DIY -ventilator ved bruk av vanlige medisinske forsyninger: 8 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Dette prosjektet gir instruksjoner for montering av en make-shift-ventilator for bruk i nødsscenarier når det ikke er nok kommersielle respiratorer tilgjengelig, for eksempel den nåværende COVID-19-pandemien. En fordel med denne ventilatordesignen er at den i hovedsak bare automatiserer bruken av en manuell ventilasjonsenhet som allerede er mye brukt og akseptert av det medisinske samfunnet. I tillegg kan den hovedsakelig settes sammen fra komponenter som allerede er tilgjengelige i de fleste sykehusinnstillinger, og det krever ingen tilpasset produksjon av deler (f.eks. 3D -utskrift, laserskjæring, etc.).

En poseventilmaske (BVM), også kjent som en manuell gjenopplivning, er en håndholdt enhet som brukes til å gi ventilasjon med positivt trykk til pasienter som trenger pustehjelp. De brukes til å sørge for midlertidig ventilasjon til pasienter når mekaniske ventilatorer ikke er tilgjengelige, men brukes ikke over lengre tid fordi de krever at et menneske klemmer posen med jevne pusteintervaller.

Denne DIY -ventilatoren automatiserer klemming av en BVM slik at den kan brukes til å ventilere en pasient på ubestemt tid. Klemming oppnås ved gjentatte ganger å blåse opp/tømme en blodtrykksmansjett som er viklet rundt BVM. De fleste sykehus er utstyrt med trykkluft- og vakuumuttak, som kan brukes til henholdsvis å blåse opp og tømme blodtrykksmansjetten. En magnetventil regulerer strømmen av trykkluft, som styres av en Arduino mikrokontroller.

Annet enn BVM og blodtrykksmansjett (som begge allerede er tilgjengelige på sykehus), krever dette designet mindre enn $ 100 deler, som lett kan kjøpes fra online selgere som McMaster-Carr og Amazon. Foreslåtte komponenter og kjøpskoblinger er gitt, men du kan bytte mange av delene med andre lignende komponenter hvis de som er oppført ikke er tilgjengelige.

Bekreftelser:

Spesiell takk til professor Ram Vasudevan ved University of Michigan for finansiering av dette prosjektet og Mariama Runcie, MD fra Harvard Affiliated Emergency Medicine Residency ved Massachusetts General Hospital og Brigham og Women's Hospital for å ha lånt ut sin medisinske ekspertise og gitt tilbakemelding på konseptet.

Jeg vil også anerkjenne Christopher Zahner, M. D. og Aisen Chacin, PhD fra UTMB som uavhengig konvergerte på et lignende design før jeg postet denne Instructable (nyhetsartikkelen). Selv om enheten min ikke er ny, håper jeg at denne detaljerte redegjørelsen for hvordan den ble bygget, vil være nyttig for andre som ønsker å gjenskape eller forbedre konseptet.

Rekvisita

Medisinske komponenter:

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

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

Elektroniske komponenter:

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

3-veis elektronisk magnetventil (12V), ~ $ 30 (https://www.mcmaster.com/61975k413)

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

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

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

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

-Enkel kjernetråd, ~ $ 15 for et helt sett med forskjellige farger (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid-different-colored-spools/dp/B07TX6BX47)

Andre komponenter:

-Slåbeslag av messing med 10-32 tråder, ~ $ 4 (https://www.mcmaster.com/5346k93)

-(x2) Plastmontert rørmontering med 1/4 NPT -gjenger, ~ $ 1 (https://www.mcmaster.com/5372k121)

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

-(x2) Knusebestandige oksygenrør, ~ $ 10 (https://www.amazon.com/dp/B07S427JSY)

-Liten boks eller annen beholder for å tjene som elektronikk og ventilhus

Trinn 1: Koble til elektronikken

Koble Arduino, TIP 120 og potensiometeret som vist i koblingsskjemaet ved å bruke den solide kjernetråden og miniatyrbrettet. Det kan også være lurt å tape eller varme lim Arduino og brødbrett til et stykke papp, da dette vil bidra til å begrense tilfeldig trekking på ledningene.

