DIY ventilátor s použitím běžného zdravotnického materiálu: 8 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Tento projekt poskytuje pokyny pro montáž řadicího ventilátoru pro použití v nouzových scénářích, když není k dispozici dostatek komerčních ventilátorů, jako je aktuální pandemie COVID-19. Výhodou této konstrukce ventilátoru je, že v podstatě automatizuje použití ručního ventilačního zařízení, které je již široce používáno a akceptováno lékařskou komunitou. Navíc jej lze sestavit primárně z komponent, které jsou již k dispozici ve většině nemocničních zařízení, a nevyžaduje žádné vlastní zhotovování jakýchkoli dílů (např. 3D tisk, laserové řezání atd.).

Maska ventilového vaku (BVM), známá také jako ruční resuscitátor, je ruční zařízení používané k zajištění přetlakové ventilace u pacientů, kteří potřebují pomoc s dýcháním. Používají se k zajištění dočasné ventilace pacientům, když nejsou k dispozici mechanické ventilátory, ale nepoužívají se delší dobu, protože vyžadují, aby člověk v pravidelných dechových intervalech mačkal vak.

Tento kutilský ventilátor automatizuje stlačení BVM, takže jej lze použít k ventilaci pacienta na dobu neurčitou. Stlačování se dosahuje opakovaným nafouknutím/vyfouknutím manžety krevního tlaku omotané kolem BVM. Většina nemocnic je vybavena výstupy stlačeného vzduchu a vakua, které lze použít k nafouknutí a vyfouknutí manžety krevního tlaku. Elektromagnetický ventil reguluje průtok stlačeného vzduchu, který je řízen mikrokontrolérem Arduino.

Kromě BVM a manžety na krevní tlak (oba jsou již k dispozici v nemocnicích) tento design vyžaduje součásti v hodnotě méně než 100 USD, které lze snadno zakoupit u online prodejců, jako jsou McMaster-Carr a Amazon. K dispozici jsou navrhované součásti a odkazy na nákup, ale mnoho částí můžete vyměnit za jiné podobné součásti, pokud uvedené nejsou k dispozici.

Poděkování:

Zvláštní poděkování patří profesoru Ramu Vasudevanovi z University of Michigan za financování tohoto projektu a Mariamě Runcie, MD z Harvard Affiliated Emergency Medicine Residency ve Massachusetts General Hospital a Brigham and Women Hospital za zapůjčení jejích lékařských znalostí a poskytnutí zpětné vazby na koncept.

Také chci poznat Christophera Zahnera, MD a Aisena Chacina, PhD z UTMB, kteří nezávisle konvergovali k podobnému designu, než jsem zveřejnil tento Instructable (zpravodajský článek). I když moje zařízení není nové, doufám, že toto podrobné účtování o tom, jak bylo postaveno, se bude hodit ostatním, kteří chtějí koncept znovu vylepšit nebo vylepšit.

Zásoby

Lékařské komponenty:

-Maska ventilového vaku, ~ 30 $ (https://www.amazon.com/Simple-Breathing-Tool-Adult-Oxygen/dp/B082NK2H5R)

-Tlaková manžeta na krev, ~ 17 $ (https://www.amazon.com/gp/product/B00VGHZG3C)

Elektronické komponenty:

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

-3-cestný elektronický elektromagnetický ventil (12V), ~ 30 $ (https://www.mcmaster.com/61975k413)

-12 V nástěnný adaptér, ~ 10 $ (https://www.amazon.com/gp/product/B01GD4ZQRS)

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

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

-Miniaturní prkénko, ~ 1 $ (https://www.amazon.com/gp/product/B07PZXD69L)

-Jednožilový vodič, ~ 15 $ za celou sadu různých barev (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid-different-colored-spools/dp/B07TX6BX47)

Další komponenty:

-Mosazná armatura s ostnatou hadicí se závity 10-32, ~ 4 $ (https://www.mcmaster.com/5346k93)

-(x2) Kování z plastové ostnaté trubky se závity 1/4 NPT, ~ 1 $ (https://www.mcmaster.com/5372k121)

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

-(x2) Kyslíkové trubice odolné proti rozdrcení, ~ 10 $ (https://www.amazon.com/dp/B07S427JSY)

-Malý box nebo jiný kontejner, který slouží jako elektronika a pouzdro ventilu

Krok 1: Zapojte elektroniku

Pomocí drátu s plným jádrem a miniaturního prkénka propojte Arduino, TIP 120 a potenciometr podle schématu zapojení. Můžete také chtít pásku nebo horké lepidlo Arduino a breadboard na kus lepenky, protože to pomůže omezit náhodné tahání za dráty.

