Isetehtud ventilaator tavaliste meditsiinitarvete kasutamisel: 8 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

See projekt pakub juhiseid muutuva ventilaatori kokkupanekuks hädaolukorras kasutamiseks, kui pole saadaval piisavalt kaubanduslikke ventilaatoreid, näiteks praegune COVID-19 pandeemia. Selle ventilaatori konstruktsiooni eeliseks on see, et see sisuliselt lihtsalt automatiseerib käsitsi ventilatsiooniseadme kasutamist, mida meditsiiniringkonnad juba laialdaselt kasutavad ja aktsepteerivad. Lisaks saab seda kokku panna peamiselt komponentidest, mis on enamikus haiglas juba saadaval ja see ei nõua osade kohandatud valmistamist (nt 3D -printimine, laserlõikamine jne).

Kottventiilimask (BVM), tuntud ka kui käsitsi elustav, on käeshoitav seade, mida kasutatakse hingamisabi vajavatele patsientidele positiivse rõhuga ventilatsiooni tagamiseks. Neid kasutatakse ajutise ventilatsiooni tagamiseks patsientidele, kui mehaanilised ventilaatorid pole saadaval, kuid neid ei kasutata pikema aja jooksul, kuna need nõuavad inimeselt korrapärase hingamisintervalliga koti pigistamist.

See DIY ventilaator automatiseerib BVM -i pigistamise, nii et seda saab kasutada patsiendi ventileerimiseks määramata aja jooksul. Pigistamine saavutatakse BVM -i ümber mähitud vererõhumanseti korduva täitmise/tühjendamisega. Enamik haiglaid on varustatud suruõhu- ja vaakumseina väljalaskeavadega, mida saab kasutada vastavalt vererõhumanseti täitmiseks ja tühjendamiseks. Solenoidventiil reguleerib suruõhu voolu, mida juhib Arduino mikrokontroller.

Peale BVM-i ja vererõhumanseti (mõlemad on juba haiglates saadaval) nõuab see disain vähem kui 100 dollari väärtuses osi, mida saab hõlpsasti osta veebimüüjatelt, näiteks McMaster-Carr ja Amazon. Pakutud on soovitatud komponente ja ostelinke, kuid kui osad pole saadaval, saate paljud osad teiste sarnaste komponentidega vahetada.

Tänuavaldused:

Eriline tänu Michigani ülikooli professor Ram Vasudevanile selle projekti rahastamise eest ja Mariama Runcie, MD Harvardi sidushaiguste erakorralise meditsiini residentuurist Massachusettsi üldhaiglas ja Brighami ja naistehaiglas meditsiiniteadmiste laenamise ja kontseptsiooni kohta tagasiside andmise eest.

Samuti tahan tunnustada Christopher Zahnerit, M. D. ja Aisen Chacini, doktorikraadi UTMB -st, kes iseseisvalt lähenesid sarnasele kujundusele enne selle juhendi postitamist (uudisteartikkel). Kuigi minu seade pole uudne, loodan, et see üksikasjalik raamatupidamine selle ehitamise kohta osutub kasulikuks teistele, kes soovivad seda kontseptsiooni uuesti luua või täiustada.

Tarvikud

Meditsiinilised komponendid:

-Koti klapimask, ~ 30 dollarit (https://www.amazon.com/Simple-Breathing-Tool-Adult-Oxygen/dp/B082NK2H5R)

-Vererõhumansett, ~ 17 dollarit (https://www.amazon.com/gp/product/B00VGHZG3C)

Elektroonilised osad:

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

-3-suunaline elektrooniline solenoidventiil (12V), ~ 30 dollarit (https://www.mcmaster.com/61975k413)

-12 V seinaadapter, ~ 10 dollarit (https://www.amazon.com/gp/product/B01GD4ZQRS)

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

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

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

-ühe südamikuga juhe, ~ 15 dollarit terve komplekti erinevate värvide eest (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid-different-colored-spools/dp/B07TX6BX47)

Muud komponendid:

-Messingist okastraat, 10–32 keermega, ~ 4 dollarit (https://www.mcmaster.com/5346k93)

-(x2) Plastikust okastoruliitmik 1/4 NPT keermega, ~ $ 1 (https://www.mcmaster.com/5372k121)

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

-(x2) purunemiskindlad hapnikutorud, ~ 10 dollarit (https://www.amazon.com/dp/B07S427JSY)

-Väike karp või muu konteiner, mis toimib elektroonika ja ventiilikorpustena

Samm: ühendage elektroonika

Ühendage Arduino, TIP 120 ja potentsiomeeter, kasutades juhtmestiku ja miniatuurse leivaplaadi abil juhtmestiku skeemi. Samuti võiksite Arduino ja leivaplaadi teipida või kuumliimida papitüki külge, kuna see aitab piirata juhtmete juhuslikku tõmbamist.

