Самодельный простой электрокардиограф (ЭКГ)
LTC1044
В данной статье рассматривается простое устройство мониторинга сердца, ЭКГ электрокардиограф. Прежде чем я продолжу объяснения, мне необходимо вас предупредить ! 500 мА на 220 В полностью разрушат вашу нервную систему (лучше воспользоваться аккумулятором), поэтому проверьте все дважды, так как ответственность за нежелательные результаты будет лежать именно на вас.
Деполяризованное поле в сердце представляет собой вектор, который меняет направление и величину в течение сердечного цикла. Размещение электродов на пациенте позволяет получить вид данного вектора как функцию времени. Наиболее часто используемая схема размещения электродов показана на рис. 1. На рисунке разность потенциалов измеряется между левой и правой рукой, правой рукой и левой ногой, левой рукой и правой ногой. Три данных измерения от датчиков привязаны к указателям I, II, III соответственно. Измерение при таком размещении датчиков было разработано Айнтховеном, который установил, что при наличии измерений I и II, можно вычислить вид сигнала при измерении III. Это основной вариант размещения датчиков ЭКГ: при наличии различных характеристик сердца можно получить его деполяризацию. В клинике в диапазон схем размещения датчиков включены датчики на конечностях и нагрудные.
Рис. 1
Следовательно, диаграмма ЭКГ демонстрирует врачу электрические сигналы, связанные с работой предсердия и желудочков. Благодаря ЭКГ врач может определить время сжатия предсердия и желудочков и оценить его амплитуду, а также желудочковую реполяризацию и деполяризацию. Такая информация позволяет выявить состояние сердечного клапана. У пациента после инфаркта ЭКГ покажет изменения диаграммы по форме и времени, в зависимости от скорости похождения сигнала через мускульную ткань. Такие изменения ишемического мускула связаны с инфарктом.
Рис. 2, Диаграмма связи
Сигнал от тела усиливается (сигналы от тела очень слабые и находятся в диапазоне от 0.5 мВ до 5.0 мВ), фильтруется (удаляется шум), преобразуется (имеется в виду преобразование аналогового сигнала в цифровой посредством ADC) и затем передается компьютеру по интерфейсу RS232 (беспроводным способом или как-то иначе, но данный интерфейс был выбран из-за простоты изготовления). Первые два шага показаны на рисунке 3.
Рис. 3, ЭКГ схема
Усилители, которые используются в биомедицине для работы с сигналами, имеющими очень небольшие колебания напряжения вместе с напряжением смещения, называются инструментальными операционными усилителями. Инструментальные усилители имеют высокую CMRR (высокая степень подавления синфазных помех), что означает способность к дифференциальному усилению сигнала на входах + и — . Самыми известными производителями инструментальных усилителей являются Texas Instruments и Analog Devices. Я использовал усилители производства второй компании, Analog Devices. AD620, инструментальный усилитель, и OP97, высокоточный операционный усилитель. Так как данным усилителям необходимо подавать на вход отрицательное напряжение, то оно было получено с помощью линейного устройства LTC1044, коммутируемого конденсаторного преобразователя напряжения, рис. 4. Подаваемое напряжение составляло 5 В. Схема показана на рисунке 5 и взята из описания, где есть более подробные объяснения.
Рис. 4. LTC1044, генератор отрицательного напряжения
Рис. 5, схема ЭКГ
Шум возникает при сжатии мускула, интерференции 50-60 Гц линии питания, от контакта электрода, от других электронных устройств и т.д. Фильтр для приложения ЭКГ должен быть полосовым фильтром (ограничивающим сигнал сверху и снизу). Фильтр должен работать в диапазоне от 0.5 Гц до 50 Гц. Я сделал простые фильтры — RC высокочастотный и низкочастотный — подключив их последовательно (просто два конденсатора и резистора).
Рис. 6, Сигнал ЭКГ
Я использовал внутренний конвертер ADC в Atmel MCU, ATMega8. Код здесь.
Чтобы увидеть ЭКГ сердца, я воспользовался программой LABView.
Рис. 7. Результаты ЭКГ в программе LABView (нажмите на изображение для увеличения)
Рис. 8, Результаты ЭКГ в программе LABView (нажмите на изображение для увеличения)
Рис. 9, Я с электродами
Рис. 10, Плата ЭКГ, которую я сделал сам, вид спереди
Источник
Устройство для снятия ЭКГ и передачи данных на смартфон + приложение для чтения кардиограммы
При сборке данного устройства знания в области программирования не требуются, поскольку все, что нужно, — это установить приложение, открыв apk-файл со смартфона, и загрузить предоставленный эскиз Arduino на плату Arduino.
