Spirometër i printuar 3D: 6 hapa (me fotografi)

2025 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2025-01-23 15:10

Ndiqni më shumë nga autori:

Projektet Fusion 360 »

Spirometrat janë instrumenti klasik për të kryer analizën e ajrit ashtu siç fryhet nga goja juaj. Ato përbëhen nga një tub në të cilin fryheni, i cili regjistron vëllimin dhe shpejtësinë e një fryme, të cilat më pas krahasohen me një grup vlerash normale të bazuara në lartësi, peshë dhe gjini dhe përdoren për të ndjekur funksionin e mushkërive. Instrumenti që kam projektuar, edhe pse i testuar për saktësinë me një matës të rrjedhës nuk është në asnjë mënyrë një pajisje mjekësore e certifikuar, por me siguri mund të kalojë për një-duke dhënë llogari relative të riprodhueshme dhe të sakta të standardeve FEV1, FEVC dhe grafikëve të vëllimit dalja dhe shpejtësia me kalimin e kohës. Unë e projektova atë në mënyrë që pajisjet elektronike me sensorin e shtrënguar të lidhur të ishin të kufizuara në një pjesë dhe tubi i goditjes me lehtësi të disponueshme me kanalet e lidhura me viruse ishte në një tjetër. Kjo duket të jetë një nga të metat e makinave standarde të përdorura klinikisht - zërat e kartonit të zëvendësueshëm nuk i eliminojnë me të vërtetë të gjitha rreziqet kur viruset transmetohen në ajër dhe ju kërkohet të fryni gjatë dhe fort në një aparat shumë të shtrenjtë. Kostoja e pajisjes është nën 40 dollarë dhe kushdo që ka një printer 3D mund të dalë sa të dojë. Softueri Wifi e lidh atë me një aplikacion Blynk në smartphone tuaj për vizualizim dhe ju lejon të shkarkoni çdo të dhënë që dëshironi.

Hapi 1: Blini gjëra

Në thelb ne po ndërtojmë një sensor analog me një kombinim të shkëlqyeshëm të ekranit/mikrokontrolluesit. Rëndësia është në zgjedhjen e sensorit të duhur. Disa modele të tjera për këto pajisje kanë përdorur sensorë që nuk kanë ndjeshmërinë e nevojshme për të siguruar të dhënat për llogaritjen e këtyre elementëve të frymëmarrjes. ESP32 ka probleme të njohura me jolinearitetin e ADC -së së tij, por kjo nuk duket të jetë domethënëse në rangun e kësaj njësie.

1. TTGO T-Display ESP32 CP2104 WiFi Bluetooth Modul 1.14 Inch LCD Zhvillimi i Bordit 8 dollarë Bangood

2. SDP816-125PA Sensor Presioni, CMOSens®, 125 Pa, Analog, Diferencial $ 30 Newark, Digikey

3. Bateria Lipo - 600mah 2 dollarë

4. Ndërprerësi i ndezjes / fikjes-Butoni i ndezjes / fikjes së energjisë / butoni i ndërrimit Çelësi i Adafruit

Hapi 2: Printimi 3D

Fusion 360 u përdor për të hartuar dy elementët e foleve të Spirometrit. Tubi Venturi (tubi i goditjes) ka një larmi modelesh. Për të përdorur ekuacionin Bernoulli për llogaritjen e rrjedhës duhet të keni një pakësim të vëllimit të rrjedhës në tubin matës. Ky parim përdoret në një sërë sensorë të rrjedhës për të gjitha llojet e lëngjeve të rrjedhës laminare. Dimensionet që kam përdorur në tubin Venturi nuk ishin nga ndonjë burim i veçantë, por ato thjesht dukej se funksiononin. Sensori përdor presionin diferencial në zonat e ngushta dhe të gjera të tubit për të llogaritur vëllimin e rrjedhës. Doja që sensori të ishte në gjendje të përfshijë me lehtësi dhe në mënyrë të kthyeshme tubin Venturi për ndryshim dhe heqje të shpejtë, kështu që projektova tubat e sensorit të presionit që të nxirrnin nga modeli dhe të përfundonin në bazën e tij, ku do të përfshinin majat e kokave të tubave të sensorit. Ekziston një polaritet i lartë/i ulët i sensorit që duhet të mbahet nga zonat me presion të lartë/të ulët të tubit Venturi. Presioni i lartë është në pjesën e drejtë dhe presioni i ulët është mbi kurbën e kufizimit-ashtu si mbi një krah të aeroplanit. Trupi i Spirometrit është projektuar me kujdes për të siguruar montues me vida për të mbajtur sensorin në vend me vida M3 (20 mm). Këto vendosen në futje të nxehtësisë M3x4x5mm. Pjesa e mbetur e dizajnit siguron ankorimin e TTGO në një çarë në pjesën e poshtme dhe një dritare për ekranin. Butoni dhe kapaku i butonit janë të dyja të shtypura dy herë dhe lejojnë qasje në kutinë e hedhur në dy butonat në tabelën TTGO. Kopertina është pjesa e fundit për t'u shtypur dhe është projektuar për të dhënë qasje për prizën e rrymës/karikimit në krye të tabelës TTGO. Të gjitha pjesët janë të shtypura në PLA pa mbështetëse.

