Неонатальный носимый бег Зефира на Кюри

В ELCE Тереза ​​Коувел из Neopenda рассказала, как ее команда создала недорогой носок для новорожденных для развивающихся стран, используя Intel Curie под управлением Zephyr.

Проект Zephyr все еще дитя в технологическом лесу, поэтому вполне уместно, что операционная система с открытым исходным кодом в реальном времени является инновационным носимым решением, которое нацелено на улучшение здравоохранения для младенцев.
На недавней Европейской конференции по встраиваемым Linux-технологиям Тереза ​​Каувел (Teresa Cauvel), технический директор и соучредитель стартапа технологий неонатального здравоохранения в Чикаго Neopenda , рассказала, как ее компания создала браслет для мониторинга новорожденных для больниц в развивающихся странах, используя модуль Intel Curie под управлением Zephyr .
Полный текст доклада под названием «Использование IoT Biometrics и Zephyr RTOS для ухода за новорожденными в Уганде» можно увидеть в видеосвязи ниже.


Neopenda CTO Teresa Cauvel демонстрирует прототип устройства для мониторинга биометрических показателей новорожденных

(щелкните изображение, чтобы увеличить)

Коувель и соучредитель и генеральный директор Сона Шах выступили с идеей для Неопенды стать аспирантами в области биомедицинской инженерии в Колумбийском университете.
Партнеры надеялись, что новая цель ООН в области устойчивого развития, направленная на прекращение предотвратимой смертности детей в возрасте до 5 лет к 2030 году, предоставит многочисленные возможности для технологических инноваций.
«С IoT мы можем переосмыслить то, что возможно в глобальном здравоохранении», - сказал Ковель аудитории ELCE.

Ковель и Шах решили разработать носимые для новорожденных пациентов в первые 28 дней после рождения.
Они были сосредоточены на развивающихся странах, где происходит 98 процентов предотвратимых случаев смерти новорожденных и где каждый год у 46 миллионов новорожденных возникают осложнения во время или около рождения, которые требуют особого ухода и лечения.
Около 3 миллионов новорожденных умирают от этих осложнений.
Тем не менее, 80 процентов жертв умирают от предотвратимых причин или могли бы сэкономить на доступном лечении.
«Снижение детской смертности - это решаемая проблема», - сказал Ковел.

Проблема решается на нескольких уровнях: от улучшения транспорта до больниц до разработки более эффективных методов лечения преждевременных родов, асфиксии при родах и тяжелых инфекций.
Neopenda фокусируется на улучшении педиатрической помощи в больнице.
Исследуя проблему в Уганде в 2015 году с помощью Угандийской педиатрической ассоциации, соучредители обнаружили, что существуют большие неудовлетворенные потребности в мониторинге и диагностике.

«Раннее выявление дистресса действительно является ключом к уходу за новорожденным», - сказал Ковел.
«Мы хотим помочь персоналу лучше управлять большим количеством пациентов.
Есть так много тяжело больных новорожденных, которые нуждаются в уходе, и почти не хватает медсестер, врачей, оборудования и расходных материалов.
Как правило, вы можете увидеть двух медсестер, ответственных за от 50 до 75 детей.
Стандартное оборудование, такое как мониторы жизненно важных функций, зачастую слишком дорого ».

В начале 2016 года партнеры основали Neopenda с помощью кампании Kickstarter, а также грантов от Cisco и Vodafone.
Они начали работу над прототипом переносного монитора показателей жизнедеятельности, предназначенного для новорожденных в больницах с ограниченными ресурсами.
Носимый прибор, который должен пройти испытания в Уганде в 2017 году, привязан ко лбу младенцев и измеряет частоту сердечных сокращений, частоту дыхания, насыщение крови кислородом и температуру.

«Это все критически важные жизненно важные органы для новорожденных», - сказал Ковел.
«Они показывают признаки опасности, когда условия меняются, и помогают контролировать состояние здоровья».


Носимый прототип с использованием Intel Curie с платой разработки Arduino 101 (слева) и диаграммой, показывающей обработку сенсора

(нажмите на картинку, чтобы увеличить)

Биометрические устройства осуществляют беспроводную связь с центральным монитором, который может быть ноутбуком, планшетом или смартфоном, где результаты отображаются с визуализацией.
«Медицинские работники могут просматривать состояние всех детей и получать оповещения в режиме реального времени, когда новорожденные находятся в бедственном положении», - сказал Ковел.
«Это помогает сортировке персонала, а также предоставляет более подробную информацию для руководства лечением и диагностикой».

