I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   9 ,   No .   4 A u g u s t   201 9 ,   p p .   2 3 2 1 ~ 2 3 2 7   I SS N:  2088 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 9 i 4 . p p 2 3 2 1 - 232 7           2321       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   lo w   co st  w e a ra ble  m edica dev ic e f o r vita l sig n s   mo nitoring   in low - reso urce set tings       M uh a mm a d Ni s w a r 1 M uh a mm a d Nur   2 A m il A.   I lha m   3 I da M a pp a ng a ra 4   1, 3 De p a rt m e n o f   In f o r m a ti c s,  F a c u lt y   o f   En g in e e rin g ,   Un iv e rsitas   Ha sa n u d d i n ,   I n d o n e sia   2 De p a rt m e n o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   F a c u lt y   o f   En g in e e rin g ,   Un iv e rsitas   Ha s a n u d d in ,   In d o n e sia   4 F a c u lt y   o f   M e d icin e ,   Un iv e rsitas   Ha sa n u d d i n ,   I n d o n e sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   25 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   J an   1 5 ,   2 0 1 9   A cc ep ted   Ma r   9 ,   2 0 1 9       M e d ica d e v ice a re   o f ten   e x p e n siv e ,   so   p e o p le  in   lo w - in c o m e   c o u n tri e c a n n o a f f o rd   th e m .   T h is  p a p e p re se n ts  th e   d e sig n   o f   a   lo w - c o s we a ra b le   m e d ica d e v ice   to   m e a su re   v it a s ig n o f   a   p a ti e n in c lu d i n g   h e a rt  ra te,  b lo o d   o x y g e n   sa tu ra ti o n   lev e (S p O2 a n d   re sp irato ry   ra te.  T h e   w e a ra b le  m e d ica d e v ice   m a in ly   c o n sists   o f   a   m i c ro c o n tr o ll e a n d   tw o   b io m e d ica se n so rs  in c lu d in g   a irf lo th e r m a s e n so to   m e a su re   re sp irato r y   ra te   a n d   p u lse   o x im e t e se n so to   m e a su re   S p O2   a n d   h e a rt  ra te.  W e   c a n   m o n it o th e   v it a sig n f ro m   a   s m a rtp h o n e   u sin g   a   w e b   b ro w se th ro u g h   IEE E 8 0 2 . 1 1   w irele ss   c o n n e c ti v it y   to   th e   w e a ra b le  m e d ica d e v ice .   F u rt h e rm o re ,   th e   w e a r a b le  m e d ica d e v ic e   re q u ires   si m p le  m a n a g e m e n to   o p e ra te;  h e n c e ,   it   c a n   b e   e a sil y   u se d .   P e rf o r m a n c e   e v a lu a ti o n   re su lt sh o w   th a th e   d e sig n e d   we a ra b le   m e d ica d e v ice   w o rk a g o o d   a a   sta n d a rd   S p O2   d e v ice   a n d   it   c a n   m e a su re   th e   re sp irato ry   ra t e   p ro p e rly .     T h e   d e sig n e d   w e a ra b le  m e d ica l   d e v ice   i s   in e x p e n siv e   a n d   a p p ro p riate   f o lo w - re so u rc e   se tt in g s.  M o re o v e r,   a it s   c o m p o n e n ts  a re   c o m m o n ly   a v a il a b le  in   th e   m a r k e t,   it   e a s y   to   a s s e m b ly   a n d   re p a ir  lo c a ll y .   K ey w o r d s :   B io m ed ical  s e n s o r s   I E E E 8 0 2 . 1 1   L o w - r e s o u r ce   s etti n g s   Mic r o co n tr o ller   Vital  s i g n s   W ea r ab le  m ed ical  d ev ice   Co p y rig h ©   2 0 1 9   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mu h a m m ad   Nis w ar   Dep ar t m en t o f   I n f o r m atic s ,   Fa cu lt y   o f   E n g i n ee r in g ,   Un i v er s ita s   Hasa n u d d i n ,   J l.  Po r o s   Ma lin o   K m . 6 ,   B o n to m ar an n u ,   Go w 9 2 1 7 2 ,   So u th   Su la w e s i,  I n d o n es ia.   E m ail:  n is w ar @ u n h as.a c. id       1.   I NT RO D UCT I O N   T h ad o p tio n   o f   w ea r ab le  m ed ical  d ev ice s   f o r   m o n ito r in g   th e   h ea lt h   s tat u s   b ec o m es  p o p u lar .   T h w ea r ab le  h ea lt h   m o n i to r in g   d e v ices  s u c h   as   h ea r r ate  an d   b lo o d   o x y g e n   s at u r atio n   lev e ( Sp O2 )   m o n ito r i n g   ar co m m o n l y   f o u n d   in   t h m ar k et.   Ho w e v er ,   th er ar m a n y   m ai n   b ar r ier s   to   ac ce s s   to   m ed ical   d ev ice  i n   lo w - r eso u r ce   s ett i n g s   i n cl u d in g   co s o f   m ed i ca d ev ice   an d   lack   o f   lo ca p r o d u ctio n   [ 1 ] .   