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助力抗疫-Trinamic推出开源呼吸机项目

2020-05-18
来源:Tinamic

为什么要建造一个开源呼吸机?

COVID-19的全球爆发将世界各地的医疗保健系统推向了极限,医疗公司正在努力生产急需的医疗设备。除了支持各种呼吸机项目之外,我们还希望通过其他方式来启发工程师和医疗公司设计医疗呼吸机。因此,我们也开始了自己的项目,名为TOSV-Trinamic 开源呼吸机。

概念

我们Trinamic开源通风机的方法是使用CPAP鼓风机。原因有两个:首先,我们在低电感电动机方面拥有丰富的经验,其次,它们仍可广泛使用。通常用于CPAP设备中以获得连续的流量,您可以使它们过载一些,从而获得医疗呼吸机所需的性能。

初始设置是通过使用开源评估板以及专门为TOSV项目设计的开源软件创建的。为了控制流量,压力感测中继回控制器以获取呼吸压力。还支持压差传感,以便进行患者侧流量传感。这样,设计基本上可以完成基于鼓风机的医疗呼吸机所需的一切。 

概念验证

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图1:TRINAMIC开源呼吸机项目设计思路

 

开源设计

在概念被证明可用于模拟肺部的热水瓶之后,TrinamicTrinamic开始设计一个基于TMC4671-EVAL-KIT的开源模块。小型集成的PCB具有完全集成的软件堆栈,可以通过UART进行控制。这样,医学工程师可以将其快速集成到设计中。

就像我们的评估套件和突破板一样,为Trinamic开源通风机创建的硬件和软件是完全开源的,可以在我们的Github存储库中找到。

小型化的开源模块可处理所有驱动程序功能以及压力传感器的接口。可以使用简单的单板计算机(如Raspberry Pi或类似产品)进行控制,这些都是现成的,并配有舒适的用户界面和安全功能。

并行开发硬件和软件

为了尽快制定可行的概念,我们并行开发了硬件与软件。其可行性可通过使用评估套件的概念。通过将Landungsbrücke接口板与TMC4671评估板和TMC6100评估板相结合,只需几天的时间就可以设计出包括传感器和快速控制环在内的完整系统架构。而且由于所有电机控制已经集成在TMC4671-LA伺服控制器IC中,因此我们在一周内就获得了有效的概念佐证。

同时,我们在爱沙尼亚塔林的团队将我们使用的评估套件设置集成到了单个PCB中。该模块集成了TMC4671-LA和TMC6100,集成了开源医疗呼吸机的所有控制功能。至于外形尺寸,我们确保它可以将其堆叠在Raspberry Pi上, Raspberry Pi是一款易于获得的单板计算机,非常适合我们的开源医疗呼吸机平台。所有用于开源设计的文件,以及用于控制开发板的软件,都可以在我们的Github存储库中找到。

通风与运动控制有什么关系?

医用呼吸机是与运动控制有关系的。例如,它以一定的速度斜率生成特定压力的曲线,以此模拟肺功能。这就是运动控制的意义所在,也正是Trinamic所擅长的。

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图2:TOSV系统结构

硬件包和开源软件的图像均在线,可在Trinamic的GitHub上随时获得。欢迎所有医疗公司、工程师、制造商和其他感兴趣的人将其用于自己的项目。

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图3:基于TMC4671+TMC2100的TOSV开源硬件部分

除TOSV项目外,Trinamic的研发和现场应用工程师也在持续快速追踪与冠状病毒相关的支持请求,以尽可能提供帮助。

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图3:TOSV项目测试

目标

我们的目标不是生产医疗呼吸机。我们TOSV项目的目标是,通过提供可以在短期内大量生产并具备高质量的通风设备,来及时响应当前形势。通过使用CPAP鼓风机,现有医疗呼吸机的生产将不再受到冠状病毒所带来的压力。

与我们所有的评估板和突破板一样,TOSV板是完全开源的。这样,设计呼吸机的医疗公司就可以吸收我们的经验,看看是否对他们有用。我们只是想展示一切可能,并尽我们所能做出贡献。所有文件都可以在下面和我们的GitHub上找到。

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图4:TOSV开源呼吸机

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