Digitální manometr/monitor stroje CPAP: 6 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Už jste někdy ráno vstali a zjistili, že je vaše maska CPAP vypnutá? Toto zařízení vás upozorní, pokud jste během spánku nechtěně odstranili masku.

Léčba CPAP (Continuous Positive Airway Pressure) je nejběžnější formou léčby obstrukční spánkové apnoe (OSA). Pro pacienty s terapií CPAP je důležité nosit masku CPAP po celou dobu spánku, aby byla terapie účinná, a také aby splňovala kritéria shody CPAP požadovaná pojišťovnami.

Mnoho lidí má však problémy s přizpůsobováním se spánku s maskou CPAP, včetně problému s důsledným probouzením, aby si vypnuli masku CPAP. Ačkoli je mnoho moderních zařízení CPAP dostatečně propracovaných, aby odlišilo masku, která je ve skutečnosti na osobě, nebo pokud si ji člověk jen zapne, ale masku nenosí, ne všechny mají alarm nebo alarm dostatečně hlasitý, aby probudily pacienta, když Maska CPAP je odstraněna nebo dochází k velkému úniku vzduchu.

Tento projekt je o výrobě digitálního manometru pro monitorování tlaku vzduchu uvnitř potrubí CPAP. Zobrazí tlak vzduchu v potrubí CPAP v reálném čase a zařízení vydá zvukový alarm, když je maska CPAP pravděpodobně vypnutá nebo tam během terapie dochází k velkému úniku vzduchu.

Zásoby

1. Odlamovací deska MPXV7002DP
2. Arduino Nano V3.0 s rozšiřující deskou I/O
3. Sériový modul LCD 1602 16x2 s adaptérem IIC/I2C modrý nebo zelený
4. Momentální hmatový tlačítkový spínač 12x12x7,3 mm s klíčenkou
5. Aktivní zvukový bzučák DC 5V
6. 2mm ID, 4mm OD, flexibilní silikonová gumová hadice
7. Tělo senzoru a pouzdro s 3D tiskem
8. Dupont propojovací vodiče a samořezné šrouby (M3x16mm, M1,4x6mm, po 6)

Krok 1: Jak to funguje

Manometr je zařízení pro měření tlaků. Za normálních podmínek během terapie CPAP dochází k významné změně tlaku vzduchu uvnitř potrubí CPAP v důsledku dýchání, když pacient vdechuje a vydechuje vzduch. Pokud dojde k velkému úniku vzduchu nebo je maska vypnutá, kolísání tlaku vzduchu v potrubí bude mnohem menší. V podstatě tedy můžeme kontrolovat stav masky neustálým monitorováním tlaku vzduchu uvnitř potrubí CPAP pomocí manometru.

Digitální manometr

V tomto projektu je integrovaný silikonový tlakový senzor MPXV7002DP použit jako převodník pro převod tlaku vzduchu na digitální signály. Odlamovací deska MPXV7002DP je široce dostupná jako snímač tlakového rozdílu pro měření rychlosti RC modelů a je relativně levná. Toto je stejná technologie v komerčních strojích CPAP.

MPXV7002DP je monolitický křemíkový snímač tlaku navržený pro širokou škálu aplikací. Má rozsah měření tlaku vzduchu od -2 kPa do 2 kPa (přibližně +/- 20,4 cmH2O), což pěkně pokrývá typické tlakové úrovně pro léčbu rozsahu obstrukční spánkové apnoe od 6 do 15 cmH2O.

MPXV7002DP je navržen jako snímač diferenčního tlaku a má dva porty (P1 a P2). V tomto projektu je MPXV7002DP používán jako snímač tlaku měřidla ponecháním zadního portu (P2) otevřeného okolnímu vzduchu. Tímto způsobem se tlak měří relativně k atmosférickému tlaku.

MPXV7002DP bude vydávat analogové napětí od 0 do 5 V. Toto napětí je načteno analogovým kolíkem Arduino a převedeno na odpovídající tlak vzduchu pomocí přenosové funkce poskytnuté výrobcem. Tlak se měří v kPa, 1Pa = 0,10197162129779 mmH2O. Výsledky se poté zobrazí na obrazovce LCD v Pa (Pascal) i cmH2O.

