Ntsuam Xyuas Koj Lub Plawv Tus Kheej Nyob Ntawm Koj Lub Ntiv Tes: Photoplethysmography Mus Kom Txiav Txim Siab Lub Plawv: 7 Kauj Ruam

2024 Tus sau: John Day | [email protected]. Kawg hloov kho: 2024-01-30 09:26

Ib daim duab thaij duab (PPG) yog cov txheej txheem kho qhov yooj yim thiab siv tus nqi qis uas feem ntau siv los tshuaj xyuas qhov hloov pauv ntawm cov ntshav hauv lub microvascular txaj ntawm cov ntaub so ntswg. Nws feem ntau yog siv tsis cuam tshuam rau kev ntsuas ntawm qhov tawv nqaij, feem ntau yog ntiv tes. Cov txheej txheem nthwv dej ntawm PPG muaj lub cev tsis sib xws (AC) kev hloov pauv lub cev vim lub plawv hloov pauv hauv cov ntshav nrog txhua lub plawv dhia. Tom qab ntawd AC nthwv dej tau hloov pauv ntawm qhov hloov pauv maj mam (DC) cov hauv paus nrog cov khoom sib txawv qis dua uas yog vim muaj kev ua pa, muaj lub siab xav ua haujlwm rau lub cev, thiab ua kom sov. Lub teeb liab PPG tuaj yeem siv los ntsuas cov pa oxygen, ntshav siab, thiab tso tawm lub plawv, txhawm rau tshuaj xyuas lub plawv tawm thiab muaj peev xwm txheeb xyuas kab mob hauv lub cev [1].

Cov cuab yeej peb tab tom tsim yog ntiv tes photoplethysmograph rau lub plawv. Nws tau tsim los rau tus neeg siv kom tso lawv tus ntiv tes rau hauv lub tes tsho hla tus coj thiab tus kws yees duab. Cov cuab yeej yuav ntsais muag rau txhua lub plawv dhia (ntawm Arduino) thiab suav lub plawv dhia thiab tso tawm rau lub vijtsam. Nws kuj tseem yuav qhia tau tias lub pa ua pa zoo li cas kom tus neeg mob tuaj yeem sib piv nws rau lawv cov ntaub ntawv yav dhau los.

PPG tuaj yeem ntsuas qhov hloov pauv ntawm qhov ntim ntawm cov ntshav los ntawm kev ntsuas lub teeb pom kev lossis xa rov qab. Txhua lub sijhawm lub plawv tso, cov ntshav siab nyob rau sab laug lub ventricle nce. Kev kub siab ua rau cov hlab ntsha loj tuaj me ntsis nrog txhua qhov kev ntaus. Qhov nce siab ua rau ntsuas qhov sib txawv ntawm qhov pom kev uas pom rov qab thiab qhov dav ntawm lub teeb pom kev ncaj qha ncaj qha mus rau qhov siab siab [2].

Cov cuab yeej zoo sib xws yog Apple Watch PPG sensor. Nws tshuaj xyuas cov ntaub ntawv tus nqi mem tes thiab siv nws txhawm rau txheeb xyuas qhov ua tau ntawm lub plawv tsis sib xws zoo ib yam nrog AFib. Nws siv lub teeb ntsuab ntsuab nrog rau lub teeb-rhiab photodiodes txhawm rau nrhiav kev txheeb ze hloov pauv ntawm cov ntshav ntws hauv tus neeg siv lub dab teg ntawm txhua lub sijhawm. Nws siv qhov kev hloov pauv txhawm rau ntsuas lub plawv dhia thiab thaum tus neeg siv nyob ruaj khov, lub ntsuas hluav taws xob tuaj yeem txheeb xyuas tus kheej mem tes thiab ntsuas qhov sib ntaus sib ntaus sib ntaus [3].

Khoom siv

Ua ntej tshaj plaws, rau kev tsim lub Circuit Court peb siv lub khob cij, (1) ntsuab LED, (1) phototransistor, (1) 220 Ω resistor, (1) 15 kΩ resistor, (2) 330 kΩ, (1) 2.2 kΩ, (1) 10 kΩ, (1) 1 μF capacitor, (1) 68 nF capacitor, UA 741 op-amp thiab xov hlau.

Tom ntej no, txhawm rau ntsuas lub Circuit peb siv lub tshuab hluav taws xob ua haujlwm, lub zog siv hluav taws xob, oscilloscope, cov kwj deg. Thaum kawg, kom tso tawm lub teeb liab rau tus neeg siv-phooj ywg UI peb siv lub laptop nrog Arduino Software thiab Arduino Uno.

