Medición de Saturación de oxígeno en sangre SpO2, frecuencia cardíaca y presión arterial con Arduino

«La ingeniería biomédica sigue creciendo. Estamos apenas en el comienzo del impacto de la Bioingeniería».

La placa Pulse Express simplifica la obtención de los tres parámetros vitales: SpO2, frecuencia cardíaca y tendencia de la presión arterial.

¿Conoce el nivel de oxígeno en su sangre o el nivel de oxígeno que requiere su cuerpo? ¿Le gustaría registrar su frecuencia cardíaca y presión arterial en cualquier momento del día sin mucho esfuerzo? El alto estrés fisiológico y las grandes altitudes pueden ser una razón para la variación de los niveles de oxígeno. El cuerpo humano generalmente es capaz de adaptarse a condiciones tan extremas, pero la hipoxemia siempre es una posibilidad.

Lo que queremos presentar en este artículo es una forma única y sencilla de medir oximetría (saturación en sangre) y calcular la spO2, la frecuencia cardíaca y la tendencia de la presión arterial con una precisión sorprendentemente alta.

¿En qué se diferencia el accesorio Pulse Express de cualquier otro hardware para medición de pulso?

Hay varias tarjetas de medición de pulso disponibles con diferentes factores de forma y aplicaciones. ProtoCentral también proporciona la placa popular de conexión basada en MAX30102 en una variedad de versiones, pero Pulse Express se destaca por integrar el concentrador de sensor biométrico MAX32664D.

Normalmente, la medición de oximetría está disponible en una salida de los sensores ópticos y depende del usuario calcular otros signos vitales como la frecuencia cardíaca, spO2, etc., pero el concentrador del sensor MAX32664D hace todos los cálculos de los signos vitales y le proporciona el resultado final.

  • Construido con la forma y el tamaño de un dedo, es ideal para medir los signos vitales con un orificio de correa de velcro para posicionar el dedo en la posición correcta.
  • Algoritmo interno para medir la frecuencia cardíaca del pulso, la saturación de oxígeno en sangre del pulso (SpO2), la tendencia de la presión arterial estimada.
  • Integra un pulsioxímetro de alta sensibilidad y un sensor de frecuencia cardíaca ( MAX30102 ) y un concentrador de sensor biométrico ( MAX32664D )
  • Acelerómetro incorporado para una detección y compensación sólidas de artefactos de movimiento.

¿Qué es la pulsioximetría y por qué es importante?

La pulsioximetría (porcentaje de concentración de SpO2 en sangre) se ha utilizado como un indicador clave de salud durante muchas décadas. Aunque el desarrollo académico original se realizó en 1935, la base moderna para determinar la concentración de SpO2 utilizando fuentes de luz y fotosensores fue desarrollada por Takuo Aoyagi y Michio Kishi en 1972. Cuando es comercialmente factible, los dispositivos de medición de concentración de SpO2 han logrado enormes ganancias en Aplicaciones médicas. Desde 1987, el estándar de atención (SoC) para la administración de un anestésico general ha incluido la oximetría de pulso. Todos los equipos de cabecera de los hospitales modernos incluyen un módulo de SpO2 basado en los mismos fundamentos, aunque con modificaciones menores.

La pulsioximetría se utiliza para medir el nivel de oxígeno (saturación de oxígeno) en la sangre. Es una medida simple e indolora de qué tan bien se envía oxígeno desde su corazón a partes de su cuerpo, como sus brazos y piernas. Se puede utilizar para comprobar si hay suficiente oxígeno en la sangre y para comprobar la salud de una persona con cualquier afección que afecte los niveles de oxígeno en sangre.

¿Qué es la tendencia de la presión arterial (BPT)?

La tendencia de la presión arterial NO es lo mismo que la medición de la presión arterial absoluta. BPT utiliza un algoritmo para observar los cambios en la forma de la señal del fotopletismograma  y correlacionarlos con los cambios en la presión arterial a partir de una presión arterial basal calibrada. Esto sigue siendo útil porque no es posible tomar registros continuos de la presión arterial de los dispositivos tradicionales de esfigmomanómetro con brazalete inflable.

