يمكنكم الاطلاع على روابط الفيديو هنـا 

In the coronavirus pandemic, ventilators, the medical devices that help patients breathe, are highly sought after and hard to find – but they are not always successful.
One in six COVID-19 patients becomes seriously ill and has difficulty breathing, according to the World Health Organization. That’s because lungs are the main battleground in COVID-19 infections, which can cripple breathing functions.
The Intensive Care National Audit and Research Centre in the U.K. reported that 66% of patients on ventilators died. A University of Washington medical study published March 30 noted that nine of 18 patients died.
Infected patients can develop acute respiratory distress syndrome – ARDS – a condition with a high mortality rate. Those with ARDS build up fluids in the alveoli, the tiny air sacs in the lungs that transfer oxygen to the blood and remove carbon dioxide

Presentation Here

More than 40 percent of COVID-19 patients develop ARDS, according to a March 13 study from the Journal of the American Medical Association. Other serious respiratory ailments can also occur
As the transfer process is impaired and oxygen levels fall, ventilators keep patients breathing. While they don’t treat the disease, they do give patients time to fight it.
Bridge between life and death: Most COVID-19 patients on ventilators will not survive.
But coronavirus patients need more time – an average of 10 days, according to the University of Washington study. Other reports say one to two weeks is usual. A typical ICU patient averages 3-7 days, according to the National Centre for Biotechnology Information.
The devices are removed once patients can breathe on their own.
Ventilators range in size and can cost $25,000 to $50,000 or more. They are used in intensive care units.

• With lack of Ventilators vs the numbers of the victims of COVID 19 and the high cost of it. so we need to build a low cost Ventilators to support our countries in the middle east.
• Ventilators gently pump air through a breathing tube into the patient’s lungs and allow the patient to exhale. This gives patients oxygen and removes carbon dioxide, which can damage the patient’s organs if not expelled. In some cases, air with higher oxygen content is used. Settings are tailored to patient needs.
• Patients can’t talk because the tube passes through their vocal cords. The tubes can be uncomfortable and it takes time to get used to them, according to AgingCare.
• Ventilator operation is closely monitored to maintain pressure and expiration levels.
• Doctors monitor patient breathing rates per minute.
  A popular mode used with ventilators is called assist-control (AC). In that mode, the ventilator assists with breathing. It’s ideal for recovery because the patient only has to initiate a breath and the ventilator does the rest.
  In this example, the respiratory rate is set to 15 breaths per minute. That means the patient will receive a breath every four seconds, regardless if the patient needs a breath.
  Even if the patient attempts a breath in between the timed breaths, the ventilator will take over and deliver the same volume of air as the timed breath.
• Patients are connected to ventilators in three ways. Though patients are sedated for the invasive procedures, the process of putting tubes in patients can be dangerous for health care workers, who risk being infected themselves. There’s also a risk of infection for patients with breathing tubes.

1. Non-invasive mask:
   In less critical cases, oxygen can be delivered through a face mask instead of a tube. This type of ventilator can be more commonly available in some areas and is relatively safe to deploy.
2. Endotracheal tube:
   For more invasive procedures, medical workers don protective clothing and sanitize and sterilize the ventilator equipment.
   A specialist called a respiratory therapist inserts a laryngoscope into the patient’s mouth and guides the endotracheal tube into the windpipe.
   Once the tube is inserted, a cuff is inflated to keep the tube in place and seal out secretions. The laryngoscope is removed and the tube is taped to the side of the face. The tube is checked to make sure it can equally inflate both lungs.
   The endotracheal tube is attached to the lines running to the mechanical ventilator.
   Endotracheal tube
   The endotracheal tube is attached to the lines running to the mechanical ventilator
3. Tracheotomy:
   This is a more invasive procedure with an incision in the windpipe for insertion of a tracheal tube. This method is less likely to be used for COVID-19 patients since it puts the health care team at increased risk from aerosolized viral particles which can remain infectious for up to three hours.

The Machine consists of

1. Regulators
2. Sloinoid Valves
3. Spirometer
4. Flow Sensor
5. Lung Pressue meter
6. Pressure controller
7. Volume controller

We used the Arduino Microcontroller with the following blocks

• Pneumotachometer: measures the lung volume by transducing pressure to voltage
• Spirometer: measures static pulmonary volume which indicates
• Tidal volume: Amount of gas inspired or expired at each breath
• Inspiratory reserve volume: Maximum amount of additional air that can be inspired at the end of a normal inspiration
• Expiratory reserve volume: Maximum amount of additional air that can be expired at the end of a normal expiration
• Residual volume: The volume of air remaining in the lungs after a maximum expiration
• Flow measurement: During inspiration the gas flows from the ventilator to the patient, A measure that total pressure, B measures the static pressure, the difference is the dynamic pressure which proportional to the velocity of gas flow. During expiration the process is reversed. C measures CO2, O2
• Breathing Controller
• Alarm system: The alarm indicates different patient parameter such as exhaled volume or airway pressure, also the ventilation system shall detect whether a breath has been taken or not. Measuring changes in aspiratory flow and pressure by using sensors. If no inspiration was detected for a certain time an alarm will be triggered.
• Human interface

Assemblies guide (slide 30) Click here

Our system in a nutshell will be mechanical as the graph on the right

The main points any physician was included in our survey in any ventilator were

1. Tidal Volume
2. Respiratory Rate
3. PEEP
4. Oxygen Percentage
5. Ventilation mode

Alarm system

The alarm indicates different patient parameter such as exhaled volume or airway pressure, also the ventilation system shall detect whether a breath has been taken or not. Measuring changes in aspiratory flow and pressure by using sensors. If no inspiration was detected for a certain time an alarm will be triggered.

Can be used as methods for testing and examination

Electrical circuits  (Slide 32-38) click Here

Click Here

One in six COVID-19 patients becomes seriously ill and has difficulty breathing, according to the World Health Organization. That’s because lungs are the main battleground in COVID-19 infections, which can cripple breathing functions.

