Ventilador faça você mesmo usando suprimentos médicos comuns: 8 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Este projeto fornece instruções para a montagem de um ventilador improvisado para uso em cenários de emergência quando não há ventiladores comerciais suficientes disponíveis, como a atual pandemia de COVID-19. Uma vantagem desse projeto de ventilador é que ele basicamente automatiza o uso de um dispositivo de ventilação manual que já é amplamente utilizado e aceito pela comunidade médica. Além disso, ele pode ser montado principalmente a partir de componentes que já estão disponíveis na maioria dos ambientes hospitalares e não requer fabricação personalizada de quaisquer peças (por exemplo, impressão 3D, corte a laser, etc.).

Uma máscara de válvula com bolsa (BVM), também conhecida como ressuscitador manual, é um dispositivo portátil usado para fornecer ventilação com pressão positiva a pacientes que precisam de assistência respiratória. Eles são usados para fornecer ventilação temporária aos pacientes quando os ventiladores mecânicos não estão disponíveis, mas não são usados por longos períodos de tempo porque exigem que um ser humano aperte a bolsa em intervalos regulares de respiração.

Este ventilador DIY automatiza a compressão de um BVM para que possa ser usado para ventilar um paciente por um período indefinido de tempo. A compressão é obtida inflando / desinsuflando repetidamente um manguito de pressão arterial enrolado ao redor do BVM. A maioria dos hospitais é equipada com saídas de ar comprimido e vácuo nas paredes, que podem ser usadas para inflar e desinsuflar o manguito de pressão arterial, respectivamente. Uma válvula solenóide regula o fluxo de ar comprimido, que é controlado por um microcontrolador Arduino.

Além do BVM e do manguito de pressão arterial (os quais já estão disponíveis em hospitais), este projeto requer menos de US $ 100 em peças, que podem ser prontamente compradas em vendedores online como McMaster-Carr e Amazon. Componentes sugeridos e links de compra são fornecidos, mas você pode trocar muitas das peças por outros componentes semelhantes se os listados não estiverem disponíveis.

Reconhecimentos:

Agradecimentos especiais ao Professor Ram Vasudevan da Universidade de Michigan por financiar este projeto e a Mariama Runcie, M. D. da Residência em Medicina de Emergência Afiliada de Harvard no Massachusetts General Hospital e no Brigham and Women's Hospital por emprestar sua experiência médica e fornecer feedback sobre o conceito.

Também quero reconhecer Christopher Zahner, M. D. e Aisen Chacin, PhD da UTMB, que convergiram independentemente para um projeto semelhante antes de eu postar este Instructable (artigo de notícias). Embora meu dispositivo não seja novo, espero que este relato detalhado de como ele foi construído seja útil para outras pessoas que procuram recriar ou aprimorar o conceito.

Suprimentos

Componentes Médicos:

-Máscara de válvula bolsa, ~ $ 30 (https://www.amazon.com/Simple-Breathing-Tool-Adult-Oxygen/dp/B082NK2H5R)

- Manguito de pressão de sangue, ~ $ 17 (https://www.amazon.com/gp/product/B00VGHZG3C)

Componentes eletrônicos:

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

Válvula solenóide eletrônica de 3 vias (12V), ~ $ 30 (https://www.mcmaster.com/61975k413)

Adaptador de parede de -12 V, ~ $ 10 (https://www.amazon.com/gp/product/B01GD4ZQRS)

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

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

- Placa de ensaio em miniatura, ~ $ 1 (https://www.amazon.com/gp/product/B07PZXD69L)

-Fio de núcleo único, ~ $ 15 para um conjunto completo de cores diferentes (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid-different-colored-spools/dp/B07TX6BX47)

Outros componentes:

- Conexão de mangueira farpada de latão com 10-32 roscas, ~ $ 4 (https://www.mcmaster.com/5346k93)

- (x2) Encaixe de tubo farpado de plástico com roscas 1/4 NPT, ~ $ 1 (https://www.mcmaster.com/5372k121)

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

- (x2) tubos de oxigênio resistentes a esmagamento, ~ $ 10 (https://www.amazon.com/dp/B07S427JSY)

- Caixa pequena ou outro recipiente para servir como eletrônicos e invólucro de válvula

Etapa 1: conecte os componentes eletrônicos

Usando o fio de núcleo sólido e a placa de ensaio em miniatura, conecte o Arduino, o TIP 120 e o potenciômetro conforme mostrado no diagrama de fiação. Você também pode querer prender com fita ou cola quente o Arduino e a placa de ensaio em um pedaço de papelão, pois isso ajudará a limitar puxões incidentais nos fios.

