Направи си сам вентилатор с обичайни медицински консумативи: 8 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Този проект предоставя инструкции за сглобяване на променлив вентилатор за използване в аварийни ситуации, когато не са налични достатъчно търговски вентилатори, като настоящата пандемия COVID-19. Предимство на този дизайн на вентилатора е, че той по същество просто автоматизира използването на ръчно вентилационно устройство, което вече е широко използвано и прието от медицинската общност. Плюс това, той може да бъде сглобен предимно от компоненти, които вече са налични в повечето болнични настройки и не изисква персонализирано изработване на никакви части (например 3D печат, лазерно рязане и т.н.).

Маска с клапанен чувал (BVM), известна още като ръчен реаниматор, е ръчно устройство, използвано за осигуряване на вентилация с положително налягане на пациенти, които се нуждаят от помощ при дишане. Те се използват за осигуряване на временна вентилация на пациентите, когато механичните вентилатори не са налични, но не се използват за продължителни периоди от време, тъй като изискват човек да стиска торбата на редовни интервали от дишане.

Този вентилатор „направи си сам“автоматизира изстискването на BVM, така че да може да се използва за вентилация на пациент за неопределено време. Стискането се постига чрез многократно напомпване/издуване на маншет за кръвно налягане, увит около BVM. Повечето болници са оборудвани с изходи за сгъстен въздух и вакуумни стени, които могат да се използват съответно за надуване и издухване на маншета за кръвно налягане. Соленоиден клапан регулира потока на сгъстен въздух, който се управлява от микроконтролер Arduino.

Освен BVM и маншета за кръвно налягане (и двете вече се предлагат в болниците), този дизайн изисква части на стойност по-малко от 100 долара, които могат лесно да бъдат закупени от онлайн продавачи като McMaster-Carr и Amazon. Предлагат се предложени компоненти и връзки за покупка, но можете да замените много от частите с други подобни компоненти, ако изброените не са налични.

Благодарности:

Специални благодарности на професор Рам Васудеван от Мичиганския университет за финансирането на този проект и на д -р Марияма Рънси от Харвардската асоциация по спешна медицина в Общата болница в Масачузетс и Болницата на Бригъм и Жена за предоставяне на нейния медицински опит и предоставяне на обратна връзка по концепцията.

Също така искам да призная д -р Кристофър Загнер и доктор Айсен Чачин от UTMB, които независимо се сближиха по подобен дизайн, преди да публикувам тази инструкция (статия с новини). Докато моето устройство не е ново, надявам се, че това подробно отчитане на начина, по който е построено, ще се окаже полезно за други, които искат да пресъздадат или подобрят концепцията.

Консумативи

Медицински компоненти:

-Маска за клапан на чанта, ~ $ 30 (https://www.amazon.com/Simple-Breathing-Tool-Adult-Oxygen/dp/B082NK2H5R)

-Маншет за кръвно налягане, ~ $ 17 (https://www.amazon.com/gp/product/B00VGHZG3C)

Електронни компоненти:

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

-3-пътен електронен електромагнитен клапан (12V), ~ $ 30 (https://www.mcmaster.com/61975k413)

-12 V адаптер за стена, ~ $ 10 (https://www.amazon.com/gp/product/B01GD4ZQRS)

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

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

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

-Едножилен проводник, ~ $ 15 за цял набор от различни цветове (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid-different-colored-spools/dp/B07TX6BX47)

Други компоненти:

-Фитинги от месингов бодлив маркуч с 10-32 нишки, ~ $ 4 (https://www.mcmaster.com/5346k93)

-(x2) Пластмасова бодлива тръбна арматура с резба 1/4 NPT, ~ $ 1 (https://www.mcmaster.com/5372k121)

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

-(x2) Устойчиви на смачкване кислородни тръби, ~ $ 10 (https://www.amazon.com/dp/B07S427JSY)

-Малка кутия или друг контейнер, който да служи като електроника и корпус на клапана

Стъпка 1: Свържете електрониката

С помощта на жицата с твърдо жило и миниатюрната платка свържете Arduino, TIP 120 и потенциометъра, както е показано на електрическата схема. Може също така да искате да залепите с лепенка или горещо залепете Arduino и дъската за парче картон, тъй като това ще помогне да се ограничи случайното дърпане на проводниците.

