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

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

Har du någonsin vaknat på morgonen och funnit att din CPAP -mask är avstängd? Den här enheten larmar om du har av misstag tagit bort masken under sömnen.

CPAP (Continuous Positive Airway Pressure) -terapi är den vanligaste behandlingsformen för obstruktiv sömnapné (OSA). För patienter med CPAP -terapi är det viktigt att bära CPAP -masken hela tiden under sömnen för att behandlingen ska fungera och för att uppfylla CPAP -kriterierna som krävs av försäkringsbolagen.

Men många människor har problem när de anpassar sig till att sova med en CPAP -mask, inklusive problemet med att vakna konsekvent för att hitta sin CPAP -mask av. Även om många moderna CPAP -enheter är tillräckligt sofistikerade för att skilja på att masken faktiskt är på personen eller om personen bara slår på den men inte bär masken, har inte alla larm eller larm tillräckligt högt för att väcka patienten när CPAP -masken tas bort, eller det finns en stor luftläcka.

Detta projekt handlar om att göra digital manometer för att övervaka lufttrycket inuti CPAP -rören. Det kommer att visa realtids lufttryck inuti CPAP -rören, och enheten kommer att avge ett ljudlarm när CPAP -masken sannolikt är avstängd eller om det uppvisar stora luftläckor under behandlingen.

Tillbehör

1. MPXV7002DP breakout board
2. Arduino Nano V3.0 med I/O -expansionskort
3. Seriell LCD 1602 16x2 modul med IIC/I2C adapter blå eller grön
4. 12x12x7,3 mm momentan taktil tryckknappsbrytare med nyckelhätta
5. DC 5V Active Sound Buzzer
6. 2 mm ID, 4 mm OD, flexibel silikongummislang
7. 3D -tryckt sensorkropp och fodral
8. Dupont-bygeltrådar och självgängande skruvar (M3x16mm, M1.4x6mm, 6 vardera)

Steg 1: Hur det fungerar

En manometer är en enhet för att mäta tryck. I normaltillståndet under CPAP -behandlingen sker en signifikant förändring av lufttrycket inuti CPAP -röret på grund av andning när patienten andas in och andas ut luften. Om det finns ett stort luftläckage eller masken är avstängd kommer lufttrycksfluktuationerna i rörledningarna att bli mycket mindre. Så i huvudsak kan vi kontrollera maskstatus genom att ständigt övervaka lufttrycket inuti CPAP -rören med en manometer.

Digital manometer

I detta projekt används MPXV7002DP Integrated Silicon Pressure Sensor som en givare för att omvandla lufttrycket till digitala signaler. MPXV7002DP breakout -kortet är allmänt tillgängligt som en tryckdifferentialsensor för att mäta lufthastigheten för RC -modeller och är relativt billig. Detta är samma teknik i kommersiella CPAP -maskiner.

MPXV7002DP är en monolitisk silikontrycksensor utformad för ett brett spektrum av applikationer. Den har ett mätområde för lufttryck från -2 kPa till 2 kPa (ungefär +/- 20,4 cmH2O), vilket täcker fint de typiska trycknivåerna för behandling av obstruktiv sömnapné från 6 till 15 cmH2O.

MPXV7002DP är utformad som en differenstrycksensor och har två portar (P1 och P2). I detta projekt används MPXV7002DP som en trycksensor för mätare genom att lämna baksidan (P2) öppen för omgivande luft. På detta sätt mäts trycket i förhållande till atmosfärstrycket i omgivningen.

MPXV7002DP matar ut en analog spänning från 0-5V. Denna spänning läses av Arduino analoga stift och döljs till motsvarande lufttryck med hjälp av överföringsfunktionen från tillverkaren. Trycket mäts i kPa, 1Pa = 0,10197162129779 mmH2O. Resultaten visas sedan på LCD -skärmen i både Pa (Pascal) och cmH2O.

CPAP -maskinmonitor

Studie visar att andningsrörelser är symmetriska och förändrades inte signifikant med stigande ålder. Den genomsnittliga andningsfrekvensen är 14 under tyst andning för båda könen. Rytmen (inspiration/utgångsförhållande) är 1: 1,21 för män och 1: 1,14 för kvinnor under tyst andning.

Rådata för lufttrycksmätningar från CPAP -rören går upp och ner när människor andas och har också många "spikar" eftersom Arduino 5.0V -tillförseln är ganska bullrig. Därför måste data utjämnas och utvärderas över tiden för att på ett tillförlitligt sätt kunna upptäcka de tryckförändringar som införs genom inandning och utandning.

Flera åtgärder vidtas av Arduino -skissen för att bearbeta data och övervaka lufttrycket. I ett nötskal använder Arduino-skissen det löpande genomsnittliga biblioteket av Rob Tillaart för att först beräkna det glidande genomsnittet för lufttrycksmätningarna i realtid för att jämna ut datapunkterna, sedan beräkna det lägsta och högsta observerade lufttrycket var några sekunder för att avgöra om masken har kopplats bort genom att kontrollera skillnaderna mellan topp- och dalnivåerna för lufttryck. Så om den inkommande datalinjen blir platt, är det troligt att det finns ett stort luftläckage eller att masken har kopplats bort, ett ljudlarm kommer att ljuda för att väcka patienten för att göra nödvändiga justeringar. Se dataplots för visualisering av denna algoritm.

Steg 2: Delar och scheman

Alla delar är tillgängliga från Amazon.com och BOM med länkar finns ovan.

Dessutom måste sensorkroppen och fodralet som består av enhetsbox och bakpanel 3D -skrivas ut med STL -filerna nedan. Sensorkroppen ska skrivas ut i vertikalt läge med stöd för bästa resultat.

