Raksha - Giám sát Vitals cho Nhân viên Tiền tuyến: 6 bước (có Hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Các công nghệ theo dõi sức khỏe có thể đeo được, bao gồm đồng hồ thông minh và thiết bị theo dõi thể dục, đã thu hút sự quan tâm đáng kể của người tiêu dùng trong vài năm qua. Mối quan tâm này không chỉ được khuyến khích chủ yếu bởi sự tăng trưởng nhu cầu nhanh chóng trên thị trường công nghệ đeo cho việc theo dõi phổ biến, liên tục và phổ biến các dấu hiệu quan trọng, mà còn được thúc đẩy bởi sự phát triển công nghệ hiện đại trong cảm biến công nghệ và truyền thông không dây. Thị trường công nghệ thiết bị đeo được định giá hơn 13,2 tỷ đô la vào cuối năm 2016 và giá trị của nó được dự báo sẽ đạt 34 tỷ đô la vào cuối năm 2020.

Có rất nhiều cảm biến để đo các chỉ số của cơ thể con người, rất cần thiết cho bác sĩ hoặc y tế để biết các vấn đề sức khỏe. Tất cả chúng ta đều biết rằng bác sĩ đầu tiên kiểm tra Nhịp tim để biết Độ biến thiên nhịp tim (HRV) và nhiệt độ cơ thể. Nhưng các dây đeo và thiết bị đeo được hiện nay không đạt được độ chính xác và độ lặp lại của dữ liệu đo được. Điều này chủ yếu xảy ra do sai căn chỉnh của bộ theo dõi thể dục và đọc sai, v.v. Hầu hết sử dụng cảm biến Photo Plethysmography (PPG) dựa trên LED và Photodiode để đo nhịp tim.

Đặc trưng:

• Có thể đeo được bằng pin
• Đo nhịp tim theo thời gian thực và khoảng thời gian giữa các nhịp (IBI)
• Đo nhiệt độ cơ thể theo thời gian thực
• Vẽ biểu đồ thời gian thực trên màn hình
• Gửi dữ liệu qua Bluetooth tới điện thoại di động
• Dữ liệu có thể được ghi lại và gửi đến bác sĩ trực tiếp để phân tích thêm.
• Quản lý pin tốt với chế độ ngủ đi kèm.
• Bằng cách gửi dữ liệu lên đám mây, nó tạo ra một cơ sở dữ liệu khổng lồ cho các nhà nghiên cứu làm việc về các giải pháp y tế cho COVID-19.

Quân nhu

Phần cứng cần thiết:

• SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V / 16MHz × 1
• cảm biến xung × 1
• nhiệt điện trở 10k × 1
• Pin sạc, 3,7 V × 1
• Mô-đun Bluetooth HC-05 × 1

Ứng dụng phần mềm và dịch vụ trực tuyến

Arduino IDE

Dụng cụ cầm tay và máy chế tạo

• Máy in 3D (chung)
• Sắt hàn (chung)

Bước 1: Bắt đầu

Hiện nay, các thiết bị đeo hiện đại không còn chỉ tập trung vào các phép đo theo dõi thể chất đơn giản như số bước thực hiện trong một ngày, chúng còn theo dõi các cân nhắc sinh lý quan trọng, chẳng hạn như Biến thiên nhịp tim (HRV), đo đường huyết, đo huyết áp và nhiều thông tin bổ sung liên quan đến sức khỏe. Trong số vô số các dấu hiệu quan trọng được đo, tính toán nhịp tim (HR) là một trong những thông số có giá trị nhất. Trong nhiều năm, điện tâm đồ tập tin (ECG) đã được sử dụng như một kỹ thuật theo dõi tim chủ đạo để xác định các bất thường tim mạch và phát hiện các bất thường về nhịp tim. Điện tâm đồ là một bản ghi lại hoạt động điện của tim. Nó cho thấy các biến thể trong biên độ của tín hiệu điện tâm đồ so với thời gian. Hoạt động điện được ghi lại này bắt nguồn từ sự khử cực của đường dẫn truyền của tim và các mô cơ tim trong mỗi chu kỳ tim. Mặc dù các công nghệ theo dõi tim truyền thống sử dụng tín hiệu điện tâm đồ đã trải qua những cải tiến liên tục trong nhiều thập kỷ để đáp ứng các yêu cầu luôn thay đổi của người dùng, đặc biệt là về độ chính xác của phép đo.