21,010 case in UAE and KSA alone, so 3,501 are in need of a Ventilator and the numbers are rising

• Secure:
  Reliable mechanical structure: The open ventilator uses certified and tested parts, taking into account fatigue tests to avoid the risk of collapse or putting the patient at risk

• Scalable:
  Decentralization of the procedure for scaling The Open Ventilator materials are homogeneous, offering the same quality without variations in mechanical resistance, in addition to speeding up production

• Functional:
  It meets the medical requirements.
  From the beginning, the team included a group of doctors, scientists and engineers, which allowed them to achieve the health certification in record time.

Our Action Plan to go to market as the graph shows

Our Business Canvas is as the graph shows

Our financial projection for cost and sales for years 2020 and 2021

Videos: Click Here

Photos: Click Here

Mostafa Khalaf

CEO and cofounder
11 years in manufacturing, helping in building factories and operating them, currently working with PwC in the Real Estate department
MBA, BSC in Mechatronics Engineering
Took part in operating factories in Egypt, Italy, Jordan and Saudi Arabia

Our plan is to have this machine as the core machine to keep developing until we arrive a full scale Ventilator made in the Arab World

ماهو جهاز التنفس الميكانيكي

جهاز التنفس الصناعي الميكانيكي عبارة عن آلة تساعد المريض على التنفس (التهوية) عندما يخضع لعملية جراحية أو لا يستطيع التنفس بمفرده بسبب مرض خطير. يتم توصيل المريض بجهاز التنفس الصناعي بواسطة أنبوب مجوف (مجرى الهواء الاصطناعي) يمر في فمه وينزل إلى مجرى الهواء الرئيسي أو القصبة الهوائية. تبقى على جهاز التنفس الصناعي حتى تتحسن بدرجة كافية للتنفس من تلقاء نفسها.

لماذا نستخدم جهاز التنفس الميكانيكي ؟

يتم استخدام جهاز تهوية ميكانيكي لتقليل عمل التنفس حتى يتحسن المريض بما فيه الكفاية بحيث لا يحتاجه بعد الآن. تتأكد الآلة من حصول الجسم على الأكسجين الكافي وإزالة ثاني أكسيد الكربون. يعد ذلك ضروريًا عندما تمنع أمراض معينة التنفس الطبيعي.

نبذة عن المشكلة

ارتفعت اعداد الاصابة والوفيات فايروس كورونا المستجد Covid -19 في العالم وبدأت بعض الدول تعاني من نقص في المعدات الطبية الازمه لانقاذ المرضى وزاد الضغط على الكوادر والمعدات الطبية خصوصا اجهزة التنفس الصناعي كان للابد من اتمتة جهاز الانعاش اليدوي للحالات الطارئة لمساعدة المرضى الذين يشعرون بضيق في التنفس

اختيار النمط المناسب للجهاز

في حين تم تقسيم الأنماط بشكل كلاسيكي إلى أوضاع تحكم في الضغط أو الحجم ، فإن النهج الأكثر حداثة يصف أوضاع التهوية بناءً على ثلاث خصائص – الزناد (التدفق مقابل الضغط) ، والحد الأقصى (ما يحدد حجم التنفس) ، والدورة (ما فعلا ينهي التنفس). في كل من VCV و PCV ، الوقت هو الدورة ، والفرق هو في كيفية تحديد وقت التوقف. على النقيض من ذلك ، فإن PSV لديه دورة تدفق.

الانماط التي يوفرها الجهاز

1. Assist-Control Ventilation (ACV)
2. Pressure-Controlled Ventilation (PCV)

المتطلبات النهائية لجهاز التنفس

• حجم التهوية المسيطر عليه
• تعديل الضغط الأقصى
• تعديل الضغط PEEP
• التحكم في الدورة الشهيق
• التحكم في دورة الزفير
• صمام تحويل التحكم الآلي
• استخدام أجزاء بسيطة وتجميع مبسط

واجهة المستخدم
السماح للمستخدم بتعيين:

• آلة تهوية التحكم في الصوت (VCV)
  • خيارات واسعة لاختيار حجم المد والجزر ، تتراوح من 30 ٪ إلى 100 ٪ من كامل
    قدرة الضغط.
  • معدلات تهوية واسعة تتراوح من 6 إلى 24 دورة في الدقيقة
  • خيارات واسعة لضغط الذروة الشهيق الذي لا يجب تجاوزه ، ما بين 30-70 سم 2H2O
• مصدر كهربائي 110/220 فولت
•  التنبيهات المرئية والصوتية:
  بات. في | لو بات | قرص خرطوم. | تنفيس. فشل معدل. | الضغط الشديد
• المراقبة المستمرة لضغط التهوية
• المراقبة المستمرة لحجم الهواء

يتكون جهاز التنفس الصناعي من:

• متحكم دقيق (  Arduino nano )
• الحساسات ( الضغط – حجم تدفق الهواء (
• شاشه عرض للتحكم السريع من الجهاز
• واجهة مستخدم عن طريق برنامج Labview
• الجانب الميكانيكي والهيكل
• انابيب توصيل الهواء
• دمية اختبار الجهاز وقياس حجم تدفق الهواء

