Raksha - Vitals Monitor for Frontline Workers: 6 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Οι φορετές τεχνολογίες παρακολούθησης της υγείας, συμπεριλαμβανομένων των έξυπνων ρολογιών και των ιχνηλατών φυσικής κατάστασης, έχουν προσελκύσει σημαντικό ενδιαφέρον των καταναλωτών τα τελευταία χρόνια. Αυτό το ενδιαφέρον όχι μόνο έχει ενθαρρυνθεί κυρίως από την ταχεία αύξηση της ζήτησης στην αγορά της τεχνολογίας wearable για την πανταχού παρούσα, συνεχή και διάχυτη παρακολούθηση των ζωτικών σημείων, αλλά έχει αξιοποιηθεί από τις τελευταίες τεχνολογικές εξελίξεις στον αισθητήρα τεχνολογίας και ασύρματων επικοινωνιών. Η αγορά της τεχνολογίας wearable αποτιμήθηκε σε πάνω από 13,2 δισεκατομμύρια δολάρια μέχρι το τέλος του 2016 και η αξία της προβλέπεται να φτάσει τα 34 δισεκατομμύρια δολάρια μέχρι το τέλος του 2020.

Υπάρχουν πολλοί αισθητήρες για τη μέτρηση των ζωτικών στοιχείων του ανθρώπινου σώματος, οι οποίοι είναι απαραίτητοι για να γνωρίζει ένας γιατρός ή ένας γιατρός τα προβλήματα υγείας. Όλοι γνωρίζουμε ότι ο γιατρός ελέγχει πρώτα τον καρδιακό ρυθμό για να μάθει τη μεταβλητότητα του καρδιακού ρυθμού (HRV) και τη θερμοκρασία του σώματος. Αλλά οι τρέχουσες φορετές ζώνες και συσκευές αποτυγχάνουν στην ακρίβεια και την επαναληψιμότητα των μετρημένων δεδομένων. Αυτό συμβαίνει κυρίως λόγω της μη ευθυγράμμισης του προγράμματος παρακολούθησης φυσικής κατάστασης και της λανθασμένης ανάγνωσης κλπ. Οι περισσότεροι χρησιμοποιούν αισθητήρες με βάση τη φωτοδίοδο και τη φωτοδίοδο (PPG) για τη μέτρηση του καρδιακού ρυθμού.

Χαρακτηριστικά:

• Φοριέται με μπαταρία
• Μετρά τον καρδιακό ρυθμό σε πραγματικό χρόνο και το διάστημα μεταξύ παλμών (IBI)
• Μετρά τη θερμοκρασία του σώματος σε πραγματικό χρόνο
• Σχεδιάζει το γράφημα σε πραγματικό χρόνο στην οθόνη
• Στέλνει δεδομένα μέσω Bluetooth στο κινητό τηλέφωνο
• Τα δεδομένα μπορούν να καταγραφούν και να σταλούν απευθείας στον γιατρό για περαιτέρω ανάλυση.
• Καλή διαχείριση μπαταρίας με συμπεριλαμβανόμενο ύπνο.
• Με την αποστολή των δεδομένων στο cloud δημιουργεί μια τεράστια βάση δεδομένων για τους ερευνητές που εργάζονται σε ιατρικές λύσεις για τον COVID-19.

Προμήθειες

Απαιτείται υλικό:

• SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz × 1
• αισθητήρας παλμών × 1
• θερμίστορ 10k × 1
• Επαναφορτιζόμενη μπαταρία, 3,7 V × 1
• HC-05 Bluetooth Module × 1

Εφαρμογές λογισμικού και διαδικτυακές υπηρεσίες

Arduino IDE

Εργαλεία χειρός και μηχανές κατασκευής

• 3D εκτυπωτής (γενικός)
• Συγκολλητικό σίδερο (γενικό)

Βήμα 1: Ας ξεκινήσουμε

Επί του παρόντος, οι σύγχρονες φορετές συσκευές δεν επικεντρώνονται πλέον μόνο σε απλές μετρήσεις παρακολούθησης φυσικής κατάστασης, όπως ο αριθμός των βημάτων που γίνονται σε μια μέρα, παρακολουθούν επίσης σημαντικές φυσιολογικές εκτιμήσεις, όπως η μεταβλητότητα του καρδιακού ρυθμού (HRV), τα μέτρα γλυκόζης, οι μετρήσεις της αρτηριακής πίεσης και πολλές πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με την υγεία. Μεταξύ των πολυάριθμων ζωτικών σημείων που μετρήθηκαν, ο υπολογισμός του καρδιακού ρυθμού (HR) ήταν μία από τις πιο πολύτιμες παραμέτρους. Για πολλά χρόνια, το Ηλεκτροκαρδιογράφημα αρχείου (ΗΚΓ) έχει χρησιμοποιηθεί ως κυρίαρχη τεχνική παρακολούθησης της καρδιάς για τον εντοπισμό καρδιαγγειακών ανωμαλιών και τον εντοπισμό ανωμαλιών στους καρδιακούς ρυθμούς. Το ΗΚΓ είναι μια καταγραφή της ηλεκτρικής δραστηριότητας της καρδιάς. Δείχνει τις διακυμάνσεις στο πλάτος του σήματος ΗΚΓ έναντι του χρόνου. Αυτή η καταγεγραμμένη ηλεκτρική δραστηριότητα προέρχεται από την εκπόλωση της αγώγιμης οδού της καρδιάς και των ιστών του καρδιακού μυός κατά τη διάρκεια κάθε καρδιακού κύκλου. Παρόλο που οι παραδοσιακές τεχνολογίες καρδιακής παρακολούθησης που χρησιμοποιούν σήματα ΗΚΓ έχουν υποστεί συνεχείς βελτιώσεις εδώ και δεκαετίες για την αντιμετώπιση των συνεχώς μεταβαλλόμενων απαιτήσεων των χρηστών τους, συγκεκριμένα όσον αφορά την ακρίβεια των μετρήσεων.

