Digitaler Manometer / CPAP-Maschinenmonitor - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:18

Sind Sie morgens aufgewacht und haben festgestellt, dass Ihre CPAP-Maske ausgeschaltet ist? Dieses Gerät alarmiert Sie, wenn Sie die Maske im Schlaf unbeabsichtigt abgenommen haben.

Die CPAP-Therapie (Continuous Positive Airway Pressure) ist die häufigste Behandlungsform der obstruktiven Schlafapnoe (OSA). Für die CPAP-Therapiepatienten ist es wichtig, die CPAP-Maske während des Schlafens die ganze Zeit zu tragen, damit die Therapie wirksam ist und auch die von den Krankenkassen geforderten CPAP-Compliance-Kriterien erfüllt werden.

Viele Menschen haben jedoch Probleme, sich an das Schlafen mit einer CPAP-Maske zu gewöhnen, einschließlich des Problems, ständig aufzuwachen, um ihre CPAP-Maske abgenommen zu finden. Obwohl viele moderne CPAP-Geräte ausgereift genug sind, um zu unterscheiden, ob die Maske tatsächlich auf der Person liegt oder wenn die Person sie nur aufschaltet, aber die Maske nicht trägt, haben nicht alle einen Alarm oder einen Alarm, der laut genug ist, um den Patienten aufzuwecken, wenn die Die CPAP-Maske wird entfernt oder es tritt ein großes Luftleck auf.

Bei diesem Projekt geht es darum, ein digitales Manometer zur Überwachung des Luftdrucks in der CPAP-Rohrleitung herzustellen. Es zeigt den Luftdruck in der CPAP-Leitung in Echtzeit an, und das Gerät gibt einen akustischen Alarm aus, wenn die CPAP-Maske wahrscheinlich ausgeschaltet ist oder während der Therapie ein großes Luftleck auftritt.

Lieferungen

1. MPXV7002DP Breakout-Board
2. Arduino Nano V3.0 mit E/A-Erweiterungsplatine
3. Serielles LCD 1602 16x2 Modul mit IIC/I2C Adapter blau oder grün
4. 12x12x7,3 mm kurzzeitiger taktiler Druckknopfschalter mit einer Tastenkappe
5. DC 5V Active Sound Summer
6. 2 mm ID, 4 mm AD, flexibler Silikonkautschukschlauch
7. 3D-gedruckter Sensorkörper und Gehäuse
8. Dupont-Überbrückungsdrähte und selbstschneidende Schrauben (M3x16mm, M1.4x6mm, je 6)

Schritt 1: Wie es funktioniert

Ein Manometer ist ein Gerät zum Messen von Drücken. Im Normalzustand während der CPAP-Therapie ändert sich der Luftdruck in der CPAP-Leitung aufgrund der Atmung beim Ein- und Ausatmen des Patienten erheblich. Wenn ein großes Luftleck auftritt oder die Maske abgesetzt ist, wird die Luftdruckschwankung in den Rohrleitungen viel geringer. Im Wesentlichen können wir den Maskenstatus überprüfen, indem wir den Luftdruck in der CPAP-Rohrleitung ständig mit einem Manometer überwachen.

Digitales Manometer

In diesem Projekt wird der integrierte Silizium-Drucksensor MPXV7002DP als Messumformer verwendet, um den Luftdruck in digitale Signale umzuwandeln. Das Breakout Board MPXV7002DP ist als Druckdifferenzsensor zur Messung der Fluggeschwindigkeit von RC-Modellen weit verbreitet und relativ günstig. Dies ist die gleiche Technologie in kommerziellen CPAP-Geräten.

MPXV7002DP ist ein monolithischer Silizium-Drucksensor, der für eine Vielzahl von Anwendungen entwickelt wurde. Es hat einen Messbereich des Luftdrucks von -2 kPa bis 2 kPa (ca. +/- 20,4 cmH2O), der die typischen Druckwerte zur Behandlung von obstruktiver Schlafapnoe von 6 bis 15 cmH2O gut abdeckt.

MPXV7002DP ist als Differenzdrucksensor konzipiert und verfügt über zwei Anschlüsse (P1 & P2). In diesem Projekt wird MPXV7002DP als Überdrucksensor verwendet, indem der rückseitige Anschluss (P2) zur Umgebungsluft offen bleibt. Auf diese Weise wird der Druck relativ zum atmosphärischen Umgebungsdruck gemessen.

MPXV7002DP gibt eine analoge Spannung von 0-5 V aus. Diese Spannung wird vom Arduino-Analog-Pin gelesen und mit der vom Hersteller bereitgestellten Übertragungsfunktion auf den entsprechenden Luftdruck umgerechnet. Der Druck wird in kPa gemessen, 1Pa = 0,10197162129779 mmH2O. Die Ergebnisse werden dann auf dem LCD-Bildschirm sowohl in Pa (Pascal) als auch in cmH2O angezeigt.

