Датчик сатурации своими руками

Пульсоксиметр — устройство измерения кислорода в крови

Одним из средств диагностики при COVID-19 является измерении уровня кислорода в крови. Сейчас эти измерения делают с помощью прибора — пульсоксиметра. Желательно производить ряд измерений при различных условия, так как у разных людей показания могут меняться.

Содержание кислорода в крови у здорового человека составляет 96-100%. Быстрое снижение показателя указывает на развитие легочных либо сердечно-сосудистых заболеваний. Показатель ниже 90% свидетельствует об острой дыхательной недостаточности. Уменьшение значения на 3-4% от обычного для человека уровня может указывать на наличие тяжелого заболевания. В состоянии покоя уровень кислорода в крови (сатурация) обычно увеличивается, во время сна и при физических нагрузках – снижается.

Более насыщенная кислородом кровь имеет более яркий оттенок красного цвета. С изменением насыщенности крови кислородом (сатурации) меняется степень поглощения и отражения лучей красного и инфракрасного света, направленных на капилляры. При этом, проходя через кровь и ткани, световой сигнал приобретает пульсирующий характер под воздействием изменяющегося объема кровеносных сосудов.

Во время начала эпидемии такие приборы сильно подскочили в цене. Впрочем, также подскочила цена и на бесконтактные термометры. Например, в апреле месяце цена на бесконтактные термометры доходила до 14 тыс.руб.

Сейчас цены уже пришли в норму и самый дешевый пульсоксиметр на Али можно купить за 300 рублей, а бесконтактный термометр и того дешевле.
Мастер предлагает нам собрать пульсоксиметр своими руками.

Шаг первый: общие сведения
В данной самоделке мастер использует сенсорный модуль MAX30102 представленный в начале 2016 года компанией Maxim Integrated. MAX30102 — это интегрированный модуль биосенсора пульсоксиметра и монитора сердечного ритма. Он объединяет красный и инфракрасный светодиоды, фотодетектор, оптические компоненты и малошумную электронную схему с подавлением окружающего света. MAX30102 работает от источника питания напряжением 1,8 В. Отдельный источник питания 5,0 В требуется для излучения встроенных светодиодов.

Взаимодействие с внешними устройствами происходит через стандартный интерфейс I2C.
Мастер подключит датчик к плате ESP32, чтобы принимать входные данные и отображать контролируемый уровень кислорода в приложении Blynk на смартфоне.

Подробно о приложении Blynk можно прочесть в этой статье.

Шаг четвертый: код
Прилагаемый здесь код является полным. Просто нужно внести некоторые изменения в соответствии с «Blynk Auth Token» пользователя и настройками Wi-Fi. Загрузка стандартная, с помощью Arduino IDE.
Max30102_Oxymeter.ino

Источник

Как проверить сатурацию без пульсоксиметра в домашних условиях

Коронавирус имеет опасные осложнения, которые нередко удается предотвратить, предпринимая определенные меры. Разберем, как проверить сатурацию кислорода без пульсоксиметра.

Что такое сатурация кислорода в крови

Сатурация — это показатель содержания кислорода в красных форменных элементах крови сразу после того, как они прошли через легкие. То есть так обозначается количество оксигенированного гемоглобина в крови. Его измеряют врачи, чтобы быстро оценить дыхательную функцию пациента.

Прибор пульсоксиметр позволяет приблизительно оценить сатурацию артериальной крови без необходимости сдавать анализ. Через кожу он более точно измеряет насыщение кислородом (SpO2), а также обеспечивает более или менее точное отражение SAO2.

Для чего нужно измерять сатурацию кислорода в крови

Если человек болен, то уровень кислорода у него в крови в этом случае может быть более или менее ниже нормы. Важно знать, когда это происходит, ввиду того, что низкий показатель затрудняет нормальное функционирование клеток организма.

Кислород — это своего рода топливо, которое заставляет тело работать. Если его мало, в организме возникают различные сбои.

При COVID-19 пациенты с пораженными легкими имеют респираторные проблемы. Но на ранних стадиях заболевания низкий уровень кислорода не всегда сопровождается затрудненным дыханием.

Пациенты, инфицированные коронавирусом, могут хорошо дышать при насыщении кровотока кислородом на уровне 70, 60, 50% или даже меньше. Бессимптомный недостаток кислорода врачи считают наиболее опасным осложнением коронавируса.

Норма кислорода в крови у взрослого человека

Насыщение кровотока человека кислородом выражается в процентах. Цифры существенно различаются в зависимости от метода измерения.

В случае измерения параметра SaO2 уровень от 94 до 99% считается нормальным. Насыщенности форменных элементов кислородом от 90 до 94% недостаточно для нормального функционирования органов. Если сатурация менее 90%, речь идет о недостатке кислорода, это ситуация, требующая срочной медицинской помощи. В случае SpO2 нормальным считается показатель между 95 и 100%. Недостаточным является значение ниже 95%.