Monitor stroje CPAP

Studie ukazuje, že dechové pohyby jsou symetrické a s přibývajícím věkem se výrazně neměnily. Průměrná frekvence dýchání je 14 během tichého dýchání u obou pohlaví. Rytmus (poměr inspirace/výdech) je 1: 1,21 u mužů a 1: 1,14 u žen při klidném dýchání.

Surová data z měření tlaku vzduchu z potrubí CPAP stoupají a klesají, jak lidé dýchají, a také mají mnoho „špiček“, protože napájení Arduino 5.0 V je docela hlučné. Proto je třeba data v průběhu času vyhladit a vyhodnotit, aby bylo možné spolehlivě detekovat změny tlaku způsobené vdechováním a vydechováním.

Skica Arduino přijala několik opatření ke zpracování dat a monitorování tlaku vzduchu. Stručně řečeno, skica Arduino používá knihovnu běžících průměrů od Roba Tillaarta k prvnímu výpočtu klouzavého průměru měření tlaku vzduchu v reálném čase k vyhlazení datových bodů a poté každých několik sekund vypočítá minimální a maximální pozorovaný tlak vzduchu ke zjištění, zda byla maska odpojena, kontrolou rozdílů mezi vrcholovou a dolní úrovní tlaku vzduchu. Pokud se tedy příchozí datová linka zploští, je pravděpodobné, že došlo k velkému úniku vzduchu nebo byla maska odpojena, zazní zvukový alarm, který probudí pacienta k provedení nezbytných úprav. Viz diagramy dat pro vizualizaci tohoto algoritmu.

Krok 2: Díly a schémata

Všechny díly jsou k dispozici na Amazon.com a kusovník s odkazy je uveden výše.

Kromě toho je třeba tělo senzoru a pouzdro, které se skládá ze skříňky zařízení a zadního panelu, vytisknout 3D pomocí níže uvedených souborů STL. Pro dosažení nejlepších výsledků by mělo být tělo senzoru vytištěno ve svislé poloze s podporou.

Schéma je uvedeno jako reference.

Krok 3: Sestavení a počáteční testování

Nejprve připravte všechny díly pro konečnou montáž. V případě potřeby připájejte kolíky k desce Nano a poté nainstalujte desku Nano k rozšiřující desce I/O. Poté připojte nebo připájejte propojovací vodiče k tlačítkovému spínači a bzučáku. Místo propojovacích vodičů jsem použil nějaké zbylé servo konektory. U MPXV7002DP můžete buď použít drát dodávaný s odlamovací deskou bez pájení, nebo pájet vodič k odlamovací desce, jak je znázorněno na obrázku. Ořízněte také asi 30 mm silikonovou gumovou hadičku a připevněte ji k hornímu portu (P1) na MPXV7002DP.

Jakmile jsou díly připraveny, je konečná montáž velmi jednoduchá díky použití rozšiřující desky I/O a sériového I2C LCD.

Krok 1: Nainstalujte odpojovací desku MPXV7002DP na tělo 3D vytištěného senzoru. Otevřený konec silikonové trubice zasuňte do měřicího otvoru a poté zajistěte desku 2 malými šrouby. Připojte snímač ke kolíku S na portu A0 na rozšiřující desce.

• Analogový A0
• VCC V
• GND -> G

Krok 2: Připojte LCD k pinům S rozšiřující desky Nano na portu A4 a A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

Krok 3: Připojte bzučák a přepínač k portu D5 a D6 rozšiřující desky

• Přepnout: na port 5 mezi S a G
• Bzučák: na port 6, kladný na S a uzemněný na G

Krok 4: Konečná montáž

Tělo senzoru připevněte k zadní desce pomocí 4 šroubů M3, poté nainstalujte obrazovku LCD a rozšiřující desku Nano a zajistěte je malými šrouby. Zatlačte spínač tlačítka a bzučák do pouzdra a zajistěte je horkým lepidlem.

