Εργαστηριακή εισήγηση. «Αξιοποίηση των Νέων Τεχνολογιών σε Εφαρμογές Ψηφιακής Προληπτικής Ιατρικής Μαθητών»

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Εργαστηριακή εισήγηση. «Αξιοποίηση των Νέων Τεχνολογιών σε Εφαρμογές Ψηφιακής Προληπτικής Ιατρικής Μαθητών»"

Θέμις Καρράς
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Εργαστηριακή εισήγηση «Αξιοποίηση των Νέων Τεχνολογιών σε Εφαρμογές Ψηφιακής Προληπτικής Ιατρικής Μαθητών» Σωτήριος Βούλγαρης Καθηγητής 2 ου ΕΠΑΛ Χαλκίδας & υπεύθυνος εργ. Η/Υ mail@2epal-chalk.eyv.sch.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το γνωμικό καλύτερα να προλαμβάνεις μια ασθένεια παρά να την θεραπεύεις είναι τώρα εφικτή από την σχολική ηλικία με τη βοήθεια της ψηφιακής τεχνολογίας μέσα από κατασκευές και πειραματικές δραστηριότητες όπως γίνεται και στα σύγχρονα Σχολεία της Ευρώπης και Αμερικής από τους Μαθητές. Αυτό μπορεί να γίνει στο πλαίσιο της διδασκαλίας του μαθήματος της Τεχνολογίας στις εφαρμογές εκμάθησης του μαθήματος Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Μικροεπεξεργαστών των ειδικοτήτων, αλλά και στη γενικότερη χρήση αυτών των συσκευών. Με τη βοήθεια του νέου φορητού Microcomputer Based Laboratory (MBL) μοντέλο LabQuest της εταιρείας Vernier με αισθητήρες Παλμογραφήματος Καρδιογραφήματος, Ψηφιακής Μέτρησης Αρτηριακής Πίεσης Αίματος, Σπιρόμετρου, και άμεσης Μέτρησης θερμοκρασίας Σώματος με ενσωματωμένο menu λειτουργιών στα Ελληνικά, μεγάλη έγχρωμη οθόνη αφής με δυνατότητα εμφάνισης μέχρι δύο γραφημάτων. Οι μαθητές μπορούν να συλλέγουν όλα τα δεδομένα χωρίς την ανάγκη χρήσης Η/Υ να τα εμφανίζουν και να τα αναλύουν σε πραγματικό χρόνο γραφικά και αριθμητικά να τα αποθηκεύουν στη μνήμη του ή να τα εκτυπώνουν σε εκτυπωτή. Οι μαθητές έρχονται σε επαφή με τη νέα ψηφιακή τεχνολογία παίζουν μαζί της και αυτό τους απομακρύνει από την κλασική διδασκαλία εκμάθησης, αφού μέσα από τις δεξιότητες που αναπτύσσουν μαθαίνουν μόνοι τους. Στις ειδικότητες δε οι μαθητές προσεγγίζουν με τη βοήθεια του καθηγητή τους τις γραφικές γλώσσες προγραμματισμού που στηρίζεται στη (C) και μπορούν να αναπτύξουν δομημένη λογική και το κυριότερο αυτό που μαθαίνουν διαδραστικά γυρίζει πίσω σε αυτούς αφού αρχίζουν να γνωρίζουν το hardware του εαυτού τους. ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: ψηφιακή τεχνολογία και προληπτική ιατρική, microcomputer based laboratory, αισθητήρες Ηλεκτροκαρδιογράφημα_Παλμογράφημα, Αρτηριακής Πίεσης Αίματος, Σπιρόμετρο, γραφικές γλώσσες προγραματισμού, διαδραστική εκμάθηση μεταξύ μαθητών και λογισμικού Microcomputer. [1213]