تم تصميم الهيكل الخارجي باستخدام قاطعة الليزر لاحتواء الجهاز

اما القطع الداخليه فتم تصميمها لامكانية طابعتها بواسطة طابعه ثلاثية الابعاد

ستجد كامل الملفات للتصاميم  هنا

ستجد الفيديو الخاص بالمشروع هنا  والصور هنا

ستحتاج في هذه الخطوة  إلى تحديد أزواج الأسلاك لكل ملف على المحرك الذي تخطط لاستخدامه. الطريقة الأكثر موثوقية للقيام بذلك هي التحقق من ورقة البيانات للمحرك بالامكان الاطلاع على الموتور المستخدم بالضغط على الرابط هنا  والاطلاع على التفاصيل وبيانات المصنع للموتور من هنا   ومع ذلك ، إذا كنت تستخدم محرك السائر ذو 4 أسلاك أو 6 أسلاك ، فلا يزال من الممكن تحديد أزواج أسلاك الملف بدون ورقة البيانات. بالنسبة لمحرك 4 أسلاك ، خذ سلكًا واحدًا وتحقق من مقاومته لكل من الأسلاك الثلاثة المتبقية. أيهما يظهر السلك الأقل مقاومة ضد السلك الأول هو الزوج الزوجي. يجب أن يظهر السلكان المتبقيان مقاومة مماثلة بينهما. بالنسبة لمحرك سلكي 6 ، ستحتاج إلى تحديد أي من الأسلاك الثلاثة التي تعمل معًا لملف واحد. اختر سلكًا واحدًا ، واختبره مقابل جميع الأسلاك الأخرى. يجب أن يظهر سلكان بعض المقاومة بينهما والسلك الأول الذي تم انتقاؤه ، في حين أن الثلاثة الآخرين لن يظهروا أي اتصال على الإطلاق. بمجرد تحديد الأسلاك الثلاثة لملف واحد ، ابحث عن اثنين من الثلاثة التي تظهر أعلى مقاومة بينهما. سيكون هذان سلكا اللولب. كرر للمجموعة الثانية من ثلاثة أسلاك.     بمجرد تحديد أزواج أسلاك الملف ، ستحتاج إلى إرفاقها بـ Easy Driver. يجب توصيل زوج الملف الأول بالملف A + و الملف A- ، بينما يتم توصيل زوج الملف الثاني بالملف B + و الملف B-. لا يوجد قطبية على الملفات ، لذلك لا داعي للقلق بشأن توصيل الملف للخلف على اللوحة. في مثالنا ، نستخدم محرك بأربعة لفائف. الاتصالات بين المحرك السهل والمحرك هي على النحو التالي.   Easy Driver → Motor A+ → Green Wire A- → Red Wire B+ → Blue Wire B- → Yellow Wire

ستحتاج في هذه الخطوة  إلى تحديد أزواج الأسلاك لكل ملف على المحرك الذي تخطط لاستخدامه. الطريقة الأكثر موثوقية للقيام بذلك هي التحقق من ورقة البيانات للمحرك بالامكان الاطلاع على الموتور المستخدم بالضغط على الرابط هنا  والاطلاع على التفاصيل وبيانات المصنع للموتور من هنا   ومع ذلك ، إذا كنت تستخدم محرك السائر ذو 4 أسلاك أو 6 أسلاك ، فلا يزال من الممكن تحديد أزواج أسلاك الملف بدون ورقة البيانات. بالنسبة لمحرك 4 أسلاك ، خذ سلكًا واحدًا وتحقق من مقاومته لكل من الأسلاك الثلاثة المتبقية. أيهما يظهر السلك الأقل مقاومة ضد السلك الأول هو الزوج الزوجي. يجب أن يظهر السلكان المتبقيان مقاومة مماثلة بينهما. بالنسبة لمحرك سلكي 6 ، ستحتاج إلى تحديد أي من الأسلاك الثلاثة التي تعمل معًا لملف واحد. اختر سلكًا واحدًا ، واختبره مقابل جميع الأسلاك الأخرى. يجب أن يظهر سلكان بعض المقاومة بينهما والسلك الأول الذي تم انتقاؤه ، في حين أن الثلاثة الآخرين لن يظهروا أي اتصال على الإطلاق. بمجرد تحديد الأسلاك الثلاثة لملف واحد ، ابحث عن اثنين من الثلاثة التي تظهر أعلى مقاومة بينهما. سيكون هذان سلكا اللولب. كرر للمجموعة الثانية من ثلاثة أسلاك.     بمجرد تحديد أزواج أسلاك الملف ، ستحتاج إلى إرفاقها بـ Easy Driver. يجب توصيل زوج الملف الأول بالملف A + و الملف A- ، بينما يتم توصيل زوج الملف الثاني بالملف B + و الملف B-. لا يوجد قطبية على الملفات ، لذلك لا داعي للقلق بشأن توصيل الملف للخلف على اللوحة. في مثالنا ، نستخدم محرك بأربعة لفائف. الاتصالات بين المحرك السهل والمحرك هي على النحو التالي.   Easy Driver → Motor A+ → Green Wire A- → Red Wire B+ → Blue Wire B- → Yellow Wire

قم بتوصيل السلك الأسود من دبوس GND على شاشة LCD إلى طرف BND على NANO قم بتوصيل السلك الأحمر من دبوس VCC على شاشة LCD إلى طرف VCC على NANO قم بتوصيل السلك الأخضر من دبوس SDA على شاشة LCD إلى دبوس A4 على NANO قم بتوصيل السلك الأصفر من دبوس SCL على شاشة LCD بطرف A5 الموجود على NANO

مقياس الجهد الخطي هو مكون إلكتروني تناظري. فما الفرق بين القيمة التناظرية والقيمة الرقمية؟

ببساطة ، يعني الرقم الرقمي تشغيل / إيقاف ، مستوى مرتفع / منخفض مع حالتين فقط ، أي إما 0 أو 1. لكن حالة بيانات الإشارات التناظرية خطية ، على سبيل المثال ، من 1 إلى 1000 ؛ تتغير قيمة الإشارة بمرور الوقت بدلاً من الإشارة إلى رقم دقيق ستحتاج في هذا المشروع استخدام 3 منها قم بتوصيلها على المدخلات A3 – A4 -A5

INX هو مشروع مفتوح المصدر من Digilent وهو مصمم لتسهيل تطوير التطبيقات المضمنة باستخدام LabVIEW. تم استخدامه في المشروع لعمل واجة مستخدم لطبيب وامكانية المعايره

ستجد الملفات المطلوبه للبرنامج السوفتوير هنا 

هو جهاز يستخدم لمعرفه درجه حرارة المائع (غاز او سائل ).

هو جهاز يستخدم لمعرفه ضغط المائع.

والحساس المستخدم هو Piezoresistive

 وهو جهاز يستخدم لمعرفه كميه السائل.

هو حساس لقياس كمية  الاكسجين.

والحساس المستخدم :

Fuel Cell or Galvanic Cell

صمام يتحكم بضغط مجرى الهواء أثناء التنفس بالضغط الإيجابي لتجنب صدمات التنفس.