Ma n y   w ea r a b le  m e d ical  d ev ic es  in   m ar k et  ar e   e x p en s i v e,   h en ce ,   m o s p eo p le  in   lo w - i n co m co u n tr ies  co u ld   n o a f f o r d   to   p u r ch ase   t h e m .   Mo r eo v er ,   p eo p le  ca n n o ac ce s s   to   m ed ical   d ev ice   d u to   lac k   o f   lo ca l   p r o d u ctio n ,   w h ich   m a y   ca u s b y   lac k   o f   elec tr o n ic  co m p o n e n s u p p l y   ch ai n .   T h er ar e   m a n y   m ed ical  d ev ices   d esig n ed   f o r   lo w - r eso u r ce s   s e ttin g s   as   d escr ib ed   in   r ef er e n ce   [ 2 ]   an d   t h is   p ap er   f o cu s es   o n   t h e   d esig n   o f   a   lo w - co s w ea r ab le  m ed ical   d ev ice  f o r   m o n ito r in g   v ita s i g n s   i n clu d i n g   h ea r r ate,   Sp O2   a n d   r esp ir at o r y   r ate   th at   ca n   b u s ed   f o r   tr iag in g   th p atien in   h o s p ital  an d   h o m h ea lt h   ca r p atien t.  W d esig n ed   w ea r ab le  m ed ical  d ev ice  s u i tab le  f o r   l o w - r eso u r ce   s et tin g s   a n d   it  ca n   b e   lo ca ll y   as s e m b led   to   in cr ea s ac ce s s   to   m ed ical  d ev ice s .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t   201 9   :   2 3 2 1   -   2327   2322   2.   RE L AT E WO RK S   Ma n y   r esear c h er s   d ev elo p ed   w ea r ab le  m ed ical  d ev ice s   f o r   m o n i to r in g   th v ital  s i g n s   s u c h   as   elec tr o ca r d io g r am   ( E C G) ,   Sp O2   an d   p u ls r ate.   R e f er en c [ 3 ]   d ev elo p ed   w ea r ab le  m ed ical  s y s te m   f o r   m o n ito r i n g   v ital  s ig n s   in cl u d i n g   E C G,   Sp O2   an d   s y s to lic  b lo o d   p r ess u r e.   R e f er en ce   [ 4 ]   d esig n ed   lo w - co s t   w ea r ab le  w ir eless   s e n s o r   d ev ice  m ea s u r es  elec tr o d er m al  a ctiv it y   an d   m o b ile  p leth y s m o g r ap h y   as  w ell  as   d is cu s s i n g   alter n a tiv e   w ir eles s   co n n ec ti v it y   b et w ee n   s en s o r   d ev ice  a n d   ex ter n al   co m p u t er   s u c h   a s   m o b ile   p h o n e.   R e f er en ce   [ 5 ]   d ev e lo p ed   s m all - s ca le  E C m o n ito r in g   d ev ice  b u ilt  w it h   h ea r r ate  m o n ito r   s e n s o r   an d   an   A r d u in o   m icr o co n tr o ll er .   R ef er en ce   [ 6 ]   d esig n ed   v ital  s i g n   m o n ito r in g   d ev ice   t h at  m ea s u r es  E C G,   p h o to p leth y s m o g r a m   ( P P G) ,   an d   b o d y   te m p er at u r e.   Me d ic al  p r ac titi o n er   c a n   r e m o te l y   a cc ess   t h d e v ice  to   ca p tu r th s en s i n g   d ata  th r o u g h   I E E E 8 0 2 . 1 1   w ir ele s s   co n n ec t io n s .   R e f er en ce   [ 7 ]   p r o p o s ed   s y s te m   th at   m ea s u r es  a n d   m o n ito r s   h ea r r ate  o f   p atie n t.  R e f er e n ce   [ 8 ]   p r o p o s an   E C r e m o te   m o n ito r in g   s y s te m   t h a t   in te g r ated   to   b r o ad er   I n ter n et  o f   T h i n g s   ( I o T )   in f r astru c t u r e.   R e f er en ce   [ 9 ]   p r o p o s a n   E C m o n ito r i n g   p latf o r m   f o r   s y s te m   w it h   m i n i m al  p r o ce s s i n g   ca p ab ilit ie s .   R ef er e n ce   [ 1 0 ]   p r o p o s w ir eless   E C s y s te m   u s i n g   d r y - co n tact  elec tr o d es.  R ef er e n ce   [ 1 1 ]   p r esen ts   lo w   p o w e r   E C m o n ito r i n g   s y s te m   u s in g   B MD 1 0 1   s en s o r   ch ip .   R e f er en ce   [ 1 2 - 1 6 ]   d ev elo p ed   w ea r ab le  m e d ical  d ev ice  f o r   m ea s u r i n g   S p O2   an d   h ea r r ate   w h er R e f er en ce   [ 1 6 ]   d ev elo p ed   p u ls o x i m e ter   f o r   lo w   r e s o u r ce   s etti n g s .     Ou r   d esig n ed   w ea r ab le  m ed ical  d ev ice  is   th i m p r o v e m en t   o f   o u r   p r ev io u s   w o r k   [ 1 7 ]   to   m ee th e   d esig n   co n s id er atio n s   o f   m e d ical  d ev ice  f o r   lo w - r eso u r ce   s etti n g s   as d e s cr ib ed   in   R ef er e n ce   [ 1 8 ]   in   ter m s   o f   co s t,  s ize,   m ater ials ,   a n d   ea s o f   m an u f ac t u r e.   I n   o u r   i m p r o v e m e n d esig n ,   w u s I E E E   8 0 2 . 