Разработчики помогают усилиям по COVID-19 создавать недорогие конструкции вентиляторов

Вентиляторы предназначены для удержания кислорода в легких и удаления углекислого газа. Они являются важным инструментом для лечения тяжелых случаев COVID-19, поскольку вирус может атаковать реснички в легких. Если это происходит, в легких накапливается слизь, что увеличивает риск вторичной инфекции, препятствуя абсорбции кислорода легкими. В этот неопределенный период времени мы сталкиваемся со многими чрезвычайными ситуациями, не последней из которых является нехватка респираторов, поскольку медицинские учреждения разрушаются из-за огромного количества пациентов с коронавирусом. COVID-19 очень быстро распространяется по миру. Из-за такой высокой скорости распространения многие больничные ресурсы недоступны немедленно. Многие отрасли и компании в рекордно короткие сроки создают различные медицинские устройства и устройства для здоровья, такие как маски, респираторы, тампоны, лекарства и аппараты ИВЛ. Последнее позволяет людям продолжать дышать или дышать лучше, поскольку самая большая проблема COVID-19 - это закупорка легких ( Рисунок 1 ). В это трудное время технически ориентированные люди инициировали большой проект с открытым исходным кодом по планированию и производству устройств, предназначенных для помощи пациентам, включая аппараты ИВЛ. В проекте приняли участие сотни инженеров, медицинских работников и исследователей. Многие дизайнеры используют 3D-печать и другие технологии для создания запчастей и оборудования по запросу.

Рис. 1. Профессиональный аппарат ИВЛ (Изображение:Hamilton Medical)

Как работают вентиляторы?

Эти устройства поддерживают дыхание за счет поступления кислорода в легкие и удаления углекислого газа. Кислород можно контролировать с помощью монитора. Аппарат ИВЛ подсоединяется к пациенту через трубку, которую вводят в рот или нос. Современные аппараты ИВЛ управляются электроникой с помощью небольшого встроенного компьютера. Они классифицируются как системы, критически важные для жизни, и для обеспечения их надежности необходимо соблюдать особые меры предосторожности.

Проекты

Различные конструкции вентиляторов, многие из которых также представлены на GitHub, играют важную роль, когда в больницах и домах не хватает устройств. Многие идеи включают создание недорогих элементарных аппаратов ИВЛ, которые могут помочь дыханию во время острого легочного кризиса. Однако эти устройства влияют на состояние здоровья людей. По этой причине следует проконсультироваться с врачом и не принимать во внимание случайную информацию, найденную в Интернете. На самом деле, использование вентиляторов сопряжено со значительными рисками, особенно если они работают при высоком давлении.

Недорогое устройство ИВЛ с открытым исходным кодом (PAPR)

Этот проект доступен на GitHub ( Рисунок 2 ). Это недорогое устройство, которое при правильном использовании может спасти множество жизней. Он работает с программируемой частотой дыхания (10–16 вдохов в минуту) и может создавать пиковое давление в дыхательных путях до 45 см вод. Ст., Хотя превышение 20 см вод. Ст. Может быть опасным. Он выталкивает только атмосферный воздух (с 21% кислорода). Для других степеней оксигенации необходимо профессиональное оборудование, но устройство полезно и ценно в экстренных ситуациях, когда нет альтернативы. Проект все еще открыт для изменений и предложений. Создателю доступно сотрудничество с компаниями и поставщиками для массового производства устройства. Фактически, некоторые компоненты могут быть нелегко доступны в краткосрочной перспективе. Аппарат по-прежнему минимальный. Было бы интересно разработать исчерпывающую систему, чтобы минимизировать распространение вируса. Фактически, он работает только в уже зараженных средах, где есть капли, содержащие вирусы, взвешенные в воздухе. Управление операцией возложено на Arduino. Также необходимо изучить системы и решения, чтобы предотвратить опасность для вентилятора в случае отключения электроэнергии.