ويضبط على ضغط معين اذا تم تجاوزه يفتح الصمام بشكل ميكانيكي للمحافظة على الضغط المطلوب.

Adjustable Pressure Limiting (APL) Valve

صمام يتم التحكم فيه عن طريق الاردوينو.

Proportional Solenoid Valves

وهو جهاز يستشعر التغير في الضغط عبر مقاومة ثابتة والتي يكون التدفق منتظم عبرها.

الحساس المستخدم هو:

Pneumotachograph

 حساس يعبر عن الفرق في الضغط بين منفذين على جهاز واحد .

هو جهاز يستخدم الموجات الصوتية لقياس معدل التدفق في انبوب ومن مميزاته لا يعيق تدفق المائع ويتم وضعه بمجرى الزفير لكي لا يصعب على المريض اخراج الهواء.

ULTRASONIC FLOWMETER

لوحه التحكم

وهي دائرة تتحكم بحجم الهواء بكل نفس ويمكن التحكم بها تدريجيا من 250مل الى 800مل وبتدرج 50مل.

ويوجد بها 3 اوضاع افتراضية :

350مل

400مل

450مل

التحكم في الحجم (VC)

التحكم المساعد (AC)

الفشل الامن (FAIL SAFE)

معدل التنفس بالدقيقة من 8 – 40 نفس

وهو قابل للتعديل.

استشعار الضغط من 1 الى 5 سم من الماء CMH2O

التحكم بنسبه الاكسجين FIO2 من 30% الى 100% بتدرج 10%

يتوفر بهذه الدائرة 4 انماط :

1:1

1:2

1:3

1:4

انقطاع التيار الكهربائي أو الغاز
إيقاف الجهاز عندما يكون في وضع التهوية الإلزامي

تجاوز ضغط هواء الشهيق

لم يتحقق ضغط الشهيق او PEEP

لم يتحقق حجم الهواء (Tidal volume)المطلوب أو تم تجاوزه

40 سنتيمتر الماء حماية ميكانيكية لمنع الوصول الى الحد الأقصى من ضغط مجرى الهواء

وللاطلاع على اكواد البرمجة والقطع الالكترونية المستخدمة بالتفصيل من هنا

ويمكنكم الاطلاع على الرسومات للمشروع من هنا 

نبدأ بذراع الضاغط

يتم تركيب الـ   Bearing بداخلها

يتم تركيب المحرك الخطوي من هنا ليكون سهلا عند الصيانه

ويتم توصيل الحساسات كما هو موضح بالصورة

فكرة الجهاز: نظرا للظروف الحالية التي يمر بها العالم من تفشي وباء كوفيد-19 والتحديات التي واجهتها دول كثيرة وبالتحديد عند زيادة عدد الحالات المصابة عن الاعداد التي لا يستطيع النظام  الصحي تحملها والتعامل مع المتطلبات اللازمة للعناية بها وخاصة الحالات التي تتطور الى حدوث التهاب رئوي وتحتاج الى توفر اسرة عناية مركزة وتتطلب توفر أجهزة تنفس اصطناعي. ولوجود شح في اجهزة التنفس الاصطناعي على مستوى العالم واحتفاظ كل دوله بما لديها من إمكانات،  برزت الحاجة الى العمل على تصنيع اجهزة تنفس اصطناعي محلية (سعودية) . وهذا ما دفع مجموعة من الشباب السعودي ومن منطلق خبرتهم وشغفهم وحبهم لوطنهم الى تكوين فريق عمل يهدف الى العمل على ابتكار وتصنيع جهاز تنفس اصطناعي سعودي يفي بالمتطلبات الاساسية للعناية بالمرضى عند حدوث طوارئ لاقدر الله ان وصول الاطباء الى المرحلة المؤلمة التي تتطلب منهم اتخاذ  قرارات مصيرية تمس حياة مرضى استنادا الى توفر أجهزة التنفس الاصطناعي الكافية من عدمه  سواء في هذه الجائحة أو في ظروف مستقبلية مشابهة لاقدر الله هو سيناريو مؤلم جدا وان نجاح مثل هذه المبادرات سوف يساهم بعد توفيق الله من حماية الكثير من الانفس والتي هي من الضروريات الخمس.

 بعد عمل بحث دقيق في الممارسات العالمية والتنظيمات التي تم اعتمادها وسؤال المختصين من أطباء عناية مركزة واخصائيي رعاية تنفسية عن الآلية التي تمكننا من الحصول على أجهزة تنفس اصطناعي تفي بالحد الأدنى من المواصفات الفنية وفي نفس الوقت يمكن انتاجها بكميات كبيرة وبمواد أولية متوفرة وبالسرعة المطلوبة لمواجهة التفشي السريع لجائحة كورونا فقد تم التوصل الى ما يأتي:

• 10 -20 % من المرضى المصابين بكوفيد-19 يحتاجون الى أجهزة تنفس اصطناعي في العناية المركزة.
• لوحظ أنه في بعض الدول التي تفاقم انتشار الوباء بها وازدادت عدد الحالات عن المعدلات التي يمكن التعامل معها بأجهزة التنفس الاصطناعي الخاصة بالعناية المركزة لذلك تم استخدام أجهزة أقل تعقيدا تؤدي الوظائف الأساسية للتنفس الاصطناعي مثل نمط التنفس (A/C) وهو مايمكن توفرة في أجهزة التنفس المتنقلة أو أجهزة التنفس المنزلية وعادة يكون المريض تحت تخدير عام ومعتمد في تنفسه على الجهاز اعتمادا كليا.
• يمكن اختيار نوعية الجهاز حسب حالة المريض والأنماط التنفسية ( Modes of Ventilation) التي يحتاجها ودرجة الفشل التنفسي التي يعاني منها.
• امكانية استخدام الأجهزة الأقل تعقيدا تفتح المجال امام إمكانية تصنيع أجهزة تنفس اصطناعي لسد الاحتياج في فترة قصيرة.

مميزات الجهاز:

• الجهاز تصنيع محلي.
• سهولة الاستخدام.
• يمكن تصنيعه بوقت قصير.
• تكلفة الجهاز منخفظة.
• يعمل لفترات طويلة.
• قليل الأعطال.
• يمكن تطوير الجهاز مستقبلا.

