Ventilator DIY Menggunakan Bekalan Perubatan Biasa: 8 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Projek ini memberikan arahan untuk memasang ventilator make-shift untuk digunakan dalam senario kecemasan apabila ventilator komersial tidak mencukupi, seperti pandemik COVID-19 semasa. Kelebihan reka bentuk ventilator ini adalah pada dasarnya hanya mengautomasikan penggunaan alat pengudaraan manual yang sudah banyak digunakan dan diterima oleh komuniti perubatan. Selain itu, ia dapat dipasang terutamanya dari komponen yang sudah tersedia di kebanyakan tempat tinggal di hospital dan ia tidak memerlukan fabrikasi khas mana-mana bahagian (mis. Percetakan 3d, pemotongan laser, dll.).

Beg injap beg (BVM), juga dikenal sebagai alat resusitasi manual, adalah alat genggam yang digunakan untuk memberikan pengudaraan tekanan positif kepada pesakit yang memerlukan bantuan pernafasan. Mereka digunakan untuk memberikan ventilasi sementara kepada pasien ketika ventilator mekanik tidak tersedia, tetapi tidak digunakan untuk jangka waktu yang lama kerana mereka memerlukan manusia untuk memerah beg pada selang waktu bernafas secara berkala.

Ventilator DIY ini mengotomatiskan pemerasan BVM sehingga dapat digunakan untuk mengudarakan pesakit untuk jangka waktu yang tidak terbatas. Memerah dicapai dengan berulang kali mengembang / mengempis manset tekanan darah yang melilit BVM. Sebilangan besar hospital dilengkapi dengan saluran udara bertekanan dan vakum, yang masing-masing dapat digunakan untuk mengembang dan mengempis manset tekanan darah. Injap solenoid mengatur aliran udara termampat, yang dikendalikan oleh mikrokontroler Arduino.

Selain BVM dan tekanan darah (kedua-duanya sudah tersedia di hospital), reka bentuk ini memerlukan bahagian yang bernilai kurang dari $ 100, yang boleh dibeli dengan mudah dari penjual dalam talian seperti McMaster-Carr dan Amazon. Komponen dan pautan pembelian yang dicadangkan disediakan, tetapi anda boleh menukar banyak bahagian dengan komponen lain yang serupa jika yang disenaraikan tidak tersedia.

Ucapan terima kasih:

Terima kasih khas kepada Profesor Ram Vasudevan di University of Michigan kerana membiayai projek ini dan Mariama Runcie, MD dari Harvard Affiliated Medicine Medicine Residency di Massachusetts General Hospital dan Brigham and Women's Hospital kerana memberikan kepakaran perubatannya dan memberikan maklum balas mengenai konsep tersebut.

Saya juga ingin mengenali Christopher Zahner, M. D. dan Aisen Chacin, PhD dari UTMB yang secara bebas menggunakan reka bentuk yang serupa sebelum saya menyiarkan Instructable ini (artikel berita). Walaupun peranti saya tidak baru, saya berharap perakaunan terperinci tentang bagaimana ia dibina akan berguna bagi orang lain yang ingin mencipta atau memperbaiki konsep.

Bekalan

Komponen Perubatan:

-Bag valve mask, ~ $ 30 (https://www.amazon.com/Simple-Breathing-Tool-Adult-Oxygen/dp/B082NK2H5R)

-Set tekanan darah, ~ $ 17 (https://www.amazon.com/gp/product/B00VGHZG3C)

Komponen elektronik:

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

-3 injap solenoid elektronik (12V), ~ $ 30 (https://www.mcmaster.com/61975k413)

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

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

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

-Papan roti mini, ~ $ 1 (https://www.amazon.com/gp/product/B07PZXD69L)

-Kawat teras tunggal, ~ $ 15 untuk satu set pelbagai warna (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid-different-colored-spools/dp/B07TX6BX47)

Komponen lain:

-Selang berduri tembaga yang sesuai dengan benang 10-32, ~ $ 4 (https://www.mcmaster.com/5346k93)

- (x2) Pemasangan tiub berduri plastik dengan benang 1/4 NPT, ~ $ 1 (https://www.mcmaster.com/5372k121)

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

- (x2) Tiub oksigen tahan hancur, ~ $ 10 (https://www.amazon.com/dp/B07S427JSY)

- Kotak kecil atau bekas lain untuk dijadikan perumahan elektronik dan injap

Langkah 1: Kabel Elektronik

Dengan menggunakan wayar teras pepejal dan papan roti miniatur, sambungkan Arduino, TIP 120, dan potensiometer seperti yang ditunjukkan dalam rajah pendawaian. Anda juga mungkin mahu merekatkan atau merekatkan Arduino dan papan roti ke sekeping kadbod, kerana ini akan membantu mengehadkan penarik wayar secara tidak sengaja.

