Covid-19: ventilatori low-cost con Arduino

L’emergenza sanitaria del Covid19 sta mettendo a dura prova il sistema sanitario italiano, questo sopratutto a causa dei numerosi tagli fatti negli anni: organico, strutture, materiali. Sono tante le persone ricoverate nelle terapie intensive, tanti che per sopravvivere hanno bisogno dei respiratori artificiali. Un numero crescente di pazienti in rianimazione ha bisogno della respirazione assistita ma i ventilatori non bastano. Così c’è chi idea un ventilatore con Arduino.

Il progetto è basato sulla conversione di una macchina CPAP (ventilazione meccanica a pressione positiva continua) usata nelle apnee del sonno, convertendola in un ventilatore che possa aiutare nelle crisi respiratorie. L’ideatore afferma di non essere un medico, esorta a non fidarsi ciecamente di Internet e consultare personale qualificato per una corretta configurazione delle apparecchiature.

Questo ventilatore rudimentale per l’emergenza Covid-19 consente di avere una frequenza respiratoria nella norma e una pressione espiratoria positiva. Fornisce inoltre una FiO₂ atmosferica al 21% o se collegato a un serbatoio di O₂ al 100%. Anche se è una funzionalità limitata può aiutare in altre circostanze in cui non è possibile una migliore assistenza.

L’ideatore del progetto cerca un pneumologo, fornitori di parti, sviluppatori Arduino, progettisti 3D, sviluppatori elettrici/elettronici per garantirne la sicurezza. Vi invitiamo dunque, se avete una delle seguenti capacità, ad aiutare la comunità scientifica nello sviluppo di questi ventilatori salvavita nella situazione di emergenza Covid-19.

Costruzione e materiale ventilatori Covid-19

Per costruire i ventilatori per l’emergenza sanitaria Covid-19 abbiamo bisogno di una lista di materiale:

• Macchinario CPAP un po’ difficile da trovare, costo sulle centinaia di euro
• Pompa di gonfiaggio 12V, facile da reperire con poche decine di euro
• Soffiatore, difficile da reperire quindi puntiamo sul fai-da-te
• Arduino Nano versione originale o compatibile
• Motore brushless DC di almeno 10A
• Interruttore di controllo per modalità CPAP e BiPAP/Fixed PEEP, facile da reperire con costo bassissimo
• Alimentatore 12V DC in grado di gestire almeno 5A. Questo è indispensabile perché i cicli di respirazione possono causare cadute di tensione che arresterebbero Arduino se l’alimentatore non è abbastanza forte.
• Tubo e maschera facciale da non indossare con batteria scarica poiché potrebbe causare un notevole accumulo di CO₂. Esiste anche un modello 3D.
• Batteria 12V che carica e fornisce energia e funzionalità di backup ma durata limitata a circa 3-4 ore.

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Per costruire il ventilatore è necessario collegare il motore alla scheda Nano con l’aggiunta di un adattatore per tubo affusolato stampato 3D.
Il software esegue una breve sequenza di inizializzazione per configurare il motore partendo dall’impostazione CPAP più bassa. I livelli di pressione sono gestibili dall’interruttore mentre le modalità operative tramite doppio click.

E’ stato svolto un test di pressione per misurare la pressione in uscita tramite un tubo a U per misurare lo spostamento dell’acqua. Lo spostamento del liquido effettivo è doppio di quello misurato poiché il liquido viene spinto verso il basso sull’altro lato del tubo da una quantità uguale, raddoppiando lo spostamento. Le linee guida dei ventilatori per pazienti Covid-19 richiedono 20cm/H₂O mentre questo ventilatore ha registrato 45cm/H₂O ed è quindi molto potente.

Se il motore scelto supporta l’aggiunta di un carico, è possibile espandere il progetto con un filtro d’aria utilizzando un PAPR. Il filtro garantisce un miglioramento della pressione in uscita. Non sono stati però eseguiti dei test termici a lungo termine ad alta pressione e con un filtro forte.