Inspire-OpenLung

Seja muito bem vindo ao repositório do projeto de hardware livre OpenLung! Um respirador emergencial brasileiro para enfrentamento da COVID-19!

Um projeto da iniciativa Inspire Poli-USP, uma de oito iniciativas da Universidade de São Paulo envolvendo viabilização de respiradores para enfrentamento à pandemia. Para saber mais sobre essa e outras iniciativas veja esse link.

Considere também apoiar o financiamento de pesquisas na USP para o combate à COVID-19 através do programa USP Vida.

(Clique na imagem acima para ver um vídeo do protótipo em ação)

⚠️ ATENÇÃO ⚠️

Este é um projeto em andamento, não é um produto pronto.
O projeto em seu atual estado NÃO DEVE SER USADO EM HUMANOS.
O projeto em seu estado atual NÃO DEVE SER USADO EM ANIMAIS sem aprovação de comitês de ética legítimos.
Caso futuramente aprovado por autoridades competentes, o projeto NÃO DEVE SER FABRICADO E DISTRIBUÍDO SEM OS CONTROLES DE QUALIDADE necessários para seu uso.
As entidades e pessoas envolvidas no desenvolvimento desse projeto NÃO SE RESPONSABILIZAM pelo uso de má fé das informações deste projeto ou de projetos derivados deste, que possam por exemplo, mas não limitando-se a, ferir, prejudicar, ludibriar, adoecer, contaminar ou lesar quaisquer pessoas. Caso você julgue ter observado o mau uso deste projeto em quaisquer circunstâncias, nos informe imediatamente pelo contato inspire@usp.br . Sua colaboração é importante para a segurança deste projeto.
Este projeto usa a licença CERN-OHL-S 2.0.

Índice

Porque mais um projeto como esse?
Motivação
Onde queremos chegar
Questão Regulatória
Como colaborar
Nossa Abordagem de Trabalho e Princícios de Design
Andamento do projeto 7.1 Tarefas pendentes
Principais Especificações
Lista de Materiais 9.1 Partes Mecânicas 9.2 Partes Eletrônicas 9.3 Partes "Médicas"
Contato e Ajuda

Nossa Wiki	Issues do Projeto	Pull-Requests	Licença de Uso

❗ ATUALIZAÇÃO IMPORTANTE ❗

Devido a questões jurídicas, o entendimento dos coordenadores do projeto é de que o software que realiza o controle do Ambu, bem como os dados experimentais associados aos testes dos algoritmos de controle, permanecerão privados até o término dos testes.

Lamentamos essas medidas e estamos discutindo a possibilidade do compartilhamento restrito dessas informações com grupos de contribuidores especiais (como centros de pesquisa, universidades, empresas etc) interessados em contribuir com o projeto. Mas isso ainda não está decidido.

Existem outros repositórios independentes da iniciativa Inspire que estão desenvolvendo, disponibilizando ou prometem disponibilização de firmwares, como por exemplo o OdaMV, o ReesistenciaTeam, o hitecnologia/cov19 ou o BMV OpenLung - bem como essa lista de projetos. Contudo não nos responsabilizamos pelo uso destes firmwares com nosso hardware e reforçamos a atenção para os importantes avisos no início desta página.

Caso tenha alguma dúvida, pedido ou reclamação, entre em contato com inspire@usp.br.

Por que mais um projeto como esse?

Este é mais um projeto de design de ventilador pulmonar de acesso aberto com o intuito de ser barato, de fácil transporte e utilizando poucos materiais, usando principalmente um Ambu como gerador de fluxo de ar.

Iniciamos este projeto porque até então haviam apenas propostas online com conteúdo parcialmente disponível, e apenas levando em consideração o contexto dos países em que tais propostas estavam/estão sendo desenvolvidas. Nosso projeto se baseia em Princípios que colocam um peso maior na indisponibilidade de recursos e custo.

