MAX32620FTHR-gebaseerde intelligente biomedische monitor

Onderdelen en benodigdheden

Benodigde tools en machines

• Computer
• Solfierstation
• Handgereedschap
• Smartphone (voor Bluetooth-app)

Apps en online diensten

• Fritzing (voor schema/PCB ontwerp)
• Arduino IDE
• MIT App Inventor (voor aangepaste Android-app)

Over dit project

Geschiedenis

Op aarde staan we voor miljoenen uitdagingen om te overleven en onze levenskwaliteit als samenleving te verbeteren. Als we nadenken over gezondheidsbehoud, denken we aan hoe we gezond blijven voor werk, sociaal leven, of hoe we zorgen voor onze ouderen. Maar er zijn problemen die onopgemerkt blijven.

Rond de 29.000 kinderen, 21 per minuut, sterven elke dag, voornamelijk aan oorzaken die voorkomen hadden kunnen worden.

In ontwikkelingslanden vindt ongeveer 80% van de gezondheidszorg thuis plaats, en de meeste kinderen en ouderen die overlijden, doen dat thuis zonder ooit door een gezondheidsarbeider onderzocht te zijn. (BRON: UNICEF)

Het gebruik van nieuwe technologieën in de geneeskunde vindt langzaam zijn weg naar dit gebied en is in verschillende aspecten van gezondheidszorg nuttig en behulpzaam gebleken.

Gegeven de data en bovenstaande informatie, en rekening houdend met de hoge sterftescijfers door ziekten die tijdig met goedkope basisonderzoeken behandeld hadden kunnen worden, maar in onze gemeenschap beperkte toegang hebben, stelden we de vraag: Hoe ontwerpen en bouwen we een biomedisch monitoringssysteem voor iedereen, gevoed door lichaamswarmte via de MAX32620FTHR?

Ons project streeft ernaar elke bovengenoemde moeilijkheid op te lossen.

Oplossing

Ons project bestaat uit drie fasen die samen ons grote project vormen:

FASE #1: Ontwerp en bouw een intelligente armband met componenten voor diagnose en meting van basis vitale functies (temperatuur, hartslag/BPM, SpO2) die via programmering geanalyseerd worden en naar fase 2 worden gestuurd. In een tweede prototype verwachten we analyse en nameting van biologische monsters (bloedtest) te integreren om de diagnose sterk uit te breiden.

FASE #2: Ontwerp en programmeer in de cloud een database die in staat is om de resultaten van iedere persoon te ontvangen, analyseren, evalueren en vast te leggen in een persoonlijk medisch dossier. Het platform kan ook symptomen herkennen en ziekten bepalen op basis van de genomen monsters. Iedereen kan toegang krijgen tot hun medische dossier via een applicatie of het web. Ook de huisarts of gezondheidsdienstverlener heeft toegang tot de data.

Stap 1: Maak verbindingen

De schakeling verbindt de MAX32620FTHR met de sensoren (LM35 op A1, hartslagsensor op A2), Bluetooth-module (HC-06) en Peltier-element. Zie de Fritzing-schema's in de projectdocumentatie.

Stap 2: Hoe wordt energie gegenereerd?

Een Peltier-element wordt gebruikt om elektriciteit te genereren uit het temperatuurverschil tussen lichaamstemperatuur en omgevingstemperatuur. Dit voedt de MAX32620FTHR. Zie schema voor details.

Stap 3: MAX32620FTHR verbinden met PC en Arduino IDE configureren

1. Ga in Arduino IDE naar Bestand → Voorkeuren (Windows/Linux) of Arduino → Voorkeuren (Mac).
2. Voeg in het veld Extra Boardbeheer URLs toe: https://raw.githubusercontent.com/maximintegratedmicros/arduino-collateral/master/package_maxim_index.json
3. Ga naar Tools → Board → Boardbeheer...
4. Zoek naar "maxim".
5. Selecteer Maxim's 32-bit Microcontroller en klik Installeren.
6. Sluit Boardbeheer.
7. Ga naar Tools → Board. In de sectie Maxim ARM (32-bit) Boards, selecteer je bord.
8. Sluit je bord aan en selecteer onder Tools → Poort de juiste seriële poort.
9. Ga naar Tools → Programmeerder en selecteer DAPLink.

