Ventilador de bricolatge que utilitza subministraments mèdics comuns: 8 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Aquest projecte proporciona instruccions per muntar un ventilador de canvi per utilitzar-lo en escenaris d’emergència quan no hi ha prou ventiladors comercials disponibles, com ara l’actual pandèmia COVID-19. Un avantatge d’aquest disseny de ventiladors és que bàsicament automatitza l’ús d’un dispositiu de ventilació manual que ja és àmpliament utilitzat i acceptat per la comunitat mèdica. A més, es pot muntar principalment a partir de components que ja estan disponibles a la majoria de centres hospitalaris i no requereix fabricació personalitzada de cap part (per exemple, impressió 3D, tall per làser, etc.).

Una màscara de vàlvula de bossa (BVM), també coneguda com a reanimador manual, és un dispositiu de mà que s’utilitza per proporcionar ventilació a pressió positiva als pacients que necessiten ajuda respiratòria. S'utilitzen per proporcionar ventilació temporal als pacients quan els ventiladors mecànics no estan disponibles, però no s'utilitzen durant períodes de temps prolongats perquè requereixen que un ésser humà estrenyi la bossa a intervals de respiració regulars.

Aquest ventilador de bricolatge automatitza l'extracció d'un BVM perquè es pugui utilitzar per ventilar un pacient durant un temps indefinit. L’expressió s’aconsegueix inflant / desinflar repetidament un puny de pressió arterial embolicat al voltant del BVM. La majoria dels hospitals estan equipats amb sortides de paret d’aire comprimit i buit, que es poden utilitzar per inflar i desinflar el puny de la pressió arterial, respectivament. Una electrovàlvula regula el flux d’aire comprimit, que és controlat per un microcontrolador Arduino.

A part del manguito BVM i la pressió arterial (tots dos ja disponibles als hospitals), aquest disseny requereix menys de 100 dòlars de peces, que es poden comprar fàcilment a venedors en línia com McMaster-Carr i Amazon. Es proporcionen components suggerits i enllaços de compra, però podeu canviar moltes de les parts amb altres components similars si els que apareixen a la llista no estan disponibles.

Agraïments:

Un agraïment especial a la professora Ram Vasudevan de la Universitat de Michigan per finançar aquest projecte i a Mariama Runcie, M. D. de la Residència de Medicina d’Emergència Afiliada a Harvard a l’Hospital General de Massachusetts i a l’Hospital Brigham and Women per haver prestat la seva experiència mèdica i proporcionar informació sobre el concepte.

També vull reconèixer Christopher Zahner, M. D. i Aisen Chacin, doctor per UTMB, que confluïen de manera independent en un disseny similar abans de publicar aquest Instructable (article de notícies). Tot i que el meu dispositiu no és nou, espero que aquesta explicació detallada de com es va construir resulti útil per a altres que volen recrear o millorar el concepte.

Subministraments

Components mèdics:

-Màscara de vàlvula de bosses, ~ 30 dòlars (https://www.amazon.com/Simple-Breathing-Tool-Adult-Oxygen/dp/B082NK2H5R)

-Mànec de pressió sanguínia, ~ 17 dòlars (https://www.amazon.com/gp/product/B00VGHZG3C)

Components electrònics:

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

-Vàlvula electromagnètica electrònica de 3 vies (12V), ~ 30 dòlars (https://www.mcmaster.com/61975k413)

Adaptador de paret de 12 V, ~ 10 dòlars (https://www.amazon.com/gp/product/B01GD4ZQRS)

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

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

- Tauler de revisió en miniatura, ~ $ 1 (https://www.amazon.com/gp/product/B07PZXD69L)

-Fil de nucli únic, ~ 15 dòlars per a un conjunt complet de colors diferents (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid-different-colored-spools/dp/B07TX6BX47)

Altres components:

-Connexió de mànega de pues de llautó amb fils de 10 a 32, ~ $ 4 (https://www.mcmaster.com/5346k93)

- (x2) Encaix de tub de pues de plàstic amb rosques 1/4 NPT, ~ $ 1 (https://www.mcmaster.com/5372k121)

-Espaiador de plàstic, <$ 1 (https://www.mcmaster.com/94639a258)

- (x2) Tubs d'oxigen resistents a l'aixafament, ~ 10 dòlars (https://www.amazon.com/dp/B07S427JSY)

-Caixa petita o altre contenidor per servir d’electrònica i allotjament de vàlvules

Pas 1: connecteu l'electrònica

Utilitzant el cable de nucli sòlid i la placa de connexió en miniatura, connecteu l'Arduino, el TIP 120 i el potenciòmetre tal com es mostra al diagrama de cablejat. És possible que també vulgueu enganxar o enganxar en calent l’Arduino i la pissarra per a un tros de cartró, ja que això ajudarà a limitar els estiraments incidentals dels cables.