Низкая степень насыщения кислородом

Может быть много причин низкой сатурации кислорода, также называемой гипоксией. Это явление может быть так или иначе связано со следующими факторами:

• уменьшением доли кислорода в окружающем воздухе;
• сбоями в механике дыхания;
• нервно-мышечными повреждениями: такими, которые имеют место при синдроме Гийена-Барре.

Наконец, обструкция дыхательных путей, ангионевротический отек или астма могут спровоцировать гипоксию.

Высокая степень насыщения кислородом

Высокая степень насыщения кислородом не отображается при неинвазивном измерении, потому что приборы ограничены пределом до 100%. SaO2 может указывать на гипероксию (высокую степень насыщения), но это нечастое явление, и оно никогда не возникает под влиянием патологии. Гипероксия может быть спровоцирована терапевтическим лечением кислородом или у глубоководных ныряльщиков, которые вдыхают смеси сверхоксигенированного воздуха.

Как проверить сатурацию без пульсоксиметра в домашних условиях

Пациенты с COVID-19, которым не требуется немедленная госпитализация, но у которых обнаружен высокий риск развития серьезных симптомов, должны измерять сатурацию. Пульсоксиметр обычно используются для использования дома, чтобы уменьшить риск осложнений.

Необходимо медицинское вмешательство, если уровень насыщения кислородом начал падать. Во время первой волны стало ясно, что у некоторых пациентов развилась «тихая гипоксия». Когда происходила десатурация, у них не проявлялось никаких явных симптомов, таких как одышка или плохое самочувствие. Эти пациенты, как правило, требовали инвазивной респираторной поддержки и имели плохой прогноз.

Наиболее распространенный метод измерения сатурации кислорода — пульсоксиметрия. Это несложный, безболезненный, неинвазивный метод, при котором прибор надевается на кончик пальца или мочку уха для косвенного измерения насыщения организма кислородом.

Как проверить сатурацию без пульсоксиметра и возможно ли это?

Если у вас нет под рукой пульсоксиметра, вы можете использовать приложения на смартфоне. Правда, они признаны ненадежными. Умные часы и смарт-браслеты содержат спцеиальные опции для замера сатурации. Но их производители заявляют, что их продукция не является медицинским товаром. Многие россияне не понимают в таких условиях, как проверить сатурацию кислорода без пульсоксиметра. Помочь понять собственное состояние поможет знание характерных симптомов кислородного голодания. Пониженный по тем или иным причинам уровень кислорода в крови способен в перспективе привести к нарушению кровообращения и повлечь за собой следующие симптомы:

• выраженная или не очень одышка;
• головная боль;
• беспокойство;
• головокружение;
• учащенное дыхание;
• боль в груди;
• повышенное артериальное давление;
• проблемы с координацией;
• нарушения зрения;
• чувство эйфории;
• быстрое сердцебиение.

Можно ли измерить сатурацию кислорода на смартфоне или умными часами?

Как проверить сатурацию без пульсоксиметра в домашних условиях, используя имеющиеся под рукой гаджеты? Эта функция, называемая в часах SpO2, по существу показывает насыщение крови кислородом в периферических сосудах. У здорового человека это значение должно составлять 95–99%. В основном приборы показывают, сколько кислорода связано с гемоглобином в крови. Если это значение ниже, в организм поступает мало кислорода, например у астматиков или при различных пороках сердца. Когда он становится ниже 80%, встает вопрос о госпитализации.

Классические пульсоксиметры надеваются на палец. Прохождение света через кровоток используется для оценки параметра. Оптический датчик, которым оснащены часы и браслеты, используется не для измерения прохождения света через палец, а для измерения отражения от гемоглобина. Когда кислород связан с гемоглобином, он отражает свет иначе, чем гемоглобин, у которого нет кислорода. Само измерение длится от получаса до минуты и требует абсолютного спокойствия.

Пульсоксиметр на смарт-часах не новинка. Это модная тенденция 2020 года. Что касается популярных устройств, мы можем измерять сатурацию почти всеми моделями часов Honor и Huawei, включая такие модели, как Honor Band 5 или Huawei Band 4. Можно измерить ее новыми часами Apple Watch, Samsung Galaxy Watch3 и Watch2 Active. Из чуть менее популярных умных часов стоит указать Fitbit Versa 3, Garmin Forerunner 245, Garmin Vivoactive 4, Garmin Fenix 6, Fitbit Sense, realme Watch или Witchings ScanWatch. Вообще, сегодня очень много умных часов и браслетов предлагает эту функцию. Также стоит сказать про более старые модели смартфонов Samsung — от Galaxy Note 4 до Galaxy S10.

