DYI Plicní ventilátor

[Hary Fotr]

Tak jsem chvíli pátral a našel to:

https://twitter.com/alandrummond2/status/1240008793167192066?s=20

[Reklama]

[Petr Mejzlík]

Rozhodně nejsem žádný odborník, zajímám se o to teprv v těchto dnech jako asi skoro každý tady, ale z toho mála, co jsem zjistil už vím, že některé ty nápady tady jsou úplně mimo realitu.

Není možné jen tak prostě napojit x lidí na jeden ventilátor, jde to jenom v případech, kdy jsou ti lidi zkombinovaní tak, že můžou být pro ně nastavené stejné parametry. Asi by se to dalo nějak zajímavě vyřešit i tak nějakou na to speciálně upravenou redukcí (viděl jsem nějaké spekulace, že by se dala na výrobu něčeho takového dala využít potápěčská výbava). Ale rozhodně nejde prostě připojit víc hadic a hotovo :-D Navíc ti lidi jsou nakažení, takže takové sdílení by byl asi problém, i když pokud stejným virem, tak by to možná aspoň v některých případech mohlo být celkem jedno (nejspíš ale úplně ne, nechceme, aby se někomu pumpoval hluboko do plic vzduch plný těch virů a mařila se tak snaha imunitního systému je odtamtud dostat!).

Další věc, před čím jsem viděl důrazné varování ve FB skupině Open Source COVID19 Medical Supplies (https://www.facebook.com/groups/670932227050506/): pokud si nejste fakt jistí, že je to OK, nezkoušejte na sobě všelijaké primitivní "ventilátory", co můžou způsobit v plicích přetlak. Už 2 atmosféry stačí na to, aby ten přetlak člověku způsobil vnitřní zranění! Tady na wiki se tvrdí, že ventilátory normálně omezují přetlak na úroveň 30-50 cm vodního sloupce, aby to bylo bezpečné (tj. rozhodně ani zdaleka 1 atmosféra navíc, ale jenom 3-5% atmosféry): https://en.wikipedia.org/wiki/Barotrauma#Ventilator-induced_barotrauma

[jrlbs]

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

[_Jenda]

Na twitteru jsem viděl foto z Itálie, kde profi ventilátor prostě napojili na 9 masek. Takže jediné, co potřebovali navíc byly T kusy na hadice.

Ale rozhodně nejde prostě připojit víc hadic a hotovo :-D

Tady k tomu je studie včetně experimentu na 4 ovcích https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18164798 Kromě t-spojek chceš filtr aby nepřetékal bordel mezi pacienty. TBH taky nechápu jak jim to mohlo fungovat.

Už 2 atmosféry stačí na to, aby ten přetlak člověku způsobil vnitřní zranění! Tady na wiki se tvrdí, že ventilátory normálně omezují přetlak na úroveň 30-50 cm vodního sloupce, aby to bylo bezpečné (tj. rozhodně ani zdaleka 1 atmosféra navíc, ale jenom 3-5% atmosféry)

Proto píšu že a) k ambuvaku chcete mít tlakoměr, b) u kompresorového přístroje to chcete mít omezené potápěčskou automatikou na dně kýble, což je přesně těch 30-50cm vodního sloupce.

Ventilátor:  9HV3612P3K001 Vysoký tlak při nulovém průtoku. 1400Pa  tj. 140mm H2O nebo 5 palců H2O. Nevím jestli to bude stačit.

Podle mě ani náhodou, resp. je to dost na hraně. Náhodný manuál k železné plíci nalezený na internetu doporučuje začít s 15cm H2O a zvyšovat/snižovat podle potřeby (a to byl primární use-case obrna, nikoli tohle, kde nejspíš budeš mít v plicích nějaké odpory navíc). A to máš při nulovém průtoku a po roztočení. Ale jako dobrý nápad s roztáčením/vypínáním, jen se bojím, že to prostě nedá dostatečnou frekvenci.

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)

Přijde mi to jako opruz když máš hromadu atmosférických barometrů s I2C. Například MPL3115A2.

[_Jenda]

Shrnutí pro inženýry: https://github.com/jcl5m1/ventilator/wiki/Notes-from-chatting-with-a-pulmonologist

[Reklama]

[_Jenda]

1. Diplomová práce: Podpora Ventilace u laboratorních zvířat   Daniš Václav
   https://dspace.vutbr.cz/handle/11012/58832

Ten MCU je provozován mimo Safe Operating Area (datasheet, Figure 29-1), při napájecím napětí 3.3V to nesmí běžet na 18MHz.

