Raksha - Vitals Monitor برای کارگران خط مقدم: 6 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

فناوری های نظارت بر سلامت پوشیدنی ، از جمله ساعت های هوشمند و ردیاب های تناسب اندام ، طی چند سال گذشته توجه مصرف کنندگان زیادی را به خود جلب کرده است. این علاقه نه تنها عمدتاً با رشد سریع تقاضا در بازار فناوری های پوشیدنی برای نظارت همه جا ، مستمر و فراگیر بر علائم حیاتی تشویق شده است ، بلکه توسط پیشرفت های تکنولوژیکی پیشرفته در سنسور نیز مورد استفاده قرار گرفته است. فناوری و ارتباطات بی سیم ارزش بازار فناوری های پوشیدنی تا پایان سال 2016 بالغ بر 13.2 میلیارد دلار بوده است و پیش بینی می شود ارزش آن تا پایان سال 2020 به 34 میلیارد دلار برسد.

سنسورهای زیادی برای اندازه گیری عوامل حیاتی بدن انسان وجود دارد که برای آگاهی از مشکلات سلامتی برای پزشک یا پزشک ضروری است. همه ما می دانیم که پزشک ابتدا ضربان قلب را بررسی می کند تا از تنوع ضربان قلب (HRV) و دمای بدن مطلع شود. اما نوارها و دستگاه های پوشیدنی فعلی در دقت و تکرارپذیری داده های اندازه گیری شده شکست می خورند. این امر عمدتاً به دلیل عدم هماهنگی ردیاب تناسب اندام و خواندن اشتباه و غیره اتفاق می افتد. اکثر آنها از سنسورهای LED و Photodiode Photo Plethysmography (PPG) برای اندازه گیری ضربان قلب استفاده می کنند.

امکانات:

• قابلیت پوشیدن با باتری
• اندازه گیری ضربان قلب در زمان واقعی و فاصله بین ضربان (IBI)
• دمای بدن را در زمان واقعی اندازه گیری می کند
• نمودار زمان واقعی را روی صفحه نمایش می دهد
• داده ها را از طریق بلوتوث به تلفن همراه ارسال می کند
• داده ها را می توان ضبط کرد و مستقیماً برای تجزیه و تحلیل بیشتر به پزشک ارسال کرد.
• مدیریت باتری خوب با خواب شامل.
• با ارسال داده ها به ابر ، یک پایگاه داده عظیم برای محققانی که روی راه حل های پزشکی COVID-19 کار می کنند ایجاد می کند.

تدارکات

سخت افزار مورد نیاز:

• SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz × 1
• سنسور پالس × 1
• ترمیستور 10k × 1
• باتری قابل شارژ ، 3.7 V × 1
• ماژول بلوتوث HC-05 × 1

برنامه های نرم افزاری و خدمات آنلاین

آردوینو IDE

ابزارهای دستی و ماشین آلات ساخت

• پرینتر سه بعدی (عمومی)
• آهن لحیم کاری (عمومی)

مرحله 1: بیایید شروع کنیم

در حال حاضر ، دستگاه های پوشیدنی مدرن دیگر تنها بر اندازه گیری های ساده ردیابی تناسب اندام مانند تعداد مراحل انجام شده در روز متمرکز نیستند ، بلکه ملاحظات فیزیولوژیکی مهمی مانند تغییرات ضربان قلب (HRV) ، اندازه گیری قند ، اندازه گیری فشار خون و … اطلاعات اضافی مربوط به سلامتی در میان بسیاری از علائم حیاتی اندازه گیری شده ، محاسبه ضربان قلب (HR) یکی از مهمترین پارامترها بوده است. سالهاست که از الکتروکاردیوگرام (ECG) به عنوان یک تکنیک غالب نظارت قلب برای شناسایی ناهنجاری های قلبی عروقی و تشخیص بی نظمی در ریتم قلب استفاده می شود. نوار قلب ثبت فعالیت الکتریکی قلب است. این تغییرات دامنه سیگنال نوار قلب را در برابر زمان نشان می دهد. این فعالیت الکتریکی ثبت شده از دپلاریزاسیون مسیر رسانای قلب و بافتهای عضلانی قلب در طول هر چرخه قلبی سرچشمه می گیرد. اگرچه فن آوری های سنتی نظارت قلب با استفاده از سیگنال های ECG طی چندین دهه بهبود مستمری را برای رفع نیازهای متغیر کاربران ، به ویژه از نظر دقت اندازه گیری ، انجام داده است.

