DIY Ventilator Brug af almindelige medicinske forsyninger: 8 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Dette projekt giver instruktioner til montering af en make-shift-ventilator til brug i nødsituationer, når der ikke er tilstrækkelige kommercielle ventilatorer til rådighed, såsom den aktuelle COVID-19-pandemi. En fordel ved dette ventilatordesign er, at det stort set bare automatiserer brugen af et manuelt ventilationsapparat, der allerede er meget udbredt og accepteret af det medicinske samfund. Desuden kan den samles primært fra komponenter, der allerede er tilgængelige i de fleste hospitalsindstillinger, og det kræver ingen specialfremstilling af dele (f.eks. 3D -print, laserskæring osv.).

En poseventilmaske (BVM), også kendt som en manuel genoplivning, er en håndholdt enhed, der bruges til at levere positivt trykventilation til patienter, der har brug for vejrtrækning. De bruges til at sørge for midlertidig ventilation til patienter, når mekaniske ventilatorer ikke er tilgængelige, men bruges ikke i længere tid, fordi de kræver, at et menneske klemmer posen med jævne mellemrum.

Denne DIY -ventilator automatiserer klemningen af en BVM, så den kan bruges til at ventilere en patient på ubestemt tid. Klemning opnås ved gentagne gange at puste/tømme en blodtryksmanchet, der er viklet omkring BVM. De fleste hospitaler er udstyret med trykluft og vakuumudtag, som kan bruges til henholdsvis at puste og tømme blodtryksmanchetten. En magnetventil regulerer strømmen af trykluft, som styres af en Arduino mikrokontroller.

Bortset fra BVM og blodtryksmanchetten (som begge allerede er tilgængelige på hospitaler), kræver dette design mindre end $ 100 værdier af dele, som let kan købes hos onlinesælgere som McMaster-Carr og Amazon. Foreslåede komponenter og købslinks findes, men du kan bytte mange af delene med andre lignende komponenter, hvis de anførte ikke er tilgængelige.

Anerkendelser:

Særlig tak til professor Ram Vasudevan ved University of Michigan for at finansiere dette projekt og Mariama Runcie, MD fra Harvard Affiliated Emergency Medicine Residency på Massachusetts General Hospital og Brigham og Women's Hospital for at låne sin medicinske ekspertise og give feedback på konceptet.

Jeg vil også genkende Christopher Zahner, M. D. og Aisen Chacin, ph.d. fra UTMB, der uafhængigt konvergerede om et lignende design, før jeg lagde denne Instructable (nyhedsartikel). Selvom min enhed ikke er ny, håber jeg, at denne detaljerede redegørelse for, hvordan den blev bygget, vil være nyttig for andre, der ønsker at genskabe eller forbedre konceptet.

Forbrugsvarer

Medicinske komponenter:

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

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

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

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

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

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

-Enkerntråd, ~ $ 15 for et helt sæt forskellige farver (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid-different-colored-spools/dp/B07TX6BX47)

Andre komponenter:

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

-(x2) Plastpipeformet rørfitting med 1/4 NPT -gevind, ~ $ 1 (https://www.mcmaster.com/5372k121)

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

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

-Lille kasse eller anden beholder til at fungere som elektronik og ventilhus

Trin 1: Tilslut elektronikken

Brug den massive kernetråd og miniaturebrødbrættet til at tilslutte Arduino, TIP 120 og potentiometer som vist i ledningsdiagrammet. Du vil måske også tape eller varme lim Arduino og brødbræt til et stykke pap, da dette vil hjælpe med at begrænse tilfældig slæbning af ledningerne.

Bemærk, at 1k modstanden er valgfri. Det fungerer som forsikring mod elektriske shorts, men hvis du ikke har en liggende, kan du bare udskifte den med en ledning, og alt skal stadig fungere fint.

Arduino kan ikke drive ventilen direkte, fordi den kræver mere strøm, end Arduino's output pins kan levere. I stedet driver Arduino TIP 120 -transistoren, der fungerer som en switch for at tænde og slukke ventilen.

