DIY -tuuletin tavallisten lääketieteellisten tarvikkeiden avulla: 8 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Tämä projekti tarjoaa ohjeita muutoksenvaihtotuulettimen kokoamisesta käytettäväksi hätätilanteissa, kun ei ole saatavilla tarpeeksi kaupallisia hengityslaitteita, kuten nykyinen COVID-19-pandemia. Tämän tuulettimen suunnittelun etuna on, että se automatisoi olennaisesti vain manuaalisen ilmanvaihtolaitteen käytön, joka on jo laajalti käytetty ja lääketieteellisen yhteisön hyväksymä. Lisäksi se voidaan koota pääasiassa osista, jotka ovat jo saatavilla useimmissa sairaalaympäristöissä, eikä se vaadi mitään osien mukautettua valmistusta (esim. 3D -tulostus, laserleikkaus jne.).

Pussiventtiilimaski (BVM), joka tunnetaan myös nimellä manuaalinen elvytyslaite, on kämmenlaite, jota käytetään ylipaineilmanvaihtoon potilaille, jotka tarvitsevat hengitysapua. Niitä käytetään potilaiden tilapäiseen ilmanvaihtoon, kun mekaaniset hengityslaitteet eivät ole käytettävissä, mutta niitä ei käytetä pitkään aikaan, koska ne vaativat ihmisen puristamaan pussia säännöllisin väliajoin.

Tämä DIY -tuuletin automatisoi BVM: n puristamisen niin, että sitä voidaan käyttää potilaan tuuletukseen rajoittamattoman ajan. Puristus saavutetaan täyttämällä/tyhjentämällä toistuvasti BVM: n ympärille kääritty verenpainemansetti. Useimmat sairaalat on varustettu paineilma- ja tyhjiöpistorasioilla, joita voidaan käyttää verenpainemansetin täyttämiseen ja tyhjentämiseen. Magneettiventtiili säätää paineilman virtausta, jota ohjaa Arduino -mikrokontrolleri.

Muut kuin BVM ja verenpainemansetti (molemmat ovat jo saatavilla sairaaloissa), tämä malli vaatii alle 100 dollarin arvosta osia, jotka voidaan helposti ostaa verkkokauppiailta, kuten McMaster-Carr ja Amazon. Ehdotetut komponentit ja ostolinkit ovat mukana, mutta voit vaihtaa monia osia muihin vastaaviin osiin, jos luetellut eivät ole käytettävissä.

Kiitokset:

Erityiset kiitokset professori Ram Vasudevanille Michiganin yliopistosta tämän hankkeen rahoittamisesta ja Mariama Runcielle, M. D. Harvardin sidosryhmään kuuluvasta hätälääketieteellisestä residenssistä Massachusetts General Hospitalissa ja Brigham and Women's Hospitalissa hänen lääketieteellisen asiantuntemuksensa antamisesta ja palautteen antamisesta konseptista.

Haluan myös tunnustaa Christopher Zahnerin, M. D. ja Aisen Chacinin, tohtorin UTMB: stä, jotka itsenäisesti lähestyivät samanlaista mallia ennen kuin julkaisin tämän ohjeen (uutinen). Vaikka laitteeni ei ole uusi, toivon, että tämä yksityiskohtainen kirjanpito sen rakentamisesta osoittautuu hyödylliseksi muille, jotka haluavat luoda tai parantaa konseptia.

Tarvikkeet

Lääketieteelliset komponentit:

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

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

Elektroniset komponentit:

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

-3-tie elektroninen magneettiventtiili (12V), ~ 30 dollaria (https://www.mcmaster.com/61975k413)

-12 V: n seinäsovitin, ~ 10 dollaria (https://www.amazon.com/gp/product/B01GD4ZQRS)

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

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

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

-Yhden ytimen lanka, ~ 15 dollaria koko joukolle eri värejä (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid-different-colored-spools/dp/B07TX6BX47)

Muut komponentit:

-Messinkinen piikkiletkuliitin 10-32 kierteellä, ~ 4 dollaria (https://www.mcmaster.com/5346k93)

-(x2) Muovinen piikkiputki, jossa 1/4 NPT -kierteet, ~ $ 1 (https://www.mcmaster.com/5372k121)

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

-(x2) Murskauskestävät happiputket, ~ 10 dollaria (https://www.amazon.com/dp/B07S427JSY)

-Pieni laatikko tai muu säiliö elektroniikan ja venttiilin koteloksi

Vaihe 1: Kytke elektroniikka

Yhdistä Arduino, TIP 120 ja potentiometri kytkentäkaavion mukaisesti kiinteällä johdolla ja pienoisleipälevyllä. Voit myös kiinnittää Arduinon ja leipälevyn teipillä tai kuumaliimalla pahvipalaan, koska tämä auttaa rajoittamaan johtimien satunnaista vetämistä.

