Pulse Oximeter Nrog Kev Txhim Kho Zoo Tshaj Plaws: 6 Cov Kauj Ruam (nrog Duab)

2024 Tus sau: John Day | [email protected]. Kawg hloov kho: 2024-01-30 09:27

Yog tias koj nyuam qhuav mus ntsib kws kho mob, yuav muaj feem tias koj cov cim tseem ceeb tseem ceeb tau raug tshuaj los ntawm kws saib xyuas neeg mob. Qhov hnyav, qhov siab, ntshav siab, ntxiv rau lub plawv dhia (HR) thiab cov pa oxygen hauv cov ntshav ib leeg (SpO)₂). Tej zaum, ob qhov kawg tau txais los ntawm qhov ntsuas hluav taws xob hluav taws xob ntiv tes uas pom cov lej cuam tshuam ntawm lub vijtsam me me hauv feeb. Qhov kev sojntsuam no hu ua pulse oximeter thiab koj tuaj yeem pom txhua yam ntaub ntawv yooj yim txog nws ntawm no.

Ib tus tuaj yeem yooj yim yuav cov mem tes mem tes yooj yim, paub meej, tab sis qhov kev lom zem nyob qhov twg? Kuv tau txiav txim siab tsim kuv tus kheej, ua ntej rau heck ntawm nws, tab sis qhov tseem ceeb dua nrog daim ntawv thov tshwj xeeb hauv siab: nocturnal oximetry qhov twg HR thiab SpO₂ cov ntaub ntawv yuav khaws cia tas mus li ib hmo thiab sau tseg hauv micro SD daim npav. Cov lus qhia twb muaj ntau txoj haujlwm zoo li no, piv txwv li, ob qho cuam tshuam nrog Arduino ntawm no thiab ntawm no, thiab ib qho siv Raspberry Pi. Kuv siv lub ntsuas tshiab me ntsis MAX30102 los ntawm MAXIM Kev Sib Koom thiab Adafruit's Feather M0 Adalogger rau kev tswj hwm thiab kaw cov ntaub ntawv.

Peb txoj haujlwm yog li no tsis tshwj xeeb tshwj xeeb hauv cov khoom siv kho vajtse thiab zoo li yuav tsis tsim nyog sau cov lus qhia no, tab sis hauv cov txheej txheem ntawm kev tsim nws Kuv tau ua cov lus qhia tseem ceeb hauv software uas tso cai rau kuv rho tawm cov ntaub ntawv los ntawm MAX30102 nrog ntau dua sib xws thiab ntau ntxiv suab nrov tsawg dua li software sau los ntawm MAXIM rau lub ntsuas cua no. Kev ua tiav ntawm peb cov txheej txheem kev teeb tsa tau piav qhia hauv daim duab saum toj no uas ob daim duab saum toj kawg nkaus muaj lub plawv dhia ib hmo thiab cov pa oxygen suav los ntawm cov cim nyoos los ntawm peb txoj kev (txheeb xyuas los ntawm "RF"), thaum ob kab hauv qab qhia MAXIM cov txiaj ntsig tau tsim los ntawm raws nraim tib yam taw qhia. Tus qauv sib txawv rau HR yog 4.7 bpm thiab 18.1 bpm, thiab rau SpO₂ 0.9% thiab 4.4%, rau RF thiab MAXIM, feem.

(Ob qho kab ntawv RF sib raug rau qhov tsawg kawg nkaus autocorrelation pib ntawm 0.25 thiab tsis muaj kev txwv ntawm R / IR sib txheeb; saib Cov Kauj Ruam 4 thiab 5 rau kev piav qhia cov ntsiab lus no.)

Kauj ruam 1: Kho vajtse

1. Pulse oximeter thiab ntsuas lub plawv ntsuas MAX30102 lub rooj tsav xwm los ntawm MAXIM Integrated, Inc.
2. Plaub M0 Adalogger los ntawm Adafruit, Inc.
3. Lithium Ion Roj teeb los ntawm Adafruit, Inc.

