Monitor digitálneho manometra/zariadenia CPAP: 6 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Zobudili ste sa niekedy ráno a zistili ste, že vaša maska CPAP je vypnutá? Toto zariadenie vás upozorní, ak ste počas spánku nechtiac odstránili masku.

Terapia CPAP (kontinuálny pozitívny tlak v dýchacích cestách) je najbežnejšou formou liečby obštrukčnej spánkovej apnoe (OSA). Pre pacientov s terapiou CPAP je dôležité nosiť masku CPAP stále počas spánku, aby bola terapia účinná, a tiež aby spĺňali kritériá súladu CPAP vyžadované poisťovňami.

Mnoho ľudí má však problémy s prispôsobovaním sa spánku s maskou CPAP, vrátane problému dôsledného prebúdzania a vypnutia masky CPAP. Napriek tomu, že mnohé moderné zariadenia CPAP sú dostatočne sofistikované na to, aby odlíšili masku, ktorá je skutočne na osobe, alebo ak si ju osoba iba zapne, ale masku nenosí, nie všetky majú alarm alebo alarm dostatočne hlasný na to, aby prebudili pacienta, keď Maska CPAP je odstránená alebo dochádza k veľkému úniku vzduchu.

Tento projekt je o výrobe digitálneho manometra na monitorovanie tlaku vzduchu v potrubí CPAP. Zobrazí tlak vzduchu v potrubí CPAP v reálnom čase a zariadenie vydá zvukový alarm, keď je maska CPAP pravdepodobne vypnutá alebo počas terapie dôjde k veľkému úniku vzduchu.

Zásoby

1. Prelomová doska MPXV7002DP
2. Arduino Nano V3.0 s rozširujúcou doskou I/O
3. Sériový modul LCD 1602 16x2 s adaptérom IIC/I2C modrý alebo zelený
4. Momentálny hmatový spínač 12x12x7,3 mm s krytkou na kľúč
5. Aktívny zvukový bzučiak DC 5V
6. 2 mm ID, 4 mm OD, flexibilná silikónová gumová hadička
7. Telo senzora a puzdro s 3D tlačou
8. Prepojovacie vodiče a samorezné skrutky Dupont (M3x16mm, M1,4x6mm, 6 ks)

Krok 1: Ako to funguje

Manometer je zariadenie na meranie tlaku. Za normálnych podmienok počas terapie CPAP dochádza k významnej zmene tlaku vzduchu v potrubí CPAP v dôsledku dýchania, keď pacient vdychuje a vydychuje vzduch. Ak dôjde k veľkému úniku vzduchu alebo je maska vypnutá, kolísanie tlaku vzduchu v potrubí bude oveľa menšie. V zásade teda môžeme kontrolovať stav masky neustálym monitorovaním tlaku vzduchu v potrubí CPAP pomocou manometra.

Digitálny manometer

V tomto projekte sa integrovaný silikónový snímač tlaku MPXV7002DP používa ako prevodník na konverziu tlaku vzduchu na digitálne signály. Rozbíjacia doska MPXV7002DP je široko dostupná ako snímač rozdielu tlaku na meranie rýchlosti RC modelov a je relatívne lacná. Je to rovnaká technológia v komerčných strojoch CPAP.

MPXV7002DP je monolitický silikónový snímač tlaku určený pre široké spektrum aplikácií. Má rozsah merania tlaku vzduchu od -2 kPa do 2 kPa (približne +/- 20,4 cmH2O), ktorý pekne pokrýva typické tlakové hladiny pre liečbu rozsahu obštrukčnej spánkovej apnoe od 6 do 15 cmH2O.

MPXV7002DP je navrhnutý ako snímač diferenčného tlaku a má dva porty (P1 a P2). V tomto projekte sa MPXV7002DP používa ako snímač tlakomeru ponechaním zadného portu (P2) otvoreného pre okolitý vzduch. Týmto spôsobom sa tlak meria vzhľadom na okolitý atmosférický tlak.

MPXV7002DP bude vydávať analógové napätie od 0 do 5 V. Toto napätie je načítané analógovým kolíkom Arduino a prevedené na zodpovedajúci tlak vzduchu pomocou prenosovej funkcie poskytovanej výrobcom. Tlak sa meria v kPa, 1Pa = 0,10197162129779 mmH2O. Výsledky sa potom zobrazia na LCD obrazovke v Pa (Pascal) aj cmH2O.