Прототипирование: от Ардуино до Кюри

При выборе технологической платформы у Cauvel и Shah было несколько ключевых требований: устройство должно работать от батарей с минимальной потребляемой мощностью и быть достаточно прочным, чтобы противостоять пыли, жаре, влажности и износу.
Он нуждался в хорошей поддержке беспроводных и сенсорных технологий и должен был быть достаточно масштабируемым для поддержки как крупных больниц, так и клиник.
Это также должно было быть очень доступным.
Neopenda стремится снизить стоимость примерно до 50 долларов за носимое устройство, что очень мало для устройств медицинского мониторинга.

Первоначальный прототип был построен на базе Arduino Uno, за ним последовала модель, в которой использовался микроконтроллер ATMega328 Uno с Wi-Fi и самыми необходимыми компонентами.
Вопросы энергопотребления быстро привели к замене Wi-Fi на Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE), что также вызвало меньше вопросов о радиационных рисках.


Горстка модулей Intel Curie

В текущей итерации используется модуль Intel Curie, который запускает Zephyr на x86-совместимом процессоре Intel Quark SE .
Кюри размером с 10 центов дает преимущество в том, что он меньше, доступнее и энергоэффективнее, чем Arduino.
Он также оснащен сенсорной подсистемой на базе ARC EM4 и встроенным радиомодулем BLE, а его SRAM объемом 80 КБ делает его более подходящим для сложных приложений BLE.


Arduino 101

Интерфейсы Кюри между этими компонентами и Quark SE сэкономили много времени, как и наличие платы Intel Arduino 101 с Кюри, используемой для прототипирования.
Между тем, двигатель сопоставления с образцом Кюри и 6-осевой датчик могут иметь потенциал для будущих применений, сказал Ковел.

Подсистема ARC управляет 12-разрядным АЦП Кюри, который «позволяет нам делать точные измерения DSP», сказал Ковел.
Устройство включает в себя датчик температуры LilyPad MCP9700, а также датчик импульсов от pulsesensor.com.
Neopenda разработал алгоритм, который определяет частоту дыхания по частоте пульса.

Для пульсоксиметрии разработчики установили сенсорный датчик на красный и инфракрасный светодиоды с преобразователем света в частоту TSL235.
Чтобы сгенерировать измерение насыщения крови кислородом из этой установки, «мы мультиплексировали два светодиода для расчета коэффициента поглощения и использовали драйвер GPIO и его API обратного вызова для расчета частоты», - объяснил Коувель.

Zephyr сыграл ключевую роль в успехе носимого прототипа благодаря его модульности, поддержке ограниченных систем и более продвинутым возможностям по сравнению с Arduino IDE.
«Zephyr оказался большим шагом вперед по сравнению с Arduino, потому что он поддерживает ядро ​​ARC, подсистему DSP и хост x86 одновременно», - сказал Ковел.
«Zephyr также поддерживает мультиволокно и прерывания для сложных манипуляций с датчиками и связи, поэтому он может аккуратно обрабатывать данные, поступающие с разных датчиков одновременно».


Zephyr Project функции и компоненты

(нажмите на картинку, чтобы увеличить)

Разработчики также воспользовались «богатой поддержкой драйверов и датчиков Zephyr, а также образцом кода и надежным SDK с перекрестной цепочкой инструментов», - сказал Ковел.
«Уже был BSP, поддерживающий Arduino 101 с цепочкой инструментов для компиляции для подсистемы DSP в процессоре ARC и хост-процессоре.
Это позволило быстро установить компилятор и цепочку инструментов всего за пару часов, и с помощью Eclipse IDE мы смогли заставить отладчик GDB работать с DSP и хостом ».

Cauvel более подробно рассказал о различных прошлых и текущих модификациях каждого алгоритма датчика.
В настоящее время большинство показаний датчиков близко к диапазону надежности дорогих коммерческих датчиков, за исключением респираторных.
«Возможно, нам понадобится добавить преобразования Фурье, чтобы повысить точность дыхания», - сказал Ковель.
Компания также разработала приложение для Android, которое интерпретирует сигналы BLE и отображает данные и визуализации.

Cauvel уверен, что устройство будет готово к испытаниям в Уганде в 2017 году. Neopenda работает над получением знака CE для сертификации, и им нужно будет получить одобрение правительства Уганды.
План расширения в Восточной Африке и за ее пределами.
Вскоре Коувель надеется дать тысячам новорожденных в условиях ограниченных ресурсов «здоровое начало, которого они заслуживают».

Смотрите полную видео презентацию ниже:

Видеоролик «Использование IoT Biometrics и Zephyr RTOS для ухода за новорожденными в Уганде» на ELCE 2016

Эта статья защищена авторским правом © 2016 Linux.com и была первоначально опубликована здесь .
Он был воспроизведен этим сайтом с разрешения его владельца.
Пожалуйста, посетите Linux.com для получения последних новостей и статей о Linux и open source.