Raksha - Vitals Monitor til frontlinjearbejdere: 6 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Bærbare sundhedsovervågningsteknologier, herunder smartwatches og fitness -trackere, har tiltrukket betydelig forbrugerinteresse i de sidste par år. Ikke alene er denne interesse hovedsageligt blevet opmuntret af den hurtige efterspørgselsvækst på det bærbare teknologimarked for den allestedsnærværende, kontinuerlige og gennemgribende overvågning af vitale tegn, men den er blevet udnyttet af den state-of-the-art teknologiske udvikling inden for sensor teknologi og trådløs kommunikation. Det bærbare teknologimarked blev vurderet til over 13,2 milliarder dollar ved udgangen af 2016, og dets værdi forventes at nå 34 milliarder dollar ved udgangen af 2020.

Der er mange sensorer til måling af livskvaliteter i menneskekroppen, som er afgørende for, at en læge eller en læge kender sundhedsproblemerne. Vi ved alle, at lægen først kontrollerer puls for at kende pulsvariation (HRV) og kropstemperatur. Men de nuværende bærbare bånd og enheder fejler nøjagtigheden og repeterbarheden af de målte data. Dette sker for det meste på grund af manglende justering af fitness tracker og fejlagtig læsning osv. De fleste bruger LED- og fotodiodebaserede Photo Plethysmography (PPG) sensorer til pulsmåling.

Funktioner:

• Batteridrevet bærbar
• Måler puls i realtid og inter-beat-interval (IBI)
• Måler kropstemperatur i realtid
• Tegner graf i realtid på displayet
• Sender data via Bluetooth til mobiltelefon
• Data kan registreres og sendes til lægen direkte for yderligere analyse.
• God batteristyring med inkluderet søvn.
• Ved at sende dataene til skyen skaber det en enorm database for forskere, der arbejder med medicinske løsninger på COVID-19.

Forbrugsvarer

Hardware påkrævet:

• SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz × 1
• pulssensor × 1
• termistor 10k × 1
• Genopladeligt batteri, 3,7 V × 1
• HC-05 Bluetooth-modul × 1

Software -apps og onlinetjenester

Arduino IDE

Håndværktøj og fabrikationsmaskiner

• 3D -printer (generisk)
• Loddejern (generisk)

Trin 1: Lad os starte

I øjeblikket er moderne bærbare enheder ikke længere kun fokuseret på enkle fitnesssporingsmålinger såsom antallet af trin, der er taget på en dag, de overvåger også vigtige fysiologiske overvejelser, såsom pulsvariabilitet (HRV), glukosemålinger, blodtryksmålinger og meget mere sundhedsrelateret information. Blandt de mange vitale tegn, der er målt, har beregningen af puls været en af de mest værdifulde parametre. I mange år har fil -elektrokardiogram (EKG) været brugt som en dominerende hjerteovervågningsteknik til at identificere kardiovaskulære abnormiteter og til at opdage uregelmæssigheder i hjerterytmer. EKG er en registrering af hjertets elektriske aktivitet. Det viser variationerne i EKG -signalets amplitude mod tid. Denne registrerede elektriske aktivitet stammer fra depolarisering af hjertets og hjertemuskelvævets ledende vej under hver hjertecyklus. Selvom traditionelle hjerteovervågningsteknologier, der anvender EKG-signalerne, har gennemgået kontinuerlige forbedringer i årtier for at imødekomme deres brugeres stadigt skiftende krav, specifikt hvad angår målepræcision.

Disse teknikker er hidtil ikke blevet forbedret til at tilbyde brugeren fleksibilitet, bærbarhed og bekvemmelighed. For eksempel for at EKG skal fungere effektivt, skal flere bioelektroder placeres på bestemte kropslokationer; denne procedure begrænser i høj grad brugerens fleksibilitet og mobilitet. Derudover har PPG vist sig at være en alternativ HR -overvågningsteknik. Ved at bruge detaljeret signalanalyse giver PPG -signalet et fremragende potentiale til at erstatte EKG -optagelser til ekstraktion af HRV -signaler, især til overvågning af raske individer. Derfor kan en alternativ løsning baseret på PPG -teknologi bruges til at overvinde EKG -begrænsningerne. Ved alle disse data kan vi konkludere, at måling af puls og kropstemperatur og analyse af dem for at vide, om der er unormale kropstemperaturstigninger og lavere SpO2-iltniveauer i hæmoglobin, vil hjælpe til tidligt at opdage COVID-19. Da denne enhed er bærbar, kan dette hjælpe frontlinjearbejdere som læger, sygeplejersker, politifolk og sanitetsarbejdere, der udfører dag og nat service for at bekæmpe COVID-19.

