เครื่องตรวจจับจังหวะตามอัตราโดยใช้ Arduino: 7 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

ภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะทำให้ชาวอเมริกันประมาณสี่ล้านคนในแต่ละปีต้องทนทุกข์ทรมาน (Texas Heart Institute วรรค 2) แม้ว่าหัวใจทุกดวงจะต้องเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงของจังหวะและอัตรา ภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะเรื้อรังอาจทำให้ผู้ที่ตกเป็นเหยื่อเสียชีวิตได้ ภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะหลายครั้งก็เกิดขึ้นชั่วคราวเช่นกัน ซึ่งหมายความว่าการวินิจฉัยอาจทำได้ยาก นอกจากนี้ กระบวนการตรวจจับอาจมีราคาแพงและไม่สะดวก ผู้ป่วยอาจต้องสวม Holter หรือเครื่องติดตามเหตุการณ์ในช่วงหลายวันถึงหนึ่งเดือน ได้รับการสวนหัวใจ หรือมีเครื่องบันทึกแบบวนซ้ำฝังไว้ใต้ผิวหนัง ผู้ป่วยจำนวนมากปฏิเสธการตรวจวินิจฉัยเนื่องจากมูลค่าและค่าใช้จ่ายที่ก่อกวน (NHLBI, พาร์ส 18-26)

เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีรายงานหลายกรณีที่สมาร์ทวอทช์ เช่น Apple Watch รับรู้ความผิดปกติของจังหวะบนเซ็นเซอร์ชีพจร กระตุ้นให้ผู้สวมใส่ไปพบแพทย์ (Griffin, pars.10-14) อย่างไรก็ตาม สมาร์ทวอทช์มีราคาแพง ดังนั้น คนส่วนใหญ่จึงไม่ได้ใช้นาฬิกาเหล่านี้ ทรัพยากรทางการเงินเป็นปัจจัยทั้งเกณฑ์และข้อจำกัดสำหรับเครื่องตรวจจับจังหวะการเต้นของหัวใจตามอัตรา (RAD) เนื่องจากไม่สามารถซื้อส่วนประกอบที่มีราคาสูงได้ และอุปกรณ์จำเป็นต้องมีทั้งราคาไม่แพงและสะดวก ในขณะที่ยังคงระบุจังหวะการเต้นของหัวใจได้อย่างถูกต้อง

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุ

แผงวงจร Arduino UNO

สายจัมเปอร์ยี่สิบหกเส้น

โพเทนชิโอมิเตอร์ A10K โอห์ม

จอ LCD 6x2

เซ็นเซอร์ชีพจร

แบตเตอรี่อัลคาไลน์ 9V

สายต่อพ่วง USB 2.0 A ถึง B ตัวผู้/ตัวผู้

แบตเตอรี่อัลคาไลน์/อินพุต DC 9V

เขียงหั่นขนมแถวเดียวเครื่องมือบัดกรีและยกเลิกการขาย

หมุดแยก 16 คอลัมน์

ดาวน์โหลด Arduino IDE สำหรับการเข้ารหัสและการเชื่อมต่อพิน

ขั้นตอนที่ 2: การออกแบบและวิธีการ

Rate-Based Arrhythmia Detector ได้รับการออกแบบมาเป็นสร้อยข้อมือ อย่างไรก็ตาม ภายหลังทราบแล้วว่าฮาร์ดแวร์ของตนมีขนาดกะทัดรัดไม่พอที่จะใส่ลงในแบบฟอร์มนี้ ปัจจุบัน RAD แนบมากับขนาด 16.75x9.5 ซม. แผ่นโฟมทำให้ยังคงพกพาสะดวก น้ำหนักเบา เมื่อเทียบกับการตรวจจับจังหวะการเต้นของหัวใจรูปแบบอื่นๆ มีการสำรวจทางเลือกด้วย RAD ได้รับการเสนอให้รับรู้ความผิดปกติในคอมเพล็กซ์ไฟฟ้า PQRST แต่ข้อจำกัดด้านราคาและขนาดไม่อนุญาตให้อุปกรณ์มีความสามารถคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (EKG)

