„Pasidaryk pats“ventiliatorius naudojant įprastas medicinos priemones: 8 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Šiame projekte pateikiamos instrukcijos, kaip surinkti keičiamą ventiliatorių, skirtą naudoti avariniais atvejais, kai nėra pakankamai komercinių ventiliatorių, pvz., Dabartinės COVID-19 pandemijos. Šio ventiliatoriaus dizaino pranašumas yra tas, kad jis iš esmės tik automatizuoja rankinį vėdinimo įrenginį, kuris jau yra plačiai naudojamas ir priimtas medicinos bendruomenės. Be to, jis gali būti surinktas pirmiausia iš komponentų, kurie jau yra prieinami daugelyje ligoninių, ir nereikalauja jokių specialių gaminių (pvz., 3D spausdinimo, pjovimo lazeriu ir pan.).

Krepšio vožtuvo kaukė (BVM), taip pat žinoma kaip rankinis gaiviklis, yra rankinis prietaisas, naudojamas pacientams, kuriems reikia kvėpavimo pagalbos, užtikrinti ventiliaciją teigiamu slėgiu. Jie naudojami pacientams laikinai vėdinti, kai nėra mechaninių ventiliatorių, tačiau nenaudojami ilgą laiką, nes jiems reikia, kad žmogus reguliariai kvėpuotų.

Šis „pasidaryk pats“ventiliatorius automatizuoja BVM suspaudimą, kad jis galėtų būti naudojamas neribotą laiką vėdinti pacientą. Suspaudimas pasiekiamas pakartotinai pripučiant/išleidžiant kraujospūdžio manžetę, apvyniotą aplink BVM. Daugelyje ligoninių yra suslėgto oro ir vakuuminiai sieniniai lizdai, kuriais galima atitinkamai pripūsti ir ištuštinti kraujospūdžio manžetę. Solenoidinis vožtuvas reguliuoja suspausto oro srautą, kurį valdo „Arduino“mikrovaldiklis.

Išskyrus BVM ir kraujospūdžio manžetę (abu jau yra ligoninėse), šiam dizainui reikia mažiau nei 100 USD vertės dalių, kurias galima lengvai įsigyti iš internetinių pardavėjų, tokių kaip „McMaster-Carr“ir „Amazon“. Siūlomi siūlomi komponentai ir pirkimo nuorodos, tačiau daugelį dalių galite pakeisti kitais panašiais komponentais, jei jų nėra.

Padėkos:

Ypatingai dėkoju Mičigano universiteto profesoriui Ramui Vasudevanui už šio projekto finansavimą ir Mariama Runcie, M. D. iš Harvardo priklausomos skubios medicinos rezidentūros Masačusetso bendrojoje ligoninėje ir Brighamo ir moterų ligoninėje už suteiktą medicininę patirtį ir atsiliepimus apie koncepciją.

Taip pat noriu atpažinti Christopherį Zahnerį, M. D. ir Aiseną Chaciną, mokslų daktarą iš UTMB, kurie prieš paskelbdami šį „Instructable“(naujienų straipsnis), savarankiškai pritarė panašiam dizainui. Nors mano įrenginys nėra naujas, tikiuosi, kad ši išsami jo sukūrimo apskaita bus naudinga kitiems, norintiems atkurti ar patobulinti koncepciją.

Prekės

Medicinos komponentai:

-Krepšio vožtuvo kaukė, ~ 30 USD (https://www.amazon.com/Simple-Breathing-Tool-Adult-Oxygen/dp/B082NK2H5R)

-Kraujo spaudimo manžetė, ~ 17 USD (https://www.amazon.com/gp/product/B00VGHZG3C)

Elektroniniai komponentai:

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

-3 krypčių elektroninis elektromagnetinis vožtuvas (12V), ~ 30 USD (https://www.mcmaster.com/61975k413)

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

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

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

-Miniatiūrinė duonos lenta, ~ 1 USD (https://www.amazon.com/gp/product/B07PZXD69L)