2 «Ψηφιακές και Διαδικτυακές εφαρμογές στην Εκπαίδευση» ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ευεξία της ζωής ενός ανθρώπου είναι αποτέλεσμα ενός συνόλου φυσικών και βιολογικών διεργασιών που συμβαίνουν στο σώμα μας ακατάπαυτα μέρα-νύχτα στην εργασία & στη διασκέδαση,στο βάδισμα ή στην ανάπαυση κτλ. Όμως πόσο καλά γνωρίζουμε το hardware του εαυτού μας? Μήπως μέσα από την τέλεια λειτουργία του οργανισμού μας υπάρχει μία ατέλεια λειτουργική που αν δεν την προσέξουμε νωρίς μπορεί να επιδεινωθεί αργότερα; Στην ψηφιακή λοιπόν εποχή μας κυκλοφορεί η συσκευή χειρός LabQuest με αρκετούς βιομετρικούς αισθητήρες για την γνώση βασικών και ζωτικών λειτουργιών του οργανισμού μας όπως: 1. Ηλεκτροκαρδιογράφημα_Παλμογράφημα (Hand_grip_rate Wireless) 2. Αισθητήρας ψηφιακής μέτρησης αρτηριακής πίεσης 3. Σπιρόμετρο για μετρήσεις αναπνοής. 4. Αισθητήρας μέτρησης θερμοκρασίας σώματος των μαθητών Οι παραπάνω μετρήσεις μπορεί να είναι τόσο αριθμητικές όσο και δυναμικές γραφικές. ΣΤΟΧΟΣ Χρησιμοποιώντας τη φορητή συσκευή LabQuest για τη μελέτη των βιοπαραμέτρων της καρδιάς της αναπνοής και της θερμακρασίας του ανθρώπινου σώματος ο μαθητής αποκτά δυνατότητες : Να συλλέγει σε ελάχιστα δευτερόλεπτα αριθμητικά και γραφικά δεδομένα μέσω μικροελεγκτή και χωρίς να είναι απαραίτητη η χρήση Η/Υ. Για μαθητές γενικών ειδικοτήτων να δημιουργούνται τα κίνητρα για την απόκτηση γνώσεων λειτουργίας του ανθρώπινου σώματος και ιδιαίτερα για το δικό τους σώμα. Για μαθητές ειδικοτήτων (Ηλεκτρονικών Υπολογιστών, Μικροεπεξεργαστών, ) να προσεγγίσουν τη λειτουργία των μικροελεγκτών μέσω γραφικής γλώσσας προγραμματισμού (το πρόγραμμα LabView της National Instrument). Για μαθητές ειδικοτήτων να προσεγγίσουν τη γλώσσα προγραμματισμού C μόνο για εφαρμογή σε μικροεπεξεργαστές, π.χ. PIC με στόχο γιατί όχι και τη δική τους κατασκευή χρησιμοποιώντας αισθητήρες της Vernier ως αποτέλεσμα δικών τους πρωτοβουλιών και διεργασιών και με τη βοήθεια του καθηγητή τους. ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΑ ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ 1. Microcomputer Based Laboratory μοντέλο LabQuest της εταιρείας Vernier με τους αισθητήρες Ηλεκτροκαρδιογραφήματος, Παλμογραφήματος, Αρτηριακής Πίεσης Αίματος, Σπιρομέτρου, Θερμοκρασίας. [1214]

Στη συνέχεια ένα άτομο συγκρατεί με τα δύο του χέρια δύο μεταλλικά βέλη ευθυγραμμισμένα κάθετα και προσεγγιστικά κοντά στο ίδιο ύψος με το δέκτη σε

