Respiratory to urządzenia zaprojektowane do dostarczania tlenu do płuc i usuwania z nich dwutlenku węgla. Są ważnym narzędziem w leczeniu ciężkich przypadków COVID-19. Ponieważ wirus może atakować rzęski w płucach, gromadzi się w nich śluz, zwiększając ryzyko wtórnej infekcji, a przede wszystkim utrudniając wchłanianie tlenu przez płuca. W tym trudnym okresie mamy do czynienia z wieloma sytuacjami kryzysowymi, w tym między innymi z powodu braku dostatecznej ilości respiratorów, ponieważ placówki medyczne przepełnione są pacjentami zarażonymi koronawirusem.
COVID-19 rozprzestrzenia się bardzo szybko na całym świecie. Z powodu wysokiego wskaźnika zaraźliwości, brakuje wiele zasobów szpitalnych. Wiele firm dostarcza obecnie w rekordowym czasie różne urządzenia i sprzęty medyczne, takie jak maseczki, respiratory, waciki, leki itp. Respiratory są tutaj szczególnie istotne, ponieważ pozwalają ludziom dalej oddychać lub lepiej oddychać. To istotne, ponieważ największym problemem COVID-19 jest zablokowanie płuc. Oznacza to, że ludzie, u których zakażenie koronawirusem ma ciężki przebieg, nie są w stanie samodzielnie oddychać i potrzebują urządzenia, które będzie oddychać za nich – respiratora.
Problemem jednak jest skala epidemii, a co za nim idzie - ryzyko braku respiratorów dla wszystkich chorych. Z uwagi na to, ludzie zorientowani bardziej technicznie zainicjowali szereg otwartych projektów, aby zaprojektować i wyprodukować urządzenia pomagające pacjentom przeżyć, w tym respiratory. W projektach tych wzięły udział setki inżynierów, lekarzy i badaczy. Wielu projektantów używa druku 3D i innych technologii, pozwalających na szybkie konstruowanie nowych urządzeń.
Jak działają respiratory?
Urządzenia te wspomagają oddychanie, wprowadzając tlen do płuc i usuwając z nich dwutlenek węgla. Poziomem tlenu można sterować za pomocą regulatora, znajdującego się na urządzeniu. Respirator jest połączony z pacjentem poprzez rurkę, która zazwyczaj umieszczona jest w nosie lub tchawicy pacjenta. Nowoczesne respiratory są sterowane elektronicznie przez mały komputer wbudowany, znajdujący się w urządzeniu. Element te są klasyfikowane, jako systemy o krytycznym znaczeniu dla życia i należy podjąć wysokie środki ostrożności podczas ich projektowania, aby zapewnić ich niezawodność. Awaria takiego urządzenia może zakończyć się śmiercią pacjenta.
Projekty
Różne konstrukcje respiratorów, z których wiele jest również obecnych na GitHub, Instructables, itd., odgrywać będą ważną rolę, gdy szpitalom zabraknie dostępnych urządzeń. W czasie epidemii koronawirusa nie jest to niemożliwe.
Wiele amatorskich pomysłów obejmuje budowę tanich, prostych respiratorów, które mogą pomóc w oddychaniu podczas ostrej ich niewydolności. Są to jednak urządzenia mocno wpływające na stan ludzkiego organizmu. Z tego powodu należy zawsze skonsultować się z lekarzem, a nie stosować ich na własną rękę. Informacje znalezione w Internecie nie powinny być brane pod uwagę – nie zastąpią lekarza. Stosowanie respiratorów wiąże się ze znacznym ryzykiem, zwłaszcza, jeśli działają one pod wysokim ciśnieniem. Poniższe konstrukcje przedstawiamy raczej w ramach ciekawostki i, mamy nadzieję, że żadna z nich nie będzie musiała być realnie wykorzystywana w szpitalach.
Projekt ten dostępny jest na GitHubie. To ekonomiczne urządzenie może uratować wiele istnień. System jest programowalny – może zapewnić od 10 do 16 oddechów na minutę i wygenerować ciśnienie szczytowe do poziomu nawet 45 cm słupa wody (cmH2O), aczkolwiek przekraczanie poziomu 20 cmH2O może być niebezpieczne. Urządzenie to pompuje jedynie powietrze atmosferyczne (z 21% zawartością tlenu). Aby uzyskać inne poziomy natlenowania mieszanki oddechowej, konieczne są bardziej zaawansowane urządzenia, co nie zmienia faktu, że w sytuacji awaryjnej układ taki jest wartościowym wsparciem.