1 1   w ir eles s   s tan d ar d   f o r   w ir ele s s   co n n ec ti v it y ,   in s tead   o f   u s in g   B l u eto o th   a n d   Z i g B ee   i n   o u r   p r ev io u s   d esig n .   T h r ea s o n   b eh in d   th r ep lace m e n is   th a th I E E E   8 0 2 . 1 1   s tan d ar d   is   m o s co m m o n l y   u s ed   f o r   w i r eless   co n n ec t iv i t y   an d   it  ca n   b ea s il y   co n n ec te d   to   th in ter n et,   s o   th at  m ed i ca tea m   ca n   ac ce s s   th p atie n t s   v ital  s i g n s   d ata  f r o m   a n y w h er u s in g   a n y   m o b ile  d ev ices.  T h d esi g n ed   w e ar ab le  m ed ical  d ev ice   m ea s u r es  t h v ital  s ig n s   o f   h ea r t r ate,   Sp O2   an d   r esp ir ato r y   r ate  a n d   it c an   b u s ed   f o r   tr iag in   a n   e m er g e n c y   r o o m   a n d   d is aster   ar ea .         3.   SYST E M   DE SI G N   Ou r   w ea r ab le  m ed ical  d e v ice   m ai n l y   co n s i s ts   o f   b io m ed ic al  s e n s o r s   u n its ,   m icr o co n tr o ller ,   o u tp u t   u n i t,  R u n it  an d   p o w er   s u p p l y .   B io m ed ical  s e n s o r s   i n cl u d an   air f lo w   t h er m a s e n s o r   f o r   r esp ir ato r y   r ate   m ea s u r e m e n t   an d   p u ls e   o x i m e tr y   f o r   h ea r r ate   an d   b lo o d   o x y g e n   s at u r atio n   m ea s u r e m en t.  R F   u n it   co n s is o f   I E E E 8 0 2 . 1 1   s tan d ar d s   f o r   w ir eless   co n n ec t io n .   T h er ar t w o   o u tp u u n its ,   i.e . ,   1 . 3   in ch es  OL E d is p la y   an d   t h r ee   L E i n d icato r s .   T h O L E D   d is p la y s   h ea r r ate   an d   Sp O2   s tat u s   o f   a   p atie n t.  T h t h r ee   L E in d icato r s   d is p la y   th r ee   le v el s   o f   p atien ts   s e v er it y   co n d it i o n .   R ed   L E in d icate s   t h at  p atien h as  m aj o r   in j u r y   an d   n ee d   an   i m m ed iate   m ed ical  tr ea t m en t.    Yello w   L E in d icate s   th at  p atien h as  m i n o r   in j u r y   an d   tr ea t m e n ca n   b d ela y ed   f o r   s h o r p er io d   o f   ti m e.   Gr ee n   L E in d icate s   t h at  p atie n i n   n o r m al  co n d itio n .   Fig u r 1   an d   2   s h o w   th s y s te m   b lo ck   d iag r a m   an d   p h y s ical   o f   th w ea r ab le  m ed ical  d ev ic e,   r esp ec tiv el y .           Fig u r 1 .   S y s te m   b lo ck   d ia g r a m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       A   lo w   co s t wea r a b le  med ica l d e vice   fo r   vita l sig n s   mo n ito r in g   in   lo w - r eso u r ce   s ettin g s   ( M u h a mma d   N is w a r )   2323         Fig u r 2 W ea r ab le  m ed ical  d ev ice       T h d ev ice  w o r k s   as  f o llo w .   First,  th d ev ice  m ea s u r es  t h e   b r ea th   r ate.   I f   th b r ea th   r ate  is   b et w ee n   1 5   an d   3 0   R P M,   th en   th d ev ice  m ea s u r e s   th p u l s r ate  an d   th p er ce n tag o f   Sp O2 .   I f   th b r ea th   r ate  is   b et w ee n   1 0   an d   1 4   R P o r   3 1   an d   3 5   R P M,   th en   th d e v ice  aler ts   th a t p atien is   m i n o r   co n d itio n   b y   t u r n in g   o n   th e   Yello w   L E D.   Ot h er w is e,   th d e v ice  t u r n s   o n   th e   R ed   L E D   in d icat in g   t h m aj o r   co n d itio n .   I f   t h p u ls e   s tatu s   is   b et w ee n   6 0   an d   1 0 0   B P M,   th en   th d ev ice  m ea s u r es  th p er ce n ta g o f   Sp O2 .   I f   th p u ls r ate  is   b et w ee n   5 0   a n d   5 9   B P o r   1 0 1   an d   1 1 0   B P M,   th en   th e   d ev i ce   tu r n s   o n   t h e   Yello w   L E D   i n d icatin g   th e   m in o r   co n d itio n .   I f   t h p er ce n tag e   o f   Sp O2   is   g r ea ter   th a n   9 4 %,  G r ee n   L E is   tu r n ed   o n   in d icat in g   t h at  th e   p atien t   is   in   n o r m al  co n d itio n .   I f   t h e   Sp O2   is   b etw ee n   9 0 an d   9 4 %,  th en   th d ev ice  t u r n s   o n   th Yello w   L E D   in d icati n g   t h m i n o r   co n d it io n .   Oth er w i s e,   R ed   L E is   tu r n ed   o n   i n d icati n g   t h e   m aj o r   co n d itio n .   