DIY lélegeztetőgép a szokásos orvosi kellékek használatával: 8 lépés

2025 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2025-01-23 14:47

Ez a projekt utasításokat tartalmaz egy átalakított lélegeztetőgép összeszereléséhez vészhelyzetekben, amikor nem áll rendelkezésre elegendő kereskedelmi lélegeztetőgép, például a jelenlegi COVID-19 járvány. Ennek a lélegeztetőgép -konstrukciónak az az előnye, hogy lényegében csak automatizálja az orvosi közösség által már széles körben használt és elfogadott kézi szellőztető berendezés használatát. Ezenkívül elsősorban olyan alkatrészekből állítható össze, amelyek a legtöbb kórházi környezetben már rendelkezésre állnak, és nem igényel egyedi alkatrészeket (pl. 3D nyomtatás, lézervágás stb.).

A zsákos szelepes maszk (BVM), más néven kézi újraélesztő, kézi eszköz, amelyet pozitív nyomású szellőzés biztosítására használnak a légzési segítségre szoruló betegek számára. Ezeket ideiglenes szellőztetésre használják a betegek számára, amikor a mechanikus lélegeztetőgépek nem állnak rendelkezésre, de nem használják őket hosszú ideig, mert szükségük van egy emberre, aki rendszeres légzési időközönként összenyomja a zacskót.

Ez a barkács -lélegeztetőgép automatizálja a BVM összenyomását, így a beteg határozatlan ideig szellőztethető. A préselés a BVM köré tekert vérnyomásmérő mandzsetta ismételt felfújásával/leeresztésével érhető el. A legtöbb kórház sűrített levegős és vákuumos fali aljzatokkal van felszerelve, amelyek segítségével a vérnyomásmérő mandzsetta felfújható, illetve leereszthető. A mágnesszelep szabályozza a sűrített levegő áramlását, amelyet egy Arduino mikrokontroller vezérel.

A BVM és a vérnyomásmérő mandzsetta kivételével (mindkettő már kapható a kórházakban), ez a kialakítás kevesebb, mint 100 dollár értékű alkatrészt igényel, amelyet könnyen megvásárolhat olyan online értékesítőktől, mint a McMaster-Carr és az Amazon. A javasolt alkatrészek és vásárlási linkek rendelkezésre állnak, de sok alkatrész cserélhető más hasonló alkatrészekkel, ha a felsoroltak nem állnak rendelkezésre.

Köszönetnyilvánítás:

Külön köszönet Ram Vasudevan professzornak a Michigani Egyetemen a projekt finanszírozásáért és Mariama Runcie -nek, a Massachusettsi Általános Kórház és a Brigham and Women Hospital Harvard Affiliated Emergency Medicine Residency rezidenciájáért, aki kölcsönadta orvosi szakértelmét és visszajelzést adott a koncepcióról.

Szeretném elismerni Christopher Zahnert, M. D. -t és Aisen Chacint, az UTMB PhD doktorátusát, akik önállóan konvergáltak egy hasonló kialakításon, mielőtt közzétettem ezt az utasítást (hír). Bár a készülékem nem újszerű, remélem, hogy a felépítés részletes leírása hasznos lesz azoknak, akik szeretnék újjáépíteni vagy fejleszteni a koncepciót.

Kellékek

Orvosi összetevők:

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

-Vérnyomásos mandzsetta, ~ 17 USD (https://www.amazon.com/gp/product/B00VGHZG3C)

Elektromos alkatrészek:

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

-3 utas elektronikus mágnesszelep (12V), ~ $ 30 (https://www.mcmaster.com/61975k413)

-12 V -os fali adapter, ~ 10 USD (https://www.amazon.com/gp/product/B01GD4ZQRS)

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

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

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

-Egymagos huzal, ~ 15 USD a különböző színek egész készletéért (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid-different-colored-spools/dp/B07TX6BX47)

Egyéb összetevők:

-Sárgaréz szöges tömlőszerelvény 10-32 menettel, ~ 4 USD (https://www.mcmaster.com/5346k93)

-(x2) Szöges szöges csőszerelvény 1/4 NPT menetekkel, ~ $ 1 (https://www.mcmaster.com/5372k121)

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

-(x2) Zúzódásálló oxigéncsövek, ~ 10 USD (https://www.amazon.com/dp/B07S427JSY)

-Kicsi doboz vagy más tartály elektronikaként és szelepházként

Lépés: Csatlakoztassa az elektronikát

Csatlakoztassa az Arduino -t, a TIP 120 -at és a potenciométert a bekötési rajzon látható módon a tömör huzal és a miniatűr kenyérlap használatával. Érdemes az Arduino -t és a kenyérlapot ragasztószalaggal ragasztani vagy ragasztani egy darab kartonpapírra, mivel ez segít csökkenteni a vezetékek esetleges húzását.

Vegye figyelembe, hogy az 1k ellenállás opcionális. Biztosításként működik az elektromos rövidzárlat ellen, de ha nem fekszik, akkor cserélje ki egy vezetékre, és mindennek megfelelően kell működnie.

