Manomètre numérique/Moniteur de machine CPAP : 6 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Vous êtes-vous déjà réveillé le matin en découvrant que votre masque CPAP était éteint ? Cet appareil vous alertera si vous avez involontairement retiré le masque pendant le sommeil.

La thérapie CPAP (Continuous Positive Airway Pressure) est la forme de traitement la plus courante pour l'apnée obstructive du sommeil (AOS). Pour les patients sous thérapie CPAP, il est important de porter le masque CPAP tout le temps pendant le sommeil afin que la thérapie soit efficace, et également pour répondre aux critères de conformité CPAP requis par les compagnies d'assurance.

Cependant, de nombreuses personnes ont des problèmes pour s'adapter au sommeil avec un masque CPAP, y compris le problème de se réveiller régulièrement pour trouver leur masque CPAP éteint. Bien que de nombreux appareils CPAP modernes soient suffisamment sophistiqués pour différencier le masque étant réellement sur la personne ou si la personne l'allume mais ne porte pas le masque, tous n'ont pas une alarme ou une alarme assez forte pour réveiller le patient lorsque le Le masque CPAP est retiré ou il y a une grosse fuite d'air.

Ce projet consiste à fabriquer un manomètre numérique pour surveiller la pression de l'air à l'intérieur de la tuyauterie CPAP. Il affichera la pression d'air en temps réel à l'intérieur de la tuyauterie CPAP et l'appareil émettra une alarme sonore lorsque le masque CPAP est probablement éteint ou qu'il présente une fuite d'air importante pendant la thérapie.

Fournitures

1. Carte de dérivation MPXV7002DP
2. Arduino Nano V3.0 avec carte d'extension E/S
3. Module série LCD 1602 16x2 avec adaptateur IIC/I2C bleu ou vert
4. Interrupteur à bouton-poussoir tactile momentané 12x12x7.3mm avec un capuchon de touche
5. Avertisseur sonore actif DC 5V
6. 2 mm ID, 4 mm OD, tube flexible en caoutchouc de silicone
7. Corps du capteur et boîtier imprimés en 3D
8. Cavaliers Dupont et vis autotaraudeuses (M3x16mm, M1.4x6mm, 6 chacun)

Étape 1: Comment ça marche

Un manomètre est un appareil pour mesurer les pressions. Dans des conditions normales pendant la thérapie CPAP, il y a un changement significatif de la pression d'air à l'intérieur de la tuyauterie CPAP en raison de la respiration lorsque le patient inspire et expire l'air. S'il y a une fuite d'air importante ou si le masque est éteint, la fluctuation de la pression d'air dans la tuyauterie deviendra beaucoup plus petite. Donc, essentiellement, nous pouvons vérifier l'état du masque en surveillant en permanence la pression de l'air à l'intérieur de la tuyauterie CPAP avec un manomètre.

Manomètre numérique

Dans ce projet, le capteur de pression au silicium intégré MPXV7002DP est utilisé comme transducteur pour convertir la pression de l'air en signaux numériques. La carte de dérivation MPXV7002DP est largement disponible en tant que capteur de pression différentielle pour mesurer la vitesse des modèles RC et est relativement bon marché. Il s'agit de la même technologie à l'intérieur des machines CPAP commerciales.

MPXV7002DP est un capteur de pression en silicium monolithique conçu pour une large gamme d'applications. Il a une plage de mesure de la pression atmosphérique de -2 kPa à 2 kPa (environ +/- 20,4 cmH2O), ce qui couvre bien les niveaux de pression typiques pour le traitement de l'apnée obstructive du sommeil de 6 à 15 cmH2O.

Le MPXV7002DP est conçu comme un capteur de pression différentielle et possède deux ports (P1 et P2). Dans ce projet, le MPXV7002DP est utilisé comme capteur de pression manométrique en laissant le port arrière (P2) ouvert à l'air ambiant. De cette façon, la pression est mesurée par rapport à la pression atmosphérique ambiante.