Kauj ruam 1: Kos tawm Schematic

Peb pib los ntawm kev kos tawm cov txheej txheem yooj yim txhawm rau ntes PPG teeb liab. Txij li PPG siv LED, peb xub txuas nrog LED ntsuab hauv kab nrog 220 Ω resistor thiab txuas nws rau 6V lub zog thiab hauv av. Cov kauj ruam tom ntej yog txhawm rau ntes PPG teeb liab siv lub tshuab phototransistor. Zoo ib yam li LED, peb muab tso ua ke nrog 15 kΩ thiab txuas nrog rau 6V lub zog thiab hauv av. Qhov no tau ua raws los ntawm lim bandpass. Qhov ntau zaus ib txwm muaj ntawm PPG teeb liab yog 0.5 Hz txog 5 Hz [4]. Siv qhov kev ua zauv f = 1/RC, peb suav cov resistor thiab capacitor qhov tseem ceeb rau cov lim qis thiab siab dhau, ua rau 1 μF capacitor nrog 330 kΩ resistor rau lub siab lim lim thiab 68 nF capacitor nrog 10 kΩ resistor rau lim qis dhau. Peb siv UA 741 op -amp nyob nruab nrab ntawm cov ntxaij lim dej uas tau tsav nrog 6V thiab -6V.

Kauj Ruam 2: Kuaj Circuit Court ntawm Oscilloscope

Tom qab ntawd peb tsim lub Circuit Court ntawm daim ntawv qhia zaub mov. Tom qab ntawd, peb tau sim cov kab hluav taws xob tso tawm ntawm lub oscilloscope txhawm rau txheeb xyuas tias peb lub teeb liab tau raws li qhov xav tau. Raws li pom hauv cov duab saum toj no, lub Circuit Court ua rau muaj zog, ruaj khov teeb liab thaum tus ntiv tes tau muab tso rau ntawm lub ntsuab LED thiab phototransistor. Lub teeb liab lub zog kuj txawv ntawm cov tib neeg. Hauv cov duab tom qab, qhov cim dicrotic yog qhov pom tseeb thiab nws pom tseeb tias lub plawv dhia nrawm dua li ntawm tus neeg hauv thawj ob peb daim duab.

Thaum peb paub tseeb tias lub teeb liab tau zoo, tom qab ntawv peb tau pib nrog Arduino Uno.

Kauj Ruam 3: Txuas Breadboard rau Arduino Uno

Peb txuas cov khoom tso tawm (hla lub capacitor thib ob C2 hauv qhov txheej txheem thiab hauv av) txhawm rau pin A0 (qee zaum A3) ntawm Arduino thiab cov tsheb nqaj hlau hauv av ntawm lub khob cij rau GND tus pin ntawm Arduino.

Saib cov duab saum toj no rau cov cai peb siv. Cov cai los ntawm Cov Ntawv Ntxiv A tau siv los qhia cov duab ntawm lub teeb liab ua pa. Cov cai los ntawm Cov Ntawv Ntxiv B tau siv kom muaj cov teeb tsa LED ntawm Arduino ntsais muag rau txhua lub plawv dhia thiab luam tawm lub plawv dhia li cas.

Kauj Ruam 4: Cov Lus Qhia Kom Nco Ntsoov

Hauv daim ntawv Lub Cev Lub Cev Lub Cev Network rau Kev Saib Xyuas Kev Noj Qab Haus Huv Hauv Xov Tooj, Kev Txheeb Xyuas thiab Kev Ua Haujlwm, tus kws tshawb fawb Johan Wannenburg li al., Tsim tus lej zauv ntawm lub teeb liab PPG [5]. Hauv kev sib piv cov duab ntawm lub teeb liab dawb huv rau peb lub teeb liab - ntawm tus kheej tus kheej - (cov duab 3, 4, 5, 6), muaj qhov lees paub, qee qhov sib txawv. Ua ntej tshaj, peb lub teeb liab tau rov qab, yog li dicrotic thais ntawm sab laug ntawm txhua qhov siab tshaj li sab xis. Tsis tas li, lub teeb liab sib txawv ntawm txhua tus neeg, yog li qee zaum dicrotic thais tsis pom tseeb (cov duab 3, 4) thiab qee zaum nws yog (duab 5, 6). Lwm qhov tseem ceeb sib txawv yog tias peb lub teeb liab tsis ruaj khov raws li peb xav tau. Peb pom tau tias nws yog qhov rhiab heev, thiab qhov me me ntawm lub rooj lossis cov xaim yuav hloov txoj kev oscilloscope tso saib.