Αυτές οι τεχνικές, μέχρι τώρα, δεν έχουν ενισχυθεί στο σημείο να προσφέρουν στον χρήστη ευελιξία, φορητότητα και ευκολία. Για παράδειγμα, για να λειτουργήσει αποτελεσματικά το ΗΚΓ, πρέπει να τοποθετηθούν πολλά βιο-ηλεκτρόδια σε ορισμένες θέσεις του σώματος. Αυτή η διαδικασία περιορίζει σημαντικά την ευελιξία και την κινητικότητα των χρηστών. Επιπλέον, το PPG έχει αποδειχθεί ότι είναι μια εναλλακτική τεχνική παρακολούθησης ανθρώπινου δυναμικού. Χρησιμοποιώντας λεπτομερή ανάλυση σήματος, το σήμα PPG προσφέρει εξαιρετική δυνατότητα αντικατάστασης εγγραφών ΗΚΓ για την εξαγωγή σημάτων HRV, ειδικά στην παρακολούθηση υγιών ατόμων. Επομένως, για να ξεπεραστούν οι περιορισμοί του ΗΚΓ, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια εναλλακτική λύση που βασίζεται στην τεχνολογία PPG. Με όλα αυτά τα δεδομένα μπορούμε να καταλήξουμε στο συμπέρασμα ότι η μέτρηση του καρδιακού ρυθμού και της θερμοκρασίας του σώματος και η ανάλυσή τους για να ελέγξει εάν υπάρχει ανώμαλη αύξηση της θερμοκρασίας του σώματος και χαμηλότερα επίπεδα οξυγόνου SpO2 στην αιμοσφαιρίνη θα βοηθήσει στην έγκαιρη ανίχνευση του COVID-19. Δεδομένου ότι αυτή η συσκευή μπορεί να φορεθεί, μπορεί να βοηθήσει τους εργαζόμενους της πρώτης γραμμής, όπως γιατρούς, νοσηλευτές, αστυνομικούς και εργαζόμενους στην αποχέτευση που κάνουν υπηρεσία ημέρας και νύχτας για την καταπολέμηση του COVID-19.

Πάρτε τα απαιτούμενα μέρη που μπορούμε να αλλάξουμε οθόνες και τύπο αισθητήρα με βάση τις απαιτήσεις. Υπάρχει ένας ακόμη καλός αισθητήρας MAX30100 ή MAX30102 για τη μέτρηση του καρδιακού ρυθμού με τεχνική PPG. Χρησιμοποιώ θερμοστάτη 10k για τη μέτρηση της θερμοκρασίας, μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει οποιονδήποτε αισθητήρα θερμοκρασίας όπως LM35 ή DS1280 κ.λπ.

Βήμα 2: Σχεδιασμός της θήκης

Για να φορέσω ένα φορετό gadget, θα πρέπει να είναι κλειστό σε μια κατάλληλη θήκη για να προστατεύεται από ζημιές, οπότε προχώρησα και σχεδίασα μια θήκη που μπορεί να χωρέσει σε όλους τους αισθητήρες και τα MCU μου.

Βήμα 3: Συναρμολόγηση ηλεκτρονικών

Τώρα πρέπει να συνδέσουμε όλα τα απαιτούμενα εξαρτήματα, νωρίτερα είχα ένα σχέδιο να επιλέξω το ESP12E ως MCU, αλλά επειδή έχει μόνο έναν ακροδέκτη 1 ADC και ήθελα να συνδέσω 2 αναλογικές συσκευές, επέστρεψα στο Arduino με διαμόρφωση Bluetooth.

Σχεδόν επέλεξα το ESP 12E

Με το ESP μπορεί κανείς να στείλει άμεσα τα δεδομένα στο cloud, μπορεί να είναι ένας προσωπικός διακομιστής ή ένας ιστότοπος όπως τα πράγματα και να τα μοιραστεί απευθείας με το σχετικό προσωπικό από εκεί.

Σχηματικός

Η προηγούμενη σύνδεση με καλώδιο είχε πολλά προβλήματα με το σύρμα να σπάσει λόγω συστροφής και στροφής σε περιορισμένο χώρο, αργότερα μετακόμισα σε μονωμένο σύρμα χαλκού από τον οπλισμό ενός κινητήρα DC. Το οποίο είναι αρκετά στιβαρό θα έπρεπε να πω.