Обърнете внимание, че 1k резисторът не е задължителен. Той работи като застраховка срещу електрически къси панталони, но ако нямате такъв, можете просто да го замените с проводник и всичко трябва да работи добре.

Arduino не може да задвижва клапана директно, защото изисква повече енергия, отколкото изходните щифтове на Arduino могат да осигурят. Вместо това Arduino задвижва транзистора TIP 120, който действа като превключвател за включване и изключване на клапана.

Потенциометърът действа като "копче за регулиране на скоростта на дишане". Промяната на настройката на пота променя сигнала на напрежението в A0 пина на Arduino. Кодът, работещ на Arduino, преобразува това напрежение в "скорост на дишане" и задава скоростта на отваряне и затваряне на клапана, за да съответства на него.

Стъпка 2: Свържете електронния електромагнитен клапан

Електронният вентил не се доставя със свързани към него проводници, така че това трябва да стане ръчно.

Първо премахнете горния капак с помощта на отвертка с глава Phillips, за да изложите трите му винтови клеми, V+, V- и GND (вижте снимката, за да определите кое е кое)

След това прикрепете проводниците, като ги затегнете с винтовете. Предлагам да използвате оранжев или жълт проводник за V+ (или какъвто и да е цвят, който сте използвали за 12V проводника на предишната стъпка), син или черен за V- и черен за GND (или какъвто и цвят да сте използвали за проводника GND на предишна стъпка: Използвах черно за V- и GND, но сложих малко парче лента върху проводника GND, за да мога да ги различа.

След като проводниците са прикрепени, поставете обратно капака и го завийте на място.

След това свържете проводниците към основната платка, както е показано в актуализираната електрическа схема.

За по -голяма яснота е включена и електрическа схема, но ако не сте запознати с този тип нотация, можете просто да я игнорирате:)

Стъпка 3: Качете Arduino код и тествайте електрониката

Ако все още не го имате, изтеглете Arudino IDE или отворете уеб редактора на Arduino (https://www.arduino.cc/en/main/software).

Ако използвате уеб редактора Arduino Create, можете да получите достъп до скицата за този проект тук. Ако използвате Arduino IDE локално на вашия компютър, можете да изтеглите скицата от тази инструкция.

Отворете скицата, свържете Arduino към компютъра си чрез USB кабел за принтер и качете скицата в Arduino. Ако имате проблеми с качването на скицата, помощ можете да намерите тук.

Сега включете 12V захранването. Вентилът трябва периодично да издава щракване и да светва, както е показано във видеото. Ако завъртите копчето на потенциометъра по посока на часовниковата стрелка, той трябва да превключи по -бързо и по -бавно, ако го завъртите обратно на часовниковата стрелка. Ако това не е поведението, което виждате, върнете се и проверете всички предишни стъпки.

Стъпка 4: Прикрепете конекторите с бодлива тръба към клапана

Клапанът има три порта: A, P и изпускателен. Когато вентилът е неактивен, A е свързан към изпускателната система и P е затворен. Когато вентилът е активен, A се свързва с P и изпускателната тръба се затваря. Ще свържем P към източник на сгъстен въздух, A към маншета за кръвно налягане, а изпускателната система към вакуум. При тази конфигурация маншетът за кръвно налягане ще се надуе, когато вентилът е активен, и ще се изпусне, когато клапанът е неактивен.

Изпускателният порт е проектиран просто да бъде отворен към атмосферата, но трябва да го свържем с вакуум, така че маншетът за кръвно налягане да се издухва по -бързо. За да направите това, първо свалете черната пластмасова капачка, покриваща изпускателния порт. След това поставете пластмасовия дистанционер върху откритите нишки и прикрепете месинговия бодлив конектор отгоре.

Прикрепете пластмасови бодливи съединители към портове A и P. Затегнете с гаечен ключ, за да се гарантира, че няма течове.

Стъпка 5: Създайте жилища за електроника

Тъй като нито един от проводниците не е запоен на място, важно е да ги предпазите от случайно издърпване и изключване. Това може да стане, като ги поставите в защитен корпус.