Motivação

A expectativa é que teremos no Brasil um pico de casos a serem tratados pelo sistema de saúde pelo final do mês de Abril. Nesse momento a demanda por ventiladores pulmonares mecânicos será crítica, sendo uma das lamentáveis causas de morte pelo novo coronavirus devido a ausência de infraestrutura suficiente para a quantidade de número de pacientes. Estamos lutando contra o tempo para desenvolver um ventilador "open source" que possa ser fabricado antes que isso aconteça.

Onde queremos chegar

A ideia final é reproduzir um respirador profissional para terapia intensiva. Ou seja:

Não é um projeto que se restringe a apenas apertar o Ambú ritmicamente,
É um projeto para reproduzir uma curva de variação de pressão definida pelo usuário (médico ou fisioterapeuta),
Não queremos fazer um respirador igualmente sofisticado aos comercialmente disponíveis,
É um projeto para ter o mínimo necessário para manter pessoas vivas com segurança, numa situação emergencial.

Veja a página "Entenda o Problema" para informações mais específicas sobre o escopo técnico deste projeto.

Onde queremos chegar com este braço open source da iniciativa Inspire é desenvolver os módulos centrais do ventilador, que identificamos como sendo:

o "apertador de Ambu",
e o algoritmo de controle.

Os demais módulos como eletrônica própria (sem usar arduino), interface operador-máquina e packaging do sistema todo por enquanto não são open source. O firmware e softwares associados ao algoritmo de controle serão compartilhados de maneira restrita com contribuidores especiais, pelas razões explicitadas aqui.

Contudo, você pode desenvolver esses outros módulos segundo seu próprio contexto local de logística e recursos. Uma produção deslocalizada e flexível é uma possibilidade em aberto para fabricação dos respiradores a tempo. Encorajamos possíveis colaboradores deste projeto a seguir o exemplo de forks desre repositório e desenvolverem suas próprias soluções complementares ao que estamos fazendo.

Questão regulatória

Uma questão em aberto para todos os projetos open source de ventiladores para suporte no combate à COVID-19 é se esses projetos terão aprovação regulatória para serem usados em pacientes.

A expectativa é que em algum momento esse processo se torne mais facilitado por alguma ação do governo e agências reguladoras.

Para saber mais a respeito das informações que temos a respeito dessa atual situação, dê uma olhada na página da wiki sobre este assunto ou na conversa do Issue #14.

Como Colaborar

Veja nosso guia de como colaborar. Nele deixamos claro o que é necessário para o projeto e de que maneira precisamos que você nos ajude. Presumimos que você pode colaborar de maneira autônoma, sem depender de nós - mas apoiamos fortemente interagir conosco e outras pessoas desenvolvendo esse mesmo projeto.

Caso nosso guia não seja o suficiente, você pode saber mais sobre quais são os debates do momento da comunidade entrando no chat em grupo no Telegram e vendo a nossa lista de emails.

Vale dar uma olhada também no nosso Código de Conduta para colaboração no projeto deste repositório.

Nossa Abordagem de Trabalho e Princípios de Design

Acreditamos que toda as tentativas de designs possíveis de respiradoras são válidas por aumentarem as possibilidades de sucesso de ALGUM protótipo de respirador funcionar com qualidade (veja essa lista detalhada de alguns projetos) e chegar até quem precisa. Na nossa tentativa em particular, definirmos alguns Princípios fundamentais de Design e nossa Abordagem de Trabalho no desenvolvimento e teste deste protótipo.

Se você se identifica com essa abordagem, considere colaborar com o projeto.

Se você gostaria de contribuir usando uma abordagem de trabalho ou princípios diferentes destes, o encorajamos fortemente a desenvolver seu próprio repositório com sua nova proposta - colocando também a mão na massa!

Andamento do Projeto

Estamos documentando as informações do andamento do projeto principalmente na nossa Wiki.

