Manometro digitale/monitor macchina CPAP: 6 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Ti sei mai svegliato la mattina e hai scoperto che la tua maschera CPAP è spenta? Questo dispositivo ti avviserà se hai rimosso involontariamente la maschera durante il sonno.

La terapia CPAP (pressione continua positiva delle vie aeree) è la forma più comune di trattamento per l'apnea ostruttiva del sonno (OSA). Per i pazienti in terapia CPAP, è importante indossare la maschera CPAP tutto il tempo durante il sonno affinché la terapia sia efficace e anche per soddisfare i criteri di conformità CPAP richiesti dalle compagnie assicurative.

Tuttavia, molte persone hanno problemi durante l'adattamento al sonno con una maschera CPAP, incluso il problema di svegliarsi costantemente per trovare la maschera CPAP disattivata. Sebbene molti moderni dispositivi CPAP siano abbastanza sofisticati da differenziare la maschera che si trova effettivamente sulla persona o se la persona la accende ma non indossa la maschera, non tutti hanno un allarme o un allarme abbastanza forte da svegliare il paziente quando il La maschera CPAP è stata rimossa o c'è una grande perdita d'aria.

Questo progetto riguarda la realizzazione di un manometro digitale per monitorare la pressione dell'aria all'interno delle tubazioni CPAP. Verrà visualizzata la pressione dell'aria in tempo reale all'interno della tubazione CPAP e il dispositivo emetterà un allarme acustico quando la maschera CPAP è probabilmente spenta o se presenta una grande perdita d'aria durante la terapia.

Forniture

1. Scheda breakout MPXV7002DP
2. Arduino Nano V3.0 con scheda di espansione I/O
3. Modulo LCD seriale 1602 16x2 con adattatore IIC/I2C blu o verde
4. Interruttore a pulsante tattile momentaneo 12x12x7,3 mm con copritasto
5. Cicalino attivo DC 5V
6. 2 mm ID, 4 mm OD, tubo flessibile in gomma siliconica
7. Corpo del sensore stampato in 3D e custodia
8. Cavi per ponticelli Dupont e viti autofilettanti (M3x16mm, M1.4x6mm, 6 ciascuno)

Passaggio 1: come funziona

Un manometro è un dispositivo per misurare le pressioni. In condizioni normali durante la terapia CPAP, si verifica un cambiamento significativo nella pressione dell'aria all'interno delle tubazioni CPAP a causa della respirazione mentre il paziente inspira ed espira l'aria. Se c'è una grande perdita d'aria o la maschera è spenta, la fluttuazione della pressione dell'aria nelle tubazioni diventerà molto più piccola. Quindi in sostanza possiamo controllare lo stato della maschera monitorando costantemente la pressione dell'aria all'interno delle tubazioni CPAP con un manometro.

Manometro digitale

In questo progetto, il sensore di pressione al silicio integrato MPXV7002DP viene utilizzato come trasduttore per convertire la pressione dell'aria in segnali digitali. La breakout board MPXV7002DP è ampiamente disponibile come sensore differenziale di pressione per misurare la velocità dell'aria dei modelli RC ed è relativamente economica. Questa è la stessa tecnologia all'interno delle macchine CPAP commerciali.

MPXV7002DP è un sensore di pressione in silicio monolitico progettato per un'ampia gamma di applicazioni. Ha un intervallo di misurazione della pressione dell'aria da -2 kPa a 2 kPa (circa +/- 20,4 cmH2O), che copre bene i livelli di pressione tipici per il trattamento dell'apnea ostruttiva del sonno, da 6 a 15 cmH2O.

MPXV7002DP è progettato come sensore di pressione differenziale e dispone di due porte (P1 e P2). In questo progetto, MPXV7002DP viene utilizzato come sensore di pressione relativa lasciando la porta sul retro (P2) aperta all'aria ambiente. In questo modo la pressione viene misurata rispetto alla pressione atmosferica ambiente.

MPXV7002DP emetterà una tensione analogica da 0-5V. Questa tensione viene letta dal pin analogico Arduino e convertita alla pressione dell'aria corrispondente utilizzando la funzione di trasferimento fornita dal produttore. La pressione è misurata in kPa, 1Pa = 0,10197162129779 mmH2O. I risultati vengono quindi visualizzati sullo schermo LCD sia in Pa (Pascal) che in cmH2O.

