Главная » Медицина
Призовой фонд
на февраль 2017 г.
1. Осциллограф DSO138
Суперайс
2. 1000 руб.
Radio-Sale
3. 230 руб.
От пользователей

Простой кардиомонитор своими руками

Еще одним методом получения информации о работе сердца является электрокардиография, который представляет собой недорогой метод инструментальной диагностики сердца, позволяющий проверить его работу и определить нарушения в ней. Для этой цели компанией Analog Devices разработана микросхема AD8232. AD8232 представляет собой интегрированный блок обработки сигнала для ЭКГ и других биопотенциальных задач. Микросхема предназначена для получения, усиления и фильтрации слабых биопотенциальных сигналов в условиях сильных помех.

Основные характеристики AD8232:

  • Низкое потребление тока: 170 мкА
  • Напряжение питание: однополярное от 2 до 3,5 В
  • Rail to Rail выходной сигнал
  • Количество электродов: 2 или 3
  • Количество отведений ЭКГ: 1
  • Встроенный фильтр ВЧ помех
  • 2-полюсный фильтр высоких частот
  • 3-полюсный фильтр низких частот
  • Коэффициент ослабления синфазного сигнала: 80 дБ
  • Детектор контакта электродов
  • Выходной сигнал: аналоговый

На основе данной микросхемы в продаже присутствуют модули, удобные для изучения и использования, в комплект входит не только плата с AD8232 и обвязкой, но и набор электродов в зависимости от комплектации.

Схема модуля:

Для получения кардиограммы электроды прикрепляются на грудь и конечности (в зависимости от выбранного отведения), с которых снимаются сигналы электрической активности сердца.

Электрическая система сердца управляет генерацией и распространением электрических сигналов по сердечной мышце, в результате чего сердце периодически сокращается и расслабляется, перекачивая кровь. В процессе цикла работы сердца происходит упорядоченный процесс деполяризации. Деполяризация – это резкое изменение электрического состояния клетки, когда отрицательный внутренний заряд клетки становится на короткое время положительным. В сердце деполяризация начинается в специализированных клетках водителя сердечного ритма в синусно-предсердном узле. Далее волна возбуждения распространяется через атриовентикулярный (предсердно-желудочковый) узел вниз к пучку Гиса, переходя в волокна Пуркинье и далее приводит к сокращению желудочков. В отличие от других нервных клеток, которые неспособны генерировать электрический сигнал в автоколебательном режиме, клетки синусно-предсердного узла способны создавать ритмичный электрический сигнал без внешнего воздействия. Точнее, внешние воздействия (например, физическая нагрузка) влияют только на частоту колебаний, но не нужны для запуска этого «генератора». При этом происходит периодическая деполяризация и реполяризация клеток водителя ритма. В электрокардиостимуляторе также имеется генератор стабильной частоты, выполняющий роль синусно-предсердного узла. Мембраны живых клеток действуют как конденсаторы. Из-за того, что процессы в клетках электрохимические, а не электрические, деполяризация и реполяризация в них происходят намного медленнее, чем в конденсаторе той же емкости.

Расположенные на теле пациента электроды обнаруживают небольшие изменения потенциалов на коже, которые возникают вследствие деполяризации сердечной мышцы при каждом ее сокращении.

Таким образом, на основе AD8232 можно строить портативные устройства для мониторинга за здоровьем сердечной системы (ЭКГ, кардиомониторы и др.). А кроме этого данная микросхема пригодна для использования получения данных о сокращениях других мышц, что потенциально дает возможность использовать ее в бионике и протезировании. В этом случае необходимо подключать электроды к мышцам, активность которых контролируется.

Выбирая микроконтроллеры STM32 для портативных устройств рационально использовать микроконтроллеры серии L с низким потреблением тока для увеличения времени работы от аккумулятора. В нашем случае для ознакомления используется STM32F1.

