DIY -ventilator met algemene mediese benodigdhede: 8 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

Hierdie projek bied instruksies vir die samestelling van 'n ventilator wat gemaak kan word vir gebruik in noodsituasies wanneer daar nie genoeg kommersiële ventilators beskikbaar is nie, soos die huidige COVID-19-pandemie. 'N Voordeel van hierdie ventilatorontwerp is dat dit in wese net die gebruik van 'n handmatige ventilasie -apparaat outomatiseer wat reeds wyd gebruik en aanvaar word deur die mediese gemeenskap. Boonop kan dit hoofsaaklik saamgestel word uit komponente wat reeds in die meeste hospitaalomgewings beskikbaar is, en dit vereis geen vervaardiging van onderdele nie (bv. 3D -drukwerk, lasersny, ens.).

'N Sakklepmasker (BVM), ook bekend as 'n hand -resussitator, is 'n handtoestel wat gebruik word om ventilasie met positiewe druk te bied aan pasiënte wat asemhalingshulp benodig. Dit word gebruik om pasiënte tydelik te ventilasie as daar nie meganiese ventilators beskikbaar is nie, maar word nie vir 'n lang tydperk gebruik nie, want dit vereis dat 'n mens die sak met gereelde asemhalingsintervalle moet druk.

Hierdie DIY ventilator outomatiseer die druk van 'n BVM sodat dit vir 'n onbepaalde tyd gebruik kan word om 'n pasiënt te ventileer. Knyp word bereik deur herhaaldelik 'n bloeddrukmanchet wat om die BVM gedraai is, op te blaas/leeg te maak. Die meeste hospitale is toegerus met perslug- en vakuum -afsetpunte, wat onderskeidelik gebruik kan word om die bloeddrukmanchet op te blaas en te laat leegloop. 'N Magneetklep reguleer die vloei van saamgeperste lug, wat deur 'n Arduino -mikrobeheerder beheer word.

Behalwe die BVM en bloeddrukmanchet (wat albei reeds in hospitale beskikbaar is), benodig hierdie ontwerp minder as $ 100 onderdele, wat maklik by aanlynverkopers soos McMaster-Carr en Amazon gekoop kan word. Voorgestelde komponente en aankoopskakels word verskaf, maar u kan baie van die onderdele met ander soortgelyke komponente ruil as die genoemde nie beskikbaar is nie.

Erkennings:

Spesiale dank aan professor Ram Vasudevan aan die Universiteit van Michigan vir die befondsing van hierdie projek en Mariama Runcie, MD van die Harvard Affiliated Emergency Medicine Residency in Massachusetts General Hospital en Brigham en Women's Hospital vir die leen van haar mediese kundigheid en terugvoer oor die konsep.

Ek wil ook Christopher Zahner, M. D. en Aisen Chacin, PhD van UTMB, herken wat onafhanklik met 'n soortgelyke ontwerp saamgestem het voordat ek hierdie Instructable (nuusartikel) geplaas het. Alhoewel my toestel nie nuut is nie, hoop ek dat hierdie gedetailleerde verslag van hoe dit gebou is, nuttig sal wees vir ander wat die konsep wil herskep of verbeter.

Voorrade

Mediese komponente:

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

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

Elektroniese komponente:

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

3-weg elektroniese magneetklep (12V), ~ $ 30 (https://www.mcmaster.com/61975k413)

-12 V muuradapter, ~ $ 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)

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

-Enkeldraad, ~ $ 15 vir 'n hele stel verskillende kleure (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid-different-colored-spools/dp/B07TX6BX47)

Ander komponente:

-Pas met doringdraad met 10-32 drade, ~ $ 4 (https://www.mcmaster.com/5346k93)

-(x2) Pasvorm met doringbuise van plastiek met 1/4 NPT -drade, ~ $ 1 (https://www.mcmaster.com/5372k121)

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

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

-Klein boks of ander houer om as elektronika en klepbehuizing te dien

Stap 1: Verbind die elektronika

Verbind die Arduino, TIP 120 en potensiometer met behulp van die soliede kerndraad en die miniatuurbroodbord, soos in die bedradingsdiagram getoon. U kan ook die Arduino en die broodplank aan 'n stuk karton plak of warm plak, aangesien dit die toeval van die drade kan beperk.

Let daarop dat die 1k -weerstand opsioneel is. Dit werk as 'n versekering teen 'n elektriese kortbroek, maar as u nie een het nie, kan u dit net met 'n draad vervang, en alles moet nog goed werk.