Monitor macchina CPAP

Lo studio mostra che i movimenti respiratori sono simmetrici e non cambiano significativamente con l'aumentare dell'età. La frequenza respiratoria media è 14 durante la respirazione tranquilla per entrambi i sessi. Il ritmo (rapporto inspirazione/espirazione) è 1:1,21 per gli uomini e 1:1,14 per le donne durante la respirazione tranquilla.

I dati grezzi delle misurazioni della pressione dell'aria dalle tubazioni CPAP vanno su e giù mentre le persone respirano e hanno anche molti "picchi" poiché l'alimentazione Arduino 5.0V è piuttosto rumorosa. Pertanto i dati devono essere appianati e valutati nel tempo al fine di rilevare in modo affidabile le variazioni di pressione introdotte dall'inalazione e dall'espirazione.

Diverse misure sono prese dallo sketch Arduino per elaborare i dati e monitorare la pressione dell'aria. In poche parole, lo sketch Arduino utilizza la libreria della media mobile di Rob Tillaart per calcolare prima la media mobile delle misurazioni della pressione dell'aria in tempo reale per appianare i punti dati, quindi calcolare la pressione dell'aria minima e massima osservata ogni pochi secondi per determinare se la maschera è stata scollegata controllando le differenze tra i livelli di pressione dell'aria di picco e di valle. Quindi, se la linea dati in ingresso diventa piatta, è probabile che ci sia una grande perdita d'aria o che la maschera sia stata scollegata, verrà emesso un allarme acustico per svegliare il paziente e apportare le modifiche necessarie. Vedere i grafici dei dati per la visualizzazione di questo algoritmo.

Passaggio 2: parti e schemi

Tutte le parti sono disponibili su Amazon.com e la distinta base con i collegamenti è fornita sopra.

Inoltre, il corpo del sensore e la custodia che consiste nella scatola del dispositivo e nel pannello posteriore devono essere stampati in 3D utilizzando i file STL di seguito. Il corpo del sensore deve essere stampato in posizione verticale con il supporto per ottenere i migliori risultati.

Viene fornito uno schema di riferimento.

Passaggio 3: compilazione e test iniziale

Per prima cosa preparare tutte le parti per l'assemblaggio finale. Se necessario, saldare i pin alla scheda Nano, quindi installare la scheda Nano sulla scheda di espansione I/O. Quindi, collegare o saldare i fili del ponticello all'interruttore a pulsante e al cicalino. Ho usato alcuni connettori servo avanzati invece dei cavi dei ponticelli. Per MPXV7002DP, è possibile utilizzare il cavo fornito con la scheda breakout senza saldare o saldare il cavo alla scheda breakout come mostrato nell'immagine. Inoltre, tagliare un tubo in gomma siliconica di circa 30 mm e collegarlo alla porta sul lato superiore (P1) sull'MPXV7002DP.

Una volta preparate le parti, l'assemblaggio finale è molto semplice grazie all'utilizzo della scheda di espansione I/O e dell'LCD seriale I2C.

Passaggio 1: installare la breakout board MPXV7002DP sul corpo del sensore stampato in 3D. Inertizzare l'estremità aperta del tubo di silicone nel foro di misurazione, quindi fissare la scheda con 2 piccole viti. Collegare il sensore al pin S della porta A0 sulla scheda di espansione.

• Analogico A0
• VCC V
• GND -- > G

Passaggio 2: collegare l'LCD ai pin S della scheda di espansione Nano sulla porta A4 e A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

Passaggio 3: collegare il cicalino e l'interruttore alla porta della scheda di espansione D5 e D6

• Switch: alla porta 5 tra S e G
• Buzzer: alla porta 6, il positivo a S e la massa a G

Passaggio 4: assemblaggio finale

Fissare il corpo del sensore alla piastra posteriore con 4 viti M3, quindi installare lo schermo LCD e la scheda di espansione Nano e fissarli con piccole viti. Spingere l'interruttore a pulsante e il cicalino nella custodia e fissarli con la colla a caldo.

