Raksha - Ön Cephe Çalışanları için Hayati Monitör: 6 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Akıllı saatler ve fitness izleyicileri de dahil olmak üzere giyilebilir sağlık izleme teknolojileri, son birkaç yılda önemli ölçüde tüketici ilgisini çekmiştir. Bu ilgi, yalnızca hayati belirtilerin her yerde, sürekli ve yaygın olarak izlenmesi için giyilebilir teknoloji pazarındaki hızlı talep artışıyla teşvik edilmekle kalmadı, aynı zamanda sensördeki en son teknolojik gelişmelerden de yararlandı. teknoloji ve kablosuz iletişim. Giyilebilir teknoloji pazarının değeri 2016 yılı sonunda 13,2 milyar doların üzerindeydi ve değerinin 2020 sonunda 34 milyar dolara ulaşacağı tahmin ediliyor.

Bir doktor veya sağlık görevlisinin sağlık sorunlarını bilmesi için gerekli olan insan vücudunun hayati değerlerini ölçmek için birçok sensör vardır. Doktorun önce Kalp Atış Hızı Değişkenliğini (HRV) ve vücut ısısını öğrenmek için Kalp Atış Hızını kontrol ettiğini hepimiz biliyoruz. Ancak mevcut giyilebilir bantlar ve cihazlar, ölçülen verilerin doğruluğu ve tekrarlanabilirliği konusunda başarısız oluyor. Bu çoğunlukla fitness takipçisinin yanlış hizalanması ve hatalı okuma vb. nedeniyle olur. Çoğu, kalp atış hızı ölçümü için LED ve Fotodiyot tabanlı Foto Pletismografi (PPG) sensörlerini kullanır.

Özellikleri:

• Pille çalışan giyilebilir
• Gerçek zamanlı kalp atış hızını ve vuruşlar arası Aralığı (IBI) ölçer
• Gerçek zamanlı vücut ısısını ölçer
• Ekranda gerçek zamanlı grafik çizer
• Bluetooth üzerinden cep telefonuna veri gönderir
• Veriler kaydedilebilir ve daha fazla analiz için doğrudan doktora gönderilebilir.
• Dahil uyku ile iyi pil yönetimi.
• Verileri buluta göndererek, COVID-19'a tıbbi çözümler üzerinde çalışan araştırmacılar için devasa bir veri tabanı oluşturuyor.

Gereçler

Gerekli Donanım:

• SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz×1
• darbe sensörü × 1
• termistör 10k × 1
• Şarj Edilebilir Pil, 3,7 V×1
• HC-05 Bluetooth Modülü×1

Yazılım uygulamaları ve çevrimiçi hizmetler

Arduino IDE'si

El aletleri ve imalat makineleri

• 3D Yazıcı (genel)
• Havya (jenerik)

1. Adım: Başlayalım

Şu anda, modern giyilebilir cihazlar artık yalnızca bir günde atılan adım sayısı gibi basit kondisyon izleme ölçümlerine odaklanmakla kalmıyor, aynı zamanda Kalp Atış Hızı Değişkenliği (HRV), glikoz ölçümleri, kan basıncı ölçümleri gibi önemli fizyolojik hususları da izliyorlar. sağlıkla ilgili birçok ek bilgi. Ölçülen sayısız yaşamsal belirti arasında kalp atış hızı (HR) hesaplaması en değerli parametrelerden biri olmuştur. Dosya Elektrokardiyogramı (EKG), kardiyovasküler anormallikleri belirlemek ve kalp ritimlerindeki düzensizlikleri saptamak için uzun yıllardır baskın bir kardiyak izleme tekniği olarak kullanılmaktadır. EKG, kalbin elektriksel aktivitesinin bir kaydıdır. EKG sinyalinin amplitüdündeki zamana karşı değişimleri gösterir. Bu kaydedilen elektriksel aktivite, her kalp döngüsü sırasında kalbin iletken yolunun ve kalp kası dokularının depolarizasyonundan kaynaklanır. EKG sinyallerini kullanan geleneksel kardiyak izleme teknolojileri, özellikle ölçüm doğruluğu açısından, kullanıcılarının sürekli değişen gereksinimlerini karşılamak için on yıllardır sürekli iyileştirmelerden geçmiş olsa da.

Bu teknikler şimdiye kadar kullanıcıya esneklik, taşınabilirlik ve kolaylık sağlayacak kadar geliştirilmemiştir. Örneğin, EKG'nin etkili bir şekilde çalışması için, vücudun belirli yerlerine birkaç biyo-elektrot yerleştirilmelidir; bu prosedür, kullanıcıların hareket esnekliğini ve hareketliliğini büyük ölçüde sınırlar. Ayrıca, PPG alternatif bir İK izleme tekniği olduğunu göstermiştir. Ayrıntılı sinyal analizi kullanarak, PPG sinyali, özellikle sağlıklı bireylerin izlenmesinde, HRV sinyallerinin çıkarılması için EKG kayıtlarının yerini almak için mükemmel bir potansiyel sunar. Bu nedenle, EKG sınırlamalarının üstesinden gelmek için PPG teknolojisine dayalı alternatif bir çözüm kullanılabilir. Tüm bu verilerle, kalp atış hızı ve vücut ısısını ölçmenin ve hemoglobinde anormal vücut ısısı yükselmeleri ve düşük SpO2 oksijen düzeylerinin olup olmadığını kontrol etmek için bunları analiz etmenin COVID-19'un erken tespitinde yardımcı olacağı sonucuna varabiliriz. Bu cihaz giyilebilir olduğundan, COVID-19 ile savaşmak için gece gündüz hizmet veren doktorlar, hemşireler, polis memurları ve temizlik çalışanları gibi ön saflardaki çalışanlara yardımcı olabilir.

