เครื่องวัด Manometer/CPAP แบบดิจิตอล: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

เคยตื่นเช้ามาพบว่าหน้ากาก CPAP ของคุณปิดอยู่หรือไม่? อุปกรณ์นี้จะเตือนคุณหากคุณถอดหน้ากากออกโดยไม่ได้ตั้งใจระหว่างการนอนหลับ

การบำบัดด้วย CPAP (Continuous Positive Airway Pressure) เป็นรูปแบบการรักษาภาวะหยุดหายใจขณะหลับที่อุดกั้น (OSA) ที่พบบ่อยที่สุด สำหรับผู้ป่วยที่ได้รับการรักษาด้วย CPAP สิ่งสำคัญคือต้องสวมหน้ากาก CPAP ตลอดเวลาขณะนอนหลับเพื่อให้การรักษามีประสิทธิภาพ และเป็นไปตามเกณฑ์การปฏิบัติตาม CPAP ที่บริษัทประกันภัยกำหนด

อย่างไรก็ตาม หลายคนมีปัญหาขณะปรับตัวเข้ากับการนอนด้วยหน้ากาก CPAP รวมถึงปัญหาการตื่นนอนอย่างต่อเนื่องเพื่อถอดหน้ากาก CPAP ออก แม้ว่าอุปกรณ์ CPAP สมัยใหม่จำนวนมากจะซับซ้อนพอที่จะแยกความแตกต่างระหว่างหน้ากากกับตัวบุคคล หรือหากบุคคลนั้นเปิดเครื่องแต่ไม่สวมหน้ากาก ก็ไม่ใช่ว่าทุกเครื่องจะมีเสียงเตือนหรือเสียงเตือนดังพอที่จะปลุกผู้ป่วยเมื่อ หน้ากาก CPAP ถูกถอดออก หรือมีอากาศรั่วขนาดใหญ่

โครงงานนี้เกี่ยวกับการสร้างมาโนมิเตอร์แบบดิจิตอลเพื่อตรวจสอบแรงดันอากาศภายในท่อ CPAP โดยจะแสดงแรงดันอากาศตามเวลาจริงภายในท่อ CPAP และอุปกรณ์จะส่งเสียงเตือนเมื่อหน้ากาก CPAP ปิดหรือมีอากาศรั่วขนาดใหญ่ระหว่างการรักษา

เสบียง

1. บอร์ดฝ่าวงล้อม MPXV7002DP
2. Arduino Nano V3.0 พร้อมบอร์ดขยาย I/O
3. โมดูล Serial LCD 1602 16x2 พร้อมอะแดปเตอร์ IIC/I2C สีน้ำเงินหรือสีเขียว
4. สวิตช์ปุ่มกดสัมผัสชั่วขณะขนาด 12x12x7.3 มม. พร้อมปุ่มกด
5. DC 5V Active Sound Buzzer
6. 2mm ID, 4mm OD, ท่อยางซิลิโคนแบบยืดหยุ่น
7. ตัวเซ็นเซอร์ที่พิมพ์ 3 มิติและตัวเรือน
8. สายจัมเปอร์ดูปองท์และสกรูยึดตัวเอง (M3x16mm, M1.4x6mm, 6 อัน)

ขั้นตอนที่ 1: มันทำงานอย่างไร

manometer เป็นอุปกรณ์สำหรับวัดความดัน ในสภาวะปกติระหว่างการรักษาด้วย CPAP ความดันอากาศภายในท่อ CPAP จะเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากการหายใจในขณะที่ผู้ป่วยหายใจเข้าและหายใจออก หากมีการรั่วไหลของอากาศขนาดใหญ่หรือปิดหน้ากาก ความผันผวนของแรงดันอากาศในท่อจะเล็กลงมาก โดยพื้นฐานแล้ว เราสามารถตรวจสอบสถานะของหน้ากากได้โดยการตรวจสอบความดันอากาศภายในท่อ CPAP ด้วยมาโนมิเตอร์อย่างต่อเนื่อง

มาโนมิเตอร์ดิจิตอล

ในโครงการนี้ MPXV7002DP Integrated Silicon Pressure Sensor ใช้เป็นทรานสดิวเซอร์เพื่อแปลงแรงดันอากาศเป็นสัญญาณดิจิตอล บอร์ดฝ่าวงล้อม MPXV7002DP มีให้ใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะเซ็นเซอร์วัดความแตกต่างของแรงดันเพื่อวัดความเร็วลมของรุ่น RC และมีราคาค่อนข้างถูก นี่เป็นเทคโนโลยีเดียวกันในเครื่อง CPAP เชิงพาณิชย์

