Ortak Tıbbi Malzemeleri Kullanan Kendin Yap Vantilatör: 8 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Bu proje, mevcut COVID-19 salgını gibi yeterli ticari ventilatör bulunmadığında acil durum senaryolarında kullanılmak üzere bir vardiyalı ventilatörün montajına yönelik talimatlar sağlar. Bu ventilatör tasarımının bir avantajı, tıp camiası tarafından halihazırda yaygın olarak kullanılan ve kabul edilen bir manuel ventilasyon cihazının kullanımını esasen otomatik hale getirmesidir. Ayrıca, öncelikle çoğu hastane ortamında mevcut olan bileşenlerden monte edilebilir ve herhangi bir parçanın özel olarak üretilmesini gerektirmez (örn. 3d baskı, lazer kesim, vb.).

Manuel resüsitatör olarak da bilinen bir torba valf maskesi (BVM), solunum desteğine ihtiyaç duyan hastalara pozitif basınçlı ventilasyon sağlamak için kullanılan elde taşınabilir bir cihazdır. Mekanik ventilatörlerin bulunmadığı durumlarda hastalara geçici ventilasyon sağlamak için kullanılırlar, ancak düzenli solunum aralıklarında bir insanın torbayı sıkması gerektiğinden uzun süre kullanılmazlar.

Bu DIY ventilatör, BVM'nin sıkıştırılmasını otomatik hale getirir, böylece bir hastayı belirsiz bir süre ventile etmek için kullanılabilir. Sıkma, BVM'nin etrafına sarılmış bir kan basıncı kafını tekrar tekrar şişirerek/söndürerek elde edilir. Çoğu hastane, sırasıyla kan basıncı kafını şişirmek ve söndürmek için kullanılabilen basınçlı hava ve vakumlu duvar çıkışları ile donatılmıştır. Bir solenoid valf, bir Arduino mikro denetleyicisi tarafından kontrol edilen basınçlı hava akışını düzenler.

BVM ve kan basıncı manşonu (her ikisi de hastanelerde mevcuttur) dışında, bu tasarım, McMaster-Carr ve Amazon gibi çevrimiçi satıcılardan kolayca satın alınabilen 100 dolardan daha az parça gerektirir. Önerilen bileşenler ve satın alma bağlantıları sağlanmıştır, ancak listelenenler mevcut değilse, birçok parçayı diğer benzer bileşenlerle değiştirebilirsiniz.

Teşekkür:

Michigan Üniversitesi'nden Profesör Ram Vasudevan'a bu projeyi finanse ettiği için ve Massachusetts General Hospital ve Brigham and Women's Hospital'daki Harvard Bağlı Acil Tıp Uzmanlığı'ndan M. D. Mariama Runcie'ye tıbbi uzmanlığını ödünç verdiği ve konsept hakkında geri bildirim sağladığı için özel teşekkürler.

Ayrıca, bu Eğitilebilir Tabloyu (haber makalesi) yayınlamadan önce bağımsız olarak benzer bir tasarım üzerinde birleşen UTMB'den Christopher Zahner, M. D. ve Aisen Chacin'i tanımak istiyorum. Cihazım yeni olmasa da, nasıl yapıldığına dair bu ayrıntılı açıklamanın, konsepti yeniden yaratmak veya geliştirmek isteyenler için faydalı olacağını umuyorum.

Gereçler

Tıbbi Bileşenler:

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

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

Elektronik parçalar:

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

-3 yollu elektronik solenoid valf (12V), ~30$ (https://www.mcmaster.com/61975k413)

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

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

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

-Minyatür devre tahtası, ~1$ (https://www.amazon.com/gp/product/B07PZXD69L)

-Tek damarlı tel, farklı renklerin tamamı için ~15$ (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid- Different-colour-spools/dp/B07TX6BX47)

Diğer bileşenler:

- 10-32 dişli pirinç dikenli hortum bağlantısı, ~4$ (https://www.mcmaster.com/5346k93)

-(x2) 1/4 NPT dişli plastik dikenli boru bağlantısı, ~1$ (https://www.mcmaster.com/5372k121)

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

-(x2) Ezilmeye dayanıklı oksijen tüpleri, ~10$ (https://www.amazon.com/dp/B07S427JSY)

- Elektronik ve valf muhafazası olarak hizmet verecek küçük kutu veya başka bir kap

Adım 1: Elektroniği Kablolayın

Tek damarlı kabloyu ve minyatür devre tahtasını kullanarak Arduino, TIP 120 ve potansiyometreyi kablo şemasında gösterildiği gibi bağlayın. Arduino'yu ve devre tahtasını bir karton parçasına bantlamak veya sıcak yapıştırmak da isteyebilirsiniz, çünkü bu, kabloların tesadüfen çekilmesini sınırlamaya yardımcı olacaktır.

