DIY Ventilator Paggamit ng Karaniwang Mga Kagamitan sa Medikal: 8 Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Nagbibigay ang proyektong ito ng mga tagubilin para sa pagtitipon ng isang make-shift ventilator para magamit sa mga sitwasyong pang-emergency kung hindi sapat ang mga komersyal na bentilador na magagamit, tulad ng kasalukuyang pandamihang COVID-19. Ang isang kalamangan sa disenyo ng bentilador na ito ay mahalagang ginagawa lamang nitong awtomatiko ang paggamit ng isang manu-manong aparato ng bentilasyon na malawakang ginagamit at tinatanggap ng pamayanan ng medikal. Dagdag pa, maaari itong tipunin nang una mula sa mga sangkap na magagamit na sa karamihan ng mga setting ng ospital at hindi ito nangangailangan ng pasadyang katha ng anumang mga bahagi (hal. Pag-print ng 3d, paggupit ng laser, atbp.).

Ang isang bag balbula mask (BVM), na kilala rin bilang isang manu-manong resuscitator, ay isang aparato na ginagamit para magbigay ng positibong bentilasyon ng presyon sa mga pasyente na nangangailangan ng tulong sa paghinga. Ginagamit ang mga ito upang magbigay ng pansamantalang bentilasyon sa mga pasyente kung ang mekanikal na mga bentilador ay hindi magagamit, ngunit hindi ginagamit para sa pinahabang panahon dahil kailangan nila ng isang tao na pisilin ang bag sa regular na mga agwat ng paghinga.

Ang bentilador ng DIY na ito ay awtomatikong pinipiga ang isang BVM upang maaari itong magamit upang magpahangin sa pasyente para sa isang hindi tiyak na dami ng oras. Ang pagpisil ay nakakamit sa pamamagitan ng paulit-ulit na pagpapalabas / pagpapalabas ng isang cuff ng presyon ng dugo na nakabalot sa BVM. Karamihan sa mga ospital ay nilagyan ng compressed air at vacuum wall outlet, na maaaring magamit upang mapalaki at maibuga ang cuff ng presyon ng dugo, ayon sa pagkakabanggit. Ang isang solenoid na balbula ay kinokontrol ang daloy ng naka-compress na hangin, na kinokontrol ng isang Arduino microcontroller.

Maliban sa BVM at blood pressure cuff (pareho na magagamit na sa mga ospital), ang disenyo na ito ay nangangailangan ng mas mababa sa $ 100 na halaga ng mga bahagi, na madaling mabili mula sa mga online na nagbebenta tulad ng McMaster-Carr at Amazon. Ang mga iminumungkahing bahagi at link ng pagbili ay ibinigay, ngunit maaari mong ipagpalit ang marami sa mga bahagi sa iba pang mga katulad na bahagi kung ang mga nakalista ay hindi magagamit.

Mga Pagkilala:

Espesyal na pasasalamat kay Propesor Ram Vasudevan sa Unibersidad ng Michigan para sa pagpopondo sa proyektong ito at Mariama Runcie, M. D mula sa Harvard Affiliated Emergency Medicine Residence sa Massachusetts General Hospital at Brigham at Women's Hospital para sa pagpapahiram ng kanyang kadalubhasang medikal at pagbibigay ng puna sa konsepto.

Nais ko ring kilalanin sina Christopher Zahner, M. D. at Aisen Chacin, PhD mula sa UTMB na independiyenteng nagtagpo sa isang katulad na disenyo bago ko nai-post ang Instructable na ito (artikulo ng balita). Habang ang aking aparato ay hindi nobela, inaasahan kong ang detalyadong accounting na ito kung paano ito binuo ay patunayan na kapaki-pakinabang sa iba na naghahangad na muling likhain o pagbutihin ang konsepto.

