Raksha - Vitals Monitor for Frontline Workers: 6 Steps (with Pictures)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Technologie monitorování zdravotního stavu nositelných zařízení, včetně chytrých hodinek a fitness trackerů, v posledních letech přitahují značný zájem spotřebitelů. Tento zájem byl nejen podpořen rychlým růstem poptávky na trhu s nositelnými technologiemi po všudypřítomném, nepřetržitém a všudypřítomném monitorování životních funkcí, ale byl také podpořen nejmodernějším technologickým vývojem v oblasti senzorů technologie a bezdrátová komunikace. Trh s nositelnými technologiemi byl do konce roku 2016 oceněn na více než 13,2 miliardy USD a podle předpovědi jeho hodnota do konce roku 2020 dosáhne 34 miliard USD.

Existuje mnoho senzorů pro měření životních funkcí lidského těla, které jsou nezbytné pro to, aby lékař nebo zdravotník poznal zdravotní problémy. Všichni víme, že lékař nejprve zkontroluje srdeční frekvenci, aby poznal variabilitu srdeční frekvence (HRV) a tělesnou teplotu. Současná nositelná pásma a zařízení ale selhávají v přesnosti a opakovatelnosti naměřených dat. Většinou se to děje kvůli chybnému vyrovnání fitness trackeru a chybnému čtení atd. Většina pro měření tepové frekvence používá senzory Photo Plethysmography (PPG) založené na LED a fotodiodě.

Funkce:

• Nositelné na baterie
• Měří srdeční frekvenci v reálném čase a interval mezi údery (IBI)
• Měří tělesnou teplotu v reálném čase
• Vykreslí na displeji graf v reálném čase
• Odesílá data přes Bluetooth do mobilního telefonu
• Data lze zaznamenat a odeslat přímo lékaři k další analýze.
• Dobrá správa baterie se zahrnutým spánkem.
• Odesláním dat do cloudu vytváří obrovskou databázi pro výzkumníky pracující na lékařských řešeních COVID-19.

Zásoby

Potřebný hardware:

• SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz × 1
• snímač tepu × 1
• termistor 10k × 1
• Dobíjecí baterie, 3,7 V × 1
• Modul Bluetooth HC-05 × 1

Softwarové aplikace a online služby

Arduino IDE

Ruční nářadí a výrobní stroje

• 3D tiskárna (obecná)
• Páječka (obecná)

Krok 1: Začněme

V současné době se moderní nositelná zařízení již nesoustředí pouze na jednoduchá měření fitness, jako je počet kroků provedených za den, ale také monitorují důležitá fyziologická hlediska, jako je variabilita srdeční frekvence (HRV), měření glukózy, hodnoty krevního tlaku a mnoho dalších zdravotních informací. Mezi mnoha měřenými vitálními znaky byl výpočet srdeční frekvence (HR) jedním z nejcennějších parametrů. Soubor Elektrokardiogram (EKG) se již mnoho let používá jako dominantní technika monitorování srdce k identifikaci kardiovaskulárních abnormalit a k detekci nepravidelností srdečního rytmu. EKG je záznam elektrické aktivity srdce. Ukazuje změny v amplitudě signálu EKG v závislosti na čase. Tato zaznamenaná elektrická aktivita pochází z depolarizace vodivé dráhy srdce a tkání srdečního svalu během každého srdečního cyklu. I když tradiční technologie monitorování srdce využívající signály EKG procházejí po celá desetiletí neustálým zlepšováním, aby reagovaly na neustále se měnící požadavky jejich uživatelů, konkrétně pokud jde o přesnost měření.

Tyto techniky dosud nebyly vylepšeny natolik, aby nabízely uživateli flexibilitu, přenositelnost a pohodlí. Aby například EKG fungovalo efektivně, musí být na určitých místech těla umístěno několik bioelektrod; tento postup výrazně omezuje pohyblivost a mobilitu uživatelů. Kromě toho se PPG ukázal jako alternativní technika monitorování HR. Použitím podrobné analýzy signálu nabízí signál PPG vynikající potenciál nahradit záznamy EKG pro extrakci signálů HRV, zejména při monitorování zdravých jedinců. K překonání omezení EKG lze proto použít alternativní řešení založené na technologii PPG. Ze všech těchto údajů můžeme usoudit, že měření srdeční frekvence a tělesné teploty a jejich analýza s cílem ověřit, zda nedochází k abnormálním zvýšením tělesné teploty a nižším hladinám kyslíku SpO2 v hemoglobinu, pomůže při včasné detekci COVID-19. Vzhledem k tomu, že je toto zařízení nositelné, může pomoci pracovníkům v první linii, jako jsou lékaři, zdravotní sestry, policisté a sanitární pracovníci, kteří v denní i noční službě bojují proti COVID-19.

