Прототип “умного” браслета для удаленного контроля за состоянием пациентов

ИнКата реализовала проект в 2018 году. “Умный” браслет контролирует жизненные показатели человека и вызывает скорую помощь, если ему плохо. Это может спасти жизнь тому, кто восстанавливается после инфаркта или инсульта в моменты, когда риск повторного случая высокий. Своевременную помощь получит и пожилой человек, известив врачей и родственников об ухудшении его самочувствия.

Наша роль

Разработка печатных плат
Разработка встроенного ПО
Разработка механической части
Прототипирование
Испытания

Описание проекта

На начальном этапе проекта мы сосредоточились на разработке электронного макета устройства. Макет состоял из нескольких функциональных блоков:

Центральный блок: на базе микроконтроллера STM32F4, отвечающий за обработку данных с датчиков, управление коммуникационными модулями и выполнение алгоритмов.
Модуль связи: включает в себя GSM-модем SIM868 для передачи данных сотовой сети, модуль Wi-Fi для локальной связи и GPS-модуль для определения местоположения пользователя.
Датчики: акселерометр и гироскоп для определения положения тела, а также специализированные датчики для измерения частоты сердечных сокращений (ЧСС), вариабельности сердечного ритма (ВСР) и уровня насыщения крови кислородом (сатурация).
Элемент питания: литий-полимерный аккумулятор емкостью 2000 мАч, обеспечивающий длительную работу устройства.

Негабаритный макет электроники программно-аппаратного комплекса

Разработка алгоритмов и программного обеспечения

Одним из ключевых этапов проекта была разработка алгоритмов для обработки данных, поступающих с датчиков. Мы реализовали алгоритмы, позволяющие:

Определять жизненно важные показатели: ЧСС, ВСР, сатурацию.
Обнаруживать критические ситуации: падение, резкие изменения сердечного ритма. Падение определяли с помощью алгоритма, который обрабатывал данные с гироскопа и акселерометра, и оповещал оператора при резких изменениях угла наклона и ориентации в пространстве.
Формировать тревожные сигналы: отправлять SMS-сообщения и совершать звонки на заранее определенные номера в случае необходимости.

Мы разработали алгоритм получения, обработки и анализа данных, который производит достоверный телемониторинг данных: мониторинг ЧСС, ВСР, уровня сатурации. Достоверность полученных данных подтверждена последующими испытаниями устройства в медицинском учреждении. Базируясь на известных методах изменений ЧСС, ВСР и уровня сатурации мы адаптировали эти подходы и разработали программные алгоритмы, предназначенные для конкретного устройства, адаптировали их для аппаратной части устройства.

На макете мы отрабатывали алгоритмы преобразования исходных данных с сенсоров в точные медицинские параметры человека. Устройство должно измерять ЧСС, ВСР и сатурацию, а с помощью гироскопа с акселерометром оповещать оператора при резких изменениях угла наклона и ориентации в пространстве, что оценивалось как падение человека. Все данные должны были передаваться посредством GSM, GPS, Bluetooth и Wi-Fi.

После успешной отладки алгоритмов мы приступили к оптимизации аппаратной части устройства. Основной задачей было разместить все компоненты на одной печатной плате и минимизировать ее размеры. На момент разработки доступная элементная база не позволяла использовать модули совмещающие в себе GSM, GPS, Bluetooth и Wi-Fi,, поэтому необходимо было обеспечить стабильную работу отдельных радиомодулей, чтобы они не создавали помехи друг другу. Мы итерационно тестировали различные компоновочные решения, пока не добились устойчивой работы всех радиоустройств. В результате получилась 6-ти слойная печатная плата. Данное количество слоев обусловлено высокой плотностью монтажа.

Чтобы быстрее спроектировать минимальный жизнеспособный продукт (MVP) и при этом вписаться в бюджет Заказчика, мы подобрали серийный корпус, ориентируясь на разработанный нами промышленный дизайн. Это позволило сократить расходы на разработку в части механики. Наши инженеры сделали доработки корпуса, а дизайнер разработал наклейки. Применение стандартного корпуса для MVP также позволило сократить расходы на изготовление, так как нам не пришлось использовать специальную оснастку и технологии быстрого прототипирования для его создания. Не было также необходимости красить и полировать.

Прототипы “умного” браслета для удаленного контроля за состоянием пациентов

Результаты

Команда “ИнКата” создала функциональный прототип носимого медицинского устройства и изготовила опытную партию в количестве 10 штук. ПАК способен мониторить жизненно важные показатели человека и вызывать помощь в случае необходимости. Устройство имеет компактные размеры (80×70×22 мм), продолжительное время автономной работы и высокую надежность.

10

прототипов браслета и программное обеспечение для тестирования в лабораторных условиях и бета-тестирования в медицинском учреждении
3

собственных алгоритма обработки данных с сенсоров и преобразования их в ЧСС, ВСР, уровня сатурации
110 000 USD

сэкономлено за счет применения стандартного корпуса на стадии MVP

НАЗАД К ПРОЕКТАМ