Perhatikan bahawa perintang 1k adalah pilihan. Ia berfungsi sebagai insurans terhadap seluar pendek elektrik, tetapi jika anda tidak meletakkannya di sekeliling, anda hanya boleh menggantinya dengan wayar dan semuanya tetap berfungsi dengan baik.

Arduino tidak dapat menggerakkan injap secara langsung kerana memerlukan lebih banyak kuasa daripada yang dapat dibekalkan oleh pin output Arduino. Sebaliknya, Arduino memacu transistor TIP 120, yang bertindak seperti suis untuk menghidupkan dan mematikan injap.

Potensiometer bertindak sebagai "tombol penyesuaian kadar pernafasan". Mengambil tetapan periuk mengubah isyarat voltan menjadi pin A0 Arduino. Kod yang berjalan di Arduino mengubah voltan itu menjadi "kadar pernafasan", dan menetapkan kadar pembukaan dan penutupan injap agar sesuai dengannya.

Langkah 2: Wire Up Electronic Solenoid Valve

Injap elektronik tidak dihantar dengan wayar yang bersambung dengannya, jadi ini mesti dilakukan secara manual.

Pertama, tanggalkan penutup atas menggunakan pemutar skru kepala Phillips untuk mendedahkan tiga terminal skru, V +, V-, dan GND (rujuk foto untuk menentukan yang mana)

Kemudian, pasangkan wayar dengan mengikatnya dengan skru. Saya cadangkan menggunakan wayar oren atau kuning untuk V + (atau warna apa pun yang anda gunakan untuk wayar 12V pada langkah sebelumnya), biru atau hitam untuk V-, dan hitam untuk GND (atau warna apa pun yang anda gunakan untuk wayar GND pada langkah sebelumnya. Saya menggunakan warna hitam untuk kedua-dua V- dan GND tetapi meletakkan sedikit pita pada wayar GND supaya saya dapat membezakannya.

Setelah wayar terpasang, pasangkan penutup semula dan pasangkannya di tempatnya.

Kemudian, sambungkan wayar ke papan roti seperti yang ditunjukkan dalam rajah pendawaian yang dikemas kini.

Untuk kejelasan, gambarajah litar juga disertakan, tetapi jika anda tidak biasa dengan jenis notasi itu, anda boleh mengabaikannya:)

Langkah 3: Muat naik Kod Arduino dan Uji Elektronik

Sekiranya anda belum memilikinya, muat turun Arudino IDE atau buka editor web Arduino (https://www.arduino.cc/en/main/software).

Sekiranya anda menggunakan editor web Arduino Create, anda boleh mengakses lakaran untuk projek ini di sini. Sekiranya anda menggunakan Arduino IDE secara tempatan di komputer anda, anda boleh memuat turun lakaran dari Instructable ini.

Buka lakaran, sambungkan Arduino ke komputer anda menggunakan kabel pencetak USB, dan muat naik lakaran ke Arduino. Sekiranya anda menghadapi masalah memuat naik lakaran, bantuan boleh didapati di sini.

Sekarang pasangkan bekalan kuasa 12V. Injap secara berkala harus mengeluarkan bunyi klik dan menyala, seperti yang ditunjukkan dalam video. Sekiranya anda memutar tombol potensiometer mengikut arah jam, ia harus beralih lebih cepat, dan lebih perlahan jika anda memutarnya berlawanan arah jam. Sekiranya ini bukan tingkah laku yang anda lihat, kembali dan periksa semua langkah sebelumnya.

Langkah 4: Pasang Penyambung Tiub Berduri ke Injap

Injap mempunyai tiga port: A, P, dan Exhaust. Apabila injap tidak aktif, A disambungkan ke Ekzos dan P ditutup. Apabila injap aktif, A disambungkan ke P dan Ekzos ditutup. Kami akan menghubungkan P ke sumber udara termampat, A ke cuff tekanan darah, dan Ekzos ke vakum. Dengan konfigurasi ini, manset tekanan darah akan mengembang ketika injap aktif, dan kempis ketika injap tidak aktif.

Port Exhaust dirancang agar terbuka ke atmosfera, tetapi kita perlu menghubungkannya ke ruang hampa sehingga manset tekanan darah mengempis dengan lebih cepat. Untuk melakukan ini, keluarkan terlebih dahulu penutup plastik hitam yang menutupi port Ekzos. Kemudian letakkan spacer plastik di atas benang yang terdedah dan pasangkan penyambung berduri tembaga di atas.

Pasang penyambung berduri plastik ke port A dan P. Kencangkan dengan sepana untuk memastikan tidak ada kebocoran.

Langkah 5: Buat Perumahan untuk Elektronik

Oleh kerana tidak ada wayar yang terpateri di tempatnya, penting untuk melindunginya daripada terseret dan terputus secara tidak sengaja. Ini dapat dilakukan dengan meletakkannya di tempat perlindungan.