За корпуса използвах малка картонена кутия (една от кутиите за доставка на McMaster, някои от частите влязоха). Можете също така да използвате малък контейнер за tupperware или нещо по -любимо, ако желаете.

Първо, поставете клапана, Arduino и миниатюрна платка в контейнера. След това пробийте/пробийте дупки в контейнера за захранващия кабел 12V и въздушните тръби. След като дупките приключат, горещо лепило, лента или цип завържете клапана, Arduino и дъската на желаните от тях места.

Стъпка 6: Увийте маншета за кръвно налягане около BVM

Извадете крушката за надуване от маншета за кръвно налягане (трябва да можете просто да го издърпате). В следващата стъпка тази тръба ще бъде свързана с електронния вентил.

Увийте маншета за кръвно налягане около BVM. Уверете се, че маншетът е възможно най -стегнат, без да срутвате чантата.

Стъпка 7: Прикрепете въздушни тръби

Последната стъпка е да свържете маншета за кръвно налягане, източника на сгъстен въздух и източника на вакуум към електронния вентил.

Свържете маншета за кръвно налягане към терминала А на клапана.

С помощта на кислородна тръба свържете P извода на клапана към източника на сгъстен въздух. Повечето болници трябва да имат изходи за сгъстен въздух при налягане от 4 бара (58 psi) (източник).

Използвайки друга кислородна тръба, свържете изходящия извод на клапана към източника на вакуум. Повечето болници трябва да имат вакуумни изходи на 400 mmHg (7,7 psi) под атмосферата (източник).

Устройството вече е завършено, с изключение на необходимите тръби/адаптери за свързване на изхода на BVM към белите дробове на пациента. Аз не съм медицински специалист, затова не включих тези компоненти в дизайна, но се предполага, че те биха били налични във всяка болнична обстановка.

Стъпка 8: Тествайте устройството

Включете устройството. Ако всичко е свързано правилно, маншетът за кръвно налягане трябва периодично да се надува и издухва, както е показано във видеото.

Аз не съм медицински специалист, така че нямам достъп до болничен сгъстен въздух или изходи за вакуум. Затова използвах малък въздушен компресор и вакуумна помпа, за да тествам устройството в дома си. Зададох регулатора на налягането на компресора на 4 bar (58 psi) и вакуума на -400 mmHg (-7.7 psi), за да симулира възможно най -добре болничните изходи.

Някои отказвания и неща, които трябва да имате предвид:

-Честотата на дишане може да се регулира чрез завъртане на потенциометъра (между 12-40 вдишвания в минута). Използвайки моята настройка за сгъстен въздух/вакуум, забелязах, че при честота на дишане, по -голяма от ~ 20 вдишвания в минута, маншетът за кръвно налягане няма време да се изпусне напълно между вдишванията. Това може да не е проблем, когато използвате изходи за болничен въздух, които предполагам, че могат да осигурят по -високи дебити без толкова голям спад на налягането, но не знам със сигурност.

-Кранчето на торбата не се компресира напълно при всяко вдишване. Това може да доведе до недостатъчно изпомпване на въздух в белите дробове на пациентите. Тестването върху манекен на медицински дихателни пътища може да разкрие дали това е така. Ако е така, това би могло да бъде отстранено чрез увеличаване на времето за надуване по време на всяко вдишване, което би изисквало редактиране на кода на Arduino.

-Не съм тествал максималния капацитет на налягане за маншета за кръвно налягане. 4 бара е много по -високо от нормалното налягане при отчитане на кръвното налягане. Маншетът за кръвно налягане не се счупи по време на тестването ми, но това не означава, че това не може да се случи, ако налягането в маншета се остави да се изравни напълно, преди да се спусне.

-A BVM е проектиран да осигурява въздушна опора без никакви допълнителни тръбички между клапана и носа/устата на пациента. По този начин, за реално приложение, дължината на тръбите между BVM и пациента трябва да бъде сведена до минимум.

-Този дизайн на вентилатора не е одобрен от FDA и трябва да се разглежда само като опция ПОСЛЕДЕН КУРОРТ. Умишлено е проектиран да бъде лесен за сглобяване от болнично оборудване и търговски части за ситуации, в които по -добри/по -сложни алтернативи просто не са налични. Подобренията се насърчават!