আপনার হার্ট রেট পরিমাপ করা আপনার আঙুলের ডগায়: ফটোপ্লেথিসমোগ্রাফি হার্ট রেট নির্ধারণের পদ্ধতি: 7 টি ধাপ

2024 লেখক: John Day | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2024-01-30 08:00

একটি ফোটোপ্লেথিসমোগ্রাফ (পিপিজি) একটি সহজ এবং কম খরচে অপটিক্যাল কৌশল যা প্রায়ই টিস্যুর একটি মাইক্রোভাসকুলার বিছানায় রক্তের পরিমাণ পরিবর্তন সনাক্ত করতে ব্যবহৃত হয়। এটি সাধারণত ত্বকের উপরিভাগে পরিমাপ করতে অ-আক্রমণাত্মকভাবে ব্যবহৃত হয়, সাধারণত একটি আঙুল। পিপিজির তরঙ্গাকৃতি একটি হৃদস্পন্দন (এসি) শারীরবৃত্তীয় তরঙ্গাকৃতি আছে যার কারণে প্রতিটি হৃদস্পন্দনের সাথে রক্তের পরিমাণে কার্ডিয়াক সিঙ্ক্রোনাস পরিবর্তন হয়। এসি তরঙ্গটি ধীরে ধীরে পরিবর্তিত (ডিসি) বেসলাইনের উপর চাপানো হয় যা বিভিন্ন নিম্ন ফ্রিকোয়েন্সি উপাদানগুলির সাথে থাকে যা শ্বাসকষ্ট, সহানুভূতিশীল স্নায়ুতন্ত্রের কার্যকলাপ এবং থার্মোরেগুলেশনের কারণে হয়। একটি পিপিজি সংকেত অক্সিজেন স্যাচুরেশন, রক্তচাপ এবং কার্ডিয়াক আউটপুট পরিমাপ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে, কার্ডিয়াক আউটপুট পরীক্ষা করতে এবং সম্ভাব্য পেরিফেরাল ভাস্কুলার ডিজিজ সনাক্ত করতে [1]।

আমরা যে যন্ত্রটি তৈরি করছি তা হার্টের জন্য একটি আঙুলের ফোটোপ্লেথিসমোগ্রাফ। এটি ব্যবহারকারীর জন্য একটি নেতৃত্বাধীন এবং ফোটোট্রান্সিস্টরের উপর কফের মধ্যে তাদের আঙুল রাখার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। ডিভাইসটি তখন প্রতিটি হৃদস্পন্দনের জন্য (আরডুইনোতে) ঝলক দেবে এবং হৃদস্পন্দন গণনা করবে এবং স্ক্রিনে আউটপুট দেবে। এটি শ্বাসযন্ত্রের সংকেত দেখতে কেমন তাও দেখাবে যাতে রোগী সম্ভবত এটিকে তার আগের তথ্যের সাথে তুলনা করতে পারে।

একটি PPG আলোর সংক্রমণ বা প্রতিফলন পরিমাপ করে রক্তের ভলিউমে ভলিউমেট্রিক পরিবর্তন পরিমাপ করতে পারে। প্রতিবার হার্ট পাম্প করলে বাম ভেন্ট্রিকলে রক্তচাপ বেড়ে যায়। উচ্চ চাপ প্রতিটি ধাক্কা দিয়ে ধমনীগুলিকে সামান্য বুলিয়ে দেয়। চাপ বৃদ্ধি আলোর পরিমাণে একটি পরিমাপযোগ্য পার্থক্য সৃষ্টি করে যা প্রতিফলিত হয় এবং আলোর সংকেতের প্রশস্ততা নাড়ির চাপের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক [2]।

অনুরূপ ডিভাইস হল অ্যাপল ওয়াচ পিপিজি সেন্সর। এটি পালস রেট ডেটা বিশ্লেষণ করে এবং এটি AFib এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ অনিয়মিত হৃদস্পন্দনের সম্ভাব্য পর্বগুলি সনাক্ত করতে ব্যবহার করে। এটি যেকোনো মুহূর্তে ব্যবহারকারীর কব্জিতে প্রবাহিত রক্তের পরিমাণের আপেক্ষিক পরিবর্তনগুলি সন্ধান করতে হালকা সংবেদনশীল ফটোডিওড সহ সবুজ LED লাইট ব্যবহার করে। এটি হার্ট রেট পরিমাপের জন্য পরিবর্তনগুলি ব্যবহার করে এবং যখন ব্যবহারকারী স্থির থাকে, সেন্সর পৃথক ডাল সনাক্ত করতে পারে এবং বীট-টু-বিট ব্যবধানগুলি পরিমাপ করতে পারে [3]।

