የልብዎን መጠን መለካት በጣትዎ ጫፍ ላይ ነው - የልብ ምጣኔን ለመወሰን Photoplethysmography አቀራረብ 7 ደረጃዎች

2024 ደራሲ ደራሲ: John Day | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2024-01-30 07:31

ፎቶፕሌቲሞግራፊ (ፒ.ፒ.ፒ.) ቀላል እና ዝቅተኛ ዋጋ ያለው የኦፕቲካል ቴክኒክ ነው ፣ ይህም ብዙውን ጊዜ በማይክሮቫስኩላር አልጋ ውስጥ ባለው የደም መጠን ውስጥ ለውጦችን ለመለየት ያገለግላል። በቆዳው ገጽ ላይ ፣ በተለይም ጣት ላይ ልኬቶችን ለመሥራት በአብዛኛው ወራሪ ባልሆነ መንገድ ጥቅም ላይ ይውላል። በእያንዳንዱ የልብ ምት የልብ መጠን በሚመሳሰሉ የልብ ምቶች ለውጦች ምክንያት የፒ.ፒ.ጂ. ሞገድ ቅርፅ pulsatile (AC) የፊዚዮሎጂ ሞገድ ቅርፅ አለው። ከዚያ የ AC ሞገድ በአተነፋፈስ ፣ በርህራሄ የነርቭ ስርዓት እንቅስቃሴ እና በሙቀት መቆጣጠሪያ ምክንያት በተለያዩ በዝቅተኛ ድግግሞሽ ክፍሎች ላይ በዝግታ በሚቀየር (ዲሲ) መሠረት ላይ ተደራርቧል። የፒፒጂ ምልክት የኦክስጂን ሙሌት ፣ የደም ግፊት እና የልብ ውፅዓት ለመለካት ፣ የልብ ምጣኔውን ለመፈተሽ እና የውጭ የደም ቧንቧ በሽታን [1] ለመለየት ሊያገለግል ይችላል።

እኛ የምንፈጥረው መሣሪያ ለልብ የጣት ፎቶፕሌይሞግራፊ ነው። በተጠቃሚው እና በፎቶግራፍ አስተላላፊው ላይ ጣታቸውን በእጁ ላይ እንዲያስቀምጥ የተቀየሰ ነው። ከዚያ መሣሪያው ለእያንዳንዱ የልብ ምት (በአርዲኖ ላይ) ብልጭ ድርግም ይላል እና የልብ ምቱን ያሰላል እና ወደ ማያ ገጹ ያወጣል። በሽተኛው ምናልባትም ከቀዳሚው መረጃቸው ጋር ማወዳደር እንዲችል የመተንፈሻ ምልክቱ ምን እንደሚመስል ያሳያል።

ፒፒጂ የብርሃን ማስተላለፊያን ወይም ነፀብራቅን በመለካት በደም መጠን ውስጥ ያለውን የመለኪያ ለውጥ መለካት ይችላል። ልብ በጫነ ቁጥር በግራ ventricle ውስጥ ያለው የደም ግፊት ይጨምራል። ከፍ ያለ ግፊት በእያንዳንዱ ምት የደም ቧንቧዎች ትንሽ እንዲበቅሉ ያደርጋል። የግፊት መጨመር ወደ ኋላ በሚንፀባረቀው የብርሃን መጠን ውስጥ የሚለካ ልዩነት ያስከትላል እና የብርሃን ምልክቱ ስፋት ከ pulse ግፊት [2] ጋር በቀጥታ ተመጣጣኝ ነው።

ተመሳሳይ መሣሪያ የ Apple Watch PPG ዳሳሽ ነው። እሱ የልብ ምት መረጃን ይተነትናል እና ከኤቢቢ ጋር የሚጣጣሙ መደበኛ ያልሆኑ የልብ ምት ዝግጅቶችን ሊያገኝ ይችላል። በማንኛውም ጊዜ በተጠቃሚው የእጅ አንጓ ውስጥ በሚፈስሰው የደም መጠን ውስጥ አንጻራዊ ለውጦችን ለመፈለግ አረንጓዴ የ LED መብራቶችን ከብርሃን ተጋላጭ ከሆኑ ፎቶቶዲዮዶች ጋር ይጠቀማል። የልብ ምጣኔን ለመለካት ለውጦቹን ይጠቀማል እና ተጠቃሚው ቋሚ በሚሆንበት ጊዜ አነፍናፊው የግለሰቦችን ግፊቶች ለይቶ ማወቅ እና የድብደባን ክፍተቶች መለካት ይችላል [3]።