• مرحلة التصميم حسب المعايير
• صناعة نموذج أولي و تجميعه
• القيام بالمعايرة
• تجارب الاداء على أجهزة الفحص والاختبار على أن تكون مدتها لا تقل عن 14 يوم متواصلة مع ثبات الاداء
• التجارب السريريه على الحيوانات
• التجارب السريريه على المرضى من البشر
• تصنيع النموذج النهائي حسب التوصيات التطويرية و مطابقتها مع المعايير المطلوبة
• العمل على حصول الجهاز على شهادات الاعتماد من قبل الهيئات المعنية مثل هيئة الدواء والغذاء

يتكون المخطط من الأتي :

• الدوائر الألكترونية
• نظام الغازات الطبية
• نظام المراقبة والاعدادات
• نظام السلامة
• نظام الطافقة الكهربائية

مخطط الكتلة الوظيفي هنا

أجزاء ميكانيكيه :

• عدد 2 مراوح دفع … تم طباعتها بالطابعة الثلاثية الابعاد
• عدد 2 صمامات للشهيق و 2 الزفير .. تم طباعتها بالطابعة الثلاثية الابعاد
• بيرنق (( رمان بيلي )) … رابط هنا
• هياكل الجسم الداخلية والخارجية … جاري العمل عليها و ستكون جاهزة عند العرض المباشر باذن الله
• مسامير… رابط هنا
• قواعد تثبيت … تم طباعتها بالطابعة الثلاثية الابعاد

المحركات :

• عدد 2 محركات DC … رابط هنا             ملاحظة : سيتم استبدالها بمحركات Brush Less Motors لرفع الاداء … رابط هنا
• عدد 4 محركات سيرفو
• عدد 1 محرك ستيبنق

الأجزاء الالكترونية :

• متحكم من نوع أردوينوا ميجا … رابط هنا
• حساسات للضغط والتدفق bmp 085 …
• موزع ز متحكم بالمحركات SKU … رابط هنا
• شاشة عرض LCD 20 x 4 … رابط هنا
• مقاومات متغيرة و مفاتيح كهربائية … رابط هنا
• بطارية 36V – 158W …
• محول كهربائي …
• أسلاك كهربائية … رابط هنا
• سماعات … رابط هنا
• لمبات LED لنظام الانذار و المراقبة … رابط هنا
• كتاوت Relaies … رابط هنا

• لوحة تحكم
• متحكم أردوينوا ميجا
• حساسات للضغط والتدفق من نوع BMP 085 سيتم تطويره إلى
• موزع للطاقة والتحكم بالمحركات من نوع
• مخخفض للطاقة من 36V إلى 5V و 12V
• شاشة عرض LCD 20 x 4
• محركات Servo و Sttepping و DC سيتم تطويرها إلى BLDC
• Relays
• مقاوات متغيرة و أزرار كهربائية

ملاحظة : تم وضع روابط في خطوة 4 توضح مواصفات و أسعار القطع

• شاشة البداية و التعريف بالجهاز
• شاشة إختيار شبك مريض أو مريضن
• شاشة الاعدادات الخاصة بالتنفس
• شاشة الانذارات
• شاشة المراقبة

مكونات الدائرة الالكترونية :

• متحكمم اردينوا ميجا
• موزع للطاقه
• بطارية 36V
• شاشة LCD 20×4
• LED
• ازرار تحكم
• مقاومات متغيرة
• حساس للضغط BMP 085
• محركات سيرفو
• محركات DC
• محركات stepping
• Realys

الدائرة الكهربائية هنا

ملاحظة : تم وضع روابط في خطوة 4 توضح مواصفات و أسعار القطع

تم تصميم نموذالجاهز على برنامج Autodesk Fusion 360

المكونات :

• المراوح
• قاعدة المراوح و ملحقفاتها
• صمامات التحكم بالهواء
• انابيب التوزيع
• و الكثير من التفلصيل الصغيرة
• الجسم الخارجي للجهاز
• صمام التحكم بالاكسجين

• يمكنك الاطلاع وتنزيل جميع ملفات التصاميم الخاصة بالجهاز عبر الرابط هنا
•  هنا يمكنك الاطلاع على دليل تعليمات التجميع
• وتوضح الروابط التالية مرحلة تصنيع وتشغيل الجهاز:
  • رابط  1 : هنا
  • رابط 2: هنا
  • رابط 3: هنا
  • رابط 4: هنا
  • رابط 5: هنا

• Arduino C Language (رابط البرنامج)

رابط الكود البرمجي هنا

• الاعتماد على المعايير الدولية المطلوبة كما خو موضح في الصور
• يمكنك الإطلاع على مقطع الفيديو الذي يوضح إجراءات الأمن والسلامة في الجهاز على الرابط هنا‎

• شبك الجهاز بالكهرباء
• وضع الاعدادا كما هو موضح بالصور
• التاكد من اعدادات الانذارات لحماية المريض
• اختبار الجهاز على الرئة الصناعية
• شبك الجهاز على المريض
• مراقبة القراءات

يمكنك الاطلاع على مقاطع الفيديو الخاصة بالجهاز عبر الروابط التالي:

• تشغيل الجهاز … رابط هنا
• دليل المستخدم … رابط هنا
• صيانة الجهاز … رابط هنا
• طرق فحص ونتائج فحص الختبارات … رابط هنا

تعريف بفريق (DBV):

تكون الفريق من:

• المهندس/سامي بن سعيد عسلي

وهو مهندس أجهزة طبية ويعمل رئيس قسم الأجهزة الطبية بمستشفى الأمير منصور العسكري بالطائف سابقا و رئيس قسم المشتريات الطبية بمستشفى القوات المسلحة بالهدا حاليا وهو من خبراء صيانة الأجهزة الطبية وحاصل على العديد من الشهادات الدولية على أجهزة التنفس والتخدير وخاصة اجهزة التنفس الاصطناعي كما كان له مساهمات في عدد من الابتكارات مثل ابتكار روبوت بتصنيع محلي وغيره من الابتكارات …

• والاستاذ /ضيف الله بن مانع الخديدي

أخصائي علاج تنفسي ورئيس قسم الرعاية التنفسية بمستشفى الامير منصور العسكري سابقا ويملك خبرة اكثر من ٣٠ سنة في مجال الرعاية التنفسية ومهتم بالابتكارات ويملك فاب لاب خاص ومهتم بمجال الطابعات ثلاثية الابعاد .