1k direncinin isteğe bağlı olduğunu unutmayın. Elektrik kısa devrelerine karşı sigorta görevi görür, ancak etrafta bir tane yoksa, onu bir tel ile değiştirebilirsiniz ve her şey yine de iyi çalışır.

Arduino, valfi doğrudan çalıştıramaz çünkü Arduino'nun çıkış pinlerinin sağlayabileceğinden daha fazla güç gerektirir. Bunun yerine Arduino, valfi açıp kapatmak için bir anahtar gibi davranan TIP 120 transistörünü çalıştırır.

Potansiyometre, "nefes hızı ayar düğmesi" olarak işlev görür. Pot ayarını değiştirmek, voltaj sinyalini Arduino'nun A0 pinine değiştirir. Arduino'da çalışan kod, bu voltajı bir "nefes hızına" dönüştürür ve buna uyacak şekilde valfin açılma ve kapanma hızını ayarlar.

Adım 2: Elektronik Solenoid Valfi Bağlayın

Elektronik valf, kendisine bağlı herhangi bir kablo ile birlikte gönderilmez, bu nedenle bunun manuel olarak yapılması gerekir.

İlk olarak, üç vidalı terminali, V+, V- ve GND'yi ortaya çıkarmak için bir yıldız tornavida kullanarak üst kapağı çıkarın (hangisi olduğunu belirlemek için fotoğrafa bakın)

Ardından kabloları vidalarla sıkıştırarak takın. V+ için turuncu veya sarı kablo (veya önceki adımda 12V kablo için hangi rengi kullandıysanız), V- için mavi veya siyah ve GND için siyah (veya GND kablosu için hangi rengi kullanırsanız kullanın) kullanmanızı öneririm. Bir önceki adım Hem V- hem de GND için siyah kullandım ama onları ayırt edebilmek için GND kablosunun üzerine küçük bir bant parçası koydum.

Kablolar takıldıktan sonra kapağı tekrar takın ve yerine vidalayın.

Ardından, güncellenmiş bağlantı şemasında gösterildiği gibi kabloları devre tahtasına bağlayın.

Anlaşılır olması için bir devre şeması da dahil edilmiştir, ancak bu tür bir gösterime aşina değilseniz, onu görmezden gelebilirsiniz:)

Adım 3: Arduino Kodunu Yükleyin ve Elektroniği Test Edin

Henüz sahip değilseniz, Arudino IDE'yi indirin veya Arduino web düzenleyicisini açın (https://www.arduino.cc/en/main/software).

Arduino Create web düzenleyicisini kullanıyorsanız, bu projenin taslağına buradan ulaşabilirsiniz. Arduino IDE'yi bilgisayarınızda yerel olarak kullanıyorsanız, taslağı bu Eğitilebilir Dosyadan indirebilirsiniz.

Çizimi açın, bir USB yazıcı kablosu kullanarak Arduino'yu bilgisayarınıza bağlayın ve çizimi Arduino'ya yükleyin. Krokiyi yüklemekte sorun yaşıyorsanız yardım burada bulunabilir.

Şimdi 12V güç kaynağını takın. Valf, videoda gösterildiği gibi periyodik olarak bir tıklama sesi çıkarmalı ve yanmalıdır. Potansiyometre düğmesini saat yönünde çevirirseniz daha hızlı, saat yönünün tersine çevirirseniz daha yavaş değişecektir. Gördüğünüz davranış bu değilse, geri dönün ve önceki tüm adımları kontrol edin.

Adım 4: Dikenli Tüp Konnektörlerini Vanaya Takın

Valfin üç portu vardır: A, P ve Egzoz. Valf aktif olmadığında, A Egzoz'a bağlanır ve P kapanır. Valf aktifken A, P'ye bağlanır ve Egzoz kapanır. P'yi bir basınçlı hava kaynağına, A'yı kan basıncı manşonuna ve Egzoz'u bir vakuma bağlayacağız. Bu konfigürasyonla, kan basıncı kafı valf aktifken şişer ve valf aktif değilken söner.

Egzoz portu sadece atmosfere açık olacak şekilde tasarlanmıştır, ancak kan basıncı manşonunun daha hızlı sönmesi için onu bir vakuma bağlamamız gerekir. Bunu yapmak için önce Egzoz portunu kaplayan siyah plastik kapağı çıkarın. Ardından plastik ara parçayı açıkta kalan dişlerin üzerine yerleştirin ve pirinç dikenli konektörü üstüne takın.

A ve P bağlantı noktalarına plastik tırtıklı konektörler takın. Sızıntı olmaması için bir anahtarla sıkın.

Adım 5: Elektronik için Muhafaza Oluşturun

Tellerin hiçbiri yerinde lehimlenmediğinden, kabloların yanlışlıkla çekilip ayrılmalarını önlemek önemlidir. Bu, koruyucu bir muhafazaya yerleştirerek yapılabilir.