Rau cov neeg laus (hnub nyoog tshaj 18 xyoo) qhov nruab nrab so lub plawv dhia yuav tsum nyob nruab nrab ntawm 60 thiab 100 neeg ntaus ib feeb [6]. Hauv daim duab 8, lub plawv dhia ntawm tus neeg raug ntsuas yog txhua qhov ntawm ob qhov txiaj ntsig no, qhia tias nws zoo li raug. Peb tsis tau txais lub sijhawm los laij lub plawv dhia nrog lwm lub cuab yeej sib txawv thiab sib piv nrog peb lub PPG sensor, tab sis nws zoo li nws yuav ze rau qhov raug. Kuj tseem muaj ntau yam uas peb tsis tuaj yeem tswj tau, yog li ua rau muaj qhov sib txawv hauv cov txiaj ntsig. Tus nqi ntawm cov teeb pom kev ib puag ncig sib txawv txhua lub sijhawm peb sim nws vim tias peb nyob hauv ib qho chaw sib txawv, muaj duab ntxoov ntxoo hla lub cuab yeej, peb siv lub cuff qee zaum. Muaj qhov tsis zoo ib puag ncig xob laim ua rau lub teeb pom kev meej dua, tab sis kev hloov pauv uas tsis yog peb li kev tswj hwm thiab yog li cuam tshuam rau peb cov txiaj ntsig. Lwm qhov teeb meem yog qhov kub thiab txias. Txoj kev tshawb fawb Kev nqis peev ntawm Qhov Kub ntawm Photoplethysmography los ntawm Mussabir Khan li al., Cov kws tshawb fawb pom tias qhov sov ntawm tes sov tuaj yeem txhim kho PPG zoo thiab raug [7]. Peb tau pom tiag tiag yog tias ib tus ntawm peb muaj cov ntiv tes txias, lub teeb liab yuav tsis zoo thiab peb tsis tuaj yeem ua tus cim dicrotic hauv qhov sib piv rau tus neeg uas muaj cov ntiv tes sov dua. Tsis tas li, vim yog qhov rhiab ntawm lub cuab yeej, nws nyuaj rau txiav txim siab seb puas tsim nyog teeb tsa lub cuab yeej yog qhov zoo tshaj plaws los muab peb lub teeb liab zoo tshaj plaws. Vim li no, peb yuav tsum fiddle ncig nrog pawg thawj coj saib txhua lub sijhawm peb teeb tsa thiab txheeb xyuas cov kev sib txuas ntawm pawg thawj coj ua ntej peb tuaj yeem txuas nws mus rau Arduino thiab saib cov khoom peb xav tau. Txij li muaj ntau ntau yam uas tau los ua si rau kev teeb tsa lub rooj noj mov, PCB yuav txo lawv ntau heev thiab muab peb tso tawm kom raug dua. Peb tsim peb cov txheej txheem hauv Autodesk Dav dawb hau los tsim PCB tsim thiab tom qab ntawd thawb nws mus rau AutoDesk Fusion 360 kom pom kev pom ntawm lub rooj tsav xwm yuav zoo li cas.

Kauj Ruam 5: PCB Tsim

Peb tau tsim cov txheej txheem hauv AutoDesk Eagle thiab siv nws lub tshuab hluav taws xob los tsim PCB tsim. Peb kuj tau thawb tus qauv tsim rau AutoDesk Fusion 360 rau kev pom pom ntawm lub rooj tsav xwm yuav zoo li cas.

Kauj Ruam 6: Xaus

Hauv qhov xaus, peb tau kawm paub yuav tsim kho tus qauv rau PPG teeb liab li cas, tsim nws thiab sim nws. Peb tau ua tiav hauv kev tsim cov phiaj xwm yooj yim los txo cov suab nrov hauv cov zis thiab tseem muaj lub teeb liab muaj zog. Peb tau sim lub Circuit Court ntawm peb tus kheej thiab pom tias nws yog qhov rhiab me ntsis tab sis nrog qee qhov kev hloov pauv ntawm Circuit (lub cev, tsis yog tsim), peb tuaj yeem tau txais lub teeb liab zoo. Peb siv lub teeb liab tso tawm los laij lub plawv dhia ntawm tus neeg siv thiab tso nws tawm thiab ua pa pa rau lub UI zoo ntawm Arduino. Peb kuj tseem siv cov teeb tsa hauv LED ntawm Arduino kom ntsais rau txhua lub plawv dhia, ua rau pom tseeb rau tus neeg siv thaum raws nraim lawv lub plawv tau ntaus.