Этот проект не является медицинским устройством и не предназначен для использования в качестве медицинского устройства для диагностики или лечения каких-либо состояний.
Устройство ЭКГ подключается к человеку, и в целях безопасности и во избежание повреждения устройства следует использовать только батареи низкого напряжения.
Запрещается использовать источники питания переменного тока, трансформаторы или другие источники напряжения, чтобы избежать серьезных травм и поражения электрическим током себя или окружающих.
Запрещается подключать какие-либо приборы или устройства с питанием от сети переменного тока к предлагаемому здесь устройству ЭКГ.
Для питания используйте только аккумулятор (максимальное напряжение: 9 В).
AD8232 использует драйвер (RLD) для уменьшения синфазных помех. Как указано в техническом описании компонентов AD8232: «Обратите внимание, что при использовании этого усилителя для управления электродом, должен быть резистор, подключенный последовательно с выходом, чтобы ограничить ток, который всегда будет меньше 10 мкА даже в условиях неисправности».
В стандартных модулях AD8232 обычно используется резистор на 360 кОм. Он установлен последовательно с выходом RLD, поскольку его питание составляет 3,3В. Для питания платы Arduino Nano требуется как минимум батарея на 6 В (7 В — это значение, рекомендованное Arduino), поэтому для поддержания ограничения тока RLD ниже 10 мкА требуется более высокий резистор.
В качестве корпуса мастер использует пластиковую коробку.
Выключатель должен быть установлен в разрыв положительного провода. Вместо использования дополнительного светодиода для проверки включения устройства можно использовать светодиод модуля HC-06 (или других плат), который горит при включении платы. В коробке необходимо сделать несколько отверстий: одно для выключателя, одно для электродного кабеля и одно для светодиода.
Устройство должно питаться только от батарей, а значение напряжения должно быть от 6 до 9 В. Минимальное напряжение питания, рекомендуемое для Arduino nano, составляет 7 В. Однако, если батареи полностью заряжены, устройство может нормально работать и при 6 В (например, 4 х 1,5 В АА батареи полностью заряжены или 5 х 1,2 В АА аккумуляторы полностью заряжены). При работе от 6 В полученный сигнал ЭКГ может стать довольно шумным, когда батареи разряжаются. Использование значения напряжения выше 6 В (например, батарея 9 В) поможет избежать этой проблемы.
Устройство ЭКГ может работать также с различными платами Arduino. Были протестированы Arduino Nano и Arduino UNO. Другие платы могут быть использованы (например, Arduino Micro, Arduino Mega и т. д.) однако предоставленный файл эскиза Arduino нуждается в модификациях в соответствии с функциями платы.
Прибор ЭКГ может работать также с модулем HC-05 вместо HC-06.
Файлы эскизов Arduino можно легко загрузить на плату Arduino, установив программное обеспечение Arduino IDE (бесплатно загружаемую с официального веб-сайта Arduino) и следуя руководству, доступному на официальном веб-сайте. Мастер предоставил один файл эскиза («ECG_SmartApp_skecht_arduino.ino») как для Arduino Nano, так и для Arduino UNO (эскиз был протестирован с обеими платами). Этот же скетч должен работать и с Arduino Micro. Для другой платы Arduino файл эскиза может потребовать изменений.
ECG_SmartApp_skecht_arduino.ino
Для работы устройства требуется установить на смартфон приложение EcgSmartApp. EcgSmartApp доступен только для Android (как минимум Android 6 или выше).
Чтобы установить приложение, нужно скопировать предоставленный ниже apk-файл «ECG_SmartApp.apk» в память смартфона, открыть его и следовать инструкциям по установке. Перед установкой может потребоваться изменить настройки смартфона, разрешив установку приложения из неизвестных источников (установите флажок «Неизвестные источники» в меню «Безопасность»).
Чтобы подключить устройство ЭКГ к модулю Bluetooth HC-06 (или HC-05), при первом соединении Bluetooth с модулем может быть запрошен код сопряжения или пароль: введите «1234».
Если приложение не находит модуль Bluetooth:
— попробуйте закрыть приложение, включите соединение Bluetooth вручную на своем устройстве и снова откройте приложение.
— проверьте, не разряжена ли батарея
— попробуйте выполнить сопряжение смартфона с модулем Bluetooth HC-06 (или HC-05) с помощью настройки Bluetooth смартфона (код сопряжения «1234»); эта операция нужна только один раз (первое подключение)
Может возникнуть проблема с подключением Bluetooth для некоторых устройств Android One и в редких случаях также для Android 10. Попробуйте другое устройство Android 10 или используйте устройство с версией Android ниже Android 10.
