Авторам Сделать РадиоЛоцман стартовой страницей
»Все»Новости»Статьи»Схемы»Книги»Сайты»DataSheet»Приборы»Программы»Цены»Форум   РадиоЛоцман
en
расширенный поиск + все об электронике

15-04-2008

Простой электрокардиограф (ЭКГ)

LTC1044

Refik Hadzialic

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.

Простой электрокардиограф (ЭКГ)
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.

Диаграмма связи
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.

ЭКГ схема
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.

LTC1044, генератор отрицательного напряжения

Рис. 4. LTC1044, генератор отрицательного напряжения

Схема ЭКГ
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).

Сигнал ЭКГ
Рис. 6, Сигнал ЭКГ

Я использовал внутренний конвертер ADC в Atmel MCU, ATMega8. Код здесь.

Чтобы увидеть ЭКГ сердца, я воспользовался программой LABView.

Результаты ЭКГ в программе LABView (нажмите на изображение для увеличения)

Рис. 7. Результаты ЭКГ в программе LABView (нажмите на изображение для увеличения)

Результаты ЭКГ в программе LABView (нажмите на изображение для увеличения)

Рис. 8, Результаты ЭКГ в программе LABView (нажмите на изображение для увеличения)

Я с электродами

Рис. 9, Я с электродами

Плата ЭКГ, которую я сделал сам, вид спереди

Рис. 10, Плата ЭКГ, которую я сделал сам, вид спереди

Рис. 11, Плата ЭКГ, вид сзади

Рис. 11, Плата ЭКГ, вид сзади

На английском языке: DIY Heart Monitoring Device (Simple ECG)

