सामान्य चिकित्सा आपूर्ति का उपयोग करते हुए DIY वेंटिलेटर: 8 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:19

यह परियोजना आपातकालीन स्थितियों में उपयोग के लिए मेक-शिफ्ट वेंटिलेटर को असेंबल करने के लिए निर्देश प्रदान करती है, जब पर्याप्त वाणिज्यिक वेंटिलेटर उपलब्ध नहीं होते हैं, जैसे कि वर्तमान COVID-19 महामारी। इस वेंटिलेटर डिज़ाइन का एक लाभ यह है कि यह अनिवार्य रूप से केवल एक मैनुअल वेंटिलेशन डिवाइस के उपयोग को स्वचालित करता है जो पहले से ही व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है और चिकित्सा समुदाय द्वारा स्वीकार किया जाता है। इसके अलावा, इसे मुख्य रूप से उन घटकों से इकट्ठा किया जा सकता है जो पहले से ही अधिकांश अस्पताल सेटिंग्स में उपलब्ध हैं और इसके लिए किसी भी हिस्से (जैसे 3 डी प्रिंटिंग, लेजर कटिंग, आदि) के कस्टम निर्माण की आवश्यकता नहीं है।

एक बैग वाल्व मास्क (बीवीएम), जिसे मैनुअल रिससिटेटर के रूप में भी जाना जाता है, एक हैंडहेल्ड डिवाइस है जिसका उपयोग उन रोगियों को सकारात्मक दबाव वेंटिलेशन प्रदान करने के लिए किया जाता है जिन्हें सांस लेने में सहायता की आवश्यकता होती है। जब यांत्रिक वेंटिलेटर अनुपलब्ध होते हैं, तो उनका उपयोग रोगियों को अस्थायी वेंटिलेशन प्रदान करने के लिए किया जाता है, लेकिन लंबे समय तक उपयोग नहीं किया जाता है क्योंकि उन्हें नियमित रूप से सांस लेने के अंतराल पर बैग को निचोड़ने के लिए मानव की आवश्यकता होती है।

यह DIY वेंटिलेटर एक बीवीएम के निचोड़ने को स्वचालित करता है ताकि इसका उपयोग किसी मरीज को अनिश्चित काल तक हवादार करने के लिए किया जा सके। बीवीएम के चारों ओर लपेटे गए ब्लड प्रेशर कफ को बार-बार फुलाकर/डिफ्लेट करके निचोड़ा जाता है। अधिकांश अस्पताल संपीड़ित हवा और वैक्यूम वॉल आउटलेट से लैस हैं, जिनका उपयोग क्रमशः ब्लड प्रेशर कफ को फुलाने और डिफ्लेट करने के लिए किया जा सकता है। एक सोलनॉइड वाल्व संपीड़ित हवा के प्रवाह को नियंत्रित करता है, जिसे एक Arduino माइक्रोकंट्रोलर द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

बीवीएम और ब्लड प्रेशर कफ (दोनों पहले से ही अस्पतालों में उपलब्ध हैं) के अलावा, इस डिज़ाइन के लिए $ 100 से कम मूल्य के पुर्जों की आवश्यकता होती है, जिसे मैकमास्टर-कैर और अमेज़ॅन जैसे ऑनलाइन विक्रेताओं से आसानी से खरीदा जा सकता है। सुझाए गए घटक और खरीद लिंक प्रदान किए जाते हैं, लेकिन यदि सूचीबद्ध घटक उपलब्ध नहीं हैं, तो आप अन्य समान घटकों के साथ कई भागों को स्वैप कर सकते हैं।

पावती:

इस परियोजना के वित्तपोषण के लिए मिशिगन विश्वविद्यालय में प्रोफेसर राम वासुदेवन और मैसाचुसेट्स जनरल अस्पताल और ब्रिघम और महिला अस्पताल में हार्वर्ड एफिलिएटेड इमरजेंसी मेडिसिन रेजीडेंसी से एम.डी. मारियामा रनसी को उनकी चिकित्सा विशेषज्ञता को उधार देने और अवधारणा पर प्रतिक्रिया प्रदान करने के लिए विशेष धन्यवाद।