Прикрепленные ниже файлы pdf включают:
— полное и подробное руководство по использованию и сборке устройства
— спецификацию оборудования
— особенности программного обеспечения
— поиск проблем
— дополнительную информацию
ECG SmartApp User Manual Ver3.pdf
ECG SmartApp Assembly Manual Ver3.pdf ]
Источник
Самодельный кардиограф (несколько вариантов)
max68.2011
Посетитель
Небольшая игрушка на базе USB осциллографа.
или дешевой USB- sound платы для SKYPE — телефонии.
Позволяет записать кардиограмму в файл.bin
а так-же воспроизвести в реальном времени результаты сохраненных замеров.
К сожалению не нашел программ для расшифровки кардиограмм
и не знаю как правильно сохранить файл, поэтому это просто *.bin файл.
Может пригодиться для выявления редких отклонений в ЭКГ,
которые бывает трудно зафиксировать при редких
и коротких посещениях кабинета ЭКГ
или просто для наблюдения за сердцем если у вас есть знакомый кардиолог(.
Посмотреть список литературы по этой теме и добавить свою информацию
можно на форуме в теме Какие книги посоветуете?
Узнать что делать с полученой кардиограммой
и предложить свой вариант можно на форуме
в теме Кардиограмма получена. Что дальше?
Там же на форуме можно посмотреть и добавить свои Ссылки на сайты о кардиологии и кардиографах
Подключать электроды будем по самой простой схеме:
Можно для начала упростить задачу, подключив провода отведений к плечам, а заземление — на запястье.
Возможные варианты подключения:
Электроды для начала могут быть самодельными, но, учитывая сложность задачи, желательно со временем обзавестись промышленными из специальных материалов.
Вот, например один из множества вариантов:
Disposable ECG Electrode is Ag or AgCl electrode, which consist of base lining material, conductive gel, and electrode buckle.
Так как усилители не имеют гальваноразвязки, то все эксперименты в целях безопасности и для снижения помех необходимо проводить с ноутбуком не подключенным к сети 220В.
Программа ECG.llb Для версии LabVIEW5.0
Модуль усилителя — любой усилитель с закрытым (>4 мкФ) входом и Кус >=100
В моем случае используется модуль KARDIO от USB_осциллографа.
Схема и конструкция выглядят так:
DA1 можно не устанавливать, а провод RRL — подключить к земле.
R6+R7+R8 = 100-400 Ом (150)
Bxoды от левой и правой руки подключить к R11 и R12 через неполярные конденсаторы 8.0 -10.0 мкФ для устранения возможного гальванического смещения (до сотен мкВ)
max68.2011
Посетитель
Файл платы кардиоусилителя в формате JPG: CARDIO_JPG.zip в формате PCB2004: Kardio_PCB2004.zip
Плата модуля микроконтроллера и прошивка — на страничке модуль осциллографа.
Все объединено в один корпус для компактности. Если в этом нет необходимости можно просто использовать модуль осциллографа
в паре с модулем кардиоусилителя. Или сделать свое устройство передающее данные в указаном в модуле осциллографа формате.
Программа корректор. Korrektor.llb
Позволяет выровнять кардиограмму :
Выглядеть этот вариант может так:
2. Кардиограф на базе звуковой USB платы
ECG of the USB sound card
Верся для USB sund card на базе микросхемы для SKYPE телефонов AP-T6911 или любой другой, позволяющей измерять напряжение постоянного тока:
1. Приобретаем за 2-10$ нечто подобное :
например этот: http://www.dealextreme.com/details.dx/sku.22475
2. Отключаем микрофонный усилитель. остается только 10-битный АЦП с входным смещением около 2,5 вльт
которое придется компенсировать если будете мерять и постоянное напряжение.
Модернизируем USB — Sound плату (См рисунки)
Выглядит это примерно так:
при условии что там стоит микросхема SKYPE телефона AP-TP6911_02EV10
Предупреждение: модели меняются постоянно.
R4 -подбираем по симметрии ограничения большого сигнала.
R9 — усиление. Если убрать С6 и С7 можно мерять постоянку, но кардиосигнал будет нестабилен.
Хороших точностных показателей не ждите. Особенно стабильности 0.