Mga gamit

Mga Component na Medikal:

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

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

Mga Elektronikong Bahagi:

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

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

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

-10k Potensyomiter, <$ 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)

-Single core wire, ~ $ 15 para sa isang buong hanay ng iba't ibang mga kulay (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid-different-colored-spools/dp/B07TX6BX47)

Iba Pang Mga Bahagi:

-Brass barbed hose fitting na may 10-32 na mga thread, ~ $ 4 (https://www.mcmaster.com/5346k93)

- (x2) Plastong tubong may tubong plastik na may mga 1/4 NPT na thread, ~ $ 1 (https://www.mcmaster.com/5372k121)

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

- (x2) Crush lumalaban oxygen tubes, ~ $ 10 (https://www.amazon.com/dp/B07S427JSY)

-Maliit na kahon o iba pang lalagyan na magsisilbing pabahay ng electronics at balbula

Hakbang 1: Wire Up ang Electronics

Gamit ang solidong core wire at ang pinaliit na breadboard, ikonekta ang Arduino, TIP 120, at potentiometer tulad ng ipinakita sa diagram ng mga kable. Maaari mo ring pag-tape o mainit na pandikit ang Arduino at breadboard sa isang piraso ng karton, dahil makakatulong ito na limitahan ang hindi sinasadyang pag-tugging sa mga wire.

Tandaan na ang 1k risistor ay opsyonal. Gumagana ito bilang seguro laban sa mga de-koryenteng shorts, ngunit kung wala kang isang nakahiga sa paligid maaari mo lamang itong palitan ng isang kawad at ang lahat ay dapat pa ring gumana nang maayos.

Ang Arduino ay hindi maaaring humimok ng balbula nang direkta sapagkat nangangailangan ito ng mas maraming lakas kaysa sa maibigay na mga output pin ng Arduino. Sa halip, hinihimok ng Arduino ang TIP 120 transistor, na gumaganap tulad ng isang switch upang i-on at i-off ang balbula.

Ang potensyomiter ay gumaganap bilang isang "knob ng pagsasaayos ng rate ng paghinga". Ang pagbabago ng setting ng palayok ay nagbabago ng signal ng boltahe sa A0 pin ng Arduino. Ang code na tumatakbo sa Arduino ay pinapalitan ang boltahe na iyon sa isang "rate ng paghinga", at itinatakda ang rate ng pagbubukas at pagsara ng balbula upang maitugma ito.

Hakbang 2: Wire Up ang Electronic Solenoid Valve

Ang elektronikong balbula ay hindi nagpapadala ng anumang mga wire na konektado dito, kaya't kailangang gawin ito nang manu-mano.

Una, alisin ang tuktok na takip gamit ang isang Phillips head screwdriver upang mailantad ang tatlong mga terminal ng tornilyo, V +, V-, at GND (kumunsulta sa larawan upang matukoy kung alin ang alin sa)

Pagkatapos, maglakip ng mga wire sa pamamagitan ng pag-clamping sa kanila ng mga turnilyo. Iminumungkahi ko ang paggamit ng orange o dilaw na kawad para sa V + (o anumang kulay na ginamit mo para sa 12V wire sa nakaraang hakbang), asul o itim para sa V-, at itim para sa GND (o anumang kulay na ginamit mo para sa GND wire sa nakaraang hakbang. Gumamit ako ng itim para sa parehong V- at GND ngunit naglagay ng isang maliit na piraso ng tape sa GND wire upang makilala ko sila.

Kapag ang mga wire ay nakakabit, ibalik ang takip at i-tornilyo ito sa lugar.

Pagkatapos, ikonekta ang mga wire sa breadboard tulad ng ipinakita sa na-update na diagram ng mga kable.

Para sa kalinawan, kasama rin ang isang diagram ng circuit, ngunit kung hindi ka pamilyar sa uri ng notasyon maaari mo lamang itong balewalain:)

Hakbang 3: Mag-upload ng Arduino Code at Test Electronics

Kung wala ka pa nito, i-download ang Arudino IDE o buksan ang web editor ng Arduino (https://www.arduino.cc/en/main/software).

Kung gumagamit ka ng Arduino Lumikha ng web editor, maaari mong ma-access ang sketch para sa proyektong ito dito. Kung gumagamit ka ng lokal na Arduino IDE sa iyong computer, maaari mong i-download ang sketch mula sa Instructable na ito.