সরবরাহ

প্রথমত, সার্কিট তৈরির জন্য আমরা একটি ব্রেডবোর্ড ব্যবহার করেছি, (1) সবুজ LED, (1) ফোটোট্রান্সিস্টর, (1) 220 Ω রোধ, (1) 15 kΩ প্রতিরোধক, (2) 330 kΩ, (1) 2.2 kΩ, (1) 10 kΩ, (1) 1 μF ক্যাপাসিটর, (1) 68 nF ক্যাপাসিটর, UA 741 op-amp এবং তারের।

পরবর্তী, সার্কিট পরীক্ষা করার জন্য আমরা একটি ফাংশন জেনারেটর, পাওয়ার সাপ্লাই, অসিলোস্কোপ, অ্যালিগেটর ক্লিপ ব্যবহার করেছি। অবশেষে, একটি ব্যবহারকারী বান্ধব UI তে সিগন্যাল আউটপুট করার জন্য আমরা Arduino সফটওয়্যার এবং একটি Arduino Uno এর সাথে একটি ল্যাপটপ ব্যবহার করেছি।

ধাপ 1: পরিকল্পিত আঁকুন

আমরা পিপিজি সিগন্যাল ক্যাপচার করার জন্য একটি সহজ পরিকল্পিত অঙ্কন করে শুরু করেছি। যেহেতু পিপিজি এলইডি ব্যবহার করে, তাই আমরা প্রথমে একটি 220 Ω রোধকের সাথে সিরিজের একটি সবুজ LED সংযুক্ত করেছি এবং এটি 6V শক্তি এবং স্থলকে সংযুক্ত করেছি। পরবর্তী পদক্ষেপটি ছিল ফোটোট্রান্সিস্টর ব্যবহার করে পিপিজি সিগন্যাল ক্যাপচার করা। LED এর অনুরূপ, আমরা এটিকে 15 kΩ দিয়ে সিরিজে রেখেছি এবং এটি 6V পাওয়ার এবং গ্রাউন্ডের সাথে সংযুক্ত করেছি। এর পরে একটি ব্যান্ডপাস ফিল্টার ছিল। একটি পিপিজি সিগন্যালের স্বাভাবিক ফ্রিকোয়েন্সি পরিসীমা হল 0.5 Hz থেকে 5 Hz [4]। F = 1/RC সমীকরণ ব্যবহার করে, আমরা নিম্ন এবং উচ্চ পাস ফিল্টারের জন্য প্রতিরোধক এবং ক্যাপাসিটরের মান গণনা করেছি, যার ফলে উচ্চ পাস ফিল্টারের জন্য 330 kΩ প্রতিরোধক সহ 1 μF ক্যাপাসিটর এবং 10 kΩ প্রতিরোধক সহ 68 nF ক্যাপাসিটর নিম্ন পাস ফিল্টার। আমরা 6V এবং -6V দিয়ে চালিত ফিল্টারগুলির মধ্যে UA 741 op -amp ব্যবহার করেছি।

ধাপ 2: একটি অসিলোস্কোপে সার্কিট পরীক্ষা করুন

আমরা তারপর একটি breadboard উপর সার্কিট নির্মিত। এর পরে, আমরা অসিলোস্কোপে সার্কিট আউটপুট পরীক্ষা করে দেখেছি যে আমাদের সংকেত প্রত্যাশিত ছিল। উপরের পরিসংখ্যানগুলিতে দেখা গেছে, সার্কিটটি একটি শক্তিশালী, স্থিতিশীল সংকেত সৃষ্টি করেছিল যখন একটি আঙুল সবুজ LED এবং ফোটোট্রান্সিস্টরের উপরে রাখা হয়েছিল। সংকেত শক্তি ব্যক্তিদের মধ্যেও পরিবর্তিত হয়। পরবর্তী পরিসংখ্যানগুলিতে, ডাইক্রোটিক খাঁজটি স্পষ্ট এবং এটি স্পষ্ট যে প্রথম কয়েকটি পরিসংখ্যানে ব্যক্তির চেয়ে হৃদস্পন্দন দ্রুততর।

একবার আমরা নিশ্চিত হলাম যে সিগন্যালটি ভাল, তারপর আমরা একটি Arduino Uno নিয়ে এগিয়ে গেলাম।

