Spirometru imprimat 3D: 6 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

De rabbitcreek Urmăriți mai multe de la autor:

Proiecte Fusion 360 »

Spirometrele sunt instrumentul clasic pentru a efectua analiza aerului pe măsură ce acesta este suflat din gură. Acestea constau dintr-un tub în care suflați, care înregistrează volumul și viteza unei respirații, care sunt apoi comparate cu un set de valori normale bazate pe înălțime, greutate și sex și sunt utilizate pentru a urma funcția pulmonară. Instrumentul pe care l-am proiectat, deși testat pentru acuratețe cu un debitmetru, nu este în niciun fel un dispozitiv medical certificat, dar într-o ciupire ar putea trece cu siguranță pentru unul - oferind conturi relative reproductibile și precise ale FEV1 standard, FEVC și grafice de volum ieșire și viteză în timp. L-am proiectat astfel încât dispozitivele electronice cu scumpul senzor tethered să fie limitate la o singură bucată, iar tubul de suflare ușor de unică folosință cu canalele asociate încărcate de virusuri să fie în altă parte. Acesta pare a fi unul dintre dezavantajele mașinilor standard utilizate clinic - muștiucurile din carton înlocuibile nu elimină cu adevărat toate riscurile atunci când virușii sunt transportați în aer și vi se cere să suflați mult și greu într-un aparat foarte scump. Costul dispozitivului este sub 40 de dolari și oricine are o imprimantă 3D poate obține oricâte doresc. Software-ul Wifi îl conectează la o aplicație Blynk de pe smartphone pentru vizualizare și vă permite să descărcați orice date doriți.

Pasul 1: Cumpărați lucruri

În esență, construim un senzor analogic cu o combinație excelentă de ecran / microcontroler. Importanța este în alegerea senzorului potrivit. Mai multe alte modele pentru aceste dispozitive au folosit senzori care nu au sensibilitatea necesară pentru a furniza datele pentru a calcula aceste elemente de respirație. ESP32 are probleme bine cunoscute cu neliniaritatea ADC-ului său, dar acest lucru nu pare să fie semnificativ în gama acestei unități.

1. TTGO T-Display ESP32 CP2104 WiFi Bluetooth Module 1.14 Inch LCD Development Board 8 $ Bangood

2. Senzor de presiune SDP816-125PA, CMOSens®, 125 Pa, analog, diferențial 30 dolari Newark, Digikey

3. Baterie Lipo - 600mah 2 $

4. Comutator pornire / oprire - Buton pornire / oprire pornire / buton comutator comutator Adafruit

Pasul 2: Imprimare 3D

Fusion 360 a fost folosit pentru a proiecta cele două elemente de cuibărire ale spirometrului. Tubul Venturi (tubul de suflare) are o varietate de modele. Pentru a utiliza ecuația Bernoulli pentru calcularea debitului trebuie să aveți o reducere a volumului debitului în tubul de măsurare. Acest principiu este utilizat într-o varietate de senzori de debit pentru toate tipurile de fluide de curgere laminare. Dimensiunile pe care le-am folosit în tubul Venturi nu provin din nicio sursă specială, dar păreau să funcționeze. Senzorul utilizează presiunea diferențială în zonele înguste și largi ale tubului pentru a calcula volumul debitului. Am vrut ca senzorul să poată cupla cu ușurință și reversibil tubul Venturi pentru o schimbare și îndepărtare rapidă, așa că am proiectat tuburile senzorului de presiune pentru a ieși din model și a se termina la baza acestuia, unde ar fi cuplate vârfurile capetelor tubului senzorului. Senzorul are o polaritate ridicată / scăzută care trebuie menținută din zonele de presiune înaltă / joasă ale tubului Venturi. Presiunea ridicată este în secțiunea dreaptă, iar presiunea scăzută este peste curba restricției - la fel ca peste o aripă de avion. Corpul spirometrului este proiectat cu atenție pentru a oferi suporturi cu șurub pentru a menține senzorul în poziție cu șuruburi M3 (20 mm). Acestea sunt plasate în inserții M3x4x5mm termorezistente. Restul designului prevede ancorarea TTGO într-un slot din partea de jos și o fereastră pentru ecran. Butonul și capacul butoanelor sunt ambele tipărite de două ori și permit accesul aruncat la cele două butoane de pe placa TTGO. Husa este ultima piesă de imprimat și este proiectată pentru a oferi acces pentru mufa de alimentare / încărcare la partea superioară a plăcii TTGO. Toate piesele sunt tipărite în PLA fără suporturi.