PPG muaj ntau daim ntawv thov muaj peev xwm, thiab nws qhov yooj yim thiab ua tau zoo ua rau nws muaj txiaj ntsig los koom ua ke rau hauv cov cuab yeej ntse. Raws li kev saib xyuas tus kheej tau dhau los ua neeg nyiam nyob rau xyoo tas los no, nws yog ib qho tseem ceeb uas cov thev naus laus zis no tau tsim los kom yooj yim thiab pheej yig kom nws tuaj yeem siv tau thoob plaws ntiaj teb rau txhua tus neeg xav tau [9]. Ib tsab xov xwm tsis ntev los no tau tshawb nrhiav siv PPG txhawm rau kuaj ntshav siab - thiab lawv pom tias nws tuaj yeem siv ua ke nrog lwm qhov ntsuas BP [10]. Tej zaum muaj ntau yam ntxiv uas tuaj yeem tshawb pom thiab hloov kho tshiab hauv cov lus qhia no, thiab yog li PPG yuav tsum raug suav tias yog cov cuab yeej tseem ceeb hauv kev kho mob tam sim no thiab yav tom ntej.

Kauj Ruam 7: Cov neeg ua tim khawv

[1] A. M. García thiab P. R. Horche, "Lub teeb pom kev zoo nyob rau hauv lub tshuab biphotonic vein finder device: Kev sim thiab ntsuas kev xav," Cov txiaj ntsig hauv Physics, vol. 11, pp. 975-983, 2018. [2] J. Allen, “Photoplethysmography thiab nws daim ntawv thov hauv kev ntsuas lub cev lub cev,” Kev ntsuas lub cev, vol. 28, nre. 3, 2007.

[3] “Ntsuas Lub Plawv - ECG thiab PPG Ua Haujlwm Li Cas?,” Kev xav. [Online]. Muaj: https://imotions.com/blog/measuring-the-heart-how… [Accessed: 10-Dec-2019].

[4] DE NOVO KEV KOOM TES QHIA RAU IRREGULAR RHYTHM KEV KAWM NTAWV FEATURE.

[5] S. Bagha thiab L. Shaw, "Kev Txheeb Xyuas Lub Sijhawm Tiag Ntawm PPG Teeb Meem rau Kev Ntsuas ntawm SpO2 thiab Tus Nqi Tes," International Journal of Computer Applications, vol. 36, nra. 11, Hlis ntuj nqeg 2011.

[6] Wannenburg, Johan & Malekian, Reza. (2015). Lub Cev Lub Cev Lub Cev Network rau Kev Saib Xyuas Kev Noj Qab Haus Huv Hauv Xov Tooj, Kev Txheeb Xyuas thiab Kev Ua Haujlwm. Sensors Journal, IEEE. 15. 6839-6852. 10.1109/JSEN.2015.2464773.

[7] "Lub Plawv Lub Plawv Li Cas?" LiveScience [Online]. Muaj: https://imotions.com/blog/measuring-the-heart-how… [Accessed: 10-Dec-2019].

[8] M. Khan, C. G. Zoo nkauj, AC Amies, R. Elliott, G. M. Shaw, thiab J. G. Chase, "Tshawb nrhiav qhov cuam tshuam ntawm qhov kub ntawm Photoplethysmography," IFAC-PapersOnLine, vol. 48, nra. 20, pp. 360-365, 2015.

[9] M. Ghamari, "Kev tshuaj xyuas ntawm cov duab photoplethysmography hnav thiab lawv cov peev xwm siv yav tom ntej hauv kev saib xyuas kev noj qab haus huv," International Journal of Biosensors & Bioelectronics, vol. 4, tsis muaj. 4, 2018.

[10] M. Elgendi, R. Fletcher, Y. Liang, N. Howard, NH Lovell, D. Abbott, K. Lim, thiab R. Ward, “Kev siv photoplethysmography rau kev ntsuas ntshav siab,” npj Digital Medicine, vol. 2, tsis muaj. 1, 2019.