Manometru digital / Monitor de mașină CPAP: 6 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Te-ai trezit vreodată dimineața că ai găsit masca CPAP dezactivată? Acest dispozitiv vă va alarma dacă ați scos neintenționat masca în timpul somnului.

Terapia CPAP (Continuous Positive Airway Pressure) este cea mai comună formă de tratament pentru apneea obstructivă în somn (OSA). Pentru pacienții cu terapie CPAP, este important să purtați masca CPAP tot timpul în timpul somnului, pentru ca terapia să fie eficientă și, de asemenea, pentru a îndeplini criteriile de conformitate CPAP cerute de companiile de asigurări.

Cu toate acestea, mulți oameni au probleme atunci când se adaptează la culcare cu o mască CPAP, inclusiv problema trezirii constante pentru a-și găsi masca CPAP oprită. Deși multe dispozitive CPAP moderne sunt suficient de sofisticate pentru a diferenția masca care se află pe persoană sau dacă persoana doar o pornește, dar nu poartă masca, nu toate au alarmă sau alarmă suficient de puternică pentru a trezi pacientul atunci când Masca CPAP este îndepărtată sau există o scurgere mare de aer.

Acest proiect este despre realizarea unui manometru digital pentru a monitoriza presiunea aerului în interiorul conductelor CPAP. Acesta va afișa presiunea aerului în timp real în interiorul conductelor CPAP și dispozitivul va emite o alarmă sonoră atunci când masca CPAP este probabil oprită sau prezintă scurgeri mari de aer în timpul terapiei.

Provizii

1. Placă de ieșire MPXV7002DP
2. Arduino Nano V3.0 cu placa de expansiune I / O
3. Modul LCD serial 1602 16x2 cu adaptor IIC / I2C albastru sau verde
4. 12x12x7.3mm Comutator momentan cu buton tactil tactil cu capac
5. Sunet activ DC 5V
6. 2mm ID, 4mm OD, tub flexibil din cauciuc siliconic
7. Corpul senzorului imprimat 3D și carcasa
8. Firuri jumper Dupont și șuruburi autofiletante (M3x16mm, M1.4x6mm, 6 fiecare)

Pasul 1: Cum funcționează

Un manometru este un dispozitiv pentru măsurarea presiunilor. În starea normală din timpul terapiei CPAP, există o schimbare semnificativă a presiunii aerului în interiorul conductelor CPAP din cauza respirației, pe măsură ce pacientul inspiră și expiră aerul. Dacă există o scurgere mare de aer sau masca este oprită, fluctuația presiunii aerului în conducte va deveni mult mai mică. Deci, în esență, putem verifica starea măștii monitorizând constant presiunea aerului în interiorul conductei CPAP cu un manometru.

Manometru digital

În acest proiect, senzorul de presiune integrat din siliciu MPXV7002DP este utilizat ca traductor pentru a converti presiunea aerului în semnale digitale. Placa de rupere MPXV7002DP este disponibilă pe scară largă ca senzor diferențial de presiune pentru a măsura viteza de aer a modelelor RC și este relativ ieftină. Aceasta este aceeași tehnologie în cadrul mașinilor CPAP comerciale.

MPXV7002DP este un senzor de presiune monolitic din siliciu proiectat pentru o gamă largă de aplicații. Are un domeniu de măsurare a presiunii aerului de la -2 kPa la 2 kPa (aproximativ +/- 20,4 cmH2O), care acoperă frumos nivelurile tipice de presiune pentru tratarea apneei obstructive de somn cuprinse între 6 și 15 cmH2O.

MPXV7002DP este proiectat ca senzor de presiune diferențială și are două porturi (P1 și P2). În acest proiect, MPXV7002DP este utilizat ca senzor de presiune manometru, lăsând orificiul din spate (P2) deschis spre aerul ambiant. În acest fel, presiunea este măsurată în raport cu presiunea atmosferică ambiantă.

MPXV7002DP va emite o tensiune analogică de la 0-5V. Această tensiune este citită de pinul analogic Arduino și acoperită la presiunea aerului corespunzătoare utilizând funcția de transfer furnizată de producător. Presiunea se măsoară în kPa, 1Pa = 0,10197162129779 mmH2O. Rezultatele sunt apoi afișate pe ecranul LCD atât în Pa (Pascal), cât și în cmH2O.