Az Arduino nem tudja közvetlenül meghajtani a szelepet, mert több energiát igényel, mint amennyit az Arduino kimeneti csapjai képesek ellátni. Ehelyett az Arduino a TIP 120 tranzisztort hajtja, amely úgy működik, mint egy kapcsoló a szelep be- és kikapcsolásához.

A potenciométer "légzésszabályozó gombként" működik. Az edénybeállítás módosítása megváltoztatja a feszültségjelet az Arduino A0 érintkezőjébe. Az Arduino -n futó kód ezt a feszültséget "légzési sebességgé" alakítja át, és beállítja a szelep nyitási és zárási sebességét.

2. lépés: Csatlakoztassa az elektronikus mágnesszelepet

Az elektronikus szelepet nem szállítják vezetékekkel, ezért ezt manuálisan kell elvégezni.

Először távolítsa el a felső fedelet egy Phillips fejű csavarhúzóval, hogy láthatóvá váljon a három csavarkapcsa, V+, V- és GND (nézze meg a fotót, hogy melyik melyik)

Ezután rögzítse a vezetékeket a csavarokkal. Azt javaslom, hogy narancssárga vagy sárga vezetéket használjon a V+ -hoz (vagy bármilyen színhez, amelyet a 12 V-os vezetékhez használt az előző lépésben), kék vagy fekete színű V-, és feketét a GND-hez (vagy bármilyen színt használt a GND vezetékhez) A feketét használtam mind a V-, mind a GND-hez, de egy kis darab szalagot tettem a GND vezetékre, hogy megkülönböztessem őket.

A vezetékek rögzítése után tegye vissza a fedelet, és csavarja be a helyére.

Ezután csatlakoztassa a vezetékeket a kenyértáblához, a frissített kapcsolási rajz szerint.

Az egyértelműség kedvéért kapcsolási rajzot is mellékelünk, de ha nem ismeri az ilyen típusú jelöléseket, egyszerűen figyelmen kívül hagyhatja:)

3. lépés: Töltse fel az Arduino kódot és tesztelje az elektronikát

Ha még nem rendelkezik vele, töltse le az Arudino IDE -t, vagy nyissa meg az Arduino webszerkesztőt (https://www.arduino.cc/en/main/software).

Ha az Arduino Create webszerkesztőt használja, a projekt vázlatát itt érheti el. Ha az Arduino IDE -t helyben használja a számítógépén, akkor letöltheti a vázlatot az utasításból.

Nyissa meg a vázlatot, csatlakoztassa az Arduino -t a számítógéphez USB -nyomtatókábel segítségével, és töltse fel a vázlatot az Arduino -ba. Ha problémái vannak a vázlat feltöltésével, itt talál segítséget.

Most csatlakoztassa a 12V -os tápegységet. A szelepnek rendszeresen kattanó hangot kell adnia és világítania kell, amint az a videóban látható. Ha a potenciométer gombot az óramutató járásával megegyező irányba forgatja, akkor gyorsabban kell kapcsolnia, és lassabban, ha az óramutató járásával ellentétes irányba forgatja. Ha nem ezt a viselkedést látja, menjen vissza, és ellenőrizze az összes korábbi lépést.

Lépés: Csatlakoztassa a szöges csőcsatlakozókat a szelephez

A szelepnek három nyílása van: A, P és kipufogó. Ha a szelep inaktív, A csatlakozik a kipufogóhoz, és P zárva van. Amikor a szelep aktív, A csatlakozik a P -hez, és a kipufogógáz zárva van. Csatlakoztatjuk a P -t egy sűrített levegő forráshoz, A -t a vérnyomás -mandzsettához, a kipufogót pedig vákuumhoz. Ennél a konfigurációnál a vérnyomásmérő mandzsetta felfújódik, amikor a szelep aktív, és leereszkedik, ha a szelep inaktív.

A kipufogónyílást úgy tervezték, hogy csak nyitott legyen a légkörre, de vákuumhoz kell csatlakoztatnunk, hogy a vérnyomásmérő mandzsetta gyorsabban leereszkedjen. Ehhez először távolítsa el a kipufogónyílást fedő fekete műanyag kupakot. Ezután helyezze a műanyag távtartót a szabad menetekre, és rögzítse a sárgaréz szögesdugót.

Rögzítse a műanyag szögesdugós csatlakozókat az A és P csatlakozóhoz. Húzza meg csavarkulccsal, hogy ne szivárogjon.

5. lépés: Ház létrehozása az elektronika számára

Mivel egyik vezeték sem forrasztott a helyére, fontos megvédeni őket a véletlen meghúzástól és leválasztástól. Ezt úgy teheti meg, hogy védőházba helyezi őket.

A házhoz egy kis kartondobozt használtam (az egyik McMaster szállítódoboz néhány része bejött). Használhat egy kis tupperware tartályt is, vagy valami fantasztikusabbat, ha akar.

