Digitale manometer/CPAP-machinemonitor - Ajarnpa

2025 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2025-01-23 15:01

Ooit 's ochtends wakker geworden en ontdekt dat uw CPAP-masker af is? Dit apparaat zal u alarmeren als u tijdens de slaap onbedoeld een masker heeft verwijderd.

CPAP-therapie (Continuous Positive Airway Pressure) is de meest voorkomende vorm van behandeling voor obstructieve slaapapneu (OSA). Voor patiënten met CPAP-therapie is het belangrijk om het CPAP-masker tijdens de slaap altijd te dragen om de therapie effectief te laten zijn en ook om te voldoen aan de CPAP-conformiteitscriteria die door de verzekeringsmaatschappijen worden vereist.

Veel mensen hebben echter problemen bij het wennen aan het slapen met een CPAP-masker, inclusief het probleem van consequent wakker worden om hun CPAP-masker te vinden. Hoewel veel moderne CPAP-apparaten geavanceerd genoeg zijn om onderscheid te maken tussen het masker dat daadwerkelijk op de persoon zit of dat de persoon het gewoon aanzet maar het masker niet draagt, hebben ze niet allemaal een alarm of alarm dat luid genoeg is om de patiënt wakker te maken wanneer de CPAP-masker is verwijderd of er is een groot luchtlek.

Dit project gaat over het maken van een digitale manometer om de luchtdruk in de CPAP-leidingen te bewaken. Het geeft de realtime luchtdruk in de CPAP-leidingen weer en het apparaat geeft een hoorbaar alarm wanneer het CPAP-masker waarschijnlijk is uitgeschakeld of er een groot luchtlek is tijdens de therapie.

Benodigdheden

1. MPXV7002DP breakout-bord
2. Arduino Nano V3.0 met I/O-uitbreidingskaart
3. Seriële LCD 1602 16x2 module met IIC/I2C adapter blauw of groen
4. 12x12x7.3mm kortstondige tactiele drukknopschakelaar met een keycap
5. DC 5V actieve geluidszoemer
6. 2 mm binnendiameter, 4 mm buitendiameter, flexibele siliconenrubberen slang
7. 3D-geprinte sensorbehuizing en de behuizing
8. Dupont jumperdraden en zelftappende schroeven (M3x16mm, M1.4x6mm, 6 elk)

Stap 1: Hoe het werkt

Een manometer is een apparaat om druk te meten. In de normale toestand tijdens de CPAP-therapie is er een significante verandering in de luchtdruk in de CPAP-leidingen als gevolg van het ademen terwijl de patiënt de lucht in- en uitademt. Als er een grote luchtlekkage is of het masker is af, zal de luchtdrukschommeling in de leidingen veel kleiner worden. Dus in wezen kunnen we de maskerstatus controleren door constant de luchtdruk in de CPAP-leidingen te controleren met een manometer.

Digitale manometer

In dit project wordt de MPXV7002DP Integrated Silicon Pressure Sensor gebruikt als transducer om de luchtdruk om te zetten in digitale signalen. Het MPXV7002DP breakout board is algemeen verkrijgbaar als drukverschilsensor om de luchtsnelheid van RC-modellen te meten en is relatief goedkoop. Dit is dezelfde technologie in commerciële CPAP-machines.

MPXV7002DP is een monolithische siliciumdruksensor die is ontworpen voor een breed scala aan toepassingen. Het heeft een meetbereik van luchtdruk van -2 kPa tot 2 kPa (ongeveer +/- 20,4 cmH2O), wat goed de typische drukniveaus voor de behandeling van obstructieve slaapapneu van 6 tot 15 cmH2O dekt.

MPXV7002DP is ontworpen als een verschildruksensor en heeft twee poorten (P1 & P2). In dit project wordt de MPXV7002DP gebruikt als een manometerdruksensor door de poort aan de achterkant (P2) open te laten voor de omgevingslucht. Op deze manier wordt de druk gemeten ten opzichte van de atmosferische omgevingsdruk.

MPXV7002DP levert een analoge spanning van 0-5V. Deze spanning wordt gelezen door de Arduino analoge pin en verborgen naar de overeenkomstige luchtdruk met behulp van de overdrachtsfunctie van de fabrikant. De druk wordt gemeten in kPa, 1Pa = 0,10197162129779 mmH2O. De resultaten worden vervolgens op het LCD-scherm weergegeven in zowel Pa (Pascal) als cmH2O.

