Manómetro digital / monitor de máquina CPAP: 6 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

¿Alguna vez se despertó por la mañana y encontró que su máscara de CPAP está apagada? Este dispositivo le avisará si se ha quitado la mascarilla involuntariamente durante el sueño.

La terapia CPAP (presión positiva continua en las vías respiratorias) es la forma más común de tratamiento para la apnea obstructiva del sueño (AOS). Para los pacientes de terapia CPAP, es importante usar la máscara CPAP todo el tiempo mientras duermen para que la terapia sea efectiva y también para cumplir con los criterios de cumplimiento de CPAP requeridos por las compañías de seguros.

Sin embargo, muchas personas tienen problemas para adaptarse a dormir con una máscara de CPAP, incluido el problema de despertarse constantemente para encontrar que se han quitado la máscara de CPAP. Aunque muchos dispositivos de CPAP modernos son lo suficientemente sofisticados como para diferenciar que la máscara está realmente sobre la persona o si la persona simplemente la enciende pero no usa la máscara, no todos tienen alarma o alarma lo suficientemente fuerte como para despertar al paciente cuando el Se quita la mascarilla CPAP o hay una gran fuga de aire.

Este proyecto trata sobre la fabricación de un manómetro digital para monitorear la presión del aire dentro de la tubería de CPAP. Mostrará la presión de aire en tiempo real dentro de la tubería de CPAP, y el dispositivo emitirá una alarma audible cuando la máscara de CPAP probablemente esté apagada o presente una gran fuga de aire durante la terapia.

Suministros

1. Placa de conexión MPXV7002DP
2. Arduino Nano V3.0 con placa de expansión de E / S
3. Módulo LCD serie 1602 16x2 con adaptador IIC / I2C azul o verde
4. Interruptor de botón táctil momentáneo de 12x12x7,3 mm con tapa de tecla
5. Zumbador de sonido activo DC 5V
6. 2 mm de diámetro interno, 4 mm de diámetro exterior, tubería de caucho de silicona flexible
7. Cuerpo del sensor y carcasa impresos en 3D
8. Cables puente y tornillos autorroscantes Dupont (M3x16mm, M1.4x6mm, 6 cada uno)

Paso 1: cómo funciona

Un manómetro es un dispositivo para medir presiones. En condiciones normales durante la terapia de CPAP, hay un cambio significativo en la presión de aire dentro de la tubería de CPAP debido a la respiración cuando el paciente inhala y exhala el aire. Si hay una gran fuga de aire o la mascarilla está apagada, la fluctuación de la presión del aire en la tubería será mucho menor. Básicamente, podemos verificar el estado de la mascarilla monitoreando constantemente la presión del aire dentro de la tubería de CPAP con un manómetro.

Manómetro digital

En este proyecto, el sensor de presión de silicio integrado MPXV7002DP se utiliza como un transductor para convertir la presión del aire en señales digitales. La placa de conexión MPXV7002DP está ampliamente disponible como sensor de diferencial de presión para medir la velocidad del aire de los modelos RC y es relativamente barata. Esta es la misma tecnología dentro de las máquinas CPAP comerciales.

MPXV7002DP es un sensor de presión de silicio monolítico diseñado para una amplia gama de aplicaciones. Tiene un rango de medición de presión de aire de -2 kPa a 2 kPa (aproximadamente +/- 20,4 cmH2O), que cubre muy bien los niveles de presión típicos para el tratamiento de la apnea obstructiva del sueño en el rango de 6 a 15 cmH2O.

MPXV7002DP está diseñado como un sensor de presión diferencial y tiene dos puertos (P1 y P2). En este proyecto, el MPXV7002DP se utiliza como sensor de presión manométrica dejando el puerto trasero (P2) abierto al aire ambiente. De esta forma, la presión se mide en relación con la presión atmosférica ambiental.