Kev Sib Txuas:

• Adalogger pins SCL thiab SDA kom sib haum SCL thiab SDA pins ntawm MAX30102 pawg thawj coj saib
• Adalogger tus pin 10 rau pin INT ntawm MAX30102 pawg thawj coj saib
• Adalogger GND rau MAX30102 board GND
• Adalogger 3V rau MAX30102 VIN

Kauj Ruam 2: Cov Teeb Meem Digital Rov Qab los ntawm MAX30102

Cov hauv paus ntsiab lus ntawm kev ua haujlwm sensor yog yooj yim heev: ob lub LEDs, ib lub xim liab (660 nm) thiab ib qho infrared (880 nm, IR) ua lub teeb ci los ntawm tib neeg daim tawv nqaij. Lub teeb yog ib nrab nqus los ntawm cov ntaub so ntswg, suav nrog cov ntshav sab hauv. Sensor's photodetector sau cov teeb pom kev ntawm ob lub wavelengths thiab rov qab ob qhov sib txheeb txheeb ze sib xws siv I2C raws tu qauv. Txij li qhov nqus tau spectra rau oxygenated thiab deoxygenated hemoglobin sib txawv rau ob lub nthwv dej, lub teeb pom kev muaj qhov sib txawv sib txawv raws li cov ntshav ntawm cov hlab ntshav uas muaj nyob hauv qab daim tawv nqaij pulses nrog txhua lub plawv dhia. Xam tawm lub plawv dhia thiab oxygen txaus yog nyob ntawm lub teeb liab ua software.

Piv txwv ntawm cov cim nyoos (IR channel nkaus xwb) tau piav qhia hauv cov duab saum toj no. Ib tus tuaj yeem pom qhov cuam tshuam ib ntus hla ntawm qhov hloov pauv hloov pauv uas tau hloov pauv vim muaj ntau yam hais hauv Wikipedia nplooj ntawv. Tsab ntawv tsa suab tsim cov khoom tshwj xeeb yog kev thab plaub vim tias lawv tuaj yeem npog qhov txiaj ntsig HR teeb liab thiab ua rau muaj qhov tsis raug. Yog li no, kev lag luam siab tshaj oximeter muaj qhov ntsuas qhov ntsuas uas pab tshem tawm cov khoom cuav no.

Kuv tuaj yeem ntxiv tus ntsuas hluav taws xob mus rau qhov tom ntej ntawm kuv lub ntsuas cua, tab sis rau yav tsaus ntuj HR/SpO₂ cov ntaub ntawv kaw tseg, thaum lub ntsuas hluav taws xob tseem tsis tau txav mus los feem ntau, nws txaus los txheeb xyuas thiab tshem tawm cov cim tsis raug.

MAX30102 lub sensor nws tus kheej los rau hauv pob me me uas tau teeb tsa, tab sis MAXIM ua siab zoo muab lub rooj sib cais (System Board 6300) ntxiv rau teeb liab ua software rau Arduino thiab mbed - txhua qhov hauv kev tsim qauv pob MAXREFDES117#. Kuv zoo siab yuav nws uas cia siab tias yuav tau siv qee lub xov hlau ntawm lub sensor thiab Adalogger thiab muaj kev ua haujlwm, oximeter zoo nyob hauv ib hnub. Kuv yoog RD117_ARDUINO version ntawm MAXIM lub software los ua haujlwm ntawm Adalogger's ARM Cortex M0 processor. Yeej, txhua yam kuv yuav tsum tau ua yog los hloov qhov tsis sib xws SofI2C ua haujlwm hauv max30102.cpp los ntawm cov xov tooj sib txuas xov tooj cua. Txoj cai suav sau zoo hauv Arduino IDE v1.8.5 thiab khiav ntawm M0 yam tsis muaj qhov yuam kev. Txawm li cas los xij, cov txiaj ntsig tau poob siab. Hauv Kev Taw Qhia cov kauj ruam kuv twb tau pom qhov sib txawv ntawm ob qho tib si HR thiab SpO₂. Lawm, ib tus tuaj yeem lees tias kuv tau ua qee yam tsis raug thiab qhov no yog kuv thawj qhov kev xav, ib yam nkaus. Txawm li cas los xij, hauv MAXIM cov lus qhia hauv video koj tseem tuaj yeem pom qhov ua tsis tau zoo ntawm HR qhov muaj txiaj ntsig tso tawm ntawm lub vijtsam. Ntxiv mus, cov lus hauv qab kab ntawv video lees paub tias lwm tus tau pom qhov tshwm sim zoo ib yam, ib yam.