W em b ed d ed   an   alg o r ith m   o f   s e v er it y   le v e class if i ca tio n   b ased   o n   v ital  s ig n s   co n d itio n   in   th e   m icr o co n tr o ller   as s h o w n   i n   Alg o r ith m   1 .       A l g o r ith m   1 .   Sev er it y   le v els c lass i f icatio n   b ased   o n   v ital  s i g n s   co n d itio n   No   S tep   No   S tep   1   F lo a d e lt a   M ,   M 1 M 0 ,   i n h a le,   e x h a le,  RP M   16   if   R P M   > =   1 5   & &   < 30   2   M 1   =     m il li s   17      n o rm a (g re e n )   3   M 0   =     p re v   m il li   18   e lse   4   Re a d   se n so (S p O 2 ,   HR,  RE S P )   19      m in o (y e ll o w )   5   if   e x h a le > in h a le   20   e lse     6   Δ M   =     ( M 1 -   M 0 )   21   if   HR > =   6 0   & &   HR < =   1 0 0   7   RP M   =   6 0 0 0 0 /ΔM   22   if   R P M   > =   1 5   & &   < =   30   8     se v e rit y   le v e l   23      m in o (y e ll o w )   9   if   S p O 2   > =   8 5   24   Else   10   if   HR > =   6 0   & &   HR < =   1 0 0   25     m a jo (re d )   11   if   R P M   > =   1 5   & &   < =   3 0   26   if    HR <   6 0   & &   HR >   1 0 0   12     n o rm a (g re e n )   27   if   R P M   > =   1 5   & &   < =   30   13   e lse   28      m a jo (re d )   14     m in o (y e ll o w )   29   e lse   15   if    HR <   6 0   & &   HR >   1 0 0   30      m a jo (re d )       4.   B I O M E DICAL   SE NSO RS   T h d esig n ed   w ea r ab le  m ed ical  d ev ice  h a s   t w o   b io m ed ical  s en s o r s ,   i.e . ,   p u ls o x i m eter   a n d   air f lo th er m a s e n s o r s .   T h p u ls o x i m eter   m ea s u r es  t h e   le v el   o f   b lo o d - oxy g en   s at u r atio n   o f   h e m o g lo b i n   in   th ar ter ial  b lo o d   ( Sp O2 ) ,   a n d   p u ls r ate.   On   th o n h an d ,   th air f lo w   t h er m a s en s o r   m ea s u r es  t h r esp ir ato r y   r ate.     T h f o llo w i n g   s u b s ec tio n s   d escr ib in   d etai ls   o f   t h ese  t w o   b io m ed ical  s e n s o r s .     4 . 1 .     P uls o x i m et er   P u ls o x i m eter   is   n o n - in v a s iv d ev ice  to   m ea s u r h u m a n   h e m o g lo b in   s at u r atio n   a n d   p u ls r ate   th r o u g h   f i n g er .   I co n s i s ts   o f   p r o b w i th   t w o   L E Ds  ( r e d   lig h a n d   in f r ar ed   lig h t)   an d   lig h t - d etec to r .   T h b lo o d   an d   tis s u es  ab s o r b   s o m o f   t h li g h e m itted   b y   t h p r o b e.   T h lig h ab s o r b ed   b y   t h b lo o d   v ar ie s   w it h   th e   o x y g e n   s at u r atio n   o f   h e m o g lo b in .   T h li g h d e tecto r   m ea s u r es  th e   in ten s it y   o f   ea c h   li g h a n d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t   201 9   :   2 3 2 1   -   2327   2324   m icr o co n tr o ller   ca lcu lates t h d if f er e n ce   i n   t h li g h t a b s o r p ti o n   o f   Hb a n d   h e m o g lo b in   w i th o u t   o x y g e n   ( Hb )   in   t h u n it  o f   p er ce n ta g e.   T h n o r m al  p er ce n ta g o f   o x y g e n   s atu r atio n   is   g r ea ter   th a n   9 4 % .   A   p u ls o x i m eter   is   in e x p en s iv m ed ical  d ev ic an d   is   p r iced   as  lo w   a s   $ 1 0   [ 1 9 ] .   W e   cu s to m ized   $ 2 0   f i n g er - t y p p u ls e   o x i m eter   to   b in teg r ated   i n to   o u r   w ea r ab le  m ed ical  d ev ice   s o   th at   p u l s o x i m etr y   d ata  ca n   b clas s i f ied   i n to   th r ee   lev e ls   o f   p atien t s   s e v er i t y   co n d itio n   an d   tr a n s m it ted   to   s er v er   o r   to   m o b ile  d ev ices  in   b o th   ad - h o a n d   in f r astru ct u r m o d e .     4 . 2 .     Respi ra t io n   s ens o r   T o   m ea s u r es  t h r esp ir at o r y   r ate,   w lev er a g d ig ital  te m p er atu r s en s o r   DS1 8 B 2 0   m o u n ted   i n   a   n o s tr il  a n d   m ea s u r es   th e   n u m b er   o f   b r ea th s   t h at  p atie n t   t ak es  ea c h   m in u te.   Air f lo w   th at  co m es   o u t   f r o m   n o s w h en   e x h ali n g   co n tai n s   C O2   th at  h a s   h i g h er   te m p er atu r th a n   t h air f lo w   co m es  in to   th n o s w h e n   in h a lin g .   T h er ef o r e,   th s e n s o r   ca n   m ea s u r th n u m b er   o f   ex h al in g   p er   m i n u te.   