Digitalni manometer/CPAP strojni monitor: 6 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Ste se kdaj zjutraj zbudili in ugotovili, da je maska CPAP izključena? Ta naprava vas bo opozorila, če ste med spanjem nenamerno odstranili masko.

CPAP (kontinuirani pozitivni tlak v dihalnih poteh) je najpogostejša oblika zdravljenja obstruktivne apneje v spanju (OSA). Za bolnike s CPAP terapijo je pomembno, da masko CPAP nosimo ves čas spanja, da je terapija učinkovita, in tudi, da izpolnjujejo merila skladnosti CPAP, ki jih zahtevajo zavarovalnice.

Vendar pa ima veliko ljudi težave pri prilagajanju spanju z masko CPAP, vključno s težavo, da se neprestano prebujajo, da bi našli svojo masko CPAP. Čeprav so številne sodobne naprave CPAP dovolj sofisticirane, da razlikujejo dejansko masko na osebi ali če jo oseba samo vklopi, vendar maske ne nosi, nimajo vse alarma ali alarma dovolj glasno, da bi zbudile pacienta, ko CPAP maska je odstranjena ali pride do velikega puščanja zraka.

Pri tem projektu gre za izdelavo digitalnega manometra za spremljanje zračnega tlaka v cevovodih CPAP. Prikazal bo zračni tlak v realnem času v cevovodu CPAP, naprava pa bo oddala zvočni alarm, ko bo maska CPAP verjetno izklopljena ali če bo med zdravljenjem prišlo do velikega puščanja zraka.

Zaloge

1. Odklopna plošča MPXV7002DP
2. Arduino Nano V3.0 z V/I razširitveno ploščo
3. Serijski modul LCD 1602 16x2 z adapterjem IIC/I2C modre ali zelene barve
4. 12x12x7,3 mm Hitro stikalo na dotik z gumbom
5. DC 5V aktivni zvočni signal
6. 2 mm ID, 4 mm OD, prilagodljive silikonske gumijaste cevi
7. 3D -tiskano ohišje senzorja in ohišje
8. Dupont žice in samorezni vijaki (M3x16mm, M1.4x6mm, po 6)

1. korak: Kako deluje

Manometer je naprava za merjenje tlaka. V normalnem stanju med zdravljenjem s CPAP se zaradi dihanja, ko bolnik vdihuje in izdihuje zrak, bistveno spremeni zračni tlak v ceveh CPAP. Če pride do velikega puščanja zraka ali če je maska izključena, se bo nihanje zračnega tlaka v cevovodih znatno zmanjšalo. V bistvu lahko stanje maske preverimo tako, da z manometrom nenehno spremljamo zračni tlak v cevovodih CPAP.

Digitalni manometer

V tem projektu se MPXV7002DP integriran silicijev tlačni senzor uporablja kot pretvornik za pretvorbo zračnega tlaka v digitalne signale. Odklopna plošča MPXV7002DP je široko dostopna kot senzor za razliko tlaka za merjenje hitrosti zraka pri modelih RC in je relativno poceni. To je ista tehnologija v komercialnih strojih CPAP.

MPXV7002DP je monolitni silicijev senzor tlaka, zasnovan za široko paleto aplikacij. Ima merilno območje zračnega tlaka od -2 kPa do 2 kPa (približno +/- 20,4 cmH2O), ki lepo pokriva tipične ravni tlaka za zdravljenje obstruktivne apneje v spanju od 6 do 15 cmH2O.

MPXV7002DP je zasnovan kot senzor diferenčnega tlaka in ima dva vhoda (P1 in P2). V tem projektu se MPXV7002DP uporablja kot senzor manometra, tako da zadnja vrata (P2) ostanejo odprta za zunanji zrak. Na ta način se tlak meri glede na atmosferski tlak v okolici.

MPXV7002DP bo oddajal analogno napetost od 0-5V. To napetost odčita analogni zatič Arduino in prikrije ustrezen zračni tlak s funkcijo prenosa, ki jo zagotovi proizvajalec. Tlak se meri v kPa, 1Pa = 0,10197162129779 mmH2O. Rezultati so nato prikazani na LCD zaslonu v Pa (Pascal) in cmH2O.