• والاستاذ/ حسن بن حميد الثمالي

اخصائي علاج رعاية تنفسية  ورئيس قسم الرعاية التنفسية سابقا بمستشفى القوات المسلحة بالهدا ورئيس مجلس ادارة الجمعية السعودية للرعاية التنفسية فرع المنطقة الغربية سابقا ويملك خبرة طويلة في مجال اجهزة التنفس الاصطناعي وتطبيقاتها بدأ الفريق بمراجعة جميع المشاريع التي تم العمل بها على مستوى العالم لتوفير أجهزة تنفس اصطناعي بكميات كبيرة وبمتطلبات متوفرة وسهلة الاستخدام وتفي بالحد الادني من احتياج المرضى للتنفس الاصطناعي كما تم مراجعة المعايير العالمية المنظمة لذلك وبدأ الفريق عملية جمع الافكار ووضع الخطة المناسبة لبدء العمل .

النمودج (1) أعلاه يوضح الخطوط التغدية العامة من وحدة التوزيع لغاز الاكسجين المستخدم في وحدات العناية العشر وذلك عبر وحدة خزن الاكسجين في الجهة اليسرى من النمودج حيث ان وحدة الخز ن مكونا من اسطوانتين غاز يعة 50 لتر و يتم مراقبة منسوب الغاز في وحدة الاكسجين بجهاز مراقبة ضغط باستخدام الاردوينو لمراقبة كمية الاكسجين المتبقية و اشعار الطاقم الطبي في حال نقص المنسوب عن المستوى الامن. من محدة الخزن تمتد انابيب التوزيع للعشر الوحدات السريرية لتوزع لكل جهاز تنفس اصطناعي على كل سرير كمصدر توريد الاكسجين في اتجاه واحد ليتم تنظيمة واستخدامة بواسطة جهاز التنفس الخاص بكل وحدة شاهد الفيدو للشرح المصور لهذا الجزء الفيديو

نمودج رقم (2) يبين واجهة لوحة التحكم الامامية . تحتوي اللوحة على المعطيات التالية:

• ال سي دي لتبيين الية التحكم و تعطي الاوامر بازار التحكم ادنى الشاسة.
• زر التشغيل اسفل يمين الشاسة.
• ساعة قياس الضغط الوارد للجهاز .
• صمام ميكانيكي اسفل يسار الشاشة.
• صوت تنبية يسار الشاشة.
• اضواء ثلاثة للتشغيل و اشارة الشهيق و اشارة الزفير.
• قيمة الضغط الوارد المتحسسة الكترونيا.
• قيمة الضغط الحالي بانبود المغدي لرئة المريض .
• مفتاح ايقاف اضطراري في حالة وجود اي عطب بالجهاز يقوم الممرض بضغط المفتال ليقوم الجهاز اوتوماتيكيا بفتح صمامين التحكم بالدائرة الاساسية و ذلك لفصل الجهاز عن المريض و استعادة التحكم بالتنفس للمريض ليتنفس بنفسة.

الرجاء قراءة هذة الخطوات لدليل المستخدم  دليل المستخدم

منظومة الجهاز الشاملة ستعمل بالمصدر التالي:

• Power Line: Single phase
• Voltage : 220
• Type: Alternative Current AC
• Conversion: Yes from AC to DC
• Internal power: DC voltage 12Vdc – 5 Vdc

نمودج رقم3 أعلاه بالجهة اليسرى يبين مكونات مسار الطاقة الكهربائية من مراحل مختلفة كالاتي:

•  التحويل من المصدر الرئيسي للكهرباء و التحويل الى تيار مترددة بواسطة (Transformer +Rectifier+ Regulator ) ·
• يتم تغدية ثلاثة لوحات تحكم اردوينو عدد لوحتين بكل وحدة تنفس اصطناعي احادي من العشر الاسررة. ·
• أردوينو ثالث بوحدة خزن ومراقبة وحدة توريد الاكسجين العامة.
• لكل لوحة اردوينوا تغدي بالتالي: 12V DC 5 Amperes

في هذا الجزء يتم رسم الوصف للجهاز بثلاثي الابعاد ويتم ذلك باستخدام برامج تصميم. اسم البرنامج الدي تم استخدامه هو :  CENIMA 4D اضغط على الرابط لملف التصميم ثلاثي الابعاد بصيغة (.C4D)  ملف التصميم

وحدة الجهاز التنفسي الانفرادي:

وحدة التنفس الانفرادي هي الجهاز المركب عند كل سرير من الاسرة العشرة حيث يقوم بالمهام التالية:

1. استلام غاز الاكسجين الوارد من اسطوانات الغاز بوحدة الخزن و التوريد.
2. مراقبة الضغط الوارد الكترونيا و يدويا بواسطة التحكم بالاردوينو و ساعات الضغط اليدوي.
3. مراقبة الضغت الوارد و الخارج من المريض و الحرص على اتمام عملية التنفس تحت مقياس الضغط الامن لرئة الانسان في وضعية التنفس الطبيعي.
4.  اتمام عملية التحكم بلوحة اردوينو اخرى مرتبطة بحساس رقابة الضغط عدد 2 لتنظيم عملية الشهيق و الزفير للمريض.
5.  التحكم بتدفق الهواء و خروجة بواسطة صمامات هواء عدد 2 من نوع سولينويد دو مخرجين احادي الاتجاة.
6. فلترة الهواء قبل توريدة لرئة المريض.
7. عزل اي دررات او رداد ماء عن الهواء قبل توريدة.