ধাপ 3: একটি Arduino Uno এর সাথে ব্রেডবোর্ড সংযুক্ত করুন

আমরা আরডুইনোতে A0 (কখনও কখনও A3) এবং ব্রেডবোর্ডের স্থল রেলকে আরডুইনোতে একটি GND পিনে পিন করার জন্য আউটপুট (স্কিম্যাটিক এবং গ্রাউন্ডে দ্বিতীয় ক্যাপাসিটর C2 জুড়ে) সংযুক্ত করেছি।

আমরা যে কোডটি ব্যবহার করেছি তার জন্য উপরের ছবিগুলি দেখুন। পরিশিষ্ট A এর কোডটি শ্বাসযন্ত্রের সংকেতের গ্রাফ দেখানোর জন্য ব্যবহৃত হয়েছিল। পরিশিষ্ট B এর কোডটি প্রতিটি হার্টবিটের জন্য আরডুইনো ব্লিঙ্কে একটি অন্তর্নির্মিত LED থাকতে ব্যবহার করা হয়েছিল এবং হার্ট রেট কী তা মুদ্রণ করে।

ধাপ 4: মনে রাখার টিপস

গবেষক জোহান ওয়ানেনবার্গ এট আল।, মোবাইল হেলথ মনিটরিং, এ ডায়াগনোসিস অ্যান্ড অ্যান্টিসিপিটিং সিস্টেম ফর বডি সেন্সর নেটওয়ার্ক পেপারে, বিশুদ্ধ পিপিজি সিগন্যালের গাণিতিক মডেল তৈরি করেছেন [৫]। আমাদের সংকেত - একটি পৃথক ব্যক্তির - (পরিসংখ্যান 3, 4, 5, 6) এর সাথে একটি বিশুদ্ধ সংকেতের আকারের তুলনা করার ক্ষেত্রে, কিছু স্পষ্ট পার্থক্য রয়েছে। প্রথমত, আমাদের সংকেত পিছিয়ে ছিল, তাই ডান দিকের পরিবর্তে প্রতিটি শিখরের বাম দিকে ডাইক্রোটিক খাঁজ। এছাড়াও, সংকেত প্রতিটি ব্যক্তির মধ্যে ব্যাপকভাবে ভিন্ন ছিল, তাই কখনও কখনও ডাইক্রোটিক খাঁজ স্পষ্ট ছিল না (পরিসংখ্যান 3, 4) এবং কখনও কখনও এটি ছিল (পরিসংখ্যান 5, 6)। আরেকটি উল্লেখযোগ্য পার্থক্য ছিল যে আমাদের সংকেত ততটা স্থিতিশীল ছিল না যতটা আমরা পছন্দ করতাম। আমরা বুঝতে পেরেছিলাম যে এটি খুব সংবেদনশীল, এবং টেবিলের ক্ষুদ্রতম আঁচড় বা যে কোন তারের অসিলোস্কোপ আউটপুট দেখতে কেমন পরিবর্তন করবে।

