Dijital Manometre/CPAP Makine Monitörü: 6 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Hiç sabah uyandığınızda CPAP maskenizin kapalı olduğunu gördünüz mü? Uyku sırasında istemeden maskeyi çıkardıysanız bu cihaz sizi uyaracaktır.

CPAP (Sürekli Pozitif Havayolu Basıncı) tedavisi, Obstrüktif Uyku Apnesi (OSA) için en yaygın tedavi şeklidir. CPAP tedavisi gören hastaların uyku sırasında sürekli CPAP maskesi takması tedavinin etkili olabilmesi ve sigorta şirketlerinin zorunlu kıldığı CPAP uyum kriterlerini karşılaması açısından önemlidir.

Bununla birlikte, birçok insan bir CPAP maskesiyle uyumaya alışırken, CPAP maskesini çıkarmak için sürekli olarak uyanma sorunu da dahil olmak üzere sorunlar yaşar. Birçok modern CPAP cihazı, maskenin kişinin üzerinde olup olmadığını veya kişinin sadece onu açıp takmadığını ayırt edecek kadar karmaşık olsa da, hepsinde hastayı uyandıracak kadar yüksek alarm veya alarm yoktur. CPAP maskesi çıkarılmış veya büyük bir hava kaçağı var.

Bu proje, CPAP boruları içindeki hava basıncını izlemek için dijital manometre yapmakla ilgilidir. CPAP boruları içindeki gerçek zamanlı hava basıncını gösterecek ve CPAP maskesi muhtemelen kapalı olduğunda veya terapi sırasında büyük bir hava sızıntısı olduğunda cihaz sesli bir alarm verecektir.

Gereçler

1. MPXV7002DP koparma kartı
2. I/O genişletme kartına sahip Arduino Nano V3.0
3. IIC/I2C adaptörlü seri LCD 1602 16x2 modülü mavi veya yeşil
4. 12x12x7.3mm Anlık Dokunsal Basmalı Düğme Anahtarı, tuş başlığı ile
5. DC 5V Aktif Ses Buzzer
6. 2mm ID, 4mm OD, Esnek Silikon Kauçuk Boru
7. 3D baskılı sensör gövdesi ve kasa
8. Dupont atlama telleri ve kendinden kılavuzlu vidalar (M3x16mm, M1.4x6mm, her biri 6 adet)

Adım 1: Nasıl Çalışır?

Manometre, basınçları ölçmek için bir cihazdır. CPAP tedavisi sırasında normal durumda, hasta havayı soluduğunda ve soluduğunda solunum nedeniyle CPAP borularının içindeki hava basıncında önemli bir değişiklik olur. Büyük bir hava kaçağı varsa veya maske kapalıysa, borulardaki hava basıncı dalgalanması çok daha az olacaktır. Yani aslında bir manometre ile CPAP borularının içindeki hava basıncını sürekli izleyerek maske durumunu kontrol edebiliriz.

Dijital Manometre

Bu projede MPXV7002DP Entegre Silikon Basınç Sensörü, hava basıncını dijital sinyallere dönüştürmek için bir dönüştürücü olarak kullanılmıştır. MPXV7002DP devre kartı, RC modellerinin hava hızını ölçmek için bir basınç farkı sensörü olarak yaygın olarak bulunur ve nispeten ucuzdur. Bu, ticari CPAP makinelerinde aynı teknolojidir.

MPXV7002DP, çok çeşitli uygulamalar için tasarlanmış monolitik bir silikon basınç sensörüdür. -2 kPa ila 2 kPa (yaklaşık +/- 20,4 cmH2O) arasında bir hava basıncı ölçüm aralığına sahiptir ve bu, Obstrüktif Uyku Apnesinin tedavisi için tipik basınç seviyelerini 6 ila 15 cmH2O arasında güzel bir şekilde kapsar.

MPXV7002DP, bir diferansiyel basınç sensörü olarak tasarlanmıştır ve iki bağlantı noktasına (P1 ve P2) sahiptir. Bu projede MPXV7002DP, arka port (P2) ortam havasına açık bırakılarak gösterge basınç sensörü olarak kullanılmıştır. Bu şekilde basınç, ortam atmosferik basıncına göre ölçülür.

MPXV7002DP, 0-5V arasında bir analog voltaj çıkışı verecektir. Bu voltaj Arduino analog pini tarafından okunur ve üretici tarafından sağlanan transfer fonksiyonu kullanılarak ilgili hava basıncına gizlenir. Basınç, kPa cinsinden ölçülür, 1Pa = 0.10197162129779 mmH2O. Sonuçlar daha sonra LCD ekranda hem Pa (Pascal) hem de cmH2O olarak görüntülenir.