-Vienvietis laidas, ~ 15 USD už visą skirtingų spalvų rinkinį (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid-different-color-spools/dp/B07TX6BX47)

Kiti komponentai:

-Žalvarinė spygliuota žarna su 10–32 sriegiais, ~ 4 USD (https://www.mcmaster.com/5346k93)

-(x2) Plastikinis spygliuotas vamzdis su 1/4 NPT sriegiais, ~ 1 USD (https://www.mcmaster.com/5372k121)

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

-(x2) gniuždymui atsparūs deguonies vamzdeliai, ~ 10 USD (https://www.amazon.com/dp/B07S427JSY)

-Maža dėžutė ar kita talpykla, skirta elektronikai ir vožtuvo korpusui

1 žingsnis: prijunkite elektroniką

Naudodami tvirtą laidą ir miniatiūrinę duonos lentą, prijunkite „Arduino“, TIP 120 ir potenciometrą, kaip parodyta elektros instaliacijos schemoje. Taip pat galbūt norėsite „Arduino“ir duonos lentą priklijuoti lipnia juosta arba karštu kliju prie kartono gabalo, nes tai padės apriboti atsitiktinį laidų tempimą.

Atminkite, kad 1k rezistorius yra neprivalomas. Tai veikia kaip draudimas nuo elektros šortų, tačiau jei neturite gulinčio, galite tiesiog pakeisti jį laidu ir viskas vis tiek turėtų veikti gerai.

„Arduino“negali tiesiogiai valdyti vožtuvo, nes jam reikia daugiau energijos, nei gali tiekti „Arduino“išvesties kaiščiai. Vietoj to, „Arduino“valdo TIP 120 tranzistorių, kuris veikia kaip jungiklis, įjungiantis ir išjungiantis vožtuvą.

Potenciometras veikia kaip „kvėpavimo greičio reguliavimo rankenėlė“. Pakeitus puodo nustatymą, įtampos signalas pasikeičia į „Arduino“A0 kaištį. „Arduino“veikiantis kodas konvertuoja tą įtampą į „kvėpavimo greitį“ir nustato vožtuvo atidarymo ir uždarymo greitį, kad jis atitiktų jį.

2 žingsnis: prijunkite elektroninį solenoidinį vožtuvą

Elektroninis vožtuvas nepristatomas su jokiais prie jo prijungtais laidais, todėl tai reikia padaryti rankiniu būdu.

Pirmiausia nuimkite viršutinį dangtelį, naudodami „Phillips“galvutės atsuktuvą, kad būtų parodyti trys jo varžtai: V+, V- ir GND (žiūrėkite nuotrauką, kad nustatytumėte, kuris iš jų yra)

Tada pritvirtinkite laidus, prispausdami juos varžtais. Aš siūlau naudoti oranžinę arba geltoną laidą V+ (arba bet kokią spalvą, kurią naudojote 12 V laidui ankstesniame žingsnyje), mėlyną arba juodą V-, o juodą-GND (arba bet kokią spalvą, kurią naudojote GND laidui) Ankstesnis žingsnis. Tiek V-, tiek GND naudojau juodą, bet ant GND vielos uždėjau nedidelę juostos dalį, kad galėčiau juos atskirti.

Kai laidai pritvirtinti, uždėkite dangtelį atgal ir užsukite.

Tada prijunkite laidus prie duonos lentos, kaip parodyta atnaujintoje elektros instaliacijos schemoje.

Aiškumo dėlei taip pat pridedama grandinės schema, tačiau jei nesate susipažinę su tokio tipo žymėjimais, galite tiesiog ignoruoti:)

3 veiksmas: įkelkite „Arduino“kodą ir išbandykite elektroniką

Jei to dar neturite, atsisiųskite „Arudino IDE“arba atidarykite „Arduino“žiniatinklio redaktorių (https://www.arduino.cc/en/main/software).