Los cambios en la presión arterial o la tendencia de la presión arterial (BPT) demuestran ser valiosos en la atención cardiovascular y el seguimiento de los pacientes de alto riesgo.

Descripción general del hardware

Protocentral Pulse Express viene con todas las cosas básicas para que pueda comenzar a leer la señal PPG y obtener medidas básicas. Consiste en un concentrador de sensor biométrico MAX32664-D junto con un sensor de pulso MAX30102 y convertidores de nivel lógico.

Simplemente tiene que conectarlo con Arduino como se muestra en la siguiente tabla.

¿Por qué Arduino Nano BLE?

Si se pregunta por qué usamos un Arduino Nano 33 BLE en lugar de un Arduino normal, creo que es porque aún no hemos escrito al respecto. Si está destinado a usarse como un dispositivo portátil, entonces un tamaño pequeño y alguna capacidad inalámbrica ayudarían. Usando la nueva biblioteca ArduinoBLE, pretendemos convertirlo en un dispositivo de para biomédica.

Se está desarrollando una aplicación móvil basada en Flutter para ver la salida del dispositivo.

Esquema

¿Qué hicimos?

Hemos diseñado el ProtoCentral Pulse Express con sensores ópticos integrados de alta sensibilidad ( MAX30102) y un concentrador de sensor biométrico  MAX32664D para leer señales PPG y realizar mediciones de frecuencia cardíaca, spo2 y saturación de oxígeno en sangre en los dedos. La placa está conectada al Arduino NANO 33 BLE usando una interfaz I2C estándar. Las conexiones se realizan como se muestra en la siguiente tabla:

El uso de la biblioteca Arduino ProtoCentral Pulse Express cargada en el NANO en interfaz con el pulsioxímetro Pulse Express y el monitor de frecuencia cardíaca hace que sea mucho más fácil leer la PPG y la SPO2 medida, la frecuencia cardíaca y la presión arterial estimada. La salida se ve en el monitor.

Ejemplo 1 de Arduino – Salida fotopletismograma (PPG) sin procesar

Puede utilizar este ejemplo para leer las señales PPG sin procesar sin cargar ninguno de los datos del algoritmo.

Sube el código de ejemplo a tu Arduino y abre el trazador serial Arduino con una velocidad de 115200 baudios.

Ejemplo 2 de Arduino: modo de estimación BPT

Este ejemplo configura el sensor en modo de algoritmo para permitir que el sensor comience a calcular los valores de Spo2, PA sistólica y diastólica y FC.

Puede agregar sus lecturas de presión arterial reales de un medidor de presión arterial clínico de manguito que proporcionaría una mejor precisión para el algoritmo de PA.

Puede agregar 3 lecturas de presión arterial diferentes al código en el archivo Example2-BPT-assessment-mode.ino . Como se muestra a continuación.

Función para cargar variables de calibración del algoritmo

La placa se iniciará en modo de calibración una vez que cargue la biblioteca, deberá mantener el dedo en el sensor hasta que el progreso de la calibración alcance el 100%.

Progreso de calibración mostrado en terminal serial

La placa cambiará al modo de estimación una vez que se complete el proceso de calibración. El algoritmo tarda de 10 a 20 segundos en recopilar suficientes muestras para dar buenos valores. Úselo en el dedo sujetado con velcro.

Salida de datos de algoritmo en terminal serial arduino

¿A dónde vamos?

Tuvimos una buena experiencia interactuando con esta placa y nos aseguramos de que ahorrara mucho tiempo al usuario. Probamos para demostrar que el dispositivo es muy estable, pero aún hay más pruebas para evaluar la robustez del dispositivo.

Nos gustaría ver qué se puede construir con esta placa, incluidos los dispositivos de pulso portátiles conectados a bluetooth o las aplicaciones de salud basadas en los dedos. Pronto publicaremos otro artículo.

Podés bajar los archivos del proyecto aquí.

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Ingeniero Biomédico

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