MPXV7002DP เป็นเซ็นเซอร์ความดันซิลิคอนแบบเสาหินที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย มีช่วงการวัดความดันอากาศตั้งแต่ -2 kPa ถึง 2 kPa (ประมาณ +/- 20.4 cmH2O) ซึ่งครอบคลุมระดับความดันทั่วไปสำหรับการรักษาภาวะหยุดหายใจขณะหลับจากการอุดกั้นระหว่าง 6 ถึง 15 cmH2O

MPXV7002DP ได้รับการออกแบบให้เป็นเซ็นเซอร์ความดันแตกต่างและมีพอร์ตสองพอร์ต (P1 & P2) ในโครงการนี้ MPXV7002DP ใช้เป็นเซ็นเซอร์วัดแรงดันเกจโดยปล่อยให้พอร์ตด้านหลัง (P2) เปิดออกสู่อากาศแวดล้อม วิธีนี้จะวัดความดันโดยสัมพันธ์กับความดันบรรยากาศโดยรอบ

MPXV7002DP จะส่งสัญญาณแรงดันอนาล็อกจาก 0-5V แรงดันไฟฟ้านี้อ่านโดยขาอะนาล็อก Arduino และแปลงเป็นแรงดันอากาศที่สอดคล้องกันโดยใช้ฟังก์ชันถ่ายโอนที่ผู้ผลิตจัดเตรียมไว้ให้ วัดความดันเป็น kPa, 1Pa = 0.10197162129779 mmH2O ผลลัพธ์จะแสดงบนหน้าจอ LCD ทั้งใน Pa (Pascal) และ cmH2O

เครื่องตรวจสอบเครื่อง CPAP

การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการเคลื่อนไหวของการหายใจมีความสมมาตรและไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่ออายุมากขึ้น อัตราการหายใจเฉลี่ยอยู่ที่ 14 ระหว่างการหายใจเงียบสำหรับทั้งสองเพศ จังหวะ (อัตราส่วนแรงบันดาลใจ/หมดอายุ) คือ 1:1.21 สำหรับผู้ชาย และ 1:1.14 สำหรับผู้หญิงระหว่างการหายใจแบบเงียบ

ข้อมูลดิบของการวัดความดันอากาศจากท่อ CPAP จะเพิ่มขึ้นและลดลงเมื่อผู้คนหายใจ และยังมี 'เดือย' มากมาย เนื่องจาก Arduino 5.0V จ่ายไฟค่อนข้างดัง ดังนั้น ข้อมูลจึงต้องเรียบเรียงและประเมินผลเมื่อเวลาผ่านไป เพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของความดันที่เกิดจากการหายใจเข้าและหายใจออกได้อย่างน่าเชื่อถือ

ร่าง Arduino ใช้มาตรการหลายอย่างเพื่อประมวลผลข้อมูลและตรวจสอบความดันอากาศ โดยสรุปแล้ว ภาพสเก็ตช์ Arduino ใช้ไลบรารีค่าเฉลี่ยวิ่งโดย Rob Tillaart เพื่อคำนวณค่าเฉลี่ยเคลื่อนที่ของการวัดความกดอากาศในแบบเรียลไทม์ก่อนเพื่อให้จุดข้อมูลเรียบขึ้น จากนั้นจึงคำนวณความกดอากาศต่ำสุดและสูงสุดที่สังเกตได้ทุกๆ สองสามวินาที เพื่อตรวจสอบว่าหน้ากากถูกถอดออกหรือไม่โดยตรวจสอบความแตกต่างระหว่างระดับแรงดันลมสูงสุดและระดับราง ดังนั้น หากสายข้อมูลขาเข้าราบเรียบ อาจเป็นไปได้ว่ามีการรั่วไหลของอากาศขนาดใหญ่หรือถอดหน้ากากแล้ว เสียงเตือนจะดังขึ้นเพื่อปลุกผู้ป่วยเพื่อทำการปรับเปลี่ยนที่จำเป็น ดูแผนภาพข้อมูลสำหรับการแสดงภาพของอัลกอริทึมนี้

ขั้นตอนที่ 2: ชิ้นส่วนและแผนผัง

ชิ้นส่วนทั้งหมดสามารถหาได้จาก Amazon.com และ BOM พร้อมลิงก์อยู่ด้านบน

นอกจากนี้ ตัวเซ็นเซอร์และเคสซึ่งประกอบด้วยกล่องอุปกรณ์และแผงด้านหลังจะต้องพิมพ์แบบ 3 มิติโดยใช้ไฟล์ STL ด้านล่าง ควรพิมพ์ตัวเซ็นเซอร์ในแนวตั้งโดยรองรับเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด

แผนผังมีไว้เพื่อใช้อ้างอิง

ขั้นตอนที่ 3: สร้างและทดสอบเบื้องต้น

ขั้นแรกให้เตรียมชิ้นส่วนทั้งหมดสำหรับการประกอบขั้นสุดท้าย ประสานพินเข้ากับบอร์ด Nano หากจำเป็น จากนั้นติดตั้งบอร์ด Nano เข้ากับบอร์ดขยาย I/O จากนั้นติดหรือประสานสายจัมเปอร์เข้ากับสวิตช์ปุ่มและออด ฉันใช้ตัวเชื่อมต่อเซอร์โวที่เหลือแทนสายจัมเปอร์ สำหรับ MPXV7002DP คุณสามารถใช้ลวดที่มาพร้อมกับบอร์ดฝ่าวงล้อมโดยไม่ต้องบัดกรีหรือบัดกรีลวดเข้ากับบอร์ดฝ่าวงล้อมตามที่แสดงในภาพ นอกจากนี้ ให้ตัดท่อยางซิลิกอนประมาณ 30 มม. แล้วต่อเข้ากับพอร์ตด้านบน (P1) บน MPXV7002DP

เมื่อเตรียมชิ้นส่วนแล้ว การประกอบขั้นสุดท้ายทำได้ง่ายมาก เนื่องจากการใช้บอร์ดขยาย I/O และ LCD I2C แบบอนุกรม

ขั้นตอนที่ 1: ติดตั้ง MPXV7002DP breakout board เข้ากับตัวเซ็นเซอร์ที่พิมพ์ 3 มิติ เฉื่อยปลายเปิดของท่อซิลิกอนไปที่รูวัด จากนั้นยึดบอร์ดด้วยสกรูขนาดเล็ก 2 ตัว เชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับพิน S ที่พอร์ต A0 บนบอร์ดขยาย

• อนาล็อก A0
• VCC V
• GND -- > G

ขั้นตอนที่ 2: เชื่อมต่อ LCD กับพิน S ของบอร์ดขยาย Nano ที่พอร์ต A4 และ A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

ขั้นตอนที่ 3: เชื่อมต่อ Buzzer และสลับไปที่พอร์ตบอร์ดขยาย D5 และ D6

• สวิตช์: ไปยังพอร์ต 5 ระหว่าง S และ G
• Buzzer: ไปที่พอร์ต 6 บวกกับ S และกราวด์ถึง G

ขั้นตอนที่ 4: การประกอบขั้นสุดท้าย

ยึดตัวเซ็นเซอร์กับแผ่นด้านหลังด้วยสกรู M3 4 ตัว จากนั้นติดตั้งหน้าจอ LCD และบอร์ดขยาย Nano และยึดให้แน่นด้วยสกรูขนาดเล็ก ดันสวิตช์ปุ่มและออดเข้าไปในเคสแล้วยึดด้วยกาวร้อน

ขั้นตอนที่ 5: การเขียนโปรแกรม

1. เพิ่มไลบรารีลงใน Arduino IDE ของคุณ ห้องสมุดสามารถพบได้ที่: LiquidCrystal-I2C และ RunningAverage
2. เชื่อมต่อ Arduino ของคุณกับคอมพิวเตอร์และติดตั้ง Arduino Sketch

แค่นั้นแหละ. ตอนนี้เปิดเครื่องด้วย USB หรือใช้พลังงาน 9-12V กับพอร์ต DC บนบอร์ดขยาย (แนะนำ) หากไฟแบ็คไลท์ของจอแสดงผล LCD เปิดอยู่แต่หน้าจอว่างเปล่าหรือตัวอักษรอ่านยาก ให้ปรับความคมชัดของหน้าจอโดยหมุนโพเทนชิออมิเตอร์สีน้ำเงินที่ด้านหลังของโมดูล LCD I2C

สุดท้ายติดเพลทด้านหลังเข้ากับเคสด้านหน้าด้วยสกรู M3 4 ตัว

ขั้นตอนที่ 4: ตั้งค่าการทดสอบ Manometer อย่างง่าย

ฉันสงสัยเกี่ยวกับความแม่นยำของมาโนมิเตอร์แบบดิจิตอลนี้ และสร้างแท่นทดสอบง่ายๆ เพื่อเปรียบเทียบการอ่านค่ามิเตอร์กับมาโนมิเตอร์แบบน้ำแบบคลาสสิก ด้วยปั๊มลมไฟฟ้าที่ควบคุมโดยตัวควบคุมความเร็วของมอเตอร์ ฉันสามารถสร้างแรงดันอากาศที่แปรผันได้ และทำการวัดพร้อมกันโดยทั้งมาโนมิเตอร์แบบดิจิตอลและแบบน้ำที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม การวัดความดันค่อนข้างใกล้เคียงกัน ระดับความกดอากาศ