Рис. 2. Проект аппарата ИВЛ (Изображение:GitHub)

Вентилятор для пандемии

Этот проект доступен на Instructables и может состоять из легко доступных компонентов ( Рисунок 3 ). Хотя он полностью основан на технике «сделай сам», его цель - спасти жизни. Его можно использовать как аварийный вентилятор. Количество людей, которые обратятся за этим видом лечения, вероятно, будет больше, чем количество существующих аппаратов ИВЛ в настоящее время. Больницы не могут купить все необходимые аппараты ИВЛ; это было бы невозможно. Это устройство имеет очень простую конструкцию, но в нем используется современная электронная система управления. В нем используются дерево, лента, полиэтиленовые пакеты, трубка с резьбой, соленоидные клапаны, магнитные переключатели и ПЛК. Устройство постоянно обновляется и совершенствуется как в аппаратном, так и в программном отношении. Информация, представленная в проекте, предупреждает, что представленный прототип имеет только экспериментальное назначение и никаких испытаний на безопасность не проводилось. Фактически, вентилятор является потенциально опасным устройством и должен использоваться только обученным и сертифицированным врачом. Следовательно, его использование осуществляется под его или ее личную ответственность. В основном он состоит из сильфона, который сделан из дерева, клапанов и труб; контроллер ПЛК; некоторые провода и переключатели; и блок питания. Вся установка установлена ​​на куске фанеры размером 18 × 21 × 0,5 дюйма. Требуются нормально открытые и нормально закрытые клапаны. Для работы с воздухом они должны быть соленоидного типа прямого действия. Также необходимы резьбовые соединения с тефлоновой лентой и переходники. Сильфон сделан из большой сумки для заморозки.

Рисунок 3:Вентилятор для пандемии (Изображение:Instructables)

Клапаны соединены с трубой и установлены таким образом, чтобы точка Т на сильфоне совпадала с центром сильфона. Здесь используются резьбовые фитинги с тефлоном. Петля сильфона состоит из четырех частей размером 1,5 × 7 × 0,625 дюйма. куски фанеры и 1,5 × 1,5 × 17 дюймов. деревяшки, две 3-дюйм. петли. и 2 × 12,5 дюйма. армирование. Рисунок 4 показаны некоторые детали конструкции. Сильфон изготавливается путем прикручивания двух нижних частей фанеры к опорной плите. Мешок зажимается между двумя фанерными секциями во время работы с помощью гаек и шайб на болтах с квадратным подголовком. Магнит прикреплен к концу сильфона возле полюса датчика, а датчики прикреплены к полюсу датчика. Чтобы сделать сумку для сильфона, я использовал большую сумку для заморозки Ziploc. Отрежьте часть молнии, вставьте 0,5 дюйма. пластиковую трубку в центр и используйте липкую ленту, чтобы закрепить и укрепить края. Трубка должна выходить из мешка достаточно далеко, чтобы ее можно было надеть через конец 0,25-дюймового. ниппельная часть трубопровода. Проклеенный шов сильфонного мешка должен находиться на дне секции фанеры. Установите откидную крышку, а затем верхний 17-дюймовый. раздел. Зажмите вместе с помощью 4-дюймового 0,25-дюймового. болты с квадратным подголовком, две гайки и две шайбы. Блок ПЛК - это Direct Logic 06 DO-06DR от Automation Direct. Их устройства недорогие, достаточно гибкие, и у них есть много бесплатного программного обеспечения для программирования. Вы можете использовать другие блоки ПЛК и написать свою собственную управляющую программу. Помимо ПЛК, вам также понадобится источник питания 24 В и переключатель включения / выключения для запуска системы. Программа написана на лестничной логике. В основном это работает следующим образом:

• Он открывает клапан 1 и закрывает клапан 2 до тех пор, пока сильфон не заполнится, что отображается при закрытии верхнего магнитного переключателя.
• Затем он закрывает клапан 1, открывает клапан 2 и закрывает клапан 3, чтобы сильфон мог спустить воздух и перекачивать воздух к пациенту.
• Когда сильфон опускается до нижнего предела, нижний магнитный переключатель замыкается, затем закрывается клапан 2 и снова открывается клапан 1 для наполнения сильфона.
• Таймер позволяет пациенту сдуть воздух при открытом клапане 3. По истечении таймера клапан 2 открывается, а клапан 3 закрывается, чтобы начать следующий цикл дыхания.

Вот схема подключения:

• Входные данные
  • Магнитный переключатель верхнего сильфона X0
  • Магнитный переключатель нижнего сильфона X1
  • Выключатель X2
  • C0 24 В
  • Все возвращается на землю
• Выводы
  • Y0 не используется
  • Вдыхательный клапан Y1 (V2)
  • Y2 клапан выдоха (V3)
  • Сильфонный заправочный клапан Y3 (V1)
  • Линия 120 В переменного тока C0
  • Все возвращается к нейтральной линии.

Рис. 4. Некоторые детали конструкции вентилятора для пандемии (Изображение:TEMPO.CO)

>> Продолжайте читать о дополнительных усилиях по проектированию вентилятора, описанных в полной исходной статье на нашем дочернем сайте EEWeb.