Как сделать кардиограф из компьютера. Карманный кардиограф на SD-карте. Подробнее о датчике

Самодельный кардиограф (несколько вариантов)
The homemade ECG

??????

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.

1. Кардиограф на базе USB осциллографа

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 R RL - 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)

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.....

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

Остановился на Bluesoleil - Поставил версию BlueSoleil 6.4.314.3

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

4. Кардиограф на базе

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 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 . 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

Заболевания сердца и сосудов — основная причина смерти в старческом возрасте. Но чтобы начать своевременное лечение нужно систематически делать ЭКГ сердца. Отсутствие свободного времени, очереди к врачам часто заставляют откладывать ЭКГ сердца. А делать диагностику аритмии сердца на ЭКГ часто необходимо сразу после спортивной тренировки или вообще в любой момент, когда началась такая аритмия. Всё это создаёт сложности в диагностике, которые можно решать с помощью специального карманного прибора, вашего мобильного телефона, а также поддержки врача-кардиолога.

Заболевания сердца и сосудов — основная причина смерти в старческом возрасте.

Кардиокомплекс ECG Dongle состоит из:

1. Кардиофлешка (имеет 4 электрода — 6 отведений: I, II, III, aVR, aVL, aVF). Подключается к смартфону под управлением Android.
2. Мобильное приложение (программа для мобильного телефона или планшета, куда будут записываться данные ЭКГ сердца).
3. Облачный сервис (позволяет отправлять данные сразу к кардиологу по интернету и получать результат (диагноз), а также рекомендации в режиме реального времени.

Кардиофлешка

Классический аппарат для ЭКГ сердца имеет 12 отведений и позволяет диагностировать различные аритмии, нарушения проводимости сердца и различные ишемии. Кардиокомплекс ECG Dongle включает только 6 отведений и позволяет диагностировать всё то же самое кроме ишемических патологий. Почему тогда было сделано 6 отведений вместо 12? Потому что 4 электрода без труда сможет прикрепить на себя любой человек в домашних условиях, а 12 отведений (включая грудные электроды) правильно может прикрепить только специалист. Но в следующих модификациях прибора (уже как карманный прибор для самих врачей) будет иметь 12 отведений.

Бесплатное мобильное приложение и облачный сервис

Приложение можно скачать из GooglePlay на мобильном телефоне или планшете. С помощью приложения можно делать ЭКГ сердца в режиме реального времени, сохранять данные и отправлять ЭКГ сердца в облачный сервис «КардиоОблако» для получения мнения кардиолога. Можно отправить данные и своему врачу.

Как получить заключение кардиолога о Вашем ЭКГ сердца в любое время в любом месте через интернет.

Облачный сервис создан для обращения с результатами ЭКГ сердца к опытным кардиологам, которые сотрудничают с «КардиоОблаком». Заключение врача высылается на Вашу электронную почту. А я вообще сам умею читать ЭКГ сердца и сам смогу следить за своим здоровьем даже без помощи кардиолога. Кстати, для фанатов — научиться читать ЭКГ вполне возможно обладая минимумом знаний анатомии сердца. Сегодня в интернете есть много очень качественных видео уроков, где обучают, как читать ЭКГ сердца от А до Я. Но это уже под силу только для людей с техническим складом ума. В теории чтения ЭКГ много математики и физики.

Видео о том, как пользоваться Кардиокомплексом ECG Dongle для что, чтобы делать ЭКГ сердца в домашних условиях.

Когда я прочитал всю информацию, то мне всё равно было не очень понятно как пользоваться Кардиокомплексом ECG Dongle. И тут разработчики просто молодцы. Они всё это записали на видео, как будто кто-то просто взял и научил Вас, как этим пользоваться. Советую посмотреть следующие видео. На самом деле стоит немного разобраться и всё окажется очень просто.

Предлагаем Вам оформить почтовую подписку на самые новые и актуальные новости, которые появляются в науке, а также новости нашей научно-просветительской группы, чтобы ничего не упустить.