প্রাপ্তবয়স্কদের (18 বছরের বেশি) জন্য বিশ্রামের হার্ট রেট প্রতি মিনিটে 60 থেকে 100 বিটের মধ্যে হওয়া উচিত [6]। চিত্র 8 এ, ব্যক্তির হৃদস্পন্দন পরীক্ষা করা হচ্ছে এই দুটি মানগুলির মধ্যে, যা নির্দেশ করে যে এটি সঠিক বলে মনে হচ্ছে। আমরা একটি ভিন্ন যন্ত্রের সাহায্যে হৃদস্পন্দন গণনা করার এবং আমাদের পিপিজি সেন্সরের সাথে তুলনা করার সুযোগ পাইনি, তবে এটি সম্ভবত সঠিক হতে পারে। এমন অনেক বিষয় ছিল যা আমরা নিয়ন্ত্রণ করতে পারিনি, ফলে ফলাফলের তারতম্য ঘটে। প্রতিবার যখন আমরা এটি পরীক্ষা করেছিলাম তখন পরিবেষ্টিত আলোর পরিমাণ ভিন্ন ছিল কারণ আমরা হয় আলাদা জায়গায় ছিলাম, ডিভাইসের উপর ছায়া ছিল, আমরা মাঝে মাঝে কাফ ব্যবহার করতাম। কম পরিবেষ্টিত বজ্রপাত সংকেতকে স্পষ্ট করে তোলে, কিন্তু এটি পরিবর্তন করা আমাদের নিয়ন্ত্রণের বাইরে ছিল এবং এইভাবে আমাদের ফলাফলকে প্রভাবিত করেছিল। আরেকটি সমস্যা হল তাপমাত্রা। গবেষণায় মুসাব্বির খান এট আল -এর ফটোপ্লেথিসমোগ্রাফির উপর তাপমাত্রার প্রভাবের বিনিয়োগ, গবেষকরা দেখেছেন যে উষ্ণ হাতের তাপমাত্রা পিপিজির গুণমান এবং নির্ভুলতা উন্নত করেছে [7]। আমরা আসলে লক্ষ্য করেছি যে আমাদের কারও যদি ঠান্ডা আঙ্গুল থাকে, তাহলে সংকেতটি দুর্বল হবে এবং আমরা উষ্ণ আঙ্গুলের ব্যক্তির তুলনায় ডাইক্রোটিক খাঁজ তৈরি করতে পারব না। এছাড়াও, ডিভাইসের সংবেদনশীলতার কারণে, আমাদের সেরা সংকেত দেওয়ার জন্য ডিভাইস সেট-আপ সর্বোত্তম ছিল কিনা তা বিচার করা কঠিন ছিল। এই কারণে, যখনই আমরা আরডুইনোতে সংযোগ করতে পারতাম এবং আমরা যে আউটপুটটি চেয়েছিলাম তার আগে বোর্ডের সাথে সংযোগ স্থাপন এবং পরীক্ষা করার সময় আমাদের বোর্ডের সাথে ঘুরতে হয়েছিল। যেহেতু অনেকগুলি কারণ রয়েছে যা একটি রুটিবোর্ড সেট-আপের জন্য কাজ করে, তাই একটি PCB সেগুলি ব্যাপকভাবে হ্রাস করবে এবং আমাদের আরও সঠিক আউটপুট দেবে। আমরা একটি পিসিবি ডিজাইন তৈরির জন্য অটোডেস্ক agগলে আমাদের স্কিম্যাটিক তৈরি করেছি এবং তারপর বোর্ডটি কেমন হবে তার ভিজ্যুয়াল রেন্ডারিংয়ের জন্য এটি অটোডেস্ক ফিউশন to০ -এ ঠেলে দিয়েছে।

ধাপ 5: পিসিবি ডিজাইন

আমরা অটোডেস্ক agগলে পরিকল্পিত পুনরুত্পাদন করেছি এবং পিসিবি নকশা তৈরি করতে এর বোর্ড জেনারেটর ব্যবহার করেছি। বোর্ডটি কেমন হবে তা দেখার জন্য আমরা ডিজাইনটিকে অটোডেস্ক ফিউশন to০ এর দিকে ঠেলে দিয়েছি।

ধাপ 6: উপসংহার

উপসংহারে, আমরা শিখেছি কিভাবে পিপিজি সিগন্যাল সার্কিটের জন্য একটি নকশা তৈরি করতে হয়, এটি তৈরি করা হয় এবং এটি পরীক্ষা করা হয়। আউটপুটে সম্ভাব্য শব্দের পরিমাণ কমাতে আমরা অপেক্ষাকৃত সহজ সার্কিট তৈরিতে সফল ছিলাম এবং এখনও একটি শক্তিশালী সংকেত আছে। আমরা নিজেরাই সার্কিটটি পরীক্ষা করে দেখেছি যে এটি কিছুটা সংবেদনশীল কিন্তু সার্কিটের কিছু টুইকিং (শারীরিকভাবে, নকশা নয়), আমরা একটি শক্তিশালী সংকেত পেতে সক্ষম হয়েছি। আমরা ব্যবহারকারীর হৃদস্পন্দন গণনার জন্য সিগন্যাল আউটপুট ব্যবহার করেছি এবং এটিকে আউটপুট করেছি এবং আরডুইনোর চমৎকার UI- এর শ্বাস -প্রশ্বাসের সংকেত। আমরা প্রতিটি হৃদস্পন্দনের জন্য পলক দেওয়ার জন্য আরডুইনোতে অন্তর্নির্মিত LED ব্যবহার করেছি, এটি ব্যবহারকারীর কাছে স্পষ্ট হয়ে ওঠে যখন তাদের হৃদস্পন্দন ঠিক ছিল।

