É um dispositivo de automatização de respiradores manuais, chamados de “Ambu” (peça em azul da figura abaixo). Objetivo deste dispositivo é comprimir o respirador manual, substituindo o esforço físico da equipe de saúde, que normalmente realiza esta ação por períodos reduzidos e com processo de rodizio na equipe. Logo, este dispositivo reduz o esforço físico, reduz a exposição dos profissionais da saúde e pode ser utilizado por um período maior do que o de costume.

Primeira Versão

Descrição:

Esta versão foi desenvolvida com materiais disponíveis nas casas dos pesquisadores que estão em isolamento social. Portanto, possui diversas limitações em relação a componentes e insumos básicos, mas o objetivo era de aplicar os conceitos de ciclo respiratório repassados pelos médicos e demostrar a viabilidade do desenvolvimento do equipamento

Uma grande parte da elementos da caixa inferior foram de reutilizações de peças disponíveis. Já a parte superior foram de impressora 3D, o que permitiu de forma rápida a construção do protótipo.

Os controles e comandos foram prototipados em protoboards, shields e os microcontroladores utilizados estavam em uso nas automações residenciais. O motor de passo e o driver de acionamento eram reservas técnicas da impressora 3D de um dos pesquisadores.

Conclusões

  • O equipamento trabalha num regime de ciclo aberto para não intervir no fluxo de ar. Contudo, é muito importante o controle da pressão em especial pressão PIP, pressão de Plateau e pressão PEEP;
  • O ruido estridente produzido pelo equipamento tinha como fonte principal o fuso impresso em 3D;
  • O Ambu, que a equipe estava trabalhando só possui a válvula de expiração, faltavam a válvula de pop-off e a válvula PEEP;
  • Era necessário medir o volume de ar produzido para determinar a relação entre o volume e a profundidade do embolo;
  • Desenvolver somente um protótipo era muito limitante, concentrava muito o esforço de produção numa pessoa
  • A equipe técnica possuía um perfil muito similar: dois engenheiros eletricista e dois cientistas da computação. Todos com muita experiencia em software, logo todas as regras do ciclo respiratório, processamento de sinais, controles em geral foram realizados em software. Logo, o programa embarcado é o coração do equipamento
  • A definição da estrutura metálica e dos componentes impressos em 3D possuíram poucas alterações até as versões mais recentes

Curiosidades:

  1. A chapa metálica dourada era um porta retrato com imã
  2. Os parafusos da base metálica eram para fixar uma churrasqueira na parede

Segunda Versão

Descrição:

Após a equipe realizar diversos testes e concluir que era possível construir e aperfeiçoar o equipamento. Foi solicitado a FATEC um apoio administrativo e jurídico para captar recurso para montar dois protótipos. A FATEC se prontificou a financiar com recursos próprios a compra dos componentes eletrônicos necessários para montar estes dois protótipos.

A reitoria da UFSM com o apoio da direção do Centro de Ciências da Saúde (CCS) comprou rapidamente um ventilometro para medir o volume gerado pelos Ambus.

O grupo Lauduz abraçou a iniciativa e conseguiu o empréstimo de diversos equipamentos para facilitar a construção dos protótipos.

A empresa Idema se prontificou em refazer o projeto metálico, ceder as peças necessárias e montar toda a estrutura metálica dos dois protótipos.

Os testes com os protótipos começaram a ser realizados no no Hospital Veterinário Universitário da UFSM e no Laboratório de Simulação Respiratória da UFN

Diversas pessoas e empresas entraram em contato querendo ajudar, mas o tempo era muito limitado e deixamos alguns contatos para serem efetivados no desenvolvimento da terceira versão.

Conclusões

A rede de solidariedade, que foi gerada em Santa Maria devido a pandemia mostrou que é possível:

  • realização de projetos interdisciplinares e interinstitucionais
  • a integração entre as Universidades  e as Empresas
  • a utilização de empresas sem fins lucrativos como catalisadores e incentivadores de projetos de cunho social e humanitário.