MPXV7002DP produira une tension analogique de 0-5V. Cette tension est lue par la broche analogique Arduino et convertie à la pression d'air correspondante à l'aide de la fonction de transfert fournie par le fabricant. La pression est mesurée en kPa, 1Pa = 0,10197162129779 mmH2O. Les résultats sont ensuite affichés sur l'écran LCD en Pa (Pascal) et en cmH2O.

Moniteur de machine CPAP

Une étude montre que les mouvements respiratoires sont symétriques et ne changent pas de manière significative avec l'âge. La fréquence respiratoire moyenne est de 14 pendant la respiration calme pour les deux sexes. Le rythme (rapport inspiration/expiration) est de 1:1,21 pour les hommes et de 1:1,14 pour les femmes lors d'une respiration calme.

Les données brutes des mesures de pression d'air provenant de la tuyauterie CPAP montent et descendent au fur et à mesure que les gens respirent et ont également de nombreuses « pointes » car l'alimentation Arduino 5.0V est assez bruyante. Par conséquent, les données doivent être lissées et évaluées dans le temps afin de détecter de manière fiable les changements de pression introduits par l'inspiration et l'expiration.

Plusieurs mesures sont prises par le sketch Arduino pour traiter les données et surveiller la pression atmosphérique. En un mot, l'esquisse Arduino utilise la bibliothèque de moyennes courantes de Rob Tillaart pour d'abord calculer la moyenne mobile des mesures de pression atmosphérique en temps réel pour lisser les points de données, puis calculer la pression atmosphérique minimale et maximale observée toutes les quelques secondes pour déterminer si le masque a été déconnecté en vérifiant les différences entre les niveaux de pression d'air de crête et de creux. Ainsi, si la ligne de données entrante devient plate, il est probable qu'il y ait une fuite d'air importante ou que le masque ait été déconnecté, une alarme sonore retentira pour réveiller le patient et effectuer les ajustements nécessaires. Voir les graphiques de données pour la visualisation de cet algorithme.

Étape 2: Pièces et schémas

Toutes les pièces sont disponibles sur Amazon.com et la nomenclature avec des liens est fournie ci-dessus.

De plus, le corps du capteur et le boîtier qui se compose du boîtier de l'appareil et du panneau arrière doivent être imprimés en 3D à l'aide des fichiers STL ci-dessous. Le corps du capteur doit être imprimé en position verticale avec un support pour de meilleurs résultats.

Un schéma est fourni pour référence.

Étape 3: Création et tests initiaux

Préparez d'abord toutes les pièces pour l'assemblage final. Soudez les broches à la carte Nano si nécessaire, puis installez la carte Nano sur la carte d'extension E/S. Ensuite, attachez ou soudez les fils volants à l'interrupteur à bouton et à l'avertisseur sonore. J'ai utilisé des connecteurs d'asservissement restants au lieu de câbles de démarrage. Pour MPXV7002DP, vous pouvez soit utiliser le fil fourni avec la carte de dérivation sans souder, soit souder le fil à la carte de dérivation comme indiqué sur l'image. Coupez également un tube en caoutchouc silicone d'environ 30 mm et fixez-le au port supérieur (P1) du MPXV7002DP.

Une fois les pièces préparées, l'assemblage final est très simple grâce à l'utilisation de la carte d'extension E/S et de l'écran LCD série I2C.

Étape 1: installez la carte de dérivation MPXV7002DP sur le corps du capteur imprimé en 3D. Inertez l'extrémité ouverte du tube en silicone sur le trou de mesure puis fixez la carte avec 2 petites vis. Connectez le capteur à la broche S du port A0 de la carte d'extension.

• Analogique A0
• VCC V
• TERRE --> G

Étape 2: connectez l'écran LCD aux broches S de la carte d'extension Nano aux ports A4 et A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

Étape 3: connectez le buzzer et le commutateur aux ports de la carte d'extension D5 et D6

• Switch: vers le port 5 entre S et G
• Buzzer: vers le port 6, le positif vers S et la masse vers G

Étape 4: Assemblage final

Fixez le corps du capteur à la plaque arrière avec 4 vis M3, puis installez l'écran LCD et la carte d'extension Nano et fixez-les avec de petites vis. Poussez l'interrupteur à bouton et le buzzer dans le boîtier et fixez-les avec de la colle chaude.