Jei naudojate „Arduino Create“žiniatinklio redaktorių, šio projekto eskizą galite pasiekti čia. Jei savo kompiuteryje naudojate „Arduino IDE“vietoje, eskizą galite atsisiųsti iš šios instrukcijos.

Atidarykite eskizą, prijunkite „Arduino“prie kompiuterio naudodami USB spausdintuvo kabelį ir įkelkite eskizą į „Arduino“. Jei kyla problemų įkeliant eskizą, pagalbos rasite čia.

Dabar prijunkite 12 V maitinimo šaltinį. Vožtuvas turi periodiškai skleisti spragtelėjimą ir užsidegti, kaip parodyta vaizdo įraše. Jei pasuksite potenciometro rankenėlę pagal laikrodžio rodyklę, ji turėtų persijungti greičiau, o lėčiau - pasukus prieš laikrodžio rodyklę. Jei matote ne tokį elgesį, grįžkite ir patikrinkite visus ankstesnius veiksmus.

4 žingsnis: pritvirtinkite spygliuotų vamzdžių jungtis prie vožtuvo

Vožtuvas turi tris prievadus: A, P ir išmetimo. Kai vožtuvas yra neaktyvus, A yra prijungtas prie išmetimo, o P yra uždarytas. Kai vožtuvas yra aktyvus, A yra prijungtas prie P, o išmetimas uždarytas. Mes prijungsime P prie suslėgto oro šaltinio, A - prie kraujospūdžio manžetės, o išmetimo - prie vakuumo. Naudojant šią konfigūraciją, kraujospūdžio manžetė išsipučia, kai vožtuvas yra aktyvus, ir išsipučia, kai vožtuvas yra neaktyvus.

Išmetimo anga sukurta taip, kad būtų atvira atmosferai, tačiau turime ją prijungti prie vakuumo, kad kraujospūdžio manžetė greičiau ištuštėtų. Norėdami tai padaryti, pirmiausia nuimkite juodą plastikinį dangtelį, uždengiantį išmetimo angą. Tada uždėkite plastikinį tarpiklį ant atvirų sriegių ir pritvirtinkite žalvarinę spygliuotą jungtį.

Pritvirtinkite plastikines spygliuotas jungtis prie prievadų A ir P. Priveržkite veržliarakčiu, kad nebūtų nuotėkio.

5 žingsnis: sukurkite elektronikos korpusą

Kadangi nė vienas iš laidų nėra lituojamas, svarbu juos apsaugoti nuo atsitiktinio tempimo ir atjungimo. Tai galima padaryti įdėjus juos į apsauginį korpusą.

Korpusui naudoju nedidelę kartoninę dėžę (viena iš „McMaster“siuntimo dėžučių buvo dalis dalių). Jei norite, taip pat galite naudoti nedidelį „tupperware“konteinerį arba ką nors malonesnio.

Pirmiausia įdėkite vožtuvą, „Arduino“ir miniatiūrinę duonos lentą. Tada įkiškite/gręžkite skyles 12 V maitinimo kabelio ir oro vamzdžių talpykloje. Užbaigus skyles, karštu klijais, juostele ar užtrauktuku suriškite vožtuvą, „Arduino“ir duonos lentą norimose vietose.

6 žingsnis: apvyniokite kraujospūdžio manžetę aplink BVM

Atjunkite pripūtimo lemputę nuo kraujospūdžio manžetės (turėtumėte ją tiesiog ištraukti). Kitame žingsnyje šis vamzdis bus prijungtas prie elektroninio vožtuvo.

Apvyniokite kraujospūdžio manžetę aplink BVM. Įsitikinkite, kad manžetė yra kiek įmanoma tvirtesnė, nesugriuvus maišelio.

7 žingsnis: pritvirtinkite oro vamzdelius

Paskutinis žingsnis yra prijungti kraujospūdžio manžetę, suspausto oro šaltinį ir vakuumo šaltinį prie elektroninio vožtuvo.

Prijunkite kraujospūdžio manžetę prie vožtuvo A gnybto.