MPXV7002DP generará un voltaje analógico de 0-5V. Este voltaje es leído por el pin analógico Arduino y convertido a la presión de aire correspondiente usando la función de transferencia proporcionada por el fabricante. La presión se mide en kPa, 1Pa = 0,10197162129779 mmH2O. Luego, los resultados se muestran en la pantalla LCD en Pa (Pascal) y cmH2O.

Monitor de máquina CPAP

Un estudio muestra que los movimientos respiratorios son simétricos y no cambiaron significativamente con la edad. La frecuencia respiratoria promedio es de 14 durante la respiración tranquila para ambos sexos. El ritmo (relación inspiración / espiración) es 1: 1,21 para hombres y 1: 1,14 para mujeres durante la respiración tranquila.

Los datos brutos de las mediciones de presión de aire de la tubería CPAP suben y bajan a medida que las personas respiran y también tienen muchos 'picos' ya que el suministro de Arduino 5.0V es bastante ruidoso. Por lo tanto, los datos deben suavizarse y evaluarse a lo largo del tiempo para detectar de manera confiable los cambios de presión introducidos por la inhalación y la exhalación.

El boceto de Arduino toma varias medidas para procesar los datos y controlar la presión del aire. En pocas palabras, el boceto de Arduino utiliza la biblioteca de promedio en ejecución de Rob Tillaart para calcular primero el promedio móvil de las mediciones de presión de aire en tiempo real para suavizar los puntos de datos, luego calcular la presión de aire mínima y máxima observada cada pocos segundos. para determinar si se ha desconectado la mascarilla comprobando las diferencias entre los niveles máximo y mínimo de presión de aire. Entonces, si la línea de datos entrante se vuelve plana, entonces es probable que haya una gran fuga de aire o que la mascarilla se haya desconectado, sonará una alarma audible para despertar al paciente y hacer los ajustes necesarios. Vea las gráficas de datos para la visualización de este algoritmo.

Paso 2: piezas y esquemas

Todas las piezas están disponibles en Amazon.com y la lista de materiales con enlaces se proporciona arriba.

Además, el cuerpo del sensor y la carcasa, que consta de la caja del dispositivo y el panel posterior, deben imprimirse en 3D utilizando los archivos STL a continuación. El cuerpo del sensor debe imprimirse en posición vertical con soporte para obtener mejores resultados.

Se proporciona un esquema como referencia.

Paso 3: compilación y prueba inicial

Primero prepare todas las piezas para el ensamblaje final. Suelde los pines a la placa Nano si es necesario y luego instale la placa Nano en la placa de expansión de E / S. Luego, conecte o suelde los cables de puente al interruptor de botón y al timbre. Usé algunos conectores de servo sobrantes en lugar de cables de puente. Para MPXV7002DP, puede usar el cable que viene con la placa de conexión sin soldar o soldar el cable a la placa de conexión como se muestra en la imagen. Además, corte un tubo de goma de silicona de unos 30 mm y conéctelo al puerto superior (P1) del MPXV7002DP.

Una vez preparadas las piezas, el montaje final es muy sencillo gracias al uso de la placa de expansión de E / S y la pantalla LCD I2C serie.

Paso 1: Instale la placa de conexión MPXV7002DP en el cuerpo del sensor impreso en 3D. Inserte el extremo abierto del tubo de silicona en el orificio de medición y luego asegure la placa con 2 tornillos pequeños. Conecte el sensor al pin S en el puerto A0 de la placa de expansión.

• Analógico A0
• VCC V
• GND -> G

Paso 2: Conecte la pantalla LCD a los pines S de la placa de expansión Nano en el puerto A4 y A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

Paso 3: conecte el zumbador y el conmutador al puerto de la placa de expansión D5 y D6

• Switch: al puerto 5 entre S y G
• Zumbador: al puerto 6, el positivo a S y el suelo a G

Paso 4: montaje final

Asegure el cuerpo del sensor a la placa posterior con 4 tornillos M3, luego instale la pantalla LCD y la placa de expansión Nano y fíjelas con tornillos pequeños. Empuje el interruptor de botón y el timbre en la caja y asegúrelos con pegamento caliente.

