جهاز تهوية DIY باستخدام المستلزمات الطبية الشائعة: 8 خطوات

2025 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2025-01-23 12:53

يوفر هذا المشروع تعليمات لتجميع جهاز التنفس الصناعي المؤقت لاستخدامه في سيناريوهات الطوارئ عندما لا يتوفر عدد كافٍ من أجهزة التهوية التجارية ، مثل جائحة COVID-19 الحالي. تتمثل إحدى مزايا تصميم جهاز التنفس الصناعي هذا في أنه يقوم بشكل أساسي بأتمتة استخدام جهاز تهوية يدوي يستخدم بالفعل على نطاق واسع ويقبله المجتمع الطبي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تجميعها بشكل أساسي من المكونات المتوفرة بالفعل في معظم إعدادات المستشفى ولا تتطلب تصنيعًا مخصصًا لأي أجزاء (مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد والقطع بالليزر وما إلى ذلك).

قناع الصمام الكيسي (BVM) ، المعروف أيضًا باسم جهاز الإنعاش اليدوي ، هو جهاز محمول باليد يستخدم لتوفير تهوية بالضغط الإيجابي للمرضى الذين يحتاجون إلى مساعدة في التنفس. يتم استخدامها لتوفير تهوية مؤقتة للمرضى عندما تكون أجهزة التنفس الصناعي غير متوفرة ، ولكن لا يتم استخدامها لفترات طويلة من الوقت لأنها تتطلب من الإنسان ضغط الكيس على فترات تنفس منتظمة.

جهاز التنفس الصناعي هذا يعمل تلقائيًا على الضغط على BVM بحيث يمكن استخدامه لتهوية المريض لفترة غير محددة من الوقت. يتم تحقيق الضغط عن طريق النفخ / التفريغ المتكرر لجهاز ضغط الدم الملفوف حول مقياس ضغط الدم. تم تجهيز معظم المستشفيات بمنافذ هواء مضغوط ومنافذ جدارية مفرغة الهواء ، والتي يمكن استخدامها لنفخ وتفريغ صفعة ضغط الدم ، على التوالي. ينظم صمام الملف اللولبي تدفق الهواء المضغوط ، والذي يتم التحكم فيه بواسطة متحكم Arduino.

بخلاف BVM وكفة ضغط الدم (وكلاهما متاح بالفعل في المستشفيات) ، يتطلب هذا التصميم أقل من 100 دولار من القطع ، والتي يمكن شراؤها بسهولة من البائعين عبر الإنترنت مثل McMaster-Carr و Amazon. يتم توفير المكونات المقترحة وارتباطات الشراء ، ولكن يمكنك تبديل العديد من الأجزاء بمكونات أخرى مماثلة إذا كانت المكونات المدرجة غير متوفرة.

شكر وتقدير:

شكر خاص للبروفيسور رام فاسوديفان في جامعة ميشيغان لتمويل هذا المشروع ومارياما رونسي ، دكتوراه في الطب من الإقامة في طب الطوارئ التابعة لجامعة هارفارد في مستشفى ماساتشوستس العام ومستشفى بريغهام والنساء على إقراض خبرتها الطبية وتقديم ملاحظات حول المفهوم.

أريد أيضًا أن أتعرف على كريستوفر زانر ، دكتوراه في الطب ، وأيسن تشاسين ، دكتوراه من UTMB اللذان تقاربا بشكل مستقل في تصميم مماثل قبل أن أنشر هذا Instructable (مقال إخباري). على الرغم من أن جهازي ليس جديدًا ، إلا أنني آمل أن تكون هذه المحاسبة التفصيلية لكيفية بنائه مفيدة للآخرين الذين يتطلعون إلى إعادة إنشاء المفهوم أو تحسينه.

اللوازم

المكونات الطبية:

-قناع صمام الكيس ، ~ 30 دولارًا (https://www.amazon.com/Simple-Breathing-Tool-Adult-Oxygen/dp/B082NK2H5R)

- صفعة ضغط الدم ، ~ 17 دولارًا (https://www.amazon.com/gp/product/B00VGHZG3C)

مكونات الكترونية:

-أردوينو أونو ، ~ 20 دولارًا (https://www.amazon.com/Arduino-A000066-ARDUINO-UNO-R3/dp/B008GRTSV6)

صمام الملف اللولبي الإلكتروني ذو 3 اتجاهات (12 فولت) ، ~ 30 دولارًا (https://www.mcmaster.com/61975k413)