Huomaa, että 1k -vastus on valinnainen. Se toimii vakuutuksena sähköisiä oikosulkuja vastaan, mutta jos sinulla ei ole sellaista, voit korvata sen johdolla ja kaiken pitäisi silti toimia.

Arduino ei voi käyttää venttiiliä suoraan, koska se vaatii enemmän virtaa kuin Arduinon ulostulonapit voivat tarjota. Arduino ajaa sen sijaan TIP 120 -transistoria, joka toimii kuin kytkin venttiilin kytkemiseksi päälle ja pois.

Potentiometri toimii "hengitysnopeuden säätönuppina". Potin asetusten säätäminen muuttaa jännitesignaalin Arduinon A0 -nastaiseksi. Arduinolla toimiva koodi muuntaa jännitteen "hengitysnopeudeksi" ja asettaa venttiilin avautumis- ja sulkeutumisnopeuden vastaamaan sitä.

Vaihe 2: Johdota sähköinen magneettiventtiili

Elektronisen venttiilin mukana ei toimiteta mitään johtoja, joten tämä on tehtävä manuaalisesti.

Irrota ensin yläkansi ristipääruuvimeisselillä paljastaaksesi sen kolme ruuviliitintä, V+, V- ja GND (katso kuva selvittääksesi mikä on)

Kiinnitä sitten johdot kiristämällä ne ruuveilla. Suosittelen käyttämään oranssia tai keltaista johtoa V+: lle (tai mitä tahansa väriä, jota käytit 12 V: n johdolla edellisessä vaiheessa), sinistä tai mustaa V- ja mustaa GND: lle (tai mitä tahansa väriä, jota käytit GND-johdolla Edellinen vaihe. Käytin mustaa sekä V- että GND: ssä, mutta laitoin pienen palan nauhaa GND-lankaan, jotta voisin erottaa ne.

Kun johdot on kiinnitetty, aseta kansi takaisin paikalleen ja ruuvaa se paikalleen.

Kytke sitten johdot leipälevyyn päivitetyn kytkentäkaavion mukaisesti.

Selvyyden vuoksi mukana on myös piirikaavio, mutta jos et tunne tällaista merkintää, voit jättää sen huomiotta:)

Vaihe 3: Lataa Arduino -koodi ja testaa elektroniikkaa

Jos sinulla ei vielä ole sitä, lataa Arudino IDE tai avaa Arduino -web -editori (https://www.arduino.cc/en/main/software).

Jos käytät Arduino Create Web -editoria, pääset tämän projektin luonnokseen täältä. Jos käytät Arduino IDE: tä paikallisesti tietokoneellasi, voit ladata luonnoksen tästä ohjeesta.

Avaa luonnos, liitä Arduino tietokoneeseen USB -tulostinkaapelilla ja lataa luonnos Arduinolle. Jos sinulla on ongelmia luonnoksen lataamisessa, apua löytyy täältä.

Kytke nyt 12V virtalähde. Venttiilin pitäisi ajoittain antaa napsahdusäänen ja syttyä, kuten videossa näkyy. Jos käännät potentiometrin nuppia myötäpäivään, sen pitäisi vaihtaa nopeammin ja hitaammin, jos käännät sitä vastapäivään. Jos näin ei tapahdu, palaa takaisin ja tarkista kaikki edelliset vaiheet.

Vaihe 4: Kiinnitä piikkiputkiliittimet venttiiliin

Venttiilissä on kolme porttia: A, P ja pakokaasu. Kun venttiili ei ole aktiivinen, A on liitetty pakokaasuun ja P on suljettu. Kun venttiili on aktiivinen, A on kytketty P: hen ja pakoputki on suljettu. Yhdistämme P paineilmalähteeseen, A verenpainemansettiin ja poistoputki tyhjiöön. Tällä kokoonpanolla verenpainemansetti täyttyy, kun venttiili on aktiivinen, ja tyhjenee, kun venttiili on passiivinen.

Pakoputki on suunniteltu vain olemaan avoin ilmakehälle, mutta meidän on kytkettävä se tyhjiöön, jotta verenpainemansetti tyhjenee nopeammin. Irrota ensin pakoputken peittävä musta muovikorkki. Aseta sitten muovinen välikappale paljastettujen kierteiden päälle ja kiinnitä messinkinen piikkiliitin päälle.

Kiinnitä muoviset piikkiliittimet aukkoihin A ja P. Kiristä jakoavaimella vuotojen estämiseksi.

Vaihe 5: Luo kotelo elektroniikalle

Koska mikään johdoista ei ole juotettu paikalleen, on tärkeää suojata niitä vahingossa vetämiseltä ja irrottamiselta. Tämä voidaan tehdä asettamalla ne suojakoteloon.

Kotelossa käytin pientä pahvilaatikkoa (yksi McMaster -lähetyslaatikoista, jotkut osat tulivat sisään). Voit myös käyttää pientä tupperware -astiaa tai jotain hienompaa, jos haluat.