این تکنیک ها ، تا کنون ، تا حدی افزایش یافته اند که به کاربر انعطاف پذیری ، قابلیت حمل و راحتی را ارائه دهند. به عنوان مثال ، برای عملکرد م theثر نوار قلب ، چندین الکترود زیستی باید در مکانهای خاصی از بدن قرار گیرد. این روش انعطاف پذیری متحرک و تحرک کاربران را تا حد زیادی محدود می کند. علاوه بر این ، PPG خود را به عنوان یک روش نظارت منابع انسانی جایگزین نشان داده است. با استفاده از تجزیه و تحلیل دقیق سیگنال ، سیگنال PPG پتانسیل بسیار خوبی برای جایگزینی ضبط ECG برای استخراج سیگنال HRV ، به ویژه در نظارت بر افراد سالم ، ارائه می دهد. بنابراین ، برای غلبه بر محدودیت های ECG ، می توان از راه حل جایگزین مبتنی بر فناوری PPG استفاده کرد. با تمام این داده ها می توان نتیجه گرفت که اندازه گیری ضربان قلب و دمای بدن و تجزیه و تحلیل آنها برای بررسی اینکه آیا درجه حرارت بدن غیر طبیعی افزایش یافته و سطح اکسیژن SpO2 در هموگلوبین کاهش می یابد به تشخیص زودهنگام COVID-19 کمک می کند. از آنجایی که این دستگاه پوشیدنی است ، می تواند به کارکنان خط مقدم مانند پزشکان ، پرستاران ، افسران پلیس و کارگران بهداشتی که خدمات شبانه روزی را برای مبارزه با COVID-19 انجام می دهند ، کمک کند.

قطعات مورد نیاز را که می توانیم صفحه نمایش و نوع سنسور را بر اساس نیاز تغییر دهیم ، تهیه کنید. یک سنسور دیگر MAX30100 یا MAX30102 برای اندازه گیری ضربان قلب با استفاده از تکنیک PPG وجود دارد. من از ترمیستور 10k برای اندازه گیری دما استفاده می کنم ، می توان از هر سنسور دما مانند LM35 یا DS1280 و غیره استفاده کرد.

مرحله 2: طراحی مورد

به منظور پوشیدن یک ابزار پوشیدنی ، باید آن را در یک محفظه مناسب قرار دهید تا از آسیب دیدن محافظت شود ، بنابراین من جلو رفتم و یک قاب طراحی کردم که می تواند برای همه سنسورها و MCU های من مناسب باشد.

مرحله 3: مونتاژ قطعات الکترونیکی

اکنون ما باید تمام اجزای مورد نیاز را به هم متصل کنیم ، قبلاً من برنامه ای برای انتخاب ESP12E به عنوان MCU داشتم ، اما از آنجا که تنها یک پین 1 ADC دارد و می خواهم 2 دستگاه آنالوگ رابط دهی کنم ، با پیکربندی بلوتوث به Arduino برگشتم.

من تقریبا ESP 12E را انتخاب کردم

با ESP می توان داده ها را مستقیماً به ابر ارسال کرد ، ممکن است یک سرور یا وب سایت شخصی مانند چیزهایی باشد که از آنجا مستقیماً برای پرسنل مربوطه به اشتراک گذاشته شود.

شماتیک

اتصال اولیه کابل با شکستن سیم به دلیل پیچ خوردگی و چرخش در فضای محدود مشکلات زیادی داشت ، بعداً من از سیم پیچ مسی عایق شده از آرمیچر موتور DC استفاده کردم. که باید بگویم بسیار قوی است.

