[项目]DIY简易呼吸机 精华

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[项目] DIY简易呼吸机

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本帖最后由 微笑的rockets 于 2020-6-19 12:01 编辑

背景

最近由于疫情的原因,虽然我们已经陆续的恢复了工作,但是各种新闻总是充斥在我们的身边。
在thingiverse网站上甚至有了新冠肺炎的专题,帮助大家用3D打印机来应对疫情。
在hackaday上也有很多创客为了应对疫情制作的各种项目。

现在更多的是欧美国家的疫情新闻,其实我认为在欧美国家,只要大家团结起来,疫情对他们的影响还是有限的。
但令人担忧的是,印度、非洲等国家如果发生了爆发那是一个什么场景。
很显然他们是没有办法来负担昂贵的呼吸机的。

问题

我们是不是可以用我们的能力去做些什么来帮助他们。
口罩我看到已经有很多人在弄了,呼吸机好像弄的人不多。
我想是不是可以一起DIY一个简易的呼吸机,也许没有那些高大上的商业设备那么的功能,但至少也能像山寨呼吸机一样拯救生命吧。
当然网上已经有开源的呼吸机项目,我们非常感谢他们的开源。相关的资源我也放在了后面的参考链接里,但感觉对普通创客来说这个还是比较难的。
MIT也公布了他们的开源方案https://e-vent.mit.edu/,我觉得这个设计可能我们可以参考。

目标

我觉得我们可以利用身边的一些设备以及开源硬件的资源来完成一个呼吸机。

在这个帖子里,我将逐步的更新相关的学习和制作的过程,希望能通过这个帖子召集大家一起来完成这个项目。

原理

首先呼吸机的原理:

呼吸机(Ventilator)是一种医疗设备,为无法呼吸或呼吸困难的患者提供协助,助力其肺部空气的出与入。一般来说,呼吸机分为医用呼吸机和家用呼吸机两类,而与此次疫情相关的主要是医用呼吸机,由于新冠病人呼吸系统遭到程度不一地破坏,因此大量患者需要不同级别的呼吸支持治疗。医用呼吸机主要用于医院,功能复杂,能适合各种病情使用。它是一款能代替、控制或改变人的正常生理呼吸,增加肺通气量,改善呼吸功能,减轻呼吸功消耗,节约心脏储备能力的装置。医用呼吸机是呼吸支持的有用工具,是危重症患者常用的治疗手段。
医用呼吸机,医学上也称之为机械通气(Ventilation),又能细分为无创机械通气(Non-Invasive Ventilation,NIV)和有创机械通气(Invasive Mechanical Ventilation,IMV)两种,即无创呼吸机和有创呼吸机。
其中无创呼吸机是通过佩戴在病患脸上的密闭口罩供给氧气,主要用于较清醒、有自主呼吸的患者。而有创呼吸机需要切开患者的气管,直接向患者肺部供氧,通常适用于重度呼吸衰竭患者。一般情况下,如果病人的病情比较轻,就先上无创呼吸机,给病人的鼻子加上鼻塞,连通高流量呼吸机。如果病人的情况好转,一切皆好。如果病情恶化,这时就要插管,上有创呼吸机。
看似简单的呼吸机,其实技术含量相当高。据业内人士介绍,现代医用呼吸机早已不是简单向病患肺部通氧气的压力罐,它会根据患者的病情、生命体征、血氧饱和度等指标,通过肺动力学参数随时调整氧气的供应量,并依靠伺服反馈控制系统,利用优化算法保持供氧频率与患者呼吸同步。

方案

考虑在参考MIT的方案的基础上,利用传感器数据控制挤压呼气球的频率,保持呼吸的正常,提高舒适度。考虑检测流量、氧气浓度、二氧化碳浓度、湿度、压力等数据。
通过控制步进电机来挤压呼气球。
其他零部件采用3D打印来制作,并尽可能采用手边有的材料来完成。

