Ventilator DIY Menggunakan Perlengkapan Medis Umum: 8 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Proyek ini memberikan instruksi untuk merakit ventilator make-shift untuk digunakan dalam skenario darurat ketika tidak tersedia cukup ventilator komersial, seperti pandemi COVID-19 saat ini. Kelebihan dari desain ventilator ini pada dasarnya hanya mengotomatisasi penggunaan alat ventilasi manual yang sudah banyak digunakan dan diterima oleh komunitas medis. Plus, itu dapat dirakit terutama dari komponen yang sudah tersedia di sebagian besar pengaturan rumah sakit dan tidak memerlukan fabrikasi khusus dari bagian mana pun (misalnya pencetakan 3d, pemotongan laser, dll.).

Bag valve mask (BVM), juga dikenal sebagai resusitasi manual, adalah perangkat genggam yang digunakan untuk memberikan ventilasi tekanan positif kepada pasien yang membutuhkan bantuan pernapasan. Mereka digunakan untuk memberikan ventilasi sementara kepada pasien ketika ventilator mekanik tidak tersedia, tetapi tidak digunakan untuk waktu yang lama karena mereka membutuhkan manusia untuk meremas kantong pada interval pernapasan yang teratur.

Ventilator DIY ini mengotomatiskan pemerasan BVM sehingga dapat digunakan untuk ventilasi pasien untuk waktu yang tidak terbatas. Meremas dicapai dengan berulang kali menggembungkan / mengempiskan manset tekanan darah yang melilit BVM. Sebagian besar rumah sakit dilengkapi dengan udara bertekanan dan outlet dinding vakum, yang masing-masing dapat digunakan untuk mengembang dan mengempiskan manset tekanan darah. Katup solenoida mengatur aliran udara terkompresi, yang dikendalikan oleh mikrokontroler Arduino.

Selain BVM dan manset tekanan darah (keduanya sudah tersedia di rumah sakit), desain ini membutuhkan suku cadang senilai kurang dari $100, yang dapat dengan mudah dibeli dari penjual online seperti McMaster-Carr dan Amazon. Komponen yang disarankan dan tautan pembelian disediakan, tetapi Anda dapat menukar banyak bagian dengan komponen serupa lainnya jika yang tercantum tidak tersedia.

Ucapan terima kasih:

Terima kasih khusus kepada Profesor Ram Vasudevan di University of Michigan yang mendanai proyek ini dan Mariama Runcie, M. D. dari Harvard Affiliated Emergency Medicine Residency di Rumah Sakit Umum Massachusetts dan Brigham and Women's Hospital yang telah meminjamkan keahlian medisnya dan memberikan umpan balik tentang konsep tersebut.

Saya juga ingin mengucapkan terima kasih kepada Christopher Zahner, M. D. dan Aisen Chacin, PhD dari UTMB yang secara independen menyatukan desain serupa sebelum saya memposting Instructable ini (artikel berita). Meskipun perangkat saya bukan barang baru, saya berharap penjelasan rinci tentang bagaimana perangkat ini dibuat akan berguna bagi orang lain yang ingin membuat ulang atau meningkatkan konsep tersebut.

Perlengkapan

Komponen Medis:

-Tas penutup katup, ~$30 (https://www.amazon.com/Simple-Breathing-Tool-Adult-Oxygen/dp/B082NK2H5R)

-Manset tekanan darah, ~$17 (https://www.amazon.com/gp/product/B00VGHZG3C)

Komponen elektronik:

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

-3-way electronic solenoid valve (12V), ~$30 (https://www.mcmaster.com/61975k413)

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

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

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

- Miniatur papan tempat memotong roti, ~$1 (https://www.amazon.com/gp/product/B07PZXD69L)

-Kabel inti tunggal, ~$15 untuk satu set warna berbeda (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid-different-coloured-spools/dp/B07TX6BX47)

Komponen lainnya:

- Pemasangan selang berduri kuningan dengan 10-32 ulir, ~$4 (https://www.mcmaster.com/5346k93)

-(x2) Pemasangan tabung berduri plastik dengan 1/4 benang NPT, ~$1 (https://www.mcmaster.com/5372k121)

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

-(x2) Tabung oksigen tahan hancur, ~$10 (https://www.amazon.com/dp/B07S427JSY)

-Kotak kecil atau wadah lain untuk digunakan sebagai elektronik dan rumah katup

Langkah 1: Hubungkan Elektronik

Menggunakan kabel inti padat dan papan tempat memotong roti mini, sambungkan Arduino, TIP 120, dan potensiometer seperti yang ditunjukkan pada diagram pengkabelan. Anda mungkin juga ingin merekatkan atau merekatkan Arduino dan papan tempat memotong roti ke selembar karton, karena ini akan membantu membatasi penarikan kabel yang tidak disengaja.

