Digital Manometer/CPAP -maskinmonitor: 6 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Har du noen gang våknet om morgenen og funnet ut at CPAP -masken din er slått av? Denne enheten vil varsle deg hvis du har utilsiktet fjernet masken under søvn.

CPAP (Continuous Positive Airway Pressure) terapi er den vanligste behandlingsformen for obstruktiv søvnapné (OSA). For pasientene med CPAP -terapi er det viktig å bruke CPAP -masken hele tiden mens du sover for at behandlingen skal virke, og for å oppfylle CPAP -samsvarskriteriene som kreves av forsikringsselskapene.

Imidlertid har mange mennesker problemer med å justere seg til å sove med en CPAP -maske, inkludert problemet med å våkne konsekvent for å finne CPAP -masken av. Selv om mange moderne CPAP -enheter er sofistikerte nok til å skille masken som faktisk er på personen, eller hvis personen bare slår den på, men ikke bruker masken, er det ikke alle som har alarm eller alarm som er høyt nok til å vekke pasienten når pasienten CPAP -masken fjernes, eller det er en stor luftlekkasje.

Dette prosjektet handler om å lage et digitalt manometer for å overvåke lufttrykket inne i CPAP -rørene. Det vil vise sanntidstrykket inne i CPAP -rørene, og enheten vil gi en hørbar alarm når CPAP -masken sannsynligvis er av eller det viser stor luftlekkasje under behandlingen.

Rekvisita

1. MPXV7002DP breakout board
2. Arduino Nano V3.0 med I/O -utvidelseskort
3. Seriell LCD 1602 16x2 modul med IIC/I2C adapter blå eller grønn
4. 12x12x7.3mm Momentary Tactile Trykknappbryter med nøkkelhett
5. DC 5V Active Sound Buzzer
6. 2 mm ID, 4 mm OD, fleksibel silikongummislange
7. 3D -trykt sensorkropp og etui
8. Dupont-jumperkabler og selvskærende skruer (M3x16mm, M1.4x6mm, 6 hver)

Trinn 1: Slik fungerer det

Et manometer er en enhet for å måle trykk. I normal tilstand under CPAP -behandlingen er det en betydelig endring i lufttrykket inne i CPAP -rørledningen på grunn av pusten når pasienten inhalerer og puster ut luften. Hvis det er en stor luftlekkasje eller masken er av, vil svingningene i lufttrykket i rørene bli mye mindre. Så i hovedsak kan vi sjekke maskestatusen ved å konstant overvåke lufttrykket inne i CPAP -rørledningen med et manometer.

Digitalt manometer

I dette prosjektet brukes MPXV7002DP Integrated Silicon Pressure Sensor som en transduser for å konvertere lufttrykket til digitale signaler. MPXV7002DP breakout board er allment tilgjengelig som en trykkdifferensialsensor for å måle lufthastigheten til RC -modeller og er relativt billig. Dette er den samme teknologien inne i kommersielle CPAP -maskiner.

MPXV7002DP er en monolitisk silisiumtrykksensor designet for et bredt spekter av applikasjoner. Den har et måleområde for lufttrykk fra -2 kPa til 2 kPa (omtrent +/- 20,4 cmH2O), som dekker de typiske trykknivåene for behandling av obstruktiv søvnapné fra 6 til 15 cmH2O.

MPXV7002DP er designet som differensialtrykksensor og har to porter (P1 og P2). I dette prosjektet brukes MPXV7002DP som en måttetrykssensor ved å la baksideporten (P2) stå åpen for omgivelsesluften. På denne måten måles trykket i forhold til atmosfæretrykket i omgivelsene.

MPXV7002DP sender ut en analog spenning fra 0-5V. Denne spenningen leses av den analoge Arduino -pinnen og kobles til tilsvarende lufttrykk ved å bruke overføringsfunksjonen fra produsenten. Trykket måles i kPa, 1Pa = 0,10197162129779 mmH2O. Resultatene vises deretter på LCD -skjermen i både Pa (Pascal) og cmH2O.

CPAP -maskinmonitor

Studier viser at pustebevegelser er symmetriske og ikke endret seg vesentlig med økende alder. Gjennomsnittlig respirasjonsfrekvens er 14 ved stille pust for begge kjønn. Rytmen (inspirasjon/utløpsforhold) er 1: 1,21 for menn og 1: 1,14 for kvinner under stille pust.

Rådataene for lufttrykkmålinger fra CPAP -rørene går opp og ned når folk puster og har også mange "pigger" siden Arduino 5.0V -forsyningen er ganske bråkete. Derfor må dataene utjevnes og evalueres over tid for pålitelig å oppdage trykkendringene som innføres ved innånding og utpust.

Flere tiltak er tatt av Arduino -skissen for å behandle dataene og overvåke lufttrykket. I et nøtteskall bruker Arduino-skissen det løpende gjennomsnittlige biblioteket av Rob Tillaart for først å beregne det glidende gjennomsnittet av lufttrykkmålingene i sanntid for å jevne ut datapunktene, deretter beregne minimum og maksimum observert lufttrykk hvert få sekund for å avgjøre om masken er koblet fra ved å kontrollere forskjellene mellom topp- og lavtrykksnivået. Så hvis den innkommende datalinjen blir flat, er det sannsynlig at det er en stor luftlekkasje eller at masken er koblet fra, en lydalarm vil lyde for å vekke pasienten for å gjøre nødvendige justeringer. Se dataplotene for visualisering av denne algoritmen.

Trinn 2: Deler og skjemaer

Alle delene er tilgjengelige fra Amazon.com og styklisten med lenker er gitt ovenfor.

I tillegg må sensorhuset og saken som består av enhetsboks og bakpanel 3D -skrives ut med STL -filene nedenfor. Sensorkroppen skal skrives ut i vertikal posisjon med støtte for å få best resultat.

