Raksha - Vitals Monitor for Frontline Workers: 6 Steps (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

เทคโนโลยีการตรวจสอบสุขภาพที่สวมใส่ได้ ซึ่งรวมถึงสมาร์ทวอทช์และตัวติดตามฟิตเนส ดึงดูดความสนใจของผู้บริโภคอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความสนใจนี้ไม่เพียงแต่ได้รับการสนับสนุนโดยหลักจากความต้องการที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในตลาดเทคโนโลยีที่สวมใส่ได้สำหรับการตรวจสอบสัญญาณชีพที่แพร่หลาย ต่อเนื่อง และแพร่หลาย แต่ยังได้รับประโยชน์จากการพัฒนาเทคโนโลยีล้ำสมัยในเซ็นเซอร์ เทคโนโลยีและการสื่อสารไร้สาย ตลาดเทคโนโลยีสวมใส่มีมูลค่ากว่า 13.2 พันล้านดอลลาร์ภายในสิ้นปี 2559 และคาดว่าจะมีมูลค่าถึง 34 พันล้านดอลลาร์ภายในสิ้นปี 2563

มีเซ็นเซอร์มากมายสำหรับวัดความมีชีวิตชีวาของร่างกายมนุษย์ซึ่งจำเป็นสำหรับแพทย์หรือแพทย์ที่จะทราบปัญหาสุขภาพ เราทุกคนรู้ว่าแพทย์ตรวจอัตราการเต้นของหัวใจก่อนเพื่อทราบความแปรปรวนของอัตราการเต้นของหัวใจ (HRV) และอุณหภูมิของร่างกาย แต่แถบและอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้ในปัจจุบันล้มเหลวในด้านความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำของข้อมูลที่วัดได้ สิ่งนี้ส่วนใหญ่เกิดขึ้นเนื่องจากการจัดตำแหน่งตัวติดตามฟิตเนสไม่ถูกต้องและการอ่านผิดพลาด ฯลฯ ส่วนใหญ่ใช้เซ็นเซอร์ Photo Plethysmography (PPG) แบบ LED และโฟโตไดโอดสำหรับการวัดอัตราการเต้นของหัวใจ

คุณสมบัติ:

• อุปกรณ์สวมใส่ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่
• วัดอัตราการเต้นของหัวใจแบบเรียลไทม์และช่วงเวลาระหว่างจังหวะ (IBI)
• วัดอุณหภูมิร่างกายแบบเรียลไทม์
• พล็อตกราฟแบบเรียลไทม์บนจอแสดงผล
• ส่งข้อมูลผ่านบลูทูธไปยังโทรศัพท์มือถือ
• สามารถบันทึกข้อมูลและส่งข้อมูลให้แพทย์ได้โดยตรงเพื่อการวิเคราะห์ต่อไป
• การจัดการแบตเตอรี่ที่ดีพร้อมการนอนหลับรวม
• การส่งข้อมูลไปยังคลาวด์จะสร้างฐานข้อมูลขนาดใหญ่สำหรับนักวิจัยที่ทำงานเกี่ยวกับโซลูชันทางการแพทย์สำหรับ COVID-19

เสบียง

ฮาร์ดแวร์ที่จำเป็น:

• SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz×1
• เซ็นเซอร์ชีพจร×1
• เทอร์มิสเตอร์ 10k×1
• แบตเตอรี่แบบรีชาร์จ 3.7 V×1
• HC-05 โมดูลบลูทูธ×1

แอพซอฟต์แวร์และบริการออนไลน์

Arduino IDE

เครื่องมือช่างและเครื่องจักรผลิต

• เครื่องพิมพ์ 3 มิติ (ทั่วไป)
• หัวแร้ง (ทั่วไป)

ขั้นตอนที่ 1: เริ่มกันเลย

ในปัจจุบัน อุปกรณ์สวมใส่ที่ทันสมัยไม่ได้มุ่งเน้นไปที่การวัดติดตามการออกกำลังกายแบบง่ายๆ อีกต่อไป เช่น จำนวนก้าวที่เดินในหนึ่งวัน พวกเขายังติดตามการพิจารณาทางสรีรวิทยาที่สำคัญ เช่น ความแปรปรวนของอัตราการเต้นของหัวใจ (HRV) การวัดระดับน้ำตาล การอ่านค่าความดันโลหิต และ ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับสุขภาพมากมาย ในบรรดาสัญญาณชีพจำนวนมากที่วัดได้ การคำนวณอัตราการเต้นของหัวใจ (HR) เป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่มีค่าที่สุด หลายปีที่ผ่านมา การตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (ECG) ถูกใช้เป็นเทคนิคการตรวจสอบการเต้นของหัวใจที่โดดเด่นเพื่อระบุความผิดปกติของระบบหัวใจและหลอดเลือดและเพื่อตรวจจับความผิดปกติในจังหวะการเต้นของหัวใจ ECG เป็นการบันทึกกิจกรรมไฟฟ้าของหัวใจ มันแสดงให้เห็นความแปรผันของแอมพลิจูดของสัญญาณ ECG กับเวลา กิจกรรมทางไฟฟ้าที่บันทึกไว้นี้มาจากการสลับขั้วของทางเดินนำไฟฟ้าของหัวใจและเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อหัวใจระหว่างวัฏจักรหัวใจแต่ละรอบ แม้ว่าเทคโนโลยีการตรวจสอบการเต้นของหัวใจแบบเดิมที่ใช้สัญญาณ ECG จะได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหลายทศวรรษ เพื่อตอบสนองความต้องการที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาของผู้ใช้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของความแม่นยำในการวัด

