiem, kas vēlas atjaunot vai uzlabot šo koncepciju.

Piegādes

Medicīniskās sastāvdaļas:

-Somas vārsta maska, ~ 30 USD (https://www.amazon.com/Simple-Breathing-Tool-Adult-Oxygen/dp/B082NK2H5R)

-Asinspiediena aproce, ~ 17 USD (https://www.amazon.com/gp/product/B00VGHZG3C)

Elektroniskās sastāvdaļas:

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

-3 virzienu elektroniskais solenoīda vārsts (12V), ~ 30 USD (https://www.mcmaster.com/61975k413)

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

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

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

-Miniatūra maizes dēlis, ~ 1 USD (https://www.amazon.com/gp/product/B07PZXD69L)

-Viendzīslu vads, ~ 15 ASV dolāri par visu dažādu krāsu komplektu (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid-different-colored-spools/dp/B07TX6BX47)

Citas sastāvdaļas:

-Misiņa dzeloņstieņu šļūtenes armatūra ar 10-32 vītnēm, ~ 4 USD (https://www.mcmaster.com/5346k93)

-(x2) Plastmasas dzeloņstieples caurule ar 1/4 NPT vītnēm, ~ 1 USD (https://www.mcmaster.com/5372k121)

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

-(x2) drupināšanas izturīgas skābekļa caurules, ~ 10 USD (https://www.amazon.com/dp/B07S427JSY)

-Maza kaste vai cits konteiners, kas kalpo kā elektronika un vārsta korpuss

1. darbība: savienojiet elektroniku

Izmantojot cieto vadu un miniatūru maizes dēli, pievienojiet Arduino, TIP 120 un potenciometru, kā parādīts elektroinstalācijas shēmā. Iespējams, vēlēsities arī Arduino un maizes dēli pielīmēt vai pielīmēt ar kartona gabalu, jo tas palīdzēs ierobežot nejaušu vadu vilkšanu.

Ņemiet vērā, ka 1k rezistors nav obligāts. Tas darbojas kā apdrošināšana pret elektriskajiem šortiem, bet, ja jums tā nav, varat to vienkārši nomainīt ar vadu, un visam vajadzētu darboties labi.

Arduino nevar vadīt vārstu tieši, jo tas prasa vairāk enerģijas, nekā var nodrošināt Arduino izejas tapas. Tā vietā Arduino vada TIP 120 tranzistoru, kas darbojas kā slēdzis, lai ieslēgtu un izslēgtu vārstu.

Potenciometrs darbojas kā "elpošanas ātruma regulēšanas poga". Poda iestatījumu maiņa maina sprieguma signālu Arduino A0 tapā. Kods, kas darbojas Arduino, pārveido šo spriegumu par "elpošanas ātrumu" un nosaka vārsta atvēršanas un aizvēršanās ātrumu, lai tas atbilstu tam.

2. darbība: savienojiet elektronisko solenoīda vārstu

Elektroniskais vārsts netiek piegādāts kopā ar vadiem, kas tam pievienoti, tāpēc tas jādara manuāli.

Vispirms noņemiet augšējo vāku, izmantojot Phillips galvas skrūvgriezi, lai atklātu tā trīs skrūvju spailes V+, V- un GND (skatiet fotoattēlu, lai noteiktu, kurš ir kurš)

Pēc tam pievienojiet vadus, saspiežot tos ar skrūvēm. Es ieteiktu V+ izmantot oranžu vai dzeltenu vadu (vai jebkuru krāsu, ko iepriekšējā solī izmantojāt 12 V vadam), zilu vai melnu V- un melnu GND (vai jebkuru krāsu, ko izmantojāt GND vadam) iepriekšējais solis. Es izmantoju melnu gan V-, gan GND, bet uz GND stieples uzliku nelielu gabalu lentes, lai es varētu tos atšķirt.

Kad vadi ir piestiprināti, uzlieciet vāku atpakaļ un pieskrūvējiet to vietā.

Pēc tam pievienojiet vadus maizes dēlim, kā parādīts atjauninātajā elektroinstalācijas shēmā.