Mějte na paměti, že 1k odpor je volitelný. Funguje jako pojistka proti elektrickým zkratům, ale pokud ho nemáte položený, můžete jej jednoduše nahradit drátem a vše by mělo fungovat dobře.

Arduino nemůže pohánět ventil přímo, protože vyžaduje více energie, než mohou poskytnout výstupní kolíky Arduina. Místo toho Arduino pohání tranzistor TIP 120, který funguje jako spínač pro zapnutí a vypnutí ventilu.

Potenciometr funguje jako „knoflík pro nastavení rychlosti dýchání“. Vyladěním nastavení hrnce se změní napěťový signál na pin A0 Arduina. Kód běžící na Arduinu převádí toto napětí na „rychlost dýchání“a nastavuje rychlost otevírání a zavírání ventilu, aby tomu odpovídala.

Krok 2: Zapojte elektronický elektromagnetický ventil

Elektronický ventil není dodáván s připojenými vodiči, takže to musíte provést ručně.

Nejprve sejměte horní kryt pomocí šroubováku s křížovou hlavou, abyste odhalili jeho tři šroubové svorky V+, V- a GND (na fotografii zjistěte, který je který)

Poté připevněte dráty jejich sevřením šrouby. Navrhoval bych použít oranžový nebo žlutý vodič pro V+ (nebo jakoukoli barvu, kterou jste použili pro vodič 12 v předchozím kroku), modrou nebo černou pro V- a černou pro GND (nebo jakoukoli barvu, kterou jste použili pro vodič GND na Předchozí krok: Použil jsem černou pro V i GND, ale na drát GND jsem dal kousek pásky, abych je mohl rozlišit.

Jakmile jsou vodiče připojeny, nasaďte kryt zpět a přišroubujte jej.

Poté připojte vodiče k prkénku podle aktualizovaného schématu zapojení.

Pro přehlednost je také zahrnuto schéma zapojení, ale pokud tento typ notace neznáte, můžete jej jednoduše ignorovat:)

Krok 3: Nahrajte kód Arduino a otestujte elektroniku

Pokud ji ještě nemáte, stáhněte si Arudino IDE nebo otevřete webový editor Arduino (https://www.arduino.cc/en/main/software).

Pokud používáte webový editor Arduino Create, můžete se ke skice tohoto projektu dostat zde. Pokud ve svém počítači používáte Arduino IDE lokálně, můžete si skicu stáhnout z tohoto Instructable.

Otevřete skicu, připojte Arduino k počítači pomocí kabelu USB tiskárny a nahrajte skicu do Arduina. Pokud máte potíže s nahráváním skici, nápovědu najdete zde.

Nyní připojte napájecí zdroj 12V. Ventil by měl pravidelně vydávat cvaknutí a rozsvítit se, jak ukazuje video. Pokud otočíte knoflíkem potenciometru ve směru hodinových ručiček, měl by se přepínat rychleji a pomaleji, pokud jím otáčíte proti směru hodinových ručiček. Pokud toto není chování, které vidíte, vraťte se a zkontrolujte všechny předchozí kroky.

Krok 4: Připojte konektory ostnaté trubky k ventilu

Ventil má tři porty: A, P a výfuk. Když je ventil neaktivní, A je připojen k výfuku a P je uzavřen. Když je ventil aktivní, A je připojen k P a výfuk je uzavřen. Připojíme P ke zdroji stlačeného vzduchu, A k manžetě krevního tlaku a výfuku k vakuu. U této konfigurace se manžeta krevního tlaku nafoukne, když je ventil aktivní, a vyfoukne se, když je ventil neaktivní.

Výfukový port je navržen tak, aby byl otevřený atmosféře, ale potřebujeme jej připojit k vakuu, aby se manžeta krevního tlaku vypustila rychleji. Chcete -li to provést, nejprve odstraňte černý plastový kryt zakrývající výfukový port. Poté umístěte plastovou rozpěrku na odkryté závity a nahoře připojte mosazný ostnatý konektor.

Připojte plastové ostnaté konektory k portům A a P. Utáhněte klíčem, aby nedošlo k úniku.

Krok 5: Vytvořte pouzdro pro elektroniku

Protože žádný z vodičů není připájen na místě, je důležité je chránit před náhodným přetažením a odpojením. To lze provést jejich umístěním do ochranného pouzdra.

