Raksha - Monitor Vitals per a treballadors de primera línia: 6 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Les tecnologies de control de la salut que es poden portar, inclosos els rellotges intel·ligents i els rastrejadors de condicionament físic, han atret un considerable interès dels consumidors en els darrers anys. Aquest interès no només ha estat fomentat principalment pel ràpid creixement de la demanda al mercat de la tecnologia portàtil per a la supervisió omnipresent, contínua i generalitzada dels signes vitals, sinó que ha estat aprofitat pels desenvolupaments tecnològics d’última generació del sensor. tecnologia i comunicacions sense fils. El mercat de la tecnologia portàtil es va valorar en més de 13.200 milions de dòlars a finals de 2016 i es preveu que el seu valor arribi als 34.000 milions de dòlars a finals de 2020.

Hi ha molts sensors per mesurar vitals del cos humà que són essencials perquè un metge o un metge conegui els problemes de salut. Tots sabem que el metge comprova primer la freqüència cardíaca per conèixer la variabilitat de la freqüència cardíaca (HRV) i la temperatura corporal. Però les bandes i els dispositius portables actuals fallen en la precisió i la repetibilitat de les dades mesurades. Això ocorre principalment a causa de l’alineació errònia del rastrejador físic i de la lectura errònia, etc. La majoria utilitzen els sensors de pletismografia fotogràfica (PPG) basats en LED i fotodiode per mesurar la freqüència cardíaca.

Característiques:

• Portable amb bateria
• Mesura la freqüència cardíaca en temps real i l'interval de batecs (IBI)
• Mesura la temperatura corporal en temps real
• Representa un gràfic en temps real a la pantalla
• Envia dades per Bluetooth al telèfon mòbil
• Les dades es poden registrar i enviar directament al metge per a una anàlisi posterior.
• Bona gestió de la bateria amb son inclòs.
• En enviar les dades al núvol, es crea una enorme base de dades per a investigadors que treballen en solucions mèdiques a COVID-19.

Subministraments

Maquinari necessari:

• SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V / 16MHz × 1
• sensor de pols × 1
• termistor 10k × 1
• Bateria recarregable, 3,7 V × 1
• Mòdul Bluetooth HC-05 × 1

Aplicacions de programari i serveis en línia

IDE Arduino

Eines manuals i màquines de fabricació

• Impressora 3D (genèrica)
• Soldador (genèric)

Pas 1: Comencem

Actualment, els dispositius portàtils moderns ja no es centren només en mesures senzilles de seguiment de la forma física, com ara el nombre de passos realitzats al dia, sinó que també controlen consideracions fisiològiques importants, com ara la variabilitat de la freqüència cardíaca (HRV), les mesures de glucosa, les lectures de pressió arterial i molta informació addicional relacionada amb la salut. Entre els nombrosos signes vitals mesurats, el càlcul de la freqüència cardíaca (FC) ha estat un dels paràmetres més valuosos. Durant molts anys, l’arxiu Electrocardiograma (ECG) s’ha utilitzat com a tècnica de control cardíac dominant per identificar anomalies cardiovasculars i detectar irregularitats en els ritmes cardíacs. L’ECG és un registre de l’activitat elèctrica del cor. Mostra les variacions en l'amplitud del senyal ECG en relació amb el temps. Aquesta activitat elèctrica registrada s’origina a partir de la despolarització de la via conductiva del cor i dels teixits musculars cardíacs durant cada cicle cardíac. Tot i que les tecnologies tradicionals de control cardíac que utilitzen els senyals ECG han sofert millores contínues durant dècades per fer front als requisits canviants dels seus usuaris, específicament en termes de precisió de la mesura.

Fins ara, aquestes tècniques no s’han millorat fins al punt d’oferir a l’usuari flexibilitat, portabilitat i comoditat. Per exemple, perquè l'ECG funcioni eficaçment, s'han de col·locar diversos bioelèctrodes en determinades ubicacions del cos; aquest procediment limita en gran mesura la flexibilitat i la mobilitat dels usuaris. A més, PPG ha demostrat ser una tècnica alternativa de control de recursos humans. Mitjançant l’anàlisi detallada del senyal, el senyal PPG ofereix un potencial excel·lent per substituir els enregistraments ECG per a l’extracció de senyals HRV, especialment en el seguiment d’individus sans. Per tant, per superar les limitacions de l’ECG, es pot utilitzar una solució alternativa basada en la tecnologia PPG. Amb totes aquestes dades podem concloure que mesurar la freqüència cardíaca i la temperatura corporal i analitzar-les per saber si hi ha pujades anormals de temperatura corporal i nivells més baixos d’oxigen de SpO2 a l’hemoglobina ajudaran a la detecció precoç del COVID-19. Com que aquest dispositiu es pot utilitzar, això pot ajudar els treballadors de primera línia, com ara metges, infermeres, agents de policia i treballadors del sanejament, que fan servei dia i nit per lluitar contra COVID-19.

