Raksha - Vitals Monitor voor eerstelijnswerkers - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Draagbare technologieën voor gezondheidsmonitoring, waaronder smartwatches en fitnesstrackers, hebben de afgelopen jaren veel belangstelling van consumenten getrokken. Deze interesse is niet alleen vooral aangemoedigd door de snelle groei van de vraag op de markt voor draagbare technologie voor de alomtegenwoordige, continue en alomtegenwoordige bewaking van vitale functies, maar is ook benut door de state-of-the-art technologische ontwikkelingen op het gebied van sensortechnologie. technologie en draadloze communicatie. De markt voor draagbare technologie werd eind 2016 gewaardeerd op meer dan $ 13,2 miljard en de waarde zal naar verwachting eind 2020 $ 34 miljard bedragen.

Er zijn veel sensoren voor het meten van vitale functies van het menselijk lichaam die essentieel zijn voor een arts of medic om de gezondheidsproblemen te kennen. We weten allemaal dat de arts eerst de hartslag controleert om de hartslagvariabiliteit (HRV) en lichaamstemperatuur te kennen. Maar de huidige draagbare banden en apparaten falen in de nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van de gemeten gegevens. Dit gebeurt meestal als gevolg van een verkeerde uitlijning van de fitnesstracker en een foutieve aflezing enz. De meeste gebruiken de op LED en fotodiode gebaseerde Photo Plethysmography (PPG)-sensoren voor de hartslagmeting.

Functies:

• Draagbare draagbare batterij
• Meet realtime hartslag en inter-beat Interval (IBI)
• Meet realtime lichaamstemperatuur
• Plots real-time grafiek op het display
• Verzendt gegevens via Bluetooth naar mobiele telefoon
• Gegevens kunnen worden geregistreerd en direct naar de arts worden gestuurd voor verdere analyse.
• Goed batterijbeheer met meegeleverde slaapstand.
• Door de gegevens naar de cloud te sturen, ontstaat er een enorme database voor onderzoekers die werken aan medische oplossingen voor COVID-19.

Benodigdheden

Benodigde hardware:

• SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz×1
• pulssensor × 1
• thermistor 10k×1
• Oplaadbare batterij, 3,7 V×1
• HC-05 Bluetooth-module × 1

Software-apps en online services

Arduino IDE

Handgereedschap en fabricagemachines

• 3D-printer (generiek)
• Soldeerbout (generiek)

Stap 1: Laten we beginnen

Tegenwoordig zijn moderne draagbare apparaten niet langer alleen gericht op eenvoudige metingen van fitness, zoals het aantal stappen dat op een dag wordt gezet, maar monitoren ze ook belangrijke fysiologische overwegingen, zoals hartslagvariabiliteit (HRV), glucosemetingen, bloeddrukmetingen en veel aanvullende gezondheidsgerelateerde informatie. Van de talrijke gemeten vitale functies was de berekening van de hartslag (HR) een van de meest waardevolle parameters. Bestandselektrocardiogram (ECG) wordt al vele jaren gebruikt als een dominante techniek voor hartbewaking om cardiovasculaire afwijkingen te identificeren en onregelmatigheden in hartritmes op te sporen. Het ECG is een registratie van de elektrische activiteit van het hart. Het toont de variaties in de amplitude van het ECG-signaal ten opzichte van de tijd. Deze geregistreerde elektrische activiteit is afkomstig van de depolarisatie van de geleidende baan van het hart en de hartspierweefsels tijdens elke hartcyclus. Hoewel traditionele hartbewakingstechnologieën die de ECG-signalen gebruiken, al tientallen jaren continu worden verbeterd om tegemoet te komen aan de steeds veranderende eisen van hun gebruikers, met name op het gebied van meetnauwkeurigheid.

Deze technieken zijn tot nu toe niet zodanig verbeterd dat ze de gebruiker flexibiliteit, draagbaarheid en gemak bieden. Om het ECG bijvoorbeeld effectief te laten werken, moeten er verschillende bio-elektroden op bepaalde lichaamslocaties worden geplaatst; deze procedure beperkt in hoge mate de beweeglijkheid en mobiliteit van de gebruikers. Daarnaast heeft PPG zich bewezen als een alternatieve HR-monitoringtechniek. Door gebruik te maken van gedetailleerde signaalanalyse biedt het PPG-signaal uitstekende mogelijkheden om ECG-opnames te vervangen voor de extractie van HRV-signalen, vooral bij het bewaken van gezonde personen. Om de ECG-beperkingen te overwinnen, kan daarom een alternatieve oplossing op basis van PPG-technologie worden gebruikt. Uit al deze gegevens kunnen we concluderen dat het meten van de hartslag en lichaamstemperatuur en het analyseren ervan om te weten of er sprake is van abnormale verhogingen van de lichaamstemperatuur en lagere SpO2-zuurstofniveaus in hemoglobine, zal helpen bij de vroege detectie van COVID-19. Aangezien dit apparaat een wearable is, kan dit eerstelijnswerkers helpen, zoals artsen, verpleegkundigen, politieagenten en sanitaire werkers die dag en nacht dienst doen in de strijd tegen COVID-19.