CPAP-Maschinenmonitor

Die Studie zeigt, dass die Atembewegungen symmetrisch sind und sich mit zunehmendem Alter nicht signifikant ändern. Die durchschnittliche Atemfrequenz beträgt 14 bei ruhiger Atmung für beide Geschlechter. Der Rhythmus (Inspiration/Exspirationsverhältnis) beträgt 1:1,21 für Männer und 1:1,14 für Frauen bei ruhiger Atmung.

Die Rohdaten der Luftdruckmessungen von der CPAP-Rohrleitung gehen beim Atmen auf und ab und haben auch viele "Spitzen", da die Arduino 5.0V-Versorgung ziemlich laut ist. Daher müssen die Daten über die Zeit geglättet und ausgewertet werden, um die durch Ein- und Ausatmen eingeleiteten Druckänderungen zuverlässig zu erkennen.

Mehrere Maßnahmen werden von der Arduino-Skizze ergriffen, um die Daten zu verarbeiten und den Luftdruck zu überwachen. Kurz gesagt verwendet die Arduino-Skizze die laufende Durchschnittsbibliothek von Rob Tillaart, um zuerst den gleitenden Durchschnitt der Luftdruckmessungen in Echtzeit zu berechnen, um die Datenpunkte zu glätten, und dann alle paar Sekunden den minimalen und maximalen beobachteten Luftdruck zu berechnen um festzustellen, ob die Maske abgeklemmt wurde, indem die Unterschiede zwischen den Spitzen- und Tiefstwerten des Luftdrucks überprüft werden. Wenn also die eingehende Datenleitung flach wird, ist es wahrscheinlich, dass ein großes Luftleck vorliegt oder die Maske abgetrennt wurde, ertönt ein akustischer Alarm, um den Patienten aufzuwecken, um die notwendigen Anpassungen vorzunehmen. Siehe die Diagramme für die Visualisierung dieses Algorithmus.

Schritt 2: Teile und Schaltpläne

Alle Teile sind bei Amazon.com erhältlich und die Stückliste mit Links finden Sie oben.

Zusätzlich müssen der Sensorkörper und das Gehäuse, das aus Gerätebox und Rückwand besteht, mit den untenstehenden STL-Dateien in 3D gedruckt werden. Der Sensorkörper sollte in vertikaler Position mit Unterstützung gedruckt werden, um beste Ergebnisse zu erzielen.

Als Referenz dient ein Schaltplan.

Schritt 3: Build und erste Tests

Bereiten Sie zunächst alle Teile für die Endmontage vor. Löten Sie die Pins bei Bedarf auf die Nanoplatine und installieren Sie dann die Nanoplatine auf der E/A-Erweiterungsplatine. Befestigen oder löten Sie dann die Überbrückungsdrähte an den Tastenschalter und den Summer. Ich habe einige übrig gebliebene Servoanschlüsse anstelle von Überbrückungsdrähten verwendet. Für MPXV7002DP können Sie entweder den mit der Breakout-Platine gelieferten Draht ohne Löten verwenden oder den Draht wie in der Abbildung gezeigt an die Breakout-Platine löten. Schneiden Sie außerdem einen etwa 30 mm langen Silikongummischlauch ab und befestigen Sie ihn am oberen Anschluss (P1) des MPXV7002DP.

Sobald die Teile vorbereitet sind, ist die Endmontage durch die Verwendung des I/O-Erweiterungsboards und des seriellen I2C-LCDs sehr einfach.

Schritt 1: Installieren Sie das MPXV7002DP Breakout Board am 3D-gedruckten Sensorkörper. Führen Sie das offene Ende des Silikonschlauchs in das Messloch ein und befestigen Sie die Platine mit 2 kleinen Schrauben. Verbinden Sie den Sensor mit dem S-Pin an Port A0 auf der Erweiterungsplatine.

• Analog A0
• VCC V
• GND -- > G

Schritt 2: Verbinden Sie das LCD mit den S-Pins der Nano-Erweiterungskarte an den Ports A4 und A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• Masse G

Schritt 3: Verbinden Sie den Summer und den Switch mit den Erweiterungskarten-Ports D5 und D6

• Schalter: auf Port 5 zwischen S und G
• Summer: an Port 6, Plus an S und Masse an G

Schritt 4: Endmontage

Befestigen Sie den Sensorkörper mit 4 M3-Schrauben an der Rückplatte, installieren Sie dann den LCD-Bildschirm und die Nano-Erweiterungsplatine und befestigen Sie sie mit kleinen Schrauben. Drücken Sie den Knopfschalter und den Summer in das Gehäuse und befestigen Sie sie mit Heißkleber.