Získejte požadované díly, můžeme měnit displeje a typ senzoru na základě požadavku. Existuje ještě jeden dobrý snímač MAX30100 nebo MAX30102 pro měření tepové frekvence pomocí techniky PPG. Pro měření teploty používám 10k termistor, lze použít jakýkoli teplotní senzor, jako je LM35 nebo DS1280 atd.

Krok 2: Navrhování pouzdra

Aby bylo možné nosit nositelný gadget, měl by být uzavřen ve správném pouzdře, aby byl chráněn před poškozením, a tak jsem šel dopředu a navrhl pouzdro, které se vejde do všech mých senzorů a MCU.

Krok 3: Sestavení elektroniky

Nyní musíme připojit všechny požadované komponenty, dříve jsem měl plán zvolit ESP12E jako MCU, ale protože má pouze jeden 1 pin ADC a chtěl jsem propojit 2 analogová zařízení, vrátil jsem se zpět na Arduino s konfigurací Bluetooth.

Skoro jsem vybral ESP 12E

S ESP lze přímo odesílat data do cloudu, což může být osobní server nebo web, jako je thingspeak, a odtud je lze sdílet přímo s příslušným personálem.

Schéma

Dřívější kabelové připojení mělo spoustu problémů s přetržením drátu v důsledku zkroucení a zatočení v omezeném prostoru, později jsem přešel na izolovaný měděný drát z kotvy stejnosměrného motoru. Což je docela robustní, řekl bych.

Krok 4: Kódování

Základní myšlenka je taková.

Princip činnosti senzorů PPG je v zásadě osvětlením světla na špičce prstu a měřením intenzity světla pomocí fotodiody. Zde používám regálový snímač pulsu z www.pulsesensor.com. Další alternativy jsem zmínil v sekci dílů. Změříme změnu analogového napětí na analogovém pinu 0, což je zase měření průtoku krve na špičce prstu nebo na zápěstí, pomocí kterého můžeme měřit srdeční frekvenci a IBI. Pro měření teploty používáme 10k NTC termistor, můj je extrahován z baterie notebooku. Zde se používá termistor typu NTC 10 kΩ. NTC 10 kΩ znamená, že tento termistor má odpor 10 kΩ při 25 ° C. Napětí na odporu 10 kΩ je dáno ADC pro mini-desku.

Teplotu lze zjistit z odporu termistoru pomocí Steinhart-Hartovy rovnice. Teplota v Kelvinech = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)]^3) kde A = 0,001129148, B = 0,000234125 a C = 8,76741*10^-8 a R je odpor termistoru. Všimněte si toho, že funkce log () v Arduinu je vlastně přirozený log.

int termistor_adc_val;

dvojité výstupní_ napětí, termistor_odpor, therm_res_ln, teplota, teplota; termistor_adc_val = analogové čtení (výstup termistoru);

output_voltage = ((termistor_adc_val * 3,301) / 1023,0);

odpor odporu termistoru = ((3,301 * (10 / výstupní_ napětí)) - 10);

/ * Odpor v kiloohmech */

thermistor_resistance = termistor_resistance * 1000;

/ * Odpor v ohmech */

therm_res_ln = log (odpor termistoru);

/* Rovnice termistoru Steinhart-Hart:* / /* Teplota v Kelvinech = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)]^3)* / /* kde A = 0,001129148, B = 0,000234125 a C = 8,76741 * 10^-8 * / teplota = (1 / (0,001129148 + (0,000234125 * therm_res_ln) + (0,0000000876741 * therm_res_ln * therm_res_ln * therm_res_ln))); / * Teplota v Kelvinech/ teplota = teplota - 273,15; / * Teplota ve stupních Celsia */

Serial.print ("Teplota ve stupních Celsia =");

Serial.println (teplota);

Kompletní kód najdete zde.

Krok 5: Testování a práce

Krok 6: Budoucí vylepšení a závěr

Budoucí vylepšení:

• Chtěl bych přidat následující funkce:
• Pomocí Tiny ML a Tensorflow lite detekovat anomálii.
• Optimalizace baterie pomocí BLE
• Aplikace pro Android pro přizpůsobená oznámení a návrhy týkající se zdraví
• Přidání vibračního motoru pro upozornění

Závěr:

S pomocí opensource senzorů a elektroniky můžeme skutečně provádět změny v životech pracovníků v první linii detekováním symptomů COVID-19, tj. Kolísáním HRV a tělesné teploty lze tyto změny detekovat a navrhnout jim, aby se dostali do karantény, aby se šíření zastavilo nemoci. Nejlepší část tohoto zařízení je, že je pod 15 $, což je mnohem levnější než jakýkoli dostupný fitness tracker atd., A proto je vláda může vyrábět a chránit pracovníky v první linii.