En skjematisk er gitt som referanse.

Trinn 3: Bygg og innledende testing

Forbered først alle delene for sluttmontering. Lodd pinnene til Nano -kortet om nødvendig, og installer Nano -kortet på I/O -utvidelseskortet. Fest deretter eller lodd jumperledningene til knappbryteren og summeren. Jeg brukte noen gjenværende servokontakter i stedet for jumperkabler. For MPXV7002DP kan du enten bruke ledningen som følger med utbruddskortet uten lodding eller lodde ledningen til utbruddskortet som vist på bildet. Kutt også omtrent 30 mm silikongummislange og fest den til oversiden av porten (P1) på MPXV7002DP.

Når delene er forberedt, er den siste monteringen veldig enkel på grunn av bruk av I/O -utvidelseskortet og det serielle I2C LCD -displayet.

Trinn 1: Installer MPXV7002DP breakout -kortet i det 3D -trykte sensorhuset. Inert den åpne enden av silisiumrøret til målehullet, og fest deretter brettet med 2 små skruer. Koble sensoren til S -pinnen ved port A0 på ekspansjonskortet.

• Analog A0
• VCC V
• GND -> G

Trinn 2: Koble LCD -skjermen til Nano -ekspansjonskortets S -pinner ved port A4 og A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

Trinn 3: Koble summeren og bryteren til ekspansjonskortporten D5 og D6

• Bytt: til port 5 mellom S og G
• Summer: til port 6, den positive til S og bakken til G

Trinn 4: Sluttmontering

Fest sensorhuset til bakplaten med 4 M3 -skruer, installer deretter LCD -skjermen og Nano -ekspansjonskortet og fest dem med små skruer. Skyv knappbryteren og summeren inn i etuiet og fest dem med varmt lim.

Trinn 5: Programmering

1. Legg til bibliotekene i Arduino IDE. Bibliotekene finner du på: LiquidCrystal-I2C og RunningAverage.
2. Koble Arduino til datamaskinen og installer Arduino -skissen.

Det er det. Slå nå på enheten med enten USB eller koble 9-12V strøm til DC-porten på ekspansjonskortet (anbefalt). Hvis bakgrunnslyset på LCD-skjermen er på, men skjermen er tom eller bokstavene er vanskelige å lese, kan du justere skjermkontrasten ved å dreie det blå potensiometeret på baksiden av LCD I2C-modulen.

Fest til slutt bakplaten til fronthuset med 4 M3 -skruer.

Trinn 4: Enkel oppsett av manometertest

Jeg var nysgjerrig på nøyaktigheten til dette digitale manometeret og bygde et enkelt teststativ for å sammenligne måleravlesningen med et klassisk vannmanometer. Med en elektrisk luftpumpe kontrollert av en motorhastighetsregulator, var jeg i stand til å generere variabelt lufttrykk og tok målingene samtidig av både digitale og vannmanometre koblet i serie. Trykkmålingene er ganske tette på forskjellige. Lufttrykknivåer.

Trinn 5: Sett det i gang

Bruken av denne enheten er ganske enkel. Koble først enheten inline mellom CPAP -maskinen og masken, bruk standard 15 mm CPAP -rør. Koble den ene siden av skjermen til CPAP -maskinen og deretter den andre siden av skjermen til masken slik at luften kan passere gjennom.

Kalibrering ved oppstart

MPXV7002DP-sensoren må kalibreres til null trykk mot atmosfæretrykk i omgivelsene hver gang den slås på for å sikre nøyaktigheten. Sørg for at CPAP -maskinen er slått av og at det ikke er noe ekstra lufttrykk inne i slangen når den slås på. Når kalibreringen er fullført, viser måleren forskyvningsverdien og en melding klar for enheten.

Måleren fungerer i enten Manometer -modus eller CPAP -alarmmodus ved å trykke på knappen. Det er verdt å merke seg at LCD -bakgrunnslyset administreres i henhold til driftsmodus og sensorverdi for å gjøre måleren mindre distraherende under søvn.

Manometer -modus

Dette er ventemodus og et "-"-tegn vil vises nederst til høyre på skjermen. Alarmfunksjonen er deaktivert i denne modusen. Skjermen viser sanntids lufttrykk i både Pascal (P) og cmH20 (H) på første rad, og minimums- og maksimumstrykket samt forskjellen mellom min. og Max. observert de siste 3 sekundene på andre rad. I denne modusen vil LCD-bakgrunnslyset være konstant på, men tidsavbrudd hvis null relativ lufttrykk er målt kontinuerlig i over 10 sekunder.

CPAP alarmmodus

Dette er alarmmodus, og et "*" -tegn vil vises nederst til høyre på skjermen. I denne modusen vil måleren sjekke forskjellene mellom topp- og lavtrykksnivået. LCD -bakgrunnslyset vil gå ut om 10 sekunder og forbli slukket så lenge det ikke er oppdaget noen lavtrykksforskjell. Baklyset tennes igjen hvis det er oppdaget en forskjell på mindre enn 100 Pascal. Og summeren vil høres en alarm med en "Check Mask" -melding som vises på skjermen hvis forskjellen i målte lufttrykknivåer har vært vedvarende lav i mer enn 10 sekunder. Når pasienten justerer masken på nytt og trykkforskjellen kommer tilbake over 100 Pascal, slås både alarmen og bakgrunnslyset av igjen.

Trinn 6: Ansvarsfraskrivelse

Denne enheten er ikke et medisinsk utstyr eller tilbehør til det medisinske utstyret. Målingen skal ikke brukes til diagnostiske eller terapeutiske formål.

Andreplass i sensorkonkurransen