Những kỹ thuật này, cho đến nay, vẫn chưa được nâng cao đến mức mang lại sự linh hoạt, tính di động và tiện lợi cho người dùng. Ví dụ, để ECG hoạt động hiệu quả, một số điện cực sinh học phải được đặt tại một số vị trí cơ thể nhất định; thủ tục này hạn chế đáng kể tính linh hoạt di chuyển và tính di động của người dùng. Ngoài ra, PPG đã cho thấy mình là một kỹ thuật theo dõi HR thay thế. Bằng cách sử dụng phân tích tín hiệu chi tiết, tín hiệu PPG cung cấp tiềm năng tuyệt vời để thay thế các bản ghi điện tâm đồ để trích xuất tín hiệu HRV, đặc biệt là trong việc theo dõi những người khỏe mạnh. Do đó, để khắc phục những hạn chế của điện tâm đồ, một giải pháp thay thế dựa trên công nghệ PPG có thể được sử dụng. Với tất cả những dữ liệu này, chúng ta có thể kết luận rằng việc đo nhịp tim và nhiệt độ cơ thể và phân tích chúng để biết để kiểm tra xem có sự tăng nhiệt độ cơ thể bất thường hay không và mức độ oxy SpO2 thấp hơn trong hemoglobin sẽ giúp phát hiện sớm COVID-19. Vì thiết bị này là thiết bị đeo được nên có thể giúp các nhân viên tuyến đầu như bác sĩ, y tá, cảnh sát và nhân viên vệ sinh đang làm việc cả ngày lẫn đêm để chống lại COVID-19.

Nhận các bộ phận cần thiết, chúng tôi có thể thay đổi màn hình và loại cảm biến dựa trên yêu cầu. Có một cảm biến tốt nữa là MAX30100 hoặc MAX30102 để đo nhịp tim bằng kỹ thuật PPG. Tôi đang sử dụng một điện trở nhiệt 10k để đo nhiệt độ, người ta có thể sử dụng bất kỳ cảm biến nhiệt độ nào như LM35 hoặc DS1280, v.v.

Bước 2: Thiết kế vỏ máy

Để đeo một thiết bị đeo được, nó phải được đựng trong một hộp đựng thích hợp để tránh bị hư hỏng, vì vậy tôi đã đi trước và thiết kế một chiếc vỏ có thể phù hợp với tất cả các cảm biến và MCU của tôi.

Bước 3: Lắp ráp đồ điện tử

Bây giờ chúng ta cần kết nối tất cả các thành phần cần thiết, trước đó tôi đã có kế hoạch chọn ESP12E làm MCU nhưng vì nó chỉ có một chân 1 ADC và tôi muốn giao tiếp 2 thiết bị tương tự nên tôi đã hoàn nguyên về Arduino bằng cấu hình Bluetooth.

Tôi gần như đã chọn ESP 12E

Với ESP người ta có thể gửi trực tiếp dữ liệu lên đám mây có thể là máy chủ cá nhân hoặc trang web như thingspeak và được chia sẻ trực tiếp cho những người có liên quan từ đó.

Sơ đồ

Kết nối dựa trên cáp trước đây có nhiều vấn đề với việc dây bị đứt do xoắn và quay trong không gian hạn chế, sau này tôi đã chuyển sang dây đồng cách điện từ phần ứng của động cơ DC. Đó là khá mạnh mẽ tôi nên nói.

