ونتیلاتور DIY با استفاده از لوازم پزشکی رایج: 8 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

این پروژه دستورالعمل هایی را برای مونتاژ یک دستگاه تنفس مصنوعی برای استفاده در سناریوهای اضطراری ارائه می دهد ، زمانی که تعداد کافی هواکش های تجاری در دسترس نیست ، مانند همه گیری فعلی COVID-19. مزیت این طرح ونتیلاتور این است که اساساً استفاده از یک دستگاه تهویه دستی را که قبلاً به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته و توسط جامعه پزشکی پذیرفته شده است ، خودکار می کند. بعلاوه ، می توان آن را در درجه اول از قطعاتی که در حال حاضر در اکثر محیط های بیمارستان موجود است مونتاژ کرد و نیازی به ساخت قطعات سفارشی (مانند چاپ سه بعدی ، برش لیزری و غیره) ندارد.

ماسک دریچه کیسه ای (BVM) ، که به عنوان احیا کننده دستی نیز شناخته می شود ، یک وسیله دستی است که برای تهویه فشار مثبت برای بیمارانی که نیاز به کمک تنفسی دارند استفاده می شود. هنگامی که دستگاههای تنفسی مکانیکی در دسترس نیستند ، از آنها برای تهویه موقت استفاده می شود ، اما برای مدت زمان طولانی استفاده نمی شود ، زیرا آنها نیاز به فشار دادن کیسه در فواصل منظم تنفسی دارند.

این دستگاه تنفس خودکار فشار BVM را به طور خودکار انجام می دهد تا بتوان از آن برای تهویه بیمار برای مدت نامحدود استفاده کرد. فشردن با باد کردن/تخلیه مکرر کاف فشار خون پیچیده شده در اطراف BVM به دست می آید. اکثر بیمارستانها مجهز به خروجی هوای فشرده و خروجی دیوار خلاء هستند که به ترتیب می توان از آنها برای باد کردن و خالی کردن کاف فشار خون استفاده کرد. یک شیر برقی جریان هوای فشرده را تنظیم می کند که توسط میکروکنترلر آردوینو کنترل می شود.

به غیر از BVM و کاف فشار خون (که هر دو در بیمارستان ها موجود است) ، این طرح به قطعاتی به ارزش کمتر از 100 دلار نیاز دارد که می توان آنها را به راحتی از فروشندگان آنلاین مانند مک مستر کار و آمازون خریداری کرد. اجزای پیشنهادی و پیوندهای خرید ارائه شده است ، اما اگر موارد ذکر شده در دسترس نباشد ، می توانید بسیاری از قطعات را با سایر اجزای مشابه عوض کنید.

سپاسگزاریها:

با تشکر ویژه از پروفسور رام واسودوان در دانشگاه میشیگان برای تأمین بودجه این پروژه و ماریاما رانسی ، دکترای تخصصی پزشکی اورژانس وابسته به هاروارد در بیمارستان عمومی ماساچوست و بیمارستان بریگهام و زنان برای ارائه تخصص پزشکی و ارائه بازخورد در مورد این مفهوم.

من همچنین می خواهم کریستوفر زاهنر ، MD و Aisen Chacin ، دکترای UTMB را بشناسم که قبل از ارسال این دستورالعمل (مقاله خبری) به طور مستقل روی یک طرح مشابه همگرا شده بودند. در حالی که دستگاه من بدیع نیست ، امیدوارم این شرح دقیق از نحوه ساخت آن برای دیگران که به دنبال بازآفرینی یا بهبود این مفهوم هستند مفید باشد.

تدارکات

اجزای پزشکی:

ماسک دریچه کیسه ، 30 دلار

کاف فشار خون ، 17 پوند (https://www.amazon.com/gp/product/B00VGHZG3C)

قطعات الکترونیکی:

-Arduino Uno ، 20 دلار آمریکا (https://www.amazon.com/Arduino-A000066-ARDUINO-UNO-R3/dp/B008GRTSV6)

شیر برقی الکترونیکی 3 طرفه (12 ولت) ، 30 دلار آمریکا (https://www.mcmaster.com/61975k413)

آداپتور دیواری 12 ولت ، 10 پوند (https://www.amazon.com/gp/product/B01GD4ZQRS)