Twórcy systemu są cały czas otwarci na sugestie zmian i usprawnień. Projektant PARP wyraził zainteresowanie współpracą z dużymi firmami i dostawcami sprzętu medycznego celem rozpoczęcia masowej produkcji tych układów w najbliższym czasie. Układ sterowany jest przez moduł Arduino. Opublikowane oprogramowanie układowe powinno jeszcze zostać przebadane, celem maksymalizacji niezawodności systemu.
Układ jest bardzo minimalistyczny i brakuje mu wielu elementów typowych dla medycznych respiratorów, chociażby filtra powietrza wyjściowego, który pozwala na oczyszczenie go z wirusów, aby zredukować ilość zakażeń. Nie jest to jednak krytyczne, gdyż respirator ten i tak pracować ma w warunkach skażonych. Respirator ten nie posiada także zasilania awaryjnego, jednakże taki system z łatwością dodać można zewnętrznie.
Ten projekt jest dostępny na Instructables i może być wykonany z łatwo dostępnych komponentów. Chociaż opiera się całkowicie na podejściu DIY, jego celem jest ratowanie życia. Może być stosowany jako awaryjny respirator w przypadku, gdy liczba respiratorów znajdujących się w szpitalach okaże się zbyt niska, by zapewnić pomoc wszystkim potrzebującym.
Urządzenie to ma bardzo prostą konstrukcję, ale wykorzystuje nowoczesny elektroniczny system sterowania. Wykorzystano drewno, taśmę, plastikowe worki, rurkę gwintowaną, elektrozawory, przełączniki magnetyczne i sterownik PLC. Konstrukcja jest stale aktualizowana i ulepszana, zarówno pod względem części mechanicznej, jak i oprogramowania. Autorzy projektu cały czas zastrzegają, że jest to jedynie prototyp, pozwalający na eksperymenty i nie przeprowadzono żadnych testów bezpieczeństwa. Taki respirator jest potencjalnie niebezpiecznym urządzeniem i dlatego też może być używany wyłącznie przez lekarza, ewentualne korzystanie z niego odbywa się wyłącznie na własną odpowiedzialność.
Zasadniczo układ ten składa się z zespołu mieszka (wykonanego z drewna, zaworów i rur), sterownika PLC, zasilacza i przewodów połączeniowych. Cała jednostka jest zamontowana na kawałku sklejki o wymiarach 45 cm × 53 cm × 1,8 cm. Wymagane są normalnie otwarte i normalnie zamknięte zawory elektromagnetyczne, dedykowane do pracy z powietrzem do zestawienia systemu. Oprócz tego potrzebne są rozmaite złączki i rury połączeniowe. Mieszek – kluczowy element systemu – wykonano z… foliowej torby na mrożonki.
Konstrukcja jest maksymalnie uproszczona. Do łączenia ze sobą elementów wykorzystano zwykłe skręcane połączenia uszczelnione taśmą teflonową. Elementy ruchome mieszka wykonano z zawiasów i sklejki, pomiędzy której dwoma kawałkami znajduje się foliowa torba z doklejonymi na taśmę klejącą rurkami. Rolę czujnika położenia mieszka spełnia magnes zamocowany do jego końca i hallotron.
Za sterowanie systemem odpowiada sterownik PLC Direct Logic 06 DO-06DR firmy Automation Direct. Jednostki te są dosyć tanie i wystarczająco elastyczne, by sterować takim systemem. Dodatkowo, producent dostarcza sporo darmowego oprogramowania do programowania PLC. W systemie wykorzystać oczywiście można inny sterownik PLC, przenosząc do niego program, który udostępnia autor konstrukcji. Program napisany jest w języku drabinkowym.
Projekt respiratora opublikowany na Tempo.co i do swojej konstrukcji wykorzystuje tylko i wyłącznie elementy samochodowe (części zamienne) kupione na Amazonie. Stworzona w ten sposób prosta konstrukcja nie wymaga nawet mikrokontrolera do sterowania. System wykorzystuje przekaźniki i przełączniki, a także inne części samochodowe, które są dostępne niemalże wszędzie na świecie. Projekt pomóc ma szpitalom itp. na wypadek niedoboru sprzętu medycznego, szczególnie w uboższych rejonach świata, gdzie dostęp do drukarek 3D itp. może być utrudniony.
Mimo prostej konstrukcji, układ oferuje bardzo dobre parametry, a także wyposażony jest w wiele funkcji, nawet filtry ULPA, które filtrują zanieczyszczone powietrze wydychane przez zainfekowanych pacjentów (został zaprojektowany do filtrowania 0,12 mikrona, co pozwala na usunięcie z powietrza wirionów koronawirusa).