По своей универсальности, информативности и доступности ЭКГ занимает одно из лидирующих позиций среди инструментальных методов обследования. Основы ЭКГ обязан знать любой медработник, а также ему должна быть известна техника снятия ЭКГ. Ведь от умения правильно наложить электроды и снять кардиограмму зависит результат исследования. Грамотное проведение регистрации ЭКГ и соблюдение алгоритма снятия кардиограммы — первый шаг на пути к постановке верного диагноза. Рассмотрим, что включает в себя техника проведения ЭКГ, как должна проводится подготовка к процедуре, а также каков алгоритм действий.

1 Алгоритм действий

Техника снятия ЭКГ — один из практических навыков, которым владеет каждый студент медицинского колледжа и университета. И если студент не освоил эту технику — с медициной «на ты» ему не быть. Неспроста этой манипуляции тщательно обучают медперсонал, ведь в неотложных ситуациях регистрация ЭКГ и умение расшифровать кардиограмму может спасти жизнь пациента. Алгоритм регистрации ЭКГ на первый взгляд чрезвычайно прост, но он имеет свои нюансы, без знаний которых манипуляция не удастся.

Схема проведения регистрации ЭКГ такова:

1. Подготовка к проведению процедуры,
2. Наложение электродов,
3. Запись на пленку.

Остановимся на этих трёх пунктах подробнее.

2 Подготовка к ЭКГ

1. Во время проведения записи ЭКГ пациент должен быть спокоен. Нельзя волноваться, нервничать, испытывать чрезмерно сильные эмоции. Дыхание должно быть ровным, не учащённым. Если пациент испытывает волнение или тревогу, врач должен успокоить пациента, объяснить безопасность и безболезненность манипуляции. За 10-15 минут до снятия кардиограммы желательно посидеть, адаптироваться к кабинету функциональной диагностики и медперсоналу, восстановить дыхание.
2. Подготовка к ЭКГ исключает курение, употребление алкогольных и кофеиносодержащих напитков, крепкого чая, кофе перед процедурой. Курение и кофеин способствует стимулированию деятельности сердца, из-за чего анализ ЭКГ может оказаться недостоверным.
3. За 1,5-2 часа до процедуры не рекомендуется прием пищи, а лучше и вовсе проводить ЭКГ натощак.
4. После приема утреннего душа в день снятия кардиограммы пациенту нежелательно наносить на тело кремы и лосьоны на масляной, жирной основе. Это может создавать некое препятствие для хорошего контакта электродов и кожи.
5. Одежда пациента должна быть удобной и свободной, чтобы имелась возможность беспрепятственно оголить кисти рук и голеностопные суставы, быстро снять или расстегнуть одежду до пояса.
6. На груди и конечностях не должно быть металлических украшений, цепочек, браслетов.

3 Наложение электродов

Пациент принимает горизонтальное положение на кушетке с оголенным торсом, свободными от одежды голеностопными и лучезапястными суставами. После чего медицинский работник приступает к наложению электродов. Конечностные электроды в виде пластинок с винтом накладываются на нижнюю поверхность предплечий и голеней в строго установленном порядке по часовой стрелке. Электрод каждой конечности имеет свой цвет: Красный — правая рука, Желтый — левая рука, Зеленый — левая нога, Черный — правая нога.

Грудные электроды пронумерованы, также имеют цвет и снабжены резиновыми присосками. Устанавливаются они в строго определённом месте на грудной клетке. Представим методику установки электродов в грудных отведениях в виде схемы.

Расположение на грудной клетке:

• V1 (красный) 4 межреберье 2 см от края грудины справа,
• V2 (желтый) симметрично от v1 (2 cм от края грудины слева),
• V3 (зеленый) на среднее расстояние между v2 и v4,
• V4 (коричневый) 5 межреберье по среднеключичной линии,
• V5 (черный) на среднее расстояние между v5 и v6,
• V6 (синий) на одном горизонтальном уровне с v4 по средней подмышечной линии.

Кожу, для лучшего контакта с электродами, желательно обезжирить спиртом, густую растительность на груди рекомендуют сбрить, кожу смочить водой или специальным электродным гелем (код ОКПД 24.42.23.170). Для лучшего контакта электродов с кожей, можно под пластинами электродов расположить влажную салфетку. После окончания записи кардиограммы, электроды снимают с тела пациента, салфеткой удаляют остатки геля, подвергают обработке, дезинфицируют, высушивают и укладывают в специальную тару. Такие манипуляции проводят со многоразовыми электродами. Они могут быть повторно использованы для записи кардиограммы другому пациенту.

