Raksha - Vital -monitori etulinjatyöntekijöille: 6 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Puettavat terveydentilan seurannan tekniikat, mukaan lukien älykellot ja kuntoseurantalaitteet, ovat herättäneet kuluttajissa huomattavaa kiinnostusta viime vuosina. Tätä kiinnostusta ei ole pelkästään kannustanut pääasiassa pukeutuvien teknologiamarkkinoiden kysynnän nopea kasvu kaikkialla, jatkuvassa ja kattavassa elintoimintojen seurannassa, vaan sitä on hyödyntänyt anturien huipputeknologinen kehitys tekniikkaa ja langatonta viestintää. Käytettävän teknologian markkinoiden arvoksi arvioitiin yli 13,2 miljardia dollaria vuoden 2016 loppuun mennessä, ja niiden arvon ennustetaan nousevan 34 miljardiin dollariin vuoden 2020 loppuun mennessä.

Ihmiskehon elintoimintojen mittaamiseen on monia antureita, jotka ovat välttämättömiä lääkärille tai lääkärille tietääkseen terveysongelmat. Me kaikki tiedämme, että lääkäri tarkistaa ensin sykkeen tietääkseen sykkeen vaihtelun (HRV) ja kehon lämpötilan. Mutta nykyiset puettavat kaistat ja laitteet epäonnistuvat mitatun datan tarkkuudessa ja toistettavuudessa. Tämä johtuu useimmiten kuntokeskuksen kohdistuksen puutteesta ja virheellisestä lukemisesta jne. Useimmat käyttävät sykkeen mittaamiseen LED- ja fotodiodipohjaisia Photo Plethysmography (PPG) -antureita.

Ominaisuudet:

• Paristokäyttöinen puettava
• Mittaa reaaliaikaisen sykkeen ja lyöntien välisen ajan (IBI)
• Mittaa reaaliaikaisen kehon lämpötilan
• Piirrä reaaliaikainen kaavio näytölle
• Lähettää tietoja Bluetoothin kautta matkapuhelimeen
• Tiedot voidaan tallentaa ja lähettää suoraan lääkärille lisätutkimuksia varten.
• Hyvä akunhallinta ja lepotila.
• Lähettämällä tiedot pilveen se luo valtavan tietokannan tutkijoille, jotka työskentelevät lääketieteellisten ratkaisujen parissa COVID-19-tautiin.

Tarvikkeet

Tarvittavat laitteet:

• SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz × 1
• pulssianturi × 1
• termistori 10k × 1
• Ladattava akku, 3,7 V × 1
• HC-05 Bluetooth-moduuli × 1

Ohjelmistosovellukset ja verkkopalvelut

Arduino IDE

Käsityökalut ja valmistuskoneet

• 3D -tulostin (yleinen)
• Juotosrauta (yleinen)

Vaihe 1: Aloitetaan

Tällä hetkellä nykyaikaiset puettavat laitteet eivät enää keskity pelkästään yksinkertaisiin kuntoseurannan mittauksiin, kuten päivässä otettujen askelten määrään, vaan myös tärkeitä fysiologisia näkökohtia, kuten sykevälivaihtelua (HRV), glukoosimittauksia, verenpainelukemia ja paljon muuta terveyteen liittyvää tietoa. Lukuisista mitatuista elintoiminnoista syke (HR) on ollut yksi arvokkaimmista parametreista. Tiedostoelektrokardiogrammia (EKG) on käytetty monien vuosien ajan hallitsevana sydämenseurantatekniikkana kardiovaskulaaristen poikkeavuuksien tunnistamiseen ja sydämen rytmien epäsäännöllisyyksien havaitsemiseen. EKG on tallenne sydämen sähköisestä toiminnasta. Se näyttää vaihtelut EKG -signaalin amplitudissa ajan suhteen. Tämä kirjattu sähköinen aktiivisuus on peräisin sydämen ja sydänlihaskudosten johtavan reitin depolarisaatiosta jokaisen sydänjakson aikana. Vaikka perinteiset EKG-signaaleja käyttävät sydämenvalvontatekniikat ovat parantuneet jatkuvasti vuosikymmenien ajan, jotta ne vastaavat käyttäjien jatkuvasti muuttuviin vaatimuksiin, erityisesti mittaustarkkuuden suhteen.

Näitä tekniikoita ei ole toistaiseksi parannettu niin, että ne tarjoavat käyttäjälle joustavuutta, siirrettävyyttä ja mukavuutta. Esimerkiksi EKG: n tehokas toiminta edellyttää useiden bioelektrodien sijoittamista tiettyihin kehon paikkoihin; tämä menettely rajoittaa suuresti käyttäjien liikkuvuutta ja liikkuvuutta. Lisäksi PPG on osoittanut olevansa vaihtoehtoinen HR -seurantatekniikka. Käyttämällä yksityiskohtaista signaalianalyysiä PPG -signaali tarjoaa erinomaiset mahdollisuudet korvata EKG -tallennukset HRV -signaalien poimimiseksi, etenkin terveiden yksilöiden seurannassa. Siksi EKG -rajoitusten voittamiseksi voidaan käyttää vaihtoehtoista PPG -tekniikkaan perustuvaa ratkaisua. Kaikkien näiden tietojen perusteella voimme päätellä, että sykkeen ja kehon lämpötilan mittaaminen ja niiden analysoiminen tietääkseen, onko kehon lämpötilan nousu epänormaalia ja alentavat SpO2-happitasot hemoglobiinissa, auttavat COVID-19: n havaitsemisessa varhaisessa vaiheessa. Koska tämä laite on puettava, se voi auttaa etulinjan työntekijöitä, kuten lääkäreitä, sairaanhoitajia, poliiseja ja sanitaatiotyöntekijöitä, jotka tekevät päivin ja öin palvelua taistellakseen COVID-19-tautia vastaan.