Monitor zariadenia CPAP

Štúdia ukazuje, že dýchacie pohyby sú symetrické a s pribúdajúcim vekom sa výrazne nemenia. Priemerná frekvencia dýchania je 14 počas tichého dýchania u oboch pohlaví. Rytmus (pomer inšpirácie/výdychu) je 1: 1,21 u mužov a 1: 1,14 u žien počas tichého dýchania.

Surové údaje o meraní tlaku vzduchu z potrubia CPAP stúpajú a klesajú, keď ľudia dýchajú, a tiež majú veľa „hrotov“, pretože napájanie Arduino 5,0 V je dosť hlučné. Preto je potrebné údaje vyhladzovať a vyhodnocovať v priebehu času, aby sa spoľahlivo zistili zmeny tlaku zavedené vdýchnutím a výdychom.

Skica Arduino prijala niekoľko opatrení na spracovanie údajov a monitorovanie tlaku vzduchu. Stručne povedané, skica Arduino používa knižnicu bežiacich priemerov od Roba Tillaarta na prvé vypočítanie kĺzavého priemeru meraní tlaku vzduchu v reálnom čase na vyhladenie dátových bodov a potom každých pár sekúnd vypočíta minimálny a maximálny pozorovaný tlak vzduchu. na zistenie, či bola maska odpojená, kontrolou rozdielov medzi špičkovými a dolnými úrovňami tlaku vzduchu. Ak sa teda prichádzajúce dátové vedenie zmenší, je pravdepodobné, že dôjde k veľkému úniku vzduchu alebo k odpojeniu masky, zaznie zvukový alarm, ktorý prebudí pacienta a vykoná potrebné úpravy. Vizualizáciu tohto algoritmu nájdete v údajových diagramoch.

Krok 2: Diely a schémy

Všetky diely sú k dispozícii na Amazon.com a kusovník s odkazmi je uvedený vyššie.

Telo senzora a puzdro, ktoré pozostáva zo skrinky zariadenia a zadného panelu, je navyše potrebné 3D vytlačiť pomocou nižšie uvedených súborov STL. Na dosiahnutie najlepších výsledkov by malo byť telo snímača vytlačené vo zvislej polohe s podporou.

Schéma slúži ako referencia.

Krok 3: Zostavenie a počiatočné testovanie

Najprv pripravte všetky diely na konečnú montáž. V prípade potreby spájkujte kolíky s doskou Nano a potom nainštalujte dosku Nano do rozširujúcej dosky I/O. Potom prepojte alebo spájkujte prepojovacie vodiče k tlačidlovému spínaču a bzučiaku. Namiesto prepojovacích káblov som použil niekoľko zvyšných servo konektorov. Pri MPXV7002DP môžete buď použiť drôt dodávaný s oddeľovacou doskou bez spájkovania, alebo spájkovať drôt s prerušovacou doskou, ako je znázornené na obrázku. Odrežte tiež asi 30 mm silikónovú gumovú hadičku a pripevnite ju k hornému portu (P1) na MPXV7002DP.

Akonáhle sú diely pripravené, konečná montáž je veľmi jednoduchá vďaka použitiu rozširujúcej dosky I/O a sériového I2C LCD.

Krok 1: Nainštalujte oddeľovaciu dosku MPXV7002DP do tela 3D tlačeného senzora. Vložte otvorený koniec silikónovej trubice do otvoru na meranie a potom dosku zaistite 2 malými skrutkami. Pripojte snímač k kolíku S na porte A0 na rozširujúcej doske.

• Analógový A0
• VCC V
• GND -> G

Krok 2: Pripojte displej LCD k pinom S rozširovacej dosky Nano na porte A4 a A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

Krok 3: Pripojte bzučiak a prepínač k portom rozširujúcej dosky D5 a D6

• Prepnite: na port 5 medzi S a G
• Bzučiak: do portu 6, kladný do S a zem do G.

Krok 4: Konečná montáž

Telo senzora pripevnite k zadnej doske pomocou 4 skrutiek M3, potom nainštalujte obrazovku LCD a rozširujúcu dosku Nano a zaistite ich malými skrutkami. Zatlačte gombíkový spínač a bzučiak do puzdra a zaistite ich horúcim lepidlom.