CPAP Makine Monitörü

Çalışma, solunum hareketlerinin simetrik olduğunu ve artan yaşla birlikte önemli ölçüde değişmediğini gösteriyor. Her iki cinsiyet için de sessiz solunum sırasında ortalama solunum hızı 14'tür. Sessiz solunum sırasında ritim (inspirasyon/ekspirasyon oranı) erkekler için 1:1.21 ve kadınlar için 1:1.14'tür.

CPAP borularından gelen hava basıncı ölçümlerinin ham verileri, insanlar nefes aldıkça yukarı ve aşağı gider ve ayrıca Arduino 5.0V beslemesi oldukça gürültülü olduğu için birçok 'spike' vardır. Bu nedenle, soluma ve soluma ile ortaya çıkan basınç değişikliklerini güvenilir bir şekilde tespit etmek için verilerin zaman içinde düzeltilmesi ve değerlendirilmesi gerekir.

Arduino taslağı tarafından verileri işlemek ve hava basıncını izlemek için çeşitli önlemler alınır. Özetle, Arduino taslağı, önce veri noktalarını düzeltmek için hava basıncı ölçümlerinin hareketli ortalamasını gerçek zamanlı olarak hesaplamak için Rob Tillaart'ın çalışan ortalama kitaplığını kullanır, ardından birkaç saniyede bir minimum ve maksimum gözlemlenen hava basıncını hesaplar. hava basıncının tepe ve dip seviyeleri arasındaki farkları kontrol ederek maskenin bağlantısının kesilip kesilmediğini belirlemek için. Bu nedenle, gelen veri hattı düzleşirse, büyük bir hava kaçağı olması veya maskenin bağlantısının kesilmesi muhtemeldir, gerekli ayarlamaları yapması için hastayı uyandırmak için sesli bir alarm çalacaktır. Bu algoritmanın görselleştirilmesi için veri grafiklerine bakın.

Adım 2: Parçalar ve Şemalar

Tüm parçalar Amazon.com'dan temin edilebilir ve bağlantıları olan Malzeme Listesi yukarıda verilmiştir.

Ayrıca sensör gövdesi ve cihaz kutusu ve arka panelden oluşan kasanın aşağıdaki STL dosyaları kullanılarak 3D olarak basılması gerekmektedir. Sensör gövdesi, en iyi sonuçlar için destekle birlikte dikey konumda yazdırılmalıdır.

Referans için bir şematik verilmiştir.

3. Adım: Derleme ve İlk Test

İlk önce tüm parçaları son montaj için hazırlayın. Gerekirse pinleri Nano kartına lehimleyin ve ardından Nano kartını G/Ç genişletme kartına takın. Ardından, atlama tellerini düğme anahtarına ve sesli uyarıcıya bağlayın veya lehimleyin. Atlama kabloları yerine bazı artık servo konektörleri kullandım. MPXV7002DP için, devre kartı ile birlikte gelen kabloyu lehimlemeden kullanabilir veya kabloyu resimde gösterildiği gibi devre kartına lehimleyebilirsiniz. Ayrıca, yaklaşık 30 mm silikon kauçuk boruyu kesin ve bunu MPXV7002DP üzerindeki üst taraftaki bağlantı noktasına (P1) takın.

Parçalar hazırlandıktan sonra, I/O genişletme kartı ve seri I2C LCD'nin kullanılması nedeniyle son montaj çok basittir.

Adım 1: MPXV7002DP devre kartını 3B baskılı sensör gövdesine takın. Silikon borunun açık ucunu ölçüm deliğine inertleyin ve ardından kartı 2 küçük vidayla sabitleyin. Sensörü, genişletme kartındaki A0 bağlantı noktasındaki S pimine bağlayın.

• Analog A0
• VCC V
• GND -- > G

Adım 2: LCD'yi A4 ve A5 bağlantı noktalarındaki Nano genişletme kartı S pinlerine bağlayın

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

Adım 3: Buzzer'ı bağlayın ve genişletme kartı D5 ve D6 bağlantı noktasına geçin

• Anahtar: S ve G arasındaki bağlantı noktası 5'e
• Buzzer: 6 numaralı bağlantı noktasına, pozitif S'ye ve toprak G'ye

Adım 4: Son montaj

Sensör gövdesini 4 M3 vidayla arka plakaya sabitleyin, ardından LCD ekranı ve Nano genişletme kartını takın ve küçük vidalarla sabitleyin. Düğmeyi ve sesli uyarıyı kasanın içine itin ve sıcak tutkalla sabitleyin.