পিপিজির অনেকগুলি সম্ভাব্য অ্যাপ্লিকেশন রয়েছে এবং এর সরলতা এবং ব্যয়-কার্যকারিতা এটি স্মার্ট ডিভাইসে সংহত করার জন্য দরকারী করে তোলে। যেহেতু সাম্প্রতিক বছরগুলোতে ব্যক্তিগত স্বাস্থ্যসেবা আরো জনপ্রিয় হয়ে উঠেছে, তাই এই প্রযুক্তিটিকে সহজ এবং সস্তা করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে যাতে এটি বিশ্বব্যাপী যার কাছে এটির প্রয়োজন হয় তার জন্য অ্যাক্সেসযোগ্য হতে পারে [9]। একটি সাম্প্রতিক নিবন্ধ হাইপারটেনশন পরীক্ষা করার জন্য PPG ব্যবহার করে দেখেছে - এবং তারা দেখেছে যে এটি অন্যান্য BP পরিমাপ যন্ত্রের সাথে ব্যবহার করা যেতে পারে [10]। সম্ভবত এই দিক থেকে আরও অনেক কিছু আবিষ্কার ও উদ্ভাবন করা যেতে পারে, এবং এইভাবে PPG কে এখন এবং ভবিষ্যতে স্বাস্থ্যসেবার ক্ষেত্রে একটি গুরুত্বপূর্ণ হাতিয়ার হিসেবে বিবেচনা করা উচিত।

ধাপ 7: রেফারেন্স

[1] A. M. García এবং P. R. Horche, "একটি বাইফোটোনিক শিরা সন্ধানকারী ডিভাইসে আলোক উৎস অপ্টিমাইজ করা: পরীক্ষামূলক এবং তাত্ত্বিক বিশ্লেষণ," ফলাফল পদার্থবিজ্ঞান, ভলিউম 11, পৃষ্ঠা 975-983, 2018। [2] জে অ্যালেন, "ফটোপলেথিসমোগ্রাফি এবং ক্লিনিক্যাল ফিজিওলজিকাল মেজারমেন্টে এর প্রয়োগ," ফিজিওলজিক্যাল মেজারমেন্ট, ভলিউম। 28, না 3, 2007।

[3] "হার্ট পরিমাপ - ইসিজি এবং পিপিজি কিভাবে কাজ করে ?," ইমোশন। [অনলাইন]। উপলব্ধ: https://imotions.com/blog/measuring-the-heart-how… [অ্যাক্সেস: 10-ডিসেম্বর -২০১]।

[4] ইরেগুলার রাইথম নোটিফিকেশন ফিচারের জন্য ডি নোভো ক্লাসিফিকেশন রিকুয়েস্ট। ।

[5] এস। বাঘা এবং এল। 36, না। 11, ডিসেম্বর 2011

[6] ওয়ানেনবার্গ, জোহান ও মালেকিয়ান, রেজা। (2015)। মোবাইল হেলথ মনিটরিং এর জন্য বডি সেন্সর নেটওয়ার্ক, একটি ডায়াগনোসিস এবং অ্যান্টিসিপিটিং সিস্টেম। সেন্সর জার্নাল, IEEE। 15. 6839-6852। 10.1109/JSEN.2015.2464773।

[7] "একটি স্বাভাবিক হার্ট রেট কি ?," লাইভসাইন্স। [অনলাইন]। উপলব্ধ: https://imotions.com/blog/measuring-the-heart-how… [অ্যাক্সেস: 10-ডিসেম্বর -২০১]।

এম খান, সি জি প্রেটি, এ সি অ্যামিস, আর এলিয়ট, জি এম শ, এবং জে জি চেজ, "ফটোপ্লেথিসমোগ্রাফিতে তাপমাত্রার প্রভাবের তদন্ত," আইএফএসি-পেপারসঅনলাইন, ভলিউম। 48, না। 20, পিপি। 360–365, 2015।

এম।গামারী, "পরিধানযোগ্য ফটোপলেথিসমোগ্রাফি সেন্সর এবং স্বাস্থ্যসেবাতে তাদের ভবিষ্যতের সম্ভাব্য প্রয়োগের পর্যালোচনা," ইন্টারন্যাশনাল জার্নাল অফ বায়োসেন্সরস অ্যান্ড বায়োইলেক্ট্রনিক্স, ভলিউম। 4, না 4, 2018।

[10] এম এলগেন্দি, আর। ফ্লেচার, ওয়াই লিয়াং, এন। । 2, না 1, 2019।