راكشا - مراقب العناصر الحيوية للعاملين في الخطوط الأمامية: 6 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

لقد اجتذبت تقنيات مراقبة الصحة القابلة للارتداء ، بما في ذلك الساعات الذكية وأجهزة تتبع اللياقة البدنية ، اهتمامًا كبيرًا من المستهلكين على مدار السنوات القليلة الماضية. لم يتم تشجيع هذا الاهتمام بشكل أساسي فقط من خلال النمو السريع للطلب في سوق التكنولوجيا القابلة للارتداء من أجل المراقبة الشاملة والمستمرة والمنتشرة للعلامات الحيوية ، ولكن تم تعزيزه من خلال أحدث التطورات التكنولوجية في أجهزة الاستشعار التكنولوجيا والاتصالات اللاسلكية. بلغت قيمة سوق التكنولوجيا القابلة للارتداء أكثر من 13.2 مليار دولار بنهاية عام 2016 ومن المتوقع أن تصل قيمتها إلى 34 مليار دولار بنهاية عام 2020.

هناك العديد من المستشعرات لقياس العناصر الحيوية لجسم الإنسان والتي تعتبر ضرورية للطبيب أو الطبيب لمعرفة المشاكل الصحية. نعلم جميعًا أن الطبيب يقوم أولاً بفحص معدل ضربات القلب لمعرفة تقلب معدل ضربات القلب (HRV) ودرجة حرارة الجسم. لكن العصابات والأجهزة القابلة للارتداء الحالية تفشل في دقة وتكرار البيانات المقاسة. يحدث هذا غالبًا بسبب عدم محاذاة جهاز تعقب اللياقة البدنية والقراءة الخاطئة وما إلى ذلك. يستخدم معظمهم مستشعرات LED و Photodiode Photo Plethysmography (PPG) لقياس معدل ضربات القلب.

سمات:

• يمكن ارتداؤها بالبطارية
• يقيس معدل ضربات القلب في الوقت الحقيقي والفاصل الزمني بين النبضات (IBI)
• يقيس درجة حرارة الجسم في الوقت الفعلي
• يرسم الرسم البياني في الوقت الحقيقي على الشاشة
• يرسل البيانات عبر البلوتوث إلى الهاتف المحمول
• يمكن تسجيل البيانات وإرسالها إلى الطبيب مباشرة لمزيد من التحليل.
• إدارة جيدة للبطارية مع النوم المضمن.
• من خلال إرسال البيانات إلى السحابة ، فإنها تنشئ قاعدة بيانات ضخمة للباحثين الذين يعملون على الحلول الطبية لـ COVID-19.

اللوازم

الأجهزة المطلوبة:

• SparkFun Arduino Pro Mini 328-5 فولت / 16 ميجا هرتز × 1
• مستشعر النبض × 1
• الثرمستور 10 كيلو × 1
• بطارية قابلة للشحن ، 3.7 فولت × 1
• وحدة بلوتوث HC-05 × 1

تطبيقات البرمجيات والخدمات عبر الإنترنت

اردوينو IDE

عدد يدوية وآلات تصنيع

• طابعة ثلاثية الأبعاد (عامة)
• لحام الحديد (عام)

الخطوة 1: لنبدأ

في الوقت الحالي ، لم تعد الأجهزة الحديثة القابلة للارتداء تركز فقط على قياسات تتبع اللياقة البدنية البسيطة مثل عدد الخطوات التي يتم اتخاذها في اليوم ، بل تراقب أيضًا الاعتبارات الفسيولوجية المهمة ، مثل تقلب معدل ضربات القلب (HRV) ، ومقاييس الجلوكوز ، وقراءات ضغط الدم ، و الكثير من المعلومات الإضافية المتعلقة بالصحة. من بين العلامات الحيوية العديدة التي تم قياسها ، كان حساب معدل ضربات القلب (HR) أحد أكثر المعلمات قيمة. لسنوات عديدة ، تم استخدام ملف مخطط كهربية القلب (ECG) كطريقة سائدة لمراقبة القلب لتحديد تشوهات القلب والأوعية الدموية والكشف عن عدم انتظام ضربات القلب. مخطط كهربية القلب هو عبارة عن تسجيل للنشاط الكهربائي للقلب. يوضح الاختلافات في اتساع إشارة مخطط كهربية القلب مقابل الوقت. ينشأ هذا النشاط الكهربائي المسجل من إزالة الاستقطاب للمسار الموصل للقلب وأنسجة عضلة القلب خلال كل دورة قلبية. على الرغم من أن تقنيات مراقبة القلب التقليدية التي تستخدم إشارات تخطيط القلب قد خضعت لتحسينات مستمرة لعقود من الزمن لتلبية المتطلبات المتغيرة باستمرار لمستخدميها ، وتحديداً من حيث دقة القياس.

