Создание монитора ЭКГ на базе Arduino

ЭКГ, обозначаемая for Электрокардиограмма, представляет собой медицинский тест, который измеряет электрическую активность сердца за определенный период. В некоторых регионах этот тест широко известен как ЭКГ (электрокардиограмма). Это неинвазивная и безболезненная процедура, которая включает в себя прикрепление к коже электродов (небольших липких пластырей с датчиками) для регистрации электрических сигналов сердца.

Электрические сигналы, вырабатываемые сердцем, координируют сокращения мышц сердца, позволяя ему эффективно перекачивать кровь по всему телу. ЭКГ обеспечивает визуальное представление этих сигналов, создавая график, известный как электрокардиограмма. Каждый пик и волна на графике соответствуют определенному событию сердечного цикла.

В этом проекте мы представляем систему мониторинга на основе Ardunio-Python.

Используемые компоненты

Нам нужны следующие компоненты:

Аппаратное обеспечение – Arduino uno, Модуль ЭКГ (AD8232), соединительные провода, Разъем электрода ЭКГ -3,5 мм, Электроды ЭКГ – 3 шт.

Программное обеспечение — Python 3.10.1, Tkinter, Matplotlib, Numpy.

Сигнал ЭКГ:

Сигнал ЭКГ (электрокардиограммы) представляет собой электрическую активность сердца во время его сердечного цикла. Характер сигнала ЭКГ характеризуется серией волн и комплексов, каждый из которых соответствует определенным явлениям электрической активности сердца. (См. рис. 1). Вот разбивка компонентов типичного сигнала ЭКГ:

P Wave:

Отображает деполяризацию (сокращение) предсердий.

Это указывает на возникновение электрического импульса в предсердиях.

Комплекс QRS:

Отображает деполяризацию (сокращение) желудочков.

Комплекс QRS обычно представляет собой более крупную волну на ЭКГ и отражает электрическую активность при прохождении импульса через желудочки.

Волна T:

Олицетворяет реполяризацию (расслабление) желудочков.

Он следует за комплексом QRS и указывает на восстановление желудочков.

Интервал PR:

Отображает время, необходимое for электрическому импульсу для прохождения от предсердий к желудочкам.

Интервал QT:

Отображает общее время for деполяризации и реполяризации желудочков.

Сегмент ST:

Представляет интервал между деполяризацией и реполяризацией желудочков.

Это плоский изоэлектрический сегмент, который в идеале должен находиться на том же уровне, что и базовая линия.

Сигнал ЭКГ обычно записывается в течение определенного периода времени, при этом каждое сердцебиение создает характерную картину. Сигнал отображается на графике со временем по горизонтальной оси и напряжением по вертикальной оси. Продолжительность и амплитуда каждой волны и комплекса предоставляют ценную информацию о здоровье и функционировании сердца.

Обнаружение сигнала ЭКГ с помощью AD8232:

AD8232 представляет собой одновыводную интегральную схему (ИС) монитора сердечного ритма, которую можно использовать for для обнаружения сигналов ЭКГ (электрокардиограммы). Он обычно используется в проектах DIY и прототипирования for для мониторинга сердечного ритма и сигналов ЭКГ. Ниже приведены общие шаги по обнаружению сигналов ЭКГ с использованием AD8232 с Arduino:

Wiring:

1. Подключите AD8232 к Arduino, используя следующие соединения:
• Вывод GND на AD8232 к GND на Arduino
• От контакта 3,3 В на AD8232 до 3,3 В на Arduino
• Вывод OUT на AD8232 к аналоговому входу на Arduino (например, A0)
2. Подключите электроды ЭКГ к соответствующим контактам на AD8232:
• Движение правой ноги (RLD): подключитесь к точке на правой ноге, чтобы получить эталонный for сигнал ЭКГ.
• Левая рука (LA): подсоедините к электроду левой руки.
• Правая рука (RA): подсоедините к электроду на правой руке.
• Движение левой ноги (LLD): подключение к точке на левой ноге.
3. Прикрепите электроды ЭКГ к телу. Обычно их размещают на левой и правой руках, а также на левой ноге.