CPAP-machinemonitor

Onderzoek toont aan dat ademhalingsbewegingen symmetrisch zijn en niet significant veranderen met toenemende leeftijd. De gemiddelde ademhalingsfrequentie is 14 tijdens rustige ademhaling voor beide geslachten. Het ritme (inspiratie/expiratieverhouding) is 1:1,21 voor mannen en 1:1,14 voor vrouwen tijdens rustig ademhalen.

De onbewerkte gegevens van luchtdrukmetingen van de CPAP-leidingen gaan op en neer terwijl mensen ademen en hebben ook veel 'pieken' omdat de Arduino 5.0V-voeding nogal luidruchtig is. Daarom moeten de gegevens in de loop van de tijd worden gladgestreken en geëvalueerd om op betrouwbare wijze de drukveranderingen te detecteren die worden veroorzaakt door in- en uitademing.

De Arduino-schets neemt verschillende maatregelen om de gegevens te verwerken en de luchtdruk te bewaken. In een notendop, de Arduino-schets gebruikt de lopende gemiddelde bibliotheek van Rob Tillaart om eerst het voortschrijdend gemiddelde van de luchtdrukmetingen in realtime te berekenen om de gegevenspunten glad te strijken, en vervolgens om de paar seconden de minimale en maximale waargenomen luchtdruk te berekenen om te bepalen of het masker is losgekoppeld door de verschillen tussen de piek- en dalniveaus van de luchtdruk te controleren. Dus als de binnenkomende datalijn plat wordt, dan is er waarschijnlijk een groot luchtlek of is het masker losgekoppeld, een hoorbaar alarm zal afgaan om de patiënt wakker te maken om de nodige aanpassingen te maken. Zie de dataplots voor de visualisatie van dit algoritme.

Stap 2: Onderdelen en schema's

Alle onderdelen zijn verkrijgbaar via Amazon.com en de stuklijst met links vindt u hierboven.

Bovendien moeten de sensorbehuizing en de behuizing die bestaat uit de apparaatdoos en het achterpaneel 3D-geprint worden met behulp van de onderstaande STL-bestanden. De sensorbehuizing moet in verticale positie met ondersteuning worden bedrukt voor de beste resultaten.

Ter referentie wordt een schema gegeven.

Stap 3: Build en eerste tests

Maak eerst alle onderdelen klaar voor de eindmontage. Soldeer indien nodig de pinnen op de Nano-kaart en installeer vervolgens de Nano-kaart op de I/O-uitbreidingskaart. Bevestig of soldeer vervolgens de jumperdraden aan de knopschakelaar en de zoemer. Ik heb wat overgebleven servoconnectoren gebruikt in plaats van jumperdraden. Voor de MPXV7002DP kunt u de draad gebruiken die bij het breakout-bord wordt geleverd zonder te solderen, of de draad aan het breakout-bord solderen, zoals weergegeven in de afbeelding. Snijd ook ongeveer 30 mm siliconenrubberen slang en bevestig deze aan de poort aan de bovenzijde (P1) op de MPXV7002DP.

Als de onderdelen eenmaal zijn voorbereid, is de uiteindelijke montage zeer eenvoudig dankzij het gebruik van de I/O-uitbreidingskaart en de seriële I2C-LCD.

Stap 1: Installeer de MPXV7002DP breakout-kaart op de 3D-geprinte sensorbehuizing. Steek het open uiteinde van de siliconenslang in het meetgat en zet het bord vervolgens vast met 2 kleine schroeven. Sluit de sensor aan op de S-pin op poort A0 op de uitbreidingskaart.

• Analoog A0
• VCC V
• GND -- > G

Stap 2: Sluit het LCD-scherm aan op de S-pinnen van de Nano-uitbreidingskaart op poort A4 en A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

Stap 3: Sluit de zoemer en switch aan op de uitbreidingskaartpoort D5 en D6

• Switch: naar poort 5 tussen S en G
• Zoemer: naar poort 6, de positieve naar S en de grond naar G

Stap 4: Eindmontage

Bevestig de sensorbehuizing aan de achterplaat met 4 M3-schroeven, installeer vervolgens het LCD-scherm en de Nano-uitbreidingskaart en zet ze vast met kleine schroeven. Druk de knopschakelaar en de zoemer in de behuizing en zet ze vast met hete lijm.