В основе схемы лежит микроконтроллер STM32F103C8T6, для индикации используется TFT LCD дисплей ILI9341 с интерфейсом SPI. Схема питается от 5 вольт (можно использовать Power Bank), до необходимого уровня напряжение питания понижается с помощью стабилизатора напряжения AMS1117 3v3 или любого другого стабилизатора напряжения с нужными параметрами. Кроме дисплея в качестве индикатора сердцебиения используется бузер со встроенным генератором. При появлении пика удара сердца на время этого пика включается бузер.

Программа микроконтроллера имеет два меню: основное меню, где на дисплее строится кардиограмма и отображается частота сердечных сокращений и меню настроек, где можно задать коэффициенты для отображения кардиограммы по высоте и по ширине, а также задать порог счета сердечных сокращений. Последний параметр задается относительно окна кардиограммы от 0 до 200 – это порог, в который входят только пики ударов сердца. Настройки сохраняются в flash памяти микроконтроллера. Для надежности используется последняя страница памяти, чтобы наверняка не пересекать память, в которую записана программа микроконтроллера. Для управления меню используется три кнопки S2-S4. Кнопка S2 переключает меню, а кнопки S3 и S4 регулируют настройки. Значения настроек здесь достаточно абстрактны и привязаны к коду. Первая настройка задает время задержки между измерениями АЦП и построением графика, то есть чем больше задержка, тем больше времени нужно на заполнение экрана и тем более сжат график. Вторая настройка задает коэффициент, который делит измеренное значение АЦП - при максимальном значении 4095 делим на 20 и получаем 204,75, то есть практически весь размах значений мы укладываем в 200 пикселей экрана, отведенного под график. Изменением этого коэффициента можно увеличивать или уменьшать график по оси Y. Последняя настройка задает порог с учетом второй настройки для определения пика. Выходя за это значение программа понимает когда произошел удар сердца. Между Этими пиками фиксируется время, по которому рассчитывается частота сердечных сокращений.

В программе присутствует визуализация отклонения ЧСС (частоты сердечных сокращений), если она слишком маленькая или слишком большая график ЭКГ на дисплее начинает отрисовываться красным цветом. Модуль MOD1 это рассматриваемый модуль на основе AD8232. Частота сердечных сокращений вычисляется как среднее значение пяти последних измерений. 

Три электрода, входящих в комплект, подключаются к модулю через разъем и сами электроды крепятся на теле человека. В моем случае желтый электрод соответствует RL (правая нога), красный RA (правая рука), зеленый LA (левая рука). Так же соответственно электроды крепятся и на груди. Эти контакты электродов на модуле так же продублированы в виде контактов, к которым можно подключать свои провода с электродами. При использовании проводов из комплекта обязательно стоит прозвонить контакты, чтобы убедиться, что они соответствуют цветам, что не всегда встречается. Круглые электроды, которые входят в комплект являются одноразовыми. После их использование клейкость резко ухудшается, а гель в середине для получения надежного контакта с кожей высыхает. После первых экспериментов не стоит спешить их выбрасывать, для продолжения экспериментов достаточно смочить гель водой (я воду немного подсаливал), тогда он станет снова вязким, клейким и токопроводящим. Такие электроды самые дешевые и простые, при желании можно найти в продаже многоразовые электроды без клейких элементов, работающие как присоски. Но даже в этом случае нужно использовать специальный гель для надежного контакта электрода с кожей. Самым простым вариантом электрода может быть металлическая пластинка или шайба (монета), смоченная в соленой воде, подключенная к модулю AD8232. Такой вариант электрода максимально бюджетный и не сгодится для продолжительного использования - при высыхании воды контакт начнет ухудшаться, что приведет к ухудшению результатов измерения.

Модуль AD8232 имеет детектор подключения электродов – контакты L+ и L- выдают логическую единиц, если электроды не подключены и логический ноль, если подключены. На экране дисплея это отображается символами L+ и L-. Если их цвет зеленый, значит электроды подключены, если красный – отключены. Наличие шума на графике ЭКГ может быть связано с такими нюансами как контакт электродов и их верное расположение на теле, наличие дефектов в проводах электродов и их повреждение. В отличии от оптических датчиков, движения тела при измерении дают намного меньшие искажения графика на экране, но все же дают, так как при движении напряжения других мышц тела, расположенных близко к электроду, также дают некоторые импульсы.