Kolejną innowacją przeznaczoną dla szpitali zajmujących się problemem koronawirusa jest awaryjna maska – jest to maska do nurkowania zaadaptowana jako urządzenie oddechowe, które podłączyć można do respiratora. Z powodu obecnej sytuacji wszystkie materiały i narzędzia szpitalne, od masek po rękawiczki, będą zagrożone wyczerpaniem. Ten projekt daje nadzieję rozwiązać przynajmniej niewielką część tego problemu. Dzięki staraniom firmy Isinnovy, która zastosowała komercyjnie dostępną maskę do nurkowania, można w niedrogi sposób zastąpić nie tylko respirator, ale także maski i przyłbice ochronne.
Projekt jest dostępny online - każdy może pobrać dokumentację i swobodnie wydrukować zawór potrzebny do transformacji maski do nurkowania w respirator. Licencja wyklucza komercyjne wykorzystanie projektu. Projektanci zastrzegają, że maski należy używać tylko i wyłącznie wtedy, gdy tradycyjnie stosowane w szpitalach elementy, o zupełnie innych standardach bezpieczeństwa i niezawodności, nie są już dostępne. Daje to jednak istotną alternatywę dla pracowników służby zdrowia i chorych. Maska i drukowane 3D elementy respiratora nie posiadają żadnych certyfikatów wymaganych do normalnego ich traktowania i używania jako wyrób medyczny, a ich użycie wymagać będzie akceptacji pacjenta poprzez podpisane oświadczenie. Jednakże, gdy alternatywą jest brak respiratora w ogóle, zgoda pacjenta i lekarza może nie być trudna do zdobycia.
Hasłem tego projektu jest „respiratory dla każdego”. VentilatorPAL to kolejne rozwiązanie problemu braku respiratorów dla szybko rosnącej liczby pacjentów z COVID-19 na całym świecie. Jest to wysokiej jakości, niedrogi respirator typu open source, który każdy może kupić lub zbudować. Projekt opublikowano na jego witrynie internetowej (FreeBreathing.org), skąd pobrać można pełną dokumentację tego otwartego projektu.
VentilatorPAL to respirator z podstawowymi funkcjami, który może być szybko zbudowany przez firmy inne niż medyczne. Układ jest dostępny w wersji pełni zmontowanej lub jako zestaw do samodzielnego montażu. Można też zbudować własny, korzystając ze swobodnie dostępnego schematu. Respirator jest w pełni otwarty, niedrogi, prosty w użyciu i łatwy w budowie. Może służyć pacjentom z COVID-19 w nagłych wypadkach. Urządzenie mierzy 25 cm x 20 cm x 11 cm i zasilane jest napięciem do 18 V do 24 V, dzięki czemu może być zasilane tak z sieci, jak i z akumulatora lub baterii. Sterować urządzeniem można bezpośrednio bądź przez aplikację na telefonie. Sterowanie obejmuje regulację: objętości oddechowej, stosunku wdechu i wydechu i częstości oddechów. Aplikacja mobilna pozwala na automatyczne wyliczanie tych parametrów na podstawie płci i wzrostu.
Producent nie podał jeszcze kosztu respiratora, ale jak podaje zespół - powinien zamknąć się on w granicach 300-400 euro za zmontowany zestaw i 200-250 euro za zestaw do samodzielnego montażu.
Respirator dla dwóch pacjentów
Nowy obwód został opracowany na Wydziale Nauk Medycznych i Chirurgicznych w Bolonii we Włoszech. Urządzenie zbudowane przez Intersurgical, firmę z Mirandoli we Włoszech, może zapewnić wspomagane oddychanie dwóm pacjentom zamiast jednego dzięki podziałowi obwodów typowego respiratora. Urządzenie działa, jeśli systemy pomiarowe, za pomocą których respiratory są automatycznie regulowane, znajdują się w tej samej maszynie.
Projektanci mają nadzieję, że nigdy nie będą musieli używać swojej konstrukcji u pacjenta, ponieważ oznaczałoby to, że sytuacja w służbie zdrowia jest naprawdę tragiczna, a system jest bliski upadkowi. Pomimo, iż urządzenie to może uratować życie wielu ludziom, to powinno być używane tylko w przypadku, gdy liczba ciężkich zachorowań powiększy się do stopnia, że posiadane obecnie respiratory nie wystarczą.
Podsumowanie
Respiratory to skomplikowane urządzenia, które do prawidłowego użytkowania wymagają wykwalifikowanych techników. Każdy taki system musi być odpowiednio certyfikowany, aby zagwarantować wysoki poziom niezawodności – od tego przecież zależeć może czyjeś życie. Z uwagi na to najpewniej większość tych projektów nie będzie nadawała się do użytku w szpitalach, przynajmniej dopóki nie będzie to naprawdę konieczne.
Źródło: https://www.eeweb.com/profile/calimero22/articles/ventilators-for-covid-19
Cool? Ranking DIY