मैं क्रिस्टोफर ज़हनेर, एमडी और एसेन चासीन, यूटीएमबी से पीएचडी को भी पहचानना चाहता हूं, जिन्होंने इस निर्देशयोग्य (समाचार लेख) को पोस्ट करने से पहले स्वतंत्र रूप से एक समान डिजाइन पर अभिसरण किया था। जबकि मेरा उपकरण उपन्यास नहीं है, मुझे उम्मीद है कि इसे कैसे बनाया गया था, इसका विस्तृत लेखा-जोखा उन लोगों के लिए उपयोगी साबित होगा जो अवधारणा को फिर से बनाना या सुधारना चाहते हैं।

आपूर्ति

चिकित्सा अवयव:

-बैग वाल्व मास्क, ~$30 (https://www.amazon.com/Simple-Breathing-Tool-Adult-Oxygen/dp/B082NK2H5R)

-ब्लड प्रेशर कफ, ~$17 (https://www.amazon.com/gp/product/B00VGHZG3C)

इलेक्ट्रॉनिक उपकरण:

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

-3-तरफा इलेक्ट्रॉनिक सोलनॉइड वाल्व (12 वी), ~ $ 30 (https://www.mcmaster.com/61975k413)

-12 वी वॉल एडॉप्टर, ~$10 (https://www.amazon.com/gp/product/B01GD4ZQRS)

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

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

-मिनिएचर ब्रेडबोर्ड, ~$1 (https://www.amazon.com/gp/product/B07PZXD69L)

-सिंगल कोर वायर, विभिन्न रंगों के पूरे सेट के लिए ~$15 (https://www.amazon.com/TUOFENG-Wire-Solid-different-color-spools/dp/B07TX6BX47)

अन्य घटक:

- 10-32 धागे के साथ पीतल कांटेदार नली फिटिंग, ~$4 (https://www.mcmaster.com/5346k93)

-(x2) प्लास्टिक कांटेदार ट्यूब फिटिंग 1/4 एनपीटी धागे के साथ, ~$1 (https://www.mcmaster.com/5372k121)

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

-(x2) क्रश प्रतिरोधी ऑक्सीजन ट्यूब, ~$10 (https://www.amazon.com/dp/B07S427JSY)

-छोटे बॉक्स या अन्य कंटेनर इलेक्ट्रॉनिक्स और वाल्व हाउसिंग के रूप में काम करने के लिए

चरण 1: इलेक्ट्रॉनिक्स को तार दें

ठोस कोर तार और लघु ब्रेडबोर्ड का उपयोग करके, Arduino, TIP 120 और पोटेंशियोमीटर को कनेक्ट करें जैसा कि वायरिंग आरेख में दिखाया गया है। आप कार्डबोर्ड के एक टुकड़े पर Arduino और ब्रेडबोर्ड को टेप या गर्म गोंद करना चाह सकते हैं, क्योंकि इससे तारों पर आकस्मिक टगिंग को सीमित करने में मदद मिलेगी।

ध्यान दें कि 1k रोकनेवाला वैकल्पिक है। यह बिजली के शॉर्ट्स के खिलाफ बीमा के रूप में काम करता है, लेकिन अगर आपके पास कोई नहीं है तो आप इसे तार से बदल सकते हैं और सब कुछ ठीक काम करना चाहिए।

Arduino वाल्व को सीधे नहीं चला सकता क्योंकि इसके लिए Arduino के आउटपुट पिन की आपूर्ति की तुलना में अधिक शक्ति की आवश्यकता होती है। इसके बजाय, Arduino TIP 120 ट्रांजिस्टर चलाता है, जो वाल्व को चालू और बंद करने के लिए एक स्विच की तरह काम करता है।

पोटेंशियोमीटर "श्वास दर समायोजन घुंडी" के रूप में कार्य करता है। पॉट सेटिंग को बदलने से वोल्टेज सिग्नल Arduino के A0 पिन में बदल जाता है। Arduino पर चलने वाला कोड उस वोल्टेज को "श्वास दर" में परिवर्तित करता है, और इससे मिलान करने के लिए वाल्व के खुलने और बंद होने की दर निर्धारित करता है।