አቅርቦቶች

በመጀመሪያ ፣ ወረዳውን ለመገንባት የዳቦ ሰሌዳ ፣ (1) አረንጓዴ ኤልኢዲ ፣ (1) ፎቶቶራንስስተር ፣ (1) 220 Ω resistor ፣ (1) 15 kΩ resistor ፣ (2) 330 kΩ ፣ (1) 2.2 ኪ. (1) 10 kΩ ፣ (1) 1 μF capacitor ፣ (1) 68 nF capacitor ፣ UA 741 op-amp እና ሽቦዎች።

በመቀጠልም ወረዳውን ለመፈተሽ የተግባር ጀነሬተር ፣ የኃይል አቅርቦት ፣ ኦስቲልስኮፕ ፣ የአዞ ክሊፖች እንጠቀም ነበር። በመጨረሻም ምልክቱን ለተጠቃሚ ምቹ በይነገጽ ለማውጣት እኛ ከአርዱዲኖ ሶፍትዌር እና ከአርዱዲኖ ኡኖ ጋር አንድ ላፕቶፕ እንጠቀም ነበር።

ደረጃ 1 መርሃግብሩን ያውጡ

የፒ.ፒ.ጂ.ን ምልክት ለመያዝ ቀለል ያለ ንድፍ አውጥተናል። ፒ.ፒ.ኤል (LED) ስለሚጠቀም በመጀመሪያ አረንጓዴ LED ን በተከታታይ ከ 220 Ω resistor ጋር አገናኘን እና ከ 6 ቪ ኃይል እና መሬት ጋር አገናኘነው። ቀጣዩ ደረጃ የፎቶግራፍ አስተላላፊን በመጠቀም የፒ.ፒ.ጂን ምልክት መያዝ ነበር። ከኤልዲው ጋር በሚመሳሰል መልኩ ከ 15 kΩ ጋር በተከታታይ እናስቀምጠው እና ከ 6 ቪ ኃይል እና መሬት ጋር አገናኘነው። ከዚህ በኋላ የባንድ ባንድ ማጣሪያ ተከተለ። የፒፒጂ ምልክት መደበኛ ድግግሞሽ መጠን ከ 0.5 Hz እስከ 5 Hz [4] ነው። ቀመር f = 1/RC ን በመጠቀም ፣ ለዝቅተኛ እና ለከፍተኛ ማለፊያ ማጣሪያዎች የተከላካዩን እና የካፒቴን እሴቶችን እናሰላለን ፣ ይህም ለከፍተኛ ማለፊያ ማጣሪያ በ 330 kΩ resistor እና 68 nF capacitor ከ 10 kΩ resistor ለ ዝቅተኛ የማለፊያ ማጣሪያ። በ 6 ቪ እና -6 ቪ በተጎላበተው ማጣሪያዎች መካከል UA 741 op -amp ን ተጠቅመን ነበር።

ደረጃ 2 - በኦስሴስኮስኮፕ ላይ ወረዳውን ይፈትሹ

ከዚያ ወረዳውን በዳቦ ሰሌዳ ላይ ሠራን። በኋላ ፣ የእኛ ምልክት እንደተጠበቀው ለመፈተሽ የወረዳውን ውፅዓት በኦስቲልስኮስኮፕ ላይ ሞከርን። ከላይ ባሉት አኃዞች ውስጥ እንደሚታየው ፣ ጣቱ በአረንጓዴው ኤልኢዲ እና በፎቶቶራንስስተር ላይ ሲቀመጥ ወረዳው ጠንካራ ፣ የተረጋጋ ምልክት አስገኝቷል። የምልክት ጥንካሬም በግለሰቦች መካከል ይለያያል። በኋለኞቹ አኃዞች ውስጥ የዲያክሮቲክ ደረጃው በግልጽ ይታያል እና በመጀመሪያዎቹ አኃዞች ውስጥ የልብ ምት ከግለሰቡ የበለጠ ፈጣን እንደሆነ ግልፅ ነው።

አንዴ ምልክቱ ጥሩ መሆኑን ካረጋገጥን በኋላ በአርዱዲኖ ኡኖ ቀጠልን።

ደረጃ 3 የዳቦ ሰሌዳውን ከአርዱዲኖ ኡኖ ጋር ያገናኙ

በአሩዲኖ ላይ A0 (አንዳንድ ጊዜ A3) እና በዳቦ ሰሌዳው ላይ ያለው የመሬት ባቡር በአርዱዲኖ ላይ ካለው የጂኤንዲ ፒን ጋር ለመሰካት ውጤቱን (በእቅዱ እና በመሬቱ በሁለተኛው capacitor C2) ላይ አገናኘን።

