Raksha - Vitals Monitor pour les travailleurs de première ligne : 6 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Les technologies de surveillance de la santé portables, y compris les montres intelligentes et les trackers de fitness, ont suscité un intérêt considérable chez les consommateurs au cours des dernières années. Non seulement cet intérêt a été principalement encouragé par la croissance rapide de la demande sur le marché de la technologie portable pour la surveillance omniprésente, continue et omniprésente des signes vitaux, mais il a été mis à profit par les développements technologiques de pointe en matière de capteurs. la technologie et les communications sans fil. Le marché des technologies portables était évalué à plus de 13,2 milliards de dollars à la fin de 2016 et sa valeur devrait atteindre 34 milliards de dollars d'ici la fin de 2020.

Il existe de nombreux capteurs pour mesurer les signes vitaux du corps humain qui sont essentiels pour qu'un médecin ou un infirmier connaisse les problèmes de santé. Nous savons tous que le médecin vérifie d'abord la fréquence cardiaque pour connaître la variabilité de la fréquence cardiaque (VRC) et la température corporelle. Mais les bracelets et appareils portables actuels échouent dans la précision et la répétabilité des données mesurées. Cela se produit principalement en raison d'un mauvais alignement du tracker de fitness et d'une lecture erronée, etc. La plupart utilisent les capteurs de photo-pléthysmographie (PPG) à LED et photodiodes pour la mesure de la fréquence cardiaque.

Caractéristiques:

• Portable alimenté par batterie
• Mesure la fréquence cardiaque en temps réel et l'intervalle entre les battements (IBI)
• Mesure la température corporelle en temps réel
• Trace un graphique en temps réel sur l'écran
• Envoie des données via Bluetooth au téléphone mobile
• Les données peuvent être enregistrées et envoyées directement au médecin pour une analyse plus approfondie.
• Bonne gestion de la batterie avec veille incluse.
• En envoyant les données dans le cloud, il crée une énorme base de données pour les chercheurs travaillant sur des solutions médicales au COVID-19.

Fournitures

Matériel nécessaire:

• SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz×1
• capteur de pouls × 1
• thermistance 10k×1
• Batterie rechargeable, 3,7 V × 1
• Module Bluetooth HC-05 × 1

Applications logicielles et services en ligne

IDE Arduino

Outils à main et machines de fabrication

• Imprimante 3D (générique)
• Fer à souder (générique)

Étape 1: Commençons

Actuellement, les appareils portables modernes ne se concentrent plus uniquement sur de simples mesures de suivi de la condition physique telles que le nombre de pas effectués dans une journée, ils surveillent également des considérations physiologiques importantes, telles que la variabilité de la fréquence cardiaque (VRC), les mesures de glucose, les lectures de pression artérielle et beaucoup d'informations supplémentaires sur la santé. Parmi les nombreux signes vitaux mesurés, le calcul de la fréquence cardiaque (FC) a été l'un des paramètres les plus précieux. Pendant de nombreuses années, l'électrocardiogramme (ECG) sur fichier a été utilisé comme technique de surveillance cardiaque dominante pour identifier les anomalies cardiovasculaires et détecter les irrégularités du rythme cardiaque. L'ECG est un enregistrement de l'activité électrique du cœur. Il montre les variations de l'amplitude du signal ECG en fonction du temps. Cette activité électrique enregistrée provient de la dépolarisation de la voie conductrice du cœur et des tissus du muscle cardiaque au cours de chaque cycle cardiaque. Même si les technologies traditionnelles de surveillance cardiaque utilisant les signaux ECG ont subi des améliorations continues pendant des décennies pour répondre aux exigences en constante évolution de leurs utilisateurs, notamment en termes de précision de mesure.

Ces techniques, jusqu'à présent, n'ont pas été améliorées au point d'offrir à l'utilisateur flexibilité, portabilité et commodité. Par exemple, pour que l'ECG fonctionne efficacement, plusieurs bio-électrodes doivent être placées à certains endroits du corps; cette procédure limite fortement la souplesse de déplacement et la mobilité des utilisateurs. De plus, PPG s'est révélé être une technique alternative de suivi des RH. En utilisant une analyse détaillée du signal, le signal PPG offre un excellent potentiel pour remplacer les enregistrements ECG pour l'extraction des signaux HRV, en particulier dans le suivi des individus en bonne santé. Par conséquent, pour surmonter les limitations de l'ECG, une solution alternative basée sur la technologie PPG peut être utilisée. Par toutes ces données, nous pouvons conclure que mesurer la fréquence cardiaque et la température corporelle et les analyser pour savoir s'il y a des augmentations anormales de la température corporelle et des niveaux d'oxygène SpO2 inférieurs dans l'hémoglobine aidera à la détection précoce de COVID-19. Étant donné que cet appareil est un appareil portable, il peut aider les travailleurs de première ligne tels que les médecins, les infirmières, les policiers et les agents d'assainissement qui effectuent des services de jour et de nuit pour lutter contre le COVID-19.

