Zobrazit příspěvky
1
Hardware / Re:DYI Plicní ventilátor
« kdy: 19. 03. 2020, 15:18:43 »
Návrh Improvizovaného plicního ventilátoru
Zařízení by bylo určené pro použití , když by nic jiného nezbývalo. Zařízení musí být co nejednodušší z dostupného materiálu. Co nejrychleji navrhnout alespoň něco. Potom to dále vylepšovat. Takové zařízení bude jistě nebezpečné. Proto je nutné vymyslet metodu pro jeho bezpečné testování. Najít někoho kdo by byl schopný posoudit jestli a v jaké fázi bude zařízení vůbec k něčemu, aby nebyly vyvolávány zbytečné naděje. Měl by své stanovisko náležitě vysvětlit, nejen se vysmát primitivnímu řešení. Najít jestli tento problém není diskutovám jinde ,aby se diskuse netříštila.
Fáze vývoje:
1. Ventilátor zabudovaný přímo do dýchací masky. Žádný výdechový ventil. Výdech by byl veden přes ventilátor zpět. Ten by byl ve fázi výdechu buď vypnutý nebo by běžel se sníženým výkonem v závislosti na způsobu řízení. Mrtvý objem vzduchu v zařízení je nutné udržet co nejnižší. Proto není možné ventilátor připojit k masce hadicí. Řízení výkonu ventilátoru PWM bez zpětné vazby pouze podle odladěných statických parametrů. Bezpečnost zajistit maximálním konstrukčním tlakem ventilátoru, případně snížením jeho napájecího napětí. Ventilátor musí mít malou setrvačnost aby bylo možné zajistit dechovou frekvenci 35/min. Řízení pomocí modulu MCU, který je co nejvíce rozšířen a dostupný včetně vývojových prostředků. Nastavení parametrů: přehrátím editovaného programu přes USB z PC. Napájení 12V ze zdroje PC nebo lépe z autobaterie případně podpořenou auto-nabíječkou.
2. Doplnění analogového tlakového snímače do masky, případně dvojice pro zvýšení spolehlivosti. Řízení PWN se zpětnou vazbou od tlakového snímače. Hlášení poruchy chodu zvukovým signálem. Komunikace přes sériovou linku a USB protokolem ModBus. Nastavení parametru z připojeného PC pomocí dostupné a hotové aplikace pro komunikaci ModBus.
3. Doplnění přívodu upraveného vzduchu k ventilátoru masky přes samočinný zpětný ventil nebo přebytkem upraveného vzduchu na vstupu ventilátoru masky. Vývoj samostatného zařízení úpravy vzduchu ,zvlhčování a filtrace, připojeného k ventilátoru masky hadicí. Řízení které by se co nejvíce přiblížilo moderním přístrojům. Doplnění měření objemu vzduchu měřením průtoku vzduchu přes ventilátor. Prozkoumat možnost využití snímače zrychlení pro sledování pohybu hrudníku a odvození dechového objemu. Monitorováni pomocí aplikace vyvinuté pro tento účel. Backend: převod ModBus na MQTT. Mosquito MQTT server. Frontend Webová aplikace v JS. Backend běžící na obecně dostupné routeru se sériovou linkou připojenou na řídící MCU.
Zatím jsem našel a objednal na mouser.com :
Ventilátor: 9HV3612P3K001
Vysoký tlak při nulovém průtoku. 1400Pa tj. 140mm H2O nebo 5 palců H2O.
Nevím jestli to bude stačit. Zatím jsem pouze vyčetl: 4-8 cm H2O. Ale to je
pouze dolní tlak při výdechu při řízení metodou PEEP. Dále jsem se dočetl že se
používá režim takové podpory s využitím hodnot inspiračních tlaků do 15-20 cm H2O,
a PEEP do 10 cm H2O. To by se museli použít dva tyto ventilátor v sérii. Pak ale
může být jejich konstrukční přetlak zase nebezpečně vysoký. Lepší by bylo použít pouze jeden ventilátor. Ventilátor má až 32500 otáček/min. To bude mít velkou setrvačnost. Budu muset otestovat jestli ho bude možné vypíná a zapínat jednou za dvě sekundy. Pokud ne ,pak by to byl podstatný problém.
