Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
BotlandBotland
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Tanie respiratory awaryjne do walki z koronawirusem

ghost666 30 Mar 2020 17:11 3849 11
  • Tanie respiratory awaryjne do walki z koronawirusem
    Projektanci z całego świata próbują zaprojektować i skonstruować tanie respiratory, które przydadzą się do walki z pandemią COVID-19. Przyrzyjmy się niektórym z tych projektów, aby zainspirować innych do tworzenia podobnych urządzeń.

    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.

    Tanie respiratory awaryjne do walki z koronawirusem
    Niedrogi, otwarty układ respiratorowy (PAPR)

    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.

    Tanie respiratory awaryjne do walki z koronawirusem
    Respirator pandemiczny

    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.

    Tanie respiratory awaryjne do walki z koronawirusem


    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.

    Tanie respiratory awaryjne do walki z koronawirusem
    Respirator wykorzystujący komercyjnie dostępne elementy motoryzacyjne

    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).

    Tanie respiratory awaryjne do walki z koronawirusem
    Respirator z maską do nurkowania i adapterem wykonanym w technologii druku 3D

    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.

    Tanie respiratory awaryjne do walki z koronawirusem
    Respirator PAL

    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

    Fajne! Ranking DIY
    Darmowe szkolenie: Ethernet w przemyśle dziś i jutro. Zarejestruj się za darmo.
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9749 postów o ocenie 7918, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • BotlandBotland
  • BotlandBotland
  • #4
    wprost123
    Poziom 9  
    A może wyłonić jakiś z Polskich projektów, z firm które już budują takie proste respiratory i mocno (np. na głównej stronie) tutaj promować ich wspieranie wpłatami. Myślę, że Portal ma tu duże szanse na przyczynienie się choć trochę do pomocy w obecnej sytuacji.
    Tylko kwestia zorganizowania gremium które zdecydowałoby który projekt wspierać.
  • #6
    LightOfWinter
    Poziom 29  
    Witam

    Tutaj podałem kilka linków do innych projektów
    Respirator open-source

    Najbardziej zaawansowany technicznie wydaje się ten:
    Open Source Ventilator Project

    Jest on opublikowany na stronach "University of Florida"
    Jest też informacja że będą starali się o akceptację u FDA.
  • #7
    wprost123
    Poziom 9  
    Chodziło mi o wsparcie projektów prowadzonych w Polsce. W obecnej sytuacji raczej nikt nie zechce wysyłać takiego sprzętu do Polski, tylko będą wykorzystywane w kraju producenta. Dlatego jeśli znacie jeszcze jakieś z Polski to proszę wrzucajcie, a znawcy elektroniki mogliby zrobić jakiś czat, przeanalizować je, wybrać jeden lub dwa najlepsze a następnie może Elektroda była by skłonna nagłośnić temat wpłat dla takiej firmy/ firm.
  • #8
    LightOfWinter
    Poziom 29  
    wprost123 napisał:
    Chodziło mi o wsparcie projektów prowadzonych w Polsce. W obecnej sytuacji raczej nikt nie zechce wysyłać takiego sprzętu do Polski, tylko będą wykorzystywane w kraju producenta. Dlatego jeśli znacie jeszcze jakieś z Polski to proszę wrzucajcie, a znawcy elektroniki mogliby zrobić jakiś czat, przeanalizować je, wybrać jeden lub dwa najlepsze a następnie może Elektroda była by skłonna nagłośnić temat wpłat dla takiej firmy/ firm.


    Witaj
    To jest jasne. Niestety ja nie słyszałem żeby w Polsce rząd zwrócił się z prośbą do społeczeństwa/ specjalistów o pomoc w pracy nad tak potrzebnym sprzętem jak respiratorami tak jak np: USA, UK, Włoszech. Co za tym idzie w tej chwili mniejsze jest zainteresowanie tematem.

    Wydaje mi się że nic nie stoi na przeszkodzie żeby w Polsce jakaś organizacja/ grupa zapaleńców wykorzystała doświadczenia które zdobyli ludzie w innym otwartym projekcie za granicą- "open hardware/ open source". Jak rozumiem ma być to sprzęt do ratowania życia w przypadku niedoborów profesjonalnego wyposażenia a nie do działalności komercyjnej.
  • #9
    PiotrPitucha
    Poziom 33  
    Witam
    Szczerze mówiąc nie bardzo rozumiem cały ten ruch polegający na nagłym skleceniu czegoś co ma spełniać funkcje respiratora. Jeśli już, to może dopracują się ludzie czegoś na następną epidemię, z pewnością nie na koronawirusa. Mimo niewątpliwie dobrych chęci należy pamiętać, że pacjenta nie można podłączać do urządzeń które nie posiadają atestu medycznego, bo może to skutkować jego szybkim zejściem.
    Jest masę prostych jak budowa cepa konstrukcji które sprawdzały się od lat i zamiast kombinować wystarczy wznowić produkcję na istniejących dokumentacjach. Nowe technologie są w stanie na podstawie istniejących dokumentacji wznowić produkcję w kilka dni i w dużej ilości ( cięcie blach laserem, formy wtryskowe z CNC itd. ). Stare konstrukcje bywają genialne, bo zbudowane z prostych i niezawodnych elementów.
    Przy dawnych problemach zaopatrzeniowych respiratory pracowały praktycznie po kilka lat bez wyłączania i nic się nie psuło, awarie to domena nowych skomputeryzowanych respiratorów, choć umożliwiały nowe techniki wentylacji i mocne zabezpieczenia.
    Pamiętam z pracy respirator Bear, który pracował bez prądu, a wszystkie parametry były regulowane przez przemieszczanie magnesów względem zaworów. Całość podpięta do instalacji tlenowej i sprężonego powietrza do pracy potrzebuje jedynie lekarza który ustawi parametry i nie ma się w nim co zepsuć.
    Pozdrawiam
  • #10
    LightOfWinter
    Poziom 29  
    PiotrPitucha napisał:

    ...Jest masę prostych jak budowa cepa konstrukcji które sprawdzały się od lat i zamiast kombinować wystarczy wznowić produkcję na istniejących dokumentacjach. Nowe technologie są w stanie na podstawie istniejących dokumentacji wznowić produkcję w kilka dni i w dużej ilości...


    Witam
    Jeśli masz dokumentację do takiego respiratora proszę podziel się. Sądzę że wszyscy chętnie się z nią zapoznają.
    Czy projekty o których mowa są wolne od roszczeń związanych z prawami autorskimi ? Czy da się je łatwo zbudować metodą chałupniczą ?
  • #11
    PiotrPitucha
    Poziom 33  
    Witam
    Nie mam dokumentacji, mówiłem o firmach które ją posiadają lub o takich które są skłonne ją kupić w stanie zapewnionego zbytu na grube tysiące egzemplarzy.
    Bear stał na oddziale na którym kilka lat pracowałem, stale używany był Bennett, Sechrist dla małych dzieci czy kilka innych stosowanych do operacji.
    W przybliżeniu są dwa typy respiratorów, te które wpychają w człowieka powietrze (czy też mieszankę z tlenem) pod określonym ciśnieniem a nadmiar ucieka na zewnątrz i objętościowe które tłoczą określoną objętość powietrza i dotąd wszystko jest proste, ale jest jeszcze cała masa parametrów której nie znają w wielu przypadkach nawet lekarze a wynikają one z wielu badań klinicznych, parametry te musi zapewnić respirator i konstruktor który nie ma pojęcia o tych parametrach może zrobić coś co będzie zabijało pacjentów zamiast im pomóc. Dla przykładu krzywa narastania ciśnienia, czas wdechu/czasu wydechu, objętość wtłoczonego powietrza w metodzie ciśnieniowej, synchronizację z oddechem własnym pacjenta.
    Odwracamy sprawę, metoda objętościowa, musimy mieć rozeznanie ile powietrza trzeba wtłoczyć w pacjenta (to określa lekarz), ale pacjent pacjentowi nierówny i wielu pacjentów wychodzi nawet poza zakresy respiratorów komercyjnych, więc wypada sprzęgać go z pomiarem natlenienia krwi by pacjenta nie udusić, ale przy oporach oddechowych aby w jakimś czasie wtłoczyć daną objętość powietrza należy mierzyć ciśnienie by nie przekroczyć limitów itd. itp.
    Problemów jest trzy:
    - rozeznanie co ma robić respirator, trzeba przestudiować instrukcję np. nowego Bennetta, jest to ciężkie ale możliwe do przeskoczenia;
    - niezawodność, tego nie da się przeskoczyć bez prób, czyli można zrobić respirator na następną epidemię a nie na koronawirusa;
    - badania dopuszczające, to kosztuje i trwa, za moich czasów był COTM, teraz nie wiem kto to robi.
    Został jeszcze jeden problem formalny, czy te trzy warunki uda się zrobić bez naruszenia patentów, nawet jeśli coś sami wymyślimy to może się okazać, że ktoś to już zastrzegł.
    Z powodów o których wcześniej pisałem nawet na respiratorze prawidłowo ustawionym przez lekarza można zabić pacjenta.
  • #12
    LightOfWinter
    Poziom 29  
    PiotrPitucha napisał:
    ...Nie mam dokumentacji, mówiłem o firmach które ją posiadają lub o takich które są skłonne ją kupić w stanie zapewnionego zbytu na grube tysiące egzemplarzy...


    Witam
    Podejrzewam że wielkie firmy produkujące ten sprzęt mają to tak wyliczone żeby im się najbardziej opłacało.
    Jeśli nie masz dokumentacji, nie ma sensu o tym dyskutować.
    Bez planów konstrukcyjnych raczej nie da się wykonać żadnego z wspomnianych przez Ciebie respiratorów. Więc nie ma znaczenia że były proste i z certyfikatami bo nie wiemy jak je zbudować.

    Problemy oczywiście są, gdyby to było banalne zadanie nie było by braku tego sprzętu, bo każda mała firma "garażowa" by go robiła. A tak nie jest.

    Podawałem już wcześniej link do projektu
    Open Source Ventilator Project
    gdzie zostało rozwiązane część wspomnianych przez Ciebie problemów.