Robotic Ventilator
1.0.0
Bonjour,
Avec des personnes clés dans la conception de la robotique et le développement de logiciels, un MD et un étudiant MD, nous avons décidé de travailler sur un ventilateur depuis la crise Covid-19.
Depuis que nous avons travaillé ensemble dans plusieurs projets robotiques indutriaux, nous l'avons appelé l'équipe Robotic Repirator.
Nous participons également aux https://www.agorize.com/en/challenges/code-life-challenge?lang=en en tant qu'équipe robotique. C'était un défi de concevoir un ventilateur dans quelques jours.
Après quelques idées, nous avons décidé que TU utilise un ventilateur manuel existant, Ambu (voir site Web) et contrôlé le flux à l'aide d'un moteur pas à pas pour contrôler précisément le débit d'air, le volume, Cylce par minute. La conception peut être adaptée à un ventilateur manuel compatible Ambu similaire pour "automatiser" le processus de ventilation.
Merci à Paulo Arruda et Patrick Schmitt d'avoir "travaillé" en fin de soirée sur le brainstorming cette idée / concept.
Malheureusement, nous n'avons pas pu obtenir toutes les pièces pour avoir un prototype de travail à partir du 31 mars 2020, nous avons donc décidé de partager ouvertement notre idée afin que nous puissions continuer à construire et à nous améliorer autour de la communauté.
Le magasin a fermé Aroud Us (Montréal, Canada), et la livraison sautait hors de portée pour que nous ayons un prototype pour le 31 mars 2020.
Alors n'hésitez pas à vous inspirer de cette proposition et n'hésitez pas à vous améliorer.
N'hésitez pas à nous contacter par e-mail pour toute question spécifique.
Les spécifications sont la folie:
Contrôle de pression jusqu'à 40 cmh2o, pression d'expiration jusqu'à 25 cmh2o
Ratio de respiration de 6 à 40 respirations par minute
Temps d'inspiration réglable I: E Ration
FIO2 de 21 à 100% en 10% augmente
Déclencher le temps et / ou le patient
Connectez-vous au masque standard
Double circuit avec une valve non réhabitude (patient Y)
Humidité et température non contrôlées dans notre conception
O2 lisez pas dans notre conception
Le capteur O2 est très cher et "impossible à trouver" @ fin mars 2020
Concept 1: Réglage ML, F et I: E via le logiciel, Valve mécanique PEEP
Concept 1A: ML, F et I: E Réglage via le logiciel, PEEP MECANICAL VALVE, Réglage O2 basé sur le modèle basé sur ML / F pour régler le volume O2. (l'hôpital a une valve pour ajuster le flux)
Concept 2: Réglage ML, F et I: E via un logiciel, une valve mécanique PEEP, mais un réglage de l'O2 via un logiciel utilisant Electrovalve qui sera pulsé sur la base de PWM dans le rapport Air Air / O2 d'ordre.
Concept 3: ML, F et I: E Réglage via le logiciel, la valve mécanique PEEP, mais le réglage de l'O2 via un logiciel utilisant Electrovalve qui sera pulsé sur la base de PWM dans le rapport Air Air / O2 de l'ordre RO MIX et PEEP sur une chambre d'échappement basée sur une valve solénoïde à épuiser. La soupape de sécurité doit bien sûr être mise en œuvre.
Veuillez consulter le document PDF pour un concept de haut niveau.
Les pièces 3D complètes et l'assemblage sont disponibles dans le dossier spécifique. Les différents clones Ambu peuvent avoir des dimensions différentes, mais notre intention est de concevoir les griffes de telle manière qu'il conviendra aux différents modèles destinés à soutenir les adultes. Il a été conçu avec SolidWorks.
Vous pouvez télécharger une visionneuse gratuite, Edrawing pour voir la conception.
La visionneuse gratuite vous permettra de masquer les pièces (comme la couverture) ou de rendre certaines pièces transparentes, et bien sûr zoomer, tourner et naviguer de base autour de la conception mécanique.
Veuillez ouvrir le fichier automatique Ambu Ambu Actuator System.Sldasm pour voir l'assemblage.
Parties:
Toutes les pièces commençant par un numéro sont https://www.mcmaster.com/ pièces. Vous pouvez omettre des pièces directement à partir d'eux ou trouver des pièces équivalentes.
La partie 3D imprimée commence avec un 3D-XXXX. Nous avons accès à une imprimante 3D utilisant du plastique Onyx.
Le composant principal est le moteur pas à pas de https://www.pololu.com/product/2689, celui-ci est fourni avec la vis (sélectionnée dans la conception pour la vitesse de livraison) mais vous pouvez acheter le même moteur et adapter votre propre vis avec ce moteur https://www.pololu.com/product/2267
Le moteur est dimensionné pour 60 respirations par minute, voir le calcul Excel pour le dimensionnement.
L'électronique est conçu pour avoir un microprocesseur principal, basé sur Arduino ou Particle.io.
Arduino est bien disponible, mais la carte de particules a la capacité de mettre à jour à distance. (un plus pendant le développement, mais un risque une fois coulant avec un vrai patient).
L'arduino sélectionné était https://www.pololu.com/product/2188
La carte de microprocesseur entraîne un pilote de moteur pas à pas 4988 https://www.pololu.com/product/1182 qui est contrôlé USIND 2 broches, direction et impulsion pour "vitesse". Ce pouls doit être géré pour atteindre la vitesse de configuration de l'équipe Medic, et peut également être géré pour avoir une courbe "S" pour l'inspiration et l'expiration.