Obteniu les peces necessàries per poder canviar les pantalles i el tipus de sensor en funció del requisit. Hi ha un bon sensor MAX30100 o MAX30102 més per a la mesura de la freqüència cardíaca mitjançant la tècnica PPG. Estic fent servir un termistor de 10 k per mesurar la temperatura, es pot utilitzar qualsevol sensor de temperatura com LM35 o DS1280, etc.

Pas 2: dissenyar el cas

Per tal de portar un aparell portàtil, s’hauria de tancar en un estoig adequat per tal de protegir-me dels danys, així que vaig avançar i vaig dissenyar un estoig que s’adapti a tots els meus sensors i MCU.

Pas 3: Muntatge d'electrònica

Ara hem de connectar tots els components necessaris; abans tenia un pla de triar ESP12E com a MCU, però com que només tenia un pin ADC i volia connectar 2 dispositius analògics, vaig tornar a Arduino amb una configuració Bluetooth.

Gairebé he triat ESP 12E

Amb ESP es pot enviar directament les dades al núvol, pot ser un servidor personal o un lloc web com Thingspeak i compartir-les directament amb el personal interessat.

Esquema

La connexió basada en cables anterior tenia molts problemes amb el trencament del cable a causa del gir i la volta en un espai restringit, més tard em vaig traslladar a un cable de coure aïllat de la armadura d’un motor de corrent continu. Què és bastant robust, hauria de dir.

Pas 4: Codificació

La idea bàsica és així.

El principi de funcionament dels sensors PPG consisteix bàsicament en il·luminar la llum a la punta dels dits i mesurar la intensitat de la llum mitjançant un fotodíode. Aquí utilitzo el sensor de pols de prestatge de www.pulsesensor.com. He esmentat altres alternatives a la secció de peces. Mesurarem la variació de tensió analògica al pin analògic 0 que és, al seu torn, una mesura del flux sanguini a la punta del dit o al canell mitjançant el qual podem mesurar la freqüència cardíaca i l’IBI. Termistor NTC de 10k, el meu s’extreu d’una bateria de portàtil. Aquí s’utilitza un termistor de tipus NTC de 10kΩ. NTC de 10 kΩ significa que aquest termistor té una resistència de 10 kΩ a 25 ° C. El voltatge a través de la resistència de 10 kΩ es dóna a l'ADC de la pro-mini-placa.

La temperatura es pot trobar a partir de la resistència del termistor mitjançant l’equació de Steinhart-Hart. Temperatura en Kelvin = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)] ^ 3) on A = 0,001129148, B = 0,000234125 i C = 8,76741 * 10 ^ -8 i R és la resistència del termistor. Tingueu en compte que la funció log () a Arduino és realment un registre natural.

int thermistor_adc_val;

voltatge de sortida doble, resistència_termistor, temperatura_res_ln, temperatura, tempf; thermistor_adc_val = analogRead (sortida del termistor);

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

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

/ * Resistència en quilos ohms * /

thermistor_resistance = thermistor_resistance * 1000;

/ * Resistència en ohms * /

therm_res_ln = log (resistència_termistor);

/ * Equació del termistor de Steinhart-Hart: * / / * Temperatura en Kelvin = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)] ^ 3) * / / * on A = 0,001129148, B = 0,000234125 i C = 8,76741 * 10 ^ -8 * / temperatura = (1 / (0,001129148 + (0,000234125 * therm_res_ln) + (0,0000000876741 * therm_res_ln * therm_res_ln * therm_res_ln))); / * Temperatura en kelvin * / temperatura = temperatura: 273,15; / * Temperatura en graus Celsius * /

Serial.print ("Temperatura en grau Celsius =");

Serial.println (temperatura);

El codi complet es pot trobar aquí.

Pas 5: proves i treball

Pas 6: Millores futures i conclusió

Millores futures:

• M'agradaria afegir les funcions següents:
• Utilitzant Tiny ML i Tensorflow lite per detectar l’anomalia.
• Optimització de la bateria mitjançant BLE
• Aplicació d'Android per a notificacions i suggeriments personalitzats sobre la salut
• Afegir un motor de vibració per alertar

Conclusió:

Amb l'ajuda de sensors i electrònica de codi obert, realment podem fer canvis en la vida dels treballadors de primera línia detectant els símptomes del COVID-19, és a dir, la variació del HRV i de la temperatura corporal permet detectar els canvis i suggerir que es posin en quarantena per aturar la propagació. de la malaltia. La millor part d’aquest dispositiu és que és inferior a 15 dòlars, cosa que és molt més barata que qualsevol rastrejador de fitness disponible, etc.