基础数据

呼吸频率:正常成年男性静息状态下,呼吸为12到18次/分,呼吸与脉搏之比为1:4
吸气负压:-2cmH2O
202004098623..png

设计参数

硬件

202004109303..png
机械方案将参考该方式。
方案经简单测试后发现效果不好。挤压不充分。结构易损坏气囊及支架。更新结构设计。

软件

考虑两种呼吸机工作触发模式
流量触发:流量减少触发假设设定流量为10L,当呼气流量为10L则无自主呼吸,当呼气流量为8L,则为自主呼吸,开启自动模式。
压力触发:-2cmH2O≈-200pa
自主呼吸的过程中,吸气会产生负压,当负压超过-200pa则开启自动模式。
202004104982..png 参考了一些产品的设计后,建议呼吸机的控制将采用手动和自动的方式。
在手动模式下,每次按下按钮后,会进行一次供气。
在自动模式下,会根据设置的流量和频率来进行供气。
流量和频率的设置将用一个旋钮来控制。
202004149369..png

行动

目前我已经在淘宝上采购了急救用的手动呼吸器。
202004085472..png

由于呼吸机需要考虑的参数非常的多,所以需要考虑采用什么传感器。目前看来需要氧气和二氧化碳
二氧化碳在三款中选择:(为了控制成本,二氧化碳传感器取消选择。)
202004085581..png 202004083408..png
202004089629..png

https://www.dfrobot.com.cn/search.php?keywords=%E4%BA%8C%E6%B0%A7%E5%8C%96%E7%A2%B3

2020年4月9日

补充呼吸机的历史图片
补充呼吸机设计方案

2020年4月10日

简易手动呼吸机到货
WechatIMG28.jpeg WechatIMG29.jpeg WechatIMG30.jpeg

2020年4月14日

3D打印支架
202004143167..png
202004146091..png
4月17日
经过前几天的测试,发现参考的杠杆式挤压,对气囊的挤压效果并不令人满意。
对挤压原理进行了大的改进,紧急进行了改进。新版的采用了齿轮齿条的拍手结构。
202004171456..png
202004176968..png

一起行动

石墨文档开放了编辑功能,希望有愿意贡献自己想法的,可以在石墨文档中更新自己的想法。当然欢迎在评论中跟进。
https://shimo.im/docs/8rPw6rvgqqdv8x6Y/ 《DIY简易呼吸机》,可复制链接后用石墨文档 App 或小程序打开

人员

欢迎各位加入该项目。现在需要
项目工程师来帮助协调项目进度
已经由 阿土BUG 帮助完成结构设计
硬件工程师来完成传感器读取
算法工程师来完成传感器数据分析和驱动
软件工程师来进行人机机交互界面

一些呼吸机的历史

正压呼吸机

202004102414..png
202004109353..png
202004103024..png

负压呼吸机

202004106464..png
202004109061..png
202004104163..png

参考链接:

https://hackaday.io/project/170446-covid-19-open-source-tidal-volume-meter
https://zhuanlan.zhihu.com/p/34516017
https://hackaday.io/project/170622-visp-ventilator-inline-sensor-package
https://hackaday.io/project/170471-develop-ventilators-to-treat-covid-19-patients
https://zhidao.baidu.com/question/1696465083047497508.html
https://www.zhihu.com/question/60257488
https://zhuanlan.zhihu.com/p/121544966
https://www.zhihu.com/question/385769039/answer/1135621978
https://zhuanlan.zhihu.com/p/126559231
https://baike.baidu.com/item/%E5%91%BC%E5%90%B8%E6%9C%BA
https://opensourceventilator.org/
https://www.eefocus.com/medical-electronics/191721
https://news.163.com/20/0120/08/F3ARFB8S0001899O.html
https://www.jiankanghou.com/jibing/34294.html
https://www.youtube.com/watch?v=oLQ5bXakWq8
https://www.youtube.com/watch?v=tfpG_ZUk1H0
https://baike.baidu.com/item/%E5%91%BC%E5%90%B8%E9%A2%91%E7%8E%87
http://nurse-kyoukasyo.com/jinkoukokyuuki/jinkoujikan.html
http://plaza.umin.ac.jp/~histsite/5resprtxt.pdf
http://www.jseptic.com/ce_material/update/ce_material_12.pdf
https://www.bilibili.com/video/BV1kk4y197W3?from=search&seid=7634973791998443644
https://mp.weixin.qq.com/s/f4vL824RZnbZw4tj8Da-0Q
https://www.youtube.com/watch?v=BPElfJuoc3A