Få de nødvendige dele, vi kan ændre displays og sensortype baseret på kravet. Der er endnu en god sensor MAX30100 eller MAX30102 til pulsmåling ved hjælp af PPG -teknik. Jeg bruger en 10k termistor til temperaturmåling, man kan bruge enhver temperatursensor som LM35 eller DS1280 osv.

Trin 2: Design af sagen

For at kunne bære en bærbar gadget, skal den være indesluttet i en ordentlig sag for at beskytte mod skader, så jeg gik videre og designede et etui, der kan passe til alle mine sensorer og MCU'er.

Trin 3: Montering af elektronik

Nu skal vi forbinde alle de nødvendige komponenter, tidligere havde jeg en plan om at vælge ESP12E som MCU, men da den kun har en 1 ADC -pin, og jeg ønskede at interface 2 analoge enheder, vendte jeg tilbage til Arduino med en Bluetooth -konfiguration.

Jeg valgte næsten ESP 12E

Med ESP kan man direkte sende dataene til skyen kan være en personlig server eller et websted som f.eks. Thingspeak og deles direkte med det berørte personale derfra.

Skematisk

Den tidligere kabelbaserede forbindelse havde mange problemer med, at ledningen blev brudt på grund af vridning og drejning i begrænset plads, senere flyttede jeg til isoleret kobbertråd fra ankeret på en DC-motor. Hvilket er ret robust, må jeg sige.

Trin 4: Kodning

Grundtanken er sådan her.

Arbejdsprincippet for PPG-sensorer er dybest set ved at belyse lys på fingerspidsen og måle lysets intensitet ved hjælp af fotodiode. Her bruger jeg hyldepulssensoren fra www.pulsesensor.com. Jeg har nævnt andre alternativer i delafsnittet. Vi måler den analoge spændingsvariation ved den analoge pin 0, som igen er en måling af blodgennemstrømningen ved fingerspidsen eller ved håndleddet, hvormed vi kan måle pulsen og IBI. Til temperaturmåling bruger vi en 10k NTC termistor, min er hentet fra en bærbar batteripakke. Her bruges en NTC -termistor på 10kΩ. NTC på 10kΩ betyder, at denne termistor har en modstand på 10kΩ ved 25 ° C. Spændingen over 10kΩ modstanden gives til ADC af pro-mini-board.

Temperaturen kan findes ud fra termistorresistens ved hjælp af Steinhart-Hart-ligningen. Temperatur i Kelvin = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)]^3) hvor A = 0.001129148, B = 0.000234125 og C = 8.76741*10^-8 og R er termistorens modstand. Bemærk, at log () -funktionen i Arduino faktisk er en naturlig log.

int termistor_adc_val;

dobbelt output_voltage, thermistor_resistance, therm_res_ln, temperatur, tempf; thermistor_adc_val = analogRead (termistor_output);

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

termistor_resistance = ((3.301 * (10 / output_voltage)) - 10);

/ * Modstand i kilo ohm */

termistor_resistance = termistor_resistance * 1000;

/ * Modstand i ohm */

therm_res_ln = log (thermistor_resistance);

/* Steinhart-Hart termistorligning:* / /* Temperatur i Kelvin = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)]^3)* / /* hvor A = 0,001129148, B = 0.000234125 og C = 8.76741 * 10^-8 * / temperatur = (1 / (0.001129148 + (0.000234125 * therm_res_ln) + (0.0000000876741 * therm_res_ln * therm_res_ln * therm_res_ln))); / * Temperatur i Kelvin */ temperatur = temperatur - 273,15; / * Temperatur i grader Celsius */

Serial.print ("Temperatur i grader Celsius =");

Serial.println (temperatur);

Komplet kode findes her.

Trin 5: Test og arbejde

Trin 6: Fremtidige forbedringer og konklusion

Fremtidige forbedringer:

• Jeg vil gerne tilføje følgende funktioner:
• Brug af Tiny ML og Tensorflow lite til at registrere anomalien.
• Optimering af batteri ved hjælp af BLE
• Android -applikation til de personlige meddelelser og forslag vedrørende sundhed
• Tilføjelse af en vibrationsmotor til alarm

Konklusion:

Ved hjælp af opensource-sensorer og elektronik kan vi virkelig foretage ændringer i frontlinjemedarbejderes liv ved at opdage COVID-19-symptomerne, dvs. variation i HRV og kropstemperatur kan man registrere ændringerne og foreslå dem at blive sat i karantæne for at stoppe spredningen af sygdommen. Den bedste del af denne enhed er, at den er under 15 $, hvilket er meget billigere end nogen tilgængelig fitness tracker osv. Og derfor kan regeringen lave disse og beskytte frontlinjemedarbejderne.