ขั้นตอนที่ 5: นำไปใช้จริง

การใช้อุปกรณ์นี้ค่อนข้างง่าย ขั้นแรกให้เชื่อมต่ออุปกรณ์แบบอินไลน์ระหว่างเครื่อง CPAP และหน้ากากโดยใช้ท่อ CPAP มาตรฐานขนาด 15 มม. เชื่อมต่อด้านหนึ่งของจอภาพเข้ากับเครื่อง CPAP จากนั้นอีกด้านหนึ่งของจอภาพเข้ากับหน้ากากเพื่อให้อากาศผ่านได้

การสอบเทียบเมื่อเปิดเครื่อง

เซ็นเซอร์ MPXV7002DP ต้องได้รับการปรับเทียบให้เป็นศูนย์กับความดันบรรยากาศโดยรอบทุกครั้งที่เปิดเครื่องเพื่อให้แน่ใจว่ามีความแม่นยำ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าปิดเครื่อง CPAP และไม่มีแรงดันอากาศเพิ่มเติมภายในท่อเมื่อเปิดเครื่อง เมื่อการสอบเทียบเสร็จสิ้น มิเตอร์จะแสดงค่าออฟเซ็ตและข้อความแจ้งความพร้อมของอุปกรณ์

มิเตอร์ทำงานในโหมด Manometer หรือโหมด CPAP Alarm โดยกดปุ่ม เป็นที่น่าสังเกตว่าไฟแบ็คไลท์ LCD ได้รับการจัดการตามโหมดการทำงานและค่าเซ็นเซอร์ เพื่อทำให้มิเตอร์เสียสมาธิน้อยลงระหว่างการนอนหลับ

โหมดมาโนมิเตอร์

นี่คือโหมดสแตนด์บายและเครื่องหมาย "-" จะปรากฏขึ้นที่มุมล่างขวาของหน้าจอ ฟังก์ชันปลุกถูกปิดใช้งานในโหมดนี้ หน้าจอจะแสดงความกดอากาศแบบเรียลไทม์ทั้งใน Pascal (P) และ cmH20 (H) ที่แถวแรก และค่าความดันต่ำสุดและสูงสุด ตลอดจนความแตกต่างระหว่างค่าต่ำสุด และแม็กซ์ สังเกตในช่วง 3 วินาทีที่ผ่านมาที่แถวที่สอง ในโหมดนี้ ไฟด้านหลัง LCD จะติดสว่างตลอดเวลา แต่จะหมดเวลาหากมีการวัดความดันอากาศสัมพัทธ์เป็นศูนย์อย่างต่อเนื่องนานกว่า 10 วินาที

โหมดปลุก CPAP

นี่คือโหมดการเตือนและเครื่องหมาย "*" จะปรากฏขึ้นที่มุมล่างขวาของหน้าจอ ในโหมดนี้ มิเตอร์จะตรวจสอบความแตกต่างระหว่างระดับความกดอากาศสูงสุดและระดับราง ไฟด้านหลัง LCD จะดับลงใน 10 วินาทีและจะดับลงตราบเท่าที่ไม่พบความแตกต่างของแรงดันต่ำ ไฟด้านหลังจะเปิดขึ้นอีกครั้งหากตรวจพบความแตกต่างน้อยกว่า 100 Pascal และออดจะส่งเสียงเตือนพร้อมข้อความ "Check Mask" ที่แสดงบนหน้าจอ หากความแตกต่างของระดับความกดอากาศที่วัดได้นั้นต่ำอย่างต่อเนื่องเป็นเวลานานกว่า 10 วินาที เมื่อผู้ป่วยปรับหน้ากากอีกครั้งและค่าความต่างของความดันกลับมาสูงกว่า 100 Pascal แล้ว ทั้งสัญญาณเตือนและไฟด้านหลังจะปิดลงอีกครั้ง

ขั้นตอนที่ 6: ข้อจำกัดความรับผิดชอบ

อุปกรณ์นี้ไม่ใช่เครื่องมือแพทย์ หรืออุปกรณ์เสริมของเครื่องมือแพทย์ ไม่ควรใช้การวัดเพื่อวัตถุประสงค์ในการวินิจฉัยหรือการรักษา

รองชนะเลิศการประกวดเซนเซอร์