Tlakoměr: 2SMPP-02 MEMS Gauge Pressure Sensor 2SMPP
Výstup Odporový most. Pro měření je proto nutné použít operační zesilovač.
Rozsah je 0:37kPa. To je hodně. Měřený tlak by byl okolo jednoho kPa. Tento tlakoměr
je použit v diplomové prací (vis.niže)
Řídící MCU
STM32G070 NUCLEO-G070RB Předpokládám že je použitelné pro Arduino i pro FreeRTOS.
Dvanáctibitový AD převodník.
nebo
Cypress CY8C588: CY8CKIT-059 Modul stojí 350kč. Samotný procesor je poměrně dráhý 400kč. Hlavní výhodou je logické hradlové a analogové pole. Přímo v procesoru je možné naprogramovat poměrně složitou HW logiku a analogové obvody. V SOC jsou čtyři operační zesilovače, DA a AD převodníky včetně 16Bit signa-delta, analogové multipexery. Existuje vlastní příklad v FreeRTOS. Podstatná nevýhoda: Není možné použít vývojové prostředky pro Arduino. Vývojové prostření jen pro Win.
Router RB941 Možnost nainstalovat OpenWrt. Sériová linka dostupná na DPS. Malý formát DPS pro zabudování do krabičky.
Literatura
1. Diplomová práce: Podpora Ventilace u laboratorních zvířat Daniš Václav
https://dspace.vutbr.cz/handle/11012/58832
2. Umělá plicní ventilace Bc. Jiří Frei, RS
http://zdravotnictvi.info.sweb.cz/odborne%20zdravotnicke%20materialy/aro/a3%20-%20umela%20plicni%20ventilace.pdf
3.Konveční umělá plicní ventilace
https://www.ipvz.cz/vzdelavaci-akce/dokumenty/11091-doc-dostal-upv-konvencni-zaklady.pdf
4 Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Modes_of_mechanical_ventilation a odkazy
Jiří Libiš
Zařízení by bylo určené pro použití , když by nic jiného nezbývalo. Zařízení musí být co nejednodušší z dostupného materiálu. Co nejrychleji navrhnout alespoň něco. Potom to dále vylepšovat. Takové zařízení bude jistě nebezpečné. Proto je nutné vymyslet metodu pro jeho bezpečné testování. Najít někoho kdo by byl schopný posoudit jestli a v jaké fázi bude zařízení vůbec k něčemu, aby nebyly vyvolávány zbytečné naděje. Měl by své stanovisko náležitě vysvětlit, nejen se vysmát primitivnímu řešení. Najít jestli tento problém není diskutovám jinde ,aby se diskuse netříštila.
Fáze vývoje:
1. Ventilátor zabudovaný přímo do dýchací masky. Žádný výdechový ventil. Výdech by byl veden přes ventilátor zpět. Ten by byl ve fázi výdechu buď vypnutý nebo by běžel se sníženým výkonem v závislosti na způsobu řízení. Mrtvý objem vzduchu v zařízení je nutné udržet co nejnižší. Proto není možné ventilátor připojit k masce hadicí. Řízení výkonu ventilátoru PWM bez zpětné vazby pouze podle odladěných statických parametrů. Bezpečnost zajistit maximálním konstrukčním tlakem ventilátoru, případně snížením jeho napájecího napětí. Ventilátor musí mít malou setrvačnost aby bylo možné zajistit dechovou frekvenci 35/min. Řízení pomocí modulu MCU, který je co nejvíce rozšířen a dostupný včetně vývojových prostředků. Nastavení parametrů: přehrátím editovaného programu přes USB z PC. Napájení 12V ze zdroje PC nebo lépe z autobaterie případně podpořenou auto-nabíječkou.