เทคนิคเหล่านี้ยังไม่ได้รับการปรับปรุงจนถึงจุดที่ผู้ใช้มีความยืดหยุ่น พกพาได้สะดวก และสะดวก ตัวอย่างเช่น เพื่อให้ ECG ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ต้องวางอิเล็กโทรดชีวภาพหลายตัวไว้ที่ตำแหน่งของร่างกายบางแห่ง ขั้นตอนนี้จำกัดความยืดหยุ่นในการเคลื่อนย้ายและความคล่องตัวของผู้ใช้อย่างมาก นอกจากนี้ PPG ยังแสดงให้เห็นว่าเป็นเทคนิคการตรวจสอบ HR ทางเลือกอีกทางหนึ่ง โดยใช้การวิเคราะห์สัญญาณโดยละเอียด สัญญาณ PPG มีศักยภาพที่ยอดเยี่ยมในการแทนที่การบันทึก ECG สำหรับการดึงสัญญาณ HRV โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตรวจสอบบุคคลที่มีสุขภาพดี ดังนั้น เพื่อเอาชนะข้อจำกัด ECG จึงสามารถใช้โซลูชันทางเลือกที่ใช้เทคโนโลยี PPG ได้ จากข้อมูลทั้งหมดเหล่านี้ เราสามารถสรุปได้ว่าการวัดอัตราการเต้นของหัวใจและอุณหภูมิของร่างกาย และวิเคราะห์เพื่อทราบว่าอุณหภูมิร่างกายผิดปกติเพิ่มขึ้นและลดระดับออกซิเจน SpO2 ในฮีโมโกลบินหรือไม่ จะช่วยในการตรวจหาเชื้อ COVID-19 ในระยะเริ่มต้น เนื่องจากอุปกรณ์นี้เป็นอุปกรณ์สวมใส่ได้ จึงสามารถช่วยพนักงานในแนวหน้าได้ เช่น แพทย์ พยาบาล เจ้าหน้าที่ตำรวจ และพนักงานสุขาภิบาลที่ปฏิบัติงานทั้งกลางวันและกลางคืนเพื่อต่อสู้กับโควิด-19

รับชิ้นส่วนที่จำเป็น เราสามารถเปลี่ยนจอแสดงผลและประเภทเซ็นเซอร์ได้ตามความต้องการ มีเซ็นเซอร์ที่ดีอีกหนึ่งตัวคือ MAX30100 หรือ MAX30102 สำหรับการวัดอัตราการเต้นของหัวใจโดยใช้เทคนิค PPG ฉันใช้เทอร์มิสเตอร์ 10k สำหรับการวัดอุณหภูมิ เซ็นเซอร์อุณหภูมิแบบใดก็ได้ เช่น LM35 หรือ DS1280 เป็นต้น

ขั้นตอนที่ 2: การออกแบบเคส

ในการสวมใส่แกดเจ็ตที่สวมใส่ได้ ควรใส่ไว้ในเคสที่เหมาะสมเพื่อป้องกันความเสียหาย ดังนั้นฉันจึงออกแบบเคสที่สามารถใส่เซ็นเซอร์และ MCU ทั้งหมดของฉันได้

ขั้นตอนที่ 3: การประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ตอนนี้ เราต้องเชื่อมต่อส่วนประกอบที่จำเป็นทั้งหมด ก่อนหน้านี้ฉันมีแผนที่จะเลือก ESP12E เป็น MCU แต่เนื่องจากมันมีขา ADC เพียง 1 ขา และฉันต้องการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์แอนะล็อก 2 ตัว ฉันจึงเปลี่ยนกลับเป็น Arduino ด้วยการกำหนดค่าบลูทูธ

เกือบเลือก ESP 12E

ด้วย ESP คุณสามารถส่งข้อมูลไปยังระบบคลาวด์ได้โดยตรง อาจเป็นเซิร์ฟเวอร์ส่วนบุคคลหรือเว็บไซต์ เช่น Thingspeak และแบ่งปันโดยตรงกับบุคลากรที่เกี่ยวข้องจากที่นั่น

แผนผัง

การเชื่อมต่อด้วยสายเคเบิลก่อนหน้านี้มีปัญหามากมายเกี่ยวกับลวดขาดเนื่องจากการบิดและหมุนในพื้นที่จำกัด ต่อมาฉันย้ายไปใช้ลวดทองแดงหุ้มฉนวนจากเกราะของมอเตอร์กระแสตรง ซึ่งค่อนข้างแข็งแกร่งฉันควรจะพูด