Observe que o resistor de 1k é opcional. Ele funciona como um seguro contra curtos elétricos, mas se você não tiver um por perto, basta substituí-lo por um fio e tudo ainda deve funcionar bem.

O Arduino não pode acionar a válvula diretamente porque requer mais energia do que os pinos de saída do Arduino podem fornecer. Em vez disso, o Arduino aciona o transistor TIP 120, que atua como um interruptor para ligar e desligar a válvula.

O potenciômetro atua como um "botão de ajuste da frequência respiratória". Ajustar a configuração do potenciômetro muda o sinal de tensão para o pino A0 do Arduino. O código em execução no Arduino converte essa tensão em uma "taxa de respiração" e define a taxa de abertura e fechamento da válvula de acordo com ela.

Etapa 2: Conecte a Válvula Solenóide Eletrônica

A válvula eletrônica não é enviada com nenhum fio conectado a ela, portanto, isso deve ser feito manualmente.

Primeiro, remova a tampa superior usando uma chave de fenda Phillips para expor seus três terminais de parafuso, V +, V- e GND (consulte a foto para determinar qual é qual)

Em seguida, prenda os fios prendendo-os com os parafusos. Eu sugeriria usar fio laranja ou amarelo para o V + (ou qualquer cor que você usou para o fio de 12 V na etapa anterior), azul ou preto para V- e preto para GND (ou qualquer cor que você usou para o fio GND no etapa anterior. Usei preto para V- e GND, mas coloquei um pequeno pedaço de fita no fio GND para poder distingui-los.

Assim que os fios estiverem presos, coloque a tampa de volta e aparafuse-a no lugar.

Em seguida, conecte os fios à placa de ensaio, conforme mostrado no diagrama de fiação atualizado.

Para maior clareza, um diagrama de circuito também está incluído, mas se você não estiver familiarizado com esse tipo de notação, pode simplesmente ignorá-lo:)

Etapa 3: Carregue o código do Arduino e teste os eletrônicos

Se você ainda não o tem, baixe o IDE do Arudino ou abra o editor da web do Arduino (https://www.arduino.cc/en/main/software).

Se você estiver usando o editor da web Arduino Create, poderá acessar o esboço deste projeto aqui. Se você estiver usando o IDE do Arduino localmente em seu computador, você pode baixar o esboço deste Instructable.

Abra o esboço, conecte o Arduino ao seu computador usando um cabo de impressora USB e carregue o esboço para o Arduino. Se você estiver tendo problemas para enviar o esboço, a ajuda pode ser encontrada aqui.

Agora conecte a fonte de alimentação de 12V. A válvula deve emitir um som de clique e acender periodicamente, conforme mostrado no vídeo. Se você girar o botão do potenciômetro no sentido horário, ele deve alternar mais rápido e mais devagar se girar no sentido anti-horário. Se este não for o comportamento que você está vendo, volte e verifique todas as etapas anteriores.

Etapa 4: prenda os conectores do tubo farpado à válvula

A válvula possui três portas: A, P e Exaustão. Quando a válvula está inativa, A é conectado ao Escape e P é fechado. Quando a válvula está ativa, A é conectado a P e a exaustão é fechada. Vamos conectar P a uma fonte de ar comprimido, A ao manguito de pressão arterial e Exaustão a um vácuo. Com essa configuração, o manguito de pressão arterial se infla quando a válvula está ativa e se esvazia quando a válvula está inativa.

A porta de exaustão foi projetada para ser aberta apenas para a atmosfera, mas precisamos conectá-la a um vácuo para que o medidor de pressão arterial esvazie mais rapidamente. Para fazer isso, primeiro remova a tampa de plástico preta que cobre a porta de exaustão. Em seguida, coloque o espaçador de plástico sobre as roscas expostas e prenda o conector farpado de latão na parte superior.

Conecte os conectores farpados de plástico às portas A e P. Aperte com uma chave inglesa para garantir que não haja vazamentos.

Etapa 5: criar uma caixa para eletrônicos

Como nenhum dos fios está soldado no lugar, é importante protegê-los de serem puxados e desconectados acidentalmente. Isso pode ser feito colocando-os em uma caixa de proteção.

