Raksha - Vitals Monitor pre pracovníkov v prvej línii: 6 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Technológie monitorovania zdravia nositeľného zariadenia, vrátane inteligentných hodiniek a sledovačov fitness, vzbudili v posledných rokoch značný záujem spotrebiteľov. Tento záujem bol nielenže podporovaný rýchlym rastom dopytu na trhu s nositeľnými technológiami po všadeprítomnom, nepretržitom a všadeprítomnom monitorovaní životných funkcií, ale bol podporovaný aj najmodernejším technologickým vývojom v oblasti senzorov. technológie a bezdrôtová komunikácia. Trh s nositeľnými technológiami bol do konca roku 2016 ocenený na viac ako 13,2 miliardy dolárov a jeho hodnota by mala do konca roku 2020 dosiahnuť 34 miliárd dolárov.

Existuje mnoho senzorov na meranie životných funkcií ľudského tela, ktoré sú nevyhnutné pre lekára alebo zdravotníka, aby poznali zdravotné problémy. Všetci vieme, že lekár najskôr skontroluje srdcový tep, aby poznal variabilitu srdcového tepu (HRV) a telesnú teplotu. Súčasné nositeľné pásma a zariadenia však zlyhávajú v presnosti a opakovateľnosti nameraných údajov. Väčšinou sa to deje kvôli zlému zosúladeniu fitness trackera a chybnému čítaniu atď. Väčšina používa na meranie srdcovej frekvencie senzory LED a fotodiódy založené na fotoletletysmografii (PPG).

Vlastnosti:

• Nositeľné na batérie
• Meria srdcový tep v reálnom čase a intervaly medzi údermi (IBI)
• Meria telesnú teplotu v reálnom čase
• Na displej vykresľuje graf v reálnom čase
• Odosiela údaje cez Bluetooth do mobilného telefónu
• Údaje je možné zaznamenať a odoslať priamo lekárovi na ďalšiu analýzu.
• Dobrá správa batérie so zahrnutým spánkom.
• Odoslaním údajov do cloudu vytvára obrovskú databázu pre výskumníkov, ktorí pracujú na medicínskych riešeniach COVID-19.

Zásoby

Potrebný hardvér:

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

Softvérové aplikácie a online služby

Arduino IDE

Ručné nástroje a výrobné stroje

• 3D tlačiareň (všeobecná)
• Spájkovačka (generická)

Krok 1: Začnime

V súčasnej dobe sa moderné nositeľné zariadenia už nesústreďujú iba na jednoduché merania sledovania kondície, ako je počet krokov vykonaných za deň, monitorujú aj dôležité fyziologické aspekty, ako napríklad variabilita srdcovej frekvencie (HRV), merania glukózy, hodnoty krvného tlaku a mnoho ďalších informácií týkajúcich sa zdravia. Spomedzi mnohých meraných vitálnych funkcií bol výpočet srdcovej frekvencie (HR) jedným z najcennejších parametrov. Súborový elektrokardiogram (EKG) sa už mnoho rokov používa ako dominantná technika monitorovania srdca na identifikáciu kardiovaskulárnych abnormalít a na zistenie nezrovnalostí v srdcových rytmoch. EKG je záznam elektrickej aktivity srdca. Ukazuje zmeny v amplitúde signálu EKG v závislosti od času. Táto zaznamenaná elektrická aktivita pochádza z depolarizácie vodivej dráhy srdca a tkanív srdcového svalu počas každého srdcového cyklu. Napriek tomu, že tradičné technológie monitorovania srdca využívajúce signály EKG prechádzajú po desaťročia neustálym zlepšovaním, aby sa uspokojili neustále sa meniace požiadavky ich používateľov, konkrétne pokiaľ ide o presnosť merania.

Tieto techniky až doteraz neboli vylepšené natoľko, aby poskytovali užívateľovi flexibilitu, prenosnosť a pohodlie. Aby napríklad EKG fungovalo efektívne, na určité miesta na tele musí byť umiestnených niekoľko bioelektród; tento postup výrazne obmedzuje pohyblivosť a pohyblivosť používateľov. Okrem toho sa PPG ukázal ako alternatívna technika monitorovania HR. Použitím podrobnej analýzy signálu ponúka signál PPG vynikajúci potenciál nahradiť záznamy EKG na extrakciu signálov HRV, najmä pri monitorovaní zdravých jedincov. Na prekonanie obmedzení EKG je preto možné použiť alternatívne riešenie založené na technológii PPG. Na základe všetkých týchto údajov môžeme dospieť k záveru, že meranie srdcovej frekvencie a telesnej teploty a ich analýza s cieľom zistiť, či nedochádza k abnormálnym zvýšeniam telesnej teploty a nižším hladinám kyslíka SpO2 v hemoglobíne, pomôžu pri včasnej detekcii COVID-19. Pretože je toto zariadenie nositeľné, môže pomôcť pracovníkom v prvej línii, ako sú lekári, sestry, policajti a hygienici, ktorí vykonávajú dennú a nočnú službu v boji proti COVID-19.

