工程师的抗疫:研究自制低成本呼吸机

发布时间:2022年06月18日
       人工呼吸机是预防和治疗呼吸衰竭、挽救和延长患者生命的重要医疗器械。它可以让感染19的患者继续呼吸或避免因肺阻塞引起的呼吸困难。因为病毒侵入肺部, 进入人体后引起纤维化;当人体感染病毒时, 肺部会积聚大量粘液, 增加继发感染的风险, 从而导致呼吸问题。在当前新冠病毒全球蔓延的背景下, 我们面临着诸多突发事件, 其中很多医疗系统由于确诊患者的不断增加, 几近崩溃,

其中一个原因就是呼吸机的严重短缺。由于 COVID-19 在全球范围内迅速传播, 新患者人数不断增加, 许多医院的重要医疗用品都告罄。
       幸运的是,

许多行业和企业都自愿跨线, 在最短时间内生产口罩、棉签、药品、呼吸机等医疗物资, 支援抗击疫情。在迫切需要呼吸机等医疗设备的时候, 有技术能力的开发人员发起了一项大型开源计划, 计划和生产可以帮助患者的医疗设备, 包括呼吸机。该项目吸引了数百名工程师、医疗专业人员和研究人员。也有很多设计师使用3打印等技术来按需制作零件和设备。图1:专业人工呼吸机(来源:呼吸机原理) 要做一台呼吸机, 首先要了解它的工作原理。
       简单来说, 它的作用就是让氧气进入肺部, 排出二氧化碳, 帮助病人顺利进行。呼吸。氧气量可以通过监视器控制。呼吸机将一根管子连接到患者的嘴或鼻子上。现代呼吸器由小型嵌入式计算机控制, 被认为是生命攸关的系统, 必须采取严格的预防措施以确保其可靠性。开发项目 当医院和家庭缺乏足够的可用设备时, 出现了许多不同的呼吸机设计并发挥了重要作用。几个开发项目的想法集中在制造低成本的基本呼吸机, 以在发生严重肺部疾病时帮助呼吸。然而, 这些设备也会影响人们的医疗状况。因此,

有必要先咨询医生, 而不是简单地在网上寻找信息。因为使用呼吸机存在相当大的风险, 尤其是在高压环境中。低成本开源呼吸机在图 2 中有一个低成本开发项目, 如果使用得当, 可以挽救许多生命。该设备能够对呼吸频率进行编程, 例如每分钟 1016 次呼吸, 并且可以产生高达 452 但最好不超过 202 的峰值气道压力以避免危险。它只会将大气中的氧气含量提高到 21%。至于其他的氧合率, 必须使用专门的设备;然而, 图 2 的设备在没有其他选择的紧急情况下非常有用且非常宝贵。该项目仍在征求进一步的建议。事实上, 某些组件在短期内可能并不容易获得。呼吸机很小, 因此在其中设计一个足以防止病毒传播的完整系统并不容易。但实际上是仅用于空气中散布着病毒飞沫的受感染环境。可以使用运营管理。此外, 应研究系统和解决方案, 以避免停电时的危险。图2:人工呼吸机开发项目(来源:抗疫专用呼吸机 这是夏的一个开发项目, 大部分都使用了好用的组件图3。虽然是完全搭建起来的, 目的也是为了拯救生命。它可以用作紧急呼吸机, 在这种日益严重的疫情中, 需要呼吸机治疗的人数很快就会超过目前可用的设备数量, 但医院将无法为所有患者购买足够的呼吸机数量。呼吸机很简单, 但是采用了现代化的电子控制系统, 使用木头、胶带、塑料袋、螺纹管、电磁阀、电磁开关等, 硬件和软件功能不断更新完善。项目中, 目前的设备原型仅用于实验目的, 并没有经过任何安全性测试。事实上, 呼吸机本身就是一个潜在的危险设备建议在执业医师指导下使用。本呼吸机设计基本由波纹管单元组成, 波纹管单元由木材、阀门和管道组成;此外, 该设计还有一个控制器, 一些电线和开关, 以及一个电源等。整个设备安装在一块182105“胶合板上, 并配备常开和常闭阀门。图3:呼吸机开发项目(来源:其构造的更多细节可以从图4中看到).阀门通过管道连接, 安装方式使连接波纹管的类型与波纹管单元的中心对齐。此处使用特氟龙涂层螺纹接头。波纹管是通过将底部的两块胶合板拧到背板上制成的。磁铁附在靠近传感器杆的波纹管末端, 传感器附在传感器杆上。为了制作风箱包, 我使用了一个更大的链条包。剪掉拉链的背面, 将 05" 塑料管插入中间, 然后用胶带密封并加固边缘。管子应从袋子中伸出足够远, 以滑过 025" 端。波纹袋的胶带接缝应放在胶合板部分的底部。安装铰链盖后安装顶部 17" 部分。将 4" 长 025" 支架螺栓、两个螺母和两个垫圈夹在一起。该单元是 0606,