T o   ca lcu late  th r esp ir at o r y   r ate,   w d e f i n t h r esp ir atio n   p er io d ,   i.e . ,   th ti m e   d if f er en ce   b et w e e n   t h la s a n d   p r ev i o u s   ti m th p atie n t   is   b r ea th i n g   a n d   d iv id ed   b y   s i x t y   s ec o n d s .   T h is   DS1 8 B 2 0   m ea s u r es  te m p er at u r r an g f r o m   - 55 C   to   1 2 5 C   ( - 67 to   +2 5 7 F)  an d   it  is   f air l y   p r ec is ( 0 . 5 C   A cc u r ac y   f r o m   - 10 C   to   +8 5 C )   [ 20 ] .     T h p r ice  o f   th e   DS1 8 B 2 0   is   ap p r o x im a tel y   $ 2   in   th m ar k e t.   Dev ice  T ec h n i ca l Sp ec if icatio n   as s h o w n   i n   T ab le  1 .       T ab le  1 .   Dev ice  tech n ical  s p ec if icatio n   C o mp o n e n t s   S p e c i f i c a t i o n   M i c r o c o n t r o l l e r   A T M e g a 3 2 8 p   C l o c k   S p e e d   1 6 M H z   R e g i st e r   W i d t h   8 - b i t   R A M   4   K B   F l a sh   3 2   K B   O u t p u t   C u r r e n t   1 8 4   mA   O u t p u t   P o w e r   6 0 7   mV   S e n so r s   P u l se   O x i me t e r ,   A i r f l o w   T e mp e r a t u r e   S e n so r   ( D S 1 8 B 2 0 )   W i r e l e ss  I n t e r f a c e   I EEE8 0 2 . 1 1   ( ESP 8 2 6 6   C h i p )   O u t p u t   I n t e r f a c e   T h r e e   L ED s,  1 . 3 - i n c h   O L ED   D i sp l a y   B a t t e r y   R e c h a r g e a b l e   L i P o   8 5 0   mA h   O p e r a t i o n   T i me   3 . 2     4 . 1   h o u r s   S i z e   6 . 5 ( W )   x   5 . 5 ( H )   x   4 ( D )   c m   W e i g h t   1 8 0   g r       5.   WI R E L E SS   CO N NE C T I VI T F O RE M O T E   M O NIT O RING   W u s e   a n   E SP 8 2 6 6   Wi - Fi   m o d u le  [ 2 1 ]   as   a   w ir ele s s   co n n ec t iv i t y   f o r   s en d i n g   v ital   s i g n s   d ata  to   s er v er   an d   to   m o b ile  d ev ice  in   b o th   ad - h o an d   in f r astr u c tu r m o d as  s h o w n   i n   Fi g u r 3 .   T h E SP 8 2 6 6   m o d u le  is   lo w - co s c h ip   th at  co n tain s   s y s te m   o n - ch ip   w it h   T C P /I P   p r o to c o s tack .   T h p r ice  o f   th i s   m o d u le  is   ap p r o x i m atel y   $ 5 ,   w h ic h   is   ch ea p er   th a n   t h o th er   W i - Fi  s h ield   f o r   e m b ed d ed   d ev ice.   T h m o d u l e   ca n   b co n n ec ted   w it h   an y   m i cr o co n tr o ller   th r o u g h   th s er ial  UART   u s i n g   t h s tan d ar d   AT   c o m m a n d   an d   ca n   b p r o g r am m ed   u s i n g   A r d u i n o   I DE .   T h r o u g h   t h E SP 8 2 6 6 ,   w e   ca n   m o n ito r   t h co n d itio n   o f   p atie n r e m o tel y   th r o u g h   w eb   b r o w s er   i n   s m ar tp h o n a s   s h o w n   i n   Fi g u r e   4 .           Fig u r 3 .   Net w o r k   m o d el       Fig u r 4 .   Vital  s ig n s   m o n ito r in g   v ia  b r o w s er   in   s m ar tp h o n e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       A   lo w   co s t wea r a b le  med ica l d e vice   fo r   vita l sig n s   mo n ito r in g   in   lo w - r eso u r ce   s ettin g s   ( M u h a mma d   N is w a r )   2325   6.   P E RF O RM ANCE E VA L U AT I O N   W ev alu a te  t h p er f o r m a n c o f   o u r   d es ig n ed   w ea r ab le  m ed ical  d ev ice  i n   ter m s   o f   b io m ed ical   s en s o r s   ac cu r ac y .   W e v al u a te  th ac c u r ac y   o f   Sp O2   an d   air f lo w   th er m al  s en s o r   b y   co m p ar in g   it  w i th   s tan d ar d   Sp O2   d ev ice  an d   m a n u al  m ea s u r e m en t,  i.e . ,   r esp ir atio n   is   m ea s u r ed   ad h o c.     6 . 1   E v a lua t i o n o f   Sp O 2   pu ls o x i m et er   W co n d u ct  co m p ar ativ s t u d y   o f   o u r   d esig n ed   m ed ical   d ev ice  w it h   s tan d ar d   Sp O2   o f   Nellco r   Ox iMa x   in   P en lo n   SP   M5 .   T h ai m   o f   t h is   s tu d y   i s   to   ev al u ate  Sp O2   ac cu r ac y   p er f o r m an ce   o f     o u r   d esig n ed   m ed ical  d ev ice  u n d e r   n o n - m o tio n   co n d itio n .   W lev er ag e   P r o Sim   SP OT   L ig h Sp O2   P u ls Ox i m eter   An al y ze r   to   tes t h f u n ctio n al it y   o f   o u r   d es ig n ed   m ed ical  d ev ice.   