4 Один? Много?

Электроды для ЭКГ бывают как многоразовыми, так и одноразовыми. Допустимость повторного применения — это не единственная классификация электродов для записи кардиограммы. Но углубляться в классификацию нет необходимости. Чаще всего в кабинетах функциональной диагностики поликлиник на аппарате ЭКГ еще можно увидеть многоразовые электроды: конечностные, грудные, с винтом и зажимом, комплект из шести груш. Многоразовые электроды экономичны, поэтому удерживают свои позиции в медицине.

Одноразовые электроды появились сравнительно недавно, к их преимуществам относят высокую точность передаваемого сигнала, хорошая фиксация и устойчивость при движениях, простота в использовании. Одноразовые электроды широко используются в отделениях реанимации и интенсивной терапии, при проведении холтеровского мониторирования, в педиатрии, хирургии. К минусам одноразовых электродов можно отнести невозможность повторного применения.

Существует также ЭКГ с системой вакуумной аппликации электродов, которая прекрасно подходит для проведения функциональных нагрузочных ЭКГ-проб. Электроды в системе с вакуумной аппликацией прилегают очень плотно и хорошо фиксируются, это позволяет беспрепятственно снимать кардиограмму, когда пациент двигается без потери качества ЭКГ-сигнала. И если вдруг произойдёт отсоединение электрода, система даст знать об этом, поскольку ЭКГ с системой вакуумной аппликации электродов способна «контролировать» отсоединение электродов.

5 Запись кардиограммы

После наложения электродов и подключения их к аппарату производится фиксация отведений и запись их на бумажную регистрационную ленту кардиографа. В случае снятия ЭКГ руки и ноги пациента будут являться «проводниками» электрической активности сердца, а воображаемая, условная линия между руками и ногами будет являться отведениями. Таким образом выделяют 3 стандартных отведения: I-образует левая и правая руки, II — левая нога и правая рука, III — левая нога и левая рука.

Вначале при помощи конечностных электродов идет запись ЭКГ в стандартных отведениях, затем в усиленных (aVR, aVL, aVF) от конечностей, а затем в грудных отведениях (V1-V6) при помощи грудных электродов. Электрокардиограф имеет шкалу и переключатель отведений, также имеются кнопки вольтажа и скорости протяжки ленты (25 и 50 мм/с).

В устройствах для записи используют специальную регистрационную ленту (к примеру код ОКПД 21.12.14.190), по внешнему виду она напоминает миллиметровую бумагу, имеет деления, где каждая маленькая клеточка равна 1 мм, а одна большая — 5 мм. При скорости движения такой ленты 50 мм/cек, одна маленькая клеточка равна 0,02 сек., а одна большая — 0,1 сек. Если пациенту проводят запись ЭКГ в покое, ему следует объяснить, что в момент непосредственной записи нельзя разговаривать, напрягаться, двигаться, чтобы результаты записи не исказились.

6 Распространённые ошибки при регистрации ЭКГ

К сожалению, при записи кардиограммы нередки ошибки как со стороны подготовки пациентов к процедуре, так и со стороны медработников при проведении алгоритма регистрации ЭКГ. Наиболее распространёнными ошибками, приводящими к искажению результатов ЭКГ и формированию артефактов являются:

• Неправильное наложение электродов: неверное расположение, перестановка электродов местами, неправильное подсоединение проводов к прибору может исказить результаты ЭКГ;
• Недостаточное соприкосновение электродов с кожей;
• Пренебрежение пациентом правил подготовки. Курение, переедание, употребление крепкого кофе перед процедурой или избыточная физическая активность при снятии ЭКГ покоя может дать неверные данные об электрической активности сердца;
• Дрожь в теле, неудобное расположение пациента, напряжение отдельных групп мышц в теле также может искажать данные при регистрации ЭКГ.

Для того, чтобы результаты ЭКГ были достоверными и правдивыми, медработникам необходимо четко владеть алгоритмом действий при снятии кардиограммы и техникой её проведения, а пациентам ответственно подойти к исследованию и соблюдать все правила и рекомендации перед её проведением. Следует отметить, что ЭКГ не имеет противопоказаний и побочных эффектов, что делает этот метод исследования еще более привлекательным.