Perhatikan bahwa resistor 1k adalah opsional. Ini berfungsi sebagai asuransi terhadap korsleting listrik, tetapi jika Anda tidak memilikinya, Anda dapat menggantinya dengan kabel dan semuanya akan tetap berfungsi dengan baik.

Arduino tidak dapat menggerakkan katup secara langsung karena membutuhkan lebih banyak daya daripada yang dapat disediakan oleh pin output Arduino. Sebagai gantinya, Arduino menggerakkan transistor TIP 120, yang bertindak seperti sakelar untuk menghidupkan dan mematikan katup.

Potensiometer bertindak sebagai "kenop penyesuaian laju pernapasan". Tweak pengaturan pot mengubah sinyal tegangan menjadi pin A0 Arduino. Kode yang berjalan di Arduino mengubah tegangan itu menjadi "laju pernapasan", dan mengatur laju pembukaan dan penutupan katup untuk mencocokkannya.

Langkah 2: Pasang Katup Solenoid Elektronik

Katup elektronik tidak dikirimkan dengan kabel apa pun yang terhubung, jadi ini harus dilakukan secara manual.

Pertama, lepaskan penutup atas menggunakan obeng kepala Phillips untuk membuka ketiga terminal sekrupnya, V+, V-, dan GND (lihat foto untuk menentukan yang mana)

Kemudian, pasang kabel dengan menjepitnya dengan sekrup. Saya akan menyarankan menggunakan kabel oranye atau kuning untuk V+ (atau warna apa pun yang Anda gunakan untuk kabel 12V pada langkah sebelumnya), biru atau hitam untuk V-, dan hitam untuk GND (atau warna apa pun yang Anda gunakan untuk kabel GND pada langkah sebelumnya. Saya menggunakan warna hitam untuk V- dan GND tetapi menempelkan sedikit selotip pada kabel GND sehingga saya dapat membedakannya.

Setelah kabel terpasang, pasang kembali penutup dan kencangkan pada tempatnya.

Kemudian, sambungkan kabel ke papan tempat memotong roti seperti yang ditunjukkan pada diagram pengkabelan yang diperbarui.

Untuk kejelasan, diagram sirkuit juga disertakan, tetapi jika Anda tidak terbiasa dengan jenis notasi itu, Anda bisa mengabaikannya:)

Langkah 3: Unggah Kode Arduino dan Uji Elektronik

Jika Anda belum memilikinya, unduh Arudino IDE atau buka editor web Arduino (https://www.arduino.cc/en/main/software).

Jika Anda menggunakan editor web Arduino Create, Anda dapat mengakses sketsa untuk proyek ini di sini. Jika Anda menggunakan Arduino IDE secara lokal di komputer Anda, Anda dapat mengunduh sketsa dari Instruksi ini.

Buka sketsa, sambungkan Arduino ke komputer Anda menggunakan kabel printer USB, dan unggah sketsa ke Arduino. Jika Anda kesulitan mengunggah sketsa, bantuan dapat ditemukan di sini.

Sekarang colokkan catu daya 12V. Katup harus secara berkala mengeluarkan bunyi klik dan menyala, seperti yang ditunjukkan dalam video. Jika Anda memutar kenop potensiometer searah jarum jam, ia akan beralih lebih cepat, dan lebih lambat jika Anda memutarnya berlawanan arah jarum jam. Jika ini bukan perilaku yang Anda lihat, kembali dan periksa semua langkah sebelumnya.

Langkah 4: Pasang Konektor Tabung Berduri ke Katup

Katup memiliki tiga port: A, P, dan Exhaust. Ketika katup tidak aktif, A terhubung ke Exhaust dan P ditutup. Saat katup aktif, A terhubung ke P dan Knalpot ditutup. Kami akan menghubungkan P ke sumber udara terkompresi, A ke manset tekanan darah, dan Exhaust ke ruang hampa. Dengan konfigurasi ini, manset tekanan darah akan mengembang saat katup aktif, dan mengempis saat katup tidak aktif.

Port Exhaust dirancang untuk hanya terbuka ke atmosfer, tetapi kita perlu menghubungkannya ke ruang hampa sehingga manset tekanan darah mengempis lebih cepat. Untuk melakukan ini, pertama-tama lepaskan tutup plastik hitam yang menutupi port Exhaust. Kemudian letakkan spacer plastik di atas benang yang terbuka dan pasang konektor berduri kuningan di atasnya.

Pasang konektor berduri plastik ke port A dan P. Kencangkan dengan kunci pas untuk memastikan tidak ada kebocoran.

Langkah 5: Buat Perumahan untuk Elektronik

Karena tidak ada kabel yang disolder di tempatnya, penting untuk melindunginya agar tidak ditarik dan terputus secara tidak sengaja. Ini dapat dilakukan dengan menempatkannya di rumah pelindung.