चरण 2: इलेक्ट्रॉनिक सोलेनॉइड वाल्व को तार दें

इलेक्ट्रॉनिक वाल्व इससे जुड़े किसी भी तार के साथ जहाज नहीं करता है, इसलिए इसे मैन्युअल रूप से करना पड़ता है।

सबसे पहले, फिलिप्स हेड स्क्रूड्राइवर का उपयोग करके इसके तीन स्क्रू टर्मिनलों, वी +, वी-, और जीएनडी को उजागर करने के लिए शीर्ष कवर को हटा दें (यह निर्धारित करने के लिए फोटो से परामर्श लें कि कौन सा है)

फिर, उन्हें शिकंजा के साथ जकड़ कर तारों को संलग्न करें। मैं V+ के लिए नारंगी या पीले तार का उपयोग करने का सुझाव दूंगा (या पिछले चरण में 12V तार के लिए आपने जो भी रंग इस्तेमाल किया था), V- के लिए नीला या काला, और GND के लिए काला (या जिस भी रंग का आपने GND तार के लिए उपयोग किया था) पिछला चरण। मैंने वी- और जीएनडी दोनों के लिए काले रंग का इस्तेमाल किया लेकिन जीएनडी तार पर टेप का एक छोटा सा टुकड़ा लगा दिया ताकि मैं उन्हें अलग कर सकूं।

एक बार तार जुड़ जाने के बाद, कवर को वापस रख दें और इसे जगह में पेंच कर दें।

फिर, तारों को ब्रेडबोर्ड से कनेक्ट करें जैसा कि अद्यतन वायरिंग आरेख में दिखाया गया है।

स्पष्टता के लिए, एक सर्किट आरेख भी शामिल है, लेकिन यदि आप उस प्रकार के संकेतन से अपरिचित हैं तो आप इसे अनदेखा कर सकते हैं:)

चरण 3: Arduino कोड और टेस्ट इलेक्ट्रॉनिक्स अपलोड करें

यदि आपके पास यह पहले से नहीं है, तो अरुडिनो आईडीई डाउनलोड करें या Arduino वेब संपादक खोलें (https://www.arduino.cc/en/main/software)।

यदि आप Arduino Create वेब एडिटर का उपयोग कर रहे हैं, तो आप इस प्रोजेक्ट के लिए स्केच को यहां एक्सेस कर सकते हैं। यदि आप अपने कंप्यूटर पर स्थानीय रूप से Arduino IDE का उपयोग कर रहे हैं, तो आप इस निर्देश से स्केच डाउनलोड कर सकते हैं।

स्केच खोलें, USB प्रिंटर केबल का उपयोग करके Arduino को अपने कंप्यूटर से कनेक्ट करें, और स्केच को Arduino पर अपलोड करें। यदि आपको स्केच अपलोड करने में समस्या आ रही है, तो सहायता यहां मिल सकती है।

अब 12V बिजली की आपूर्ति में प्लग करें। जैसा कि वीडियो में दिखाया गया है, वाल्व को समय-समय पर एक क्लिकिंग ध्वनि और प्रकाश करना चाहिए। यदि आप पोटेंशियोमीटर नॉब को दक्षिणावर्त घुमाते हैं तो इसे तेजी से बदलना चाहिए, और यदि आप इसे वामावर्त घुमाते हैं तो यह धीमा होना चाहिए। यदि यह वह व्यवहार नहीं है जो आप देख रहे हैं, तो वापस जाएं और पिछले सभी चरणों की जांच करें।

चरण 4: कांटेदार ट्यूब कनेक्टर्स को वाल्व में संलग्न करें

वाल्व में तीन पोर्ट होते हैं: ए, पी और एग्जॉस्ट। जब वाल्व निष्क्रिय होता है, तो ए निकास से जुड़ा होता है और पी बंद हो जाता है। जब वाल्व सक्रिय होता है, तो A, P से जुड़ा होता है और निकास बंद हो जाता है। हम P को संपीड़ित वायु स्रोत से, A को रक्तचाप कफ से, और निकास को वैक्यूम से जोड़ने जा रहे हैं। इस विन्यास के साथ, वाल्व के सक्रिय होने पर ब्लड प्रेशर कफ फुलाएगा, और वाल्व के निष्क्रिय होने पर डिफ्लेट होगा।