T h is   p u ls e   o x i m etr y   an al y ze r   ca n   g e n er ate   t h p h y s io lo g ical   s i g n al  o f   i n ter est  s u c h   a s   v ar io u s   v a lu e s   o f   s at u r atio n   a n d   h ea r t   r ate  to   m i m ic   t h p atie n t   co n d itio n .   W ap p lied   t h is   d e v ice  to   o u r   d esi g n ed   m ed ical  d ev ice  a n d   to   Nel lco r   Ox i Ma x   Sp O2 .     W s et   t h P r o Sim   SP OT   L ig h Sp O2   to   g e n er ate  th e   s i g n al  Sp O2   s a t u r atio n   o f   7 0 ,   7 5 ,   8 0 ,   8 5 ,   9 0 ,   9 5 ,   9 7 ,   9 8   an d   1 0 0   an d   h ea r r ate  o f   3 0 ,   6 0 ,   6 5 ,   8 0 ,   1 0 0 ,   1 2 0 ,   1 5 0 ,   1 8 0   an d   2 4 0 W u s th e   P ea r s o n   co r r elatio n   co ef f icie n t   s tatis t ical  an al y s is   to   d escr ib th co r r elatio n   b et w ee n   o u r   d esig n ed   m ed ical  d ev ice  a n d   s tan d ar d   Sp O2   o f   Nellco r   Ox iMa x .   F ig u r 5   s h o w s   t h s tr o n g   co r r elatio n   b et w ee n   d esi g n ed   m ed ical  d ev ice  a n d   Nellco r   Ox iMa x   Sp O2   in d icati n g   t h at  o u r   d esig n ed   w ea r ab le  m ed ical  d ev ice  w o r k s   a s   g o o d   as   th s tan d ar d   Sp O2   d ev ice.         ( a)     ( b )     Fig u r 5 C o r r elatio n   b et w ee n   d esig n ed   m ed ical  d ev ice  a n d   Nellco r   Ox iMa x   Sp O2 ,   ( a)   Ox y g en   s a tu r atio n ( b )   Hea r t r ate       6 . 2   E v a lua t i o n o f   re s pira t io n   s ens o r   T h ev alu atio n   w a s   co n d u cte d   b y   m o n ito r in g   t h o u tp u te m p er at u r w h ile  th d ev ice  w as  attac h e d   to   th n o s o f   p atie n t.  F ig u r 6   s h o w s   t h at  th te m p er at u r es  ch an g es   f r o m   3 2 C   to   3 2 . 2 5 C .   T h te m p er atu r e s   g o es  to   3 2 C   w h e n   p atie n i s   in h a lin g   a n d   it  g o es  to   3 2 . 2 5 C   w h en   p atie n is   e x h a lin g .   S o m e   s p i k es  o cc u r s   d u to   s o m m o v e m e n ts   o f   p at ien t b u t   th s en s o r   ca n   cl ea r l y   d is tig u is h   te m p er atu r c h an g e s   b et w ee n   i n h ali n g   an d   ex h ali n g .   T h s y s te m   co u n ts   th e   n u m b er   o f   b r ea t h   w h e n   p atie n i s   e x h a lin g   a n d   F ig u r 6   s h o w s   t h at  t h e   n u m b er   o f   b r ea th   is   1 4   ti m e s   p er   m in u tes,  i.e . ,   th p atie n h as   ab n o r m a l r esp ir atio n .           Fig u r 6 T em p er atu r ch a n g e   in   air f lo w   t h er m a l sen s o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t   201 9   :   2 3 2 1   -   2327   2326   7.   CO NCLU SI O N   T h is   r esear ch   d ev elo p ed   lo w - co s w ea r ab le  m ed ical  d ev ice   m ea s u r in g   t h v ital  s i g n   o f   p a tien t.  T h e   d esig n ed   w ea r ab le  m ed ical  d ev ice   i s   m ai n l y   b u ilt   w it h   t wo   b io m ed ica s e n s o r s   ( air f lo th er m al   s e n s o r   a n d   p u ls o x i m eter   s e n s o r ) ,   m ic r o co n tr o ller   ( A T ME GA   3 2 8 p ) ,   w ir eles s   m o d u le  ( I E E E 8 0 2 . 1 1 )   an d   p o w er   s u p p l y ,   w h ic h   ar i n ex p e n s i v an d   m o s tl y   av ai lab le  in   th e   m ar k e t .   I m ea s u r e s   h ea r r at e,   Sp O2   lev el ,   a n d   r esp ir ato r y   r ate  o f   p atien an d   d eter m i n t h s e v er it y   le v el  o f   p atien b ased   o n   v ital  s ig n s   c o n d itio n .   W u s a   E SP 8 2 6 6   Wi - Fi  m o d u le   f o r   wir eless   co n n ec tiv it y   to   allo w   v ital  s ig n s   ac q u i s itio n   f r o m   th e   w ea r ab le  m ed ical   d ev ice  to   s m ar tp h o n f o r   r em o te  m o n ito r in g .   W ev al u a ted   th p er f o r m a n ce   o f   t h d esig n ed   d ev ice  b y   co m p ar i n g   w it h   t h e   s ta n d ar d   Sp O2   o f   Nel lco r   Ox iMa x   in   P en lo n   SP   M5 .   T h r esu lt  s h o w s   t h at  th e   d esig n ed   w ea r ab le  m ed ical  d e v ic w o r k s   a s   g o o d   as  s tan d ar d   Sp O2   d ev ice  a n d   it  ca n   m ea s u r t h r esp ir ato r y   r ate  p r o p er ly .       