Először tegye ki a szelepet, az Arduino -t és a miniatűr kenyérlapot a tartályba. Ezután lyukakat fúrjon/fúrjon a 12 V -os tápkábel és a légcsövek tartályába. Miután a lyukak elkészültek, forró ragasztó, szalag vagy cipzár kösse össze a szelepet, az Arduino -t és a kenyérlapot a kívánt helyeken.

6. lépés: Tekerje a vérnyomásmérő mandzsettát a BVM köré

Húzza le a felfújó izzót a vérnyomásmérő mandzsettáról (csak le kell tudnia húzni). A következő lépésben ezt a csövet csatlakoztatni kell az elektronikus szelephez.

Tekerje a vérnyomásmérő mandzsettát a BVM köré. Győződjön meg arról, hogy a mandzsetta a lehető legszorosabb legyen anélkül, hogy összecsukná a táskát.

Lépés: Csatlakoztassa a légcsöveket

Az utolsó lépés a vérnyomásmérő mandzsetta, a sűrítettlevegő -forrás és a vákuumforrás csatlakoztatása az elektronikus szelephez.

Csatlakoztassa a vérnyomásmérő mandzsettát a szelep A csatlakozójához.

Egy oxigéncső segítségével csatlakoztassa a szelep P kivezetését a sűrített levegő forráshoz. A legtöbb kórháznak rendelkeznie kell sűrítettlevegő -kimenettel 4 bar (58 psi) nyomáson (forrás).

Egy másik oxigéncső segítségével csatlakoztassa a szelep kipufogócsatlakozóját a vákuumforráshoz. A legtöbb kórháznak rendelkeznie kell vákuumkimenettel 400 mmHg (7,7 psi) atmoszféra (forrás) alatt.

A készülék most kész, kivéve a szükséges csöveket/adaptereket, amelyek a BVM kimenetét a beteg tüdejéhez kötik. Nem vagyok egészségügyi szakember, ezért ezeket az alkatrészeket nem vettem bele a tervezésbe, de feltételezhető, hogy bármely kórházi környezetben rendelkezésre állnak.

8. lépés: Az eszköz tesztelése

Csatlakoztassa a készüléket. Ha minden megfelelően van csatlakoztatva, akkor a vérnyomásmérő mandzsettának időnként felfúvódnia és leereszkednie kell, amint azt a videó is mutatja.

Nem vagyok egészségügyi szakember, ezért nincs hozzáférésem a kórházi sűrített levegőhöz vagy vákuumhoz. Ezért egy kis légkompresszort és vákuumszivattyút használtam a készülék tesztelésére otthonomban. A kompresszor nyomásszabályozóját 4 bar (58 psi), a vákuumot pedig -400 Hgmm (-7,7 psi) értékre állítottam, hogy a lehető legjobban szimuláljam a kórházi kimeneteket.

Néhány lemondás és figyelembe veendő dolgok:

-A légzésszám a potméter elforgatásával állítható (12-40 légzés percenként). A sűrített levegő/vákuum beállításával azt vettem észre, hogy a ~ 20 légzés percenként nagyobb légzési sebességnél a vérnyomásmérő mandzsettának nincs ideje teljesen leereszkedni a légzések között. Ez nem lehet probléma, ha kórházi levegőkimeneteket használok, amelyekről feltételezem, hogy nagyobb áramlási sebességet tudnak biztosítani anélkül, hogy nyomáscsökkenés lenne, de nem tudom biztosan.

-A zsák szelepe nincs teljesen összenyomva minden légzés során. Ez azt eredményezheti, hogy nem elegendő levegő kerül a betegek tüdejébe. Az orvosi légúti próbababán végzett teszt során kiderülhet, hogy ez a helyzet. Ha igen, akkor ezt esetleg orvosolni lehetne úgy, hogy növeljük az infúziós időt minden egyes lélegzetvétel során, ami az Arduino kód szerkesztését igényli.

-Nem teszteltem a vérnyomásmérő mandzsetta maximális nyomáskapacitását. 4 bar sokkal magasabb, mint a vérnyomásmérés során általában alkalmazott nyomás. A vérnyomásmérő mandzsetta nem tört el a tesztelés során, de ez nem jelenti azt, hogy ez nem történhet meg, ha a mandzsettában lévő nyomást teljesen kiegyenlítik a leeresztés előtt.

-A BVM úgy lett kialakítva, hogy levegőtámaszt biztosítson, anélkül, hogy további csövek lennének a szelep és a beteg orra/szája között. Így egy valódi alkalmazáshoz a csővezeték hosszát a BVM és a beteg között minimálisra kell csökkenteni.

-Ez a lélegeztetőgép kialakítás nem FDA által jóváhagyott, és csak LAST RESORT opciónak tekinthető. Szándékosan úgy tervezték, hogy könnyen összeszerelhető legyen kórházi berendezésekből és kereskedelmi alkatrészekből olyan helyzetekben, amikor jobb/kifinomultabb alternatívák egyszerűen nem állnak rendelkezésre. Javításra ösztönöznek!