Hanki tarvittavat osat, voimme muuttaa näyttöjä ja anturityyppejä vaatimuksen mukaan. Sydämen sykemittaukseen PPG -tekniikalla on yksi hyvä anturi MAX30100 tai MAX30102.

Vaihe 2: Kotelon suunnittelu

Jotta voidaan käyttää pukeutuvaa gadgetia, se on suljettava asianmukaiseen koteloon vahinkojen estämiseksi, joten menin eteenpäin ja suunnittelin kotelon, joka sopii kaikkiin antureihin ja MCU -laitteisiin.

Vaihe 3: Elektroniikan kokoaminen

Nyt meidän on yhdistettävä kaikki tarvittavat komponentit, aiemmin minulla oli suunnitelma valita ESP12E MCU: ksi, mutta koska siinä on vain yksi ADC -nasta ja halusin liittää 2 analogista laitetta, palasin takaisin Arduinoon Bluetooth -kokoonpanolla.

Valitsin melkein ESP 12E: n

ESP: n avulla tiedot voidaan lähettää suoraan pilveen, mikä voi olla henkilökohtainen palvelin tai verkkosivusto, kuten asioiden puhuminen ja jaettu suoraan asianomaiselle henkilöstölle.

Kaavamainen

Aiemmassa kaapelipohjaisessa liitännässä oli paljon ongelmia langan katkeamisesta kiertymisen ja ahtauden vuoksi rajoitetussa tilassa, myöhemmin muutin eristettyyn kuparilankaan DC-moottorin ankkurista. Joka on sanottava aika vahvasti.

Vaihe 4: Koodaus

Perusidea on tällainen.

PPG-antureiden toimintaperiaate on periaatteessa valaista sormenpäässä oleva valo ja mitata valon voimakkuus käyttämällä fotodiodia. Tässä käytän hyllyn pulssianturia osoitteesta www.pulsesensor.com. Olen maininnut muita vaihtoehtoja osassa. Mittaamme analogisen jännitteen vaihtelun analogisen nastan 0 kohdalla, joka on puolestaan veren virtauksen mittaus sormenpäässä tai ranteessa, jolla voimme mitata sykkeen ja IBI: n. 10k NTC -termistori, minun on otettu kannettavan tietokoneen akusta. Tässä käytetään 10 kΩ: n NTC -tyyppistä termistoria. NTC 10 kΩ tarkoittaa, että tämän termistorin vastus on 10 kΩ 25 ° C: ssa. Jännite 10 kΩ: n vastuksen yli annetaan pro-mini-levyn ADC: lle.

Lämpötila voidaan selvittää termistorin vastuksesta Steinhart-Hartin yhtälön avulla. Lämpötila Kelvin = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)]^3) jossa A = 0,001129148, B = 0,000234125 ja C = 8,76741*10^-8 ja R on termistorin vastus. Huomaa, että Arduinon log () -funktio on itse asiassa luonnollinen loki.

int termistor_adc_val;

kaksoislähtöjännite, termistorin vastus, terminen_resistanssi, lämpötila, lämpötila; termistori_adc_val = analoginen lukema (termistorin_lähtö);

lähtöjännite = ((termistorin_adc_val * 3.301) / 1023,0);

termistorin_resistanssi = (((3,301 * (10 / lähtöjännite)) - 10);

/ * Vastus kilo -ohmeina */

termistorin_resistanssi = termistorin_resistanssi * 1000;

/ * Vastus ohmeina */

therm_res_ln = log (termistorin_resistanssi);

/* Steinhart-Hart-termistoriyhtälö:* / /* Lämpötila kelvineinä = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)]^3)* / /* jossa A = 0,001129148, B = 0,000234125 ja C = 8,76741 * 10^-8 * / lämpötila = (1 / (0,001129148 + (0,000234125 * therm_res_ln) + (0,0000000876741 * therm_res_ln * therm_res_ln * therm_res_ln))); / * Lämpötila kelvineinä */ lämpötila = lämpötila - 273,15; / * Lämpötila celsiusasteina */

Serial.print ("Lämpötila celsiusasteina =");

Sarja.println (lämpötila);

Koko koodi löytyy täältä.

Vaihe 5: Testaus ja toiminta

Vaihe 6: Tulevat parannukset ja johtopäätös

Tulevia parannuksia:

• Haluan lisätä seuraavat ominaisuudet:
• Tiny ML: n ja Tensorflow lite -sovelluksen käyttäminen poikkeaman havaitsemiseen.
• Akun optimointi BLE: n avulla
• Android -sovellus henkilökohtaisiin ilmoituksiin ja ehdotuksiin terveydestä
• Tärinämoottorin lisääminen hälytystä varten

Johtopäätös:

Avoimen lähdekoodin antureiden ja elektroniikan avulla voimme todella tehdä muutoksia etulinjan työntekijöiden elämään havaitsemalla COVID-19-oireet eli HRV: n ja kehon lämpötilan vaihtelut voidaan havaita muutokset ja ehdottaa heitä karanteeniin leviämisen estämiseksi taudista. Parasta tässä laitteessa on se, että se on alle 15 dollaria, mikä on paljon halvempaa kuin mikään saatavilla oleva kuntoilulaite jne. Ja siksi hallitus voi tehdä nämä ja suojella etulinjan työntekijöitä.