BELANGRIJK: Controleer of alles werkt door de "Blink" sketch te uploaden (Bestand → Voorbeelden → 01.Basics → Blink).

Stap 4: Laad de code

#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial blue(TX, RX); // Bluetooth verbinding
char NOMBRE[21] = "MONITOR MEDICAL"; // Max 20 karakters
char BPS = '4'; // 4=9600 baud
char PASS[5] = "1651"; // 4-cijferige PIN
float tempC;
int PulseSensorPurplePin = A2;
int Signal;
int Threshold = 550;
int tempPin = A1;
int select = 3;

void setup() {
  blue.begin(9600);
  blue.println("Conect");
  blue.println("WELCOME TO YOUR PERSONAL MEDICAL ASSISTANT");
}

void loop() {
  if (blue.available() > 0) {
    select = blue.read();
    switch (select) {
      case 'a': // Temperatuur
        tempC = analogRead(tempPin);
        tempC = (tempC * 5.0 * 100) / 970;
        blue.println(tempC);
        blue.print(" °C");
        delay(1000);
        break;
      case 'b': // Hartslag
        Signal = analogRead(PulseSensorPurplePin);
        blue.println(Signal);
        blue.print(" RPM");
        delay(1000);
        break;
      default:
        blue.println("error");
        delay(1500);
    }
  }
}

Opmerking: Als er fouten zijn of verbeteringen, hoor ik het graag!

Stap 5: Apparaat via Bluetooth verbinden

Koppel de HC-06 module met een smartphone. Gebruik een terminal-app of de zelfgemaakte app via MIT App Inventor.

Stap 6: IoT Data Cloud Ontwerp

Tijdens de ontwikkeling heb ik een gedeelde datacloud ontworpen waarmee artsen, familie en geïnteresseerden realtime toegang hebben tot gezondheidsdata en symptomen.

Wanneer we zeiden dat we virussen en ziekten konden diagnosticeren en detecteren, bedoelden we dat we de bevolkingsgroep kunnen visualiseren die beïnvloed wordt, zoals in het onderstaande voorbeeld:

Conclusie

Dankzij dit kleine apparaat, dat we met 3D-printmodellen (bijv. een armband) op het lichaam kunnen dragen, kunnen we realtime en 24/7 alle mensen van een populatie monitoren. Dit stelt ons in staat om de dagelijkse sterfte door gebrek aan medische diagnostiek van 29.000 per dag te verminderen tot minder dan 1.000.

Dit is een ambitieus doel, maar niet onmogelijk. Dankzij de technologie van Maxim Integrated kunnen we hardware en apparaten ontwikkelen die oplossingen bieden voor alledaagse problemen.

Voordelen van zo'n apparaat per persoon:

• Dagelijkse medische check-up en diagnose
• Inzicht in gezondheid van kinderen en ouderen
• Medische hulp bij noodgevallen
• Vroegtijdige detectie van nieuwe ziekten
• Instructies bij noodgevallen
• Medicijnvoorschrift op basis van afgeleide symptomen

Dit project is in ontwikkeling. Mijn taken om te implementeren:

• IoT-integratie voor data-upload naar de cloud, delen met artsen, ziekenhuizen en gezondheidsorganisaties
• Door checks te delen met professionals kunnen we de bron van nieuwe ziekten opsporen en aan de wortel bestrijden
• Onze gemeenschappen en burgers kunnen verzekerd zijn dat de uitbreiding van nieuwe virussen minimaal blijft

Dank jullie wel Maxim Integrated en Hackster team voor de mogelijkheid dit initiatief te delen!

UPDATE 25 augustus: We hebben al een database-cloud stone. Ook een zonnepaneel geïmplementeerd zodat overdag zonne-energie gebruikt kan worden.

Code

De hoofdcode voor de MAX32620FTHR is hierboven in Stap 4 weergegeven. Deze gebruikt SoftwareSerial voor Bluetooth-communicatie en een simpele commando-interface ('a' voor temperatuur, 'b' voor hartslag).

Schema's

Fritzing-bestanden (.fzpz) en schema-afbeeldingen zijn beschikbaar in de projectdocumentatie.