Бродя по интернету, часто натыкаешься на изобретения "домашних мастеров" - то прибор для ионизации воды, то лампу кварцевую "своими руками". Но чтоб карманный электрокардиограф, да еще- собственными руками...

Рассматривается простой кардиограф, умещающийся в кармане и обеспечивающий регистрацию электрокардиограммы (частоты пульса), температуры и положения тела человека. Эти параметры запоминаются на карте памяти micro SD, откуда в последствии могут быть переписаны на персональный компьютер (ПК) и при помощи специальной программы отображены в виде графиков (привязанных к времени и дате съемки) для детального изучения.

Устройство разрабатывалось для изучения поведения человека во сне, но может быть также полезно спортсменам и медикам. Начинающих радиолюбителей заинтересует схема регистрации биотоков (когда источником сигнала становится человеческое тело) и пример применения широко распространенных карт памяти SD для сохранения разнородной информации.

Принципиальная схема кардиографа приведена на рис. 1.

Рис 1 - Принципиальная схема простого кардиографа

На элементах DA1, DA2, DA3 собран усилитель кардиосигнала. Это обычный УНЧ с дифференциальным входом и высоким входным сопротивлением . К входам усилителя E+ и E- подключается пара электродов, закрепленных на теле в области сердца для съема исходного кардиосигнала. Элементы DA1.1 и DA1.2 работают как повторители, обеспечивающие высокое входное сопротивление. Инструментальный усилитель DA3 усиливает сигнал примерно в 6 раз (коэффициент задается резистором R4) перед подачей на АЦП микроконтроллера DD1.

Помимо полезного сигнала биологического происхождения на электродах E+ и E- присутствуют синфазные помехи (прежде всего 50 Гц от осветительной сети), амплитуда которых в тысячи раз превышает полезный сигнал. Для их подавления используется «активная земля» : на теле закрепляется третий электрод E0, на который с выхода DA2.1 в противофазе подаётся синфазная составляющая входного сигнала. Её выделение выполняет сумматор на R1 и R2, а DA2.1 - усиление и инверсию. Благодаря такой своеобразной отрицательной обратной связи величина синфазных помех резко снижается, и далее они эффективно подавляются DA3. Для формирования опорного напряжения (средней точки) для ОУ DA2.1 и DA3 используются элементы R6, R7, С1, С2, DA2.2.

Для измерения температуры и положения тела к микроконтроллеру DD1 по двухпроводному интерфейсу I 2 C подключены интегральные датчики температуры ВК1 и ускорения ВК2. Спецификация шины I 2 C реализуется программно. Резисторы R8 и R10 служат нагрузками линий интерфейса. Резисторы R9, R11, также как R5, R12, R14, R15 защищают выводы микроконтроллера и периферии от перегрузок при сбоях МК (в отлаженное устройство их можно не устанавливать).

Питание акселерометра BK2 осуществляется через диод VD1, который снижает напряжение питания BK2 на 0.7 в, чтобы напряжение "свежезаряженного" Ni-MH аккумулятора GB1 (4.2 в) не превышало паспортного значения для BK2 MMA7455LT (3.6 в). Положение тела определяется по проекции силы тяжести на оси чувствительности BK2, что например позволяет четко различить следующие положения тела: стоя, лежа на спине, на животе, на левом или на правом боку. По изменению ускорения фиксируется двигательная активность.

Функционирование устройства как единого целого осуществляется под управлением микроконтроллера DD1. Сразу после подачи питания устройство работает в режиме записи: DD1 выполняет периодический опрос датчиков BK1 и BK2, измерение частоты на входе CCP1 и оцифровку кардиосигнала. Объединенный информационный поток записывается в файл на карту памяти micro SD (разъем X1), а также выдаётся в ПК по интерфейсу RS-232 (разъем X2) для контроля и визуализации. Командой с компьютера можно остановить запись и перевести устройство в режим скачивания сохраненных файлов.

Сохранение информации осуществляется на карте памяти micro SD , которая подключается через разъем X1. В процессе работы карта может потреблять до 100 мА (в импульсе), создавая мощные помехи по питанию, поэтому она запитана от источника GB1 напрямую, а остальная схема через RC - фильтр R16 C5.

