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自制開源呼吸機方案,應對緊急狀況

2020-03-24
來源:與非網

  國外疫情愈演愈烈,口罩成了緊俏物資,連廁紙都被搶購一空。

  而在新冠肺炎治療過程中至關重要的呼吸機的供不應求,更是讓人們繃緊了神經。

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  △呼吸機需求量粗略數據

  極客們坐不住了。他們紛紛決定:開源自制呼吸機方案,應對緊急狀況。

  材料易得——阿里巴巴上就能買。

  成本不高——主要裝置可低至 20 美元(約合人民幣 140 元)。

  低成本開源呼吸機

  應急的呼吸機制造方案,應該材料易得,制造簡單。

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  美國加利福尼亞的 Johnny Lee 的方案是,將低成本 CPAP(連續氣道正壓通氣)鼓風機改裝成基礎呼吸機。

  需要的材料名單如下:

  1. CPAP 鼓風機。連續氣道正壓通氣設備是個人用于治療睡眠呼吸暫停的常用設備,在 eBay 或阿里巴巴上即可購得。二手風機可低至 20 美元。

  Johnny Lee 選擇的是可以用 ESC 驅動的 BLDC 電機,Respironics REMstar 制造。

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  替代方案:容量更大的 12V 充氣泵。(測試中)

  備選方案:3D 打印鼓風機。(討論中)

  2. Arduino Nano/Clone,用以控制電機速度、呼吸周期,并處理用戶輸入。可以下載 Arduino IDE 對其進行編程。

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  3. 直流無刷電動機電子速度控制器,電流至少為 10A。

  4. 用于輸入控制的按鈕或開關。控制切換 5 個壓力級別,雙擊可以在 CPAP 和 BiPAP/Fixed PEEP(雙水平氣道正壓)模式之間切換。

  5. 可處理至少 5A 電流的 12V 直流電源。電源不夠強的話,Arduino 容易復位。

  6. 面罩和管路。CPAP 面罩容易購得,實在不行,這個項目還提供了面罩 3D 圖紙。

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  7. 內置 12V 備用電池(可選)。

  作者提示:建議使用直流電源,在電池沒電的情況下戴上口罩,可能會導致二氧化碳堆積。

  準備好了材料,就可以進入電子設備設置環節。

  電子設備部分的設計并不復雜,示意圖如下:

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  壓力測試

  為了保證效果, Johnny Lee 對這一裝置進行了輸出壓力測試。

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  新冠肺炎患者的呼吸機指南中指出輸出壓力應達 20cm/H20。而這一自制呼吸機,滿狀態下可達 45cm/H20,足夠強勁。

  空氣過濾裝置

  作者還提供了添加空氣凈化裝置的設計方案。

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  口罩過濾器濾芯的轉接板 3D 模型可供下載。

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  需要注意的是,增加過濾器會影響輸出壓力。

  作者表示,如果醫院的標準呼吸機緊缺,希望這樣的低成本設備能幫上忙。

  不過,他也強調,自制醫療器械有風險,應該在專業人員的指導下使用該類設備。

  開源抗疫

  打算用開源為抗疫出力的,不止 Johnny Lee 一個。

  西班牙公司 protoy.xyz 也開源了一個硬件項目——自動化 AMBU 手動呼吸器。

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  這個名為 OxyGen 的項目,希望在緊急情況下,能用簡單的裝置,盡量減輕醫務人員的工作量。

  圖紙和配套說明書均免費提供,并且裝置簡單,無需培訓和專業工具,就可以在幾個小時內完成組裝。

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  最后,再次強調:此類自制設備旨在應急,存在風險,需要在醫療人員監督下使用。

  One More Thing

  口罩緊張,連深度學習之父、圖靈獎得主 Geoffrey Hinton 都沒得口罩用了。

  73 歲的老爺子發推表示,自己只有一個 N95,用完之后放塑料袋里 170℉(76℃)加熱了 2 小時,“加熱過的口罩總比沒有口罩強,想知道這個溫度能不能殺滅病毒,會不會讓口罩的防護效果下降。”

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