እኛ ለተጠቀምንበት ኮድ ከላይ ያሉትን ምስሎች ይመልከቱ። ከአባሪ ሀ ላይ ያለው ኮድ የመተንፈሻ ምልክቱን ግራፍ ለማሳየት ጥቅም ላይ ውሏል። ከአባሪ B ለ ለእያንዳንዱ የልብ ምት በአርዱዲኖ ላይ አብሮ የተሰራ LED እንዲኖረው እና የልብ ምት ምን እንደ ሆነ ለማተም ያገለግል ነበር።

ደረጃ 4 - በአእምሮ ውስጥ የሚገቡ ጠቃሚ ምክሮች

በወረቀት ላይ የሰውነት ዳሳሽ አውታረ መረብ ለሞባይል ጤና ክትትል ፣ ምርመራ እና ግምታዊ ስርዓት ተመራማሪው ዮሃን ዋነንበርግ እና ሌሎች ፣ የንፁህ የፒ.ፒ.ጂ.ጂ ምልክት [5] የሂሳብ ሞዴልን አዘጋጅቷል። የንፁህ ምልክት ቅርፅን ከምልክታችን ጋር በማወዳደር - የግለሰብ ሰው - (ቁጥሮች 3 ፣ 4 ፣ 5 ፣ 6) ፣ አንዳንድ ግልፅ ልዩነቶች አሉ። መጀመሪያ ጠፍቷል ፣ የእኛ ምልክት ወደ ኋላ ነበር ፣ ስለዚህ ከእያንዳንዱ ጫፍ በግራ በኩል ያለው የዲክቲክ ደረጃ ከቀኝ ይልቅ። እንዲሁም ምልክቱ በእያንዳንዱ ሰው መካከል በጣም የተለየ ነበር ፣ ስለዚህ አንዳንድ ጊዜ የዲክቲክ ደረጃው ግልፅ አልነበረም (ቁጥሮች 3 ፣ 4) እና አንዳንድ ጊዜ እሱ (ቁጥሮች 5 ፣ 6)። ሌላው የሚታወቅ ልዩነት የእኛ ምልክት እኛ እንደምንፈልገው የተረጋጋ አለመሆኑ ነበር። በጣም ስሜታዊ መሆኑን ተገንዝበናል ፣ እና የጠረጴዛው ወይም የየትኛውም ሽቦ ትንሹ ንዝረት የኦስቲስኮስኮፕ ውፅዓት የሚመስልበትን መንገድ ይለውጣል።