Hapi 3: Lidheni atë

Nuk ka shumë lidhje me telat e sensorit dhe ESP32. Sensori ka katër drejtues dhe ju duhet të shkarkoni fletën e të dhënave për sensorin vetëm për t'u siguruar që i keni drejtimet e sakta: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf Fuqia shkon në daljen 3.3 Volt të ESP32 dhe toka dhe OCS janë të dyja të lidhura me tokën. Dalja analoge e sensorit është e lidhur me pin 33 në ESP. Meqenëse këto lidhje gjarpërojnë përmes një hapjeje të ngushtë në guaskë, mos i lidhni ato para montimit të njësisë. Bateria Lipo përshtatet në pjesën e pasme në kuti, kështu që merrni një që është me madhësinë e duhur për mAh. TTGO ka një qark karikimi me një lidhës të vogël JST në anën e pasme. Lidheni baterinë me këtë me çelësin e ndezjes/fikjes që thyen vijën e pos.

Hapi 4: Asambleja

Modifikimi i printimit 3D bëhet në tubin e goditjes. Dy seksione të tubave plastikë të akuariumit janë të pajisur në vrimat e poshtme të njësisë aq sa do të shkojnë dhe më pas të zbukurohen me gërshërë. Kjo siguron një hapje elastike për hapjet e tubave të sensorit për t'u çiftëzuar lehtësisht. Njësia kryesore kërkon instalimin e futësve prej bronzi të vendosur në nxehtësi në dy vrimat në kornizë. Vrimat e montimit të sensorit duhet të zmadhohen pak për vidhat 3 mm (gjatësi 20 mm) me një bit të madhësisë së duhur. Montoni sensorin me dy vida dhe përfundoni lidhjet elektrike me tabelën TTGO. Lidhni dhe montoni çelësin e ndezjes/fikjes me superlidhës. Përdorni atë nga Adafruit pasi rasti është krijuar për ta mbajtur atë saktësisht. Të dy butonat janë montuar në kasë me superglues. Sigurohuni që butonat në tabelën TTGO të rreshtohen nën hapjet. Butoni është i instaluar i ndjekur nga strehimi i butonit i cili është super -ngjitur. Sigurohuni që të mos e ngjisni butonin në kutinë e tij, duhet të lëvizë lirshëm brenda tij. Për të stabilizuar pjesën e sipërme të TTGO vendosni copa të vogla ngjitëse të nxehtë në secilën shpatull për ta mbajtur atë në vend. Bateria shkon pas në bord. Përfundoni montimin duke ngjitur me majë mbi të. Duhet të ketë qasje të lehtë në lidhësin USB-C për programim dhe karikim të baterisë.

Hapi 5: Programimi

Softueri për këtë instrument merr vlerën analoge nga sensori që ndryshon vlerën e tij në volt dhe përdor formulën nga fleta e të dhënave të sensorit për ta shndërruar atë në Pascals të presionit. Nga kjo ai përdor formulën Bernoullis për të përcaktuar volumin/sek dhe masën/sek të ajrit që kalon nëpër tub. Pastaj e analizon këtë në frymëmarrje individuale dhe kujton vlerat në disa vargje të të dhënave dhe paraqet të dhënat në ekranin e integruar dhe më në fund telefonon serverin Blynk dhe i ngarkon në telefonin tuaj. Të dhënat mbahen mend vetëm derisa të merrni frymë tjetër. Përdorimi klinik i një spirometri bëhet zakonisht duke i kërkuar pacientit të marrë frymë sa më shumë që të jetë e mundur dhe ta fryjë atë për aq kohë sa të jetë e mundur. Algoritmet e përdorura zakonisht të bazuara në lartësi, peshë dhe gjini përshkruhen më pas si normale ose jonormale. Paraqiten gjithashtu aranzhime të ndryshme të këtyre të dhënave p.sh. FEV1/FEVC -vëllimi i përgjithshëm i ndarë me volumin në sekondën e parë. Të gjithë parametrat janë paraqitur në ekranin e Spirometrave, si dhe një grafik të vogël të përpjekjeve tuaja në vol me kalimin e kohës. Kur të dhënat janë ngarkuar në Wifi, ekrani kthehet në "Blow". Të gjitha të dhënat humbasin pasi energjia të jetë e fikur.