Krok 5: Programovanie

1. Pridajte knižnice do svojho Arduino IDE. Knižnice nájdete na: LiquidCrystal-I2C a RunningAverage.
2. Pripojte svoje Arduino k počítaču a nainštalujte si skicu Arduino.

To je všetko. Teraz napájajte jednotku buď USB, alebo napájajte 9-12 V napájaním DC portu na rozširujúcej doske (odporúča sa). Ak je podsvietenie LCD displeja zapnuté, ale sutina je prázdna alebo sú písmená zle čitateľné, upravte kontrast obrazovky otáčaním modrého potenciometra na zadnej strane modulu LCD I2C.

Nakoniec pripevnite zadnú dosku k prednému puzdru pomocou 4 skrutiek M3.

Krok 4: Jednoduché nastavenie testu manometra

Bol som zvedavý na presnosť tohto digitálneho manometra a postavil som jednoduchý testovací stojan na porovnanie odčítanej hodnoty z merača s klasickým vodným manometrom. S elektrickým vzduchovým čerpadlom ovládaným regulátorom otáčok motora som bol schopný generovať premenlivý tlak vzduchu a merať súčasne digitálnymi aj vodnými manometrami zapojenými do série. Merania tlaku sú pri rôznych úrovniach tlaku vzduchu veľmi blízke.

Krok 5: Uskutočnite akciu

Používanie tohto zariadenia je veľmi jednoduché. Najprv pripojte zariadenie inline medzi stroj CPAP a masku pomocou štandardnej 15 mm rúrky CPAP. Pripojte jednu stranu monitora k zariadeniu CPAP a potom druhú stranu monitora k maske, aby mohol prechádzať vzduch.

Kalibrácia pri zapnutí

Senzor MPXV7002DP je potrebné pri každom zapnutí kalibrovať na nulový tlak voči atmosférickému tlaku, aby sa zaistila jeho presnosť. Pri zapínaní skontrolujte, či je zariadenie CPAP vypnuté a či v hadičke nie je žiadny ďalší tlak vzduchu. Po dokončení kalibrácie glukomer zobrazí hodnotu offsetu a správu o pripravenosti zariadenia.

Merač pracuje v režime manometra alebo v režime alarmu CPAP stlačením tlačidla. Stojí za zmienku, že podsvietenie LCD je riadené podľa prevádzkového režimu a hodnoty senzora, aby merač počas spánku menej rušil.

Režim manometra

Toto je pohotovostný režim a v pravom dolnom rohu obrazovky sa zobrazí znak „-“. V tomto režime je funkcia alarmu deaktivovaná. Na obrazovke sa v reálnom čase zobrazí tlak vzduchu v Pascale (P) a cmH20 (H) v prvom rade a minimálny a maximálny tlak, ako aj rozdiel medzi min. a Max. pozorované za posledné 3 sekundy v druhom rade. V tomto režime bude podsvietenie LCD nepretržite svietiť, ale vypne sa, ak bol nulový relatívny tlak vzduchu meraný nepretržite viac ako 10 sekúnd.

Režim alarmu CPAP

Toto je režim budíka a v pravom dolnom rohu obrazovky sa zobrazí znak „*“. V tomto režime bude merač kontrolovať rozdiely medzi špičkovými a dolnými úrovňami tlaku vzduchu. Podsvietenie LCD displeja vyprší za 10 sekúnd a zostane vypnuté, pokiaľ nie je zistený žiadny nízky tlak. Podsvietenie sa znova zapne, ak bol zistený rozdiel menší ako 100 Pascal. A bzučiak zaznie zvukový alarm so správou „Skontrolovať masku“, ktorá sa zobrazí na obrazovke, ak je rozdiel v nameraných úrovniach tlaku vzduchu trvale nízky viac ako 10 sekúnd. Akonáhle pacient znova nastaví masku a rozdiel tlaku sa vráti nad 100 Pascal, potom sa alarm aj podsvietenie opäť vypne.

Krok 6: Vylúčenie zodpovednosti

Toto zariadenie nie je zdravotníckou pomôckou ani príslušenstvom k zdravotníckej pomôcke. Meranie by sa nemalo používať na diagnostické alebo terapeutické účely.

Druhé miesto v súťaži senzorov