ለአዋቂዎች (ከ 18 ዓመት በላይ) አማካይ የእረፍት የልብ ምት በደቂቃ ከ 60 እስከ 100 ቢቶች መሆን አለበት [6]። በስእል 8 ውስጥ ፣ የሚሞከረው ግለሰብ የልብ ምጣኔዎች በእነዚህ ሁለት እሴቶች መካከል ነበሩ ፣ ይህም ትክክለኛ መስሎ መታየቱን ያሳያል። በተለየ መሣሪያ የልብ ምት ለማስላት እና ከፒፒጂ ዳሳሽችን ጋር ለማወዳደር ዕድል አላገኘንም ፣ ግን ወደ ትክክለኛ ቅርብ ሊሆን ይችላል። እኛ ልንቆጣጠራቸው የማንችላቸው ብዙ ምክንያቶች ነበሩ ፣ ስለሆነም ወደ የውጤት ልዩነት ይመራሉ። እኛ በምንሞክርበት ጊዜ ሁሉ የአከባቢ መብራት መጠን የተለየ ነበር ምክንያቱም እኛ በተለየ ቦታ ውስጥ ስለሆንን ፣ በመሣሪያው ላይ ጥላ ነበረ ፣ አንዳንድ ጊዜ እንጨትን እንጠቀማለን። ያነሰ የአከባቢ መብረቅ መኖሩ ምልክቱን የበለጠ ግልፅ አድርጎታል ፣ ግን ያንን መለወጥ ከቁጥጥራችን ውጭ ሆነ እና በዚህም ውጤቶቻችንን ነካ። ሌላው ጉዳይ የሙቀት መጠን ነው። በሙሳሳቢር ካን እና ሌሎች የሙቀት መጠንን በፎቶፕሌቲስሞግራፊ ላይ ኢንቨስት ማድረግ ጥናቱ ፣ ተመራማሪዎቹ ሞቃታማ የእጅ ሙቀት የፒፒጂን ጥራት እና ትክክለኛነት [7] አሻሽሏል። በእርግጥ ከእኛ መካከል አንዱ ቀዝቃዛ ጣቶች ቢኖሩት ምልክቱ ደካማ እንደሚሆን እና ሞቃታማ ጣቶች ካለው ሰው ጋር በማነፃፀር የዲያክሮቲክ ደረጃውን ማምጣት እንደማንችል አስተውለናል። እንዲሁም ፣ በመሣሪያው ትብነት ምክንያት ፣ የመሣሪያው ቅንጅት እጅግ በጣም ጥሩውን ምልክት ለእኛ ለመስጠት አለመሆኑን ለመገምገም አስቸጋሪ ነበር። በዚህ ምክንያት እኛ ከአርዲኖ ጋር ከማገናኘታችን በፊት እና እኛ የምንፈልገውን ውጤት ከማየታችን በፊት በቦርዱ ላይ ያሉትን ግንኙነቶች መፈተሽ እና በቦርዱ ላይ ያሉትን ግንኙነቶች መፈተሽ ነበረብን። ለዳቦ ሰሌዳ ማቀናበር የሚገቡ ብዙ ምክንያቶች ስላሉ ፣ ፒሲቢ እነሱን በእጅጉ ይቀንሳል እና የበለጠ ትክክለኛ ውጤት ይሰጠናል። የፒ.ሲ.ቢ ንድፍ ለመፍጠር የእኛን ንድፍ አውጪ በ ‹Autodesk Eagle› ውስጥ ገንብተን ከዚያ ቦርዱ ምን እንደሚመስል ለማየት ወደ AutoDesk Fusion 360 ገፋነው።

ደረጃ 5 - የ PCB ንድፍ

እኛ በ AutoDesk Eagle ውስጥ ያለውን ንድፍ አውጥተን የፒ.ሲ.ቢ.ን ንድፍ ለመፍጠር የቦርድ ጀነሬተሩን ተጠቀምን። እንዲሁም ቦርዱ ምን እንደሚመስል ለማየት ምስሉን ወደ AutoDesk Fusion 360 ገፋነው።

ደረጃ 6 መደምደሚያ

ለማጠቃለል ያህል ፣ ለፒፒጂ የምልክት ወረዳ ንድፍ እንዴት ማዘጋጀት እንደምንችል ተምረናል ፣ ገንብተን እንሞክረው። በውጤቱ ውስጥ የሚቻለውን ጫጫታ መጠን ለመቀነስ እና አሁንም ጠንካራ ምልክት እንዲኖረን በአንፃራዊነት ቀለል ያለ ወረዳ በመገንባት ስኬታማ ነበርን። እኛ በራሳችን ላይ ወረዳውን ፈትሸን እና እሱ ትንሽ ስሜታዊ መሆኑን አገኘን ነገር ግን በአንዳንድ የወረዳው ማስተካከያ (በአካል ፣ በዲዛይን ሳይሆን) ጠንካራ ምልክት ማግኘት ችለናል። እኛ የተጠቃሚውን የልብ ምት ለማስላት የምልክት ውጤቱን ተጠቅመን እሱን እና የትንፋሽ ምልክትን ወደ አርዱዲኖ ጥሩ በይነገጽ አመጣን። እንዲሁም ለእያንዳንዱ የልብ ምት ብልጭ ድርግም እንዲል በአርዱዲኖ ላይ አብሮ የተሰራውን ኤልዲ ተጠቅመን በትክክል ልባቸው በሚመታበት ጊዜ ለተጠቃሚው ግልፅ እናደርጋለን።