Passaggio 5: programmazione

1. Aggiungi le librerie al tuo IDE Arduino. Le librerie sono disponibili su: LiquidCrystal-I2C e RunningAverage.
2. Collega il tuo Arduino al computer e installa lo sketch Arduino.

Questo è tutto. Ora accendi l'unità con USB o applica l'alimentazione 9-12V alla porta CC sulla scheda di espansione (consigliato). Se la retroilluminazione del display LCD è accesa ma lo schermo è vuoto o le lettere sono difficili da leggere, regolare il contrasto dello schermo ruotando il potenziometro blu sul retro del modulo LCD I2C.

Infine fissa la piastra posteriore al case anteriore con 4 viti M3.

Passaggio 4: configurazione semplice del test del manometro

Ero curioso della precisione di questo manometro digitale e ho costruito un semplice banco di prova per confrontare la lettura del contatore con un classico manometro ad acqua. Con una pompa pneumatica elettrica controllata da un regolatore di velocità del motore, sono stato in grado di generare una pressione dell'aria variabile e ho effettuato le misurazioni contemporaneamente sia da manometri digitali che da manometri ad acqua collegati in serie. Le misurazioni della pressione sono abbastanza vicine a vari livelli di pressione dell'aria.

Passaggio 5: mettilo in azione

L'utilizzo di questo dispositivo è piuttosto semplice. Collegare prima il dispositivo in linea tra la macchina CPAP e la maschera utilizzando un tubo CPAP standard da 15 mm. Collegare un lato del monitor alla macchina CPAP, quindi l'altro lato del monitor alla maschera in modo che l'aria possa passare.

Calibrazione all'accensione

Il sensore MPXV7002DP deve essere calibrato a pressione zero rispetto alla pressione atmosferica ambiente ogni volta che viene acceso per garantirne la precisione. Assicurarsi che la macchina CPAP sia spenta e che non vi sia pressione dell'aria aggiuntiva all'interno del tubo durante l'accensione. Una volta terminata la calibrazione, lo strumento visualizzerà il valore di offset e un messaggio di dispositivo pronto.

Lo strumento funziona in modalità Manometro o in modalità Allarme CPAP premendo il pulsante. Vale la pena notare che la retroilluminazione LCD è gestita in base alla modalità di funzionamento e al valore del sensore per rendere lo strumento meno distratto durante il sonno.

Modalità Manometro

Questa è la modalità standby e verrà visualizzato un segno "-" nell'angolo inferiore destro dello schermo. La funzione di allarme è disabilitata in questa modalità. Lo schermo mostrerà la pressione dell'aria in tempo reale sia in Pascal (P) che in cmH20 (H) nella prima riga, e la pressione minima e massima, nonché la differenza tra min. e Massimo. osservato negli ultimi 3 secondi sulla seconda riga. In questa modalità, la retroilluminazione LCD sarà costantemente accesa ma andrà in timeout se la pressione dell'aria relativa zero è stata misurata continuamente per oltre 10 secondi.

Modalità di allarme CPAP

Questa è la modalità di allarme e verrà visualizzato un segno "*" nell'angolo inferiore destro dello schermo. In questa modalità lo strumento controllerà le differenze tra i livelli di picco e minimo della pressione dell'aria. La retroilluminazione dell'LCD si spegne entro 10 secondi e rimane spenta finché non viene rilevata alcuna differenza di pressione bassa. La retroilluminazione si riaccenderà se viene rilevata una differenza inferiore a 100 Pascal. E il cicalino emetterà un allarme acustico con un messaggio "Check Mask" visualizzato sullo schermo se la differenza nei livelli di pressione dell'aria misurati è rimasta costantemente bassa per più di 10 secondi. Una volta che il paziente ha riaggiustato la maschera e la differenza di pressione torna sopra i 100 Pascal, sia l'allarme che la retroilluminazione si spengono di nuovo.

Passaggio 6: Dichiarazione di non responsabilità

Questo dispositivo non è un dispositivo medico, né un accessorio del dispositivo medico. La misurazione non deve essere utilizzata per scopi diagnostici o terapeutici.

Secondo classificato al concorso Sensori