Bước 4: Mã hóa

Ý tưởng cơ bản là như thế này.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến PPG về cơ bản là chiếu ánh sáng vào đầu ngón tay và đo cường độ ánh sáng bằng cách sử dụng diode quang. Ở đây tôi đang sử dụng cảm biến xung kệ từ www.pulsesensor.com. Tôi đã đề cập đến các lựa chọn thay thế khác trong phần các bộ phận. Chúng tôi sẽ đo sự biến thiên điện áp tương tự tại chân kim 0, lần lượt, đây là phép đo lưu lượng máu ở đầu ngón tay hoặc ở cổ tay, qua đó chúng tôi có thể đo nhịp tim và IBI. Điện trở nhiệt 10k NTC, của tôi được chiết xuất từ một bộ pin máy tính xách tay. Ở đây, một nhiệt điện trở loại NTC 10kΩ được sử dụng. NTC là 10kΩ có nghĩa là nhiệt điện trở này có điện trở 10kΩ ở 25 ° C. Điện áp trên điện trở 10kΩ được cấp cho ADC của bo mạch chủ mini.

Nhiệt độ có thể được tìm ra từ điện trở nhiệt điện trở bằng phương trình Steinhart-Hart. Nhiệt độ tính bằng Kelvin = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)] ^ 3) trong đó A = 0,001129148, B = 0,000234125 và C = 8,76741 * 10 ^ -8 và R là điện trở nhiệt điện trở. Lưu ý rằng hàm log () trong Arduino thực sự là một bản ghi tự nhiên.

int thermistor_adc_val;

đôi đầu ra_ điện áp, điện trở nhiệt, nhiệt_độ_ln, nhiệt độ, nhiệt độ; thermistor_adc_val = analogRead (thermistor_output);

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

nhiệt điện trở = ((3,301 * (10 / điện áp đầu ra)) - 10);

/ * Kháng cự tính bằng kilo ohms * /

thermistor_resistance = điện trở_ nhiệt * 1000;

/ * Điện trở tính bằng ohms * /

therm_res_ln = log (điện trở nhiệt);

/ * Phương trình nhiệt điện trở Steinhart-Hart: * / / * Nhiệt độ tính bằng Kelvin = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)] ^ 3) * / / * trong đó A = 0,001129148, B = 0,000234125 và C = 8,76741 * 10 ^ -8 * / nhiệt độ = (1 / (0,001129148 + (0,000234125 * therm_res_ln) + (0,0000000876741 * therm_res_ln * therm_res_ln * therm_res_ln))); / * Nhiệt độ tính bằng Kelvin * / nhiệt độ = nhiệt độ - 273,15; / * Nhiệt độ tính bằng độ C * /

Serial.print ("Nhiệt độ tính bằng độ C =");

Serial.println (nhiệt độ);

Toàn bộ mã có thể được tìm thấy ở đây.

Bước 5: Kiểm tra và làm việc

Bước 6: Các cải tiến và kết luận trong tương lai

Cải tiến trong tương lai:

• Tôi muốn thêm các tính năng sau:
• Sử dụng Tiny ML và Tensorflow lite để phát hiện sự bất thường.
• Tối ưu hóa pin bằng cách sử dụng BLE
• Ứng dụng Android dành cho các thông báo và đề xuất được cá nhân hóa về sức khỏe
• Thêm một động cơ rung để cảnh báo

Phần kết luận:

Với sự trợ giúp của cảm biến nguồn mở và thiết bị điện tử, chúng tôi thực sự có thể tạo ra những thay đổi trong cuộc sống của những người lao động tuyến đầu bằng cách phát hiện các triệu chứng COVID-19, tức là sự thay đổi trong HRV và nhiệt độ cơ thể, người ta có thể phát hiện những thay đổi và đề nghị họ cách ly để ngăn chặn sự lây lan của bệnh. Phần tốt nhất của thiết bị này là, nó dưới 15 đô la, rẻ hơn rất nhiều so với bất kỳ thiết bị theo dõi thể dục nào có sẵn, v.v. và do đó chính phủ có thể sản xuất những thiết bị này và bảo vệ nhân viên tuyến đầu.