Potentiometeret fungerer som en "justeringsknap til vejrtrækningshastighed". Tilpasning af pot -indstillingen ændrer spændingssignalet til Arduino's A0 -pin. Kode, der kører på Arduino, konverterer denne spænding til en "vejrtrækningshastighed" og indstiller hastigheden for ventilens åbning og lukning, så den matcher den.

Trin 2: Tilslut den elektroniske magnetventil

Den elektroniske ventil leveres ikke med ledninger forbundet til den, så dette skal gøres manuelt.

Fjern først topdækslet ved hjælp af en stjerneskruetrækker for at afsløre dets tre skrueterminaler, V+, V- og GND (se billedet for at afgøre, hvilken der er hvilken)

Fastgør derefter ledninger ved at spænde dem med skruerne. Jeg vil foreslå at bruge orange eller gul ledning til V+ (eller hvilken farve du brugte til 12V-ledningen på det foregående trin), blå eller sort til V- og sort til GND (eller hvilken farve du end brugte til GND-ledningen på forrige trin. Jeg brugte sort til både V- og GND, men lagde et lille stykke tape på GND-ledningen, så jeg kunne skelne dem.

Når ledningerne er fastgjort, sættes dækslet på igen og skrues på plads.

Tilslut derefter ledningerne til brødbrættet som vist i det opdaterede ledningsdiagram.

For klarhedens skyld er der også inkluderet et kredsløbsdiagram, men hvis du ikke kender den type notation, kan du bare ignorere det:)

Trin 3: Upload Arduino -kode og testelektronik

Hvis du ikke allerede har det, skal du downloade Arudino IDE eller åbne Arduino web -editor (https://www.arduino.cc/en/main/software).

Hvis du bruger Arduino Create web -editor, kan du få adgang til skitsen til dette projekt her. Hvis du bruger Arduino IDE lokalt på din computer, kan du downloade skitsen fra denne instruktionsbog.

Åbn skitsen, tilslut Arduino til din computer ved hjælp af et USB -printerkabel, og upload skitsen til Arduino. Hvis du har problemer med at uploade skitsen, kan du finde hjælp her.

Tilslut nu 12V strømforsyningen. Ventilen bør med jævne mellemrum lave en kliklyd og lyse op, som vist i videoen. Hvis du drejer potentiometerknappen med uret, bør den skifte hurtigere og langsommere, hvis du drejer den mod uret. Hvis dette ikke er den adfærd, du ser, skal du gå tilbage og kontrollere alle de foregående trin.

Trin 4: Fastgør stikdåserørstik til ventilen

Ventilen har tre porte: A, P og udstødning. Når ventilen er inaktiv, er A forbundet til udstødning, og P lukkes. Når ventilen er aktiv, er A forbundet til P, og udstødning er lukket. Vi skal forbinde P til en trykluftkilde, A til blodtryksmanchetten og udstødning til et vakuum. Med denne konfiguration vil blodtryksmanchetten blæse op, når ventilen er aktiv, og tømmes, når ventilen er inaktiv.

Udstødningsporten er designet til bare at være åben for atmosfæren, men vi skal koble den til et vakuum, så blodtryksmanchetten tømmes hurtigere. For at gøre dette skal du først fjerne den sorte plasthætte, der dækker udstødningsporten. Placer derefter plastikafstandsstykket over de udsatte tråde, og fastgør messingpindestikket ovenpå.

Fastgør plastpindestik til stik A og P. Stram med en skruenøgle for at sikre, at der ikke lækker.

Trin 5: Opret boliger til elektronik

Da ingen af ledningerne er loddet på plads, er det vigtigt at beskytte dem mod at blive trukket ved et uheld og afbrudt. Dette kan gøres ved at placere dem i et beskyttende hus.

Til huset brugte jeg en lille papkasse (en af McMaster -forsendelseskasserne kom nogle af delene ind). Du kan også bruge en lille tupperware -beholder eller noget mere avanceret, hvis du ønsker det.

Læg først ventilen, Arduino og miniature brødbrættet i beholderen. Derefter stikke/bore huller i beholderen til 12V strømkablet og luftrør. Når hullerne er færdige, binder varm lim, tape eller lynlås ventilen, Arduino og brødbrættet på deres ønskede steder.