Naudodami deguonies vamzdelį, prijunkite vožtuvo P gnybtą prie suslėgto oro šaltinio. Daugelyje ligoninių turėtų būti suspausto oro išleidimo angos, kurių slėgis yra 4 barai (58 psi) (šaltinis).

Naudodami kitą deguonies vamzdelį, prijunkite vožtuvo išmetimo gnybtą prie vakuumo šaltinio. Daugelyje ligoninių turėtų būti vakuuminiai išėjimai, esant 400 mmHg (7,7 psi) žemiau atmosferos (šaltinis).

Prietaisas jau yra sukomplektuotas, išskyrus vamzdelius/adapterius, reikalingus prijungti BVM išleidimo angą prie paciento plaučių. Nesu sveikatos priežiūros specialistas, todėl į šį projektą neįtraukiau šių komponentų, tačiau manoma, kad jie būtų prieinami bet kurioje ligoninėje.

8 veiksmas: išbandykite įrenginį

Įjunkite įrenginį. Jei viskas tinkamai prijungta, kraujospūdžio manžetė turi periodiškai išsipūsti ir ištuštėti, kaip parodyta vaizdo įraše.

Nesu sveikatos priežiūros specialistas, todėl neturiu prieigos prie ligoninių suslėgto oro ar vakuuminių išleidimo angų. Todėl savo namuose esantį prietaisą išbandžiau nedideliu oro kompresoriumi ir vakuuminiu siurbliu. Kompresoriaus slėgio reguliatorių nustatiau į 4 barus (58 psi), o vakuumą -iki -400 mmHg (-7,7 psi), kad kuo geriau imituotų ligoninės išėjimus.

Kai kurie atsisakymai ir dalykai, į kuriuos reikia atsižvelgti:

-Kvėpavimo dažnį galima reguliuoti sukant potenciometrą (nuo 12 iki 40 įkvėpimų per minutę). Naudodamas suslėgto oro/vakuumo nustatymą, pastebėjau, kad esant didesniam nei 20 įkvėpimų per minutę kvėpavimo dažniui, kraujospūdžio manžetė neturi laiko visiškai ištuštėti tarp įkvėpimų. Tai gali būti ne problema, kai naudojate ligoninės oro išleidimo angas, kurios, manau, gali tiekti didesnį srautą be didelio slėgio kritimo, bet aš tikrai nežinau.

-Kiekvieno įkvėpimo metu maišo vožtuvas nėra visiškai suspaustas. Dėl to į paciento plaučius gali būti pumpuojamas nepakankamas oras. Bandymas su medicininiu kvėpavimo takų manekenu gali atskleisti, ar taip yra. Jei taip, tai gali būti ištaisyta padidinus infliacijos laiką kiekvieno įkvėpimo metu, o tai pareikalaus redaguoti „Arduino“kodą.

-Aš neišbandžiau maksimalaus slėgio manžetės slėgio. 4 barai yra daug didesnis nei slėgis, kuris paprastai naudojamas matuojant kraujospūdį. Bandymo metu kraujospūdžio manžetė nesulaužė, tačiau tai nereiškia, kad tai negalėjo atsitikti, jei manžetės slėgiui buvo leista visiškai išlyginti prieš išleidžiant orą.

-A BVM yra skirtas palaikyti orą be jokių papildomų vamzdelių tarp vožtuvo ir paciento nosies/burnos. Taigi, norint realiai naudoti, vamzdžių ilgis tarp BVM ir paciento turėtų būti kuo mažesnis.

-Šis ventiliatoriaus dizainas nėra patvirtintas FDA ir turėtų būti laikomas tik PASKUTINIO ATSTOVO galimybe. Jis buvo sąmoningai suprojektuotas taip, kad būtų lengva surinkti iš ligoninės įrangos ir komercinių dalių tais atvejais, kai geresnių/sudėtingesnių alternatyvų tiesiog nėra. Patobulinimai skatinami!