Maxime Alexandre Beck
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CareTrack

Patienten-Monitoring vom Sensorarmband bis zum Pflege-Dashboard.

Ein vernetztes System: Sensorarmbänder messen die Herzfrequenz, die Daten laufen per MQTT in ein Backend, und ein Dashboard zeigt dem Pflegepersonal alle Patientinnen und Patienten auf einen Blick – kritische Werte werden hervorgehoben.

Kontext
Teamprojekt (2 Personen), HfG Schwäbisch Gmünd
Rolle
UX/UI, Sensorik, Backend, Frontend
Werkzeuge
ESP8266, MAX30105, C/C++ (Arduino), MQTT, MongoDB, Figma
Jahr
2024

Leitfrage

„Wie erkennt Pflegepersonal kritische Herzfrequenzen früher – ohne mehr Zeit in die Überwachung zu investieren?“

Vorgehen

Die Case Studies sind nach dem Double Diamond gegliedert: erst das Problem verstehen und schärfen, dann Lösungen entwickeln und umsetzen.

DISCOVERDEFINEDEVELOPDELIVER
  1. Discover

    Verstehen

    • Recherche zum Pflegealltag
    • Problemdefinition

    Kritische Veränderungen werden zu spät erkannt.

  2. Define

    Definieren

    • Anforderungen an ein Pflege-Dashboard
    • Nutzungskontext Klinik

    Überblick, klare Warnsignale, Detail pro Patient.

  3. Develop

    Entwickeln

    • Low-Fidelity-Prototyp
    • Struktur und Navigation des Dashboards

    Dashboard-Konzept vor der technischen Umsetzung.

  4. Deliver

    Umsetzen

    • ESP8266 + MAX30105
    • MQTT und MongoDB
    • Dashboard-Interface

    Ein durchgängiges System vom Sensor bis zum Interface.

Discover

Verstehen

Ausgangslage

Kritische Werte werden zu spät gesehen.

Patientenüberwachung in Kliniken ist zeitaufwendig und oft nur teilweise automatisiert. Unregelmäßige Herzfrequenzen können übersehen oder zu spät erkannt werden.

Define

Definieren

Anforderungen

Was ein Pflege-Dashboard leisten muss.

  1. Überblick

    Alle Patientinnen und Patienten auf einen Blick.

  2. Klare Warnsignale

    Kritische Werte fallen sofort auf.

  3. Detail pro Patient

    Verlauf, Puls und Durchschnitt bei Bedarf.

  4. Einfache Verwaltung

    Patientinnen, Patienten und Sensorarmbänder effizient verwalten.

Develop

Entwickeln

Ideation

Erst die Struktur, dann die Technik.

Bevor Sensor und Backend entstanden, wurde ein Low-Fidelity-Prototyp des Dashboards erstellt, um Struktur und Navigation festzulegen: Was steht in der Übersicht, was erst im Detail, wie wird ein kritischer Wert sichtbar?

Deliver

Umsetzen

Umsetzung

Sensor, Backend und Interface als ein System.

  1. Sensor

    Ein ESP8266 mit Pulssensor misst die Herzfrequenz und sendet sie per WLAN und MQTT in Echtzeit.

  2. Backend

    MongoDB speichert Sensor- und Patientendaten als Basis für das Dashboard.

  3. Dashboard

    Vom Low-Fidelity-Prototyp zum Interface mit BPM, Durchschnitt und farbigen Statussignalen.

Code

Vom Herzschlag zur MQTT-Nachricht.

sketch_jan10a.inoC++ · Arduino
void loop() {
  long irValue = analogRead(A0);

  if (checkForBeat(irValue) == true) {
    long delta = millis() - lastBeat;
    lastBeat = millis();
    beatsPerMinute = 60 / (delta / 1000.0);

    // Unplausible Werte verwerfen
    if (beatsPerMinute < 255 && beatsPerMinute > 20) {
      rates[rateSpot++] = (byte)beatsPerMinute;
      rateSpot %= RATE_SIZE;

      beatAvg = 0;
      for (byte x = 0; x < RATE_SIZE; x++)
        beatAvg += rates[x];
      beatAvg /= RATE_SIZE;

      char heartRateMessage[50];
      snprintf(heartRateMessage, sizeof(heartRateMessage), "%.2f", beatsPerMinute);
      client.publish("dp2/Maxime/Herzfrequenz", heartRateMessage);
    }
  }
  delay(2000);
}
  1. Aus dem Abstand zwischen zwei erkannten Herzschlägen wird die Herzfrequenz in Schlägen pro Minute berechnet.
  2. Werte unter 20 oder über 255 BPM werden als Messfehler verworfen; ein gleitender Durchschnitt über mehrere Schläge glättet die Anzeige.
  3. Jeder gültige Wert geht per MQTT an ein eigenes Topic. Das Backend abonniert es, speichert die Werte in MongoDB und versorgt das Dashboard.
Patientenübersicht: jede Karte zeigt Verlauf, aktuellen Puls und Status.

Reflect

Reflexion

Reflexion

Vom Sensor zum vernetzten System.

Hier habe ich Sensor, Funkübertragung und Backend zu einem vernetzten System verbunden. Die größte Lektion: Echtzeitdaten verständlich darzustellen ist mindestens so schwer, wie sie zuverlässig zu übertragen.

Mit Pflegekräften haben wir nicht gesprochen; die Anforderungen beruhen auf Recherche. Der nächste Schritt wäre, das Dashboard mit Pflegepersonal zu testen.