-12 V محول حائط ، ~ 10 دولارات (https://www.amazon.com/gp/product/B01GD4ZQRS)

-10 آلاف مقياس الجهد ، <1 دولار (https://www.amazon.com/gp/product/B07C3XHVXV)

-TIP120 دارلينجتون ترانزستور ، ~ 2 دولار (https://www.amazon.com/Pieces-TIP120-Power-Darlington-Transistors/dp/B00NAY1IBS)

- اللوح المصغر ، ~ 1 دولار (https://www.amazon.com/gp/product/B07PZXD69L)

- سلك أحادي النواة ، حوالي 15 دولارًا أمريكيًا لمجموعة كاملة من الألوان المختلفة (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid-different-colored-spools/dp/B07TX6BX47)

المكونات الأخرى:

- خرطوم نحاسي شائك مناسب مع 10-32 خيوط ، ~ 4 دولارات (https://www.mcmaster.com/5346k93)

- (x2) أنبوب بلاستيكي شائك مع خيوط 1/4 NPT ، ~ 1 دولار (https://www.mcmaster.com/5372k121)

- فاصل بلاستيك ، <1 دولار (https://www.mcmaster.com/94639a258)

- (x2) أنابيب أكسجين مقاومة للكسر ، ~ 10 دولارات (https://www.amazon.com/dp/B07S427JSY)

- صندوق صغير أو حاوية أخرى لتكون بمثابة إلكترونيات وصمامات

الخطوة 1: قم بربط الإلكترونيات

باستخدام السلك المصمت واللوح المصغر ، قم بتوصيل Arduino و TIP 120 ومقياس الجهد كما هو موضح في مخطط الأسلاك. قد ترغب أيضًا في لصق Arduino واللوح على قطعة من الورق المقوى أو لصقهما بالغراء الساخن ، حيث سيساعد ذلك في الحد من الشد العرضي على الأسلاك.

لاحظ أن المقاوم 1 كيلو اختياري. إنه يعمل كتأمين ضد القصور الكهربائي ، ولكن إذا لم يكن لديك واحد ملقى حولك يمكنك فقط استبداله بسلك وسيظل كل شيء يعمل بشكل جيد.

لا يستطيع Arduino قيادة الصمام مباشرة لأنه يتطلب طاقة أكبر مما يمكن أن توفره دبابيس إخراج Arduino. بدلاً من ذلك ، يقوم Arduino بتشغيل ترانزستور TIP 120 ، والذي يعمل كمفتاح لتشغيل الصمام وإيقاف تشغيله.

يعمل مقياس الجهد بمثابة "مقبض تعديل معدل التنفس". يؤدي التغيير والتبديل في إعداد الوعاء إلى تغيير إشارة الجهد إلى دبوس A0 الخاص بـ Arduino. يقوم الكود الذي يعمل على Arduino بتحويل هذا الجهد إلى "معدل تنفس" ، ويضبط معدل فتح وإغلاق الصمام لمطابقته.

الخطوة 2: قم بربط صمام الملف اللولبي الإلكتروني

لا يتم شحن الصمام الإلكتروني مع أي أسلاك موصولة به ، لذلك يجب القيام بذلك يدويًا.

أولاً ، قم بإزالة الغطاء العلوي باستخدام مفك براغي فيليبس لفضح أطرافه اللولبية الثلاثة ، V + و V- و GND (راجع الصورة لتحديد أيهما)

ثم قم بتوصيل الأسلاك عن طريق تثبيتها بالمسامير. أود أن أقترح استخدام السلك البرتقالي أو الأصفر لـ V + (أو أي لون استخدمته لسلك 12V في الخطوة السابقة) ، أزرق أو أسود لـ V- ، وأسود لـ GND (أو أي لون استخدمته لسلك GND على الخطوة السابقة: لقد استخدمت اللون الأسود لكل من V- و GND لكن وضعت قطعة صغيرة من الشريط على سلك GND حتى أتمكن من التمييز بينهما.

بمجرد توصيل الأسلاك ، أعد الغطاء وثبته في مكانه.

بعد ذلك ، قم بتوصيل الأسلاك بلوحة التجارب كما هو موضح في مخطط الأسلاك المحدث.

