Entwickler unterstützen COVID-19-Bemühungen mit kostengünstigen Beatmungsgeräten

Beatmungsgeräte sollen Sauerstoff in der Lunge halten und Kohlendioxid entfernen. Sie sind ein wichtiges Instrument zur Behandlung schwerer COVID-19-Fälle, da das Virus die Zilien in der Lunge angreifen kann. In diesem Fall baut sich Schleim in der Lunge auf und das Risiko einer Sekundärinfektion steigt, wodurch die Sauerstoffaufnahme durch die Lunge behindert wird. Wir sind in dieser unsicheren Zeit mit vielen Notfällen konfrontiert, nicht zuletzt mit dem Mangel an Beatmungsgeräten, da Gesundheitseinrichtungen aufgrund der großen Anzahl von Coronavirus-Patienten zusammenbrechen. COVID-19 verbreitet sich sehr schnell auf der ganzen Welt. Aufgrund dieser hohen Verbreitungsrate stehen viele Krankenhausressourcen nicht sofort zur Verfügung. Viele Branchen und Unternehmen bauen in Rekordzeit unterschiedliche Medizin- und Gesundheitsgeräte wie Masken, Beatmungsgeräte, Tupfer, Medikamente und Beatmungsgeräte. Letzteres ermöglicht es den Menschen, weiter zu atmen oder besser zu atmen, da das größte Problem von COVID-19 die Blockade der Lunge ist (Abbildung 1 ). In dieser Zeit der Not haben technisch orientierte Menschen ein großes Open-Source-Projekt initiiert, um Geräte zu planen und zu produzieren, die Patienten helfen sollen, einschließlich Beatmungsgeräten. An dem Projekt nahmen Hunderte von Ingenieuren, Medizinern und Forschern teil. Viele Designer verwenden 3D-Druck und andere Technologien, um Ersatzteile und Ausrüstung nach Bedarf herzustellen.

Abbildung 1:Ein professionelles Beatmungsgerät (Bild:Hamilton Medical)

Wie funktionieren Beatmungsgeräte?

Diese Geräte unterstützen die Atmung, indem sie Sauerstoff in die Lunge bringen und Kohlendioxid entfernen. Der Sauerstoff kann über einen Monitor kontrolliert werden. Das Beatmungsgerät wird über einen Schlauch, der in Mund oder Nase eingeführt wird, mit dem Patienten verbunden. Moderne Beatmungsgeräte werden von einem kleinen eingebetteten Computer elektronisch gesteuert. Sie werden als lebenskritische Systeme eingestuft und es müssen hohe Vorkehrungen getroffen werden, um ihre Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Die Projekte

Verschiedene Beatmungsgeräte-Designs, von denen viele auch auf GitHub vorhanden sind, spielen eine wichtige Rolle, wenn Krankenhäuser und Heime nicht genügend Geräte zur Verfügung haben. Viele Ideen beinhalten den Bau kostengünstiger rudimentärer Beatmungsgeräte, die die Atmung während einer akuten Lungenkrise unterstützen können. Dies sind jedoch Geräte, die den Gesundheitszustand der Menschen beeinflussen. Aus diesem Grund sollte ein Arzt aufgesucht und zufällige Informationen aus dem Internet nicht berücksichtigt werden. Tatsächlich birgt die Verwendung von Beatmungsgeräten erhebliche Risiken, insbesondere wenn sie mit hohem Druck betrieben werden.

Kostengünstiges Open-Source-Beatmungsgerät (PAPR)

Dieses Projekt ist auf GitHub verfügbar (Abbildung 2 ). Es ist ein kostengünstiges Gerät, das bei richtiger Anwendung viele Leben retten kann. Es arbeitet mit einer programmierbaren Atemfrequenz (10–16 Atemzüge/Minute) und kann einen maximalen Atemwegsdruck von bis zu 45 cmH20 erzeugen, obwohl ein Überschreiten von 20 cmH20 gefährlich sein kann. Es drückt nur die atmosphärische Luft (mit 21% Sauerstoff). Für andere Sauerstoffgehaltsverhältnisse ist eine professionelle Ausrüstung erforderlich, aber das Gerät ist in Notsituationen nützlich und wertvoll, wenn es keine Alternative gibt. Das Projekt ist noch offen für Änderungen und Anregungen. Der Schöpfer steht für die Zusammenarbeit mit Unternehmen und Lieferanten für die Massenproduktion des Geräts zur Verfügung. Tatsächlich sind einige Komponenten möglicherweise kurzfristig nicht ohne weiteres verfügbar. Das Gerät ist noch minimal. Es wäre interessant, ein umfassendes System zu entwickeln, um die Virusausbreitung zu minimieren. Tatsächlich funktioniert es nur in bereits infizierten Umgebungen, in denen Tröpfchen mit Viren in der Luft schweben. Die Betriebsführung wird Arduino anvertraut. Es sollten auch Systeme und Lösungen untersucht werden, um zu verhindern, dass das Beatmungsgerät im Falle eines Stromausfalls gefährlich wird.