[mhi]

Dekuji za ten  tweet, tady je dalsi informace o napojeni vice pacosu na jeden ventilator: https://www.vice.com/en_us/article/qjdm53/this-risky-hack-could-double-access-to-ventilators-as-coronavirus-peaks

Prijde mi to cele docela jako masakr, pomineme-li moznost infekce apod, tak se musi vsichni zrejme srovnat na stejny cyklus (ona to tam i neprimo rika), jinak to video je spis o "instalaterstine" nez medicine. A ventilator nema jak zmerit co se v pacientovi deje.

To co se tu v tom vlaknu mi ale stejne prije jako utopie, s nejakym DIY ventilatorem bude nutny plny dozor nad pacientem uz jen kvuli nespolehlivosti soucastek a na to nebude personal. A aby to hlidal laik? Bude kazdou chvili v panice "ze se neco deje".

Mimochodem, byl jsem v uplne trivialn situaci, kdy jsem mel "na starosti" asi 4h zenu, ktera mi rekla, ze se ji nekdy v te situaci uz zastavil dech, abych ji sledoval (dala i instrukce co mam delat). Byly to neuveritelne dlouhe 4h.

[Vít Šesták (v6ak)]

Vím, že je to trochu OT, ale jedna taková poznámka k rouškám a nedokonalým opatřením (konkrétní čísla berte spíše ilustračně):

* Někde jsem četl, kolik jeden pacient průměrně nakazí dalších lidí, bylo to mezi 2 a 3, počítejme 2.5. Bohužel nevím, jaké se to týkalo situace, doufám, že se to týkalo situace bez jakýchkoli opatření proti dalšímu šíření.
* Je-li toto číslo větší než 1, znamená to exponenciální růst.
* Je-li toto číslo menší než 1, znamená to exponenciální pokles nově nakažených. Nebo jinak, počet se začne s nějakou rychlostí otáčet k lepšímu. Byť se to ve statistikách objeví až se zpožděním.
* Mějme čtyři různá opatření, kde každé sníží riziko nakažení o 25 %. (Je tu trochu problematický předpoklad, že ta opatření budou fungovat na sobě nezávisle, ale dejme tomu.) To by znamenalo, že jeden nakažený nakazí něco pod 0.8 dalšího člověka (2.5*(1-0.25)^4 = 0.791015625), což už je nižší než 1.
* Opatření, které toto číslo sníží o 50 %, stačí dvě.
* Opatření, které toto číslo sníží o 75 %, stačí jedno.
* Čekat na imunizaci populace – to by znamenalo dost nemocných. Polovina populace zřejmě nestačí. Pak je tu
* Teda „stačí“ – samozřejmě menší průměrný počet nakažených znamená rychlejší zvládnutí situace a rychlejší konec opatření.

Co jsem tím chtěl říct – jakékoli nedokonalé opatření, které jen snižuje pravděpodobnost a samo o sobě nestačí, pomáhá, a může být tou „poslední kapkou“ v boji. Bohužel dopad ve statistikách neuvidíme ihned.

[Ondra Satai Nekola]

Vím, že je to trochu OT, ale jedna taková poznámka k rouškám a nedokonalým opatřením (konkrétní čísla berte spíše ilustračně):

* Někde jsem četl, kolik jeden pacient průměrně nakazí dalších lidí, bylo to mezi 2 a 3, počítejme 2.5. Bohužel nevím, jaké se to týkalo situace, doufám, že se to týkalo situace bez jakýchkoli opatření proti dalšímu šíření.
* Je-li toto číslo větší než 1, znamená to exponenciální růst.
* Je-li toto číslo menší než 1, znamená to exponenciální pokles nově nakažených. Nebo jinak, počet se začne s nějakou rychlostí otáčet k lepšímu. Byť se to ve statistikách objeví až se zpožděním.
* Mějme čtyři různá opatření, kde každé sníží riziko nakažení o 25 %. (Je tu trochu problematický předpoklad, že ta opatření budou fungovat na sobě nezávisle, ale dejme tomu.) To by znamenalo, že jeden nakažený nakazí něco pod 0.8 dalšího člověka (2.5*(1-0.25)^4 = 0.791015625), což už je nižší než 1.
* Opatření, které toto číslo sníží o 50 %, stačí dvě.
* Opatření, které toto číslo sníží o 75 %, stačí jedno.
* Čekat na imunizaci populace – to by znamenalo dost nemocných. Polovina populace zřejmě nestačí. Pak je tu
* Teda „stačí“ – samozřejmě menší průměrný počet nakažených znamená rychlejší zvládnutí situace a rychlejší konec opatření.