Bien sûr, le moteur pas à pas doit avoir un "zéro" que cela pourrait être réalisé en "renvoyant" le moteur à zéro et en le faisant "mécaniquement", ou en ajoutant un capteur pour la position zéro et surveillez cette position "zéro" pour chaque pression positive au patient. La flexibilité ne peut que par réalisation à l'aide d'un moteur pas à pas.
Pour améliorer un peu plus le système et pour avoir la configuration de la pression, nous voulions utiliser un moniteur de pression athmosphérique basé sur le Bosch 280 https://www.adafruit.com/product/2652. Cela nous permettra de comparer la pression ambiante avec la pression à l'échappement Ambu et de gérer le moteur pas à pas en conséquence, à l'aide d'une boucle PID. (Aussi, avec contournement pour assurer une configuration minimale de respiration par DRS)
Ces capteurs auraient été utilisés dans la sortie d'Ambu, le retour du patient pour surveiller la pression du PEEP (de 5 à 20 comme pression de PEEP standard), même si nous voulions utiliser la valve PEEP existante d'Ambu.
Ce capteur de pression a également été utilisé pour surveiller la respiration des patients, afin de faire une "ventilation assistée", et bien sûr d'avoir un logiciel pour assurer une respiration minimale par minute selon le ventilateur standard.
La quartier attendu en utilisant le capteur Athmosphérique Bosch 280 était, en fonction de la position dans la courbe, de 5 à 10%, qui était la plage de précision acceptable pour le défi.
Une fois que nous aurons tous les capteurs, nous testerons et validrons également la théorie.
En dépôt, ces capteurs ne répondent pas aux exigences de "nettoyage", mais cela pourrait être modifié, et nous les monterons dans un petit chanber éloigné connecté aux "chambres" principales pour éviter la contamination, mais ce n'est pas idéal.
Bien sûr, nous devons avoir une alimentation de 120-240 à 12 volts, un chargeur de batterie pour charger une batterie et conserver l'électricité pendant 3 heures selon les besoins, mais c'est un équipement plus "standard".
Nous devons finaliser la consommation électrique pour tailler la batterie.
Nous devons également ajouter une lumière LED brillante et un buzzer à l'équipe médicale "alarme".
Encore une fois, cela est considéré comme un équipement standard, auprès de plusieurs fournisseurs et nous n'avons pas concentré ces points.
Pour avoir une expérience utilisateur, l'interface utilisateur est capable de reproduire ce que l'équipe médicale est utilisée, nous avons sélectionné 2 options.
1 - Utilisation d'un écran tactile de 7,00 pouces 2 - Utilisation d'un écran tactile de 3,2 pouces plus petit pour économiser le coût et avoir plus de disponibilité
L'écran 7.00 est https://www.robotshop.com/ca/fr/affichage-lcd-tactile-7-nextion-hmi.html de Nextion
L'écran 3.20 est https://www.robotshop.com/ca/fr/affichage-lcd-tactile-hmi-32-nextion.html également de Nextion
Ce système est destiné à se dévèler rapide et à fournir un intré-espèce "HMI" gratuit, ainsi que tout le code à interface à Arduino et à d'autres cartes de microprocesseur.
Vous pouvez télécharger le logiciel pour concevoir HMI à partir de Nextion sur https://nextion.tech/
Il existe également une version moins chinoise, mais pas disponible en dehors de la Chine.
L'écran de 7,00 pouces est capable de dessiner la courbe, nous pourrons donc reproduire l'interface utilisateur utilisée dans le ventilateur réel.
Le concept final comprenant une boîte complexe et une prise en charge de l'écran LCD HMI n'est pas finalisé et doivent être terminés.
Ce n'était pas notre priorité absolue et est "facile" à faire une fois tous les tests terminés.
Le logiciel WA en quelques étapes, bien sûr, nous avons commencé avec un POC, une preuve de concept et évolué vers une pré-Releae.
POC: moteur de commande basé sur le volume "Paramètre de la console" est contrôlé par servo
Étape 01: Assurez-vous que le capteur "zéro" est activé et créez une alarme
Étape 02: Modifier le cycle par minute en fonction de "Paramètre de la console:
Étape 03: Ratio de modification Push, relâchez l'air (rapport 1/4 à 3/4) en fonction de la console FOM paramètre
Étape 04: Lisez la pression à partir du capteur multiple et déterminez la pression de 0 à - 60 mm
Étape 05: Ajouter une boucle de commande PID en fonction du capteur de pression
Étape 06: Ajouter une alarme pour plusieurs alarmes selon les spécifications
Étape 07: Démarrez l'écran HMI avec +/- pour Fio2 VT F Ration
Étape 08: Fonctions de test et intégration de HMI
Étape 09: Procédure d'étalonnage pour saisir les données via HMI
Étape 10: Burn et validation de la durabilité de l'ambu.
Préride une fois que toutes les étapes sont effectuées et en cours d'exécution 24/7.
L'étalonnage doit être effectué à l'aide de la lecture de pression https://www.mcmaster.com/4125k21. L'étalonnage serait effectué et entré via HMI avant expédition.
Bien sûr, une méthode d'étalonnage utilisant un "tube d'eau" pour mesurer la pression doit également être fournie pour permettre l'étalonnage à l'aide d'un équipement "de base".
La procédure de nettoyage est basée sur la procédure AMBU. Si le capteur est utilisé pour la pression athosphérique, le nettoyage de Shoud envisagez le «capteur de remplacement» car le coût est faible, en particulier si le capteur direct de l'approvisionnement en volume élevé auprès de Bosch ou du fournisseur de clés.
Si vous êtes inter-moindre ce concept en utilisant du moteur pas à pas, PID, HMI, n'hésitez pas à nous contacter.
Nous continuons à aller de l'avant, même si la ligne morte du 31 mars est ... mort.