От использования стандартной файловой системы FAT на карте SD пришлось отказаться: она не устойчива к внезапному исчезновению питания, а памяти МК не достаточно для буферизации поступающих в реальном времени данных. Разработан альтернативный формат хранения информации. Запись на карту осуществляется последовательно, сектор за сектором. Четырехбайтный номер первого свободного сектора EmptyPos, в который должна осуществляться запись новых данных, хранится в EEPROM микроконтроллера. После записи очередного сектора номер EmptyPos инкрементируется.

В каждом секторе SD-карты (размером 512 байт) наряду с полезными данными сохраняется сигнатура и 4-байтный номер первого сектора файла. Таким образом, хотя данные на карту пишутся строго последовательно, они структурированы в виде файлов, рис. 2. Логика получения списка всех файлов реализуется программой на персональном компьютере; при этом предпринимаются дополнительные меры по контролю и коррекции ошибок.

Рис 2 - Механизм последовательной записи файлов на SD-карту

Вместо привычных операций форматирования (при установке новой SD-карты) и удаления файлов (при исчерпании объема карты) пользователем выполняется операция установки EmptyPos на начальный сектор с номером 65536. Первые 65536 секторов карты не используются ради сохранения существующей на карте «настоящей» файловой системы.

Устройство соединяется с компьютером по интерфейсу RS-232 через разъем X2. Резистор R13 ограничивает ток через вывод RX МК в условиях, когда напряжение входного сигнала выше напряжения питания МК. Сигналы на разъёме X2 имеют уровни TTL, поэтому непосредственно подключать компьютер к разъему X2 нельзя! Следует использовать готовый переходник USB-COM от сотового телефона (обычно такие переходники имеют уровни TTL) или изготовить такой переходник самостоятельно на базе микросхемы FT232R по типовой схеме . В крайнем случаем можно собрать преобразователь уровней в TTL на микросхеме MAX232 или по схеме на рис. 3. Через разъем X2 (контакты 5 и 8) может также осуществляться зарядка аккумулятора GB1.

Скорость обмена устройства с компьютером фиксированная: 57600 бод. Только для ускорения переписывания файлов с SD - карты в ПК скорость может быть повышена до 460800, 806400 или 921600 бод (если компьютер их поддерживает). Выдача данных при этом осуществляется МК программно на вывод RC0 (а выход TX отключается).

Рис. 3 - Простой преобразователь ТТЛ - RS-232

Для работы с устройством разработана специальная программа для ПК (файл программы EKG_SD_2010.exe прилагается), которая позволяет визуализировать кардиограмму и показания датчиков во время записи, считывать с SD-карты список файлов и копировать нужные на компьютер, сохранять кардиосигнал в стандартном формате WAVE PCM, обрабатывать записи с целью выделения R-зубцов и расчета частоты пульса, визуализировать и сохранять в унифицированном формате полученные временные зависимости. Более подробно работа с программой описана в прилагаемом «руководстве оператора» EKG_SD_2010.doc.

МК DD1 измеряется частоту сигнала на выводе 13, что можно использовать для подключения к устройству дополнительных датчиков. Частота сигнала не должна превышать 8 КГц (относительная погрешность измерения не хуже 10 -6 , период измерения ~ 0.25 сек).

Детали и конструкция. В качестве DA1 и DA2 можно применять любые ОУ широкого применения, работоспособные в диапазоне питающих напряжений от 2.7 до 4.2 в. Инструментальный усилитель DA3 заменим обычным ОУ, включенным по схеме на рис. 4. Однако при этом желательно подобрать близкими сопротивления резисторов R18 и R19, R20 и R21 (а также R1 и R2).

Для микроконтроллера DD1 должна быть предусмотрена панелька. В него следует занести программу из прилагаемого файла EKG_SD_Pic.hex ("фьюзы" хранятся внутри прошивки).

Рис. 4 - Функциональная замена DA3 AD623

Устройство может работать без SD - карты или датчиков BK1 и BK2 с соответствующим снижением функциональности. Это позволяет начинающим радиолюбителям упрощать устройство по своему усмотрению без необходимости изменения прошивки DD1 или программ для компьютера. Например, если надо только наблюдать биотоки в реальном времени, а запись на SD-карту не требуется, то карту (как и дополнительные датчики) можно не устанавливать.