هذه التقنيات ، حتى الآن ، لم يتم تحسينها إلى درجة توفير المرونة وإمكانية النقل والراحة للمستخدم. على سبيل المثال ، لكي يعمل مخطط كهربية القلب بشكل فعال ، يجب وضع العديد من الأقطاب الكهربائية الحيوية في مواقع معينة من الجسم ؛ هذا الإجراء يحد بشكل كبير من مرونة الحركة وتنقل المستخدمين. بالإضافة إلى ذلك ، أثبتت PPG أنها تقنية بديلة لرصد الموارد البشرية. باستخدام تحليل الإشارات التفصيلي ، توفر إشارة PPG إمكانية ممتازة لاستبدال تسجيلات مخطط كهربية القلب لاستخراج إشارات HRV ، خاصة في مراقبة الأفراد الأصحاء. لذلك ، للتغلب على قيود تخطيط القلب ، يمكن استخدام حل بديل يعتمد على تقنية PPG. من خلال كل هذه البيانات يمكننا أن نستنتج أن قياس معدل ضربات القلب ودرجة حرارة الجسم وتحليلها لمعرفة ما إذا كان هناك ارتفاع غير طبيعي في درجة حرارة الجسم وانخفاض مستويات الأكسجين SpO2 في الهيموجلوبين سيساعد في الكشف المبكر عن COVID-19. نظرًا لأن هذا الجهاز يمكن ارتداؤه ، فيمكن أن يساعد هذا العاملين في الخطوط الأمامية مثل الأطباء والممرضات وضباط الشرطة وعمال الصرف الصحي الذين يؤدون الخدمة النهارية والليلية لمحاربة COVID-19.

احصل على الأجزاء المطلوبة يمكننا تغيير شاشات العرض ونوع المستشعر بناءً على المتطلبات. يوجد مستشعر جيد آخر MAX30100 أو MAX30102 لقياس معدل ضربات القلب باستخدام تقنية PPG. أنا أستخدم الثرمستور 10 كيلو لقياس درجة الحرارة ، ويمكن للمرء استخدام أي مستشعر درجة الحرارة مثل LM35 أو DS1280 إلخ.

الخطوة الثانية: تصميم الهيكل

من أجل ارتداء أداة يمكن ارتداؤها ، يجب وضعها في علبة مناسبة لحمايتها من الأضرار ، لذلك تقدمت وصممت حافظة يمكن أن تناسب جميع أجهزة الاستشعار ووحدات MCU الخاصة بي.

الخطوة الثالثة: تجميع الإلكترونيات

نحتاج الآن إلى توصيل جميع المكونات المطلوبة ، في وقت سابق كان لدي خطة لاختيار ESP12E كـ MCU ولكن نظرًا لأنه يحتوي على دبوس ADC واحد فقط وأردت توصيل جهازين تناظريين ، فقد عدت إلى Arduino بتكوين Bluetooth.

كنت على وشك اختيار ESP 12E

باستخدام ESP ، يمكن للمرء أن يرسل البيانات مباشرة إلى السحابة قد يكون خادمًا شخصيًا أو موقعًا إلكترونيًا مثل Thingspeak ومشاركته مباشرة إلى الموظفين المعنيين من هناك.

تخطيطي

واجه الاتصال السابق المستند إلى الكبل الكثير من المشكلات مع كسر السلك بسبب الالتواء والانعطاف في مساحة ضيقة ، وانتقلت لاحقًا إلى سلك نحاسي معزول من حديد التسليح لمحرك DC. وهو قوي جدًا يجب أن أقول.