Txhawm rau ua zaj dab neeg luv luv, tom qab qee qhov kev sim kuv tau txiav txim siab tias lub ntsuas cua tau ua haujlwm OK thiab lwm txoj hauv kev ntawm cov teeb liab digital ua rau muaj kev ruaj ntseg zoo dua. Txoj hauv kev tshiab no, qhia los ntawm "RF", tau piav qhia hauv cov kauj ruam tom ntej.

Kauj Ruam 3: Teeb Ua Ntej Ua Ntej

Hauv peb qhov kev siv, cov teeb liab nyoos tau sau los ntawm tus nqi ntawm 25 Hz (zoo ib yam li MAXIM's) rau tag nrho 4 vib nas this (MAXIM lub software sau tsuas yog 1 thib ob tus nqi), ua rau 100 lub sij hawm digitized cov ntsiab lus ntawm qhov kawg cov ntaub ntawv. Txhua 100-ntu ntu yuav tsum tau npaj ua ntej raws li hauv qab no:

1. Lub ntsiab lus nruab nrab (aka "tshem tawm DC tivthaiv" rau cov kws tsim hluav taws xob). Cov ntaub ntawv nyoos los ntawm lub ntsuas cua yog lub sijhawm ua ntu ntawm 10⁵ ntau yam. Lub teeb liab muaj txiaj ntsig, txawm li cas los xij, tsuas yog ib feem ntawm lub teeb pom kev los ntawm cov ntshav cov ntshav uas sib txawv ntawm qhov kev txiav txim ntawm tsuas yog 10² thawj daim duab Txog kev ua lub teeb liab muaj txiaj ntsig, yog li ntawd nws xav kom rho tawm qhov nruab nrab ntawm txhua kab lus. Qhov no tsis txawv ntawm qhov MAXIM software twb tau ua lawm. Dab tsi txawv, txawm li cas los xij, yog lub ntsiab lus ntxiv ntawm lub sijhawm ntsuas tus kheej. Hauv lwm lo lus, tsis txhob ntsuas cov ntsiab lus ntawm cov lej los ntawm 0 txog 99, qhov ntsuas tshiab tam sim no yog tus lej -49.5, -48.5, …, 49.5. Tej zaum nws yuav zoo li txawv txawv thaum xub thawj, tab sis ua tsaug rau cov txheej txheem no lub teeb liab nkhaus "qhov chaw ntawm lub ntiajteb txawj nqus" ua ke nrog keeb kwm ntawm kev sib koom ua ke (daim duab thib ob). Qhov tseeb no dhau los ua qhov muaj txiaj ntsig zoo hauv cov kauj ruam tom ntej.
2. Lub hauv paus theem. Lwm qhov saib ntawm cov nthwv dej qhia hauv Kauj Ruam 2 qhia tias lub hauv paus ntawm kev ntsuas oximetry tiag tiag yog nyob deb ntawm txoj kab rov tav, tab sis sib txawv los ntawm qhov nqes hav sib txawv. Daim duab thib peb qhia txog qhov nruab nrab nruab nrab IR teeb liab (nkhaus xiav) thiab nws lub hauv paus (xiav ncaj kab). Hauv qhov no, lub hauv paus nqes hav yog qhov tsis zoo. Txoj kev ua lub teeb liab piav qhia ua ntej yuav tsum muaj lub hauv paus ua kab rov tav. Qhov no tuaj yeem ua tiav los ntawm kev yooj yim rho tawm cov hauv paus los ntawm qhov nruab nrab-teeb liab. Ua tsaug rau qhov nruab nrab nruab nrab ntawm ob qho Y thiab X kev sib koom tes, lub hauv paus txoj kev cuam tshuam yog xoom thiab nws txoj kab nqes yog qhov yooj yim tshwj xeeb, raws li tau qhia hauv daim duab thib plaub.