Co jsem tím chtěl říct – jakékoli nedokonalé opatření, které jen snižuje pravděpodobnost a samo o sobě nestačí, pomáhá, a může být tou „poslední kapkou“ v boji. Bohužel dopad ve statistikách neuvidíme ihned.

Přesně!

Zajímavé je, jak pak opatření odstraňovat, protože na 0 se nedostaneme. Snad pomůže masivní testování v jihokorejském stylu.

[John Qweerty]

Existují dva typy lidí. První spekuluje nad tím, že něco nejde a radši se ani nepokusí. Druzí nevědí, že to nejde a prostě to udělají.

Jinak obecně.
Proč bych se neměl pokusit něco udělat z dostupných zdrojů i když bych zákonitě musel projít slepými uličkami.
Protože by to nebylo vzhledné, nebo to zrovna nepotřebuji, nebo až to bude hotové, tak to už nebudu potřebovat?
Protože to vypadá jako improvizace.
Není to právě ta věda a výzkum. Na to není potřeba žádných expertních ústavů a ani žádných certifikovaných vědců.
Stačí chytří a šikovní lidé, kteří se o něco zajímají a chtějí něco vyrobit, nebo zdokonalit.

Nástroje jsou. Ruce a mozek.
Informace jsou. Jsou vysoce dostupné, viz některé komentáře.
Potřebný konstrukční materiál je jistě stále kolem nás.

Proč se tedy konkrétně nepokusit vyrobit plicní ventilaci z námi dostupných věcí a informací?
Ve finále to nemusí dopadnout jako totální improvizace (bastl). Budu vědět, že to jde. Budu připraven.

[neregistrovany]

Proč se tedy konkrétně nepokusit vyrobit plicní ventilaci z námi dostupných věcí a informací?
Ve finále to nemusí dopadnout jako totální improvizace (bastl). Budu vědět, že to jde. Budu připraven.

+1

Presne tohle jsem mel na mysli, kdyz jsem vlakno zakladal. Jeste bych doplnil citat Randla McMurphyho z filmu Prelet pres kukacci hnizdo: "Aspon jsem to zkusil...."

[Ondrej Nemecek]

Proč se tedy konkrétně nepokusit vyrobit plicní ventilaci z námi dostupných věcí a informací?
Ve finále to nemusí dopadnout jako totální improvizace (bastl). Budu vědět, že to jde. Budu připraven.

+1

Presne tohle jsem mel na mysli, kdyz jsem vlakno zakladal. Jeste bych doplnil citat Randla McMurphyho z filmu Prelet pres kukacci hnizdo: "Aspon jsem to zkusil...."

Je to úplně v pořádku, akorát je dobré znát rizika, pokud jde o homemade medicínský přístroj.

[crown]

a co to pojmout jinak - udelat sbirku a koupit x plicnich ventilatoru a dat darem nemocnici. Cena za kus asi 10 000 USD a vyse. Shani se asi blbe, ale PPF jich ted koupila 50.
Me to prijde lepsi nez propalit mraky hodin vyvojem uz vymysleneho. (a asi i levnejsi - na kolik si cenite hodinu sve prace x kolik hodin by vam zabral vyvoj x pocet lidi, kteri se tim zabyvaji)

[_Jenda]

Hackernews: https://news.ycombinator.com/item?id=22634494

[John Qweerty]

Co začít s něčím jednodušším a upravit to, třeba https://www.probo-nb.cz/resuscitacni-kyslikovy-pristroj-saturn-oxy-comfort-p363/
Nepletu-li se, tak toto vyrábí česká Meva. Konstrukce je jednoduchá a desítky let prověřená.

Samozřejmě je tady spousta úskalí a rizik, stačí si přečíst jen stručný přehled na https://www.wikiskripta.eu/w/Um%C4%9Bl%C3%A1_plicn%C3%AD_ventilace/S%C5%A0_(sestra)

Proč neudělat jen jednoúčelový přístroj a ten dále nerozvíjet. To nemusí být tak složité.

Podle https://www.e15.cz/zpravy/tym-z-cvut-vyviji-alternativni-plicni-ventilatory-pro-lecbu-koronaviru-dokazal-by-je-pry-dodat-v-radu-dnu-1367775 se takovýto již vyvíjí.

Tady mám podnět na redaktory, šlo by z tohoto vývoje přinést také nějakou novinku jako od pana Průši?