3 2. Ηλεκτρονικός Υπολογιστής για λογισμική υποστήριξη με τον παραπάνω Μικροελεγκτή ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 1. Συνδέουμε τον αισθητήρα Hand_Grip_Rate στην είσοδο CH1 του LabQuest και τον αισθητήρα Blood_Pressure στην είσοδο CH2. 2. Στη συνέχεια ένα άτομο συγκρατεί με τα δύο του χέρια δύο μεταλλικά βέλη ευθυγραμμισμένα κάθετα και προσεγγιστικά κοντά στο ίδιο ύψος με το δέκτη σε απόσταση γύρω στο ένα μέτρο ασύρματα. 3. Ενεργοποιούμε το LabQuest και στη συνέχεια το μπουτόν συλλογής δεδομένων. Η συλλογή δεδομένων θα ξεκινήσει και ένα γράφημα θα παρουσιαστεί στην οθόνη μέσα σε πραγματικό χρόνο. a. [1215]

4 «Ψηφιακές και Διαδικτυακές εφαρμογές στην Εκπαίδευση» b. Στο Logger_Lite εμφανίζονται οι παρακάτω ενδείξεις: c. Στο καταγραφικό ανάλυσης σημάτων επίσης εμφανίζονται: [1216]

5 4. Με βάση τις ενδείξεις συμπληρώστε τον παρακάτω πίνακα: Χρον.Περιοδ.(sec) Χρον.Περ.Παλμου(msec) Normal_Time 700~860 Ρυθμός Παλμών Καρδιάς(bpmin) πριν άσκηση Normal_Rate 70~85 Ρυθμός Παλμών Καρδιάς(bpmin) κατά την άσκηση Ενεργοποιούμε τον δεύτερο αισθητήρα Μέτρησης Πίεσης Αίματος. Φοράμε σε ένα άτομο την περιχειρίδα και ενεργοποιούμε και πάλι το μπουτόν συλλογής δεδομένων. [1217]

6 «Ψηφιακές και Διαδικτυακές εφαρμογές στην Εκπαίδευση» 6. Με βάση τις ενδείξεις που έχουμε από το LabQuest συμπληρώνουμε και πάλι τον παρακάτω πίνακα: Μέτρηση κατά την περίοδο ανάπαυσης Συστολική_Πίεση (mmhg) Διαστολική_Πίεση (mmhg) Οριοθετημένες Τιμές Πίεσης Αίματ 140/ ΥΨΗΛΗ Μέτρηση μετά από δραστηριότητα /80-89 ΠΡΟ-ΥΠΕΡΤΑΣΗΣ Μέτρηση κατά την περίοδο ανάπαυσης 119/ NORMAL 7. Ενεργοποιούμε τον τρίτο αισθητήρα κατά σειρά του Σπιρόμετρου με την συλλογή δεδομένων αφού κάποιο άτομο εισπνεύσει και εκπνεύσει στο στόμιο του αισθητήρα, με το φράξιμο της μύτης με ειδικό κλιπ. Η παρακάτω εικόνα δείχνει τις καταμετρήσεις που έγιναν σε πραγματικό χρόνο σε τυχαίο άτομο. [1218]

7 Οι παραπάνω μετρήσεις δείχνουν τον παλιρροιακό όγκο αέρα γενικής αναπνοής ενός ατόμου. Παρακάτω δείχνεται στο LabQuest η Εισπνοή/Εκπνοή ενός ατόμου και παρακάτω [1219]

Τέλος ενεργοποιούμε τον τέταρτο αισθητήρα θερμοκρασίας Οπότε

8 «Ψηφιακές και Διαδικτυακές εφαρμογές στην Εκπαίδευση» ο αυτόματος υπολογισμός του όγκου του αέρα του πνεύμονα: 8. Τέλος ενεργοποιούμε τον τέταρτο αισθητήρα θερμοκρασίας Οπότε μπορούμε να συμπληρώσουμε τη πρόοδο της θερμοκρασίας σε σχέση με τον χρόνο: [1220]

ΠΡΟΟΔΟΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΧΡΟΝΟΣ (sec) ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ( 0 C) Παρακάτω φαίνεται σε πλήρη δραστηριότητα οι ταυτόχρονες μετρήσεις καρδιογραφήματος & αρτηριακής πίεσης

9 ΠΡΟΟΔΟΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΧΡΟΝΟΣ (sec) ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ( 0 C) Παρακάτω φαίνεται σε πλήρη δραστηριότητα οι ταυτόχρονες μετρήσεις καρδιογραφήματος & αρτηριακής πίεσης από το LabQuest και οι αναλύσεις από το LoggerLite. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΠΕΚΤΑΣΕΙΣ Μετά από τις παραπάνω διεργασίες οδηγούμαστε στα εξής συμπεράσματα: [1221]

7 6 5 4 3 2 1 0 + a 7 6 5 4 3 2 1 0 a «Ψηφιακές και Διαδικτυακές εφαρμογές στην Εκπαίδευση» 1. Οι μαθητές προσαρμόζονται με ένα νέο είδος χειρισμού τεχνολογίας σε επίπεδο Μικροελεγκτών 2.

Οι ίδιοι θα μπορούν να αυτοεξετάζονται με τις συγκρινόμενες επιστημονικές τιμές με τη βοήθεια του καθηγητή τους-δασκάλου τους που θα παίζει ένα ρόλο συντονιστικό για περαιτέρω βέβαια διάγνωση θα

Μαθητές ειδικοτήτων που ασχολούνται με μαθήματα όπως:( Τεχνολογία Η/Υ-Μικροεπεξεργαστών, Συλλογής μεταφοράς και έλεγχος δεδομένων,labview) και με τη βοήθεια των καθηγητών τους να προσπαθήσουν να

όσες χρειάζονται) για την έρευνα σε μαθησιακό επίπεδο με στόχο την κατασκευή μετρητικών συσκευών όπως την παρακάτω συσκευή: CARDIOGRAPH WITH THE PIC16F877A MEASUREMENT WAVES.

10 a a «Ψηφιακές και Διαδικτυακές εφαρμογές στην Εκπαίδευση» 1. Οι μαθητές προσαρμόζονται με ένα νέο είδος χειρισμού τεχνολογίας σε επίπεδο Μικροελεγκτών 2. Θέλουν να έλθουν σε επαφή με το αντικείμενο να το αγγίξουν αφού μάλιστα θα αρχίσουν να μαθαίνουν για τη λειτουργία του οργανισμού τους και να τον σέβονται περισσότερο και από μικρές ηλικίες 3. Οι ίδιοι θα μπορούν να αυτοεξετάζονται με τις συγκρινόμενες επιστημονικές τιμές με τη βοήθεια του καθηγητή τους-δασκάλου τους που θα παίζει ένα ρόλο συντονιστικό για περαιτέρω βέβαια διάγνωση θα οδηγούνται σαφώς στον ειδικευμένο γιατρό τους όμως πόσες φορές μαθητές παρουσιάζουν προβλήματα υγείας χωρίς να το γνωρίζουν? 4. Μαθητές ειδικοτήτων που ασχολούνται με μαθήματα όπως:( Τεχνολογία Η/Υ-Μικροεπεξεργαστών, Συλλογής μεταφοράς και έλεγχος δεδομένων,labview) και με τη βοήθεια των καθηγητών τους να προσπαθήσουν να προσεγγίσουν γραφικές γλώσσες όπως LabView που στηρίζεται σε γλώσσα προγραμματισμού C ή και εφαρμογές γλώσσας προγραμματισμού C επάνω σε Μικροεπεξεργαστές χαμηλής ή μέσης ισχύος (μόνον οι εντολές όσες χρειάζονται) για την έρευνα σε μαθησιακό επίπεδο με στόχο την κατασκευή μετρητικών συσκευών όπως την παρακάτω συσκευή: CARDIOGRAPH WITH THE PIC16F877A MEASUREMENT WAVES...PQRS & T U1 PIC16F877A method transfer data 1_nibble(4_bits) DISPLAY 0 DISPLAY 97 a 0. U2 PIC16F877A CVREF(OUTPUT)==RA2/PIN4 VRA1_INPUTac=... VS1 5 P1 5k RA0/AN0/PIN2 RA1/AN1/PIN3 RA2/AN2/VREF-/CVREF/PIN4 RA3/AN3/VREF+/PIN5 RA4/TOCKI/C1OUT/PIN6 RA5/AN4/SS/C2OUT/PIN7 ~0.8Volt_Ref Vac_input(t) VRA0/AN0/PIN2=~ 1Volt_Ref(adjusting) MCLR RA0 RA1 RA2 RA3 RA4 RA5 RE0 RE1 RE2 PIC16F877A RD2 RD3 RC4 RC5 RC6 RC7 RD4 RD5 RD6 RD7 MCLR RA0 RA1 RA2 RA3 RA4 RA5 RE0 RE1 RE2 PIC16F877A RD2 RD3 RC4 RC5 RC6 RC7 RD4 RD5 RD6 RD7 Label1 0 Label2 97 a 0. VDD VSS VDD VSS OSC1 RB0 OSC1 RB0 RC0/T1OSO/T1CKI/PIN15 RC1/T1OSI/CCP2/PIN16 RC2/CCP1/PIN17 OSC2 RC0 RC1 RC2 RC3 RB1 RB2 RB3 RB4 RB5 OSC2 RC0 RC1 RC2 RC3 RB1 RB2 RB3 RB4 RB5 method transfer data 1_nibble(4_bits) RD0 RB6 RD0 RB6 RD1 RB7 RD1 RB7 C2out_comparator==Digital_Input_Reading_RA1 software_searchingreading_signal software_comparator VRA3/AN3/VREF+/PIN5=Vac_input(t) Η παραπάνω είναι μία συσκευή μέτρησης ιατρικών παραμέτρων Ηλεκτροκαρδιογραφήματος_Παλμογραφήματος, και Αρτηριακής Πίεσης Αίματος. Το hardware της συσκευής στηρίζεται σε αντίστοιχους αισθητήρες τις Vernier(Multirama) σε Μικροεπεξεργαστή της οικογένειας PIC το δε λογισμικό λειτουργίας του software είναι εφαρμογή της γλώσσας C επάνω σε Μικροεπεξεργαστή. [1222]