پتانسیومتر -10k ، <1 دلار (https://www.amazon.com/gp/product/B07C3XHVXV)

-TIP120 ترانزیستور دارلینگتون ، 2 دلار آمریکا (https://www.amazon.com/Pieces-TIP120-Power-Darlington-Transistors/dp/B00NAY1IBS)

تخته کوچک ، 1 پوند (https://www.amazon.com/gp/product/B07PZXD69L)

-سیم تک هسته ای ، 15 پوند برای مجموعه ای کامل از رنگ های مختلف (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid-different-colored-spools/dp/B07TX6BX47)

سایر اجزاء:

شیلنگ خاردار برنجی با 10-32 نخ ، ~ 4 دلار (https://www.mcmaster.com/5346k93)

-(x2) لوله خاردار پلاستیکی با 1/4 نخ NPT ، 1 دلار آمریکا (https://www.mcmaster.com/5372k121)

فاصله دهنده پلاستیکی ، <1 دلار (https://www.mcmaster.com/94639a258)

-(x2) لوله های اکسیژن مقاوم در برابر خرد شدن ، 10 دلار (https://www.amazon.com/dp/B07S427JSY)

-جعبه کوچک یا ظرف دیگر که به عنوان لوازم الکترونیکی و محفظه شیر عمل می کند

مرحله 1: سیم کشی الکترونیک

با استفاده از سیم جامد و تخته نان کوچک ، Arduino ، TIP 120 و پتانسیومتر را همانطور که در نمودار سیم کشی نشان داده شده است ، وصل کنید. همچنین ممکن است بخواهید آردوینو و تخته نان را به یک تکه مقوا بچسبانید یا چسب داغ بزنید ، زیرا این امر به محدود شدن کشش تصادفی روی سیم ها کمک می کند.

توجه داشته باشید که مقاومت 1k اختیاری است. این به عنوان بیمه در برابر شورت های برقی عمل می کند ، اما اگر دور خود را ندارید ، می توانید آن را با سیم جایگزین کنید و همه چیز باید خوب کار کند.

آردوینو نمی تواند سوپاپ را مستقیماً هدایت کند زیرا به قدرت بیشتری نسبت به پین های خروجی آردوینو نیاز دارد. در عوض ، آردوینو ترانزیستور TIP 120 را هدایت می کند که مانند یک کلید برای روشن و خاموش کردن سوپاپ عمل می کند.

پتانسیومتر به عنوان "دستگیره تنظیم سرعت تنفس" عمل می کند. تغییر تنظیمات قابلمه سیگنال ولتاژ را به پین A0 آردوینو تغییر می دهد. کدی که بر روی آردوینو اجرا می شود ، این ولتاژ را به "میزان تنفس" تبدیل می کند و میزان باز و بسته شدن سوپاپ را متناسب با آن تنظیم می کند.

مرحله 2: شیر برقی الکترونیکی را سیم کشی کنید

شیر الکترونیکی بدون سیم متصل به آن ارسال نمی شود ، بنابراین این کار باید به صورت دستی انجام شود.

ابتدا ، با استفاده از پیچ گوشتی فیلیپس ، رویه بالایی را بردارید تا سه پایانه پیچ آن ، V+، V- و GND در معرض دید قرار گیرد (برای تعیین اینکه کدام یک است ، با عکس مشورت کنید)

سپس سیم ها را با بستن پیچ ها وصل کنید. من پیشنهاد می کنم از سیم نارنجی یا زرد برای V+ (یا هر رنگی که در مرحله قبل برای سیم 12V استفاده کردید) ، آبی یا مشکی برای V- و سیاه برای GND (یا هر رنگی که برای سیم GND در سیم استفاده کردید) استفاده کنید. مرحله قبلی. من از رنگ مشکی برای V- و GND استفاده کردم ، اما یک تکه کوچک نوار را روی سیم GND گذاشتم تا بتوانم آنها را تشخیص دهم.

پس از اتصال سیمها ، پوشش را دوباره روی آن قرار دهید و آن را در محل خود پیچ کنید.

سپس ، سیمها را به تخته نان متصل کنید همانطور که در نمودار سیم کشی به روز شده نشان داده شده است.