ACK NO WL E D G E M E NT S   T h au th o r s   w o u ld   lik e   to   th an k   th teac h i n g   h o s p ita Un i v er s ita s   Hasa n u d d in   f o r   s u p p o r tin g   t h i s   r esear ch   b y   p r o v id in g   ac ce s s   to   th eir   m ed ical  d ev ices  to   b co m p ar ed   to   o u r   d esig n ed   w ea r ab le  m ed ical   d ev ice.       RE F E R E NC E S     [1 ]   A d rian a   V e laz q u e z   Be ru m e n ,   Ne e d   f o a p p ro p riate ,   A ff o rd a b le,  a n d   S a f e   M e d ica De v ice s,   1 1 th   An n u a l   Un ive rs it y   o M in n e so ta   De sig n   o M e d ica De v ice   ( D M D) Co n fer e n c e ,   2 0 1 2 .     [2 ]   W o rld   He a lt h   Org a n iza ti o n ,   W HO   Co m p e n d iu m   o f   in n o v a ti v e   h e a lt h   tec h n o lo g ies   f o lo w   re s o u rc e   se tt in g s,”   2 0 1 5 .     [3 ]   T.   Ga o   e a l . ,   " T h e   A d v a n c e d   He a lt h   a n d   Disa ste A id   Ne tw o rk :   A   L i g h t - W e i g h W irele ss   M e d ica S y ste m   f o T riag e , "   in   IEE T ra n sa c ti o n o n   Bi o me d ica Circ u it a n d   S y ste ms ,   v o l.   1 ,   n o .   3 ,   p p .   2 0 3 - 2 1 6 ,   S e p t .   2 0 0 7 .   [4 ]   R.   R.   F letc h e r,   M .   P o h   a n d   H.  Ey d g a h i,   " W e a r a b l e   se n so rs:  Op p o rt u n it ies   a n d   c h a ll e n g e f o l o w - c o st  h e a lt h   c a re , "   2 0 1 0   A n n u a I n ter n a t io n a l   Co n fer e n c e   o th e   IEE E n g i n e e rin g   in   M e d icin e   a n d   B io l o g y ,   Bu e n o A ires ,   p p .   1 7 6 3 - 1 7 6 6 ,   2 0 1 0   [5 ]   Kristin e   Jo y c e   P .   Ortiz,  Jo h n   P e t e O.  Da v a lo s,  El o ra   S .   Eu se b i o ,   Do m in ic  M .   T u c a y ,     Io T El e c tro c a rd io g ra m   (ECG M o n it o ri n g   S y ste m ,     In d o n e sia n   J o u r n a o El e c trica E n g in e e rin g   a n d   Co m p u ter   S c ie n c e   V o l .   1 0 ,   No .   2 ,   p p .   4 8 0 ~ 4 8 9 ,   M a y   2 0 1 8 .   [6 ]   A c h m a d   Riza l,   V e ra   S u ry a n i,   Jo n d ri,   S u g o n d o   Ha d iy o so ,     De v e lo p m e n o f   W irele ss   P a ti e n t’s  V it a S ig n   M o n it o r   Us in g   W irele s LAN  (IE EE . 8 0 2 . 1 1 . b /g P ro t o c o l ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o El e c trica a n d   C o mp u t e En g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,   V o l.   4 ,   No .   6 ,   p p .   8 9 3 ~ 9 0 1 ,   De c e m b e 2 0 1 4 .   [7 ]   N a b e e S a li h   A li ,   Zaid   A b d A l k a re a m   A l y a ss e ri,   A b d u lh u ss e in   A b d u lm o h so n ,     Re a l - T i m e   He a rt  P u lse   M o n i to ri n g   T e c h n iq u e   Us in g   W irele ss   S e n so Ne t w o rk   a n d   M o b i le  A p p li c a ti o n ,   In ter n a ti o n a J o u r n a o f   El e c trica a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,   V o l . 8 ,   No . 6 ,   p p .   5 1 1 8 ~ 5 1 2 6 ,   De c e m b e 2 0 1 8 .   [8 ]   E.   S p a n ò ,   S .   Di  P a sc o li   a n d   G .   Ia n n a c c o n e ,   " L o w - P o w e W e a r a b le  EC G   M o n it o ri n g   S y ste m   f o M u lt i p le - P a ti e n t   Re m o te M o n i to ri n g , "   in   IEE S e n so rs   J o u r n a l ,   v o l.   1 6 ,   n o .   1 3 ,   p p .   5 4 5 2 - 5 4 6 2 ,   Ju ly 1 ,   2 0 1 6 .   [9 ]   S .   P .   P re e ji th ,   R.   Dh in e sh ,   J.  J o se p h   a n d   M .   S iv a p ra k a sa m ,   " W e a r a b le  EC G   p latf o r m   f o c o n ti n u o u c a rd iac   m o n it o rin g , "   2 0 1 6   3 8 th   An n u a I n ter n a ti o n a C o n fer e n c e   o f   th e   IE EE   En g in e e rin g   i n   M e d icin e   a n d   Bi o lo g y   S o c iety   ( EM BC) ,   Orla n d o ,   F L ,   p p .   6 2 3 - 6 2 6 ,   2 0 1 6 .   [1 0 ]   E.   V a lch i n o v ,   A .   A n to n io u ,   K.  Ro tas   a n d   N.  P a ll ik a ra k is,  " W e a r a b le  EC G   s y ste m   f o h e a lt h   a n d   sp o rts   m o n it o rin g , "   2 0 1 4   4 t h   In ter n a ti o n a C o n fer e n c e   o n   W ire les s   M o b il e   Co mm u n ica t io n   a n d   He a lt h c a re   -   T ra n s f o rm in g   He a lt h c a re   T h ro u g h   I n n o v a ti o n i n   M o b i le  a n d   W ire les T e c h n o l o g ies   ( M OBIH EA L T H) ,   A th e n s,   p p .   