مقياس ضغط رقمي / جهاز مراقبة ضغط المجرى الهوائي الإيجابي المستمر: 6 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

هل سبق لك أن استيقظت في الصباح ووجدت أن قناع ضغط المجرى الهوائي الإيجابي المستمر متوقف؟ سوف ينبهك هذا الجهاز إذا قمت بإزالة القناع عن غير قصد أثناء النوم.

يعد علاج ضغط المجرى الهوائي الإيجابي المستمر (CPAP) هو الشكل الأكثر شيوعًا لعلاج انقطاع النفس الانسدادي النومي (OSA). بالنسبة لمرضى علاج ضغط المجرى الهوائي الإيجابي المستمر ، من المهم ارتداء قناع ضغط المجرى الهوائي الإيجابي المستمر طوال الوقت أثناء النوم حتى يصبح العلاج فعالًا ، وأيضًا لتلبية معايير الامتثال الخاصة بجهاز ضغط المسالك الهوائية الإيجابي المستمر التي تتطلبها شركات التأمين.

ومع ذلك ، يواجه العديد من الأشخاص مشكلات أثناء التكيف مع النوم باستخدام قناع CPAP ، بما في ذلك مشكلة الاستيقاظ باستمرار للعثور على قناع CPAP الخاص بهم. على الرغم من أن العديد من أجهزة الضغط الإيجابي المستمر في المجرى الهوائي الحديثة متطورة بما يكفي للتمييز بين القناع الموجود فعليًا على الشخص أو إذا قام الشخص بتشغيله فقط ولكن لا يرتدي القناع ، فليس جميعها بها إنذار أو إنذار بصوت عالٍ بما يكفي لإيقاظ المريض عندما يتم إزالة قناع CPAP ، أو يوجد تسرب كبير للهواء.

يدور هذا المشروع حول صنع مقياس رقمي لمراقبة ضغط الهواء داخل أنابيب CPAP. سيعرض ضغط الهواء في الوقت الفعلي داخل أنابيب CPAP ، وسيقوم الجهاز بإصدار إنذار مسموع عندما يحتمل إيقاف قناع CPAP أو وجود تسرب كبير للهواء أثناء العلاج.

اللوازم

1. MPXV7002DP لوح الاختراق
2. Arduino Nano V3.0 مع لوحة توسعة I / O
3. وحدة LCD 1602 16x2 التسلسلية مع محول IIC / I2C أزرق أو أخضر
4. 12x12x7.3mm لحظية اللمس زر التبديل مع keycap
5. جرس صوت نشط DC 5V
6. معرف 2 مم ، 4 مم OD ، أنابيب مرنة من مطاط السيليكون
7. جسم المستشعر المطبوع ثلاثي الأبعاد والحالة
8. أسلاك العبور ومسامير التنصت الذاتية (M3x16mm ، M1.4x6mm ، 6 كل منها)

الخطوة 1: كيف يعمل

مقياس الضغط هو جهاز لقياس الضغوط. في الحالة الطبيعية أثناء العلاج بجهاز ضغط المجرى الهوائي الإيجابي المستمر ، هناك تغير كبير في ضغط الهواء داخل أنابيب ضغط المجرى الهوائي الإيجابي المستمر بسبب التنفس حيث يستنشق المريض الهواء ويزفره. إذا كان هناك تسرب كبير للهواء أو كان القناع مغلقًا ، فسيصبح تذبذب ضغط الهواء في الأنابيب أصغر بكثير. لذلك يمكننا بشكل أساسي التحقق من حالة القناع من خلال المراقبة المستمرة لضغط الهواء داخل أنابيب CPAP باستخدام مقياس ضغط.

مقياس ضغط رقمي

في هذا المشروع ، يتم استخدام مستشعر ضغط السيليكون المتكامل MPXV7002DP كمحول طاقة لتحويل ضغط الهواء إلى إشارات رقمية. لوح الاختراق MPXV7002DP متاح على نطاق واسع كمستشعر تفاضل للضغط لقياس سرعة الهواء لنماذج RC وهو رخيص نسبيًا. هذه هي نفس التكنولوجيا داخل أجهزة CPAP التجارية.

MPXV7002DP عبارة عن مستشعر ضغط سيليكون متآلف مصمم لمجموعة واسعة من التطبيقات. لديها نطاق قياس لضغط الهواء من -2 كيلو باسكال إلى 2 كيلو باسكال (حوالي +/- 20.4 سمH2O) ، والتي تغطي بشكل جيد مستويات الضغط النموذجية لعلاج انقطاع النفس الانسدادي النومي الذي يتراوح من 6 إلى 15 سم H2O.

تم تصميم MPXV7002DP كمستشعر ضغط تفاضلي وله منفذين (P1 & P2). في هذا المشروع ، يتم استخدام MPXV7002DP كمستشعر ضغط من خلال ترك المنفذ الخلفي (P2) مفتوحًا للهواء المحيط. بهذه الطريقة يتم قياس الضغط بالنسبة إلى الضغط الجوي المحيط.