الخطوة 4: التشفير

الفكرة الأساسية هكذا.

يتمثل مبدأ عمل مستشعرات PPG أساسًا في إضاءة الضوء على طرف الإصبع وقياس شدة الضوء باستخدام الصمام الثنائي الضوئي. أنا هنا أستخدم مستشعر نبض الرف من www.pulsesensor.com. لقد ذكرت بدائل أخرى في قسم الأجزاء. سنقوم بقياس تباين الجهد التناظري عند الدبوس 0 التناظري ، والذي يعد بدوره قياسًا لتدفق الدم عند طرف الإصبع أو عند الرسغ يمكننا من خلاله قياس معدل ضربات القلب و IBI. 10k NTC الثرمستور ، يتم استخراجه من حزمة بطارية كمبيوتر محمول. هنا ، يتم استخدام ثرمستور من نوع NTC يبلغ 10kΩ. يعني NTC البالغ 10kΩ أن هذا الثرمستور لديه مقاومة 10kΩ عند 25 درجة مئوية. يتم إعطاء الجهد عبر المقاوم 10kΩ إلى ADC للوحة pro-mini.

يمكن معرفة درجة الحرارة من مقاومة الثرمستور باستخدام معادلة Steinhart-Hart. درجة الحرارة في Kelvin = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)] ^ 3) حيث A = 0.001129148 ، B = 0.000234125 و C = 8.76741 * 10 ^ -8 و R هي مقاومة الثرمستور. لاحظ أن وظيفة log () في Arduino هي في الواقع سجل طبيعي.

int thermistor_adc_val؛

ضعف الإخراج_الجهد ، والمقاومة الثرمستور ، و therm_res_ln ، ودرجة الحرارة ، ودرجة الحرارة ؛ thermistor_adc_val = analogRead (thermistor_output) ؛

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

المقاومة الحرارية = ((3.301 * (10 / output_voltage)) - 10) ؛

/ * المقاومة بالكيلو أوم * /

thermistor_resistance = مقاومة_ الثرمستور * 1000 ؛

/ * المقاومة بالأوم * /

therm_res_ln = السجل (المقاومة الحرارية) ؛

/ * معادلة Steinhart-Hart Thermistor: * / / * درجة الحرارة بالكلفن = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)] ^ 3) * / / * حيث A = 0.001129148، B = 0.000234125 و C = 8.76741 * 10 ^ -8 * / درجة الحرارة = (1 / (0.001129148 + (0.000234125 * therm_res_ln) + (0.0000000876741 * therm_res_ln * therm_res_ln * therm_res_ln)))) ؛ / * درجة الحرارة بالكلفن * / درجة الحرارة = درجة الحرارة - 273.15 ؛ / * درجة الحرارة بالدرجة المئوية * /

Serial.print ("درجة الحرارة بالدرجة المئوية =") ؛

Serial.println (درجة الحرارة) ؛

يمكن العثور على الكود الكامل هنا.

الخطوة 5: الاختبار والعمل

الخطوة 6: التعزيزات المستقبلية والاستنتاج

التحسينات المستقبلية:

• أود أن أضيف الميزات التالية:
• استخدام Tiny ML و Tensorflow lite للكشف عن الشذوذ.
• تحسين البطارية باستخدام BLE
• تطبيق Android للإخطارات والاقتراحات الشخصية المتعلقة بالصحة
• إضافة محرك اهتزاز للتنبيه

استنتاج:

بمساعدة أجهزة الاستشعار والإلكترونيات مفتوحة المصدر ، يمكننا حقًا إجراء تغييرات في حياة العاملين في الخطوط الأمامية من خلال اكتشاف أعراض COVID-19 ، أي الاختلاف في HRV ودرجة حرارة الجسم يمكن للمرء اكتشاف التغييرات واقتراح عزلهم لوقف الانتشار من المرض. أفضل جزء من هذا الجهاز هو أنه أقل من 15 دولارًا وهو أرخص بكثير من أي جهاز تعقب للياقة البدنية متاح وما إلى ذلك ، وبالتالي يمكن للحكومة صنعها وحماية العاملين في الخطوط الأمامية.