Untuk perumahan, saya menggunakan kotak kadbod kecil (salah satu kotak penghantaran McMaster yang sebahagiannya masuk). Anda juga boleh menggunakan wadah tupperware kecil, atau sesuatu yang lebih menarik jika anda mahu.

Pertama, letakkan injap, Arduino, dan papan roti mini di dalam bekas. Kemudian lubang / gerudi lubang di dalam bekas untuk kabel kuasa 12V dan tiub udara. Setelah lubang selesai, lem panas, pita, atau zip mengikat injap, Arduino, dan papan roti di tempat yang dikehendaki.

Langkah 6: Balut Cuff Tekanan Darah Sekitar BVM

Putuskan sambungan lampu inflasi dari manset tekanan darah (anda seharusnya dapat melepaskannya). Pada langkah seterusnya, tiub ini akan disambungkan ke injap elektronik.

Balut cuff tekanan darah di sekitar BVM. Pastikan cuff sedekat mungkin tanpa merungkai beg.

Langkah 7: Pasang Tiub Udara

Langkah terakhir adalah menghubungkan cuff tekanan darah, sumber udara termampat, dan sumber vakum ke injap elektronik.

Sambungkan cuff tekanan darah ke terminal A injap.

Dengan menggunakan tiub oksigen, sambungkan terminal P injap ke sumber udara termampat. Sebilangan besar hospital sepatutnya mempunyai saluran udara termampat pada tekanan 4 bar (58 psi) (sumber).

Dengan menggunakan tiub oksigen yang lain, sambungkan terminal Ekzos injap ke sumber vakum. Sebilangan besar hospital mesti mempunyai saluran vakum pada 400mmHg (7.7 psi) di bawah atmosfera (sumber).

Peranti kini lengkap kecuali tiub / penyesuai yang diperlukan untuk menghubungkan saluran keluar BVM ke paru-paru pesakit. Saya bukan profesional penjagaan kesihatan, jadi saya tidak memasukkan komponen tersebut dalam reka bentuk, tetapi diandaikan bahawa ia akan tersedia di mana-mana kawasan hospital.

Langkah 8: Uji Peranti

Pasangkan peranti. Sekiranya semuanya tersambung dengan betul, manset tekanan darah akan mengembang dan mengempis secara berkala, seperti yang ditunjukkan dalam video.

Saya bukan profesional penjagaan kesihatan, jadi saya tidak mempunyai akses ke saluran udara termampat atau vakum hospital. Oleh itu, saya menggunakan pemampat udara dan pam vakum kecil untuk menguji peranti di rumah saya. Saya menetapkan pengatur tekanan pada pemampat menjadi 4 bar (58 psi) dan vakum menjadi -400 mmHg (-7,7 psi) untuk mensimulasikan outlet hospital dengan sebaik mungkin.

Beberapa penafian dan perkara yang perlu dipertimbangkan:

-Laju pernafasan dapat disesuaikan dengan memutar potensiometer (antara 12-40 nafas seminit). Dengan penyediaan udara / vakum termampat saya, saya perhatikan bahawa untuk kadar pernafasan lebih dari ~ 20 nafas per minit, manset tekanan darah tidak mempunyai masa untuk mengempis sepenuhnya antara nafas. Ini mungkin tidak menjadi masalah ketika menggunakan saluran udara hospital yang saya anggap dapat memberikan kadar aliran yang lebih tinggi tanpa penurunan tekanan, tetapi saya tidak tahu pasti.

- Injap beg tidak dikompres sepenuhnya semasa setiap nafas. Ini boleh mengakibatkan udara tidak cukup dipam ke paru-paru pesakit. Menguji manikin saluran udara perubatan dapat menunjukkan sama ada ini berlaku. Sekiranya demikian, ini mungkin dapat diatasi dengan meningkatkan waktu inflasi pada setiap nafas, yang memerlukan pengeditan kod Arduino.

-Saya tidak menguji kapasiti tekanan maksimum untuk manset tekanan darah. 4 bar jauh lebih tinggi daripada tekanan yang biasanya dilakukan semasa membaca bacaan tekanan darah. Manset tekanan darah tidak pecah semasa ujian saya, tetapi itu tidak bermaksud ia tidak akan berlaku jika tekanan di manset dibiarkan menyamakan sepenuhnya sebelum mengempis.

-A BVM direka untuk memberikan sokongan udara tanpa tiub tambahan antara injap dan hidung / mulut pesakit. Oleh itu, untuk aplikasi sebenar, panjang tabung antara BVM dan pesakit harus dikurangkan minimum.

-Reka bentuk ventilator ini tidak disetujui oleh FDA dan hanya boleh dianggap sebagai pilihan TERAKHIR. Ia sengaja dirancang agar mudah dipasang dari peralatan hospital dan bahagian komersial untuk situasi di mana alternatif yang lebih baik / lebih canggih tidak tersedia. Penambahbaikan digalakkan!