Monitorul mașinii CPAP

Studiul arată că mișcările de respirație sunt simetrice și nu s-au schimbat semnificativ odată cu creșterea vârstei. Rata respiratorie medie este de 14 în timpul respirației liniștite pentru ambele sexe. Ritmul (raportul inspirație / expirație) este 1: 1,21 pentru bărbați și 1: 1,14 pentru femei în timpul respirației liniștite.

Datele brute ale măsurătorilor de presiune a aerului din conductele CPAP cresc în sus și în jos pe măsură ce oamenii respiră și au, de asemenea, multe „vârfuri”, deoarece alimentarea cu Arduino 5.0V este destul de zgomotoasă. Prin urmare, datele trebuie să fie netezite și evaluate în timp pentru a detecta în mod fiabil modificările de presiune introduse prin inhalare și expirație.

Mai multe măsuri sunt luate de schița Arduino pentru a procesa datele și a monitoriza presiunea aerului. Pe scurt, schița Arduino folosește biblioteca medie de funcționare de Rob Tillaart pentru a calcula mai întâi media mobilă a măsurătorilor presiunii aerului în timp real pentru a netezi punctele de date, apoi pentru a calcula presiunea minimă și maximă a aerului observată la fiecare câteva secunde. pentru a determina dacă masca a fost deconectată prin verificarea diferențelor dintre nivelurile de vârf și cele de presiune ale aerului. Deci, dacă linia de date de intrare devine plată, atunci este probabil că există o scurgere mare de aer sau masca a fost deconectată, va suna o alarmă sonoră pentru a trezi pacientul pentru a face ajustările necesare. Vedeți graficele de date pentru vizualizarea acestui algoritm.

Pasul 2: Piese și scheme

Toate piesele sunt disponibile de pe Amazon.com și BOM cu link-uri sunt furnizate mai sus.

În plus, corpul senzorului și carcasa care constă din cutia dispozitivului și panoul din spate trebuie să fie imprimate 3D folosind fișierele STL de mai jos. Corpul senzorului trebuie să fie tipărit în poziție verticală cu suport pentru a obține cele mai bune rezultate.

O schemă este furnizată pentru referință.

Pasul 3: Construire și testare inițială

Pregătiți mai întâi toate piesele pentru asamblarea finală. Lipiți pinii pe placa Nano dacă este necesar, apoi instalați placa Nano pe placa de expansiune I / O. Apoi, atașați sau lipiți firele jumperului la butonul de comutare și la buzzer. Am folosit niște conectori servo rămași în loc de fire jumper. Pentru MPXV7002DP, puteți utiliza firul care vine cu placa de rupere fără lipire sau lipiți firul pe placa de rupere, așa cum se arată în imagine. De asemenea, tăiați aproximativ 30 mm tubulatură din cauciuc siliconic și atașați-l la portul superior (P1) de pe MPXV7002DP.

Odată ce piesele sunt pregătite, asamblarea finală este foarte simplă datorită utilizării plăcii de expansiune I / O și a LCD-ului serial I2C.

Pasul 1: Instalați placa de separare MPXV7002DP pe corpul senzorului imprimat 3D. Introduceți capătul deschis al tubului de siliciu la orificiul de măsurare, apoi fixați placa cu 2 șuruburi mici. Conectați senzorul la pinul S de la portul A0 de pe placa de expansiune.

• Analog A0
• VCC V
• GND -> G

Pasul 2: Conectați ecranul LCD la pinii S de la placa de expansiune Nano de la porturile A4 și A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

Pasul 3: Conectați buzzerul și comutați la portul de expansiune D5 și D6

• Comutați: la portul 5 între S și G
• Buzzer: la portul 6, pozitivul la S și solul la G

Pasul 4: Asamblarea finală

Fixați corpul senzorului pe placa din spate cu 4 șuruburi M3, apoi instalați ecranul LCD și placa de expansiune Nano și fixați-le cu șuruburi mici. Împingeți butonul și butonul sonor în carcasă și fixați-le cu adeziv fierbinte.