Étape 5: Programmation

1. Ajoutez les bibliothèques à votre IDE Arduino. Les bibliothèques peuvent être trouvées sur: LiquidCrystal-I2C et RunningAverage.
2. Connectez votre Arduino à l'ordinateur et installez le sketch Arduino.

C'est ça. Mettez maintenant l'unité sous tension via USB ou appliquez une alimentation 9-12 V au port CC de la carte d'extension (recommandé). Si le rétroéclairage de l'écran LCD est allumé mais que l'écran est vide ou que les lettres sont difficiles à lire, ajustez le contraste de l'écran en tournant le potentiomètre bleu situé à l'arrière du module LCD I2C.

Enfin, fixez la plaque arrière au boîtier avant avec 4 vis M3.

Étape 4: Configuration simple du test du manomètre

J'étais curieux de connaître la précision de ce manomètre numérique et j'ai construit un banc d'essai simple pour comparer la lecture du compteur à un manomètre à eau classique. Avec une pompe à air électrique contrôlée par un variateur de vitesse du moteur, j'ai pu générer une pression d'air variable et pris les mesures simultanément par des manomètres numériques et à eau connectés en série. Les mesures de pression sont assez proches à divers niveaux de pression d'air.

Étape 5: Mettez-le en action

L'utilisation de cet appareil est assez simple. Connectez d'abord l'appareil en ligne entre la machine CPAP et le masque en utilisant un tuyau CPAP standard de 15 mm. Connectez un côté du moniteur à la machine CPAP, puis l'autre côté du moniteur au masque pour que l'air puisse passer.

Étalonnage à la mise sous tension

Le capteur MPXV7002DP doit être calibré à une pression nulle par rapport à la pression atmosphérique ambiante à chaque mise sous tension pour garantir sa précision. Assurez-vous que la machine CPAP est éteinte et qu'il n'y a pas de pression d'air supplémentaire à l'intérieur du tube lors de la mise sous tension. Une fois l'étalonnage terminé, le compteur affichera la valeur de décalage et un message d'appareil prêt.

Le compteur fonctionne en mode manomètre ou en mode alarme CPAP en appuyant sur un bouton. Il est à noter que le rétroéclairage LCD est géré en fonction du mode de fonctionnement et de la valeur du capteur pour rendre le compteur moins distrayant pendant le sommeil.

Mode manomètre

C'est le mode veille et un signe "-" s'affichera dans le coin inférieur droit de l'écran. La fonction d'alarme est désactivée dans ce mode. L'écran affichera la pression atmosphérique en temps réel en Pascal (P) et en cmH20 (H) sur la première rangée, et la pression minimale et maximale ainsi que la différence entre Min. et Max. observé au cours des 3 dernières secondes à la deuxième rangée. Dans ce mode, le rétroéclairage de l'écran LCD sera allumé en permanence mais s'éteindra si une pression atmosphérique relative nulle a été mesurée en continu pendant plus de 10 secondes.

Mode d'alarme CPAP

C'est le mode d'alarme et un signe "*" sera affiché dans le coin inférieur droit de l'écran. Dans ce mode, le compteur vérifiera les différences entre les niveaux de pression d'air de crête et de creux. Le rétroéclairage de l'écran LCD s'éteindra dans 10 secondes et restera éteint tant qu'aucune différence de pression faible n'a été détectée. Le rétroéclairage se rallumera si une différence inférieure à 100 Pascal a été détectée. Et le buzzer sonnera une alarme sonore avec un message "Vérifier le masque" affiché à l'écran si la différence dans les niveaux de pression d'air mesurés a été constamment faible pendant plus de 10 secondes. Une fois que le patient a réajusté le masque et que la différence de pression est revenue au-dessus de 100 Pascal, l'alarme et le rétroéclairage s'éteignent à nouveau.

Étape 6: Avis de non-responsabilité

Ce dispositif n'est pas un dispositif médical, ni un accessoire au dispositif médical. La mesure ne doit pas être utilisée à des fins diagnostiques ou thérapeutiques.

Finaliste du concours Sensors