كل وحدة تنفس اصطناعي تضم جهاز تنفس خاص بها و الجهاز له عدة مكونات و خصائص سنبينها بالنمادج (الرسومات) على النحو الاتي: دائرة التحكم و المراقبة لجاز التنفس الانفرادي: النمودج رقم 2 يبين مجرى حركة الهواء عبر انابيب النيوماتك من اول استلام وحدة التنفس الانفرادي الى رئة المريض و خارجها بواسطة التحكم في حركة الهواء بصمامات الهواء المتحكم بها بواسطة لوحة الاردوينو اخرى داخل الجهاز للتتحكم بعملية التنفس بطريقة زمنية متوالية تماثل التنفس الطبيعي و الموصى به من قبل اطباء الاختصاص. اذا نظرنا من الجهة اليمنا من نمودج 2 تبين وجود صمام ميكانيكي وساعة قياس ميكانيكي للضغط الوارد و من ثم فلتر فصل الماء و قلتر هواء و في نفس الناحية يرتبط حساس ضغط الكتروني مرتبط بلوحة اردوينو رقم 2 لقياس الضغط و عرض قيمته على )سفن سقمنت ( دو اربعة ارقام. حساس ضغط الكتروني رقم 2 مرتبط بلوحة الاردوينو رقم 1 ليوفر معلومات للوحة الاردوينو رقم واحد لضمان توفر الضغط الكافي لاتمام عملية الشهيق عبر خزان هواء اوسط تكون قيمة الضغت متحكم بها بواسطة اردوينو رقم 1 و حساس رقم 2 و صمام رقم 1 وفي نفس السياق يعمل صمام هواء ميكانيكي كصمام امان في حال زيادة الضغط في الخزان الاوسط عن الحد الامن. وفي اسفل يمين النمودج 2 يتبين وجود مقياس تدفق هواء مرتبط على التوالي بصمام هواء رقم 2 يتحكم به لوحة اردوينو رقم 1 ليتفق الهواء الى رئة المريض و يقول الجهاز بقياس و مراقبة ضغط انتفاخ الرئة مع غلق الصمام الخارج (صمام رصم 3) الى ان تعطي الاشارة من اردوينو رقم 1 بغلق صمام رقم 2 و فتح صمام رقم 3 لاتمام عملية الزفير. خلال مجرى خروج الهواء من رئة المريض يتم فلترة ثاني اكسيد الكربون من رداد الهواء و خلفات الرئة و ناقلات فيروس كورونا خلال فلتر عزل هواء و سوائل لضمان حماية البيئة من احتمال نقل الفيروس من عادم الجهاز. عملية التنفس تتم بشكل تدريجي و امن تماما مثلما يتم في حاله التنفس الطبيعي للشخص المعافى. تفاصيل الشرح المصور يرجى مشاهدة الفيديو الفيديو

مرفق لكم صورة توضيحية.

هذا المخطط يبين سير عمل شفرة البرمجة للجهاز

مساعده الرئتين على الشهيق والزفير بي استخدام جهاز تنفس في المنزل بسيط في الاستخدام لم مرضى الكورونا في جميع أنحاء العالم مما يساعد في تقليل العدوه لي الكادر الطبي

يتكون من مفاتيح تحكم واردوينو يتم برمجته بي لغه سي وشاشه عرض وموتورات تعمل على تحريك الأنبوب لضخ الهواء الي الرئتين

يتم التحكم في الموتور الزي يعمل على تحريك انبوبه التنفس عن طريق مفاتيح يتم ضغطها لي عمليه الزياده والنقصان التي تظهر على الشاشه المتصله بي جهاز التحكم الأردوينو الزي تم برمجته بي لغه السي

تم تصميمه الشكل الخارجي من ماده بريسبيكس ارخص في التكلفه وتم تشكيلها بواسطه مكنه  cnc lezar ومن ثم تجميعها لتصبح على الشكل النهائي ادناه

يتم في البدايه تشغيل الجهاز  ومن ثم عرض حاله الجهاز على شاشه عرض ومن ثم قراده حاله المفاتيح التشغيل اذا تم ضغط اي واحد منها يعمل الموتور بسرعه محده لتحريك انبوبه ضخ الهواء وتتكرر العمليه

يمكنك الاطلاع وتنزيل الكود البرمجي عبر الرابط هنا

تكلفه المنتج :المواد – ٥٦٥-المصنعيه -٣٥- التكلفه الكليه لي الجهاز الواحد والعمل يدويا ٦٠٠ ريال . تكلفه المنتج في حال الكميه تقل المواد بي اقل من النصف تصبح ٢٦٥ ريال ليصبح المنتج في حاله الكميه سعرهو ٣٠٠ ريال

روابط المستندات:

• الرابط
• الرابط
• الرابط

الاسم :خضر الزين احمد الخضر مسؤل عن الفريق م. الكترونيات

الاسم : حسن الطيب عبدالرحيم : استشاري هندسه طبيه

الاسم : النور محمد عمر بشير : تقنيه معلومات متخصص في مجال cnc

الايميل khdeiralzain@gmail.com

الرقم :00966567188307

The principle of operation of this ventilator is to take a bvm ( bag valve mask ) which is widely used disposable device in hospitals and ambulance cars and instead of manually try to ventilate the patient by squeezing it , a control mechanism is used to automate the squeezing process to supply the patient with the required mixture of air and oxygen . the squeezing mechanizm consists of a dc geared motor driven by an H=bridge driver and controlled by an arduino uno board to move an arm coupled to the motor shaft in order to squeeze the bvm bag.

The amount of air goes to patient which is called Tidal Volume using medical terms depends on how much force is applied to squeeze and this can be controlled using a feedback signal from the motor current since as we increase the force or tourque the motor current increases and this is adjustable using a potentio – meter connected to one of the arduino analogue inputs.

On the other hand the breathing rate can be controlled using two push buttons one for increasing the rate and another one for decreasing it.

Also the I/E ratio which is inspiration to expiration ratio or inhale to exhale ratio is fixed in the software to be 1:2 and this is the most used ratio for adults.and this means that one third of the breathing time each time is for inhale and the rest two thirds is for exhale and for the time being we are not controlling this ratio , but in the future versions we will have control on this ratio inshallah.