Skaidrības labad ir iekļauta arī shēma, bet, ja jūs neesat pazīstams ar šāda veida apzīmējumiem, varat to vienkārši ignorēt:)

3. darbība: augšupielādējiet Arduino kodu un pārbaudiet elektroniku

Ja jums tā vēl nav, lejupielādējiet Arudino IDE vai atveriet tīmekļa redaktoru Arduino (https://www.arduino.cc/en/main/software).

Ja izmantojat tīmekļa redaktoru Arduino Create, šī projekta skicei varat piekļūt šeit. Ja datorā lokāli izmantojat Arduino IDE, skici varat lejupielādēt no šīs pamācības.

Atveriet skici, pievienojiet Arduino datoram, izmantojot USB printera kabeli, un augšupielādējiet skici Arduino. Ja jums ir problēmas ar skices augšupielādi, palīdzību var atrast šeit.

Tagad pievienojiet 12 V barošanas avotu. Vārstam periodiski vajadzētu radīt klikšķu skaņu un iedegties, kā parādīts videoklipā. Pagriežot potenciometra pogu pulksteņrādītāja virzienā, tai vajadzētu pārslēgties ātrāk un lēnāk, ja to pagriežat pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Ja tā nav jūsu rīcība, atgriezieties un pārbaudiet visas iepriekšējās darbības.

4. solis: pievienojiet dzeloņstieņu cauruļu savienotājus vārstam

Vārstam ir trīs pieslēgvietas: A, P un izplūde. Kad vārsts ir neaktīvs, A ir savienots ar izplūdes gāzu un P ir aizvērts. Kad vārsts ir aktīvs, A ir savienots ar P un izplūde ir aizvērta. Mēs savienosim P ar saspiesta gaisa avotu, A ar asinsspiediena aproci un izplūdes gāzu vakuumu. Izmantojot šo konfigurāciju, asinsspiediena aproce piepūšas, kad vārsts ir aktīvs, un iztukšojas, ja vārsts ir neaktīvs.

Izplūdes atvere ir veidota tā, lai tā būtu atvērta atmosfērai, taču mums tā jāpievieno vakuumam, lai asinsspiediena aproce ātrāk iztukšotos. Lai to izdarītu, vispirms noņemiet melno plastmasas vāciņu, kas pārklāj izplūdes atveri. Pēc tam novietojiet plastmasas starpliku virs atklātajiem pavedieniem un uz augšu pievienojiet misiņa dzeloņstieņa savienotāju.

Piestipriniet plastmasas dzeloņstieņa savienotājus portiem A un P. Pievelciet ar uzgriežņu atslēgu, lai nenotiktu noplūde.

5. solis: izveidojiet korpusu elektronikai

Tā kā neviens no vadiem nav pielodēts, ir svarīgi tos pasargāt no nejaušas vilkšanas un atvienošanas. To var izdarīt, ievietojot tos aizsargājošā korpusā.

Korpusam es izmantoju nelielu kartona kastīti (viena no McMaster nosūtīšanas kastēm, dažas detaļas bija iekļautas). Ja vēlaties, varat izmantot arī nelielu tupperware trauku vai kaut ko interesantāku.

Vispirms ielieciet traukā vārstu, Arduino un miniatūru maizes dēli. Pēc tam ieduriet/urbiet caurumus traukā 12 V strāvas kabelim un gaisa caurulēm. Kad caurumi ir pabeigti, karsta līme, lente vai rāvējslēdzējs sasien vārstu, Arduino un maizes dēli vēlamajās vietās.

6. darbība: aptiniet asinsspiediena aproci ap BVM

Atvienojiet piepūšamo spuldzi no asinsspiediena aproces (jums vajadzētu būt iespējai to vienkārši izvilkt). Nākamajā solī šī caurule tiks savienota ar elektronisko vārstu.

Aptiniet asinsspiediena aproci ap BVM. Pārliecinieties, ka aproce ir pēc iespējas ciešāka, nesabojājot maisu.