Die Arduino kan nie die klep direk aandryf nie, omdat dit meer krag benodig as wat die uitsetpenne van die Arduino kan lewer. In plaas daarvan dryf die Arduino die TIP 120 -transistor, wat soos 'n skakelaar optree om die klep aan en af te skakel.

Die potensiometer dien as 'n "knoppie vir die aanpassing van die asemhalingstempo". Deur die potinstelling aan te pas, verander die spanningssein in die Ar0ino se A0 -pen. Kode wat op die Arduino werk, skakel die spanning om in 'n 'asemhalingstempo' en stel die tempo van die opening en sluiting van die klep in om dit te pas.

Stap 2: Draai die elektroniese magneetklep op

Die elektroniese klep word nie met drade verbind nie, dus dit moet met die hand gedoen word.

Verwyder eers die boonste deksel met 'n Phillips-skroewedraaier om die drie skroefaansluitings, V+, V- en GND, bloot te stel (raadpleeg die foto om vas te stel watter een is)

Heg die drade dan vas deur dit met die skroewe vas te klem. Ek stel voor dat u oranje of geel draad gebruik vir die V+ (of watter kleur u ook al gebruik het vir die 12V-draad op die vorige stap), blou of swart vir V-, en swart vir GND (of watter kleur u ook al gebruik het vir die GND-draad op die vorige stap) vorige stap. Ek het swart gebruik vir beide V- en GND, maar het 'n stukkie band op die GND-draad gesit sodat ek dit kon onderskei.

Sodra die drade vasgemaak is, sit die deksel weer op en skroef dit vas.

Koppel dan die drade aan die broodbord, soos aangedui in die opgedateerde bedradingsdiagram.

Vir die duidelikheid is daar ook 'n kringdiagram ingesluit, maar as u nie die tipe notasie ken nie, kan u dit eenvoudig ignoreer:)

Stap 3: Laai die Arduino -kode op en toets elektronika

Laai die Arudino IDE af as u dit nog nie het nie, of maak die Arduino -webredakteur oop (https://www.arduino.cc/en/main/software).

As u die Arduino Create -webredakteur gebruik, het u hier toegang tot die skets vir hierdie projek. As u die Arduino IDE plaaslik op u rekenaar gebruik, kan u die skets van hierdie instruksies aflaai.

Maak die skets oop, koppel die Arduino aan u rekenaar met 'n USB -drukkabel en laai die skets op na die Arduino. As u probleme ondervind met die oplaai van die skets, kan u hulp hier kry.

Koppel nou die 12V -kragtoevoer aan. Die klep moet periodiek 'n klikgeluid maak en brand, soos in die video getoon. As u die potensiometerknop met die kloksgewys draai, behoort dit vinniger te skakel en stadiger as u dit linksom draai. As dit nie die gedrag is wat u sien nie, gaan terug en kyk na al die vorige stappe.

Stap 4: Heg doringbuisverbindings aan die klep

Die klep het drie poorte: A, P en uitlaat. As die klep onaktief is, is A gekoppel aan Uitlaat en P is gesluit. As die klep aktief is, is A gekoppel aan P en uitlaat is gesluit. Ons gaan P koppel aan 'n saamgeperste lugbron, A aan die bloeddrukmanchet en Uitlaat na 'n vakuum. Met hierdie konfigurasie sal die bloeddrukmanchet opblaas as die klep aktief is, en gaan leeg wanneer die klep onaktief is.

Die uitlaatpoort is ontwerp om bloot oop te wees vir die atmosfeer, maar ons moet dit aan 'n vakuum koppel sodat die bloeddrukmanchet vinniger ontlont. Om dit te doen, verwyder eers die swart plastiekdop wat die uitlaatpoort bedek. Plaas dan die plastiekafstandhouer oor die blootgestelde drade en heg die koperverbindingsaansluiting bo -op.

Bevestig plastiekhakverbindings aan poort A en P. Draai vas met 'n sleutel om geen lek te verseker nie.

Stap 5: Skep behuising vir elektronika

Aangesien geen van die drade op hul plek gesoldeer is nie, is dit belangrik om dit te voorkom dat dit per ongeluk getrek en ontkoppel word. Dit kan gedoen word deur dit in 'n beskermende behuising te plaas.

Vir die behuising het ek 'n klein kartondoos gebruik (een van die onderdele van McMaster het 'n paar dele ingekom). U kan ook 'n klein tupperware -houer of iets mooier gebruik as u wil.