Krok 5: Programování

1. Přidejte knihovny do svého Arduino IDE. Knihovny najdete na: LiquidCrystal-I2C a RunningAverage.
2. Připojte Arduino k počítači a nainstalujte skicu Arduino.

A je to. Nyní připojte jednotku buď přes USB, nebo do portu DC na rozšiřující desce (9). Pokud je podsvícení displeje LCD zapnuté, ale sutina je prázdná nebo jsou písmena špatně čitelná, upravte kontrast obrazovky otáčením modrého potenciometru na zadní straně modulu LCD I2C.

Nakonec připevněte zadní desku k přednímu pouzdru pomocí 4 šroubů M3.

Krok 4: Nastavení jednoduchého testu manometru

Byl jsem zvědavý na přesnost tohoto digitálního manometru a postavil jsem jednoduchý testovací stojan pro porovnání odečtu měřiče s klasickým vodním manometrem. S elektrickým vzduchovým čerpadlem ovládaným regulátorem otáček motoru jsem byl schopen generovat proměnný tlak vzduchu a provádět měření současně digitálními i vodními manometry zapojenými do série. Měření tlaku jsou velmi blízko při různých úrovních tlaku vzduchu.

Krok 5: Dejte to do akce

Použití tohoto zařízení je velmi jednoduché. Nejprve připojte zařízení inline mezi stroj CPAP a masku pomocí standardní 15mm trubky CPAP. Připojte jednu stranu monitoru ke stroji CPAP a poté druhou stranu monitoru k masce, aby mohl projít vzduch.

Kalibrace při zapnutí

Aby byla zajištěna jeho přesnost, je třeba snímač MPXV7002DP při každém zapnutí kalibrovat na nulový tlak proti atmosférickému tlaku. Při napájení zkontrolujte, zda je zařízení CPAP vypnuté a zda uvnitř potrubí není žádný další tlak vzduchu. Jakmile je kalibrace dokončena, měřicí přístroj zobrazí hodnotu offsetu a zprávu o připravenosti zařízení.

Měřič pracuje v režimu manometru nebo v režimu alarmu CPAP stisknutím tlačítka. Stojí za zmínku, že podsvícení LCD je řízeno podle provozního režimu a hodnoty senzoru, aby měřič během spánku méně rušil.

Režim manometru

Toto je pohotovostní režim a v pravém dolním rohu obrazovky se zobrazí znak „-“. V tomto režimu je funkce alarmu deaktivována. Na obrazovce se zobrazí tlak vzduchu v reálném čase v Pascalu (P) a cmH20 (H) v první řadě a minimální a maximální tlak a také rozdíl mezi min. a Max. pozorováno za poslední 3 sekundy ve druhé řadě. V tomto režimu bude podsvícení LCD trvale svítit, ale jeho časový limit vyprší, pokud byl nulový relativní tlak vzduchu měřen nepřetržitě déle než 10 sekund.

Režim alarmu CPAP

Toto je režim alarmu a v pravém dolním rohu obrazovky se zobrazí znak „*“. V tomto režimu bude měřič kontrolovat rozdíly mezi vrcholovou a dolní úrovní tlaku vzduchu. Podsvícení displeje LCD vyprší za 10 sekund a zůstane vypnuto, pokud nebyl detekován žádný nízký rozdíl tlaku. Pokud byl zjištěn rozdíl menší než 100 Pascal, podsvícení se znovu zapne. A bzučák vydá zvukový alarm se zprávou „Zkontrolovat masku“na obrazovce, pokud je rozdíl v naměřených úrovních tlaku vzduchu trvale nízký déle než 10 sekund. Jakmile pacient znovu nastaví masku a rozdíl tlaku se vrátí nad 100 Pascal, pak se alarm i podsvícení opět vypne.

Krok 6: Prohlášení

Toto zařízení není zdravotnickým prostředkem ani příslušenstvím zdravotnického prostředku. Měření by nemělo být používáno pro diagnostické nebo terapeutické účely.

Druhé místo v soutěži Senzory