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения (только последние 20 сообщений):Полный вариант обсуждения »
  • Радует, что люди создают новые конструкции кардиографов и тд.. А критикам - кардиологи более полувека обходились электро-механическими кардиографами и ставили точные диагнозы.
  • Интуицию и опыт настоящего врача железкой или программой заменить не получается и не получится в обозримом будущем. А дураку никакой, самый совершенный инструмент, всё равно не поможет вылечить пациента. К сожалению, врачи (как и всё в нашем мире) тоже подчиняются законам статистики, то есть среди них идиотов, карьеристов, взяточников намного больше, чем знающих, честных и заинтересованных вылечить, а не вытянуть все деньги. И, к сожалению, у честных врачей практически никогда не бывает средств на покупку качественных современных медицинских диагностических инструментов по многократно завышенным ценам, свойственным этому сегменту рынка.
  • Учебники по медицинской физике, биофизике, медицинскому приборостроению. Тот же Илясов 2007 года неплох. Хотя вариантов результатов измерений масса, например, реография области шеи на 100 кГц дает активное сопротивление доли ома и фазовый сдвиг до 45 градусов. Та же реография на 100 Гц - картина соврешенно иная, сопротивление единицы килоом, фазовый сдвиг минимальный. Активная составляющая импеданса рука-нога на 100 Гц может колебаться от единиц килоом до мегома. Это из лабораторных работ по дисперсии биоимпеданса, реограф ВМ-307. Вот на мегом и надо рассчитывать, а лучше на два. Неоднократно встречал подобную аргументацию, доцент как-никак, с 20-тилетним стажем. Только есть такое понятие как "метрология", в которой важнейшими параметрами являются минимизация ошибки и повторяемость результатов. Вы это гарантируете на комплектующих общего применения? Простейший пример: при подаче на АЦП сигнала, уровень которого на 50% превышает уровень шумов на близких частотах, приводит как минимум к 75% вероятности ошибки при его дальнейшей обработке и распознавании даже при 100-кратном превышении частоты дискретизации над частотой сигнала. Например, измерения продолжительности PQ-интервала кардиограммы, то есть времени проведения возбуждения от предсердного пейсмекера к желудочку. А это важнейший диагностический параметр. И по поводу комплектации. Наши студенты 4-го курса на летней практике за пару занятий делают аналоговую часть электрокардиографа. Комплектация - остатки от советских времен: 574УД2 и 140УД17. Все работает, у ребят глаза горят, сами сделали! Но вот качество сигнала, знаете ли... Так что я остаюсь на профессиональных позициях - если делать, так делать качественно, максимально просто и надежно. А вложили в комплектацию $30 вместо положенных $80 - разница не так уж невелика, один порядок затрат. Зато потом проблем гораздо меньше. Как-то вот так. Дьявол-то кроется в мелочах, как говорили братья-доминиканцы.
  • Уже гораздо скромнее, прогресс налицо. :) Остается выделить наисущественнейшие составляющие импеданса, а именно - импеданс интерфейса электро-кожа и импеданс собственно тканей. С учетом кожи и подкожных слоев сопротивление тканей более 150 кОм (на измерениях до 15 кГц) встречать на практике не приходилось. А вот сопротивление кожа-электрод (хлорсеребряный) может быть каким угодно - от сотен ом до единиц МОм. Если больше нескольких килоом - однозначно плохая подготовка поверхности или сухие электроды. Решается елементарно - смочить хотя бы водой из-под крана. Всё это, конечно же, верно, но без количественных значений для конкретного устройства совершенно бесполезно. А числа говорят о том, что уровень собственных шумов на выходе усилителя и минимальный уровень сигнала, различимый АЦП, отличаются на два порядка. (1мВ / 10 мкВ). Так что гарантировать повторяемость параметров устройства могу - на практике до +/-5% относительной погрешности. Что же, хорошо, что Вы осознаете разницу между лабораторной работой и реальным устройством, которое, в отличие от лабораторной работы, обязано обеспечивать заданные характеристики (как технические, так и ценовые). Надеюсь, теперь Ваши студенты на летней практике смогут собирать не просто УБП из чего-попало, а действительно работоспособное современное устройство. Если по себестоимости подарите практикующему врачу - как минимум получите реальную искреннюю благодарность. ;) А проблем меньше не от применения порядком устаревшей элементной базы (у меня создается впечатление, что для преподавателей со стажем кроме AD620 операционников просто не существует), а от четкого понимания всех физических процессов. К сожалению, ни степень, ни звание этого не гарантируют, и существует множество профессоров, которые учат студентов разрабатывать медэлектронику, но сами не понимают простейшего - например, различия токов смещения и токов проводимости, и физического смысла уравнений Максвелла, и не в состоянии нарисовать схему УБП на чем-либо другом, кроме AD620 (и то, поверьте, это уж достижение). :cool: И в дополнение по примерам, которые в комплекте с инсталляшкой: кто-то писал, что сняты они мол в идеальных условиях, и в реальной жизни такие не получатся. Условия были следующие: обыкновенная кухня обыкновенной квартиры на втором этаже железобетонной девятиэтажки в обыкновенном городе Харькове, электроды хлорсеребряные, места наложения слегка смочены водой из-под крана. А экземпляр опубликованноего устройства изготовлен не единственный, именно по приведенным схемам, платам и прошивке. Все работают совершенно одинаково без каких-либо танцев с бубном.