Schritt 5: Programmierung

1. Fügen Sie die Bibliotheken zu Ihrer Arduino-IDE hinzu. Die Bibliotheken finden Sie unter: LiquidCrystal-I2C und RunningAverage.
2. Verbinden Sie Ihr Arduino mit dem Computer und installieren Sie die Arduino-Skizze.

Das ist es. Schalten Sie nun das Gerät entweder über USB ein oder legen Sie 9-12 V an den DC-Anschluss der Erweiterungsplatine an (empfohlen). Wenn die Hintergrundbeleuchtung des LCD-Displays eingeschaltet ist, aber der Bildschirm leer oder die Buchstaben schwer zu lesen sind, stellen Sie den Bildschirmkontrast durch Drehen des blauen Potentiometers auf der Rückseite des LCD-I2C-Moduls ein.

Schließlich befestigen Sie die Rückplatte mit 4 M3-Schrauben am Frontgehäuse.

Schritt 4: Einfache Manometer-Testeinrichtung

Ich war neugierig auf die Genauigkeit dieses digitalen Manometers und baute einen einfachen Prüfstand, um den Zählerstand mit einem klassischen Wassermanometer zu vergleichen. Mit einer von einem Motordrehzahlregler gesteuerten elektrischen Luftpumpe konnte ich einen variablen Luftdruck erzeugen und die Messungen gleichzeitig mit in Reihe geschalteten Digital- und Wassermanometern durchführen. Die Druckmessungen liegen bei verschiedenen Luftdruckniveaus ziemlich nahe beieinander.

Schritt 5: Setzen Sie es in die Tat um

Die Verwendung dieses Geräts ist ziemlich einfach. Verbinden Sie das Gerät zuerst inline zwischen dem CPAP-Gerät und der Maske, verwenden Sie ein 15-mm-CPAP-Standardrohr. Verbinden Sie eine Seite des Monitors mit dem CPAP-Gerät und dann die andere Seite des Monitors mit der Maske, damit die Luft durchströmen kann.

Einschaltkalibrierung

Der MPXV7002DP-Sensor muss bei jedem Einschalten auf Nulldruck gegen den atmosphärischen Umgebungsdruck kalibriert werden, um seine Genauigkeit zu gewährleisten. Stellen Sie sicher, dass das CPAP-Gerät ausgeschaltet ist und beim Einschalten kein zusätzlicher Luftdruck im Schlauch vorhanden ist. Sobald die Kalibrierung abgeschlossen ist, zeigt das Messgerät den Offset-Wert und eine Gerätebereitschaftsmeldung an.

Das Messgerät arbeitet entweder im Manometermodus oder im CPAP-Alarmmodus durch Knopfdruck. Es ist erwähnenswert, dass die LCD-Hintergrundbeleuchtung je nach Betriebsmodus und Sensorwert gesteuert wird, um das Messgerät während des Schlafs weniger abzulenken.

Manometer-Modus

Dies ist der Standby-Modus und ein "-"-Zeichen wird in der rechten unteren Ecke des Bildschirms angezeigt. Die Alarmfunktion ist in diesem Modus deaktiviert. Der Bildschirm zeigt den Echtzeit-Luftdruck in Pascal (P) und cmH20 (H) in der ersten Reihe und den minimalen und maximalen Druck sowie die Differenz zwischen min. und max. in den letzten 3 Sekunden in der zweiten Reihe beobachtet. In diesem Modus ist die LCD-Hintergrundbeleuchtung konstant eingeschaltet, wird jedoch unterbrochen, wenn für mehr als 10 Sekunden kontinuierlich ein relativer Luftdruck von Null gemessen wurde.

CPAP-Alarmmodus

Dies ist der Alarmmodus und ein "*"-Zeichen wird in der rechten unteren Ecke des Bildschirms angezeigt. In diesem Modus überprüft das Messgerät die Unterschiede zwischen den Spitzen- und Tiefstwerten des Luftdrucks. Die LCD-Hintergrundbeleuchtung erlischt in 10 Sekunden und bleibt aus, solange kein geringer Druckunterschied erkannt wurde. Die Hintergrundbeleuchtung schaltet sich wieder ein, wenn ein Unterschied von weniger als 100 Pascal erkannt wurde. Und der Summer ertönt einen akustischen Alarm mit der Meldung "Check Mask" auf dem Bildschirm, wenn die Differenz der gemessenen Luftdruckwerte länger als 10 Sekunden konstant niedrig war. Sobald der Patient die Maske neu justiert und die Druckdifferenz wieder über 100 Pascal liegt, werden sowohl der Alarm als auch die Hintergrundbeleuchtung wieder ausgeschaltet.

Schritt 6: Haftungsausschluss

Dieses Gerät ist weder ein Medizinprodukt noch ein Zubehörteil des Medizinprodukts. Die Messung sollte nicht zu diagnostischen oder therapeutischen Zwecken verwendet werden.

Zweiter im Sensors Contest