Pasul 3: conectați-l

Cablarea senzorului și a ESP32 nu este prea mare. Senzorul are patru cabluri și ar trebui să descărcați foaia de date pentru senzor doar pentru a vă asigura că aveți cablurile corecte: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf Puterea merge la ieșirea de 3,3 Volți a ESP32 și solul și OCS sunt ambele conectate la masă. Ieșirea analogică a senzorului este conectată la pinul 33 de pe ESP. Deoarece aceste conexiuni șerpuiesc printr-o deschidere îngustă în carcasă, nu le conectați înainte de asamblarea unității. Bateria Lipo se potrivește posterior în carcasă, așa că obțineți una care este dimensionată corespunzător pentru mAh. TTGO are un circuit de încărcare cu un mic conector JST pe spate. Conectați bateria la aceasta cu întrerupătorul de pornire / oprire care rupe linia de poziție.

Pasul 4: Asamblare

Modificarea post-imprimare 3D se face la tubul de suflare. Două secțiuni de tuburi din plastic pentru acvariu sunt montate în orificiile inferioare ale unității până la capăt și apoi sunt tăiate la nivel cu tăietori. Aceasta oferă o deschidere elastică pentru deschiderile tubului senzorului pentru a se potrivi cu ușurință. Unitatea principală necesită instalarea unor inserții de alamă cu set de căldură în cele două găuri din cadru. Găurile de montare ale senzorului trebuie mărite ușor pentru șuruburile de 3 mm (20 mm lungime) cu un burghiu de dimensiuni adecvate. Montați senzorul cu două șuruburi și terminați conexiunile electrice la placa TTGO. Conectați și montați comutatorul de pornire / oprire cu superglue. Folosiți-l pe cel de la Adafruit, deoarece carcasa este concepută pentru a o ține exact. Cele două butoane sunt montate pe carcasă cu superglue. Asigurați-vă că butoanele de pe placa TTGO se aliniază sub deschideri. Butonul este instalat urmat de carcasa butonului care este supra-lipită. Asigurați-vă că nu lipiți butonul de carcasă, acesta trebuie să se deplaseze liber în interiorul acestuia. Pentru a stabiliza secțiunea superioară TTGO, așezați mici pete de adeziv fierbinte pe fiecare umăr pentru ao menține în poziție. Bateria merge în spatele plăcii. Finalizați ansamblul prin lipirea vârfului. Ar trebui să existe acces ușor la conectorul USB-C pentru programare și încărcare a bateriei.

Pasul 5: Programare

Software-ul pentru acest instrument preia valoarea analogică a senzorului, își schimbă valoarea în volți și folosește formula din foaia de date a senzorului pentru ao converti în Pascali de presiune. Din aceasta folosește formula Bernoullis pentru a determina vol / sec și masă / sec de aer care trece prin tub. Apoi analizează acest lucru în respirații individuale și își amintește valorile din mai multe matrice de date și prezintă datele pe ecranul încorporat și, în cele din urmă, apelează serverul Blynk și le încarcă pe telefon. Datele sunt memorate numai până când respirați din nou. Utilizarea clinică a unui spirometru se face în mod obișnuit, solicitându-i pacientului să respire cât mai mare posibil și să o sufle cât mai mult și mai tare posibil. Algoritmii folosiți în mod obișnuit, pe baza înălțimii, greutății și sexului, sunt apoi descriși ca fiind normali sau anormali. Sunt prezentate, de asemenea, diferite aranjamente ale acestor date, adică FEV1 / FEVC - volumul total împărțit la volum în prima secundă. Toți parametrii sunt prezentați pe ecranul Spirometrelor, precum și un mic grafic al efortului dvs. în volum în timp. Când datele au fost încărcate pe Wifi, ecranul revine la „Blow”. Toate datele se pierd după oprirea alimentării.