Strojni monitor CPAP

Študija kaže, da so dihalni gibi simetrični in se s starostjo niso bistveno spremenili. Povprečna stopnja dihanja pri obeh spolih je 14 pri tihem dihanju. Ritem (razmerje navdiha/izdiha) je pri tihem dihanju 1: 1,21 za moške in 1: 1,14 za ženske.

Neobdelani podatki meritev zračnega tlaka iz cevovodov CPAP gredo navzgor in navzdol, ko ljudje dihajo, poleg tega pa ima tudi veliko 'trnov', saj je napajanje Arduino 5.0V precej hrupno. Zato je treba podatke sčasoma zgladiti in ovrednotiti, da bi zanesljivo zaznali spremembe tlaka, ki jih povzroča vdihavanje in izdihavanje.

Arduino skica sprejme več ukrepov za obdelavo podatkov in spremljanje zračnega tlaka. Na kratko, skica Arduino uporablja knjižnico tekočega povprečja Roba Tillaarta za prvo izračunavanje drsečega povprečja meritev zračnega tlaka v realnem času, da izravna podatke, nato pa vsakih nekaj sekund izračuna najmanjši in največji opazovani zračni tlak ugotoviti, ali je bila maska odklopljena, s preverjanjem razlik med najvišjo in najnižjo stopnjo zračnega tlaka. Če torej dohodna podatkovna linija postane ravna, potem je verjetno, da prihaja do velikega puščanja zraka ali da je maska odklopljena, se bo oglasil zvočni alarm, ki zbudi pacienta, da izvede potrebne prilagoditve. Za vizualizacijo tega algoritma si oglejte podatkovne ploskve.

2. korak: Deli in sheme

Vsi deli so na voljo na spletnem mestu Amazon.com, BOM s povezavami pa zgoraj.

Poleg tega je treba telo senzorja in ohišje, ki ga sestavljata škatla naprave in zadnja plošča, 3D natisniti z uporabo spodnjih datotek STL. Telo senzorja je treba za najboljše rezultate natisniti v navpičnem položaju s podporo.

Za referenco je na voljo shema.

3. korak: Izdelava in začetno testiranje

Najprej pripravite vse dele za končno montažo. Zataknite zatiče na ploščo Nano, nato pa ploščo Nano namestite na razširitveno ploščo V/I. Nato priključite ali spajkajte mostične žice na stikalo gumbov in zvočni signal. Namesto mostičnih žic sem uporabil nekaj preostalih servo priključkov. Za MPXV7002DP lahko uporabite žico, ki je priložena odklopni plošči, brez spajkanja ali spajkate žico na odklopno ploščo, kot je prikazano na sliki. Odrežite tudi približno 30 mm silikonske gumijaste cevi in jih pritrdite na zgornja vrata (P1) na MPXV7002DP.

Ko so deli pripravljeni, je končna montaža zelo preprosta zaradi uporabe V/I razširitvene plošče in serijskega I2C LCD.

Korak: Namestite odklopno ploščo MPXV7002DP na ohišje senzorja, natisnjenega s 3D. Odprti konec silikonske cevi vstavite v merilno luknjo, nato ploščo pritrdite z 2 majhnima vijakoma. Senzor priključite na pin S na vratih A0 na razširitveni plošči.

• Analog A0
• VCC V
• GND -> G

2. korak: LCD priključite na nožice S razširitvene plošče Nano na vratih A4 in A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

3. korak: Priključite zvočni signal in stikalo na vrata za razširitveno ploščo D5 in D6

• Stikalo: na vrata 5 med S in G
• Zvočni signal: na priključek 6, pozitiven na S in tla na G

4. korak: Končna montaža

Telo senzorja pritrdite na zadnjo ploščo s 4 vijaki M3, nato namestite LCD zaslon in razširitveno ploščo Nano ter ju pritrdite z majhnimi vijaki. Gumbno stikalo in zvočni signal potisnite v ohišje in ju pritrdite z vročim lepilom.