 

Terceira Versão

Descrição:

Com o termino dos protótipos da segunda versão, algumas alterações importantes foram realizadas:

  • Motor necessitava de mais torque para extrair mais ar do Ambu;
  • O ruído produzido pelo motor era demasiado. Portanto, foi adquirido um driver novo mais silencioso e também mais complexo;
  • A fonte de alimentação passou para 24 V devido as novas necessidade de controle do driver do motor;
  • Foi incluído um pressostato para medir as pressões necessárias (PIP, Plateau, PEEP);
  • Foi incluído mais um microprocessador para transmitir as informações e alertas via Wi-Fi.

A parceria com os financiadores continuou, novos entraram e agora era possível contar com os recursos de doações voluntárias realizadas para UFSM com apoio da Fatec.

Em reunião com algumas empresas e a UFSM concluiu-se que a montagem de 12 protótipos na terceira versão seria interessante para os testes médicos.

O grupo Lauduz criou uma linha de financiamento para comprar os componentes eletrônicos e acessórios;

A UFSM e a Fatec com os recursos de doações compraram a parte médica dos equipamento (Ambus e Válvulas) e os filamentos de impressora 3D.

A Direção do CT conseguiu que grupo de Impressão 3D do Covid-19 produzissem diversas peças necessárias para montagem dos protótipos.

Os pesquisadores dos projeto compraram mais uma impressora 3D para auxiliar na impressão dos componentes faltantes.

O servidor do CTISM, Paulo Reginatto,  realizou o projeto e confecção das 12 placas PCB.

empresa Rota Simuladores se prontificou a soldar os componentes eletrônicos e montar a caixa de comando e controle. 

. Conclusões:

Estamos atualmente terminando de montar os seis primeiros do total de doze automatizadores. Estes equipamentos serão utilizados para testes intensivos pela equipe do projeto, sendo assim distribuídos:

  • Dois equipamento para equipe técnica realizar medições e aferições com as demais normas;
  • Dois equipamentos para HUSM realizar testes;
  • Um equipamento para Md. Marcos Tassinari – PA Patronato / Cauzzo realizar testes;
  • Um equipamento para Md. Odilon Vianna – Clinica de Anestesia realizar testes.

Os testes serão realizados para o atendimento aos requisitos previstos como mínimos pelo Medicines & Healthcare products Regulatory Agency (MHRA) no documento Rapidly Manufactured Ventilator System, documento base utilizados como parâmetro para especificação de automatizadores e ventiladores temporários e emergenciais em quase todos os países da Europa.

Em relação a normatização da Anvisa, a equipe técnica está trabalhando para se adequar a RDC 386, que foi divulgada no dia 15 de maio de 2020, através do Diário Oficial da União. Como está resolução se aplica também a doações, caso deste projeto, que não visa exploração econômica, mas pesquisa, aprendizagem e colaboração com a comunidade da região. Portanto, novos esforços estão sendo despendidos para se homologar frente a esta RDC.

Os financiadores do projeto investiram recursos financeiros, apoio técnico especializado e principalmente incentivaram a equipe técnica a todo momento. Durante o desenvolvimento deste projeto diversos apoiadores acreditaram na ideia e continuam batalhando junto para que consigamos (se for necessário e urgente) disponibilizar uma alternativa para os médicos da nossa região.

Requisitos atendidos pelo BalAir soc

O quadro abaixo apresenta um comparativo dos requisitos especificados pela Anvisa com o MHRA e o BalAir soc.