11 Λειτουργία Δυνατότητες Το παραπάνω μηχάνημα μπορεί να μετρά σε συνεχές πραγματικό χρόνο τις χρονικές περιόδους παλμών της καρδιάς (ms) ασύρματα να εντοπίζει τις αρρυθμίες βγάζοντας το ενδεικτικό async δηλ. ασύγχρονο ενώ όταν είναι μέσα στα χρονικά πλαίσια το ενδεικτικό sync δηλ. σύγχρονο εδώ να πούμε ότι το ίδιο το μηχάνημα εισάγει ψευδοτυχαία την αρρυθμία αλλά σε μία υγιή κατάσταση η μέτρηση θα πρέπει να επανέλθει στο Sync, ενδεικτικό λαμπάκι αναβοσβησίματος σύμφωνα με τον ρυθμό της καρδιάς,και τέλος πρόγραμμα που τρέχει την μέτρησης της αρτηριακής πίεσης με την κλασσική μέθοδο (που τελικά όπως πολλές φορές αποδεικνύεται είναι και η ποιο αξιόπιστη ) με επίδειξη αντί της αναλογικής βελόνας ψηφιακής. [1223]

Σχετικά έγγραφα

Μέτρηση Θερμοκρασίας με τον αισθητήρα TMP36. Σύστημα Συλλογής & Επεξεργασίας Μετρήσεων. Βασική δομή ενός προγράμματος στο LabVIEW.

Σκοπός Μάθημα 2 Δραστηριότητα 1 Μέτρηση Θερμοκρασίας με τον αισθητήρα TMP36. Σύστημα Συλλογής & Επεξεργασίας Μετρήσεων Βασική δομή ενός προγράμματος στο LabVIEW. Εμπρόσθιο Πλαίσιο (front panel). Σχεδίαση