Tingueu en compte que la resistència 1k és opcional. Funciona com a assegurança contra els curtmetratges elèctrics, però si no en teniu cap, podeu substituir-lo per un cable i tot hauria de funcionar bé.

L'Arduino no pot accionar la vàlvula directament perquè requereix més energia de la que poden proporcionar els pins de sortida de l'Arduino. En canvi, l’Arduino acciona el transistor TIP 120, que actua com un interruptor per encendre i apagar la vàlvula.

El potenciòmetre actua com un "botó d'ajust de la velocitat respiratòria". Si ajustem la configuració del pot, el senyal de voltatge es converteix en el pin A0 de l'Arduino. El codi que s'executa a l'Arduino converteix aquest voltatge en una "velocitat de respiració" i estableix la velocitat d'obertura i tancament de la vàlvula perquè coincideixi amb ella.

Pas 2: Connecteu la electrovàlvula electrònica

La vàlvula electrònica no s’envia amb cap cable connectat, de manera que s’ha de fer manualment.

Primer, traieu la tapa superior amb un tornavís Phillips per exposar els seus tres terminals de cargol, V +, V- i GND (consulteu la foto per determinar quin és quin)

A continuació, fixeu els cables subjectant-los amb els cargols. Us suggeriria que utilitzeu filferro taronja o groc per al V + (o el color que hàgiu fet servir per al fil de 12V al pas anterior), blau o negre per a V- i negre per a GND (o el color que feu servir per al fil de GND al Pas anterior. Vaig utilitzar el negre tant per a V- com per a GND, però vaig posar un tros de cinta al fil GND per poder distingir-los.

Un cop connectats els cables, torneu a col·locar la tapa i torneu-la al lloc.

A continuació, connecteu els cables a la placa de configuració tal com es mostra al diagrama de cablejat actualitzat.

Per claredat, també s’inclou un diagrama de circuits, però si no esteu familiaritzat amb aquest tipus de notació, només podeu ignorar-lo:)

Pas 3: pengeu el codi Arduino i proveu l'electrònica

Si encara no el teniu, descarregueu-vos l'IDE Arudino o obriu l'editor web d'Arduino (https://www.arduino.cc/en/main/software).

Si utilitzeu l'editor web Arduino Create, podeu accedir a l'esbós d'aquest projecte aquí. Si utilitzeu l'IDE d'Arduino localment al vostre ordinador, podeu descarregar l'esbós d'aquest manual.

Obriu l'esbós, connecteu l'Arduino a l'ordinador mitjançant un cable d'impressora USB i pengeu l'esbós a l'Arduino. Si teniu problemes per penjar l'esbós, trobareu ajuda aquí.

Connecteu ara la font d’alimentació de 12V. La vàlvula hauria de fer periòdicament un so de clics i il·luminar-se, tal com es mostra al vídeo. Si gireu la perilla del potenciòmetre en el sentit de les agulles del rellotge, hauria de canviar més ràpidament i més lentament si la gireu en sentit antihorari. Si aquest no és el comportament que veieu, torneu enrere i consulteu tots els passos anteriors.

Pas 4: connecteu els connectors de tub de pues a la vàlvula

La vàlvula té tres ports: A, P i Escape. Quan la vàlvula està inactiva, A es connecta a l’escapament i P es tanca. Quan la vàlvula està activa, A es connecta a P i l’escapament es tanca. Connectarem P a una font d’aire comprimit, A al maneguet de pressió arterial i Escapament al buit. Amb aquesta configuració, el puny de la pressió arterial s’inflarà quan la vàlvula estigui activa i es desinflarà quan la vàlvula estigui inactiva.

El port d’escapament està dissenyat per obrir-se a l’atmosfera, però hem de connectar-lo al buit perquè el puny de la pressió arterial es desinfli més ràpidament. Per fer-ho, primer traieu la tapa de plàstic negre que cobreix el port d’escapament. A continuació, col·loqueu el separador de plàstic sobre els fils exposats i poseu el connector de pues de llautó a la part superior.

Connecteu els connectors de pues de plàstic als ports A i P. Apreteu-los amb una clau anglesa per assegurar-vos que no hi hagi fuites.

Pas 5: creeu carcasses per a electrònica

Com que cap dels cables està soldat al seu lloc, és important protegir-los de que els tirin i desconnectin accidentalment. Això es pot fer col·locant-los en una carcassa protectora.