https://www.youtube.com/watch?v=ScoSEeZJE08






hnyzcj  版主

发表于 2020-4-8 11:38:19

大佬什么想法
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Vibranium  高级技师

发表于 2020-4-8 11:39:53

很期待呢,现在呼吸机在疫情期间确实很紧缺
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谢作如2018  见习技师

发表于 2020-4-8 12:06:43

大佬,先科普呼吸机的原理。
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Vibranium  高级技师

发表于 2020-4-8 13:17:42

我研究了一下,个人理解是,一个气泵,但是是双向的,然后给肺吹气再吸气,我理解的对吗,是不是还有什么其他需要监测的?
79B7166D-118D-4B80-8FDC-ACCB7D641CD5.png
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微笑的rockets  NPC
 楼主|

发表于 2020-4-8 13:28:56

谢作如2018 发表于 2020-4-8 12:06
大佬,先科普呼吸机的原理。

感谢回复,我简单的写了下我对呼吸机的理解。请指教。
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微笑的rockets  NPC
 楼主|

发表于 2020-4-8 13:30:08

Vibranium 发表于 2020-4-8 13:17
我研究了一下,个人理解是,一个气泵,但是是双向的,然后给肺吹气再吸气,我理解的对吗,是不是还有什么其 ...

目前看起来,一般都是主动供气,呼气是利用自然回复,一般不主动排气。
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微笑的rockets  NPC
 楼主|

发表于 2020-4-8 13:30:29


一起做简易呼吸机
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Vibranium  高级技师

发表于 2020-4-8 15:16:40

微笑的rockets 发表于 2020-4-8 05:30
目前看起来,一般都是主动供气,呼气是利用自然回复,一般不主动排气。 ...

哦,这样,有空的时候我先尝试设计一下
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Vibranium  高级技师

发表于 2020-4-8 15:20:13

微笑的rockets 发表于 2020-4-8 05:30
目前看起来,一般都是主动供气,呼气是利用自然回复,一般不主动排气。 ...

很复杂呢,尤其是传感这一块,得努力研究一下
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77  管理员

发表于 2020-4-8 16:56:36

截屏2020-04-08 16.56.05.png 刚刚看到一个新闻
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白吃白给  初级技师 来自手机

发表于 2020-4-9 09:06:28

微笑的rockets 发表于 2020-4-8 11:13
[md]## 背景
最近由于疫情的原因,虽然我们已经陆续的恢复了工作,但是各种新闻总是充斥在我们的身边。
在t ...

如果有用的话,设计者身价+N个亿
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gray6666  初级技神

发表于 2020-4-9 13:19:00

好项目,支持
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微笑的rockets  NPC
 楼主|

发表于 2020-4-9 17:17:47

白吃白给 发表于 2020-4-9 09:06
如果有用的话,设计者身价+N个亿

身价其实不在意,在意的是能做点什么,如果能帮上忙,那就是善莫大焉。
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auzn  见习技师

发表于 2020-4-13 23:58:13

项目方案写的很棒
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20060606  初级技匠

发表于 7 天前

好复杂……好复杂……好复杂……好复杂……好复杂……好复杂……好复杂……
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微笑的rockets  NPC
 楼主|

发表于 4 天前

20060606 发表于 2020-7-6 05:25
好复杂……好复杂……好复杂……好复杂……好复杂……好复杂……好复杂…… ...

其实还好吧。并不是很复杂。
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twfolove  学徒

发表于 昨天 08:58

看起来很高端的样子呢
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