Seksioni i parë i kodit kërkon që të futni shenjën tuaj Blynk. Tjetra kërkon fjalëkalimin Wifi dhe emrin e rrjetit. Sipërfaqja e notit_1 është zona në sq m e tubit të spirometrit para ngushtimit dhe zona e notit_2 është zona në seksion kryq direkt në ngushtim. Ndryshoni këto nëse doni të ridizajnoni tubin. Vol dhe volSec janë dy vargje që mbajnë rritjen e vëllimit me kalimin e kohës dhe shpejtësinë e lëvizjes së ajrit. Funksioni i lakut fillon me llogaritjen e ritmit të frymëmarrjes. Seksioni tjetër lexon sensorin dhe llogarit presionin. Deklarata e mëposhtme nëse përpiqet të kuptojë nëse keni mbaruar goditjen tuaj-më e vështirë se sa mendoni, shpesh presioni bie papritmas për një milisekondë në mes të goditjes. Seksioni tjetër llogarit rrjedhën e masës bazuar në presionin. Nëse zbulohet një frymëmarrje e re, të gjitha të dhënat ngrihen dhe parametrat llogariten dhe dërgohen në ekran, e ndjekur nga një funksion grafik dhe në fund një thirrje Blynk për të ngarkuar të dhënat. Nëse nuk zbulohet asnjë lidhje Blynk ajo do të kthehet në "Blow".

Hapi 6: Përdorimi i tij

A është ky instrument mjaft i saktë për atë që pretendon të bëjë? Kam përdorur një matës të kalibruar të rrjedhës të lidhur me një burim ajri të kaluar përmes një dhome ajrore laminare të shtypur 3D të bashkangjitur në Spirometër dhe ai parashikoi me saktësi brenda arsyes rrjedhjen e ajrit nga 5 lit/min në 20 lit/min. Vëllimi im i baticës gjatë pushimit në makinë është rreth 500 cc dhe shumë i riprodhueshëm. Me çdo test klinik duhet të keni parasysh atë që është e arsyeshme për sa i përket përfitimit të informacionit të marrë kundrejt përpjekjes … mund të peshoni veten në gramin më të afërt, por në çfarë përfitimi? Duke marrë parasysh ndryshueshmërinë e natyrshme në përpjekjet e testimit vullnetar drejt rezultatit, mund të jetë e përshtatshme për shumicën e situatave klinike. Shqetësimi tjetër është se disa njerëz me kapacitet të madh të mushkërive mund të tejkalojnë kufirin e sipërm të sensorit. Unë nuk isha në gjendje ta bëja këtë, por është e mundur, por këta njerëz nuk ka të ngjarë të kenë probleme me mushkëritë …

Ekrani i parë paraqet FEV1 dhe FEVC. Ekrani tjetër i të dhënave paraqet Kohëzgjatjen e goditjes, raportin FEV1/FEVC dhe MaxFlow në lit/sek. E kam rritur me dy ekrane që detajojnë Vol me kalimin e kohës dhe Lit/sec me kalimin e kohës. Çelësat tallen me FEV1 dhe FEVC dhe kohëzgjatja e printimit të njehsorëve dhe FEV1/FEVC. Por për ata prej jush të njohur me Blynk e dini që mund ta bëni këtë në çdo mënyrë që dëshironi në aplikacionin e telefonit dhe të shkarkoni të dhënat në emailin tuaj me një prekje.

Butonat në anën e instrumentit janë të thyer në rast se doni t'i programoni ato për aktivizimin e makinës me frymë ose për të ndryshuar daljen e ekranit ose për të ndryshuar lidhjen Blynk nëse doni ta përdorni atë jashtë linje. Butonat tërheqin kunjat 0 dhe 35 të ulët, kështu që thjesht shkruani këtë në program. Pretendohet se COVID ka lënë shumë njerëz me probleme të zgjatura të mushkërive dhe kjo pajisje mund të jetë e dobishme në ato vende ku qasja në pajisje të shtrenjta mjekësore mund të jetë e kufizuar. Mund ta printoni dhe montoni këtë në disa orë dhe të printoni pjesë të kontaminuara të sigurta të zëvendësuara të pajisjes për asgjë.

Vendi i dytë në konkursin me bateri