Per a la carcassa, he utilitzat una petita caixa de cartró (una de les caixes d’enviament de McMaster van entrar algunes de les peces). També podeu utilitzar un petit contenidor de tupper, o alguna cosa més elegant si ho desitgeu.

Primer, col·loqueu la vàlvula, Arduino i la placa de pa en miniatura al contenidor. A continuació, feu forats al contenidor per al cable d'alimentació de 12V i els tubs d'aire. Un cop acabats els forats, enganxeu la vàlvula, l'Arduino i la tauleta de pissarra, cinta adhesiva o cremallera en els llocs desitjats.

Pas 6: embolcallar el puny de la pressió arterial al voltant de BVM

Desconnecteu la bombeta de inflació del puny de la pressió arterial (hauríeu de ser capaços de treure-la). En el següent pas, aquest tub es connectarà a la vàlvula electrònica.

Emboliqueu el puny de la pressió arterial al voltant del BVM. Assegureu-vos que el puny estigui el més ajustat possible sense col·lapsar la bossa.

Pas 7: Connecteu els tubs d'aire

El pas final és connectar el manegot de pressió arterial, la font d’aire comprimit i la font de buit a la vàlvula electrònica.

Connecteu el puny de pressió arterial al terminal A. de la vàlvula.

Amb un tub d’oxigen, connecteu el terminal P de la vàlvula a la font d’aire comprimit. La majoria dels hospitals haurien de tenir preses d’aire comprimit disponibles a una pressió de 4 bar (58 psi) (font).

Amb un altre tub d’oxigen, connecteu el terminal d’escapament de la vàlvula a la font de buit. La majoria d’hospitals haurien de tenir preses de buit disponibles a 400 mmHg (7,7 psi) per sota de l’atmosfera (font).

El dispositiu ja està complet, excepte els tubs / adaptadors necessaris per connectar la sortida del BVM als pulmons del pacient. No sóc professional de la salut, de manera que no he inclòs aquests components al disseny, però se suposa que estarien disponibles en qualsevol hospital.

Pas 8: proveu el dispositiu

Connecteu el dispositiu. Si tot està connectat correctament, el puny de la pressió arterial s’ha d’inflar i desinflar-se periòdicament, tal com es mostra al vídeo.

No sóc professional de la salut, de manera que no tinc accés a punts de presa d’aire comprimit ni de buit de l’hospital. Per tant, he utilitzat un petit compressor d’aire i una bomba de buit per provar el dispositiu a casa meva. Vaig configurar el regulador de pressió del compressor a 4 bar (58 psi) i el buit a -400 mmHg (-7,7 psi) per simular les sortides de l’hospital el millor possible.

Algunes exempcions de responsabilitat i coses a tenir en compte:

-La taxa de respiració es pot ajustar girant el potenciòmetre (entre 12-40 respiracions per minut). Amb la meva configuració d’aire comprimit / buit, em vaig adonar que, per a taxes de respiració superiors a 20 respiracions per minut, el puny de la pressió arterial no té temps per desinflar-se completament entre les respiracions. Pot ser que això no sigui un problema quan s’utilitzen punts de venda d’aire hospitalaris que suposo que poden subministrar cabals més elevats sense tanta caiguda de pressió, però no ho sé amb seguretat.

-La vàlvula de la bossa no es comprimeix completament durant cada respiració. Això pot provocar que es bombi insuficient aire als pulmons dels pacients. Les proves en un maniquí de via aèria mèdica podrien revelar si aquest és el cas. Si fos així, això es podria solucionar augmentant el temps d'inflació durant cada respiració, que requeriria editar el codi Arduino.

-No vaig provar la capacitat màxima de pressió del puny de la pressió arterial. Els 4 bar són molt més elevats que la pressió que normalment implica la lectura de la pressió arterial. El puny de la pressió arterial no es va trencar durant les proves, però això no vol dir que no pogués passar si la pressió del puny es deixés igualar completament abans de desinflar-se.

-Un BVM està dissenyat per proporcionar suport aeri sense cap tub addicional entre la vàlvula i el nas / boca del pacient. Per tant, per a una aplicació real, s’ha de reduir al mínim la longitud del tub entre el BVM i el pacient.

-Aquest disseny de ventilador no està aprovat per la FDA i només s’ha de considerar com una última opció. Va ser dissenyat intencionadament per ser fàcil de muntar a partir d’equips hospitalaris i peces comercials per a situacions en què simplement no hi ha alternatives millors / més sofisticades. Es fomenta la millora.