  • Может быть Вы и сильны в цифровой технике или другой узкоспециальной области, но уж точно не в медицинском приборостроении. Дальнейшая дискуссия бессмысленна. Извините, если чем-то невольно обидел.
  • Офтоп, конечно, но почему все заканчивается банальной кичливостью? Не Бог весть что обсуждается, а уж амбиций...
  • Наверное, потому что это свойственно обычным людям. Не боги же форумы читают. Впрочем, известным мне богам это свойственно в не меньшей мере. :D
  • Народ, помогите! Очень нужна электрокардиограмма в формате *.txt ! Желательно 2, одна с нормальными показателями 2-я с патологиями. Мне всё это нужно для того что бы её обработать в программе MatLab! Желательно скиньте мне эти файлы на эмэйл! вот адрес vasylenko_v@i.ua, вот 2-й на случай если не получится на 1-й отправить vadymovi@mail.ru ЗАРАНИЕ СПАСИБО!:) надеюсь на вашу помощь!:)
  • В Москве (Со слов товарища- в этой фирме у него дочь работает) появилась услуга: набираешь номер , мочишь грудь водой, прикладываешь трубку с угольным микрофоном и через час вам привозят расшифрованную кардиограмму?, либо приезжает скорая. Просто интересно , что можно определить по звуку? И просто обалдеть сколько информации надо обработать и вычистить. Вроде это счастье стоит 3т.р.
  • Наверное, всё-таки, не ЭКГ, а ФКГ (фонокардиограмма)?
  • Здравствуйте а может кто нибудь описать принцип работы процессорного блока 1-3 канального электрокардиографа.
  • Здравствуйте! А не могли бы Вы скинуть схему на LabView на адрес alexejbolotin@mail.ru?
  • Sergey57 Вас ввели в заблуждение. Для получения такой услуги требуется КАРДИОРЕГИСТРАТОР. Он записывае кардиограмму, а затем её можно передать по акустическому телефонному каналу. В Москве практически все бригады скорой помощи имеют такие приборы.
  • А вот здесь кардиограф на Arduino: http://www.prointellekt.ru/EKG1.php По-моему сборка упрощается на порядок. Собственно нужно лишь собрать аналоговую часть (которая до безобразия проста) и настроить Arduino. На том же сайте плавный переход на энцефалограф и так же просто.
  • Здравствуйте, сейчас собираю ваш электрокардиограф, немного запутался в принципиальной схеме , не могли бы вы прислать полную принципиальную схему? могу выслать электронную почту. Спасибо за потраченное время.
  • Вы о каком именно приборе спрашиваете? Электрокардиографов очень много конструкций - ведь в плане железа это довольно простое устройство. Только нужно помнить, что без адекватной программы (а это 95% современного кардиографа) даже очень качественное и дорогое железо не очень-то полезно.
  • Здравствуйте! Если вы о моей схеме, то на сайте планируется разместить более подробный её вариант. К сожалению за неимением свободного времени это будет сделано не немедленно, но планирую до конца этого месяца. Тем не менее могу попробовать оперативно ответить на ваши вопросы здесь или на моём сайте - как вам удобнее.
  • http://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=47010 Хотел бы узнать точную принципиальную схему вот этого электрокардиографа который вы сделали , чтобы развести её в программе. Я понимаю схему которая представлена на данной странице "Рис. 5, схема ЭКГ" , но что надо к ней добавить , чтобы можно было корректно её развести на плате и соответственно чтобы она заработала. С программой вопросов нету. Интересует принципиальная электрическая схема. Спасибо.
  • Здравствуйте, необходимо спаять электрокардиограф, посоветуйте, пожалуста, схему, желательно простую, так как ранее этим не занимался
  • в журнале Elektor №7-8 за 2013г приводится схема многоканальной кардиографической приставки, которая по Bluetooth передает кардиограмму на Android устройство (планшет). Приставка питается от автономного источника, что немаловажно, учитывая величину полезного сигнала и уровень помех. Кому интересно, могу скинуть на почту оригинал статьи на английском.
Полный вариант обсуждения »
Рекомендуемые публикации по теме:
Форум  »
Стиральная машина Ardo Anna 810 после 3-х лет простоя- не работает
Схемы  »
Выключатель горячей замены обеспечивает простую тепловую защиту
Схемы  »
Улучшение зашумленных данных простым цифровым фильтром
Новости  »
Новое семейство PROFET+ обеспечивает простую модульную взаимозаменяемость одно и двухканальных приборов
Схемы  »
Две схемы простых генераторов качающейся частоты

При перепечатке материалов с сайта прямая ссылка на РадиоЛоцман обязательна.

Приглашаем авторов статей и переводов к публикации материалов на страницах сайта.