Yog li cov teeb liab ua tiav tau npaj rau qib tom ntej.

Kauj Ruam 4: Tus Neeg Ua Haujlwm: Tus Cwj Pwm Sib Koom

Rov qab los rau qhov qub 1,…, n kev ntsuas, thawj daim duab qhia lub ntsiab lus ntawm kev ua haujlwm sib koom ua ke r_m - ntau qhov pom tias muaj txiaj ntsig zoo hauv kev txheeb xyuas lub teeb liab lub sijhawm thiab zoo. Nws tsuas yog cov khoom lag luam scalar ib txwm ua ntawm lub teeb liab lub sijhawm ua haujlwm nrog nws tus kheej hloov pauv los ntawm lag m. Hauv peb daim ntawv thov, txawm li cas los xij, nws yog qhov yooj yim los ntsuas txhua qhov kev sib raug zoo nrog kev hwm nws tus nqi ntawm lag = 0, piv txwv li, siv txheeb ze autocorrelation txhais los ntawm r_m / r ib₀.

Cov phiaj xwm ntawm tus txheeb ze autocorrelation ntawm qhov ua tau zoo zoo IR teeb liab tau qhia hauv daim duab thib ob. Raws li xav tau, nws muaj nuj nqis ntawm lag = 0 yog ntawm nws qhov siab tshaj plaws hauv ntiaj teb sib npaug rau 1. Qhov tom ntej (hauv zos) siab tshaj plaws tshwm sim ntawm lag = 23 thiab sib npaug rau 0.79. Lub xub ntiag ntawm minima hauv zos thiab maxima hauv cov phiaj xwm kev sib raug zoo yog ib qho yooj yim to taub: raws li lub teeb liab hloov mus rau sab xis nws qhov siab tshaj cuam tshuam nrog kev sib cuam tshuam nrog ib leeg thaum xub thawj, tab sis nyob rau qee qhov taw tes qhov cuam tshuam dhau los ua qhov zoo thiab ua tiav siab tshaj plaws ntawm kev lag luam sib npaug rau nruab nrab lub sij hawm ntawm lub teeb liab.

Cov kab lus kawg yog qhov tseem ceeb: txhawm rau txiav txim siab nruab nrab lub sijhawm nruab nrab ntawm qhov siab tshaj plaws, los ntawm qhov uas ib tus tuaj yeem suav cov teeb liab zaus (piv txwv li, lub plawv dhia) nws txaus los nrhiav thawj lub zos qhov siab tshaj ntawm kev ua haujlwm sib cuam tshuam! Los ntawm lub neej ntawd, MAX30102 piv txwv cov tswv yim sib piv ntawm tus nqi 25 ntsiab lus ib pliag, yog li ntawm qhov muab m lub sijhawm hauv vib nas this yog sib npaug rau m / 25. Qhov no ua rau lub plawv dhia qhia hauv ntaus ib feeb (bpm) los ntawm:

HR = 60*25 / m = 1500 / m

Tau kawg, nws tsis yog qhov yuav tsum tau suav cov nqi kim ntawm r_m ntawm txhua qhov txiaj ntsig lag. Peb cov txheej txheem ua thawj qhov kev kwv yees ntawm lub plawv dhia = 60 bpm, uas sib haum rau m = 25. Kev ua haujlwm sib cuam tshuam nrog tus kheej tau ntsuas ntawm lub sijhawm ntawd thiab piv rau tus nqi ntawm nws cov neeg nyob sib ze, m = 24. peb mus txuas ntxiv mus rau sab laug kom r_{m-1 ib} <r_m. Yog li txiav txim siab zaum kawg m yuav rov qab los raws li qhov lag ntawm qhov siab tshaj plaws. Kev rov ua dua tom ntej pib los ntawm tus nqi hloov chaw 25 thiab tag nrho cov txheej txheem rov ua dua. Yog thawj tus neeg nyob sab laug qis dua, tom qab ntawd cov txheej txheem saum toj no taug kev lag cov ntsiab lus mus rau sab xis zoo ib yam. Feem ntau, lag ntawm qhov siab tshaj xav tau tsuas yog qee qhov kev tshuaj xyuas ntawm kev ua haujlwm sib cuam tshuam. Ib qho ntxiv, qhov siab tshaj plaws thiab yam tsawg kawg nkaus uas tau lees paub (sib xws rau qhov tsawg kawg thiab qhov siab tshaj plaws ntawm lub plawv, feem) yog siv los txwv qhov muaj nuj nqis.

Cov lus saum toj no ua haujlwm tau zoo rau cov cim zoo, tab sis lub ntiaj teb tiag tiag yog nyob deb ntawm qhov zoo tagnrho. Qee lub cim qhia tawm tsis raug, feem ntau yog vim cov khoom cuav. Cov teeb liab zoo li no tau qhia hauv daim duab thib peb. Lub sij hawm tsis zoo yog pom nyob rau hauv cov duab ntawm nws kev ua haujlwm sib raug zoo nrog rau tus nqi qis, 0.28, ntawm thawj qhov siab tshaj hauv zos ntawm m = 11. Sib piv nws rau tus nqi siab tshaj ntawm 0.79 txiav txim siab rau lub teeb liab zoo. Ua ke nrog lag limiting qhov tseem ceeb, yog li ntawd, tus nqi ntawm r_m / r ib₀ ntawm qhov siab tshaj yog qhov ntsuas tau zoo ntawm lub teeb liab zoo thiab qhov yuav tsum tau ua kom nws mus dhau qee qhov pib yuav raug siv los lim tawm cov khoom cuav. Cov duab "RF" tau qhia hauv cov lus qhia ua los ntawm qhov pib sib npaug li 0.25.

Kauj Ruam 5: Txiav Txim Siab Pa Pa

Cov kauj ruam dhau los yog txaus los txiav txim siab lub plawv dhia. SpO Nws₂ yuav tsum tau ua hauj lwm ntau. Ua ntej, tam sim no tsis quav ntsej lub teeb liab liab (R) channel yuav tsum raug coj mus rau hauv tus account. Tom ntej, qhov sib piv ntawm liab rau infrared teeb liab, Z = R/IR, ob qho tib si cuam tshuam los ntawm cov ntshav cov ntshav, tau suav. Qhov "ntshav cov ntshav" yog qhov tseem ceeb, vim tias feem ntau ntawm lub teeb pom tseeb los ntawm cov ntaub so ntswg thiab ntshav ntshav. Yuav ua li cas xaiv ib feem ntawm lub teeb liab uas sib haum rau cov hlab ntshav? Zoo, qhov no yog cov khoom siv sib txawv uas txawv nrog txhua lub plawv dhia. Hauv cov lus ntawm cov kws tsim hluav taws xob, nws yog "AC ntu", thaum lub teeb pom kev seem yog "DC ntu". Txij li qhov tseeb ntawm R thiab IR lub teeb tsis sib haum, Z piv tau suav los ntawm kev txheeb ze sib xws, raws li pom hauv thawj daim duab. Hais txog qhov suav tau ntau npaum li cas, kuv siv lub hauv paus-txhais-xwmfab (RMS) ntawm lub ntsiab lus nruab nrab, lub hauv paus-qib teeb liab, y, rau qhov twb paub lawm txhais tau tias ntawm cov teeb liab, <Y>; saib daim duab thib ob. Z piv yog tsuas yog ib nrab ntawm kev ua haujlwm, txawm li cas los xij. Cov lus teb tsis yog kab lus xav tau kev ntsuas ntsuas nruab nrab ntawm Z thiab SpO kawg₂ tus nqi. Kuv coj qhov ntsuas qhov ntsuas los ntawm MAXIM tus lej:

SpO₂ = (-45.06*Z + 30.354)*Z + 94.845

Nco ntsoov qhov sib npaug no siv tau rau MAX30102 lub rooj tsim qauv yuav hauv xyoo 2017! Nws yuav zoo li MAXIM tuaj yeem rov ntsuas nws cov cim ntawm hnub tom qab.

Cov txheej txheem saum toj no tseem ua ntau SpO cuav₂ nyeem. Cov channel liab raug kev txom nyem los ntawm ntau yam cuav, ib yam li IR ib qho. Nws yog qhov tsim nyog xav tias ob lub cim yuav tsum muaj kev sib raug zoo. Qhov tseeb, cov cim zoo, zoo li piv txwv hauv daim duab thib peb, sib cuam tshuam tau zoo heev. Pearson kev sib raug zoo coefficient yog nyob rau hauv rooj plaub no siab li 0.99. Qhov no tsis yog ib txwm muaj, raws li qhia hauv daim duab plaub. Txawm hais tias IR lub teeb liab yuav dhau lub plawv dhia zoo lim nrog nws r_m / r ib₀ = 0.76, qhov cuam tshuam R teeb liab ua rau muaj kev sib txheeb tsis zoo ntawm ob qhov sib npaug tsuas yog 0.42. Qhov kev soj ntsuam no muab cov lim zoo thib ob: muaj kev sib txheeb sib cuam tshuam ntawm cov channel ntau dua li qhov pib.

Ob daim duab kawg ua piv txwv txog cov txiaj ntsig ntawm qhov kev lim dej zoo. Ua ntej, ntsuas cov pa oxygen tau npaj tseg nrog HR qhov ua tau zoo ntawm 0.25, tab sis tsis muaj SpO₂ lim. Cov phiaj xwm tom ntej tshwm sim los ntawm kev lim tawm HR tsis zoo thiab SpO₂ cov ntsiab lus ntawm 0.5 r_m / r ib₀ thiab 0.8 kev sib raug zoo coefficient thresholds. Zuag qhia tag nrho, cov ntsiab lus cov ntaub ntawv tsis zoo txog 12% ntawm tag nrho cov tau raug lim tawm los ntawm txoj cai nruj.

Hauv peb cov cai qhov sib piv sib piv, cc, suav raws cov qauv hauv daim duab thib tsib, qhov twg y sawv cev rau nruab nrab nruab nrab, theem pib-theem teeb liab, hos r₀ tau txhais hauv cov kauj ruam dhau los.

Kauj Ruam 6: Tus Txheej Txheem Cai

C qhov chaws rau txoj haujlwm no, ua qauv rau Arduino IDE, muaj los ntawm peb tus lej Github ntawm qhov txuas hauv qab no:

github.com/aromring/MAX30102_by_RF

Nws nplooj ntawv Readme piav qhia cov khoom ib leeg.

Kuv xav siv sijhawm los qhuas Adafruit rau kev ua cov khoom lag luam zoo li M0-based Adalogger. Nws nrawm 48 MHz ARM Cortex M0 tus txheej txheem, nrog ntau RAM, yeej pab ua qhov haujlwm no siv tau, thaum txuas ncaj qha SD daim npav nyeem ntawv (ntxiv rau Adafruit lub SD lub tsev qiv ntawv) tshem tawm txhua tus hobbyist qhov mob cuam tshuam nrog lub sijhawm khaws cov ntaub ntawv ntau.