Abbildung 2:Ein Beatmungsprojekt (Bild:GitHub)

Das Pandemie-Beatmungsgerät

Dieses Projekt ist auf Instructables verfügbar und kann mit leicht verfügbaren Komponenten erstellt werden (Abbildung 3 ). Obwohl es vollständig auf DIY-Techniken basiert, ist es das Ziel, Leben zu retten. Es kann als Notfallbeatmungsgerät verwendet werden. Die Zahl der Menschen, die nach dieser Art der Behandlung fragen werden, wird wahrscheinlich größer sein als die aktuelle Zahl der vorhandenen Beatmungsgeräte. Krankenhäuser können nicht alle Beatmungsgeräte kaufen, die sie benötigen; es wäre unmöglich. Dieses Gerät hat ein sehr einfaches Design, verwendet jedoch ein modernes elektronisches Steuerungssystem. Es verwendet Holz, Klebeband, Plastiktüten, Gewinderohre, Magnetventile, Magnetschalter und eine SPS. Das Gerät wird ständig aktualisiert und verbessert, sowohl in den Hardware- als auch in den Softwarefunktionen. Die im Projekt berichteten Informationen warnen davor, dass der vorgestellte Prototyp nur experimentellen Zwecken dient und keine Sicherheitstests durchgeführt wurden. Tatsächlich ist ein Beatmungsgerät ein potenziell gefährliches Gerät und darf nur von einem ausgebildeten und zertifizierten Arzt verwendet werden. Die Nutzung erfolgt daher auf eigene Verantwortung. Es besteht im Wesentlichen aus der Balgeinheit, die aus Holz, Ventilen und Rohren besteht; eine SPS-Steuerung; einige Drähte und Schalter; und ein Netzteil. Die gesamte Einheit ist auf einem Sperrholz mit den Maßen 18 × 21 × 0,5 Zoll montiert. Normalerweise offene und normalerweise geschlossene Ventile sind erforderlich. Sie müssen vom Typ mit direkt wirkendem Magnetventil sein, um mit Luft betrieben zu werden. Außerdem werden Gewindefittings mit Teflonband und Adapter benötigt. Der Faltenbalg wird mit einem großen Gefrierbeutel hergestellt.

Abbildung 3:Das Pandemie-Beatmungsgerät (Bild:Instructables)

Die Ventile werden mit Rohr verbunden und so montiert, dass das T zum Faltenbalg mit der Mitte der Faltenbalgeinheit fluchtet. Hier kommen Rohrverschraubungen mit Teflon zum Einsatz. Das Balgscharnier besteht aus vier Teilen von 1,5 × 7 × 0,625 Zoll. Sperrholzstücke und ein 1,5 × 1,5 × 17-Zoll. Stück Holz, zwei 3-in. Scharniere. und ein 2 × 12,5-Zoll. Verstärkung. Abbildung 4 zeigt einige Details der Konstruktion. Der Faltenbalg wird hergestellt, indem die unteren beiden Sperrholzstücke auf die Unterlage geschraubt werden. Die Tasche wird während des Betriebs mit den Muttern und Unterlegscheiben an den Schlossschrauben zwischen den beiden Sperrholzteilen geklemmt. Der Magnet wird am Ende des Faltenbalgs in der Nähe des Sensorpols befestigt und die Sensoren werden am Sensorpol befestigt. Um die Tasche für den Blasebalg herzustellen, habe ich einen großen Ziploc-Gefrierbeutel verwendet. Schneiden Sie den Reißverschlussteil ab, setzen Sie 0,5 Zoll ein. Plastikschlauch in die Mitte und verwenden Sie Tuck Tape, um die Kanten abzudichten und zu verstärken. Der Schlauch sollte weit genug aus dem Beutel herausragen, um über das Ende des 0,25-Zoll-Schlauchs geschoben werden zu können. Nippelabschnitt der Rohrleitung. Die geklebte Naht des Balgbeutels sollte sich auf der Unterseite des Sperrholzabschnitts befinden. Installieren Sie die aufklappbare Abdeckung und dann die obere 17-Zoll. Sektion. Klemmen Sie zusammen mit dem 4 Zoll langen 0,25 Zoll. Schlossschrauben, zwei Muttern und zwei Unterlegscheiben. Die SPS-Einheit ist ein Direct Logic 06 DO-06DR von Automation Direct. Ihre Einheiten sind kostengünstig, flexibel genug und verfügen über eine Menge kostenloser Software zum Programmieren. Sie könnten andere SPS-Einheiten verwenden und Ihr eigenes Steuerungsprogramm schreiben. Neben der SPS benötigen Sie zum Starten des Systems noch eine 24-V-Versorgung und einen Ein-/Ausschalter. Das Programm ist in Ladder Logic geschrieben. Es funktioniert grundsätzlich wie folgt:

• Es öffnet Ventil 1 und schließt Ventil 2, bis der Balg voll ist, was angezeigt wird, wenn der obere Magnetschalter schließt.
• Er schließt dann Ventil 1, öffnet Ventil 2 und schließt Ventil 3, damit der Balg entleeren und die Luft zum Patienten pumpen kann.
• Wenn der Balg auf die untere Grenze abfällt, schließt der untere Magnetschalter, dann schließt Ventil 2 und Ventil 1 öffnet wieder, um den Balg wieder aufzufüllen.
• Ein Timer lässt die Lungen des Patienten bei geöffnetem Ventil 3 entleeren. Wenn der Timer abläuft, öffnet Ventil 2 und Ventil 3 schließt sich, um den nächsten Atemzyklus zu starten.

Hier ist der Schaltplan:

• Eingaben
  • X0 oberer Faltenbalg-Magnetschalter
  • X1 unterer Faltenbalg-Magnetschalter
  • X2 Ein-/Ausschalter
  • C0 24 V
  • Alle kehren zu Boden
• Ausgaben
  • Y0 unbenutzt
  • Y1-Einatemventil (V2)
  • Y2 Ausatemventil (V3)
  • Y3 Balgfüllventil (V1)
  • C0 120-VAC-Leitung
  • Alle kehren zur neutralen Leitung zurück

Abbildung 4:Einige Details des Aufbaus des Pandemie-Beatmungsgeräts (Bild:TEMPO.CO)

>> Lesen Sie weiter über zusätzliche Konstruktionsbemühungen von Beatmungsgeräten, die im ursprünglich veröffentlichten Artikel beschrieben sind auf unserer Schwesterseite EEWeb.