एग्जॉस्ट पोर्ट को केवल वातावरण के लिए खुला रहने के लिए डिज़ाइन किया गया है, लेकिन हमें इसे एक वैक्यूम से जोड़ने की आवश्यकता है ताकि ब्लड प्रेशर कफ अधिक तेज़ी से डिफ्लेट हो सके। ऐसा करने के लिए, पहले निकास बंदरगाह को कवर करने वाली काली प्लास्टिक की टोपी को हटा दें। फिर प्लास्टिक स्पेसर को खुले हुए धागों के ऊपर रखें और शीर्ष पर पीतल के कांटेदार कनेक्टर को संलग्न करें।

बंदरगाहों ए और पी के लिए प्लास्टिक कांटेदार कनेक्टर संलग्न करें। कोई रिसाव सुनिश्चित करने के लिए एक रिंच के साथ कस लें।

चरण 5: इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए आवास बनाएं

चूंकि किसी भी तार को जगह में नहीं मिलाया जाता है, इसलिए उन्हें गलती से टगने और डिस्कनेक्ट होने से बचाना महत्वपूर्ण है। यह उन्हें एक सुरक्षात्मक आवास में रखकर किया जा सकता है।

आवास के लिए, मैंने एक छोटे कार्डबोर्ड बॉक्स का उपयोग किया (मैकमास्टर शिपिंग बॉक्स में से कुछ हिस्से में आए)। आप चाहें तो एक छोटा टपरवेयर कंटेनर, या कुछ और भी फैनसीयर का उपयोग कर सकते हैं।

सबसे पहले, कंटेनर में वॉल्व, अरुडिनो और मिनिएचर ब्रेडबोर्ड बिछाएं। फिर 12V पावर केबल और एयर ट्यूब के लिए कंटेनर में छेद करें। एक बार छेद समाप्त हो जाने के बाद, गर्म गोंद, टेप, या ज़िप वाल्व, अरुडिनो और ब्रेडबोर्ड को उनके इच्छित स्थानों पर बाँध दें।

चरण 6: बीवीएम के चारों ओर ब्लड प्रेशर कफ लपेटें

ब्लड प्रेशर कफ से इन्फ्लेशन बल्ब को डिस्कनेक्ट करें (आपको इसे केवल खींचने में सक्षम होना चाहिए)। अगले चरण में इस ट्यूब को इलेक्ट्रॉनिक वॉल्व से जोड़ा जाएगा।

बीवीएम के चारों ओर ब्लड प्रेशर कफ लपेटें। सुनिश्चित करें कि बैग को गिराए बिना कफ जितना संभव हो उतना तंग है।

चरण 7: एयर ट्यूब संलग्न करें

अंतिम चरण ब्लड प्रेशर कफ, संपीड़ित वायु स्रोत और वैक्यूम स्रोत को इलेक्ट्रॉनिक वाल्व से जोड़ना है।

ब्लड प्रेशर कफ को वाल्व के ए टर्मिनल से कनेक्ट करें।

ऑक्सीजन ट्यूब का उपयोग करके, वाल्व के पी टर्मिनल को संपीड़ित वायु स्रोत से कनेक्ट करें। अधिकांश अस्पतालों में 4 बार (58 पीएसआई) (स्रोत) के दबाव में संपीड़ित हवा के आउटलेट उपलब्ध होने चाहिए।

एक अन्य ऑक्सीजन ट्यूब का उपयोग करके, वाल्व के निकास टर्मिनल को वैक्यूम स्रोत से कनेक्ट करें। अधिकांश अस्पतालों में वातावरण के नीचे 400mmHg (7.7 psi) पर वैक्यूम आउटलेट उपलब्ध होने चाहिए (source)।

बीवीएम के आउटलेट को मरीज के फेफड़ों से जोड़ने के लिए आवश्यक ट्यूबों/एडेप्टरों को छोड़कर उपकरण अब पूरा हो गया है। मैं एक स्वास्थ्य देखभाल पेशेवर नहीं हूं इसलिए मैंने उन घटकों को डिजाइन में शामिल नहीं किया, लेकिन यह माना जाता है कि वे किसी भी अस्पताल की सेटिंग में उपलब्ध होंगे।