Prima secțiune a codului necesită introducerea simbolului Blynk. Următoarea necesită parolă Wifi și nume de rețea. Float area_1 este suprafața în mp a tubului spirometru înainte de îngustare și Float area_2 este zona în secțiune directă la îngustare. Schimbați-le dacă doriți să reproiectați tubul. Vol și volSec sunt cele două matrice care mențin creșterea volumului în timp și viteza de mișcare a aerului. Funcția buclă începe cu calcularea ratei de respirație. Următoarea secțiune citește senzorul și calculează presiunea. Următoarea declarație if încearcă să-și dea seama dacă ați terminat cu lovitura - mai dificil decât credeți, adesea presiunea scade brusc pentru o milisecundă chiar în mijlocul loviturii. Următoarea secțiune calculează debitul masic pe baza presiunii. Dacă se detectează o respirație nouă, toate datele sunt înghețate și parametrii calculați și trimiși pe ecran, urmat de o funcție grafică și, în final, de un apel Blynk pentru a încărca datele. Dacă nu este detectată nicio conexiune Blynk, aceasta va reveni la „Blow”.

Pasul 6: Folosirea acestuia

Este acest instrument rezonabil rezonabil pentru ceea ce pretinde să facă? Am folosit un debitmetru calibrat conectat la o sursă de aer trecută printr-o cameră de aer laminară tipărită 3D atașată la Spirometru și a prezis cu exactitate în cadrul motivului fluxul de aer de la 5 litri / min la 20 litri / min. Volumul meu de repaus pe mașină este de aproximativ 500cc și foarte reproductibil. Cu orice testare clinică trebuie să țineți cont de ceea ce este rezonabil în ceea ce privește beneficiile informațiilor primite față de efort … vă puteți cântări la cel mai apropiat gram, dar cu ce beneficiu? Luând în considerare variabilitatea inerentă efortului de testare volitivă spre rezultat, aceasta poate fi adecvată pentru majoritatea situațiilor clinice. Cealaltă preocupare este că unii oameni cu o capacitate pulmonară imensă pot depăși limita superioară a senzorului. Nu am putut face acest lucru, dar este posibil, dar este puțin probabil ca acești oameni să aibă probleme pulmonare …

Primul ecran prezintă FEV1 și FEVC. Următorul ecran de date prezintă Durata suflării, raportul FEV1 / FEVC și MaxFlow în Lit / Sec. Am maximizat-o cu două ecrane care detaliază Vol în timp și Lit / sec în timp. Cadranele simulează FEV1 și FEVC, iar durata de imprimare a contoarelor și FEV1 / FEVC. Dar pentru cei care sunteți familiarizați cu Blynk știți că puteți face acest lucru în orice mod doriți din aplicația pentru telefon și puteți descărca datele pe e-mail cu o atingere.

Butoanele de pe partea laterală a instrumentului sunt rupte în cazul în care doriți să le programați pentru activarea aparatului cu respirație sau pentru a varia ieșirea ecranului sau pentru a schimba conexiunea Blynk dacă doriți să o utilizați offline. Butoanele trag pinii 0 și 35 jos așa că trebuie doar să scrieți acest lucru în program. COVID i-ar fi lăsat pe mulți cu probleme pulmonare persistente și acest dispozitiv poate fi util în acele țări în care accesul la echipamente medicale costisitoare poate fi limitat. Puteți imprima și asambla acest lucru în câteva ore și puteți imprima secțiuni contaminate de înlocuire sigură ale dispozitivului pentru nimic.

Locul doi în concursul alimentat de baterie