سينتج MPXV7002DP جهدًا تناظريًا من 0-5 فولت. تتم قراءة هذا الجهد بواسطة دبوس Arduino التناظري ويتم إخفاء ضغط الهواء المقابل باستخدام وظيفة النقل التي توفرها الشركة المصنعة. يقاس الضغط بالكيلوباسكال ، 1 باسكال = 0.10197162129779 مم H2O. يتم عرض النتائج بعد ذلك على شاشة LCD في كل من Pa (Pascal) و cmH2O.

جهاز مراقبة ضغط المجرى الهوائي الإيجابي المستمر

تظهر الدراسة أن حركات التنفس متناظرة ولم تتغير بشكل ملحوظ مع تقدم العمر. متوسط معدل التنفس هو 14 أثناء التنفس الهادئ لكلا الجنسين. الإيقاع (نسبة الشهيق / الزفير) هو 1: 1.21 للرجال و 1: 1.14 للنساء أثناء التنفس الهادئ.

ترتفع البيانات الأولية لقياسات ضغط الهواء من أنابيب CPAP لأعلى ولأسفل مع تنفس الناس ولديها أيضًا العديد من "المسامير" نظرًا لأن إمداد Arduino 5.0V صاخب تمامًا. لذلك تحتاج البيانات إلى تنعيمها وتقييمها بمرور الوقت من أجل الكشف بشكل موثوق عن تغيرات الضغط الناتجة عن الاستنشاق والزفير.

يتم اتخاذ العديد من الإجراءات بواسطة مخطط Arduino لمعالجة البيانات ومراقبة ضغط الهواء. باختصار ، يستخدم مخطط Arduino مكتبة متوسط التشغيل بواسطة Rob Tillaart لحساب المتوسط المتحرك لقياسات ضغط الهواء في الوقت الفعلي لتنعيم نقاط البيانات ، ثم حساب الحد الأدنى والحد الأقصى لضغط الهواء المرصود كل بضع ثوانٍ لتحديد ما إذا كان القناع قد تم فصله عن طريق التحقق من الاختلافات بين مستويات ضغط الهواء الذروة والحوض. لذلك إذا أصبح خط البيانات الواردة مسطحًا ، فمن المحتمل أن يكون هناك تسرب كبير للهواء أو تم فصل القناع ، وسوف يصدر صوت إنذار صوتي لإيقاظ المريض لإجراء التعديلات اللازمة. انظر مخططات البيانات لتصور هذه الخوارزمية.

الخطوة 2: الأجزاء والمخططات

جميع الأجزاء متوفرة من Amazon.com ويتم توفير BOM مع الروابط أعلاه.

بالإضافة إلى ذلك ، يحتاج جسم المستشعر والحالة التي تتكون من صندوق الجهاز واللوحة الخلفية إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام ملفات STL أدناه. يجب طباعة جسم المستشعر في وضع عمودي مع دعم للحصول على أفضل النتائج.

يتم توفير مخطط كمرجع.

الخطوة 3: البناء والاختبار الأولي

قم أولاً بإعداد جميع الأجزاء للتجميع النهائي. قم بتوصيل المسامير بلوحة Nano إذا لزم الأمر ، ثم قم بتثبيت لوحة Nano على لوحة توسيع الإدخال / الإخراج. ثم قم بتوصيل أو لحام أسلاك العبور بمفتاح الزر والجرس. لقد استخدمت بعض موصلات المؤازرة المتبقية بدلاً من أسلاك العبور. بالنسبة لـ MPXV7002DP ، يمكنك إما استخدام السلك الذي يأتي مع لوحة القطع بدون لحام أو لحام السلك بلوحة القطع كما هو موضح في الصورة. أيضًا ، قم بقطع حوالي 30 ملم من أنابيب المطاط السليكونية وثبتها بالمنفذ العلوي (P1) على MPXV7002DP.

بمجرد تحضير الأجزاء ، يكون التجميع النهائي بسيطًا جدًا نظرًا لاستخدام لوحة توسيع الإدخال / الإخراج وشاشة العرض التسلسلي I2C LCD.

الخطوة 1: قم بتثبيت لوحة الفصل MPXV7002DP على جسم المستشعر المطبوع ثلاثي الأبعاد. أدخل الطرف المفتوح من أنبوب السيليكون في فتحة القياس ثم ثبت اللوحة ببراغي صغيرة. قم بتوصيل المستشعر بالدبوس S في المنفذ A0 على لوحة التوسيع.

• التناظرية A0
• VCC الخامس
• GND -> G

الخطوة 2: قم بتوصيل شاشة LCD بدبابيس S للوحة توسيع Nano في المنفذين A4 و A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC الخامس
• GND G

الخطوة 3: قم بتوصيل الجرس والتبديل بمنفذ لوحة التوسيع D5 و D6

• التبديل: إلى المنفذ 5 بين S و G
• الجرس: إلى المنفذ 6 ، الموجب إلى S والأرضي إلى G

الخطوة 4: التجميع النهائي

قم بتأمين جسم المستشعر على اللوحة الخلفية باستخدام مسامير 4 M3 ، ثم قم بتثبيت شاشة LCD ولوحة توسيع Nano وقم بتثبيتها بمسامير صغيرة. اضغط على مفتاح الزر والجرس في العلبة وثبتهما بالغراء الساخن.