Paso 5: programación

1. Agregue las bibliotecas a su IDE de Arduino. Las bibliotecas se pueden encontrar en: LiquidCrystal-I2C y RunningAverage.
2. Conecte su Arduino a la computadora e instale el boceto de Arduino.

Eso es todo. Ahora encienda la unidad con USB o aplique alimentación de 9-12 V al puerto de CC en la placa de expansión (recomendado). Si la luz de fondo de la pantalla LCD está encendida pero la pantalla está en blanco o las letras son difíciles de leer, ajuste el contraste de la pantalla girando el potenciómetro azul en la parte posterior del módulo LCD I2C.

Finalmente, coloque la placa trasera en la carcasa frontal con 4 tornillos M3.

Paso 4: Configuración de prueba de manómetro simple

Tenía curiosidad por la precisión de este manómetro digital y construí un banco de pruebas simple para comparar la lectura del medidor con un manómetro de agua clásico. Con una bomba de aire eléctrica controlada por un controlador de velocidad del motor, pude generar una presión de aire variable y tomé las medidas simultáneamente mediante manómetros digitales y de agua conectados en serie. Las medidas de presión están bastante cerca en varios niveles de presión de aire.

Paso 5: Ponlo en acción

El uso de este dispositivo es bastante sencillo. Primero conecte el dispositivo en línea entre la máquina CPAP y la máscara, use un tubo CPAP estándar de 15 mm. Conecte un lado del monitor a la máquina CPAP y luego el otro lado del monitor a la mascarilla para que el aire pueda pasar.

Calibración de encendido

El sensor MPXV7002DP debe calibrarse a presión cero contra la presión atmosférica ambiental cada vez que se enciende para garantizar su precisión. Asegúrese de que la máquina CPAP esté apagada y que no haya presión de aire adicional dentro del tubo cuando se enciende. Una vez finalizada la calibración, el medidor mostrará el valor de compensación y un mensaje de dispositivo listo.

El medidor funciona en el modo de manómetro o en el modo de alarma CPAP con solo presionar un botón. Vale la pena señalar que la luz de fondo de la pantalla LCD se gestiona de acuerdo con el modo de funcionamiento y el valor del sensor para que el medidor distraiga menos durante el sueño.

Modo manómetro

Este es el modo de espera y se mostrará un signo "-" en la esquina inferior derecha de la pantalla. La función de alarma está desactivada en este modo. La pantalla mostrará la presión de aire en tiempo real tanto en Pascal (P) como en cmH20 (H) en la primera fila, y la presión Mínima y Máxima, así como la Diferencia entre Mín. y Max. observado en los últimos 3 segundos en la segunda fila. En este modo, la luz de fondo de la pantalla LCD estará encendida constantemente, pero se apagará si la presión de aire relativa cero se ha medido continuamente durante más de 10 segundos.

Modo de alarma CPAP

Este es el modo de alarma y se mostrará un signo "*" en la esquina inferior derecha de la pantalla. En este modo, el medidor comprobará las diferencias entre los niveles máximo y mínimo de presión de aire. La luz de fondo de la pantalla LCD se apagará en 10 segundos y permanecerá apagada mientras no se detecte una diferencia de presión baja. La luz de fondo se volverá a encender si se detecta una diferencia de menos de 100 Pascal. Y el zumbador hará sonar una alarma audible con un mensaje de "Verificar máscara" que se muestra en la pantalla si la diferencia en los niveles de presión de aire medidos ha sido persistentemente baja durante más de 10 segundos. Una vez que el paciente reajuste la mascarilla y la diferencia de presión regrese por encima de 100 Pascal, tanto la alarma como la luz de fondo se apagarán nuevamente.

Paso 6: descargo de responsabilidad

Este dispositivo no es un dispositivo médico ni un accesorio del dispositivo médico. La medición no debe utilizarse con fines diagnósticos o terapéuticos.

Finalista en el Concurso de Sensores