Vær oppmerksom på at 1k -motstanden er valgfri. Det fungerer som forsikring mot elektriske shorts, men hvis du ikke har en liggende kan du bare bytte den ut med en ledning, og alt skal fortsatt fungere.

Arduinoen kan ikke drive ventilen direkte fordi den krever mer strøm enn Arduinos utgangspinner kan levere. I stedet driver Arduino TIP 120 -transistoren, som fungerer som en bryter for å slå ventilen på og av.

Potensiometeret fungerer som en "pustejusteringsknapp". Tilpasning av gryteinnstillingen endrer spenningssignalet til Arduino's A0 -pinne. Koden som kjører på Arduino konverterer spenningen til en "pustefrekvens", og angir hastigheten for ventilåpningen og lukkingen for å matche den.

Trinn 2: Koble opp den elektroniske magnetventilen

Den elektroniske ventilen sendes ikke med noen ledninger koblet til den, så dette må gjøres manuelt.

Fjern først toppdekselet med en stjerneskrutrekker for å avsløre de tre skrueterminalene, V+, V- og GND (se bildet for å finne ut hvilken som er hvilken)

Fest deretter ledninger ved å klemme dem med skruene. Jeg foreslår at du bruker oransje eller gul ledning for V+ (eller hvilken farge du brukte for 12V-ledningen på forrige trinn), blå eller svart for V- og svart for GND (eller hvilken farge du brukte for GND-ledningen på forrige trinn. Jeg brukte svart for både V- og GND, men la et lite stykke tape på GND-ledningen slik at jeg kunne skille dem.

Når ledningene er festet, setter du på lokket igjen og skrur det på plass.

Koble deretter ledningene til brødbrettet som vist i det oppdaterte koblingsskjemaet.

For klarhets skyld er det også inkludert et kretsdiagram, men hvis du ikke er kjent med den typen notasjoner, kan du bare ignorere det:)

Trinn 3: Last opp Arduino -kode og testelektronikk

Hvis du ikke allerede har det, kan du laste ned Arudino IDE eller åpne Arduino webredaktør (https://www.arduino.cc/en/main/software).

Hvis du bruker Arduino Create webredaktør, kan du få tilgang til skissen for dette prosjektet her. Hvis du bruker Arduino IDE lokalt på datamaskinen din, kan du laste ned skissen fra denne instruksjonsboken.

Åpne skissen, koble Arduino til datamaskinen din med en USB -skriverkabel, og last opp skissen til Arduino. Hvis du har problemer med å laste opp skissen, kan du finne hjelp her.

Koble nå til 12V strømforsyningen. Ventilen bør med jevne mellomrom lage en klikkelyd og lyse opp, som vist i videoen. Hvis du dreier potensiometerknappen med klokken, bør den bytte raskere og saktere hvis du dreier den mot klokken. Hvis dette ikke er oppførselen du ser, går du tilbake og sjekker alle de foregående trinnene.

Trinn 4: Fest pluggerørkontaktene til ventilen

Ventilen har tre porter: A, P og eksos. Når ventilen er inaktiv, er A koblet til eksos og P er lukket. Når ventilen er aktiv, er A koblet til P og eksosen er lukket. Vi skal koble P til en trykkluftkilde, A til blodtrykksmansjetten og eksos til et vakuum. Med denne konfigurasjonen vil blodtrykksmansjetten blåse opp når ventilen er aktiv, og tømmes når ventilen er inaktiv.

Eksosporten er designet for å bare være åpen for atmosfæren, men vi må koble den til et vakuum slik at blodtrykksmansjetten tømmes fortere. For å gjøre dette må du først fjerne den svarte plasthetten som dekker eksosporten. Plasser deretter avstandsstykket i plast over de synlige trådene, og fest messingkontakten på toppen.

Fest plastpinnene til portene A og P. Stram til med en skiftenøkkel for å sikre at det ikke lekker.

Trinn 5: Lag boliger for elektronikk

Siden ingen av ledningene er loddet på plass, er det viktig å beskytte dem mot å bli trukket ut og koblet ut ved et uhell. Dette kan gjøres ved å plassere dem i et beskyttende hus.

Til huset brukte jeg en liten pappeske (en av McMaster -esker, noen av delene kom inn). Du kan også bruke en liten tupperware -beholder, eller noe mer avansert hvis du ønsker det.

