Surveillance expérimentale Cardiaque Oxygénation avec capteur SFH 7060 Heart Rate 9 Click MIKROE3822

Le module Heart Rate 9 Click MIKROE3822 est une carte Click™ équipée d’un microcontrôleur 8 bits PIC16F1779 et du capteur SFH 7060, conçu pour la surveillance expérimentale de la fréquence cardiaque et l’oxymétrie de pouls.

Cette carte intègre un algorithme permettant de traiter les données issues du capteur, et peut transmettre des informations provenant de trois diodes différentes (verte, infrarouge et rouge). Ces diodes permettent de générer un diagramme des battements cardiaques ainsi que leur fréquence par minute. Les données montrent que le signal le plus notable est issu de la diode verte, grâce à sa réflexion optimale à travers la surface de la peau, en raison de sa longueur d’onde plus courte comparée aux autres sources lumineuses.

Conception du Heart Rate 9 Click™

La conception intègre une barrière optique pour bloquer les interférences optiques et une géométrie améliorée pour optimiser la qualité du signal. De nombreux dispositifs de surveillance de fréquence cardiaque basés sur la réflexion rencontrent encore un bruit significatif dans leur conception, malgré l’utilisation de circuits analogiques complexes et coûteux, tels que des puces Analog Front End (AFE). Une méthode plus économique pour réduire le bruit et effectuer ces mesures est donc nécessaire.

Méthode de mesure et fonctionnement

Le Heart Rate 9 Click est pris en charge par une bibliothèque conforme à mikroSDK, incluant des fonctions qui simplifient le développement logiciel. Cette carte Click™ est livrée sous forme de produit entièrement testé, prêt à être utilisé sur un système équipé d’un socket mikroBUS™ de réaliser des lectures HRM simplement en plaçant l'index sur le capteur optique.

Multiplexage et réduction du bruit

La carte Heart Rate 9 Click™ utilise une technique de multiplexage par division de phase pour mesurer simultanément plusieurs signaux sans interférences. Cette technique est mise en œuvre grâce aux périphériques indépendants du cœur (CIPs) intégrés dans le microcontrôleur PIC16F1779 de Microchip. L’utilisation des CIPs permet d’obtenir une conception de moniteur de fréquence cardiaque réfléchissant à faible bruit, avec des coûts de fabrication (BOM) significativement plus bas que les conceptions conventionnelles.

Fonctionnement de l'oxymétrie de pouls

Lorsque le sang traverse les vaisseaux capillaires, ceux-ci se dilatent et se contractent. Leur indice de réflectance lumineuse change en conséquence. Cela constitue la base du photo-plethysmogramme (PPM), une méthode utilisée pour la mesure volumétrique d'un organe, ou dans ce cas - des vaisseaux sanguins. Le signal de fréquence cardiaque est calculé en fonction des changements de la lumière verte réfléchie, captée par l’élément PD. La carte Heart Rate 9 Click permet d’obtenir des lectures HRM simplement en plaçant l’index sur le capteur optique.

Saturation en oxygène (SpO2)

La saturation en oxygène dans le sang peut être déterminée en mesurant l’absorption lumineuse dans la partie rouge/IR du spectre. Le sang saturé en oxygène absorbe plus de lumière rouge et moins d’infrarouge que le sang non saturé. Ce fait peut être utilisé pour déterminer la saturation en oxygène du sang. Pour une personne adulte en bonne santé, le pourcentage de saturation en oxygène des capillaires périphériques (SpO2) varie de 95 % à 100 %.

Avantages de la méthode Microchip

Le défi d’un système à sources de signaux multiples (par exemple, les LED dans le cas d’un oxymètre de pouls) réside dans le fait que chaque LED doit partager la même photodiode. Une solution classique consiste à allumer chaque source lumineuse en séquence, puis à effectuer chaque mesure successivement. Chaque source lumineuse bénéficie ainsi de son propre créneau horaire pendant lequel la photodiode peut effectuer sa mesure. Cette méthode est appelée Time-Division Multiplexing (TDM). Le même principe est appliqué aux systèmes cellulaires basés sur TDMA. L’inconvénient de l’approche TDM est qu’ajouter plus de sources lumineuses, tout en maintenant la routine de traitement des données inchangée, augmente le temps nécessaire pour obtenir une mesure de chaque source.

La méthode propriétaire Microchip

La méthode propriétaire de Microchip utilise un concept connu sous le nom de Maximal Length (ML) sequence, un type de séquence binaire pseudorandom, pour générer un code de référence ou un code d’or. Cette séquence de référence est ensuite déphasée à l’aide du Phase Division Multiplexing (PDM) pour piloter plusieurs LED. Les amplitudes lumineuses de ces LED, après avoir traversé une partie du corps, sont détectées par un phototransistor ou une photodiode et numérisées à l’aide d’un convertisseur analogique-numérique (ADC). Les valeurs d’amplitude lumineuse numérisées de l’ADC sont recorrélées avec chaque séquence de pilotage des LED. Les techniques de spread spectrum sont connues pour leurs propriétés de réduction du bruit et leur capacité à faire passer plusieurs signaux par le même medium sans interférences. Ainsi, ces mesures de chaque absorption lumineuse du corps peuvent être effectuées de manière substantiellement simultanée avec des interférences minimales les unes des autres.

Caractéristiques du SFH7060

Le SFH7060 fabriqué par OSRAM intègre trois émetteurs verts, un rouge, un infrarouge et une photodiode, tous placés dans un boîtier de type réfléchissant. La méthode de détection photosensible réfléchissante est de plus en plus populaire dans le développement de petits capteurs biométriques portables, comme ceux utilisés dans les capteurs de lumière verte visibles à l'arrière des montres intelligentes ou des bracelets de suivi d’activité.

Caractéristiques:

• Interface: GPIO / UART
• CPU: PIC16F1779
• Capteur: SFH7060
• Compatible: mikroBUS™
• Tension d'entrée: 3,3V
• Dimensions: 42,9 x 25,4 mm
• Poids: 18 g
 

AVERTISSEMENT: Le module MIKROE-3822 n'est PAS DESTINÉ À DES FINS MÉDICALES ni de diagnostic, ni de traitement ou ni de prévention d'une quelconque maladie. Les mesures et statistiques sont destinées uniquement à des fins éducatives et informatives. S'il est important de connaître votre pouls, consultez un médecin ou un professionnel de santé.