Verkrijg de vereiste onderdelen, we kunnen displays en sensortype wijzigen op basis van de vereiste. Er is nog een goede sensor MAX30100 of MAX30102 voor de hartslagmeting met behulp van de PPG-techniek. Ik gebruik een 10k-thermistor voor temperatuurmeting, men kan elke temperatuursensor gebruiken, zoals LM35 of DS1280 enz.

Stap 2: De behuizing ontwerpen

Om een draagbare gadget te kunnen dragen, moet deze worden ingesloten in een goede hoes om te beschermen tegen schade, dus ik ging door en ontwierp een hoes die in al mijn sensoren en MCU's past.

Stap 3: Elektronica monteren

Nu moeten we alle vereiste componenten aansluiten, eerder had ik een plan om ESP12E als MCU te kiezen, maar omdat het maar één ADC-pin heeft en ik 2 analoge apparaten wilde aansluiten, keerde ik terug naar Arduino met een Bluetooth-configuratie.

Ik koos bijna voor ESP 12E

Met ESP kan men de gegevens rechtstreeks naar de cloud sturen, bijvoorbeeld een persoonlijke server of website zoals thingspeak en van daaruit rechtstreeks met het betrokken personeel worden gedeeld.

Schematisch

De eerdere kabelverbinding had veel problemen met draadbreuk door draaien en draaien in beperkte ruimte, later verhuisde ik naar geïsoleerde koperdraad van het anker van een gelijkstroommotor. Wat behoorlijk robuust is moet ik zeggen.

Stap 4: Coderen

Het basisidee is als volgt.

Het werkingsprincipe van PPG-sensoren is in feite door licht op de vingertop te verlichten en de intensiteit van het licht te meten met behulp van een fotodiode. Hier gebruik ik de plankpulssensor van www.pulsesensor.com. Ik heb andere alternatieven genoemd in de sectie onderdelen. We zullen de analoge spanningsvariatie meten aan de analoge pin 0, die op zijn beurt een meting is van de bloedstroom aan de vingertop of aan de pols waarmee we de hartslag en de IBI kunnen meten. Voor temperatuurmeting gebruiken we een 10k NTC-thermistor, de mijne wordt gewonnen uit een laptopbatterij. Hier wordt een thermistor van het type NTC van 10kΩ gebruikt. NTC van 10kΩ betekent dat deze thermistor een weerstand heeft van 10kΩ bij 25°C. De spanning over de 10kΩ-weerstand wordt gegeven aan de ADC van pro-mini-board.

De temperatuur kan worden bepaald aan de hand van de weerstand van de thermistor met behulp van de Steinhart-Hart-vergelijking. Temperatuur in Kelvin = 1 / (A + B[ln(R)] + C[ln(R)]^3) waarbij A = 0.001129148, B = 0,000234125 en C = 8.76741*10^-8 en R is de thermistorweerstand. Merk op dat de log()-functie in Arduino eigenlijk een natuurlijk logboek is.

int thermistor_adc_val;

dubbele output_voltage, thermistor_weerstand, therm_res_ln, temperatuur, tempf; thermistor_adc_val = analogRead (thermistor_output);

output_voltage = ((thermistor_adc_val * 3.301) / 1023,0);

thermistor_weerstand = ((3.301 * (10 / uitgangsspanning)) - 10);

/* Weerstand in kilo-ohm */

thermistor_weerstand = thermistor_weerstand * 1000;

/* Weerstand in ohm */

therm_res_ln = log (thermistor_weerstand);

/* Steinhart-Hart thermistorvergelijking: */ /* Temperatuur in Kelvin = 1 / (A + B[ln(R)] + C[ln(R)]^3) */ /* waarbij A = 0.001129148, B = 0,000234125 en C = 8,76741*10^-8 */ temperatuur = (1 / (0,001129148 + (0,000234125 * therm_res_ln) + (0,000000876741 * therm_res_ln * therm_res_ln * therm_res_ln))); /* Temperatuur in Kelvin */ temperatuur = temperatuur - 273,15; /* Temperatuur in graden Celsius */

Serial.print("Temperatuur in graden Celsius = ");

Serial.println(temperatuur);

De volledige code is hier te vinden.

Stap 5: Testen en werken

Stap 6: Toekomstige verbeteringen en conclusie

Toekomstige verbeteringen:

• Ik wil graag de volgende features toevoegen:
• Tiny ML en Tensorflow lite gebruiken om de anomalie te detecteren.
• Batterij optimaliseren door BLE. te gebruiken
• Android-applicatie voor de gepersonaliseerde meldingen en suggesties met betrekking tot de gezondheid
• Een vibratiemotor toevoegen voor alarmering

Conclusie:

Met behulp van opensource-sensoren en elektronica kunnen we echt veranderingen aanbrengen in het leven van eerstelijnswerkers door de COVID-19-symptomen te detecteren, dwz variatie in HRV en lichaamstemperatuur kan men de veranderingen detecteren en voorstellen om in quarantaine te gaan om de verspreiding te stoppen van de ziekte. Het beste van dit apparaat is dat het minder dan $ 15 kost, wat een stuk goedkoper is dan elke beschikbare fitnesstracker enz. En daarom kan de overheid deze maken en de eerstelijnswerkers beschermen.