RAD เป็นผู้ใช้ที่มุ่งเน้น เพียงแค่ให้ผู้ใช้วางนิ้วบนเซ็นเซอร์ชีพจรและปล่อยให้นิ่งประมาณสิบวินาที หากชีพจรของผู้ป่วยอยู่ในช่วงที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมหัวใจที่ไม่แน่นอน เช่น หัวใจเต้นช้าหรืออิศวร จอ LCD จะแจ้งให้ผู้ป่วยทราบ RAD สามารถรับรู้ความผิดปกติของจังหวะการเต้นของหัวใจที่สำคัญเจ็ดประการ RAD ไม่ได้รับการทดสอบกับผู้ป่วยที่มีภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะที่เคยได้รับการวินิจฉัยมาก่อน แต่อุปกรณ์ดังกล่าวตรวจพบ "ภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ" ซึ่งจำลองขึ้นโดยให้วิศวกรอยู่ภายใต้ความเครียดทางกายภาพก่อนที่จะทำการทดสอบอุปกรณ์และโดยการเลียนแบบพัลส์สำหรับเซ็นเซอร์อินฟราเรดเพื่อตรวจจับ ในขณะที่ RAD มีฮาร์ดแวร์อินพุตดั้งเดิมเมื่อเทียบกับอุปกรณ์วินิจฉัยภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะอื่น ๆ มันทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ตรวจสอบที่ประหยัดและมุ่งเน้นผู้ใช้ ซึ่งสามารถเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อผู้ป่วยที่มีความโน้มเอียงทางพันธุกรรมหรือวิถีชีวิตต่อการพัฒนาภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ

ขั้นตอนที่ 3: เซ็นเซอร์หัวใจ

เซ็นเซอร์หัวใจที่ใช้ในโครงการนี้ใช้คลื่นอินฟราเรดที่ผ่านผิวหนังและสะท้อนจากเส้นเลือดที่กำหนด

จากนั้นคลื่นจะสะท้อนจากเรือและอ่านโดยเซ็นเซอร์

ข้อมูลจะถูกโอนไปยัง Arduino เพื่อให้ LCD แสดง

ขั้นตอนที่ 4: การเชื่อมต่อ

1. ขาแรกของ LCD (VSS) เชื่อมต่อกับกราวด์ (GND)

2. ขาที่สองของ LCD (VCC) เชื่อมต่อกับอินพุตไฟ 5V ของ Arduino

3. ขาที่สามของ LCD (V0) เชื่อมต่อกับอินพุตที่สองของโพเทนชิออมิเตอร์ 10K

4. หมุดของโพเทนชิออมิเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งเชื่อมต่อกับกราวด์ (GND) และอินพุตกำลังไฟ 5V

5. ขาที่สี่ของ LCD (RS) เชื่อมต่อกับขาที่สิบสองของ Arduino

6. ขาที่ห้าของ LCD (RW) เชื่อมต่อกับกราวด์ (GND)

7. พินที่หกของ LCD (E) เชื่อมต่อกับพินที่สิบเอ็ดของ Arduino

8. พินที่สิบเอ็ดของ LCD (D4) เชื่อมต่อกับพินห้าของ Arduino

9. ขาที่สิบสองของ Arduino (D5) เชื่อมต่อกับขาสี่ของ Arduino

10. พินที่สิบสามของ LCD (D6) เชื่อมต่อกับพินสามของ Arduino

11. ขาที่สิบสี่ของ LCD (D7) เชื่อมต่อกับขาที่สองของ Arduino

12. พินที่สิบห้าของ LCD (A) เชื่อมต่อกับอินพุตไฟ 5V

13. สุดท้าย พินที่สิบหกของ LCD (K) เชื่อมต่อกับกราวด์ (GND)

