Sistema inteligente de detección de falencias en la respiración integrada con oximetría de pulso

Componentes utilizados en este proyecto

Componentes de hardware

Arduino MKR1000 ×1

Balenafin ×1

Desglose de la calidad del aire SparkFun – CCS811 ×1

ProtoCentral Electronics ProtoCentral Oxímetro de pulso y sensor de frecuencia cardíaca basado en MAX30100 ×1

Aplicaciones de software y servicios en línea

IDE de Arduino

Nodo-RED

BalenaCloud

Historia

Detalles

Airborne es una transmisión que entrega aerosoles o gotitas (gotas) que son muy pequeñas. Los aerosoles también se conocen como microgotas. El tamaño es inferior a 5 micrómetros. Mientras que las gotas suelen ser más grandes que 5 micrómetros. Debido a que es pequeño y liviano, el aerosol que transporta el coronavirus SARS-CoV-2 puede sobrevivir flotando en el aire durante varias horas. Además, este aerosol también puede desplazarse bastante lejos. Los estudios en los EE. UU. dicen que el coronavirus SARS-CoV-2 puede vivir en aerosoles hasta por cuatro horas. Mientras que otros estudios (aún no revisados por pares) dicen que puede durar 16 horas (https://www.cnbcindonesia.com/) .

El dióxido de carbono (CO2) es un subproducto de la combustión, así como el resultado del proceso metabólico en los organismos vivos. Debido a que el dióxido de carbono es el resultado del metabolismo humano, las concentraciones dentro de un edificio a menudo se usan para indicar si se está suministrando suficiente aire fresco al espacio. Los niveles moderados a altos de dióxido de carbono pueden causar dolores de cabeza y fatiga, y las concentraciones más altas pueden producir náuseas, mareos y vómitos. La pérdida del conocimiento puede ocurrir en concentraciones extremadamente altas. A temperatura ambiente, el dióxido de carbono es un gas incoloro, inodoro, ligeramente ácido y no inflamable. El dióxido de carbono es un subproducto de la función celular normal y se elimina del cuerpo a través de los pulmones en el aire exhalado. El dióxido de carbono también se produce cuando se queman combustibles fósiles (https://ohsonline.com/articles/2016/04/01/carbon-dioxide-detection-and-indoor-air-quality-control.aspx).

Solución

IoT Respiración

Una de las mayores fuentes de dióxido de carbono en interiores es en realidad nuestro cuerpo. A medida que respira, cada una de las células de su cuerpo toma oxígeno para completar un proceso llamado respiración celular. Durante esta serie de reacciones químicas, su cuerpo produce dióxido de carbono, que lo libera cuando exhala. Por lo general, este dióxido de carbono se dispersaría en el aire, pero en habitaciones y hogares cerrados, el CO2 no tiene adónde ir.

La respiración humana emite gas volátil, por lo que detectar el gas volátil del aliento humano y medir la temperatura corporal es la principal sugerencia para la prevención de contraer Covid-19. Detectar compuestos orgánicos volátiles (COV) a través del aire exhalado es descubrir enfermedades respiratorias.

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Luego desarrollamos ” detección de respiración inteligente integrada con oxímetro de pulso ” que se llama AQTech. Detecta la concentración de dióxido de carbono y los compuestos orgánicos volátiles (COV) totales de la respiración humana y detecta los niveles de oxígeno en la sangre mediante un oxímetro de pulso. Los datos de la oximetría de pulso y el gas volátil que sale del aliento humano se pueden correlacionar para determinar los síntomas de enfermedades respiratorias a través de análisis.

Una lectura normal de oxígeno en la sangre estaría entre 95 y 100 por ciento. Cualquier valor por debajo de 90 se considera poco saludable. Si bien indicó pacientes con coronavirus con mediciones tan bajas como el 50 por ciento. Cuando los niveles de oxígeno descienden tanto, los pacientes tienen muchos más problemas aparentes para respirar. En cambio, estos pacientes a menudo ingresaban a la sala de emergencias solo después de notar recientemente una dificultad para respirar y haber estado enfermos con síntomas como fiebre, tos y fatiga durante una semana. Con COVID-19, los pulmones permanecen inicialmente “dispuestos”, lo que significa que aún no están rígidos ni pesados con líquido, por lo que pueden eliminar el dióxido de carbono incluso cuando su capacidad para proporcionar oxígeno al cuerpo se ve afectada. Una acumulación de dióxido de carbono haría que los pacientes se vuelvan letárgicos o inconscientes. (https://www.everydayhealth.com/coronavirus/can-a-pulse-oximeter-save-your-life-if-you-have-covid-19/) .

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Luego, los datos podrían ser la base para un tratamiento posterior y/o prácticas para mejorar el sistema de detección a través de la respiración exhalada. La tecnología de AQTech se basa en el Internet de las cosas (IoT) integrado con un sensor de oximetría de pulso para medir la frecuencia cardíaca, el nivel de oxígeno en la sangre y detectar los compuestos orgánicos volátiles (COV) exhalados al respirar y la concentración de CO2 para detectar la infección de enfermedades respiratorias.

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Los datos se pueden configurar, así como los resultados del monitoreo también se conectan directamente y se almacenan en influxdb en IoT Gateway. Desde la puerta de enlace de IoT, el sistema de IoT se utiliza para enviar datos de frecuencia cardíaca, nivel de oxígeno, dióxido de carbono y compuestos orgánicos volátiles a la nube para análisis en tiempo real. La tecnología en este proyecto es para ayudar a detectar la infección de enfermedades respiratorias a través del análisis de COV y la concentración de CO2 de la respiración exhalada y la medición del nivel de oxígeno en la sangre.

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Se utiliza un sistema de sensores de red que consta de Arduino MKR1010, sensor de oximetría de pulso MAX30100 y sensores de calidad del aire CSS811 para medir el dióxido de carbono y los compuestos orgánicos volátiles totales de la respiración exhalada. La transmisión de datos utilizada en un protocolo de comunicación es Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) en el que los sensores se conectan a una puerta de enlace IoT (placa BalenaFin) programada con NodeRED. Al usar el protocolo MQTT, la comunicación entre el microcontrolador, la puerta de enlace y las aplicaciones móviles o las computadoras se puede integrar.

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Los datos de medición consisten en 4 valores conectados a Node-RED, la nube, la base de datos local mediante influxdb, visualización y modelado computacional. Los datos del sensor almacenados en la base de datos se pueden utilizar para el proceso de visualización en tiempo real.

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Esquemático

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Acerca de Ahmad Radhy 2 Artículos
Soy cofundador de CeriTech Indonesia, una pequeña empresa que se centra en la producción de café poscosecha con la habilitación de IoT y la nube. Tengo una maestría en el Instituto de Física Teknologi Bandung Indonesia.

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