Muhafaza için küçük bir karton kutu kullandım (bazı parçaların geldiği McMaster nakliye kutularından biri). Dilerseniz küçük bir tupperware kabı veya daha süslü bir şey de kullanabilirsiniz.

İlk olarak, valfi, Arduino'yu ve minyatür devre tahtasını kabın içine yerleştirin. Ardından, 12V güç kablosu ve hava tüpleri için kapta delikler açın/delin. Delikler bittiğinde, valfi, Arduino'yu ve devre tahtasını istenen yerlere sıcak tutkal, bant veya fermuarla bağlayın.

Adım 6: Kan Basıncı Manşetini BVM'nin Etrafına Sarın

Şişirme ampulünü kan basıncı kafından ayırın (sadece çekip çıkarabilmelisiniz). Bir sonraki adımda bu tüp elektronik valfe bağlanacaktır.

Kan basıncı kafını BVM'nin etrafına sarın. Manşetin torbayı düşürmeden mümkün olduğunca sıkı olduğundan emin olun.

7. Adım: Hava Tüplerini Takın

Son adım, kan basıncı manşonunu, basınçlı hava kaynağını ve vakum kaynağını elektronik valfe bağlamaktır.

Kan basıncı kafını valfin A terminaline bağlayın.

Bir oksijen tüpü kullanarak valfin P terminalini basınçlı hava kaynağına bağlayın. Çoğu hastanede 4 bar (58 psi) basınçta (kaynak) basınçlı hava çıkışları bulunmalıdır.

Başka bir oksijen tüpü kullanarak valfin Egzoz terminalini vakum kaynağına bağlayın. Çoğu hastanede atmosferin (kaynak) 400 mmHg (7,7 psi) altında vakum çıkışları bulunmalıdır.

BVM'nin çıkışını hastanın akciğerlerine bağlamak için gerekli tüpler/adaptörler dışında cihaz artık tamamlanmıştır. Ben bir sağlık uzmanı değilim, bu yüzden bu bileşenleri tasarıma dahil etmedim, ancak herhangi bir hastane ortamında bulunabilecekleri varsayılıyor.

8. Adım: Cihazı Test Edin

Cihazı prize takın. Her şey düzgün bağlanmışsa, tansiyon manşonu videoda gösterildiği gibi periyodik olarak şişip sönmelidir.

Ben bir sağlık uzmanı değilim, bu nedenle hastane basınçlı hava veya vakum çıkışlarına erişimim yok. Bu nedenle cihazı evimde test etmek için küçük bir hava kompresörü ve vakum pompası kullandım. Hastane çıkışlarını olabildiğince iyi simüle etmek için kompresördeki basınç regülatörünü 4 bar'a (58 psi) ve vakumu -400 mmHg'ye (-7,7 psi) ayarladım.

Bazı sorumluluk reddi beyanları ve dikkate alınması gerekenler:

-Potansiyometreyi çevirerek solunum hızı ayarlanabilir (dakikada 12-40 nefes arası). Basınçlı hava/vakum kurulumumu kullanarak, dakikada ~20 nefesten daha yüksek solunum hızları için kan basıncı manşonunun nefesler arasında tamamen sönecek zamanı olmadığını fark ettim. Bu, hastane hava çıkışlarını kullanırken çok fazla basınç düşüşü olmadan daha yüksek akış hızları sağlayabileceğini düşündüğüm bir sorun olmayabilir, ancak emin değilim.

- Torba valfi her nefeste tamamen sıkıştırılmaz. Bu, hastanın akciğerlerine yetersiz hava pompalanmasına neden olabilir. Tıbbi bir hava yolu mankeni üzerinde yapılan test, durumun böyle olup olmadığını ortaya çıkarabilir. Eğer öyleyse, bu muhtemelen Arduino kodunun düzenlenmesini gerektiren her nefes sırasında şişirme süresini artırarak giderilebilir.

-Kan basıncı manşonu için maksimum basınç kapasitesini test etmedim. 4 bar, normalde bir kan basıncı ölçümü almak için gerekli olan basınçtan çok daha yüksektir. Kan basıncı manşonu testim sırasında kırılmadı, ancak bu, manşondaki basıncın sönmeden önce tamamen eşitlenmesine izin verilirse bunun olmayacağı anlamına gelmez.

-A BVM, valf ile hastanın burnu/ağzı arasında herhangi bir ekstra tüp olmadan hava desteği sağlamak üzere tasarlanmıştır. Bu nedenle, gerçek bir uygulama için BVM ile hasta arasındaki boru uzunluğu minimumda tutulmalıdır.

-Bu ventilatör tasarımı FDA onaylı değildir ve yalnızca SON YERLEŞİM seçeneği olarak düşünülmelidir. Daha iyi/daha sofistike alternatiflerin basitçe mevcut olmadığı durumlar için hastane ekipmanlarından ve ticari parçalardan montajı kolay olacak şekilde kasıtlı olarak tasarlanmıştır. İyileştirmeler teşvik edilir!