7. solis: pievienojiet gaisa caurules

Pēdējais solis ir asinsspiediena aproces, saspiestā gaisa avota un vakuuma avota pievienošana elektroniskajam vārstam.

Savienojiet asinsspiediena aproci ar vārsta A spaili.

Izmantojot skābekļa cauruli, savienojiet vārsta P spaili ar saspiesta gaisa avotu. Lielākajai daļai slimnīcu jābūt saspiestā gaisa izplūdes atverēm, kuru spiediens ir 4 bāri (58 psi) (avots).

Izmantojot citu skābekļa cauruli, pievienojiet vārsta izplūdes spaili vakuuma avotam. Lielākajai daļai slimnīcu ir jābūt vakuuma izvadiem, kas ir pieejami 400 mmHg (7,7 psi) zem atmosfēras (avots).

Ierīce ir pabeigta, izņemot nepieciešamās caurules/adapterus, lai savienotu BVM izeju ar pacienta plaušām. Es neesmu veselības aprūpes speciālists, tāpēc es neiekļāvu šos komponentus projektā, bet tiek pieņemts, ka tie būtu pieejami jebkurā slimnīcas vidē.

8. darbība: pārbaudiet ierīci

Pievienojiet ierīci elektrotīklam. Ja viss ir pareizi pievienots, asinsspiediena aprocei periodiski jāpiepumpējas un jāiztukšo, kā parādīts video.

Es neesmu veselības aprūpes speciālists, tāpēc man nav pieejams slimnīcas saspiesta gaisa vai vakuuma izvadi. Tāpēc es izmantoju nelielu gaisa kompresoru un vakuuma sūkni, lai pārbaudītu ierīci savās mājās. Es iestatīju kompresora spiediena regulatoru uz 4 bāriem (58 psi) un vakuumu uz -400 mmHg (-7,7 psi), lai pēc iespējas labāk simulētu slimnīcas izejas.

Dažas atrunas un lietas, kas jāņem vērā:

-Elpošanas ātrumu var regulēt, pagriežot potenciometru (12-40 elpas minūtē). Izmantojot saspiesta gaisa/vakuuma iestatījumus, es pamanīju, ka, ja elpošanas ātrums pārsniedz ~ 20 elpas minūtē, asinsspiediena aprocei nav laika pilnībā iztukšoties starp ieelpām. Tas var nebūt problēma, izmantojot slimnīcas gaisa izplūdes atveres, kuras, manuprāt, var nodrošināt lielāku plūsmas ātrumu bez tik liela spiediena krituma, bet es to nezinu droši.

-Maisa vārsts nav pilnībā saspiests katras elpas laikā. Tas var izraisīt nepietiekamu gaisa iesūknēšanu pacienta plaušās. Pārbaude ar medicīnisko elpceļu manekenu varētu atklāt, vai tas tā ir. Ja tā, to varētu novērst, palielinot inflācijas laiku katras elpas laikā, kas prasītu Arduino koda rediģēšanu.

-Es nepārbaudīju asinsspiediena aproces maksimālo spiediena ietilpību. 4 bāri ir daudz augstāks par spiedienu, kas parasti tiek izmantots asinsspiediena nolasīšanai. Asinsspiediena aproce manas pārbaudes laikā nesalūza, taču tas nenozīmē, ka tas nevarētu notikt, ja manžetes spiedienam pirms iztukšošanas ļautu pilnībā izlīdzināties.

-BVM ir paredzēts, lai nodrošinātu gaisa atbalstu bez papildu caurulēm starp vārstu un pacienta degunu/muti. Tādējādi reālai lietošanai cauruļu garums starp BVM un pacientu ir jāsamazina līdz minimumam.

-Šis ventilatora dizains nav apstiprināts FDA, un to vajadzētu uzskatīt tikai par PĒDĒJĀS RESORT iespēju. Tas tika apzināti veidots tā, lai to būtu viegli salikt no slimnīcas aprīkojuma un komerciālajām daļām situācijās, kad labākas/sarežģītākas alternatīvas vienkārši nav pieejamas. Uzlabojumi tiek mudināti!