Βήμα 4: Κωδικοποίηση

Η βασική ιδέα είναι έτσι.

Η αρχή λειτουργίας των αισθητήρων PPG βασικά είναι να φωτίζει το φως στην άκρη των δακτύλων και να μετρά την ένταση του φωτός χρησιμοποιώντας φωτοδιόδους. Εδώ χρησιμοποιώ τον αισθητήρα παλμών στο ράφι από το www.pulsesensor.com. Έχω αναφέρει άλλες εναλλακτικές λύσεις στην ενότητα ανταλλακτικών. Θα μετρήσουμε την παραλλαγή της αναλογικής τάσης στον αναλογικό πείρο 0, που είναι, με τη σειρά του, μια μέτρηση της ροής του αίματος στην άκρη του δακτύλου ή στον καρπό, με την οποία μπορούμε να μετρήσουμε τον καρδιακό ρυθμό και το IBI. Για τη μέτρηση της θερμοκρασίας χρησιμοποιούμε ένα 10k θερμίστορ NTC, το δικό μου εξάγεται από μια μπαταρία φορητού υπολογιστή. Εδώ, χρησιμοποιείται ένας θερμίστορ τύπου NTC 10kΩ. NTC των 10kΩ σημαίνει ότι αυτό το θερμίστορ έχει αντίσταση 10kΩ στους 25 ° C. Η τάση στην αντίσταση 10kΩ δίνεται στο ADC του pro-mini-board.

Η θερμοκρασία μπορεί να διαπιστωθεί από την αντίσταση του θερμίστορ χρησιμοποιώντας την εξίσωση Steinhart-Hart. Θερμοκρασία σε Kelvin = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)]^3) όπου A = 0.001129148, B = 0.000234125 και C = 8.76741*10^-8 και R είναι η αντίσταση θερμίστορ. Σημειώστε ότι η λειτουργία log () στο Arduino είναι στην πραγματικότητα ένα φυσικό αρχείο καταγραφής.

int thermistor_adc_val;

διπλή_ τάση εξόδου, θερμίστορ_αντίσταση, therm_res_ln, θερμοκρασία, tempf? thermistor_adc_val = analogRead (thermistor_output);

output_voltage = ((thermistor_adc_val * 3.301) / 1023.0);

thermistor_resistance = ((3.301 * (10 / output_voltage)) - 10)?

/ * Αντίσταση σε κιλά ωμ */

thermistor_resistance = thermistor_resistance * 1000;

/ * Αντίσταση σε ωμ */

therm_res_ln = log (thermistor_resistance);

/* Εξίσωση θερμίστορ Steinhart-Hart:* / /* Θερμοκρασία σε Kelvin = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)]^3)* / /* όπου A = 0.001129148, B = 0.000234125 και C = 8.76741 * 10^-8 * / θερμοκρασία = (1 / (0.001129148 + (0.000234125 * therm_res_ln) + (0.0000000876741 * therm_res_ln * therm_res_ln * therm_res_ln))); / * Θερμοκρασία σε Kelvin */ θερμοκρασία = θερμοκρασία - 273,15; / * Θερμοκρασία σε βαθμούς Κελσίου */

Serial.print ("Θερμοκρασία σε βαθμούς Κελσίου =");

Serial.println (θερμοκρασία);

Μπορείτε να βρείτε τον πλήρη κωδικό εδώ.

Βήμα 5: Δοκιμή και εργασία

Βήμα 6: Μελλοντικές βελτιώσεις και συμπέρασμα

Μελλοντικές βελτιώσεις:

• Θα ήθελα να προσθέσω τις ακόλουθες δυνατότητες:
• Χρησιμοποιώντας Tiny ML και Tensorflow lite για τον εντοπισμό της ανωμαλίας.
• Βελτιστοποίηση της μπαταρίας χρησιμοποιώντας BLE
• Εφαρμογή Android για εξατομικευμένες ειδοποιήσεις και προτάσεις σχετικά με την υγεία
• Προσθήκη κινητήρα δόνησης για ειδοποίηση

Συμπέρασμα:

Με τη βοήθεια αισθητήρων ανοιχτής πηγής και ηλεκτρονικών, μπορούμε πραγματικά να κάνουμε αλλαγές στη ζωή των εργαζομένων στην πρώτη γραμμή ανιχνεύοντας τα συμπτώματα του COVID-19, δηλαδή, διακύμανση του HRV και της θερμοκρασίας του σώματος, μπορούμε να ανιχνεύσουμε τις αλλαγές και να τους προτείνουμε να τεθούν σε καραντίνα για να σταματήσει η εξάπλωση της νόσου. Το καλύτερο μέρος αυτής της συσκευής είναι, είναι κάτω από 15 $ που είναι πολύ φθηνότερο από οποιοδήποτε διαθέσιμο πρόγραμμα παρακολούθησης φυσικής κατάστασης κ.λπ. και ως εκ τούτου η κυβέρνηση μπορεί να τα κάνει αυτά και να προστατεύσει τους εργαζόμενους στην πρώτη γραμμή.