من أجل الوضوح ، يتم تضمين مخطط الدائرة أيضًا ، ولكن إذا لم تكن معتادًا على هذا النوع من الرموز ، فيمكنك تجاهلها:)

الخطوة 3: قم بتحميل كود Arduino واختبار الإلكترونيات

إذا لم يكن لديك بالفعل ، فقم بتنزيل Arudino IDE أو افتح محرر الويب Arduino (https://www.arduino.cc/en/main/software).

إذا كنت تستخدم محرر الويب Arduino Create ، فيمكنك الوصول إلى الرسم التخطيطي لهذا المشروع هنا. إذا كنت تستخدم Arduino IDE محليًا على جهاز الكمبيوتر الخاص بك ، فيمكنك تنزيل الرسم التخطيطي من Instructable.

افتح الرسم ، وقم بتوصيل Arduino بجهاز الكمبيوتر الخاص بك باستخدام كابل طابعة USB ، وقم بتحميل المخطط على Arduino. إذا كنت تواجه مشكلة في تحميل الرسم التخطيطي ، فيمكن العثور على المساعدة هنا.

الآن قم بتوصيل مصدر الطاقة بجهد 12 فولت. يجب أن يُصدر الصمام صوت طقطقة بشكل دوري ويضيء ، كما هو موضح في الفيديو. إذا قمت بتدوير مقبض مقياس الجهد في اتجاه عقارب الساعة ، فيجب أن يتحول بشكل أسرع ، وأبطأ إذا قمت بتدويره في عكس اتجاه عقارب الساعة. إذا لم يكن هذا هو السلوك الذي تراه ، فارجع وتحقق من جميع الخطوات السابقة.

الخطوة 4: قم بتوصيل موصلات الأنبوب الشائك بالصمام

يحتوي الصمام على ثلاثة منافذ: A و P و Exhaust. عندما يكون الصمام غير نشط ، يتم توصيل A بالعادم ويتم إغلاق P. عندما يكون الصمام نشطًا ، يتم توصيل A بـ P ويتم إغلاق العادم. سنقوم بتوصيل P بمصدر هواء مضغوط ، و A بكفة ضغط الدم ، والعادم بفراغ. مع هذا التكوين ، سوف تنتفخ صفعة ضغط الدم عندما يكون الصمام نشطًا ، وتنكمش عندما يكون الصمام غير نشط.

تم تصميم منفذ العادم ليكون مفتوحًا فقط على الغلاف الجوي ، ولكننا نحتاج إلى توصيله بمكنسة كهربائية حتى تنكمش صفعة ضغط الدم بسرعة أكبر. للقيام بذلك ، قم أولاً بإزالة الغطاء البلاستيكي الأسود الذي يغطي منفذ العادم. ثم ضع الفاصل البلاستيكي فوق الخيوط المكشوفة وقم بتوصيل الموصل الشائك النحاسي في الأعلى.

قم بتوصيل الموصلات البلاستيكية الشائكة بالمنافذ A و P. قم بإحكام ربطها باستخدام مفتاح ربط لضمان عدم حدوث تسرب.

الخطوة 5: إنشاء مسكن للإلكترونيات

نظرًا لعدم لحام أي من الأسلاك في مكانها ، فمن المهم حمايتها من السحب والفصل عن طريق الخطأ. يمكن القيام بذلك عن طريق وضعها في مبيت وقائي.

بالنسبة للإسكان ، استخدمت صندوقًا صغيرًا من الورق المقوى (أحد صناديق شحن McMaster جاءت بعض الأجزاء فيه). يمكنك أيضًا استخدام وعاء صغير أو أي شيء مربي الحيوانات إذا كنت ترغب في ذلك.

أولاً ، ضع الصمام ، Arduino ، واللوح المصغر في الحاوية. ثم قم بعمل ثقوب في الحاوية لكابل الطاقة وأنابيب الهواء بجهد 12 فولت. بمجرد الانتهاء من الثقوب ، قم بربط الصمام ، و Arduino ، واللوح في الأماكن المرغوبة بالغراء الساخن أو الشريط أو الرمز البريدي.

الخطوة 6: لف صفعة ضغط الدم حول BVM

افصل لمبة النفخ عن سوار ضغط الدم (يجب أن تكون قادرًا على خلعها فقط). في الخطوة التالية ، سيتم توصيل هذا الأنبوب بالصمام الإلكتروني.

لف صفد ضغط الدم حول BVM. تأكد من أن الحزام مشدود قدر الإمكان دون أن ينهار الكيس.