ขั้นตอนที่ 4: การเข้ารหัส

ความคิดพื้นฐานเป็นแบบนี้

หลักการทำงานของเซ็นเซอร์ PPG นั้นโดยทั่วไปแล้วคือการให้แสงที่ปลายนิ้วและวัดความเข้มของแสงโดยใช้โฟโตไดโอด ที่นี่ฉันกำลังใช้เซ็นเซอร์ชีพจรชั้นวางจาก www.pulsesensor.com ฉันได้กล่าวถึงทางเลือกอื่นในส่วนชิ้นส่วน เราจะวัดความแปรผันของแรงดันไฟฟ้าแอนะล็อกที่ขาอะนาล็อก 0 ซึ่งในทางกลับกัน การวัดการไหลเวียนของเลือดที่ปลายนิ้วหรือที่ข้อมือ ซึ่งเราสามารถวัดอัตราการเต้นของหัวใจและ IBI สำหรับการวัดอุณหภูมิเราใช้ เทอร์มิสเตอร์ NTC 10k ของฉันถูกดึงออกมาจากชุดแบตเตอรี่แล็ปท็อป ที่นี่ใช้เทอร์มิสเตอร์ชนิด NTC ที่10kΩ NTC ที่ 10kΩ หมายความว่าเทอร์มิสเตอร์นี้มีความต้านทาน 10kΩ ที่ 25°C แรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทาน 10kΩ ถูกกำหนดให้กับ ADC ของโปรมินิบอร์ด

สามารถหาอุณหภูมิได้จากความต้านทานเทอร์มิสเตอร์โดยใช้สมการสไตน์ฮาร์ต-ฮาร์ต อุณหภูมิเป็นเคลวิน = 1 / (A + B[ln(R)] + C[ln(R)]^3) โดยที่ A = 0.001129148, B = 0.000234125 และ C = 8.76741*10^-8 และ R คือความต้านทานเทอร์มิสเตอร์ โปรดทราบว่าฟังก์ชัน log() ใน Arduino เป็นบันทึกตามธรรมชาติ

int thermistor_adc_val;

output_voltage คู่, thermistor_resistance, therm_res_ln, อุณหภูมิ, tempf; thermistor_adc_val = analogRead (thermistor_output);

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

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

/* ความต้านทานเป็นกิโลโอห์ม */

thermistor_resistance = thermistor_resistance * 1000;

/* ความต้านทานเป็นโอห์ม */

therm_res_ln = บันทึก (thermistor_resistance);

/* สมการ Steinhart-Hart Thermistor: */ /* อุณหภูมิในหน่วยเคลวิน = 1 / (A + B[ln(R)] + C[ln(R)]^3) */ /* โดยที่ A = 0.001129148, B = 0.000234125 และ C = 8.76741*10^-8 */ อุณหภูมิ = (1 / (0.001129148 + (0.000234125 * therm_res_ln) + (0.0000000876741 * therm_res_ln * therm_res_ln * therm_res_ln))); /* อุณหภูมิในหน่วยเคลวิน */ อุณหภูมิ = อุณหภูมิ - 273.15; /* อุณหภูมิเป็นองศาเซลเซียส */

Serial.print("อุณหภูมิเป็นองศาเซลเซียส = ");

Serial.println (อุณหภูมิ);

รหัสที่สมบูรณ์สามารถพบได้ที่นี่

ขั้นตอนที่ 5: การทดสอบและการทำงาน

ขั้นตอนที่ 6: การปรับปรุงและข้อสรุปในอนาคต

การปรับปรุงในอนาคต:

• ฉันต้องการเพิ่มคุณสมบัติดังต่อไปนี้:
• ใช้ Tiny ML และ Tensorflow lite เพื่อตรวจจับความผิดปกติ
• เพิ่มประสิทธิภาพแบตเตอรี่โดยใช้ BLE
• แอปพลิเคชัน Android สำหรับการแจ้งเตือนส่วนบุคคลและคำแนะนำเกี่ยวกับสุขภาพ
• เพิ่มมอเตอร์สั่นเพื่อแจ้งเตือน

บทสรุป:

ด้วยความช่วยเหลือของเซ็นเซอร์โอเพนซอร์ซและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เราสามารถเปลี่ยนแปลงชีวิตของคนงานแนวหน้าได้อย่างแท้จริงโดยการตรวจจับอาการของ COVID-19 เช่น การเปลี่ยนแปลงของ HRV และอุณหภูมิของร่างกาย เราสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงและแนะนำให้กักกันเพื่อหยุดการแพร่กระจาย ของโรค ส่วนที่ดีที่สุดของอุปกรณ์นี้คือ ราคาต่ำกว่า 15 เหรียญสหรัฐ ซึ่งถูกกว่าเครื่องติดตามฟิตเนสที่มีอยู่มาก และด้วยเหตุนี้รัฐบาลจึงสามารถสร้างสิ่งเหล่านี้และปกป้องพนักงานในแนวหน้าได้