الخطوة الخامسة: البرمجة

1. أضف المكتبات إلى Arduino IDE الخاص بك. يمكن العثور على المكتبات على: LiquidCrystal-I2C و RunningAverage.
2. قم بتوصيل Arduino بالكمبيوتر وقم بتثبيت رسم Arduino.

هذا كل شيء. الآن قم بتشغيل الوحدة باستخدام USB أو قم بتطبيق طاقة 9-12 فولت على منفذ التيار المستمر على لوحة التوسيع (موصى به). إذا كان الضوء الخلفي لشاشة LCD قيد التشغيل ولكن الشاشة فارغة أو كان من الصعب قراءة الأحرف ، فاضبط تباين الشاشة عن طريق تدوير مقياس الجهد الأزرق الموجود في الجزء الخلفي من وحدة LCD I2C.

أخيرًا ، قم بتوصيل اللوحة الخلفية بالعلبة الأمامية باستخدام 4 براغي M3.

الخطوة 4: إعداد اختبار مقياس الضغط البسيط

كنت أشعر بالفضول بشأن دقة جهاز قياس الضغط الرقمي هذا وقمت ببناء منصة اختبار بسيطة لمقارنة قراءات العداد بمقياس ضغط المياه الكلاسيكي. باستخدام مضخة هواء كهربائية يتم التحكم فيها بواسطة وحدة تحكم في سرعة المحرك ، تمكنت من توليد ضغط هواء متغير وأخذت القياسات في وقت واحد عن طريق كل من مقاييس ضغط المياه الرقمية والمائية المتصلة في سلسلة. قياسات الضغط قريبة جدًا من مستويات ضغط الهواء المختلفة.

الخطوة 5: ضعه في العمل

استخدام هذا الجهاز بسيط للغاية. قم أولاً بتوصيل الجهاز بشكل مضمن بين جهاز CPAP والقناع باستخدام أنبوب CPAP القياسي 15 مم. قم بتوصيل جانب واحد من الشاشة بجهاز CPAP ثم الجانب الآخر من الشاشة بالقناع حتى يمر الهواء من خلاله.

معايرة التشغيل

يحتاج مستشعر MPXV7002DP إلى المعايرة إلى الصفر مقابل الضغط الجوي المحيط في كل مرة عند التشغيل لضمان دقته. تأكد من إيقاف تشغيل جهاز CPAP وعدم وجود ضغط هواء إضافي داخل الأنبوب عند التشغيل. بمجرد الانتهاء من المعايرة ، سيعرض العداد قيمة الإزاحة ورسالة جاهزة للجهاز.

يعمل المقياس إما في وضع المانومتر أو وضع إنذار CPAP بضغطة زر. وتجدر الإشارة إلى أنه يتم التحكم في الإضاءة الخلفية لشاشة LCD وفقًا لوضع التشغيل وقيمة المستشعر لجعل العداد أقل تشتتًا أثناء النوم.

وضع المانومتر

هذا هو وضع الاستعداد وسيتم عرض علامة "-" في الركن السفلي الأيمن من الشاشة. وظيفة التنبيه معطلة في هذا الوضع. ستعرض الشاشة ضغط الهواء في الوقت الفعلي في كل من باسكال (P) و cmH20 (H) في الصف الأول ، والضغط الأدنى والأقصى بالإضافة إلى الفرق بين الحد الأدنى. وماكس. لوحظ في الثواني الثلاث الماضية في الصف الثاني. في هذا الوضع ، سيظل الضوء الخلفي لشاشة LCD قيد التشغيل باستمرار ، ولكنه سينتهي إذا تم قياس ضغط الهواء النسبي الصفري بشكل مستمر لأكثر من 10 ثوانٍ.

وضع إنذار CPAP

هذا هو وضع التنبيه وسيتم عرض علامة "*" في الركن الأيمن السفلي من الشاشة. في هذا الوضع ، يقوم العداد بفحص الفروق بين مستويات ضغط الهواء الذروة والقاع. سينتهي الضوء الخلفي لشاشة LCD في غضون 10 ثوانٍ ويظل مطفئًا طالما لم يتم اكتشاف فرق ضغط منخفض. سيعود الضوء الخلفي مرة أخرى إذا تم اكتشاف فرق أقل من 100 باسكال. وسيصدر الجرس صوت إنذار مسموع مع عرض رسالة "Check Mask" على الشاشة إذا كان الفرق في مستويات ضغط الهواء المقاسة منخفضًا باستمرار لأكثر من 10 ثوانٍ. بمجرد أن يعيد المريض ضبط القناع ويعود فرق الضغط إلى ما يزيد عن 100 باسكال ، فسيتم إطفاء كل من الإنذار والضوء الخلفي مرة أخرى.

الخطوة السادسة: إخلاء المسؤولية

هذا الجهاز ليس جهازًا طبيًا ولا ملحقًا للجهاز الطبي. لا ينبغي استخدام القياس لأغراض التشخيص أو العلاج.

الوصيف في مسابقة أجهزة الاستشعار