Na pouzdro jsem použil malou kartonovou krabici (jeden z přepravních boxů McMaster, některé části přišly). Můžete také použít malou nádobu na tupperware nebo něco, co chcete.

Nejprve do nádoby rozložte ventil, Arduino a miniaturní prkénko. Poté do nádoby vypíchněte/vyvrtejte otvory pro napájecí kabel 12 V a vzduchové trubice. Jakmile jsou otvory hotové, nalepte horké lepidlo, pásku nebo zip ventil, Arduino a prkénko na požadovaná místa.

Krok 6: Omotejte manžetu krevního tlaku kolem BVM

Odpojte inflační baňku od manžety krevního tlaku (měli byste ji jednoduše vytáhnout). V dalším kroku bude tato trubice připojena k elektronickému ventilu.

Omotejte manžetu krevního tlaku kolem BVM. Ujistěte se, že je manžeta co nejtěsnější, aniž by se vak složil.

Krok 7: Připojte vzduchové trubice

Posledním krokem je připojení manžety krevního tlaku, zdroje stlačeného vzduchu a zdroje vakua k elektronickému ventilu.

Připojte manžetu krevního tlaku k terminálu A ventilu.

Pomocí kyslíkové trubice připojte koncovku P ventilu ke zdroji stlačeného vzduchu. Většina nemocnic by měla mít k dispozici vývody stlačeného vzduchu pod tlakem 4 bary (58 psi) (zdroj).

Pomocí další kyslíkové trubice připojte výfukový terminál ventilu ke zdroji vakua. Většina nemocnic by měla mít k dispozici vakuové vývody o 400 mmHg (7,7 psi) pod atmosférou (zdroj).

Zařízení je nyní kompletní, kromě nezbytných zkumavek/adaptérů pro připojení výstupu BVM do plic pacienta. Nejsem zdravotník, takže jsem tyto komponenty do návrhu nezahrnul, ale předpokládá se, že budou k dispozici v jakémkoli nemocničním prostředí.

Krok 8: Otestujte zařízení

Připojte zařízení. Pokud je vše správně připojeno, manžeta krevního tlaku by se měla pravidelně nafouknout a vyfouknout, jak ukazuje video.

Nejsem zdravotník, takže nemám přístup k nemocničním výstupům stlačeného vzduchu nebo vakua. Proto jsem použil malý vzduchový kompresor a vakuovou pumpu k otestování zařízení u mě doma. Nastavil jsem regulátor tlaku na kompresoru na 4 bary (58 psi) a podtlak na -400 mmHg (-7,7 psi), abych co nejlépe simuloval nemocniční vývody.

Některé zřeknutí se odpovědnosti a věci, které je třeba zvážit:

-Rychlost dýchání lze nastavit otočením potenciometru (mezi 12-40 dechy za minutu). Pomocí svého nastavení stlačeného vzduchu/vakua jsem si všiml, že pro rychlosti dýchání větší než ~ 20 dechů za minutu manžeta krevního tlaku nemá čas zcela vypustit mezi nádechy. To nemusí být problém při použití nemocničních vzduchových vývodů, které, jak předpokládám, mohou poskytovat vyšší průtoky bez tak velkého poklesu tlaku, ale nevím to jistě.

-Ventil vaku není při každém nádechu zcela stlačen. To může mít za následek nedostatečné čerpání vzduchu do plic pacientů. Testování na figuríně lékařských dýchacích cest by mohlo odhalit, zda tomu tak je. Pokud ano, mohlo by to být napraveno prodloužením doby nafukování během každého dechu, což by vyžadovalo úpravu kódu Arduino.

-Netestoval jsem maximální tlakovou kapacitu manžety na krevní tlak. 4 bary jsou mnohem vyšší než tlak, který se běžně používá při měření krevního tlaku. Během mého testování se manžeta krevního tlaku nerozbila, ale to neznamená, že by se to nemohlo stát, pokud by se tlak v manžetě nechal před vyfouknutím plně vyrovnat.

-A BVM je navržen tak, aby poskytoval vzduchovou podporu bez dalších hadiček mezi ventilem a nosem/ústy pacienta. Pro skutečnou aplikaci by tedy měla být délka hadičky mezi BVM a pacientem omezena na minimum.

-Tato konstrukce ventilátoru není schválena FDA a měla by být považována pouze za možnost POSLEDNÍ RESORT. Byl záměrně navržen tak, aby byl snadno sestavitelný z nemocničního vybavení a komerčních dílů pro situace, kde lepší/sofistikovanější alternativy prostě nejsou k dispozici. Doporučujeme vylepšení!