Stap 5: Programmeren

1. Voeg de bibliotheken toe aan uw Arduino IDE. De bibliotheken zijn te vinden op: LiquidCrystal-I2C en RunningAverage.
2. Sluit uw Arduino aan op de computer en installeer de Arduino-schets.

Dat is het. Zet het apparaat nu aan met USB of sluit 9-12V stroom aan op de DC-poort op de uitbreidingskaart (aanbevolen). Als de achtergrondverlichting van het LCD-scherm aan is, maar de scree is leeg of de letters zijn moeilijk te lezen, pas dan het schermcontrast aan door aan de blauwe potentiometer op de achterkant van de LCD I2C-module te draaien.

Bevestig tot slot de achterplaat aan de voorbehuizing met 4 M3-schroeven.

Stap 4: Eenvoudige manometertest instellen

Ik was benieuwd naar de nauwkeurigheid van deze digitale manometer en bouwde een eenvoudige testopstelling om de meteruitlezing te vergelijken met een klassieke watermanometer. Met een elektrische luchtpomp die werd bestuurd door een motortoerentalregelaar, kon ik variabele luchtdruk genereren en de metingen gelijktijdig uitvoeren door zowel digitale als watermanometers die in serie zijn geschakeld. De drukmetingen zijn redelijk dichtbij bij verschillende luchtdrukniveaus.

Stap 5: Zet het in actie

Het gebruik van dit apparaat is vrij eenvoudig. Sluit eerst het apparaat inline aan tussen de CPAP-machine en het masker en gebruik een standaard CPAP-buis van 15 mm. Sluit de ene kant van de monitor aan op de CPAP-machine en vervolgens de andere kant van de monitor op het masker zodat de lucht erdoor kan.

Kalibratie bij inschakelen

De MPXV7002DP-sensor moet elke keer bij het inschakelen worden gekalibreerd op nuldruk ten opzichte van atmosferische omgevingsdruk om de nauwkeurigheid te garanderen. Zorg ervoor dat de CPAP-machine is uitgeschakeld en dat er geen extra luchtdruk in de slang is bij het opstarten. Zodra de kalibratie is voltooid, geeft de meter de offsetwaarde weer en een bericht dat het apparaat gereed is.

De meter werkt met een druk op de knop in de manometermodus of in de CPAP-alarmmodus. Het is vermeldenswaard dat de LCD-achtergrondverlichting wordt beheerd volgens de bedieningsmodus en sensorwaarde om de meter minder afleidend te maken tijdens de slaap.

Manometermodus:

Dit is de stand-bymodus en er wordt een "-"-teken weergegeven in de rechterbenedenhoek van het scherm. In deze modus is de alarmfunctie uitgeschakeld. Het scherm toont de real-time luchtdruk in zowel Pascal (P) als de cmH20 (H) op de eerste rij, en de Minimum en Maximum druk evenals het verschil tussen Min. en Max. waargenomen in de afgelopen 3 seconden op de tweede rij. In deze modus is de LCD-achtergrondverlichting constant aan, maar gaat deze uit als de relatieve luchtdruk gedurende meer dan 10 seconden continu nul is.

CPAP-alarmmodus

Dit is de alarmmodus en er wordt een "*"-teken weergegeven in de rechterbenedenhoek van het scherm. In deze modus controleert de meter de verschillen tussen de piek- en dalniveaus van de luchtdruk. De LCD-achtergrondverlichting gaat na 10 seconden uit en blijft uit zolang er geen laag drukverschil is gedetecteerd. De achtergrondverlichting gaat weer aan als er een verschil van minder dan 100 Pascal is gedetecteerd. En de zoemer zal een hoorbaar alarm laten klinken met een "Check Mask"-bericht dat op het scherm wordt weergegeven als het verschil in gemeten luchtdrukniveaus langer dan 10 seconden aanhoudend laag is geweest. Zodra de patiënt het masker opnieuw afstelt en het drukverschil weer boven 100 Pascal komt, worden zowel het alarm als de achtergrondverlichting weer uitgeschakeld.

Stap 6: Disclaimer

Dit apparaat is geen medisch apparaat en ook geen accessoire bij het medische apparaat. De meting mag niet worden gebruikt voor diagnostische of therapeutische doeleinden.

Tweede plaats in de sensorwedstrijd