Lê eers die klep, Arduino en miniatuur broodbord in die houer. Steek/boor dan gate in die houer vir die 12V -kragkabel en lugbuise. Sodra die gate klaar is, maak warm gom, band of rits die klep, Arduino en broodbord vas op die gewenste plekke.

Stap 6: Draai bloeddrukmanchet om BVM

Ontkoppel die opblaasbol van die bloeddrukmanchet (u moet dit net kan aftrek). In die volgende stap word hierdie buis aan die elektroniese klep gekoppel.

Draai die bloeddrukmanchet om die BVM. Maak seker dat die manchet so styf as moontlik vas is sonder om die sak in te val.

Stap 7: Heg lugpype aan

Die laaste stap is om die bloeddrukmanchet, die saamgeperste lugbron en die vakuumbron aan die elektroniese klep te koppel.

Koppel die bloeddrukmanchet aan die klep se A -aansluiting.

Koppel die klep se P -aansluiting met 'n suurstofbuis aan die persluchtbron. Die meeste hospitale moet persluchtuitlate beskikbaar hê teen 'n druk van 4 bar (bron).

Koppel die uitlaatklem van die klep met 'n ander suurstofbuis aan die vakuumbron. Die meeste hospitale moet vakuumafsetpunte teen 400 mmHg (7,7 psi) onder die atmosfeer (bron) beskikbaar hê.

Die toestel is nou voltooi, behalwe vir die nodige buise/adapters om die uitgang van die BVM aan die longe van 'n pasiënt te koppel. Ek is nie 'n gesondheidswerker nie, en ek het die komponent nie by die ontwerp ingesluit nie, maar dit word aanvaar dat dit in enige hospitaal beskikbaar is.

Stap 8: Toets die toestel

Koppel die toestel aan. As alles behoorlik verbind is, moet die bloeddrukmanchet periodiek opblaas en leegloop, soos in die video getoon.

Ek is nie 'n gesondheidswerker nie, en ek het dus nie toegang tot perslucht of vakuumuitlate in die hospitaal nie. Daarom het ek 'n klein lugkompressor en vakuumpomp gebruik om die toestel in my huis te toets. Ek stel die drukreguleerder op die kompressor op 4 bar (58 psi) en die vakuum op -400 mmHg (-7,7 psi) om die hospitaalafsetpunte so goed as moontlik te simuleer.

Enkele vrywaring en dinge om in ag te neem:

-Die asemhalingstempo kan verstel word deur die potensiometer te draai (tussen 12-40 asemhalings per minuut). Met my perslucht-/vakuumopstelling, het ek opgemerk dat die bloeddrukmanchet nie tyd het om heeltemal tussen die asemhalings heeltemal te ontlont vir asemhalingssnelle van meer as ~ 20 asemhalings per minuut nie. Dit is miskien nie 'n probleem by die gebruik van hospitaaluitlate nie, wat volgens my hoër vloeitempo's kan lewer sonder 'n drukverlies, maar ek weet nie seker nie.

-Die sakklep word tydens elke asemhaling nie heeltemal saamgepers nie. Dit kan veroorsaak dat onvoldoende lug in die pasiënt se longe gepomp word. Deur op 'n mediese lugweefselpop te toets, kan dit blyk of dit die geval is. As dit die geval is, kan dit moontlik herstel word deur die inflasietyd tydens elke asemhaling te verhoog, wat die Arduino -kode moet wysig.

-Ek het nie die maksimum drukvermoë vir die bloeddrukmanchet getoets nie. 4 bar is baie hoër as die druk wat normaalweg betrokke is by die neem van 'n bloeddrukmeting. Die bloeddrukmanchet het tydens my toetsing nie gebreek nie, maar dit beteken nie dat dit nie kan gebeur as die druk in die manchet heeltemal gelyk kan word voordat dit leegloop nie.

-A BVM is ontwerp om lugondersteuning te bied sonder enige ekstra buise tussen die klep en die neus/mond van die pasiënt. Vir 'n werklike toepassing moet die buislengte tussen die BVM en die pasiënt dus tot 'n minimum beperk word.

-Die ventilatorontwerp is nie deur die FDA goedgekeur nie en moet slegs as 'n LAASTE RESORT -opsie beskou word. Dit is doelbewus ontwerp om maklik uit hospitaaltoerusting en kommersiële onderdele te monteer vir situasies waarin beter/meer gesofistikeerde alternatiewe eenvoudig nie beskikbaar is nie. Verbeterings word aangemoedig!