Сборка — на макетной плате
В результате получаем нечто подобное:
max68.2011
Посетитель
В сборе это выглядит так:
4.Программа: ECG_USB_SND.llb (Labview 5.0) EXE- вариант ( Опробовано под XP, VISTA , Windows 7 )
5. Для отладки аппаратуры можно имитировать сигнал с помощью ГЕНЕРАТОРА-ИМИТАТОРА загрузив в него файл образца одного периода сигнала
например такой: ECG_1_282_76_9.dat (zip) (кардиосигнал с частотой 76,9 ударов/мин + 50Гц помеха)
Это обычный текстовый файл но, т.к. генератор предназначен для имитации сигналов датчиков 4-х тактного двигателя ось Х должна быть от 0 до 720 град,
а частоту ударов сердца нужно задавать в генераторе в оборотах в минуту
. Обязательно 76.9 иначе сигнал помехи будет не равен 50 Гц.
По соседнему каналу рекомендую пустить прямоугольный сигнал со скважностью около 5% для контроля искажений.
Для работы с SOUND — платой использованы материалы этого сайта
К сожалению USB и SOUND варианты создают *.bin файлы с разной частотой оцифровки сигнала.
Если в ECG_USB_SND.llb это можно исправить в программе то ЕХЕ вариант прошит жестко на 48000/32 выборок в сек.
В случае работы со штатной звуковой платой вам придется найти переходные конденсаторы в канале микрофонного входа
(обычно 1 на входе и 1 в усилителе микрофона) и увеличить их емкость до десятков микрофарад.
3. Кардиограф на базе bluetooth гарнитуры с микросхемой BC31A223A (От телефонов Sony Ericsson):
1. Подготовка гарнитуры.
Заключается в отключении микрофона путем удаления конденсатора C10, вывода на разъем дифф входа
микрофонного усилителя микросхемы ( MIC_N и MIC_P ) и напряжения VOUT (2,7V) для питания подключаемых к разему усилителей.
Как это было сделано показано на рисунке ниже.
Телефон гарнитуры решил пока не трогать для того чтобы использовать по его прямому назначению.
2. Установка драйверов BLUETOOTH имеющих поддержку гарнитуры.
В моем случае не подошли следующие драйвера:
Microsoft — он не поддерживает профиль работы с гарнитурой
Widcomm — он не распознал оба моих USB-Bluetooth устройства
Вопрос достаточно проблемный поэтому кому-то возможно придется решать его по другому.
После этого можно начинать эксперименты.
На данный момент имеются следующие результаты:
Максимальный входной сигнал имеет размах +/- 32мВ при 15 битах разрешения и частотой оцифровки 8кГц что позволяет снимать кардиограмму
при подключении электродов через разделительный конденсатор к контактам MIC_N и MIC_P выведеным на внешний разъем.
Пример картинок приведены на рисунке.
Связь оказалась достаточно некачественной. Довольно часто проходят помехи или разрывы потока, что проявляется в виде импульсной помехи.
Так что мониторирование ЭКГ по Холтеру через Bluetooth-гарнитуру, похоже, невозможно.
После обычной процедуры подключения гарнитуры кардиограмму можно записать удобным вам способом в *.wav файл
для дальнейшей обработки или воспользоваться приведенной выше программой Кардиографа на базе звуковой USB платы
Если существует такая прекрасная вещь как PSoC , то можно попробовать собрать кардиограф например на CY8CKIT-014 PSoC® 5 FirstTouch™ Starter Kit
Кроме КИТа понадобится простой усилитель (например приведенный выше усилитель для звуковой платы (вывод 5 — заземлить и уменьшить к-т усиления).
Выглядеть может например так:
Задачи решаемые устройством(пока):
1.Оцифровка сигнала 12-битным АЦП (2 байта) с частотой 1кГц
2.Отключаемая фильтрация сигнала (LP_cutoff = 30Hz или выше)
3.Непрерывная отправка 2-х байтных отсчетов АЦП в COM-порт (побайтно: младший-старший пакетами по 64байта).
Поскольку это начальный (надеюсь) вариант то программа для PC — простая гляделка:
Если совсем не хочется делать свою аналоговую часть, то можно обойтись и тем что есть в PSoC :
От себя придется добавить 3 резистора и 2 конденсатора.
Выглядеть может так:
Можно использовать указаную выше гляделку, тлоько масштаб по оси х будет неверным.
Реальный сигнал, снятый на человеке выглядит так:
Хотелось бы сделать индикацию на LCD и запись на SD-card, но, мне это пока не по зубам.
Устройство предназначено для облегчения отладки устройств
путем создания сигналов, имитирующих реальный сигнал датчиков.
В данном варианте зто кардиосигнал.
Конструкция явно избыточная, но это делалось для освоения работы с
Источник