PPG ብዙ ሊሆኑ የሚችሉ መተግበሪያዎች አሏቸው ፣ እና ቀላልነቱ እና ወጪ ቆጣቢነቱ ወደ ዘመናዊ መሣሪያዎች ማዋሃድ ጠቃሚ ያደርገዋል። ከቅርብ ዓመታት ወዲህ የግል ጤና አጠባበቅ ይበልጥ ተወዳጅ እየሆነ ሲመጣ ፣ ይህ ቴክኖሎጂ በዓለም ዙሪያ ለሚፈልገው ለማንኛውም ሰው ተደራሽ እንዲሆን ቀላል እና ርካሽ እንዲሆን የተቀየሰ ነው። አንድ የቅርብ ጊዜ ጽሑፍ የደም ግፊትን ለመፈተሽ ፒፒጂን በመጠቀም ተመልክቷል - እና እነሱ ከሌሎች የ BP የመለኪያ መሣሪያዎች ጋር ተጣምሮ ጥቅም ላይ ሊውል እንደሚችል ደርሰውበታል [10]። ምናልባት በዚህ አቅጣጫ ሊገኝ እና ሊታደስ የሚችል ብዙ አለ ፣ እና ስለሆነም PPG አሁን እና ለወደፊቱ በጤና እንክብካቤ ውስጥ እንደ አስፈላጊ መሣሪያ መታየት አለበት።

ደረጃ 7 - ማጣቀሻዎች

[1] ኤኤም ጋርሺያ እና ፒ አር ሆርቼ ፣ “የብርሃን ምንጭ በባይፎቶኒክ ደም መፈለጊያ መሣሪያ ውስጥ ማመቻቸት -የሙከራ እና የንድፈ ሀሳብ ትንተና ፣” ውጤቶች በፊዚክስ ፣ ጥራዝ። 11 ፣ ገጽ 975–983 ፣ 2018. [2] ጄ አለን ፣ “Photoplethysmography እና በክሊኒካዊ የፊዚዮሎጂ ልኬት ውስጥ አተገባበሩ ፣” የፊዚዮሎጂ ልኬት ፣ ጥራዝ። 28 ፣ አይደለም። 3 ቀን 2007 ዓ.ም.

[3] “ልብን መለካት - ECG እና PPG እንዴት ይሰራሉ?” ስሜቶች። [በመስመር ላይ]። ይገኛል https://imotions.com/blog/measuring-the-heart-how… [የተደረሰው 10-ዲሴ -2019]።

[4] ለአይረጉላር ሪሂዝም የማሳወቂያ ገፅታ የ DE NOVO ምደባ ጥያቄ።.

[5] ኤስ ባጋ እና ኤል ሻው ፣ “SpO2 እና Pulse Rate ለመለካት የ PPG ምልክት እውነተኛ ጊዜ ትንተና” ፣ ዓለም አቀፍ ጆርናል የኮምፒተር ትግበራዎች ፣ ጥራዝ። 36 ፣ አይደለም። 11 ፣ ታህሳስ 2011።

[6] ዋነንበርግ ፣ ዮሃን እና ማሌኪያን ፣ ሬዛ። (2015)። የሰውነት ዳሳሽ አውታረ መረብ ለሞባይል ጤና ቁጥጥር ፣ ምርመራ እና ግምታዊ ስርዓት። ዳሳሾች ጆርናል ፣ አይኢኢኢ። 15. 6839-6852. 10.1109/JSEN.2015.2464773.

[7] “መደበኛ የልብ ምጣኔ ምንድነው ?,” LiveScience. [በመስመር ላይ]። ይገኛል https://imotions.com/blog/measuring-the-heart-how… [የተደረሰው 10-ዲሴ -2019]።

[8] M. Khan, C. G. Pretty, A. C. Amies, R. Elliott, G. M. Shaw, and J G. Chase ፣ “በፎቶፕሌቲሞግራፊ ላይ የሙቀት ተፅእኖን መመርመር” ፣ IFAC-PapersOnLine ፣ ጥራዝ። 48 ፣ አይደለም። 20 ፣ ገጽ 360–365 ፣ 2015።

[9] M. Ghamari ፣ “ሊለበሱ በሚችሉ የፎቶፕሌይሞግራፊ ዳሳሾች እና በጤና እንክብካቤ ውስጥ ሊሆኑ የሚችሉ የወደፊት ትግበራዎች ግምገማ ፣” ዓለም አቀፍ ጆርናል ኦቭ ባዮሴንሰርስ እና ባዮኤሌክትሮኒክስ ፣ ጥራዝ። 4 ፣ አይደለም። 4 ፣ 2018።

[10] M. Elgendi ፣ R. Fletcher ፣ Y. Liang ፣ N. Howard ፣ NH Lovell ፣ D. Abbot, K. Lim, and R. Ward ፣ “የደም ግፊት ግፊትን ለመገምገም የፎቶፕሊቲሞግራፊ አጠቃቀም” ፣ npj Digital Medicine ፣ vol. 2 ፣ አይደለም። 1 ፣ 2019።