Essa é uma resumida linha do tempo do projeto:

20 de Março: Início do Projeto
21 de Março: Modelagem 3D do Design e Fabricação do Protótipo V1
22 de Março: Testes do V1. Modelagem e Fabricação do Protótipo V2.2: ampliando posibilidades de posicionamento do motor e fuso trapezoidal.
23 de Março: Testes na versao 2.2 com um equipamento que mede volume, pressão e velocidade, obtivemos: 27 ciclos por minuto 250 mL de volume (este valor precisa alcancar 600 mL) 30 cm H2O de pressão Conclusão: trocar o motor para NEMA 23 15kg de torque e usar um fuso de avanço maior.
24 de Março: Modelagem 3D e testes do Protótipo V3: agora projetado para motor NEMA 23 de 15kg de torque
25 de Março: Modelagem 3D e testes do Protótipo V4: Ajustes para diminuir atrito e ser mais resistente a torção
26 de Março: Primeira versão, ainda incompleta, do firmware
27 de Março: Desenvolvendo o firmware para primeiros testes usando sensor de pressão para controle
29 de Março: Implementação do controlador PID
30 de Março: Implementação e testes do firmware com controlador PID duplo (Gain Scheduling)
31 de Março: Versão 5, com ajustes para atingir uma maior área do ambú
1 de Abril a 12 de Abril: Implementações e testes de diferentes algoritmos de controle e testes de capacidade em diferentes cenários reais.
13 de Abril a 16 de Abil: Testes em animais

Tarefas Pendentes

Testes em Humanos (devidamente regularizado e aprovado por comitês de ética competentes)

Dê também uma olhada nos nossos Issues e Pull-Requests.

Principais Especificações Desejadas

Ser robusto. Deve funcionar continuamente sem falhas (ciclo de trabalho de 100%) por períodos de 14 dias, 24 horas por dia. Se necessário, a máquina pode ser substituída depois de cada período de 14 dias de uso ininterrupto.
Prover ao mínimo duas possibilidades de configuração de volume de mistura de ar/O2 entregues por ciclos de respiração. Essas possibilidades devem ser 450ml +/- 10ml por respiração and 350ml +/- 10ml por respiração.
Prover essa mistura de ar/Oxigêno a até um pico de 350 mm de H2O.
Ter a capacidade de adaptação aos materiais de tubagem, mantendo o paciente pressurizado a todo momento a 150 mm H2O.
Ser ajustável para uma taxa de 12 a 20 ciclos/respirações por minuto.
Entregar no mínimo 400 mL de mistura de ar/Oxigênio em não mais que 1,5 segundo. A funcionalidade de mudança dessa velocidade em que o ar é empurrado dentro do paciente é desejável, mas não essencial.

Lista de Materiais

Partes Mecânicas

Acoplador de Garra Drylin E para eixo redondo de 10 mm de diâmetro
Fuso Trapezoidal de 10 mm de diâmetro, 15 cm de comprimento e passo de 25 mm
Castanha de Latão TR10 e passo de 2,5 mm
20x parafusos M3 de 16mm de comprimento
20x porcas M3
4x parafusos M4 de 16mm de comprimento
Chapa de acrílico de 5mm com no máximo 76 cm x 40 cm
- Resulta em apenas 12 peças:
  - 2x "Suporte de Pistão" (V5)
  - 2x "Pistões" (V5)
  - 2x "Ponta do Pistão" (V5)
  - 1x "Chapa do Motor" (V5)
  - 1x "Chapa da Castanha" (V5)
  - 1x "Chapa do Pistão" (V5)
  - 1x "Suporte do Ambu" V5
  - 2x "Conector Inferior" (V5)

Partes Eletrônicas

1x Nema 23 15kg
1x Arduino uno
1x Driver DW322E da Leadshine
Fonte de 12v 5A
4x jumpers macho-macho

Partes "Médicas"

1x Ambu com capacidade de 1600 mL
2x Tubo traqueia de 1 m
1x Válvula unidirecional de CPAP com acoplamento para válvula PEEP
1x Válvula PEEP com ajuste de 5 a 15 cmH2O

(OBS: as "Partes Médicas" podem variar de nome em cada região; outros produtos médicos de finalidade semelhante podem ser usados)

Contato e Ajuda

Se as informações aqui ainda não forem exatamente o que você está procurando, preencha esse formulário rápido que falaremos com você assim que possível!

Obrigado por visitar nosso repositório e se interessar pelo projeto!

devsnorte/Inspire-OpenLung