Pange tähele, et 1k takisti on valikuline. See toimib kindlustusena elektriliste lühikeste pükste vastu, kuid kui teil pole seda lamades, võite selle lihtsalt juhtmega asendada ja kõik peaks ikkagi hästi toimima.

Arduino ei saa klapi otse juhtida, kuna see nõuab rohkem energiat kui Arduino väljundtihvtid suudavad toota. Selle asemel juhib Arduino TIP 120 transistorit, mis toimib nagu lüliti ventiili sisse- ja väljalülitamiseks.

Potentsiomeeter toimib "hingamiskiiruse reguleerimise nupuna". Poti seadistuse muutmine muudab pingesignaali Arduino A0 tihvtiks. Arduino peal töötav kood teisendab selle pinge "hingamiskiiruseks" ja määrab klapi avamise ja sulgemise kiiruse vastavalt sellele.

Samm: ühendage elektrooniline solenoidventiil

Elektroonilist ventiili ei tarnita koos sellega ühendatud juhtmetega, seega tuleb seda teha käsitsi.

Kõigepealt eemaldage ülemine kate Phillipsi kruvikeerajaga, et paljastada selle kolm kruviklemmi, V+, V- ja GND (vaadake fotot, et teha kindlaks, milline on kumb)

Seejärel kinnitage juhtmed kruvidega kinni. Soovitan V+ jaoks kasutada oranži või kollast traati (või mis tahes värvi, mida kasutasite eelmisel etapil 12 V juhtme jaoks), sinist või musta V- ja musta GND jaoks (või mis tahes värvi, mida kasutasite GND juhtme jaoks) kasutasin musta nii V- kui ka GND jaoks, kuid panin GND traadile väikese tüki linti, et saaksin neid eristada.

Kui juhtmed on kinnitatud, pange kate tagasi ja keerake see oma kohale.

Seejärel ühendage juhtmed leivaplaadiga, nagu on näidatud uuendatud ühendusskeemil.

Selguse huvides on lisatud ka lülitusskeem, kuid kui te seda tüüpi märke ei tunne, võite seda lihtsalt ignoreerida:)

Samm: laadige üles Arduino kood ja testige elektroonikat

Kui teil seda veel pole, laadige alla Arudino IDE või avage Arduino veebiredaktor (https://www.arduino.cc/en/main/software).

Kui kasutate Arduino Create veebiredaktorit, pääsete selle projekti visandile juurde siit. Kui kasutate oma arvutis kohalikku Arduino IDE -d, saate eskiisi siit juhendist alla laadida.

Avage visand, ühendage Arduino USB -printerikaabli abil arvutiga ja laadige eskiis Arduinole üles. Kui teil on eskiisi üleslaadimisel probleeme, leiate abi siit.

Nüüd ühendage 12V toide. Ventiil peaks perioodiliselt tegema klõpsatavat heli ja süttima, nagu on näidatud videos. Kui keerate potentsiomeetri nuppu päripäeva, peaks see kiiremini lülituma ja aeglasemalt, kui keerate seda vastupäeva. Kui see pole teie käitumine, minge tagasi ja kontrollige kõiki eelnevaid samme.

Samm: kinnitage okastorude pistikud ventiili külge

Ventiilil on kolm porti: A, P ja heitgaas. Kui klapp on passiivne, on A ühendatud heitgaasiga ja P on suletud. Kui klapp on aktiivne, on A ühendatud P -ga ja väljalaskeava on suletud. Ühendame P suruõhuallikaga, A vererõhumansetiga ja heitgaasi vaakumiga. Selle konfiguratsiooni korral täitub vererõhumansett ventiili aktiveerimisel ja tühjeneb, kui klapp on passiivne.

Väljalaskeava on loodud lihtsalt atmosfäärile avatuks, kuid peame selle ühendama vaakumiga, et vererõhumansett tühjeneks kiiremini. Selleks eemaldage esmalt must plastkork, mis katab väljalaskeava. Seejärel asetage plastist vaherõngas katmata keermete kohale ja kinnitage messingist okastraat.

Kinnitage plastikust okastatud pistikud portidesse A ja P. Pingutage mutrivõtmega, et lekkeid ei tekiks.

Samm: looge elektroonika korpus

Kuna ükski juhtmest pole oma kohale joodetud, on oluline kaitsta neid juhusliku tõmbamise ja lahtiühendamise eest. Seda saab teha, asetades need kaitsekorpusse.