价格便宜, 足够灵活, 并且有很多免费软件可以编程, 但也可以使用其他单元, 编写自己的控件。此外, 您需要24个电源和1个开关来启动系统。程序是用 编写的, 它的工作原理基本上是这样的:打开1, 然后关闭2直到波纹管充满, 当顶部电磁开关闭合时显示。然后关闭 1, 打开 2, 然后关闭 3, 使波纹管放气并向患者泵送空气。当波纹管下降到下限时, 下限电磁开关关闭, 然后关闭 2 并重新打开 1 以重新填充波纹管。计时器让患者的肺在 3 打开时放气。当计时器到期时, 2 开启, 3 关闭开始下一个呼吸周期。图 4:呼吸机的构造细节(来源:另一个由二手汽车零部件制成的呼吸机的开发项目是一个非常简单的设计, 使用从亚马逊购买的汽车零部件, 无需微控制器, 如图 5 所示。系统使用随处可见的继电器和开关以及汽车零部件, 这个项目有助于解决目前医院设备短缺的问题。压缩机、空气过滤器、空气调节器、多阀、气缸的制造商, 甚至使用过滤器, 它都可以使用用于过滤受感染患者排出的污染空气。该设计可过滤小至 0.12 微米的颗粒。图 5:由汽车零部件制成的呼吸机构造(来源:结合浮潜面罩和 3 打印)呼吸机帮助医院抗击新型冠状病毒的另一项创新是将市场上现有的浮潜面罩改造为应急人工呼吸面罩 图6. 由于目前的紧急情况, 口罩、手套在m医疗机构等。几乎所有工具都有用完的危险。因此, 这个使用运动器材的项目有望解决至少一小部分问题。虽然它为医疗专业人员和患者提供了另一种选择, 但它仅在医院可用。这种 3 打印呼吸面罩只能在传统呼吸机短缺等紧急情况下使用。因为这样的呼吸面罩和阀门毕竟是没有经过认证的, 所以它们的使用必须得到患者的同意并签署声明。图6:结合浮潜面罩呼吸机的设计是为了应对全球19名患者数量的快速增加和呼吸机数量的急剧减少。这是一个高质量的, 任何人都可以购买或制造的低成本开源呼吸机 图 7. 该项目提供, 但可以完全自行组装或作为套件提供, 可由非医疗公司快速构建, 或者您可以制作一个基本的使用免费提供的原理图自己呼吸机。此外, 该呼吸机开源、成本低、使用简单、易搭建, 可提供给19名紧急情况下的患者。
       图 7:呼吸机 Duo 呼吸机 意大利博洛尼亚大学医学和外科科学学院发明了一种新的电子电路。该设备由一家意大利公司制造, 通过单独的回路同时为两名患者提供辅助呼吸。如果自动调节呼吸机的测量系统位于同一台机器中, 则该设备可以正常工作。设计者希望永远不需要患者使用该设备, 因为这意味着情况非常严重, 医疗系统可以说是完全崩溃的。该设备可以挽救几条生命,

但仅在紧急情况扩大且呼吸机运行不足时使用。结论 呼吸机是复杂的设备,

需要熟练的人员才能正确使用, 并且需要医生的批准, 这意味着大多数家庭用例可能只在家里的紧急情况下使用, 而不是在医院使用。 .编译:责任编辑:参考原文:19,