开发人员通过低成本的呼吸机设计帮助 COVID-19 工作

呼吸机旨在将氧气保持在肺部并去除二氧化碳。它们是治疗严重 COVID-19 病例的重要工具，因为该病毒可以攻击肺部纤毛。如果发生这种情况，粘液会在肺部积聚，继发感染的风险会增加，从而阻碍肺部对氧气的吸收。在这个不确定的时期，我们面临着许多紧急情况，其中最重要的是呼吸器短缺，因为大量冠状病毒患者导致卫生设施崩溃。 COVID-19 正在世界范围内迅速传播。由于这种高扩散率，许多医院资源无法立即获得。许多行业和公司正在以创纪录的速度制造不同的医疗和健康设备，例如口罩、呼吸器、拭子、药品和呼吸机。后者使人们能够继续呼吸或呼吸得更好，因为 COVID-19 的最大问题是肺部阻塞（图 1 ）。在这个需要的时候，以技术为导向的人们发起了一个大型开源项目，以规划和生产旨在帮助患者的设备，包括呼吸机。该项目涉及数百名工程师、医学专家和研究人员的参与。许多设计师使用 3D 打印和其他技术来按需制造备件和设备。

图 1：专业呼吸机（图片：Hamilton Medical）

呼吸机是如何工作的？

这些设备通过让氧气进入肺部并去除二氧化碳来支持呼吸。氧气可以通过监视器进行控制。呼吸机通过置于口腔或鼻子中的管子与患者相连。现代呼吸机由小型嵌入式计算机进行电子控制。它们被归类为对生命至关重要的系统，必须采取高度的预防措施以确保它们的可靠性。

项目

当医院和家庭没有足够的设备可用时，各种呼吸机设计（其中许多也出现在 GitHub 上）发挥着重要作用。许多想法涉及建造低成本的基本呼吸机，可以在急性肺危机期间帮助呼吸。但是，这些设备会影响人们的医疗状况。因此，应咨询医生，不应考虑互联网上的随机信息。事实上，使用呼吸机存在重大风险，尤其是在高压下运行时。

低成本开源呼吸机设备 (PAPR)

此项目可在 GitHub 上获得（图 2 ）。这是一种低成本的设备，如果使用得当，可以挽救许多生命。它以可编程的呼吸频率（10-16 次呼吸/分钟）工作，可产生高达 45 cmH20 的气道峰值压力，但超过 20 cmH20 可能会很危险。它只推动大气（含 21% 的氧气）。对于其他氧合比例，需要专业设备，但该设备在别无选择的紧急情况下是有用和有价值的。该项目仍对更改和建议开放。创作者可以与公司和供应商合作批量生产该设备。事实上，有些组件在短期内可能不容易获得。该设备仍然是最小的。设计一个详尽的系统以最大程度地减少病毒传播会很有趣。事实上，它只在已经感染的环境中起作用，在那里空气中悬浮着含有病毒的飞沫。运营管理委托给Arduino。还应研究系统和解决方案，以防止停电时呼吸机变得危险。

图 2：呼吸机项目（图片：GitHub）

大流行呼吸机

该项目可在 Instructables 上获得，并且可以使用易于获得的组件来制作（图 3 ）。虽然它完全基于DIY技术，但目的是挽救生命。它可以用作紧急呼吸机。要求接受此类治疗的人数可能会超过现有呼吸机的现有数量。医院无法购买他们需要的所有呼吸机；这是不可能的。该设备设计非常简单，但采用了现代电子控制系统。它使用木材、胶带、塑料袋、螺纹管、电磁阀、磁性开关和 PLC。该设备在硬件和软件功能方面都在不断更新和改进。该项目报告的信息警告说，所展示的原型仅用于实验目的，并未进行安全测试。事实上，呼吸机是一种具有潜在危险的设备，只能由经过培训和认证的医生使用。因此，其使用由他或她自己负责。它基本上由波纹管单元组成，波纹管单元由木材、阀门和管道组成； PLC控制器；一些电线和开关；和一个电源。整个装置安装在一块 18 × 21 × 0.5 英寸的胶合板上。需要常开和常闭阀门。它们必须是直动式电磁阀类型才能使用空气操作。还需要带有特氟龙胶带和适配器的螺纹接头。波纹管是用一个大冷冻袋做成的。

图 3：大流行呼吸机（图片：Instructables）

阀门与管道相连，安装方式使波纹管的 T 型与波纹管单元的中心对齐。此处使用带有特氟龙的螺纹管件。波纹管铰链由四块 1.5 × 7 × 0.625 英寸组成。胶合板件和 1.5 × 1.5 × 17 英寸。一块木头，两个 3 英寸。铰链。和 2 × 12.5 英寸。加强。 图 4 展示了建筑的一些细节。波纹管是通过将底部的两块胶合板拧到背板上而制成的。在操作过程中，使用马车螺栓上的螺母和垫圈将袋子夹在两个胶合板部分之间。磁铁连接到传感器极附近的波纹管末端，传感器连接到传感器极上。为了制作波纹管袋，我使用了一个大的 Ziploc 冷冻袋。剪掉拉链部分，插入 0.5 英寸。将塑料管插入中心，并使用 Tuck Tape 密封和加固边缘。管子应该伸出袋子足够远，以便能够滑过 0.25 英寸的末端。管道的接头部分。波纹管袋的胶带接缝应位于胶合板部分的底部。安装铰链盖，然后安装顶部 17 英寸。部分。与 4 英寸长的 0.25 英寸夹在一起。马车螺栓、两个螺母和两个垫圈。 PLC 单元是 Automation Direct 的 Direct Logic 06 DO-06DR。他们的单位成本低，足够灵活，而且他们有很多免费软件可以编程。您可以使用其他 PLC 单元并编写自己的控制程序。除了 PLC，您还需要一个 24 V 电源和一个开/关开关来启动系统。该程序是用梯形逻辑编写的。它的工作原理如下：

• 它会打开阀门 1 并关闭阀门 2，直到波纹管装满为止，当顶部磁性开关关闭时会显示这一点。
• 然后关闭阀门 1、打开阀门 2 和关闭阀门 3，这样波纹管就可以放气并将空气泵送到患者体内。
• 当波纹管下降到下限时，下部磁性开关关闭，然后阀门 2 关闭，阀门 1 再次打开以重新填充波纹管。
• 计时器可让患者的肺在阀门 3 打开时放气。当计时器到期时，阀门 2 打开，阀门 3 关闭以开始下一个呼吸循环。

这是接线图：

• 输入
  • X0 顶部波纹管磁性开关
  • X1 底部波纹管磁性开关
  • X2 开/关开关
  • 二氧化碳 24 伏
  • 全部返回地面
• 输出
  • Y0 未使用
  • Y1 吸气阀 (V2)
  • Y2 呼气阀 (V3)
  • Y3 波纹管填充阀 (V1)
  • C0 120-VAC 线路
  • 全部恢复到中性线

图 4：Pandemic 呼吸机结构的一些细节（图片：TEMPO.CO）

>> 继续阅读最初发表的完整文章中描述的其他呼吸机设计工作在我们的姊妹网站 EEWeb 上。