برای وضوح ، نمودار مدار نیز موجود است ، اما اگر با آن نوع نماد آشنا نیستید ، می توانید آن را نادیده بگیرید:)

مرحله 3: کد Arduino و Test Electronics را بارگذاری کنید

اگر هنوز آن را ندارید ، Arudino IDE را بارگیری کنید یا ویرایشگر وب Arduino را باز کنید (https://www.arduino.cc/fa/main/software).

اگر از ویرایشگر وب Arduino Create استفاده می کنید ، می توانید به طرح این پروژه در اینجا دسترسی پیدا کنید. اگر از Arduino IDE بصورت محلی در رایانه خود استفاده می کنید ، می توانید طرح را از این دستورالعمل بارگیری کنید.

طرح را باز کنید ، Arduino را با استفاده از کابل چاپگر USB به رایانه خود وصل کنید و طرح را در Arduino بارگذاری کنید. اگر در بارگذاری طرح مشکلی دارید ، می توانید از اینجا کمک بگیرید.

حالا منبع تغذیه 12 ولت را وصل کنید. سوپاپ باید به صورت دوره ای صدای کلیک کرده و روشن شود ، همانطور که در فیلم نشان داده شده است. اگر دکمه پتانسیومتر را در جهت عقربه های ساعت بچرخانید باید سریعتر و اگر آن را خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخانید کندتر شود. اگر این رفتاری نیست که می بینید ، برگردید و تمام مراحل قبلی را بررسی کنید.

مرحله 4: اتصالات لوله خاردار را به شیر وصل کنید

این شیر دارای سه پورت A ، P و Exhaust است. هنگامی که شیر غیر فعال است ، A به اگزوز متصل می شود و P بسته می شود. هنگامی که شیر فعال است ، A به P متصل می شود و اگزوز بسته می شود. ما قصد داریم P را به یک منبع هوای فشرده ، A را به کاف فشار خون و اگزوز را به خلا وصل کنیم. با این پیکربندی ، کاف فشار خون هنگام فعال شدن دریچه باد می شود و در صورت غیر فعال شدن دریچه باد می شود.

پورت Exhaust طوری طراحی شده است که فقط به جو باز باشد ، اما ما باید آن را به خلا وصل کنیم تا کاف فشار خون سریعتر باد کند. برای انجام این کار ، ابتدا کلاه پلاستیکی مشکی را که درگاه Exhaust را می پوشاند ، بردارید. سپس فاصله گیر پلاستیکی را روی نخ های نمایان شده قرار دهید و اتصال خاردار برنجی را در بالا وصل کنید.

اتصالات خاردار پلاستیکی را به درگاه A و P. وصل کنید. با آچار محکم کنید تا از نشتی جلوگیری شود.

مرحله 5: ایجاد مسکن برای لوازم الکترونیکی

از آنجا که هیچ یک از سیم ها در محل خود لحیم نمی شوند ، مهم است که آنها را از کشیدن و قطع شدن تصادفی محافظت کنید. این را می توان با قرار دادن آنها در یک محفظه محافظ انجام داد.

برای محفظه ، من از یک جعبه مقوایی کوچک استفاده کردم (یکی از جعبه های حمل و نقل مک مستر برخی از قطعات آن وارد شد). در صورت تمایل می توانید از ظرف کوچک ظروف چوبی یا چیزهای شیک تر استفاده کنید.

ابتدا سوپاپ ، آردوینو و تخته نان کوچک را در ظرف قرار دهید. سپس سوراخ هایی را برای کابل برق 12 ولت و لوله های هوا در ظرف ایجاد کنید. پس از اتمام سوراخ ها ، چسب داغ ، نوار یا زیپ شیر ، آردوینو و تخته نان را در مکان های مورد نظر خود ببندید.

مرحله 6: کاف فشار خون را در اطراف BVM بپیچید

پیاز تورم را از کاف فشار خون جدا کنید (باید بتوانید آن را جدا کنید). در مرحله بعد ، این لوله به شیر الکترونیکی متصل می شود.

کاف فشار خون را دور BVM بپیچید. مطمئن شوید که کاف تا جایی که ممکن است بدون جمع شدن کیف محکم باشد.

مرحله 7: لوله های هوا را وصل کنید

آخرین مرحله اتصال کاف فشار خون ، منبع هوای فشرده و منبع خلاء به شیر الکترونیکی است.