Untuk perumahan, saya menggunakan kotak kardus kecil (salah satu kotak pengiriman McMaster beberapa bagian masuk). Anda juga bisa menggunakan wadah tupperware kecil, atau sesuatu yang lebih mewah jika Anda mau.

Pertama, lay out valve, Arduino, dan miniatur breadboard di dalam wadah. Kemudian lubangi/bor lubang di wadah untuk kabel listrik 12V dan tabung udara. Setelah lubang selesai, lem panas, selotip, atau ikat ritsleting katup, Arduino, dan papan tempat memotong roti di tempat yang diinginkan.

Langkah 6: Bungkus Manset Tekanan Darah di Sekitar BVM

Cabut bohlam inflasi dari manset tekanan darah (Anda seharusnya bisa melepasnya begitu saja). Pada langkah selanjutnya, tabung ini akan dihubungkan ke katup elektronik.

Bungkus manset tekanan darah di sekitar BVM. Pastikan manset sekencang mungkin tanpa meruntuhkan tas.

Langkah 7: Pasang Tabung Udara

Langkah terakhir adalah menghubungkan manset tekanan darah, sumber udara terkompresi, dan sumber vakum ke katup elektronik.

Hubungkan manset tekanan darah ke terminal A katup.

Menggunakan tabung oksigen, sambungkan terminal P katup ke sumber udara terkompresi. Sebagian besar rumah sakit harus memiliki outlet udara tekan yang tersedia pada tekanan 4 bar (58 psi) (sumber).

Menggunakan tabung oksigen lain, sambungkan terminal Exhaust katup ke sumber vakum. Sebagian besar rumah sakit harus memiliki outlet vakum yang tersedia pada 400mmHg (7,7 psi) di bawah atmosfer (sumber).

Perangkat sekarang lengkap kecuali untuk tabung/adaptor yang diperlukan untuk menghubungkan outlet BVM ke paru-paru pasien. Saya bukan profesional perawatan kesehatan jadi saya tidak memasukkan komponen tersebut dalam desain, tetapi diasumsikan bahwa komponen tersebut akan tersedia di lingkungan rumah sakit mana pun.

Langkah 8: Uji Perangkat

Colokkan perangkat. Jika semuanya terhubung dengan benar, manset tekanan darah harus mengembang dan mengempis secara berkala, seperti yang ditunjukkan dalam video.

Saya bukan profesional perawatan kesehatan, jadi saya tidak memiliki akses ke udara bertekanan atau outlet vakum rumah sakit. Oleh karena itu, saya menggunakan kompresor udara kecil dan pompa vakum untuk menguji perangkat di rumah saya. Saya mengatur pengatur tekanan pada kompresor ke 4 bar (58 psi) dan vakum ke -400 mmHg (-7,7 psi) untuk mensimulasikan outlet rumah sakit sebaik mungkin.

Beberapa penafian dan hal-hal yang perlu dipertimbangkan:

-Laju pernapasan dapat disesuaikan dengan memutar potensiometer (antara 12-40 napas per menit). Menggunakan pengaturan udara/vakum terkompresi saya, saya perhatikan bahwa untuk laju pernapasan lebih besar dari ~ 20 napas per menit, manset tekanan darah tidak punya waktu untuk mengempis sepenuhnya di antara napas. Ini mungkin tidak menjadi masalah saat menggunakan outlet udara rumah sakit yang saya asumsikan dapat memasok laju aliran yang lebih tinggi tanpa banyak penurunan tekanan, tetapi saya tidak tahu pasti.

-Katup kantong tidak sepenuhnya tertekan selama setiap napas. Hal ini dapat mengakibatkan tidak cukupnya udara yang dipompa ke paru-paru pasien. Pengujian pada manekin saluran napas medis dapat mengungkapkan apakah ini masalahnya. Jika demikian, ini mungkin dapat diatasi dengan meningkatkan waktu inflasi selama setiap napas, yang memerlukan pengeditan kode Arduino.

-Saya tidak menguji kapasitas tekanan maksimum untuk manset tekanan darah. 4 bar jauh lebih tinggi daripada tekanan yang biasanya terlibat dalam pembacaan tekanan darah. Manset tekanan darah tidak pecah selama pengujian saya, tetapi itu tidak berarti itu tidak bisa terjadi jika tekanan di dalam manset dibiarkan seimbang sepenuhnya sebelum mengempis.

-BVM dirancang untuk memberikan dukungan udara tanpa selang tambahan antara katup dan hidung/mulut pasien. Jadi, untuk aplikasi nyata, panjang selang antara BVM dan pasien harus dijaga seminimal mungkin.

-Desain ventilator ini tidak disetujui FDA dan hanya boleh dianggap sebagai opsi RESOR TERAKHIR. Itu sengaja dirancang agar mudah dirakit dari peralatan rumah sakit dan suku cadang komersial untuk situasi di mana alternatif yang lebih baik/lebih canggih tidak tersedia. Perbaikan didorong!