Buksan ang sketch, ikonekta ang Arduino sa iyong computer gamit ang isang USB printer cable, at i-upload ang sketch sa Arduino. Kung nagkakaproblema ka sa pag-upload ng sketch, matatagpuan ang tulong dito.

Ngayon plug sa 12V power supply. Ang balbula ay dapat na pana-panahong gumawa ng tunog ng pag-click at magaan, tulad ng ipinakita sa video. Kung pinihit mo ang potentiometer knob nang pakaliwa dapat itong lumipat nang mas mabilis, at mas mabagal kung paikutin mo ito. Kung hindi ito ang ugali na nakikita mo, bumalik at suriin ang lahat ng mga nakaraang hakbang.

Hakbang 4: Ikabit ang Mga Konektor ng Barbed Tube sa Balbula

Ang balbula ay may tatlong port: A, P, at Exhaust. Kapag ang balbula ay hindi aktibo, ang A ay konektado sa Exhaust at P ay sarado. Kapag ang balbula ay aktibo, ang A ay konektado sa P at ang Exhaust ay sarado. Ikonekta namin ang P sa isang naka-compress na mapagkukunan ng hangin, A sa cuff ng presyon ng dugo, at Exhaust sa isang vacuum. Sa pagsasaayos na ito, ang cuff ng presyon ng dugo ay magpapalaki kapag ang balbula ay aktibo, at magpapalabas kapag ang balbula ay hindi aktibo.

Ang Exhaust port ay idinisenyo upang maging bukas lamang sa himpapawid, ngunit kailangan nating ikonekta ito sa isang vacuum upang mas mabilis na ma-deflate ang cuff ng presyon ng dugo. Upang magawa ito, alisin muna ang itim na plastik na takip na sumasakop sa Exhaust port. Pagkatapos ay ilagay ang plastic spacer sa mga nakalantad na mga thread at ilakip ang tanso na barbed konektor sa itaas.

Maglakip ng mga konektor ng barbed na plastik sa mga port A at P. Pahigpitin gamit ang isang wrench upang matiyak na walang paglabas.

Hakbang 5: Lumikha ng Pabahay para sa Elektronika

Dahil wala sa mga wire ang na-solder sa lugar, mahalaga na protektahan ang mga ito mula sa aksidenteng pagkakulong at pagkakakonekta. Maaari itong magawa sa pamamagitan ng paglalagay sa kanila sa isang proteksiyon na pabahay.

Para sa pabahay, gumamit ako ng isang maliit na kahon ng karton (ang isa sa mga kahon sa pagpapadala ng McMaster na ilan sa mga bahagi ay pumasok). Maaari mo ring gamitin ang isang maliit na lalagyan ng tupperware, o isang bagay na mas masaya kung nais mo.

Una, ilatag ang balbula, Arduino, at pinaliit na breadboard sa lalagyan. Pagkatapos sundutin / drill ang mga butas sa lalagyan para sa 12V power cable at air tubes. Kapag natapos na ang mga butas, mainit na pandikit, tape, o zip na itali ang balbula, Arduino, at breadboard sa kanilang nais na mga lugar.

Hakbang 6: Balotin ang Cuff ng Presyon ng Dugo sa BVM

Idiskonekta ang bombilya ng inflation mula sa cuff ng presyon ng dugo (dapat mo lamang itong hilahin). Sa susunod na hakbang, ang tubong ito ay makakonekta sa elektronikong balbula.

Balutin ang cuff ng presyon ng dugo sa paligid ng BVM. Siguraduhin na ang cuff ay masikip hangga't maaari nang hindi binagsak ang bag.

Hakbang 7: Maglakip ng Mga Air Tubes

Ang pangwakas na hakbang ay upang ikonekta ang cuff ng presyon ng dugo, ang naka-compress na mapagkukunan ng hangin, at ang mapagkukunan ng vacuum sa electronic balbula.

Ikonekta ang cuff ng presyon ng dugo sa A terminal ng balbula.

Gamit ang isang oxygen tube, ikonekta ang P terminal ng balbula sa naka-compress na mapagkukunan ng hangin. Karamihan sa mga ospital ay dapat na may compressed air outlet na magagamit sa presyon ng 4 bar (58 psi) (mapagkukunan).