Aseta ensin venttiili, Arduino ja pienoisleipälevy astiaan. Poraa/poraa reiät säiliöön 12 V: n virtajohdolle ja ilmaputkille. Kun reiät on tehty, sitoa kuuma liima, teippi tai vetoketju venttiili, Arduino ja leipälauta haluamiinsa paikkoihin.

Vaihe 6: Kääri verenpainemansetti BVM: n ympärille

Irrota täyttölamppu verenpainemansetista (sinun pitäisi pystyä vain vetämään se irti). Seuraavassa vaiheessa tämä putki liitetään elektroniseen venttiiliin.

Kääri verenpainemansetti BVM: n ympärille. Varmista, että mansetti on mahdollisimman tiukka ilman, että pussi romahtaa.

Vaihe 7: Kiinnitä ilmaputket

Viimeinen vaihe on liittää verenpainemansetti, paineilmalähde ja tyhjölähde elektroniseen venttiiliin.

Liitä verenpainemansetti venttiilin A -liittimeen.

Yhdistä happiputkella venttiilin P -liitin paineilmalähteeseen. Useimmissa sairaaloissa pitäisi olla paineilman ulostuloaukkoja, jotka ovat 4 baarin (58 psi) paineessa (lähde).

Liitä venttiilin poistoliitin toisella happiputkella tyhjiölähteeseen. Useimmissa sairaaloissa on oltava tyhjiöaukot 400 mmHg (7,7 psi) ilmakehän alapuolella (lähde).

Laite on nyt valmis lukuun ottamatta tarvittavia putkia/sovittimia BVM: n ulostulon liittämiseksi potilaan keuhkoihin. En ole terveydenhuollon ammattilainen, joten en sisällyttänyt näitä komponentteja suunnitteluun, mutta oletetaan, että niitä olisi saatavana missä tahansa sairaalassa.

Vaihe 8: Testaa laite

Kytke laite pistorasiaan. Jos kaikki on liitetty oikein, verenpainemansetin tulee täyttyä ja tyhjentyä ajoittain, kuten videosta näkyy.

En ole terveydenhuollon ammattilainen, joten minulla ei ole pääsyä sairaalapaine- tai tyhjiöaukkoihin. Siksi testasin laitetta kotonani pienellä ilmakompressorilla ja tyhjöpumpulla. Asetin kompressorin paineensäätimen arvoon 4 bar (58 psi) ja tyhjiön -400 mmHg (-7,7 psi), jotta simuloisin sairaalan ulostuloa mahdollisimman hyvin.

Muutamia vastuuvapauslausekkeita ja huomioitavia asioita:

-Hengitystaajuutta voidaan säätää kääntämällä potentiometriä (12-40 hengitystä minuutissa). Paineilma-/tyhjiöasetusten avulla huomasin, että kun hengitysnopeus on yli ~ 20 hengitystä minuutissa, verenpainemansetilla ei ole aikaa tyhjentyä kokonaan hengitysten välillä. Tämä ei välttämättä ole ongelma käytettäessä sairaalailman ulostuloaukkoja, joiden oletan pystyvän tuottamaan suurempia virtausnopeuksia ilman niin suurta painehäviötä, mutta en tiedä varmasti.

-Pussiventtiili ei ole täysin puristunut jokaisen hengityksen aikana. Tämä voi johtaa siihen, että potilaan keuhkoihin ei pumpata riittävästi ilmaa. Testaus lääketieteellisellä hengitystie -nukella voi paljastaa, onko näin. Jos näin on, tämä voitaisiin mahdollisesti korjata lisäämällä inflaatioaikaa jokaisen hengityksen aikana, mikä vaatisi Arduino -koodin muokkaamista.

-En testannut verenpainemansetin suurinta painekapasiteettia. 4 bar on paljon korkeampi kuin paine, joka normaalisti liittyy verenpaineen lukemiseen. Verenpainemansetti ei rikkoutunut testauksen aikana, mutta se ei tarkoita, etteikö se voisi tapahtua, jos mansetin paineen annettaisiin tasaantua täysin ennen tyhjennystä.

-BVM on suunniteltu tarjoamaan ilmatukea ilman ylimääräisiä letkuja venttiilin ja potilaan nenän/suun välissä. Siten todellista käyttöä varten BVM: n ja potilaan välinen letkujen pituus tulisi pitää mahdollisimman pienenä.

-Tämä hengityslaitteen malli ei ole FDA: n hyväksymä ja sitä tulisi pitää vain LAST RESORT -vaihtoehtona. Se on tarkoituksella suunniteltu helposti koottavaksi sairaalalaitteista ja kaupallisista osista tilanteisiin, joissa parempia/kehittyneempiä vaihtoehtoja ei yksinkertaisesti ole saatavilla. Parannuksia kannustetaan!