İhtiyaca göre ekranları ve sensör tipini değiştirebileceğimiz gerekli parçaları alın. PPG tekniğini kullanarak kalp atış hızı ölçümü için bir tane daha iyi sensör MAX30100 veya MAX30102 var. Sıcaklık ölçümü için 10k termistör kullanıyorum, LM35 veya DS1280 gibi herhangi bir sıcaklık sensörü kullanılabilir.

2. Adım: Kasayı Tasarlamak

Giyilebilir bir gadget takmak için, hasarlardan korunmak için uygun bir kılıf içine konması gerekir, bu yüzden devam ettim ve tüm sensörlerime ve MCU'larıma uyabilecek bir kılıf tasarladım.

Adım 3: Elektroniklerin Montajı

Şimdi gerekli tüm bileşenleri bağlamamız gerekiyor, daha önce MCU olarak ESP12E'yi seçme planım vardı ama sadece bir 1 ADC pini olduğu ve 2 analog cihazı arayüzlemek istediğim için Bluetooth konfigürasyonu ile Arduino'ya geri döndüm.

Neredeyse ESP 12E'yi seçiyordum

ESP ile veriyi doğrudan buluta gönderebilir, kişisel bir sunucu veya şey-konuş gibi bir web sitesi olabilir ve oradan doğrudan ilgili personelle paylaşılabilir.

Şematik

Daha önceki kablo tabanlı bağlantı, kısıtlı alanda bükülme ve dönüş nedeniyle kablonun kopmasıyla ilgili birçok soruna sahipti, daha sonra bir DC motorun armatüründen yalıtımlı bakır tele geçtim. Hangi oldukça sağlam olduğunu söylemeliyim.

Adım 4: Kodlama

Temel fikir şu şekildedir.

PPG sensörlerinin çalışma prensibi temel olarak parmak ucundaki Işığı aydınlatmak ve foto diyot kullanarak ışığın yoğunluğunu ölçmektir. Burada www.pulsesensor.com'dan raf darbe sensörünü kullanıyorum. Parçalar kısmında diğer alternatiflerden bahsetmiştim. Analog pin 0'daki analog voltaj değişimini ölçeceğiz, bu da kalp atış hızını ve IBI'yi ölçebileceğimiz parmak ucunda veya bilekte kan akışının bir ölçümüdür. Sıcaklık ölçümü için bir 10k NTC termistör, benimki bir dizüstü bilgisayar pil paketinden çıkarıldı. Burada 10kΩ NTC tipi bir termistör kullanılır. 10kΩ NTC, bu termistörün 25°C'de 10kΩ dirence sahip olduğu anlamına gelir. 10kΩ direnç üzerindeki voltaj, pro-mini kartın ADC'sine verilir.

Sıcaklık, Steinhart-Hart denklemi kullanılarak termistör direncinden bulunabilir. Sıcaklık Kelvin cinsinden = 1 / (A + B[ln(R)] + C[ln(R)]^3) burada A = 0,001129148, B = 0.000234125 ve C = 8.76741*10^-8 ve R, termistör direncidir. Arduino'daki log() işlevinin aslında doğal bir günlük olduğunu unutmayın.

int termistör_adc_val;

çift çıkış_voltajı, termistör_direnci, term_res_ln, sıcaklık, sıcaklık; termistor_adc_val = analogRead(thermistor_output);

çıkış_voltajı = ((termistor_adc_val * 3.301) / 1023.0);

termistör_direnci = ((3.301 * (10 / çıkış_voltajı)) - 10);

/* Kilo ohm cinsinden direnç */

termistör_direnci = termistör_direnci * 1000;

/* Ohm cinsinden direnç */

therm_res_ln = günlük(termistör_direnci);

/* Steinhart-Hart Termistör Denklemi: */ /* Kelvin cinsinden Sıcaklık = 1 / (A + B[ln(R)] + C[ln(R)]^3) */ /* burada A = 0.001129148, B = 0.000234125 ve C = 8.76741*10^-8 */ sıcaklık = (1 / (0.001129148 + (0.000234125 * therm_res_ln) + (0.0000000876741 * therm_res_ln * therm_res_ln * therm_res_ln))); /* Kelvin cinsinden sıcaklık */ sıcaklık = sıcaklık - 273.15; /* Santigrat derece cinsinden sıcaklık */

Serial.print("Sıcaklık Santigrat derece cinsinden = ");

Seri.println(sıcaklık);

Tam kod burada bulunabilir.

Adım 5: Test Etme ve Çalışma

Adım 6: Gelecekteki İyileştirmeler ve Sonuç

Gelecekteki geliştirmeler:

• Aşağıdaki özellikleri eklemek istiyorum:
• Anomaliyi tespit etmek için Tiny ML ve Tensorflow lite kullanma.
• BLE kullanarak pili optimize etme
• Sağlıkla ilgili kişiselleştirilmiş bildirimler ve öneriler için Android uygulaması
• Uyarı için bir titreşim motoru ekleme

Çözüm:

Açık kaynaklı sensörler ve elektroniklerin yardımıyla, COVID-19 semptomlarını tespit ederek ön saflardaki çalışanların hayatlarında gerçekten değişiklikler yapabiliriz, yani HRV ve Vücut sıcaklığındaki değişiklikler değişiklikleri tespit edebilir ve yayılmayı durdurmak için karantinaya alınmalarını önerebilir. hastalığın. Bu cihazın en iyi yanı, mevcut herhangi bir fitness takipçisinden vb. çok daha ucuz olan 15 doların altında olmasıdır ve bu nedenle hükümet bunları yapabilir ve ön saflardaki çalışanları koruyabilir.