Requisito Anvisa

MHRA

BalAir soc

a) capacidade de operar em modo VCV e/ou PCV (ventilação controlada a volume ou pressão) ok é do tipo VCV
b) ventilação mecânica invasiva controlada e limitada a pressão e ciclada a tempo (PCV) não se aplica é para PCV
c) controle de volume corrente inspirado (de 50 a 700 ml); 250 a 600 ml and Could have a range up to 800 ml 250 a 700ml – equipamento para uso em adultos
d) controle de fração inspirada de oxigênio- FiO2 (21 a 100%); 50-60 and 90-100 Controle feito por válvula externa no O2
e) pressão positiva ao final da expiração- PEEP (0 ATE 20 cm H2O) range 5-20 cm H2O adjustable in 5 cmH2O 2,5 a 20 cm H2O por válvula PEEP e Zero sem a válvula
f) controle de fluxo inspiratório até 70L/min; não especificado fluxo máximo de 50L/min não controlável diretamente
g) controle de frequência respiratória – 8 a 40 RPM 10 a 30 RPM 8 a 40 RPM
h) medida de pressão de vias aéreas (manômetro analógico ou digital) ok manômetro digital – exibe as pressões de PIP, plateau, PEEP
i) medida de volume corrente expirado sempre que possível não especifica não tem
j) alarme de pressão máxima em vias aéreas, vazamento e queda de rede de gases ok alarme configurável de pressão PIP máxima, de pressão PIP mínima, de pressão PEEP mínima
k) possibilidade de anexar filtro tipo HEPA de alta capacidade (N99 ou N100) no ramo expiratório recomenda 2 filtros HMEF possui um filtro HMEF, contudo, pode ser acoplado um segundo filtro HMEF
l) bateria com pelo menos 2 horas de capacidade must have a battery backup of at least 20 minutes deve ser acoplado ao no-break

 

Circuito Respiratório

Componentes do sistema respiratório do equipamento:

  1. BalAir soc – automatizador
  2. Traqueia corrugada permitirá a redução da distância entre válvula (3) e o paciente
  3. Válvula exalatória com pop-off – válvula que vem no Ambu
  4. Adaptador de válvula – conectado na saída da válvula (3) para conexão da válvula (5)
  5. Válvula PEEP
  6. Filtro HEMF / HEPA
  7. Tubo – Conectado entre BalAir (1) e o conector lateral do filtro (6) para medir a pressão do ar no paciente

Software e Montagem

Software:

Em breve…

Manual de Montagem

Em breve..

Componentes e Peças para Montagem

No. Descrição Qty
1 Driver Motor de Passo TMC2208 V1.2 Ultra-quiet + Dissipador de Calor 1
2 Caixa Patola / Case para Montagem 53 x 85 x 124 mm – PB-112 1
3 Jack P4 Plástico (2,1×5,5mm) para Paineis e Chassis 1
4 Display LCD 16×2 I2C com fundo verde 1
5 Pulsador Push Button NA / Chave Botão DS-212 3A Amarelo 2
6 Pulsador Push Button NA / Chave Botão DS-212 3A Preto 1
7 Placa Arduíno Nano V3 Compatível 1
8 Módulo Conversor Amplificador HX711 24bit 2 Canais 1
9 Sensor de Pressão Diferencial 40KPa PSG010R 1
10 Buzzer Passivo / Módulo Transdutor – BP18 1
11 Modulo DC-DC 24 p/ 5V 1
12 Placa PCB BalAir soc 1

 

No. Descrição Qty
1 Motor de Passo NEMA 17 12V 5,3Kgf.cm 42HBD48BJ4-TF0 + Cabo 1
2 Acoplamento Flexível CNC 3D 5 x 8mm para Motor de Passo 1
3 Barra Roscada de Inox Fuso M8 x 140mm 1
4 Castanha de cobre M8 com Mola Anti Folga para Fuso M8 1
5 Chave Fim de Curso Micro Switch KW11-3Z-5 3T 5A 23mm 125/250V 1
6 Fonte de Alimentação Chaveada 24VDC 3,5A 1
7 Kit BalAir soc de impressão 3D 1

 

No. Descrição Qty
1 Barra roscada M8 x 170mm 4
2 Porcas metálicas Borboletas M8 4
3 Porcas metalicas M8

16

4 Arruelas metálicas M8 12
5 Chapas de Alumínio 130 X 230 x 4 mm 2
6

 

No. Descrição Qty
1 Parafuso Philips M3 x 6mm Metálico 8
2 Parafuso Philips M3 x 10mm Metálico 14
3 Parafuso Philips M3 x 12mm Metálico 8
4 Parafuso Philips M3 x 16mm Metálico 4
5 Mini Parafuso M2 x 10mm Metálico 2
6 Porca M3 x 2,4mm Metálica 4
7 Arruela M3 Metálica 8
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