Dokumentacija LifeLink Algoritama

Ovaj dokument opisuje algoritme za obradu signala koji se koriste u LifeLink projektu za praćenje vitalnih funkcija i detekciju pada.

1. Puls i SpO2 (Bazirano na FFT-u)

Koristimo Brzu Furijeovu Transformaciju (FFT) za analizu fotopletizmogramskog (PPG) signala sa MAX30102 senzora. Ova metoda je robusnija protiv artefakata pokreta u poređenju sa jednostavnom detekcijom vrhova u vremenskom domenu.

Detalji Implementacije:

• Biblioteka: espressif/esp-dsp (Hardverski ubrzano na ESP32-S3).
• Brzina uzorkovanja: 100 Hz.
• Veličina bafera: 512 uzoraka (~5.12 sekundi podataka).

Koraci:

1. Uklanjanje DC komponente: Oduzimanje srednje vrednosti signala.
2. Prozorska funkcija: Primena Hann prozora za smanjenje spektralnog curenja.
3. FFT: Izračunavanje kompleksnog FFT-a.
4. Izračunavanje SpO2:
   • Ekstrakcija AC i DC komponenti:
     • DC komponenta: Konstantna apsorpcija tkiva i kostiju (0Hz magnituda FFT-a).
     • AC komponenta: Pulsirajuća apsorpcija arterijske krvi (magnituda na frekvenciji pulsa).
   • Izračunavanje odnosa (Ratio of Ratios):

     $$R = \frac{AC_{red}/DC_{red}}{AC_{ir}/DC_{ir}}$$

   • Finalna formula: Procenat se dobija linearnom (empirijskom) aproksimacijom:

     $$SpO_2 = 110 - 25 \times R$$

     * Kalibrisano za medicinski opseg 70-100% gde linearni fit nudi najbolji balans preciznosti i performansi.

2. Napredna Detekcija Pada (3-Fazni Model)

Detekcija pada koristi podatke sa QMI8658 IMU senzora i implementira mašinu stanja kako bi razlikovala stvarne padove od svakodnevnih aktivnosti.

Osnovni koncept: SVM (Signal Vector Magnitude)

Totalna G-sila se izračunava kao:

$$SVM = \sqrt{a_x^2 + a_y^2 + a_z^2}$$

3-Fazna Logika:

1. Faza 1: Slobodan Pad:

   Detekcija gubitka težine (SVM < 0.6g). Sistem beleži referentnu orijentaciju ruke neposredno pre pada.

2. Faza 2: Udarac (Impact):

   Nagli skok ubrzanja (> 3.5g) koji se mora desiti u roku od 500ms. Ovo odvaja padove od običnih udaraca rukom o objekte.

3. Faza 3: Mirovanje i Provera Ugla:

   Sistem čeka 5 sekundi stabilnosti. Ako je korisnik miran, računa se promena ugla u odnosu na referentnu tačku iz Faze 1.

Verifikacija Orijentacije

Koristimo kosinusnu sličnost (dot-product) za izračunavanje promene nagiba:

$$\theta = \arccos\left(\frac{v_{ref} \cdot v_{curr}}{|v_{ref}| \cdot |v_{curr}|}\right)$$

Ako je $\theta > 60^\circ$ i detektovano je mirovanje $\rightarrow$ POTVRĐEN PAD.

3. Fuzija Senzora i Ograničenje Brzine

• GPS (LC76G): Očitava se svakih 100ms.
• Izveštavanje: UI/Log osvežavanje na 10Hz radi uštede CPU resursa.