Legg først ut ventilen, Arduino og miniatyrbrettbrettet i beholderen. Deretter stikker/borer du hull i beholderen for 12V strømkabel og luftrør. Når hullene er ferdige, limer du fast lim, tape eller glidelås med ventilen, Arduino og brødbrettet på ønsket sted.

Trinn 6: Sett blodtrykksmansjetten rundt BVM

Koble oppblåsingspæren fra blodtrykksmansjetten (du bør bare kunne trekke den av). I neste trinn kobles dette røret til den elektroniske ventilen.

Fest blodtrykksmansjetten rundt BVM. Sørg for at mansjetten er så tett som mulig uten å kollapse posen.

Trinn 7: Fest luftrør

Det siste trinnet er å koble blodtrykksmansjetten, trykkluftkilden og vakuumkilden til den elektroniske ventilen.

Koble blodtrykksmansjetten til ventilens A -terminal.

Ved hjelp av et oksygenrør, kobler du ventilens P -terminal til trykkluftkilden. De fleste sykehus bør ha trykkluftuttak tilgjengelig ved et trykk på 4 bar (58 psi) (kilde).

Bruk et annet oksygenrør, og koble ventilens eksosterminal til vakuumkilden. De fleste sykehus bør ha vakuumuttak tilgjengelig ved 400 mmHg (7,7 psi) under atmosfæren (kilde).

Enheten er nå komplett bortsett fra de nødvendige rørene/adapterne for å koble uttaket til BVM til pasientens lunger. Jeg er ikke helsepersonell, så jeg inkluderte ikke denne komponenten i designet, men det antas at de ville være tilgjengelige i alle sykehusmiljøer.

Trinn 8: Test enheten

Koble til enheten. Hvis alt er riktig tilkoblet, bør blodtrykksmansjetten blåses opp og tømmes med jevne mellomrom, som vist i videoen.

Jeg er ikke helsepersonell, så jeg har ikke tilgang til trykkluft eller vakuumuttak på sykehuset. Derfor brukte jeg en liten luftkompressor og vakuumpumpe for å teste enheten i hjemmet mitt. Jeg satte trykkregulatoren på kompressoren til 4 bar (58 psi) og vakuumet til -400 mmHg (-7,7 psi) for å simulere sykehusuttakene best mulig.

Noen ansvarsfraskrivelser og ting du bør vurdere:

-Pustefrekvensen kan justeres ved å dreie potensiometeret (mellom 12-40 åndedrag per minutt). Ved å bruke mitt trykkluft-/vakuumoppsett, la jeg merke til at for pustefrekvenser større enn ~ 20 åndedrag per minutt, har ikke blodtrykksmansjetten tid til å tømmes helt mellom pustene. Dette er kanskje ikke et problem når du bruker sykehusluftuttak som jeg antar kan levere høyere strømningshastigheter uten så mye trykkfall, men jeg vet ikke sikkert.

-Posen er ikke helt komprimert under hvert åndedrag. Dette kan resultere i at det ikke pumpes ut tilstrekkelig luft inn i lungene til pasientene. Testing på en medisinsk luftveisdukke kan avsløre om dette er tilfelle. I så fall kan dette muligens utbedres ved å øke inflasjonstiden under hvert åndedrag, noe som vil kreve redigering av Arduino -koden.

-Jeg testet ikke maksimal trykkapasitet for blodtrykksmansjetten. 4 bar er mye høyere enn trykket som normalt er involvert i å ta en blodtrykksavlesning. Blodtrykksmansjetten gikk ikke i stykker under testen, men det betyr ikke at det ikke kunne skje hvis trykket i mansjetten fikk utligne fullt ut før tømming.

-En BVM er designet for å gi luftstøtte uten ekstra slange mellom ventilen og pasientens nese/munn. For en reell applikasjon bør lengden på slangen mellom BVM og pasienten holdes på et minimum.

-Dette ventilatordesignet er ikke FDA -godkjent og skal bare betraktes som et SISTE RESORT -alternativ. Det var med vilje designet for å være enkelt å montere fra sykehusutstyr og kommersielle deler for situasjoner der bedre/mer sofistikerte alternativer ganske enkelt ikke er tilgjengelige. Forbedringer oppfordres!