6 3 - 66 ,   2 0 1 4 .   [1 1 ]   Z.   A i,   L .   Zh e n g ,   H.  Qi  a n d   W .   Cu i,   " L o w - P o w e W irel e ss   W e a r a b le  ECG   M o n it o rin g   S y ste m   B a se d   o n   BM D1 0 1 , "   2 0 1 8   3 7 th   Ch i n e se   Co n tro C o n fer e n c e   ( CCC) ,   W u h a n ,   p p .   7 3 7 4 - 7 3 7 9 ,   2 0 1 8 .   [1 2 ]   R.   R.   A d ip u tra,  S .   Ha d iy o so ,   Y.   S u n   Ha riy a n i,     In tern e o f   T h in g s:  L o w   Co st  a n d   W e a r a b le  S p O2   De v ice   f o He a lt h   M o n it o rin g ,   I n ter n a ti o n a J o u rn a o E lec trica a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,   V o l .   8 ,   N o .   2 ,     p p .   9 3 9 ~ 9 4 5 ,   A p ril   2 0 1 8 .   [1 3 ]   N.  S u tar,   M .   P a r ih a r,   R .   Ijare   a n d   K.  G o w a ri,   " De si g n   a n d   d e v e l o p m e n o f   S M b a se d   w e a ra b le  p u lse   o x im e ter,"   2 0 1 6   I n ter n a t io n a C o n fer e n c e   o n   Co mm u n ica t io n   a n d   S ig n a Pro c e ss in g   ( ICCS P) ,   M e lm a ru v a th u r,     p p .   1 8 1 2 - 1 8 1 6 ,   2 0 1 6 .   [1 4 ]   Y.  X ie,  Y.  G a o ,   Y.  L i,   Y.  L u   a n d   W .   L i,   " De v e lo p m e n o f   W e a r a b le  P u lse   Ox im e ter  B a se d   o n   In tern e o f   T h in g a n d   S ig n a P ro c e ss in g   T e c h n i q u e s,"   2 0 1 7   Eu r o p e a n   M o d e ll in g   S y mp o si u ( EM S ) ,   M a n c h e ste r,     p p .   2 4 9 - 254 ,   2 0 1 7 .   [1 5 ]   N.  W a tt h a n a w isu th ,   T .   L o m a s,  A .   W isit so ra a a n d   A .   T u a n tran o n t,   " W irele ss   we a ra b le  p u lse   o x ime ter  f o h e a lt h   m o n it o rin g   u si n g   Zi g Be e   w irel e s se n so n e tw o rk , "   ECT I - CON2 0 1 0 T h e   2 0 1 0   ECT I   In ter n a ti o n a Co n fer n c e   o n   El e c trica En g in e e rin g /E lec tro n i c s,  Co mp u ter ,   T e lec o mm u n ica ti o n a n d   In fo rm a t io n   T e c h n o l o g y Ch ian g   M a i ,   p p .   5 7 5 - 579 ,   2 0 1 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       A   lo w   co s t wea r a b le  med ica l d e vice   fo r   vita l sig n s   mo n ito r in g   in   lo w - r eso u r ce   s ettin g s   ( M u h a mma d   N is w a r )   2327   [1 6 ]   Z.   Jo n e s,  E.   W o o d s,   D.  Nie lso n   a n d   S .   V .   M a h a d e v a n ,   " De sig n   o a   p u lse   o x ime ter   f o p ric e   se n siti v e   e me rg in g   ma rk e ts ,"   2 0 1 0   A n n u a In ter n a ti o n a Co n f e re n c e   o f   th e   IEE En g i n e e rin g   in   M e d icin e   a n d   Bio lo g y ,   Bu e n o A ires ,   p p .   1 0 8 5 - 1 0 8 8 ,   2 0 1 0 .   [1 7 ]   M .   Nisw a r   e a l . ,   " T h e   De sig n   o W e a ra b le  M e d ica De v ice   fo T ria g i n g   Disa ste Ca su a lt ies   in   De v e lo p i n g   Co u n tries ,"   2 0 1 5   F if th   In tern a ti o n a Co n f e re n c e   o n   Dig it a In f o rm a ti o n   P ro c e ss in g   a n d   Co m m u n ica ti o n s (ICDI P C) S ierre ,   p p .   2 0 7 - 2 1 2 ,   2 0 1 5 .   [1 8 ]   A .   J.  Ni m u n k a r,   J.  Ba ra n ,   D.  V a n   S ick le,  N.  K.   P a g id im a rr y   a n d   J.  G .   W e b ste r,   " M e d ica d e v ice fo d e v e lo p in g   c o u n tries De sig n   c o n str a in ts  a n d   a p p ro a c h e s ,"   2 0 0 9   A n n u a In tern a ti o n a Co n f e re n c e   o f   th e   IEE E   En g in e e rin g   i n   M e d icin e   a n d   Bi o lo g y   S o c iet y ,   M in n e a p o li s,  M N,  p p .   7 0 4 8 - 7 0 5 1 ,   2 0 0 9 .   [1 9 ]   W o rld   He a lt h   Org a n iza ti o n ,   G l o b a P u lse   Ox i m e tr y   P ro jec t,   F irst  In tern a ti o n a Co n su l tatio n   M e e ti n g   W HO   He a d q u a rters ,   G e n e v a ,   S w it z e rla n d ,   2 9 - 3 0 th   Oc t o b e 2 0 0 8 .   [2 0 ]   M a x i m   In teg ra ted ,   P ro g ra m m a b le  Re so lu ti o n   1 - W ire  Dig it a T h e r m o m e ter”   DS1 8 B2 0   Da tas h e e [ Re v ise d   S e p t.   2 0 1 8 ] .   [2 1 ]   Esp re ss iv e   S y ste m s,  Esp re ss iv e   S m a rt  Co n n e c ti v it y ES P 8 2 6 6 ,   E S P 8 2 6 6   Da tas h e e t,   Oc t. 1 2 ,   2 0 1 3 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.