चरण 8: डिवाइस का परीक्षण करें

डिवाइस में प्लग करें। अगर सब कुछ ठीक से जुड़ा हुआ है, तो ब्लड प्रेशर कफ को समय-समय पर फुलाया और डिफ्लेट करना चाहिए, जैसा कि वीडियो में दिखाया गया है।

मैं एक स्वास्थ्य देखभाल पेशेवर नहीं हूं, इसलिए मेरे पास अस्पताल की संपीड़ित हवा या वैक्यूम आउटलेट तक पहुंच नहीं है। इसलिए, मैंने अपने घर में डिवाइस का परीक्षण करने के लिए एक छोटे एयर कंप्रेसर और वैक्यूम पंप का इस्तेमाल किया। मैंने कंप्रेसर पर प्रेशर रेगुलेटर को 4 बार (58 psi) और वैक्यूम को -400 mmHg (-7.7 psi) पर सेट किया ताकि अस्पताल के आउटलेट को यथासंभव सर्वोत्तम बनाया जा सके।

कुछ अस्वीकरण और विचार करने योग्य बातें:

- पोटेंशियोमीटर (प्रति मिनट 12-40 सांसों के बीच) को घुमाकर सांस लेने की दर को समायोजित किया जा सकता है। अपने संपीड़ित हवा/वैक्यूम सेटअप का उपयोग करते हुए, मैंने देखा कि ~ 20 सांस प्रति मिनट से अधिक सांस लेने की दर के लिए रक्तचाप कफ में सांसों के बीच पूरी तरह से डिफ्लेट करने का समय नहीं होता है। अस्पताल के एयर आउटलेट का उपयोग करते समय यह कोई समस्या नहीं हो सकती है, जो मुझे लगता है कि उच्च प्रवाह दरों को बिना किसी दबाव ड्रॉप के आपूर्ति कर सकता है, लेकिन मुझे निश्चित रूप से पता नहीं है।

-प्रत्येक सांस के दौरान बैग वाल्व पूरी तरह से संकुचित नहीं होता है। इसके परिणामस्वरूप रोगियों के फेफड़ों में अपर्याप्त हवा पंप हो सकती है। मेडिकल एयरवे मैनीकिन पर परीक्षण से पता चल सकता है कि क्या यह मामला है। यदि ऐसा है, तो संभवतः प्रत्येक सांस के दौरान मुद्रास्फीति के समय को बढ़ाकर इसका उपचार किया जा सकता है, जिसके लिए Arduino कोड को संपादित करने की आवश्यकता होगी।

-मैंने ब्लड प्रेशर कफ के लिए अधिकतम दबाव क्षमता का परीक्षण नहीं किया। 4 बार सामान्य रूप से ब्लड प्रेशर रीडिंग लेने में शामिल दबाव से बहुत अधिक है। मेरे परीक्षण के दौरान ब्लड प्रेशर कफ नहीं टूटा, लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि ऐसा नहीं हो सकता है अगर कफ में दबाव को डिफ्लेटिंग से पहले पूरी तरह से बराबर करने की अनुमति दी जाती है।

-ए बीवीएम को वाल्व और मरीज के नाक/मुंह के बीच बिना किसी अतिरिक्त ट्यूबिंग के हवा में सहारा देने के लिए डिजाइन किया गया है। इस प्रकार, वास्तविक अनुप्रयोग के लिए, बीवीएम और रोगी के बीच ट्यूबिंग की लंबाई न्यूनतम रखी जानी चाहिए।

-यह वेंटिलेटर डिजाइन एफडीए द्वारा अनुमोदित नहीं है और इसे केवल अंतिम उपाय के रूप में माना जाना चाहिए। यह जानबूझकर डिजाइन किया गया था ताकि अस्पताल के उपकरण और वाणिज्यिक भागों से इकट्ठा करना आसान हो, जहां बेहतर/अधिक परिष्कृत विकल्प उपलब्ध नहीं हैं। सुधार को प्रोत्साहित किया जाता है!