Pasul 5: Programare

1. Adăugați bibliotecile la ID-ul dvs. Arduino. Bibliotecile pot fi găsite la: LiquidCrystal-I2C și RunningAverage.
2. Conectați-vă Arduino la computer și instalați schița Arduino.

Asta e. Acum porniți unitatea fie prin USB, fie aplicați alimentare de 9-12V la portul DC de pe placa de expansiune (recomandat). Dacă lumina de fundal a afișajului LCD este aprinsă, dar șablonul este gol sau literele sunt greu de citit, reglați contrastul ecranului rotind potențiometrul albastru din spatele modulului LCD I2C.

În cele din urmă atașați placa din spate la carcasa frontală cu 4 șuruburi M3.

Pasul 4: Configurare simplă a testului manometrului

Am fost curios cu privire la acuratețea acestui manometru digital și am construit un stand de test simplu pentru a compara citirea contorului cu un manometru clasic de apă. Cu o pompă electrică de aer controlată de un regulator de viteză al motorului, am putut genera presiune variabilă a aerului și am luat măsurătorile simultan atât prin manometre digitale, cât și cu apă conectate în serie. Măsurătorile de presiune sunt destul de apropiate la diferite niveluri de presiune aeriană.

Pasul 5: Pune-l în acțiune

Utilizarea acestui dispozitiv este destul de simplă. Mai întâi conectați dispozitivul în linie între mașina CPAP și mască utilizați țeavă CPAP standard de 15 mm. Conectați o parte a monitorului la mașina CPAP, apoi cealaltă parte a monitorului la mască, astfel încât aerul să poată trece.

Calibrare la pornire

Senzorul MPXV7002DP trebuie calibrat la presiune zero împotriva presiunii atmosferice ambiante de fiecare dată când este pornit pentru a asigura precizia acestuia. Asigurați-vă că aparatul CPAP este oprit și că nu există presiune suplimentară de aer în interiorul tubului la pornire. Odată ce calibrarea este terminată, contorul va afișa valoarea offsetului și un mesaj pregătit de dispozitiv.

Contorul funcționează fie în modul Manometru, fie în modul Alarmă CPAP prin simpla apăsare a butonului. Este demn de remarcat faptul că lumina de fundal LCD este gestionată în funcție de modul de funcționare și valoarea senzorului pentru a face contorul mai puțin distractiv în timpul somnului.

Mod Manometru

Acesta este modul de așteptare și un semn „-” va fi afișat în colțul din dreapta jos al ecranului. Funcția de alarmă este dezactivată în acest mod. Ecranul va arăta presiunea aerului în timp real atât în Pascal (P) cât și în cmH20 (H) pe primul rând, și presiunea minimă și maximă, precum și diferența dintre min. și Max. observat în ultimele 3 secunde la al doilea rând. În acest mod, lumina de fundal LCD va fi aprinsă constant, dar se va expira dacă presiunea relativă zero a aerului a fost măsurată continuu timp de peste 10 secunde.

Mod de alarmă CPAP

Acesta este modul de alarmă și un semn „*” va fi afișat în colțul din dreapta jos al ecranului. În acest mod, contorul va verifica diferențele dintre nivelurile de vârf și cele minime ale presiunii aerului. Lumina de fundal LCD se va expira în 10 secunde și rămâne stinsă atâta timp cât nu a fost detectată o diferență de presiune scăzută. Lumina din spate se va aprinde din nou dacă a fost detectată o diferență mai mică de 100 Pascal. Și buzzer-ul va emite o alarmă sonoră cu un mesaj „Check Mask” afișat pe ecran dacă diferența dintre nivelurile de presiune a aerului măsurate a fost persistent scăzută timp de mai mult de 10 secunde. Odată ce pacientul reajustează masca și diferența de presiune revine peste 100 Pascal, atunci alarma și lumina din spate vor fi oprite din nou.

Pasul 6: Declinarea responsabilității

Acest dispozitiv nu este un dispozitiv medical și nici un accesoriu pentru dispozitivul medical. Măsurarea nu trebuie utilizată în scopuri diagnostice sau terapeutice.

Locul doi în concursul de senzori