В качестве разъема X1 для подключения micro SD-карты используется переходник micro SD ® SD (они продаются вместе с micro SD картами). Контакты переходника аккуратно лудят, после чего подсоединяют к схеме короткими проводками МГТФ-0.05. На рис. 5 показана нумерация и обозначения контрактов для макро SD - карты (т.е. переходника). Желательно применять карты SD class 4 и выше (из-за малого объема памяти МК максимальная задержка записи одного сектора должна быть меньше 40 мс). Поддерживаются карты HC (ёмкостью ³ 4 Гб).

Рис. 5 - Нумерация контактов обычной SD-карты (переходника)

Разъем X2 - типа DB9F или более миниатюрный (подходящий к применяемому переходнику COM-USB).

Датчик температуры BK1 фиксируется на теле пластырем, а к основной схеме подключается 4-мя свитыми в жгут проводами МГТФ-0.05 длиной до 50 см.

Монтаж акселерометра BK2 MMA7455LT (размерами 3´5´1 мм) требует определенной ловкости. Проше всего приклеить датчик к плате контактами вверх и подпаять к схеме проволочками 0.1 мм. Конденсаторы С3, С4 должны стоять в непосредственной близости от ВК2. По задумке датчик должен сохранять достаточно постоянное положение относительно торса (или другой выбранной части тела). Чтобы достичь этого, BK2 можно расположить либо в корпусе кардиографа, либо сделать выносным, подключив к основной схеме проводами также как BK1.

Электроды E+, E-, E0 - металлические кружки Æ 10 мм из титана, которые закрепляются в области сердца пластырем. Для экспериментов можно использовать мелкие монеты - но от длительного контакта с телом они начинают ржаветь! Подключаются электроды неэкранированными проводами МГТФ-0.05 (по возможности провода к E+ и E- следует скрутить, а вокруг обвить провод к E0).

Электрод E0 крепится в любом месте (например, приблизительно между E+ и E-). В медицине используют специальные схемы расположения электродов на теле и соответствующие методики анализа кардиограмм . Однако для определения частоты пульса электроды E+ и E- можно располагать в области сердца достаточно произвольно, лишь бы наблюдались достаточно четкие импульсы положительной полярности (как на рис. 6). Кардиосигнал также можно снимать с рук, но импульсы при этом слабее (и их автоматическое выделение затруднительно).

Рис. 6 - Пример исходного кардиосигнала

Питается устройство от аккумулятора на 3.6 в. Потребляемый ток зависит от SD-карты и в среднем составляет 20-30 мА. Емкость GB1 более 400 мА/час выбирается исходя из требуемого времени записи (8 - 12 часов). Следует отметить, что напряжение свежего аккумулятора доходит до 4.2 в, превышая установленный предел для SD-карты (3.6 в). Однако практика показала, что они повышенное напряжение выдерживают.

Налаживание . Цифровая часть схемы в налаживании не нуждается. После инициализации SD-карты через 1-2 сек от включения SA1 на выходе TX DD1 должен появиться сигнал передачи потока данных в ПК. Если теперь соединить ПК к устройством и выбрать в программе EKG_SD_2010.exe правильный COM-порт, на экране должны отображаться состояние записи, номер сектора EmptyPos, показания датчиков BK1, BK2 и график оцифрованного кардиосигнала. Далее следует нажать кнопку «СТОП» и выполнить «форматирование». Успех выполнения этих операции свидетельствует о корректной связи устройства с ПК. Нажатием кнопки «Инициализация» проверяется, правильно ли устройство опознаёт SD-карту.

Пока электроды E+, E-, E0 никуда не подключены, исправный усилитель кардиосигнала должен «ловить» (а компьютер отображать) сигнал помехи 50 Гц от сети. При замыкании между собой E+, E-, E0, амплитуда помехи должна резко уменьшаться, причем на выводе 6 DA3 должна быть примерно половина питающего напряжения.

Далее электроды E+, E-, E0 крепят к телу и пытаются засечь импульсы, коррелированные с ударами сердца. При проблемах следует обеспечить увлажнение кожи в месте контакта с электродом и варьировать их положение в поисках лучшего сигнала. Можно также увеличить усиление DA3, уменьшив сопротивление R4.