مرحله 4: کد نویسی

ایده اصلی اینگونه است.

اساس کار سنسورهای PPG اساساً روشنایی نور در نوک انگشت و اندازه گیری شدت نور با استفاده از دیود عکس است. در اینجا از سنسور نبض قفسه در www.pulsesensor.com استفاده می کنم. من جایگزین های دیگری را در قسمت قطعات ذکر کرده ام. ما تغییرات ولتاژ آنالوگ را در پین آنالوگ 0 اندازه گیری می کنیم که به نوبه خود اندازه گیری جریان خون در نوک انگشتان یا مچ دست است که توسط آن می توان ضربان قلب و IBI را اندازه گیری کرد. برای اندازه گیری دما از یک ترمیستور 10k NTC ، معدن من از بسته باتری لپ تاپ استخراج شده است. در اینجا ، از ترمیستور نوع NTC 10kΩ استفاده می شود. NTC 10kΩ به این معنی است که این ترمیستور دارای مقاومت 10kΩ در 25 درجه سانتی گراد است. ولتاژ مقاومت 10 کیلووات به ADC برد مینی برد داده می شود.

درجه حرارت را می توان از مقاومت ترمیستور با استفاده از معادله اشتاینارت-هارت دریافت کرد. دما در کلوین = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)]^3) که در آن A = 0.001129148 ، B = 0.000234125 و C = 8.76741*10^-8 و R مقاومت ترمیستور است. توجه داشته باشید که عملکرد log () در آردوینو در واقع یک log طبیعی است.

int thermistor_adc_val؛

ولتاژ خروجی دوگانه ، مقاومت در برابر ترمیستور ، therm_res_ln ، دما ، tempf ؛ thermistor_adc_val = analogRead (خروجی ترمیستور) ؛

ولتاژ خروجی = ((thermistor_adc_val * 3.301) / 1023.0) ؛

مقاومت حرارتی = ((3.301 * (10 / ولتاژ خروجی)) - 10) ؛

/ * مقاومت در کیلو اهم */

thermistor_resistance = ترمیستور_ مقاومت * 1000؛

/ * مقاومت در اهم */

therm_res_ln = log (مقاومت_ترمیستور) ؛

/* معادله ترمیستور اشتاینارت-هارت:* / /* دما در کلوین = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)]^3)* / /* که A = 0.001129148 ، B = 0.000234125 و C = 8.76741 * 10^-8 * / دما = (1 / (0.001129148 + (0.000234125 * therm_res_ln) + (0.0000000876741 * therm_res_ln * therm_res_ln * therm_res_ln))) ؛ / * دما در کلوین */ دما = دما - 273.15 ؛ / * دما برحسب درجه سانتیگراد */

Serial.print ("دما در درجه سانتیگراد =")؛

Serial.println (دما) ؛

کد کامل را می توانید در اینجا پیدا کنید.

مرحله 5: آزمایش و کار

مرحله 6: پیشرفت ها و نتیجه گیری های آینده

پیشرفت های آینده:

• من می خواهم ویژگی های زیر را اضافه کنم:
• استفاده از Tiny ML و Tensorflow lite برای تشخیص ناهنجاری.
• بهینه سازی باتری با استفاده از BLE
• برنامه Android برای اعلان ها و پیشنهادات شخصی در مورد سلامتی
• اضافه کردن موتور ارتعاش برای هشدار

نتیجه:

با کمک سنسورهای منبع باز و وسایل الکترونیکی ، ما واقعاً می توانیم با تشخیص علائم COVID-19 در زندگی کارگران خط مقدم تغییراتی ایجاد کنیم ، یعنی تغییرات در HRV و دمای بدن می توان تغییرات را تشخیص داد و به آنها پیشنهاد کرد که برای جلوگیری از گسترش قرنطینه شوند. از بیماری بهترین بخش این دستگاه این است که قیمت آن کمتر از 15 دلار است که بسیار ارزانتر از هر ردیاب تناسب اندام موجود است و بنابراین دولت می تواند این کارها را انجام داده و از کارگران خط مقدم محافظت کند.