کاف فشار خون را به ترمینال A سوپاپ وصل کنید.

با استفاده از لوله اکسیژن ، ترمینال P سوپاپ را به منبع هوای فشرده وصل کنید. اکثر بیمارستانها باید دارای خروجی هوای فشرده با فشار 4 بار (58 psi) (منبع) باشند.

با استفاده از یک لوله اکسیژن دیگر ، ترمینال خروجی شیر را به منبع خلا وصل کنید. اکثر بیمارستانها باید دارای خروجی های خلاء با 400mmHg (7.7 psi) زیر اتمسفر (منبع) باشند.

این دستگاه اکنون به جز لوله ها و آداپتورهای لازم برای اتصال خروجی BVM به ریه های بیمار کامل است. من یک متخصص مراقبت های بهداشتی نیستم بنابراین این اجزا را در طراحی گنجانده ام ، اما فرض بر این است که آنها در هر محیط بیمارستانی موجود خواهند بود.

مرحله 8: دستگاه را آزمایش کنید

دستگاه را وصل کنید. اگر همه چیز به درستی وصل شده باشد ، کاف فشار خون باید به صورت دوره ای باد شود ، همانطور که در فیلم نشان داده شده است.

من یک متخصص مراقبت های بهداشتی نیستم ، بنابراین به هوای فشرده بیمارستان یا خروجی های خلاء دسترسی ندارم. بنابراین ، من از یک کمپرسور کوچک هوا و پمپ خلاء برای آزمایش دستگاه در خانه خود استفاده کردم. من تنظیم کننده فشار روی کمپرسور را روی 4 بار (58 psi) و خلا را روی -400 mmHg (-7.7 psi) تنظیم کردم تا خروجی های بیمارستان را در بهترین حالت ممکن شبیه سازی کنم.

برخی سلب مسئولیت ها و مواردی که باید در نظر بگیرید:

-تنفس را می توان با چرخاندن پتانسیومتر (بین 12-40 تنفس در دقیقه) تنظیم کرد. با استفاده از تنظیمات هوای فشرده/خلاء ، متوجه شدم که برای تنفس بیشتر از 20 تنفس در دقیقه ، فشار خون زمان کافی برای تخلیه کامل بین تنفس را ندارد. این ممکن است هنگام استفاده از خروجی های هوای بیمارستانی که من تصور می کنم می تواند میزان جریان بیشتری را بدون افت فشار ایجاد کند ، مشکلی ایجاد نکند ، اما من به طور دقیق نمی دانم.

-سپس کیسه ای در طول هر تنفس کاملاً فشرده نمی شود. این ممکن است منجر به پمپاژ هوای کافی به ریه بیماران نشود. آزمایش بر روی آدمک راه هوایی پزشکی می تواند مشخص کند که آیا این مورد وجود دارد یا خیر. اگر چنین است ، احتمالاً می توان با افزایش زمان تورم در طول هر تنفس ، که نیاز به ویرایش کد آردوینو دارد ، برطرف شد.

-من حداکثر ظرفیت فشار را برای کاف فشار خون آزمایش نکردم. 4 بار بسیار بیشتر از فشار معمول در اندازه گیری فشار خون است. کاف فشار خون در طول آزمایش من شکسته نشد ، اما این بدان معنا نیست که اگر فشار در کاف قبل از باد کردن اجازه داده شود به طور کامل مساوی شود ، نمی تواند رخ دهد.

-A BVM طوری طراحی شده است که بدون هیچگونه لوله اضافی بین دریچه و بینی/دهان بیمار پشتیبانی هوایی را انجام می دهد. بنابراین ، برای یک کاربرد واقعی ، طول لوله بین BVM و بیمار باید به حداقل برسد.

-این طرح ونتیلاتور مورد تأیید FDA نیست و فقط باید به عنوان گزینه LAST RESORT در نظر گرفته شود. این دستگاه عمداً طوری طراحی شده است که بتوان از تجهیزات بیمارستانی و قطعات تجاری در شرایطی که جایگزین های بهتر و پیچیده تری به سادگی در دسترس نیستند جمع آوری کرد. پیشرفت ها تشویق می شوند!