Инструкция по замеру с телефона

Разобраться, как проверить сатурацию без пульсоксиметра телефоном, совсем несложно. Для этого есть специальные программы с инструкциями и подробными видео по запуску функции измерения. Но их точность остается под вопросом. Как делать замер:

1. Перейдите к списку приложений. Коснитесь ярлыка того из них, что измеряет показатель SpO2. Запустите измерение. Когда результат отобразится на экране, измерение можно считать завершенным.
2. Измерение будет приостановлено, если вы проведете вправо по экрану устройства, отвечая на входящий звонок или СМС.
3. Для получения более точных результатов подождите от трех до пяти минут.
4. Не перемещайте прибор — расположите его так, чтобы он во время измерения прилегал немного плотнее. Убедитесь, что пульсометр соприкасается с вашей кожей и что между кожей и устройством нет ничего. Убедитесь, что экран смртфона обращен вверх.
5. Во время измерения прибор также будет измерять вашу частоту сердечных сокращений.

На результат могут влиять внешние факторы, такие как низкая температура окружающей среды, движения рук или татуировка на руке.

Что лучше, часы и смартфоны или пульсоксиметр?

Разница в их показаниях несущественна. Отличие состоит в методе измерения. Пульсоксиметр измеряет сатурацию практически всегда быстро и очень качественно. Часы могут быть капризными. Измерение не всегда бывает успешным, занимает больше времени, а иногда приходится отодвигать часы подальше от запястья.

Источник

Пульсоксиметр на основе платы Arduino и датчике MAX30100 своими руками

В связи с текущей пандемией коронавируса Covid-19 резко возрос спрос на такие электронные устройства как бесконтактные термометры и пульсоксиметры (Pulse-Oximeters). В настоящее время существует достаточно много различающихся по принципу действия пульсоксиметров и на нашем сайте мы уже рассматривали измеритель пульса на Ардуино, но в этой статье мы рассмотрим создание на основе платы Arduino и датчике MAX30100 пульсоксиметра, который по принципу действия и отображения получаемых результатов будет максимально приближен к пульсоксиметрам промышленного изготовления, которые продаются в магазинах. Для этого мы и применили в данном проекте датчик MAX30100 и OLED дисплей. Также мы постарались сделать наш пульсоксиметр максимально компактным, в связи с чем мы спроектировали его на основе платы Arduino Nano.

Также вы можете посмотреть на нашем сайте все проекты, связанные с медициной и, в частности, с проблематикой коронавируса.

Примечание : рассматриваемый в данной статье проект пульсоксиметра представлен в образовательных целях, не рекомендуем его использовать для лечения по настоящему (особенно тяжело) больных людей – используйте для этой цели сертифицированные пульсоксиметры.

Датчик MAX30100

Датчик MAX30100 позволяет производить измерение уровня насыщения крови кислородом (сатурация кислорода в крови, SpO2) и пульса (сердечного ритма) и передавать эту информацию микроконтроллеру по интерфейсу I2C. Таким образом, датчик содержит две интегрированные в него функции – мониторинг пульса и измерение уровня насыщения кислородом крови в неинвазивной форме.

Датчик содержит фотодетекторы и оптические элементы, в которых производится модуляция излучения красного или зеленого светодиодов импульсами. Ток светодиодов можно настроить в диапазоне от 0 до 50mA. На следующем рисунке представлен внешний вид датчика MAX30100.

Датчик работает с напряжениями в диапазоне от 1.8V до 5.5V. Подтягивающие резисторы для контактов интерфейса I2C включены в состав датчика.

OLED дисплей

OLED дисплеи с каждым годом находят все больше применения в современной электронике. В нашем проекте пульсоксиметра мы также решили использовать OLED дисплей поскольку все пульсоксиметры промышленного изготовления в качестве устройства отображения информации используют OLED дисплей. Мы использовали OLED дисплей с диагональю 1.3 дюйма, работающий по интерфейсу I2C. Дисплей поддерживает разрешение 128×32 пикселов и содержит управляющий чип (драйвер) SSD1306. Внешний вид такого дисплея показан на следующем рисунке.

Все проекты с использованием подобного дисплея на нашем сайте вы можете посмотреть по следующей ссылке.

Технические характеристики OLED дисплея SSD1306:

• драйвер микросхемы OLED: SSD1306;
• разрешение: 128 x 64;
• угол зрения: >160°;
• входное напряжение: 3.3V

6V;

цвет пикселов: синий;

диапазон рабочих температур: -30°C

Необходимые компоненты

1. Плата Arduino Nano (купить на AliExpress).
2. Два подтягивающих резистора для интерфейса I2C сопротивлением 4,7 кОм (купить на AliExpress).
3. Датчик MAX30100 (купить на AliExpress).
4. OLED дисплей SSD1306 с разрешением 128×32 (128×64) (купить на AliExpress).
5. Источник питания с напряжением 5V, обеспечивающим ток не менее 300mA.

Схема проекта

Схема пульсоксиметра на основе платы Arduino и датчике MAX30100 представлена на следующем рисунке.

Как видите, схема очень проста – контакты A5 и A4 платы Arduino Nano соединены с контактами интерфейса I2C (SDA и SCL) датчика MAX30100 и OLED дисплея с использованием двух подтягивающих резисторов.

Объяснение программы для Arduino

Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим его основные фрагменты.

Источник