Данная схема не исключает использования других датчиков с аналоговым выходом, например, затрагиваемых ранее оптических датчиков. Достаточно выводы PA1 и PA2 микроконтроллера подключить к земле или питанию, чтобы символы на дисплее не моргали.

P.S. Данное устройство не может быть применено для самостоятельно диагностики, только квалифицированный врач может делать какие-либо заключения о здоровье. Данное устройство создавалось только в познавательных и ознакомительных целях.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
IC1 МК STM32
STM32F103C8
1 Поиск в FivelВ блокнот
VR1 Линейный регулятор
AMS1117-3.3
1 Поиск в FivelВ блокнот
MOD1 Модуль ЭКГAD82321 Поиск в FivelВ блокнот
HG1 TFT LCDILI93411 Поиск в FivelВ блокнот
Z1 Кварц8 МГц1 Поиск в FivelВ блокнот
HL1 Светодиод1 Поиск в FivelВ блокнот
EP1 Бузер1 Со встроенным генераторомПоиск в FivelВ блокнот
S1-S4 Тактовая кнопка4 Поиск в FivelВ блокнот
C1, C2 Конденсатор22 пФ2 Поиск в FivelВ блокнот
C3-C7, C9 Конденсатор100 нФ6 Поиск в FivelВ блокнот
C10 Электролитический конденсатор100 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
C8 Электролитический конденсатор220 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
R1 Резистор
100 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
R3-R4 Резистор
10 кОм
3 Поиск в FivelВ блокнот
R5 Резистор
390 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 6
Я собрал 0 Участие в конкурсе 10
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 4.9 Проголосовало: 10 чел.

Комментарии (54) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
+1
wanowar #
Это уже можно назвать кардиомонитором, в отличии от первого вашего датчика. Который является простым пульсометром. Если будете развивать идею дальше, то желательно применить фильтры, на дисплее отобразить временную сетку.
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
О развитии я думал больше уже в плане перевести на МК с блютузом или вместь дисплея прикрутить блютуз и мониторинг делать на телефоне или планшете - там графику проще и дешевле делать, еще и красивее при этом
Ответить
0
wanowar #
Тоже вариант. Только желательно сделать запись данных на внешнюю память, что бы было мониторирование. Тогда получится очень полезный девайс. А фильтры на 50Гц это первое что нужно ставить. Частота АЦП в 0,5-1 кГц, думаю больше не нужно.
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
На андроиде не трудно записывать весь лог в файл, думаю как его из памяти отрисовать обратно с сохранением временных данных
Ответить
0
wanowar #
Записывать на андроиде то можно, но тогда придется постоянная связь BlueToos/Wi-Fi. А если устройство портативное,- то это лишнее энергопотребление. Сохранять с временной меткой в начале, а дальше отсчитывать от этой временной метки и пересчитывать во временные интервалы в зависимости от частоты дискретизации.
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Вообще простое решение это относительный график ЭКГ - ее форма и т.п. параметры и еще один или несколько графиков со статистическими данными - пульс, ритм с привязками к реальному времени и метками на ЭКГ. Без беспроводного интерфейса это получится просто черный ящик с флешкой, со звуком при отклонениях от нормы (дисплей грубо тут и не нужен)
Отредактирован 02.02.2017 21:05
Ответить
0
wanowar #
Почему черный ящик? Сделать так,- когда нужно подключаешься через беспроводный интерфейс и считываешь данные с памяти или просматриваешь в режиме реального времени. Получится такой себе "Холтер"-кардиомонитор.
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
На самом деле да, но это мало чем отличается от подключения по проводу или копировании с флешки, просто один из способов передачи информации, а вот про просмотр в реальном времени это да, да и вообще это если использовать, то просто для статистики (не могу знать насколько все точно с медицинской точки зрения)
Ответить
0
wanowar #
Почему для статистики? Холтеровское мониторирование не для статистики же делают.
Ответить
+1