2. Doplnění analogového tlakového snímače do masky, případně dvojice pro zvýšení spolehlivosti. Řízení PWN se zpětnou vazbou od tlakového snímače. Hlášení poruchy chodu zvukovým signálem. Komunikace přes sériovou linku a USB protokolem ModBus. Nastavení parametru z připojeného PC pomocí dostupné a hotové aplikace pro komunikaci ModBus.
3. Doplnění přívodu upraveného vzduchu k ventilátoru masky přes samočinný zpětný ventil nebo přebytkem upraveného vzduchu na vstupu ventilátoru masky. Vývoj samostatného zařízení úpravy vzduchu ,zvlhčování a filtrace, připojeného k ventilátoru masky hadicí. Řízení které by se co nejvíce přiblížilo moderním přístrojům. Doplnění měření objemu vzduchu měřením průtoku vzduchu přes ventilátor. Prozkoumat možnost využití snímače zrychlení pro sledování pohybu hrudníku a odvození dechového objemu. Monitorováni pomocí aplikace vyvinuté pro tento účel. Backend: převod ModBus na MQTT. Mosquito MQTT server. Frontend Webová aplikace v JS. Backend běžící na obecně dostupné routeru se sériovou linkou připojenou na řídící MCU.
Zatím jsem našel a objednal na mouser.com :
Ventilátor: 9HV3612P3K001
Vysoký tlak při nulovém průtoku. 1400Pa tj. 140mm H2O nebo 5 palců H2O.
Nevím jestli to bude stačit. Zatím jsem pouze vyčetl: 4-8 cm H2O. Ale to je
pouze dolní tlak při výdechu při řízení metodou PEEP. Dále jsem se dočetl že se
používá režim takové podpory s využitím hodnot inspiračních tlaků do 15-20 cm H2O,
a PEEP do 10 cm H2O. To by se museli použít dva tyto ventilátor v sérii. Pak ale
může být jejich konstrukční přetlak zase nebezpečně vysoký. Lepší by bylo použít pouze jeden ventilátor. Ventilátor má až 32500 otáček/min. To bude mít velkou setrvačnost. Budu muset otestovat jestli ho bude možné vypíná a zapínat jednou za dvě sekundy. Pokud ne ,pak by to byl podstatný problém.
Tlakoměr: 2SMPP-02 MEMS Gauge Pressure Sensor 2SMPP
Výstup Odporový most. Pro měření je proto nutné použít operační zesilovač.
Rozsah je 0:37kPa. To je hodně. Měřený tlak by byl okolo jednoho kPa. Tento tlakoměr
je použit v diplomové prací (vis.niže)
Řídící MCU
STM32G070 NUCLEO-G070RB Předpokládám že je použitelné pro Arduino i pro FreeRTOS.
Dvanáctibitový AD převodník.
nebo
Cypress CY8C588: CY8CKIT-059 Modul stojí 350kč. Samotný procesor je poměrně dráhý 400kč. Hlavní výhodou je logické hradlové a analogové pole. Přímo v procesoru je možné naprogramovat poměrně složitou HW logiku a analogové obvody. V SOC jsou čtyři operační zesilovače, DA a AD převodníky včetně 16Bit signa-delta, analogové multipexery. Existuje vlastní příklad v FreeRTOS. Podstatná nevýhoda: Není možné použít vývojové prostředky pro Arduino. Vývojové prostření jen pro Win.
Router RB941 Možnost nainstalovat OpenWrt. Sériová linka dostupná na DPS. Malý formát DPS pro zabudování do krabičky.
Literatura
1. Diplomová práce: Podpora Ventilace u laboratorních zvířat Daniš Václav
https://dspace.vutbr.cz/handle/11012/58832
2. Umělá plicní ventilace Bc. Jiří Frei, RS
http://zdravotnictvi.info.sweb.cz/odborne%20zdravotnicke%20materialy/aro/a3%20-%20umela%20plicni%20ventilace.pdf
3.Konveční umělá plicní ventilace
https://www.ipvz.cz/vzdelavaci-akce/dokumenty/11091-doc-dostal-upv-konvencni-zaklady.pdf
4 Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Modes_of_mechanical_ventilation a odkazy
Jiří Libiš