1. يعمل على نمط واحد وهو التحكم في حجم الهواء
2. يمكن ضبط حجم الهواء من 500 إلى 1000 ملليتر
3. يمكن ضبط معدل التنفس من 10 إلى 30 نفسة / دقيقة
4. ضغط الهواء الخارج إلى المريض بحدود 4 كيلو باسكال
5. شاشة من نوع LCD لبيان القيم التي يعمل عليها الجهاز
6. التحكم بالجوال عن طريق تطبيق بنظام أندريود

إخلاء مسؤولية : هذا الجهاز يستخدم فقط في حال كان هناك نقص شديد في أجهزة التنفس في المستشفيات وهو يحتاج إلى الترخيص من الجهات الطبية المعتمدة في الدولة كوزارة الصحة

هنا صورة لوحة التحكم يظهر فيها المفايتح والمقاومة المتغيرة لضبط حجم الهواء الذاهب للمريض: المفاتيح هي كالتالي:

1. مفتاح التشغيل والاطفاء
2. مقاومة متغيرة لضبط حجم الهواء (Tidal Volume )
3. مفتاح بوشبوتن لزيادة معدل التنفس Breath Rate
4. مفتاح بوش بوتن أخر لتقليل معدل التنفس Breath Rate
5. لمبة ليد لبيان حالة الجهاز هل هو في وضع التشغيل أو التوقف

The following circuit is used in our ventilator where one potentio – meter is connected to Arduino Uno board analog input A2 since A0 and A1 are reserved for current sensing of channel one and two of the driver , two push button are connected to digital inputs 2 and 6 for changing the breath frequency . the I2C LCD is going to be added in the next satge and will be connected to A4 and A5 which is the I2C Bus .

Finally, the motor shield is attached on top of the Arduino Uno board and its pins are directly connected to the Arduino without any wires.

تجدون هنا رابط الدائرة الإلكترونية للمشروع

شرح عمل وخوارزمية برنامج الأردوينو للتحكم في الجهاز في الرابط التالي :

اضغط هنا

وهنا يمكن رؤية برنامج الأردوينو بدون تطبيق الجوال وهنا البرنامج تم تعديله ليتوافق مع تطبيق الجوال

يهدف تطبيق الجوال إلى التالي :

1. التحكم في الجهاز عن بعد لتجنب العدوى
2. تجنب الأسلاك الكثيرة ومفاتيح التحكم الموجودة على لوحة التحكم يمكن الإستغناء عنها
3. الجوال متوفر ولا يتم الحاجة إلى شراء قطع إضافية في هذه الحالة

رابط تطبيق الجوال على أجهزة أندريود JICVENT.apk :

 يمكن تحميله من هنا

تجدون في الرابط هنا دليل المستخدم

تكلفة المشرروع النهائية تقارب ال 700 ريال سعودي وفيما إذا تم انتاج وتصنيع الجهاز بكميات ستنخفض هذه التكلفة إلى النصف تقريبا وهنا تجد قائمة بتكلفة المواد المستخدمة في المشروع ولمقارنة تكلفة انتاج هذا الجهاز بأجهزة التنفس الموجودة في المستشفيات فقد تكون المقارنة غير عادلة لأن الغرض من هذا الجهاز ليس أن يكون بديلا لأجهزة المستشفيات الغالية الثمن وانما حلا عمليا يستخدم فقط في حالة النقص الشديد في الأجهزة المتوفرة في المستشفيات والعدل يكون هنا في مقارنة هذا الجهاز بنظرائه من الأجهزة التي طرحت عالميا خلال هذه الجائحة , وعندها نستطيع أن نقول أن الجهاز يتميز بقلة القطع المستخدمة والفضل يعود لتطبيق الجوال الذي وفر هذه الامكانية ولفكرة استخدام قياس التيار الكهربائي المار في المحرك كتغذية راجعة للتحكم في حجم الهواء الذاهب للمريض مما قلل من استخدام حساسات أخرى لتقوم بالمهمة 

نتطلع إلى تطوير الجهاز وإضافة خصائص إضافية مثل نظام إنذار لجميع الاحتمالات وهذا يستدعي تغيير المحرك المستخدم بمحرك آخر أكبر قدرة ومزود بمشفر (encoder) لقراءة الزاوية التي يتحرك فيها المحرك فاذا زادت الزاوية عن حد معين فهذا يعني أن مجرى الهواء للمريض قد انقطع وبالتالبي يعطي انذار , وكذلك اذا زاد التيار عن حد معين فهذا يعني أن مجرى التنفس سيكون مغلقا وبالتالي سيعطي انذارا أيضا والخطوة التي تلي هذا سنسعى إلى الحصول على ترخيص طبي محلي ويمكن دولي بعدها سيتم البحث عن مستثمر أو جهة تدعم الفريق لنتمكن من تصنيعه وتسويقه باستخدام كافة الوسائل المتاحة يقدم حلنا هذا جهاز بسيط في فكرته وبسيط في تنفيذه بحيث يمكن لكل هاو أن يقوم بتجميعه وإنجازه , وهو بذلك يستهدف المرضى الذين تقطعت بهم السبل ولم يجدوا مكانا أو حتى جهاز تنفس في المشتشفيات ولهذا فهو كما ذكرنا سابقا ليس جهازا بديلا لأجهزة المستشفيات. وهنا تكمن الإمكانية فيما بعد لتطوير الجهاز وصناعته على صورة جهاز قابل للعمل داخل المستشفيات .

هذه بعض المراجع الأساسية التي اعتمدنا عليها في صناعة الجهاز :

• المرجع الأول : oedk.rice.edu
• المرجع الثاني : https://e-vent.mit.edu
• المرجع الثالث : https://f1000research.com
• المرجع الرابع : https://blogs.nvidia.com
• المرجع الخامس : https://www.bbc.com
• المرجع السادس : https://www.corovent.com
• المرجع السابع : https://www.zdnet.com

يمكن رؤية جميع ملفات المشروع بالضغط على الرابط التالي : هنا

يتكون فريق العمل من خمسة أعضاء هم :