Korpuse jaoks kasutasin väikest pappkasti (üks McMasteri saatekastidest, mõned osad tulid sisse). Soovi korral võite kasutada ka väikest tupperware mahutit või midagi uhkemat.

Esiteks pange anumasse klapp, Arduino ja miniatuurne leivaplaat. Seejärel torgake/puurige 12 V toitekaabli ja õhutorude mahutisse augud. Kui augud on valmis, ühendage kuum liim, lint või tõmblukk klapp, Arduino ja leivaplaat soovitud kohtadesse.

6. samm: mähkige vererõhu mansett ümber BVM

Ühendage täispuhutav pirn vererõhumansetist lahti (peaksite saama selle lihtsalt välja tõmmata). Järgmises etapis ühendatakse see toru elektroonilise ventiiliga.

Keerake vererõhumansett ümber BVM. Veenduge, et mansett oleks võimalikult pingul, ilma et kott kokku kukuks.

Samm: kinnitage õhutorud

Viimane samm on ühendada vererõhumansett, suruõhuallikas ja vaakumallikas elektroonilise klapiga.

Ühendage vererõhumansett klapi A -klemmiga.

Ühendage hapniku toru abil klapi P -klemm suruõhuallikaga. Enamikul haiglatel peaks olema suruõhu väljalaskeavad rõhul 4 baari (58 psi) (allikas).

Ühendage teise hapnikutoru abil klapi väljalasketerminal vaakumiallikaga. Enamikul haiglatel peaks olema vaakumiväljundid 400 mmHg (7,7 psi) atmosfääri all (allikas).

Seade on nüüd valmis, välja arvatud vajalikud torud/adapterid BVM -i väljalaskeava ühendamiseks patsiendi kopsudega. Ma ei ole tervishoiutöötaja, seega ei lisanud ma neid komponente kavandisse, kuid eeldatakse, et need oleksid saadaval igas haiglas.

Samm: testige seadet

Ühendage seade vooluvõrku. Kui kõik on korralikult ühendatud, peaks vererõhumansett perioodiliselt täituma ja tühjenema, nagu on näidatud videos.

Ma ei ole tervishoiutöötaja, seega ei ole mul ligipääsu haigla suruõhu- ega vaakumtorudele. Seetõttu kasutasin oma kodus seadme testimiseks väikest õhukompressorit ja vaakumpumpa. Seadsin kompressori rõhuregulaatori väärtuseks 4 baari (58 psi) ja vaakumi -400 mmHg (-7,7 psi), et simuleerida haigla väljalaskeavasid võimalikult hästi.

Mõned lahtiütlused ja asjad, mida kaaluda:

-Hingamissagedust saab reguleerida potentsiomeetrit keerates (12-40 hingetõmmet minutis). Kasutades suruõhu/vaakumi seadistust, märkasin, et kui hingamiskiirus on suurem kui ~ 20 hingetõmmet minutis, ei ole vererõhumansettil aega hingamiste vahel täielikult tühjeneda. See ei pruugi olla probleem, kui kasutate haigla õhu väljalaskeavasid, mis minu arvates suudavad pakkuda suuremat voolukiirust ilma rõhulanguseta, kuid ma ei tea seda kindlalt.

-Koti klapp ei ole iga hingetõmbe ajal täielikult kokku surutud. See võib põhjustada ebapiisavat õhku patsiendi kopsudesse. Meditsiinilise hingamisteede mannekeeniga testimisel võib selguda, kas see on nii. Kui jah, saab seda parandada, suurendades iga hingetõmbe ajal inflatsiooniaega, mis nõuaks Arduino koodi muutmist.

-Ma ei testinud vererõhumanseti maksimaalset rõhuvõimet. 4 baari on palju kõrgem kui tavaliselt vererõhu mõõtmisel kasutatav rõhk. Vererõhumansett ei purunenud minu testimise ajal, kuid see ei tähenda, et see ei saaks juhtuda, kui manseti rõhul lastaks enne tühjenemist täielikult ühtlustuda.

-BVM on loodud õhutoe pakkumiseks ilma täiendavate torudeta klapi ja patsiendi nina/suu vahel. Seega tuleks tegelikuks kasutamiseks BVM -i ja patsiendi vaheline torude pikkus minimaalseks hoida.

-See ventilaatori konstruktsioon ei ole FDA poolt heaks kiidetud ja seda tuleks käsitleda ainult LAST RESORT valikuna. See oli tahtlikult konstrueeritud nii, et seda oleks lihtne haiglavarustusest ja kommertsosadest kokku panna olukordades, kus paremaid/keerukamaid alternatiive pole lihtsalt saadaval. Parandusi soovitatakse!