Obtenez les pièces requises, nous pouvons modifier les écrans et le type de capteur en fonction des besoins. Il existe un autre bon capteur MAX30100 ou MAX30102 pour la mesure de la fréquence cardiaque à l'aide de la technique PPG. J'utilise une thermistance 10k pour la mesure de la température, on peut utiliser n'importe quel capteur de température tel que LM35 ou DS1280, etc.

Étape 2: Conception du boîtier

Afin de porter un gadget portable, il doit être enfermé dans un étui approprié afin de le protéger des dommages. J'ai donc conçu un étui pouvant contenir tous mes capteurs et MCU.

Étape 3: Assemblage de l'électronique

Maintenant, nous devons connecter tous les composants requis. Auparavant, j'avais prévu de choisir ESP12E comme MCU, mais comme il n'a qu'une seule broche ADC et que je voulais interfacer 2 appareils analogiques, je suis revenu à Arduino avec une configuration Bluetooth.

J'ai failli choisir l'ESP 12E

Avec ESP, on peut envoyer directement les données vers le cloud, ce peut être un serveur personnel ou un site Web comme Thingspeak et les partager directement avec le personnel concerné à partir de là.

Schématique

La connexion par câble précédente avait beaucoup de problèmes avec la rupture du fil en raison de la torsion et de la rotation dans un espace restreint. Plus tard, je suis passé au fil de cuivre isolé de l'armature d'un moteur à courant continu. Ce qui est assez robuste je dois dire.

Étape 4: Codage

L'idée de base est comme ça.

Le principe de fonctionnement des capteurs PPG consiste essentiellement à éclairer la lumière sur le bout du doigt et à mesurer l'intensité de la lumière à l'aide d'une photodiode. Ici, j'utilise le capteur de pouls d'étagère de www.pulsesensor.com. J'ai mentionné d'autres alternatives dans la section des pièces. Nous allons mesurer la variation de tension analogique à la broche analogique 0 qui est, à son tour, une mesure du flux sanguin au bout du doigt ou au poignet par laquelle nous pouvons mesurer la fréquence cardiaque et l'IBI. Pour la mesure de la température, nous utilisons un Thermistance 10k NTC, la mienne est extraite d'une batterie d'ordinateur portable. Ici, une thermistance de type NTC de 10kΩ est utilisée. NTC de 10kΩ signifie que cette thermistance a une résistance de 10kΩ à 25°C. La tension aux bornes de la résistance de 10kΩ est transmise à l'ADC de la mini-carte pro.

La température peut être déterminée à partir de la résistance de la thermistance à l'aide de l'équation de Steinhart-Hart. Température en Kelvin = 1 / (A + B[ln(R)] + C[ln(R)]^3) où A = 0,001129148, B = 0,000234125 et C = 8,76741*10^-8 et R est la résistance de la thermistance. Notez que la fonction log () dans Arduino est en fait un journal naturel.

int thermistor_adc_val;

double output_voltage, thermistor_resistance, therm_res_ln, temperature, tempf; thermistor_adc_val = analogRead(thermistor_output);

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

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

/* Résistance en kilo ohms */

thermistor_resistance = thermistor_resistance * 1000;

/* Résistance en ohms */

therm_res_ln = log(thermistor_resistance);

/* Équation de thermistance Steinhart-Hart: */ /* Température en Kelvin = 1 / (A + B[ln(R)] + C[ln(R)]^3) */ /* où A = 0,001129148, B = 0,000234125 et C = 8,76741*10^-8 */ température = (1 / (0,001129148 + (0,000234125 * therm_res_ln) + (0,0000000876741 * therm_res_ln * therm_res_ln * therm_res_ln))); /* Température en Kelvin */ température = température - 273,15; /* Température en degré Celsius */

Serial.print("Température en degrés Celsius = ");

Serial.println(température);

Le code complet peut être trouvé ici.

Étape 5: Tester et travailler

Étape 6: Améliorations futures et conclusion

Améliorations futures:

• Je voudrais ajouter les fonctionnalités suivantes:
• Utilisation de Tiny ML et Tensorflow lite pour détecter l'anomalie.
• Optimiser la batterie en utilisant BLE
• Application Android pour les notifications et suggestions personnalisées concernant la santé
• Ajout d'un moteur de vibration pour l'alerte

Conclusion:

Avec l'aide de capteurs et d'électronique open source, nous pouvons vraiment apporter des changements dans la vie des travailleurs de première ligne en détectant les symptômes du COVID-19, c'est-à-dire la variation de la VRC et de la température corporelle, on peut détecter les changements et leur suggérer de se mettre en quarantaine pour arrêter la propagation de la maladie. La meilleure partie de cet appareil est qu'il coûte moins de 15 $, ce qui est beaucoup moins cher que n'importe quel tracker de fitness disponible, etc. Le gouvernement peut donc les fabriquer et protéger les travailleurs de première ligne.