[Автор]
Gauss #
Все-таки для диагностики прибор нужно дорабатывать еще, использовать минимум еще один канал (отведение) или даже больше, если ровняться на мониторинг по Холтеру, тем более, что я в статье указывал, что самостоятельно диагностику себе делать нельзя, только знающий человек может правильно определить отклонения по КГ
Отредактирован 05.02.2017 10:36
Ответить
0
lvlr #
50 Гц не фильтруешь чтоли? (или LowPass надо подкрутить).
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Я больше грешил на поврежденный провод с плавающим контактом, о 50 Гц я тоже задумывался, надо будет RC фильтр попробовать поставить, в плату лезть не охота
Ответить
0
халил #
Кулибинам привет! Прибор сам по себе не плохой. Но есть ряд не совсем чистых сигналов. Да! Фильтры нужны. По тому что показывает дисплей, болезни на лицо. Стенокардия амплитуда слишком высока и нет видимого порога перехода клапана в стандартный режим. Наблюдается дребезг сигнала определяющий ишемическую болезнь. Надо как то пересмотреть защиту проводников от датчиков до прибора. Я почти слепил, использую проводник с двойным экраном.
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Да, те провода, что в комплекте тоненькие, без экрана вовсе, а мне попался еще с дефектом одного датчика - переломан провод возле самого датчика, если он шевелится, то шума еще больше. А вообще теперь согласен, что и фильтры лишними точно не будет.
А что за провода с двойным экраном?
Ответить
0
халил #
Когдато работал в ИКИ и достались мне две бухточки кабелей ; Две жилы провода и 8 жил в двойном экране. ПШЛ 2 э2КБиПШЛ8- Э 3КБМ.Работал на пол ставки по ремонту кардиографов. Часто приносили с пробитыми каналами.Статическое пробивало жутко.Вот я и решил модернизировать кабель. От датчиков шел тонкий кабель до коммутационного блока. Разделил общий провод от массы прибора. Через кондюк 01 мкф и сопротивление 100ком. Первый экран на общий провод, а второй на корпус прибора и общее заземление. Перестали носить кардиографы сказав что пишет четко, без шумовых дребезгов пера. Остался без работы! Но помог.
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Интересно, возьму на заметку, спасибо
Ответить
0
ddim #
Дайте, пожалуйста ссылку на это, а то или я туплю, или действительно не могу найти что-то вроде этого кабеля
Ответить
0
андрей #
А что за гель на электродах, где покупается для замены?
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Электропроводящий гель, скорее как силикон по консистенции. Я даже без понятия где отдельно его купить можно
Ответить
0
андрей #
Есть же гель какой-то, которым мажут электроды на ЭКГ
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Загуглил "гель для электродов экг" - можно купить что-то наподобие "АМС-Гель", но это походу мазюкнуть и прилепить, потом просто вытереть после использования
Отредактирован 13.02.2017 18:49
Ответить
0
андрей #
Спасибо, попробую может, жаль, что одноразовый
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Самый дешевый способ - смочить электроды водой (с солью), правда высыхает относительно быстро
Ответить
0
freestik #
Я думаю под электродами не так быстро сохнуть будет.
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Если без остатков старого геля на металлических контактах - за час высыхает, если смачивать электроды с остатками родного геля, то подсыхает часов за шесть, а высыхает за 1-2 дня
Ответить
0
Tig #
Теоретически можно еще количество вдохов выдохов определять по изменению ритма сердца, или я не прав?
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Это действительно справедливо при глубоких вдохах, но при ровном дыхании сомневаюсь я
Ответить
0
ddim #
Если блютус прикручивать, то лучше смотреть в сторону СС2640 или подобного - и блютус и мк в одном корпусе, еще и потребление малое.
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Давно смотрю в эту сторону, контроллер классный, но дороговато (все никак не отжалею)
Ответить
0
ddim #
Кстати, без 3-го провода особо не работает на 2-х - форма сигнала больше к шуму похожа тогда
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Так и есть, хотя в документации указывается возможность использования только двух электродов, в этом модуле нужно использовать три