Kúpte si požadované diely, môžeme podľa potreby zmeniť displeje a typ senzorov. Existuje ešte jeden dobrý snímač MAX30100 alebo MAX30102 na meranie srdcového tepu pomocou techniky PPG. Na meranie teploty používam 10k termistor, je možné použiť akýkoľvek teplotný snímač, napríklad LM35 alebo DS1280 atď.

Krok 2: Navrhovanie puzdra

Aby bolo možné nosiť prístroj na nosenie, mal by byť uzavretý v správnom puzdre, aby bol chránený pred poškodením, a tak som pokračoval a navrhol som puzdro, do ktorého sa zmestia všetky moje senzory a MCU.

Krok 3: Zostavenie elektroniky

Teraz musíme pripojiť všetky požadované komponenty, predtým som mal v pláne zvoliť ESP12E ako MCU, ale pretože má iba jeden 1 pin ADC a chcel som prepojiť 2 analógové zariadenia, vrátil som sa späť na Arduino s konfiguráciou Bluetooth.

Skoro som vybral ESP 12E

S ESP je možné priamo odosielať údaje do cloudu, môže to byť osobný server alebo webová stránka, ako je thingspeak, a odtiaľ sa zdieľať priamo s príslušným personálom.

Schematický

Predchádzajúce káblové pripojenie malo veľa problémov s poškodením drôtu v dôsledku skrútenia a zatočenia v obmedzenom priestore, neskôr som prešiel na izolovaný medený drôt z kotvy jednosmerného motora. Čo je dosť robustné, mal by som povedať.

Krok 4: Kódovanie

Základná myšlienka je taká.

Princíp činnosti senzorov PPG je v zásade osvetlením svetla na končeku prsta a meraním intenzity svetla pomocou fotodiódy. Tu používam regálový snímač pulzu z www.pulsesensor.com. Ďalšie alternatívy som uviedol v časti o častiach. Zmeráme analógovú zmenu napätia na analógovom kolíku 0, čo je zase meranie prietoku krvi na končeku prsta alebo na zápästí, pomocou ktorého môžeme zmerať srdcovú frekvenciu a IBI. Na meranie teploty používame 10 000 NTC termistor, môj je extrahovaný z batérie prenosného počítača. Tu sa používa termistor NTC typu 10 kΩ. NTC 10 kΩ znamená, že tento termistor má odpor 10 kΩ pri 25 ° C. Napätie na odpore 10 kΩ je dané ADC pro-mini-dosky.

Teplotu je možné zistiť z odporu termistora pomocou Steinhartovej-Hartovej rovnice. Teplota v Kelvinoch = 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 termistora. Všimnite si toho, že funkcia log () v Arduine je vlastne prirodzený protokol.

int termistor_adc_val;

dvojnásobný výstupné napätie, odpor termistora, term_res_ln, teplota, teplota; thermistor_adc_val = analogRead (výstup termistora);

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

odpor termistora = ((3,301 * (10 / výstupné napätie)) - 10);

/ * Odpor v kiloohmoch */

thermistor_resistance = termistor_resistance * 1000;

/ * Odpor v ohmoch */

therm_res_ln = log (odpor termistora);

/* Rovnica termistora Steinhart-Hart:* / /* Teplota v Kelvinoch = 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 Kelvinoch */ teplota = teplota - 273,15; / * Teplota v stupňoch Celzia */

Serial.print ("Teplota v stupňoch Celzia =");

Serial.println (teplota);

Kompletný kód nájdete tu.

Krok 5: Testovanie a práca

Krok 6: Budúce vylepšenia a záver

Budúce vylepšenia:

• Chcel by som pridať nasledujúce funkcie:
• Na detekciu anomálie použite Tiny ML a Tensorflow lite.
• Optimalizácia batérie pomocou BLE
• Aplikácia pre Android na prispôsobené upozornenia a návrhy týkajúce sa zdravia
• Pridanie vibračného motora na varovanie

Záver:

S pomocou senzorov opensource a elektroniky môžeme skutočne vykonávať zmeny v životoch pracovníkov v prvej línii detekciou symptómov COVID-19, tj variácií HRV a telesnej teploty je možné tieto zmeny zistiť a navrhnúť im, aby sa dostali do karantény, aby sa zastavilo šírenie. choroby. Najlepšia časť tohto zariadenia je, že je nižšia ako 15 $, čo je oveľa lacnejšie ako všetky dostupné nástroje na sledovanie fitness atď., A preto ich vláda môže vyrábať a chrániť pracovníkov v prvej línii.