5. korak: Programiranje

1. Knjižnice dodajte v Arduino IDE. Knjižnice najdete na naslovih: LiquidCrystal-I2C in RunningAverage.
2. Arduino povežite z računalnikom in namestite Arduino skico.

To je to. Zdaj vklopite enoto prek USB-ja ali priključite 9-12V napajanje na vrata DC na razširitveni plošči (priporočeno). Če je osvetlitev ozadja LCD zaslona, vendar je melišče prazno ali črke težko berljive, prilagodite kontrast zaslona z obračanjem modrega potenciometra na zadnji strani modula LCD I2C.

Končno pritrdite zadnjo ploščo na sprednje ohišje s 4 vijaki M3.

4. korak: Nastavitev enostavnega preskusa manometra

Zanimalo me je glede natančnosti tega digitalnega manometra in izdelal preprosto testno stojalo za primerjavo odčitavanja števca s klasičnim vodnim manometrom. Z električno zračno črpalko, ki jo upravlja krmilnik motorne hitrosti, sem lahko ustvaril spremenljiv zračni tlak in meritve opravil hkrati z zaporedno povezanimi digitalnimi in vodnimi manometri. Meritve tlaka so pri različnih nivojih zračnega tlaka precej blizu.

5. korak: Uresničite

Uporaba te naprave je precej preprosta. Najprej napravo priključite v linijo med strojem CPAP in masko s standardno 15 mm cevjo CPAP. Eno stran monitorja priključite na stroj CPAP, nato pa drugo stran monitorja na masko, da zrak lahko prehaja.

Kalibracija ob vklopu

Senzor MPXV7002DP je treba vsakič, ko je vklopljen, umeriti na ničelni tlak glede na zunanji atmosferski tlak, da se zagotovi njegova natančnost. Prepričajte se, da je stroj CPAP izklopljen in da med vklopom v cevi ni dodatnega zračnega tlaka. Ko je kalibracija končana, bo merilnik prikazal vrednost odmika in sporočilo o pripravljenosti naprave.

Merilnik deluje v načinu Manometer ali Alarm CPAP s pritiskom na gumb. Omeniti velja, da se osvetlitev ozadja LCD -ja upravlja v skladu z načinom delovanja in vrednostjo senzorja, tako da merilnik manj moti med spanjem.

Način manometra

To je stanje pripravljenosti in v spodnjem desnem kotu zaslona se prikaže znak "-". Funkcija alarma je v tem načinu onemogočena. Zaslon bo v prvi vrstici prikazal zračni tlak v realnem času v Pascalu (P) in cmH20 (H) ter najmanjši in največji tlak ter razliko med min. in Max. opazili v zadnjih 3 sekundah v drugi vrstici. V tem načinu bo osvetlitev ozadja LCD nenehno vklopljena, vendar bo iztekla, če ničelni relativni zračni tlak neprekinjeno merite več kot 10 sekund.

Način alarma CPAP

To je način alarma in v spodnjem desnem kotu zaslona bo prikazan znak "*". V tem načinu bo merilnik preverjal razlike med najvišjim in najnižjim nivojem zračnega tlaka. Osvetlitev zaslona LCD se bo iztekla v 10 sekundah in ostane izklopljena, dokler ni zaznana razlika v nizkem tlaku. Osvetlitev ozadja se bo znova vklopila, če bo zaznana razlika manjša od 100 Pascal. Če je razlika v izmerjenih nivojih zračnega tlaka več kot 10 sekund vztrajno nizka, se oglasi zvočni alarm s sporočilom "Check Mask". Ko bolnik ponovno prilagodi masko in se razlika v tlaku vrne nad 100 Pascal, se bosta tako alarm kot zadnja luč znova ugasnila.

6. korak: Zavrnitev odgovornosti

Ta naprava ni medicinski pripomoček ali dodatek k medicinskemu pripomočku. Meritev se ne sme uporabljati za diagnostične ali terapevtske namene.

Podprvak na tekmovanju senzorjev