Viete čo je fotopletyzmogram? Že nie? Čítajte ďalej a zoznámte sa s metódou ako pomocou svetla môžeme niečo zistiť o činnosti srdca.

Fotopletyzmogram je časový diagram, v ktorom je zaznamenaná zmena intenzity prejdeného svetla cez tkanivo, ktorá závisí od jeho prekrvenia. Prekrvenie sa mení v rytme činnosti srdca, ktoré pumpuje krv do tkanív. Táto metóda sa používa v medicíne v prístrojoch nazývaných oximetre, ktoré vedia na základe prejdeného svetla cez prst stanoviť mieru okysličenia krvi a pulz.

V našom experimentálnom cvičení si zaznamenáme náš vlastný fotopletyzmogram a z neho stanovíme periódu, frekvenciu činnosti srdca a pulz. Princíp merania je zrejmý z obrázka. Tkanivo prsta sa osvetlí infračervenou LED diódou a odrazené svetlo sa zaznamenáva fotodetektorom. Z údajov získaných foitodetektorom sa vytvorí  časový diagram intenzity svetla, ako môžete vidieť na obrázku pod textom.

 

 

 

 

 

 

 

Ponúkame dve verzie experimetu s rôznymi mikrokontrolérmi a rôznym spôsobom zberu dát:

1. s Raspberry Pi Pico a zberom dát programom v Pythone
2. s micro:bit-om a zberom dát pomocou Excelu a jeho doplnku Datastreamer

 

Verzia experimentu s Raspberry Pi Pico

Čo budeme potrebovať?

• Senzor MAX 30102
• Raspberry Pi Pico,
• USB kábel na prepojenie Raspbery a počítača
• Počítač, notebook s Windows
• Nainštalovaný Python s knižnicou PySerial

Ako budeme postupovať?

Najprv si vyrobíme "krabičku" so senzorom MAX30102, ktorým budeme snímať prekrvenie tkaniva.

Krabičku môžeme vytlačiť na 3D tlačiarni.

 

 

 

 

 

Do nej vložíme Raspberry Pi Pico, ku ktorému pripojíme senzor MAX30102. Do Raspberry nahráme v prostredí Arduino IDE program, ktorý bude odosielať dáta zo senzora do počítača.

 

 

 

 

 

 

 

 

Krabička so senzorom pripravená na meranie.

 

 

 

 

Do počítača nahráme program v Pythone, ktorý bude dáta prijímať a zobrazovať.

Pripojíme USB káblom krabičku k počítaču a spustíme merací program, ktorý je vytvorený v jazyku Python. V programe vyberieme COM port, na ktorý je pripojené Raspberry. Stlačíme Štart a priložíme na senzor bruško prsta, ako ukazuje obrázok vyššie.

Získame fotopletysmogram (modrý), na ktorom označíme  výrazné minimá. Čas medzi dvoma minimami je perióda srdcovej činnosti. Zelené stĺpiky označujú okamih najväčšej zmeny intenzity odrazeného svetla.

 

Ako príklad vezmeme čas troch periód: t₁ = 3,60 s; t₂ = 5,68 s.

Teda perióda je T = (t₂ - t₁) / 3 = 0,6933 s
Frekvencia je f = 1/T = 1,442 Hz. Táto hodnota krát 60 je pulz:
V našom prípade 60*1,442=86,5 úderov srdca za minútu

 

Materiály na stiahnutie

• Program pre Raspberry Pi Pico  RapsberryPiPico-Arduino-Fotopletysmogram.zip 

• Merací a vyhodnocovací program v Pythone pre notebook MeraniePulzuSrdca_(1.1.3).zip

• Návod na praktické cvičenie Meranie_Periody_a_Frekvencie_Srdca-protokol_v2.pdf

• Aktuálne súbory k projektu nájdete tiež na GitHub-e:
  https://github.com/mateuskoOAMDG/fotopletysmogram

 

Verzia experimentu s micro:bit-om

Čo budeme potrebovať?

• Senzor MAX 30102
• micro:bit
• Kontaktné pole (breadboard)
• Adaptér na pripojenie micro:bit-u ku kontaktnému poľu
• USB kábel na prepojenie micro:bit-u a počítača
• Počítač, notebook s Windows s programom Excel

Ako budeme postupovať?

Postup si môžete pozrieť v krátkom videu

 

Micro:bit zasunieme do adaptéra a pripojíme do kontaktného poľa, do ktorého tiež pripojíme senzor MAX30102. Senzor prepojíme s adaptérom pomocou štyroch vodičov, ktorými spojíme príslušné piny VIN(3V3), GND, SDA, SCL. Micro:bit prepojíme usb káblom s počítačom. Do micro:bit-u nahráme program - súbor  fotopletysmogram.hex jednoducho skopírujeme do micro:bit-u.

V počítači musí byť nainštalovaný Excel (testované s Microsoft365). Otvoríme súbor fotopletysmogram.xlsx v Exceli.

Na karte Excelu Data Streamer klikneme na tlačidlo Pripojiť zariadenie a vyberieme port, na ktorom je pripojený micro:bit. Následne klikneme na Spustiť údaje. Excel by mal začať prijímať dáta od mikro:bit-u, čo môžeme vidieť v hárku "Údaje v". V hárku "Graf" vidíme časový graf dát zo senzora červeného a infračerveného fotodetektora snímača MAX30102.

Priložíme prst na snímač a zaznamenáme napr. 10 periód signálu. Kliknutím na bod v grafe sa zobrazí jeho čas v sekundách. Z dvoch vybraných bodov vieme určiť čas a následne frekvenciu tepu srdca.

V hárku "Výpočet" je jednoduchá kalkulačka na výpočet, do ktorej zadáme namerané dáta.

 

Materiály na stiahnutie

• Program pre micro:bit (Program možno upraviť na stránke makecode.microbit.org)
• Zošit Excelu s doplnkom Datastreamer na záznam dát z micro:bit-u
• Aktuálne súbory k projektu nájdete tiež na GitHub-e:
  https://github.com/mateuskoOAMDG/fotopletysmogram

 

 

Ďalšie informácie o aktivite a programoch vám rád poskytnem na adrese jancekm@gsa.sk