Trin 6: Pak blodtryksmanchetten rundt om BVM

Frakobl pæren fra blodtryksmanchetten (du skal bare kunne trække den af). I det næste trin vil dette rør blive forbundet til den elektroniske ventil.

Sæt blodtryksmanchetten rundt om BVM. Sørg for, at manchetten er så stram som muligt, uden at posen falder sammen.

Trin 7: Monter luftrør

Det sidste trin er at forbinde blodtryksmanchetten, trykluftkilden og vakuumkilden til den elektroniske ventil.

Tilslut blodtryksmanchetten til ventilens A -terminal.

Ved hjælp af et iltrør tilsluttes ventilens P -terminal til trykluftkilden. De fleste hospitaler bør have trykluftudtag til rådighed ved et tryk på 4 bar (58 psi) (kilde).

Brug et andet iltrør til at slutte ventilens udstødningsterminal til vakuumkilden. De fleste hospitaler bør have vakuumudtag til rådighed ved 400 mmHg (7,7 psi) under atmosfæren (kilde).

Enheden er nu komplet bortset fra de nødvendige rør/adaptere til at forbinde BVM -udgangen til en patients lunger. Jeg er ikke sundhedspersonale, så jeg inkluderede ikke denne komponent i designet, men det antages, at de ville være tilgængelige i enhver hospitalsindstilling.

Trin 8: Test enheden

Tilslut enheden. Hvis alt er tilsluttet korrekt, skal blodtryksmanchetten blæses op og tømmes med jævne mellemrum, som vist i videoen.

Jeg er ikke sundhedspersonale, så jeg har ikke adgang til trykluft på hospitalet eller vakuumudtag. Derfor brugte jeg en lille luftkompressor og vakuumpumpe til at teste enheden i mit hjem. Jeg indstillede trykregulatoren på kompressoren til 4 bar (58 psi) og vakuumet til -400 mmHg (-7,7 psi) for at simulere hospitalsudtagene bedst muligt.

Nogle ansvarsfraskrivelser og ting at overveje:

-Åndedrætsfrekvensen kan justeres ved at dreje på potentiometeret (mellem 12-40 vejrtrækninger i minuttet). Ved hjælp af min trykluft/vakuumopsætning lagde jeg mærke til, at blodtryksmanchetten ikke har tid til helt at tømme luften mellem vejrtrækninger ved vejrtrækninger på mere end ~ 20 vejrtrækninger i minuttet. Dette er muligvis ikke et problem ved brug af hospitalsluftudtag, som jeg formoder kan levere højere strømningshastigheder uden så meget trykfald, men jeg ved det ikke med sikkerhed.

-Poseventilen komprimeres ikke helt under hvert åndedrag. Dette kan resultere i, at der ikke pumpes utilstrækkelig luft ind i patienternes lunger. Test på en medicinsk luftvejsdukke kan afsløre, om dette er tilfældet. I så fald kan dette muligvis afhjælpes ved at øge inflationstiden under hvert åndedrag, hvilket ville kræve redigering af Arduino -koden.

-Jeg testede ikke den maksimale trykkapacitet for blodtryksmanchetten. 4 bar er meget højere end det tryk, der normalt er involveret i at måle et blodtryk. Blodtryksmanchetten gik ikke i stykker under min testning, men det betyder ikke, at det ikke kunne ske, hvis trykket i manchetten fik lov til at udligne fuldt ud, før det blev tømt.

-En BVM er designet til at give luftstøtte uden ekstra slange mellem ventilen og patientens næse/mund. For en reel anvendelse skal længden af slangen mellem BVM og patienten således holdes på et minimum.

-Dette ventilatordesign er ikke FDA -godkendt og bør kun betragtes som en SIDSTE RESORT -mulighed. Det var med vilje designet til at være let at samle fra hospitalsudstyr og kommercielle dele til situationer, hvor bedre/mere sofistikerede alternativer simpelthen ikke er tilgængelige. Forbedringer opfordres!