Gamit ang isa pang oxygen tube, ikonekta ang terminal ng balbula ng balbula sa mapagkukunan ng vacuum. Karamihan sa mga ospital ay dapat mayroong mga outlet ng vacuum na magagamit sa 400mmHg (7.7 psi) sa ibaba ng kapaligiran (pinagmulan).

Kumpleto na ang aparato maliban sa mga kinakailangang tubo / adaptor upang ikonekta ang labasan ng BVM sa baga ng pasyente. Hindi ako isang propesyonal sa pangangalaga ng kalusugan kaya hindi ko isinama ang sangkap na iyon sa disenyo, ngunit ipinapalagay na magagamit sila sa anumang setting ng ospital.

Hakbang 8: Subukan ang Device

I-plug in ang aparato. Kung ang lahat ay nakakonekta nang maayos, ang cuff ng presyon ng dugo ay dapat na magpalaki at magpalabas ng pana-panahon, tulad ng ipinakita sa video.

Hindi ako isang propesyonal sa pangangalagang pangkalusugan, kaya't wala akong access sa mga naka-compress na air o vacuum outlet ng ospital. Samakatuwid, gumamit ako ng isang maliit na air compressor at vacuum pump upang subukan ang aparato sa aking tahanan. Itinakda ko ang pressure regulator sa compressor sa 4 bar (58 psi) at ang vacuum sa -400 mmHg (-7.7 psi) upang gayahin ang mga outlet ng ospital hangga't maaari.

Ang ilang mga disclaimer at bagay na isasaalang-alang:

-Ang rate ng paghinga ay maaaring maiakma sa pamamagitan ng pag-on ng potensyomiter (sa pagitan ng 12-40 paghinga bawat minuto). Gamit ang aking naka-compress na pag-set up ng hangin / vacuum, napansin ko na para sa mga rate ng paghinga na mas malaki sa ~ 20 mga paghinga bawat minuto ang presyon ng dugo na cuff ay walang oras upang ganap na magpakalma sa pagitan ng mga paghinga. Maaaring hindi ito isang isyu kapag gumagamit ng mga air outlet ng ospital na sa palagay ko ay maaaring magbigay ng mas mataas na mga rate ng daloy nang walang mas maraming pagbagsak ng presyon, ngunit hindi ko alam sigurado.

-Ang balbula ng bag ay hindi ganap na nai-compress sa bawat paghinga. Maaari itong magresulta sa hindi sapat na hangin na nai-pump sa mga baga ng pasyente. Ang pagsubok sa isang medikal na daanan ng hangin na manikin ay maaaring ipakita kung ito ang kaso. Kung gayon, maaaring malunasan ito sa pamamagitan ng pagtaas ng oras ng inflation sa bawat paghinga, na mangangailangan ng pag-edit ng Arduino code.

Hindi ko nasubukan ang maximum na kapasidad ng presyon para sa cuff ng presyon ng dugo. Ang 4 bar ay mas mataas kaysa sa presyon na karaniwang kasangkot sa pagkuha ng pagbabasa ng presyon ng dugo. Ang cuff ng presyon ng dugo ay hindi nasira sa panahon ng aking pagsubok, ngunit hindi ito nangangahulugang hindi ito maaaring mangyari kung ang presyon sa cuff ay pinapayagan na ganap na pantay-pantay bago magpalabas.

-A Ang BVM ay idinisenyo upang magbigay ng suporta sa hangin nang walang anumang labis na tubo sa pagitan ng balbula at ilong / bibig ng pasyente. Kaya, para sa isang tunay na aplikasyon, ang haba ng tubing sa pagitan ng BVM at ng pasyente ay dapat na itago sa isang minimum.

-Ang disenyo ng bentilador na ito ay hindi naaprubahan ng FDA at dapat lamang isaalang-alang bilang isang pagpipilian LAST RESORT. Ito ay sadyang dinisenyo upang madaling mag-ipon mula sa kagamitan sa ospital at mga bahagi ng komersyal para sa mga sitwasyon kung saan ang mga mas mahusay / mas sopistikadong mga kahalili ay hindi magagamit. Ang mga pagpapabuti ay hinihikayat!