Adım 5: Programlama

1. Kütüphaneleri Arduino IDE'nize ekleyin. Kitaplıklar şu adreste bulunabilir: LiquidCrystal-I2C ve RunningAverage.
2. Arduino'nuzu bilgisayara bağlayın ve Arduino taslağını kurun.

Bu kadar. Şimdi üniteye USB ile güç verin veya genişletme kartındaki DC bağlantı noktasına 9-12 V güç uygulayın (önerilir). LCD ekran arka ışığı açık ama ekran boşsa veya harflerin okunması zorsa, LCD I2C modülünün arkasındaki mavi potansiyometreyi çevirerek ekran kontrastını ayarlayın.

Son olarak arka plakayı 4 adet M3 vida ile ön kasaya takın.

Adım 4: Basit Manometre Test Kurulumu

Bu dijital manometrenin doğruluğunu merak ettim ve sayaç okumasını klasik bir su manometresiyle karşılaştırmak için basit bir test standı kurdum. Motor hız kontrol cihazı ile kontrol edilen elektrikli hava pompası ile değişken hava basıncı üretebildim ve seri bağlı hem dijital hem de su manometreleri ile aynı anda ölçümler aldım. Basınç ölçümleri, çeşitli hava basıncı seviyelerinde oldukça yakındır.

Adım 5: Eyleme Geçin

Bu cihazın kullanımı oldukça basittir. İlk önce cihazı CPAP makinesi ile standart 15 mm CPAP borusunu kullanan maske arasına bağlayın. Havanın geçebilmesi için monitörün bir tarafını CPAP makinesine, ardından monitörün diğer tarafını maskeye bağlayın.

Açılış kalibrasyonu

MPXV7002DP sensörünün, doğruluğunu sağlamak için her açıldığında ortam atmosferik basıncına karşı sıfır basınca kalibre edilmesi gerekir. CPAP makinesinin kapalı olduğundan ve açılırken boru içinde ek hava basıncı olmadığından emin olun. Kalibrasyon bittiğinde, sayaç ofset değerini ve cihaz hazır mesajını gösterecektir.

Sayaç, düğmeye basarak Manometre modunda veya CPAP Alarm modunda çalışır. Sayacın uyku sırasında daha az rahatsız edici olması için LCD arka ışığının çalışma moduna ve sensör değerine göre yönetildiğini belirtmekte fayda var.

Manometre Modu

Bu bekleme modudur ve ekranın sağ alt köşesinde bir "-" işareti görüntülenecektir. Bu modda alarm işlevi devre dışı bırakılır. Ekran, ilk satırda hem Pascal (P) hem de cmH20 (H) cinsinden gerçek zamanlı hava basıncını ve Minimum ve Maksimum basıncın yanı sıra Min. ve Maks. ikinci sırada son 3 saniyede gözlemlendi. Bu modda, LCD arka ışığı sürekli olarak yanar, ancak 10 saniyeden fazla sürekli olarak sıfır bağıl hava basıncı ölçülürse zaman aşımına uğrar.

CPAP Alarm Modu

Bu alarm modudur ve ekranın sağ alt köşesinde bir "*" işareti görüntülenecektir. Bu modda sayaç, hava basıncının tepe ve dip seviyeleri arasındaki farkları kontrol edecektir. LCD arka ışığı 10 saniye içinde zaman aşımına uğrar ve düşük basınç farkı algılanmadığı sürece kapalı kalır. 100 Pascal'dan daha az bir fark algılanırsa, arka ışık tekrar yanacaktır. Ve ölçülen hava basıncı seviyelerindeki fark 10 saniyeden daha uzun bir süre boyunca sürekli olarak düşükse, sesli alarm ekranda "Maskeyi Kontrol Et" mesajı görüntülenerek sesli bir alarm çalacaktır. Hasta maskeyi yeniden ayarladığında ve basınç farkı 100 Pascal'ın üzerine çıktığında hem alarm hem de arka ışık tekrar kapatılacaktır.

6. Adım: Sorumluluk Reddi

Bu cihaz, tıbbi bir cihaz veya tıbbi cihazın bir aksesuarı değildir. Ölçüm, teşhis veya tedavi amaçlı kullanılmamalıdır.

Sensörler Yarışmasında İkincilik