الخطوة 7: إرفاق أنابيب الهواء

تتمثل الخطوة الأخيرة في توصيل جهاز ضغط الدم ومصدر الهواء المضغوط ومصدر التفريغ بالصمام الإلكتروني.

قم بتوصيل كفة ضغط الدم بالطرف أ الخاص بالصمام.

باستخدام أنبوب أكسجين ، قم بتوصيل الطرف P للصمام بمصدر الهواء المضغوط. يجب أن يكون لدى معظم المستشفيات منافذ هواء مضغوط متوفرة عند ضغط 4 بار (58 رطل / بوصة مربعة) (المصدر).

باستخدام أنبوب أكسجين آخر ، قم بتوصيل طرف عادم الصمام بمصدر التفريغ. يجب أن يكون لدى معظم المستشفيات منافذ فراغ متوفرة عند 400 مم زئبق (7.7 رطل / بوصة مربعة) تحت الغلاف الجوي (المصدر).

اكتمل الجهاز الآن باستثناء الأنابيب / المحولات اللازمة لتوصيل منفذ BVM برئتي المريض. أنا لست متخصصًا في الرعاية الصحية ، لذا لم أدرج هذه المكونات في التصميم ، ولكن من المفترض أنها ستكون متاحة في أي مستشفى.

الخطوة 8: اختبر الجهاز

قم بتوصيل الجهاز. إذا تم توصيل كل شيء بشكل صحيح ، يجب أن تنتفخ صفعة ضغط الدم وتنكمش بشكل دوري ، كما هو موضح في الفيديو.

أنا لست متخصصًا في الرعاية الصحية ، لذلك لا يمكنني الوصول إلى منافذ الهواء المضغوط أو المكنسة الكهربائية بالمستشفى. لذلك ، استخدمت ضاغط هواء صغير ومضخة تفريغ لاختبار الجهاز في منزلي. قمت بضبط منظم الضغط على الضاغط على 4 بار (58 رطل / بوصة مربعة) والفراغ على -400 ملم زئبقي (-7.7 رطل / بوصة مربعة) لمحاكاة منافذ المستشفى على أفضل وجه ممكن.

بعض إخلاء المسؤولية والأشياء التي يجب مراعاتها:

- يمكن ضبط معدل التنفس عن طريق تدوير مقياس الجهد (بين 12-40 نفسًا في الدقيقة). باستخدام إعداد الهواء المضغوط / الفراغ الخاص بي ، لاحظت أنه بالنسبة لمعدلات التنفس التي تزيد عن 20 نفسًا في الدقيقة ، فإن صفعة ضغط الدم ليس لديها وقت لتفرغ تمامًا بين الأنفاس. قد لا تكون هذه مشكلة عند استخدام منافذ الهواء بالمستشفى والتي أفترض أنها يمكن أن توفر معدلات تدفق أعلى دون حدوث انخفاض كبير في الضغط ، لكنني لا أعرف على وجه اليقين.

- لا يتم ضغط صمام الكيس بشكل كامل أثناء كل نفس. قد يؤدي هذا إلى ضخ هواء غير كافٍ إلى رئتي المريض. يمكن أن يكشف الاختبار على قزم مجرى الهواء الطبي ما إذا كان هذا هو الحال. إذا كان الأمر كذلك ، يمكن معالجة ذلك عن طريق زيادة وقت التضخم خلال كل نفس ، الأمر الذي يتطلب تحرير كود Arduino.

- لم أقم باختبار سعة الضغط القصوى لكفة ضغط الدم. 4 بار أعلى بكثير من الضغط المعتاد في قياس ضغط الدم. لم تنكسر صفعة ضغط الدم أثناء الاختبار ، لكن هذا لا يعني أنه لا يمكن أن يحدث إذا تم السماح للضغط في الكفة بالتعادل تمامًا قبل الانكماش.

- تم تصميم A BVM لتوفير دعم هوائي دون أي أنابيب إضافية بين الصمام وأنف / فم المريض. وبالتالي ، بالنسبة للتطبيق الحقيقي ، يجب تقليل طول الأنبوب بين BVM والمريض إلى الحد الأدنى.

- تصميم جهاز التنفس الصناعي هذا غير معتمد من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية ويجب اعتباره فقط خيار المنتجع الأخير. تم تصميمه عن قصد ليكون سهل التجميع من معدات المستشفيات والأجزاء التجارية في المواقف التي لا تتوفر فيها بدائل أفضل / أكثر تطوراً. يتم تشجيع التحسينات!