Код Arduino

void setup() {

// инициализируем последовательную связь со скоростью 9600 бит в секунду:

Серийный.начало(9600);

}

// процедура цикла выполняется снова и снова, вечно:

недействительный цикл() {

// читаем входной сигнал на аналоговом выводе 0:

int SensorValue = AnalogRead(A0);

// распечатываем прочитанное значение:

Serial.println(значение датчика);

задержка(1); // задержка между чтениями for стабильность

Установка программного обеспечения и запуск проекта

1. Шаг 1. Установите дистрибутив Anaconda for Windows. Anaconda — это платформа распространения Python с открытым исходным кодом. Он устанавливает Jupyter NoteBook, Spyder, R Studio и другие интегрированные среды разработки for Python.



2. Шаг 2. Запустите Jupyter NoteBook из Anaconda. Он создает интерактивную веб-среду вычислений Python в любом браузере, выбранном при установке while.



3. Шаг 3. Создайте новый блокнот в меню «Файл» Jupyter IDE, выбрав Python 3 в качестве ipykernal. Переименуйте новый блокнот в «Система мониторинга ЭКГ».



4. Шаг 4. Импорт библиотек: в этом проекте используются функции из Tkinter, Matplotlib, библиотек numpy. Следовательно, мы импортируем библиотеки numpy, matplotlib, pyplot. Мы можем использовать pip install и conda install для установки библиотек.
5. Шаг 5: этот GUI включает окно с холстом для построения графика сигнала ЭКГ и кнопками ввода для запуска и остановки построения графика сигнала.

Код Python:

<код>импортировать tkinter как tk

из tkinter импортировать ttk

из matplotlib.backends.backend_tkagg import РисунокCanvasTkAgg

из matplotlib.figure импортировать рисунок

импортировать matplotlib.animation как анимацию

импортный серийный номер

класс ECGMonitorApp:

def __init__(self, root, Serial_port='COM4', baud_rate=9600):

self.root = корень

self.root.title("Монитор ЭКГ")

self.ecg_data = []

self.fig = Рисунок(figsize=(5, 3), dpi=100)

self.ax = self.fig.add_subplot(1, 1, 1)

self.line, = self.ax.plot([], [], lw=2)

self.canvas = РисунокCanvasTkAgg(self.fig, master=root)

self.canvas.get_tk_widget().pack(side=tk.TOP, fill=tk.BOTH,expand=1)

self.ani = анимация.FuncAnimation(self.fig, self.update_plot, init_func=self.init_plot, интервал=100, blit=True)

self.serial_port = серийный.Serial(последовательный_порт, скорость_бода)

self.start_button = ttk.Button(root, text="Start", команда=self.start_monitoring)

self.start_button.pack(side=tk.LEFT,padx=10)

self.stop_button = ttk.Button(root, text="Stop", команда=self.stop_monitoring)

self.stop_button.pack(side=tk.LEFT,padx=10)

защита init_plot (сам):

self.line.set_data([], [])

return собственная линия,

защита start_monitoring (сам):

self.ecg_data = [] # Очистить предыдущие данные

self.ani.event_source.start()

защита stop_monitoring (сам):

self.ani.event_source.stop()

Защиту update_plot (я, кадр):

# Чтение данных ЭКГ с Arduino

ecg_value = int(self.serial_port.readline().decode().strip())

self.ecg_data.append(ecg_value)

# Обновляем сюжет

self.line.set_xdata(диапазон(len(self.ecg_data)))

self.line.set_ydata(self.ecg_data)

self.ax.relim()

self.ax.autoscale_view()

return собственная линия,

if __name__ == "__main__":

корень = тк.Тк()

приложение = ECGMonitorApp (корневой)

root.mainloop()

Результаты: Кривые ЭКГ можно проверить следующим образом



Устранение неполадок:

1. После загрузки кода в Arduino отключите его от ПК и закройте программу Arduino IDE.
2. Повторно подключите Ardunio к ПК.
3. Проверьте правильный COM-порт в диспетчере устройств.
4. Установите скорость передачи данных 9600 в «class ECGMonitorApp:» в коде Python.
5. Запустите код Python в блокноте Jupyter.