Ответить
0
freestik #
Хорошая небычная разработка, но только чтобы поиграться ею некоторое время..
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Я бы сказал скорее, что это заготовка для более серьезных разработок (для экг и электромиографии), а как раз более простые примеры, как этот, дают повод и возможность изучить микросхемы и датчики для этого
Ответить
0
freestik #
А планируется Вами разработка более серьезных приборов?
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
По обстоятельствам - интересные идеи, необходимость, какая-то новая база для освоения...
Ответить
0
freestik #
Наверное можно начать с флешки? Чтобы на нее информацию записывать, а потом можно было бы результаты обработать на компьютере
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Вообще да, шлифую идеи в свободное время по блютуз (BLE) и хранению лога на флэшке. Сейчас меня сильно забавляет сам дизайн датчика (электродов) - на запястьях и конечностях вообще не вариант растягивать провода, значит только на торсе, если для женщин это как-то вписывается в нижнее белье, то "нагрудник" для мужчин смешно выглядит, по-другому еще пояс с электродами под грудью. Другие датчики типа оптических пульсомеров не особо интересны, на рынке готовых браслетов валом.
Ответить
0
freestik #
А без блютуза можно микросд флешку применить?
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Я через какое-то (как появится возможность заняться, всетаки это пока любительские схемы) время в рамках освоения mass storage добавлю флешку, но до сих пор не знаю как расшифровывать лог данных на ней - проще всего сначала excel использовать, наверно
Отредактирован 26.02.2017 10:21
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Хотя что понимать по серьезными приборами - это же все достаточно относительно?
Ответить
0
freestik #
Ну да, у каждого свой уровень понятия серьезности. Здесь нет определенных критериев
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Мне кажется вцелом, что в конечном итоге устройство должно быть практичным больше, чем серьезным, чтобы его хотелось использовать, а не вдумываться в навроченность.
Ответить
0
freestik #
Да, с таким нынешнем медицинском обслуживании надеятся приходится только на себя.. Так что развивайте идею. Хотелось бы увидеть новую, более продвинутую версию устройства.
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Вцелом вы правы про медицину, но я считаю, что несколько недобросовестных врачей портят репутацию сотне нормальных, по крайней мере мне хочется в это верить...
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Заказал еще тензодатчик для контроля дыхания (если использовать "пояс" для фиксации электродов) - растягивание и сжимание при вдохах и выдохах должны соответствовать
Отредактирован 26.02.2017 10:28
Ответить
0
ddim #
А еще можно контролировать влажность кожи и потоотделения - прямо всесторонний датчик для спортсменов
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
А почему бы и нет
Ответить
0
4uvak #
Интересно, а AD8232 применяют в каком-либо серьезном медицинском оборудовании?
Ответить
0
ddim #
А медицинское оборудование может быть не серьезным или шуточным?
Ответить
0
4uvak #
Ну не знаю, может AD8232 используются в каких-нибудь холдерах и не более..
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Всмысле холтерах?
Скорее всего так, потому что для этой области он и предназначен (носимых устройств)
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Повеселили шуточным прибором
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Как минимум в носимых приборах для отслеживания сердечной активности (для всяких спортсменов и любителей спорта).
А что понимается под серьезным оборудованием? Для стационарного экг наверняка есть намного лучшие решения и качественные, но дорогие, чтобы все было максимально точно
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическое сопротивление?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Набор для сборки - УНЧ 2х60 Вт на TDA7294
Набор для сборки - УНЧ 2х60 Вт на TDA7294
Катушка Тесла Конструктор для сборки: предусилитель на лампе 6N3
вверх