Para a caixa, usei uma pequena caixa de papelão (uma das caixas de remessa do McMaster algumas das peças vieram). Você também pode usar um pequeno recipiente para tupperware ou algo mais sofisticado, se desejar.

Primeiro, coloque a válvula, o Arduino e a placa de ensaio em miniatura no contêiner. Em seguida, faça furos no recipiente para o cabo de alimentação de 12 V e os tubos de ar. Assim que os furos estiverem terminados, cola quente, fita ou zip amarre a válvula, o Arduino e a placa de ensaio nos lugares desejados.

Etapa 6: enrole o manguito de pressão arterial em torno do BVM

Desconecte a lâmpada de inflação do manguito de pressão arterial (você deve conseguir apenas puxá-la). Na próxima etapa, este tubo será conectado à válvula eletrônica.

Enrole o manguito de pressão arterial em torno do BVM. Certifique-se de que o manguito está o mais apertado possível, sem dobrar a bolsa.

Etapa 7: conecte os tubos de ar

A etapa final é conectar o manguito de pressão arterial, a fonte de ar comprimido e a fonte de vácuo à válvula eletrônica.

Conecte a braçadeira de pressão arterial ao terminal A da válvula.

Usando um tubo de oxigênio, conecte o terminal P da válvula à fonte de ar comprimido. A maioria dos hospitais deve ter saídas de ar comprimido disponíveis a uma pressão de 4 bar (58 psi) (fonte).

Usando outro tubo de oxigênio, conecte o terminal de exaustão da válvula à fonte de vácuo. A maioria dos hospitais deve ter saídas de vácuo disponíveis a 400 mmHg (7,7 psi) abaixo da atmosfera (fonte).

O dispositivo agora está completo, exceto pelos tubos / adaptadores necessários para conectar a saída do BVM aos pulmões do paciente. Não sou um profissional de saúde, então não incluí esses componentes no projeto, mas presume-se que eles estariam disponíveis em qualquer ambiente hospitalar.

Etapa 8: teste o dispositivo

Conecte o dispositivo. Se tudo estiver conectado corretamente, o manguito de pressão arterial deve inflar e esvaziar periodicamente, conforme mostrado no vídeo.

Não sou um profissional de saúde, portanto não tenho acesso a saídas de ar comprimido ou vácuo de hospital. Portanto, usei um pequeno compressor de ar e uma bomba de vácuo para testar o dispositivo em minha casa. Eu configurei o regulador de pressão no compressor para 4 bar (58 psi) e o vácuo para -400 mmHg (-7,7 psi) para simular as saídas do hospital da melhor forma possível.

Algumas isenções de responsabilidade e coisas a considerar:

-A frequência respiratória pode ser ajustada girando o potenciômetro (entre 12-40 respirações por minuto). Usando minha configuração de ar comprimido / vácuo, percebi que para taxas de respiração superiores a ~ 20 respirações por minuto, o medidor de pressão arterial não tem tempo para esvaziar completamente entre as respirações. Isso pode não ser um problema ao usar saídas de ar de hospital, que suponho que podem fornecer taxas de fluxo mais altas sem muita queda de pressão, mas não tenho certeza.

-A válvula do saco não é completamente comprimida durante cada respiração. Isso pode resultar no bombeamento de ar insuficiente para os pulmões do paciente. O teste em um manequim médico das vias aéreas pode revelar se esse é o caso. Nesse caso, isso poderia ser remediado aumentando o tempo de inflação durante cada respiração, o que exigiria a edição do código do Arduino.

-Não testei a capacidade máxima de pressão do manguito de pressão arterial. 4 bar é muito mais alto do que a pressão normalmente envolvida na medição da pressão arterial. O manguito de pressão arterial não quebrou durante meu teste, mas isso não significa que não poderia acontecer se a pressão no manguito fosse totalmente equalizada antes de esvaziar.

-A BVM é projetada para fornecer suporte de ar sem qualquer tubo extra entre a válvula e o nariz / boca do paciente. Portanto, para uma aplicação real, o comprimento do tubo entre o BVM e o paciente deve ser mínimo.

-Este projeto de ventilador não é aprovado pela FDA e deve ser considerado apenas como uma opção de ÚLTIMO RECURSO. Ele foi projetado intencionalmente para ser fácil de montar a partir de equipamentos hospitalares e peças comerciais para situações em que alternativas melhores / mais sofisticadas simplesmente não estão disponíveis. Melhorias são encorajadas!