En schematisk bild tillhandahålls som referens.

Steg 3: Bygg och inledande testning

Förbered först alla delar för slutmontering. Löd stiften till Nano -kortet om det behövs och installera Nano -kortet på I/O -expansionskortet. Fäst eller löd sedan bygelkablarna till knappbrytaren och summern. Jag använde några kvarvarande servokontakter istället för bygelkablar. För MPXV7002DP kan du antingen använda tråden som medföljer utbrottskortet utan att lödas eller lödningstråden till utbrottskortet enligt bilden. Skär också cirka 30 mm kiselgummislang och fäst den på ovansidan (P1) på MPXV7002DP.

När delarna är förberedda är den slutliga monteringen mycket enkel på grund av användningen av I/O -expansionskortet och den seriella I2C LCD -skärmen.

Steg 1: Installera utbrottskortet MPXV7002DP i 3D -tryckta sensorkroppen. Sätt in den öppna änden av kiselröret i mäthålet och fäst sedan brädan med 2 små skruvar. Anslut sensorn till S -stiftet vid port A0 på expansionskortet.

• Analog A0
• VCC V
• GND -> G

Steg 2: Anslut LCD -skärmen till Nano -expansionskortets S -stift vid port A4 och A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

Steg 3: Anslut summern och omkopplaren till expansionskortets port D5 och D6

• Växla: till port 5 mellan S och G
• Summer: till port 6, den positiva till S och marken till G

Steg 4: Slutmontering

Fäst sensorkroppen på bakplattan med 4 M3 -skruvar, installera sedan LCD -skärmen och Nano -expansionskortet och säkra dem med små skruvar. Tryck in knappbrytaren och summern i höljet och säkra dem med varmt lim.

Steg 5: Programmering

1. Lägg till biblioteken i din Arduino IDE. Biblioteken finns på: LiquidCrystal-I2C och RunningAverage.
2. Anslut din Arduino till datorn och installera Arduino -skissen.

Det är allt. Slå nu på enheten med antingen USB eller anslut 9-12V ström till DC-porten på expansionskortet (rekommenderas). Om bakgrundsbelysningen på LCD-skärmen lyser men skärmen är tom eller bokstäverna är svåra att läsa kan du justera skärmkontrasten genom att vrida den blå potentiometern på baksidan av LCD I2C-modulen.

Sätt slutligen den bakre plattan på det främre höljet med 4 M3 -skruvar.

Steg 4: Enkel manometertestinställning

Jag var nyfiken på riktigheten i denna digitala manometer och byggde ett enkelt testställ för att jämföra mätaravläsningen med en klassisk vattenmanometer. Med en elektrisk luftpump styrd av en motorvarvtalsregulator kunde jag generera variabelt lufttryck och tog mätningarna samtidigt av både digitala och vattenmanometrar kopplade i serie. Tryckmätningarna är ganska nära vid olika. Lufttrycksnivåer.

Steg 5: Sätt det i handling

Användningen av denna enhet är ganska enkel. Anslut först enheten inline mellan CPAP -maskinen och masken, använd standard 15 mm CPAP -rör. Anslut ena sidan av monitorn till CPAP -maskinen och sedan den andra sidan av monitorn till masken så att luften kan passera igenom.

Startkalibrering

MPXV7002DP-sensorn måste kalibreras till nolltryck mot omgivande atmosfärstryck varje gång den startas för att säkerställa dess noggrannhet. Se till att CPAP -maskinen är avstängd och att det inte finns något extra lufttryck inuti slangen vid uppstart. När kalibreringen är klar visar mätaren förskjutningsvärdet och ett meddelande om enhetsklar.

Mätaren fungerar i antingen Manometer -läge eller CPAP -alarmläge med en knapptryckning. Det är värt att notera att LCD -bakgrundsbelysningen hanteras enligt driftläge och sensorvärde för att göra mätaren mindre distraherande under sömnen.

Manometerläge

Detta är vänteläge och ett "-" tecken visas i det nedre högra hörnet av skärmen. Larmfunktionen är avaktiverad i detta läge. Skärmen visar realtids lufttryck i både Pascal (P) och cmH20 (H) på första raden, och minimi- och maximitrycket samt skillnaden mellan min. och Max. observerade under de senaste 3 sekunderna på den andra raden. I det här läget lyser LCD-bakgrundsbelysningen konstant, men det tar time-out om noll relativt lufttryck har mätts kontinuerligt i över 10 sekunder.

CPAP -alarmläge

Detta är larmläget och ett "*" tecken visas i det nedre högra hörnet av skärmen. I detta läge kommer mätaren att kontrollera skillnaderna mellan topp- och dalnivåerna för lufttryck. LCD -bakgrundsbelysningen går ut om 10 sekunder och förblir släckt så länge det inte finns någon lågtrycksskillnad. Bakljuset tänds igen om en skillnad på mindre än 100 Pascal har detekterats. Och summern ljuder ett ljudlarm med ett "Check Mask" -meddelande som visas på skärmen om skillnaden i uppmätta lufttrycksnivåer har varit konstant låg i mer än 10 sekunder. När patienten justerat om masken och tryckskillnaden återgår till över 100 Pascal kommer både larmet och bakgrundsbelysningen att släckas igen.

Steg 6: Ansvarsfriskrivning

Den här enheten är inte en medicinsk utrustning eller ett tillbehör till den medicinska enheten. Mätningen ska inte användas för diagnostiska eller terapeutiska ändamål.

Tvåa i sensortävlingen