14. สาย S ของ Pulse Sensor เชื่อมต่อกับพิน A0 ของ Arduino

15. สายที่สองเชื่อมต่อกับอินพุตไฟ 5V และพินที่สามเชื่อมต่อกับกราวด์ (GND)

มีการโพสต์โครงร่างเพื่อให้เข้าใจการเชื่อมต่อได้ดีขึ้น

ขั้นตอนที่ 5: IDE และรหัส

รหัสถูกนำไปใช้บน Arduino IDE ภาษาโปรแกรม C และ Java ถูกใช้เพื่อเขียนโค้ด IDE เริ่มแรก ไลบรารี LiquidCrystal ถูกเรียกโดยวิธี #include จากนั้นจึงใส่ฟิลด์และพารามิเตอร์สิบสอง สิบเอ็ด ห้า สี่ สาม สองอันที่สอดคล้องกับพิน Arduino ที่ใช้ซึ่งเชื่อมต่อกับ LCD เริ่มต้นตัวแปรได้ดำเนินการและเงื่อนไขสำหรับการวัด BPM และความคิดเห็นถูกตั้งค่าเป็นเอาต์พุตที่ต้องการเพื่อแสดงบน LCD โค้ดเสร็จสมบูรณ์ ตรวจสอบ และอัปโหลดไปยังบอร์ด Arduino จอ LCD ได้รับการปรับเทียบโดยใช้โพเทนชิออมิเตอร์เพื่อดูความคิดเห็นที่พร้อมสำหรับการทดลอง

ขั้นตอนที่ 6: บทสรุป

RAD ทำหน้าที่เป็นรูปแบบการตรวจจับหัวใจเต้นผิดจังหวะที่มีราคาไม่แพงและสะดวกกว่าแบบพกพา อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีการทดสอบมากกว่านี้ เพื่อให้ RAD ได้รับการพิจารณาว่าเป็นเครื่องมือวินิจฉัยจังหวะการเต้นของหัวใจที่เชื่อถือได้ ในอนาคต การทดลองจะดำเนินการกับผู้ป่วยที่มีภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะที่ได้รับการวินิจฉัยก่อนหน้านี้ จะมีการเก็บรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติมเพื่อพิจารณาว่าภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะใดๆ สอดคล้องกับความผันผวนของช่วงเวลาระหว่างการเต้นของหัวใจหรือไม่ หวังว่า RAD จะปรับปรุงเพิ่มเติมเพื่อตรวจจับความผิดปกติเหล่านี้และเชื่อมโยงกับจังหวะการเต้นของหัวใจที่เกี่ยวข้อง แม้ว่าจะมีสิ่งที่ต้องทำมากมายในแง่ของการพัฒนาและการทดสอบ แต่ Rate-Based Arrhythmia Detector ก็บรรลุวัตถุประสงค์โดยประสบความสำเร็จในการจำแนกภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะหลายๆ อย่างและประเมินสุขภาพของหัวใจภายใต้ข้อจำกัดด้านเศรษฐกิจและขนาด

Holter Monitor: $371.00

การตรวจสอบเหตุการณ์: $498.00

การสวนหัวใจ: $9027.00

เอ็กซ์เรย์หน้าอก (CXR): $254.00

คลื่นไฟฟ้าหัวใจ (ECG/EKG): 193.00 เหรียญสหรัฐ

การทดสอบโต๊ะเอียง: $1598.00

การตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจผ่านหลอดอาหาร: $1751.00

Radionuclide Ventriculography หรือ Radionuclide Angiography (MUGA Scan): $1166.00

เครื่องตรวจจับจังหวะตามอัตรา (RAD): 134.00 เหรียญสหรัฐ

ขั้นตอนที่ 7: คนสุดท้าย

หลังจากเชื่อมต่อแล้ว LCD บนเซ็นเซอร์ Heart จะเปิดขึ้น

เพียงวางนิ้วของคุณบน LED ประมาณ 10 วินาที

อ่านจังหวะการเต้นของหัวใจจากจอ LCD 16X2… Stay Heathy!