კარდიო მონაცემების ჩამწერი: 7 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:20

მიუხედავად იმისა, რომ დღესდღეობით ბევრი პორტატული მოწყობილობაა (სმარტფენები, ჭკვიანი საათები, სმარტფონები,…), რომელსაც შეუძლია გულისცემის დადგენა (HR) და კვალი ანალიზის ჩატარება, გულმკერდის ქამრების დაფუძნებული სისტემები (როგორიც არის სურათის ზედა ნაწილში) ფართოდ გავრცელებული და გამოყენებული, მაგრამ არ გააჩნია გაზომვების კვალის ჩაწერის და ექსპორტის შესაძლებლობა.

ჩემს წინა ინსტრუქციულ Cardiosim– ში მე წარმოვადგინე გულმკერდის ქამრის სიმულატორი (კარდიო), რომელიც განმარტავს, რომ ჩემი ერთ – ერთი შემდეგი ნაბიჯი იყო გულისცემის მონაცემების ჩამწერი შემუშავება. მე ახლა მზად ვარ წარმოგიდგინოთ იგი ამ ინსტრუქციულად. ამ პორტატული ერთეულის ფუნქციაა მიიღოს გულმკერდის სამაჯურის ქამრის (ან კარდიოსიმულატორის) მიერ გაგზავნილი HR სიგნალი ტრენინგის სესიის დროს (ვარჯიში/ველოსიპედით/სირბილით …) და კვალი ჩაწეროს SD ბარათზე, რათა განახორციელეთ ტრენინგის შემდგომ შესრულების ანალიზი (იხილეთ დეტალები ბოლო თავში).

მოწყობილობა იკვებება დატენვის ბატარეის სისტემით, მათ შორის დატენვის წრე და DC გამაძლიერებელი რეგულატორი.

გამოუყენებელი მასალის "საწყობიდან" მე გამოვყავი შესაფერისი პლასტმასის ქეისი (135 მმ x 45 მმ x 20 მმ) და მოვარგე სქემის განლაგება ერთმანეთთან შესაერთებლად, რაც წარმოქმნის მუშა პროტოტიპს, რომელიც აკმაყოფილებს ჩემს მოთხოვნილებებს (მაგრამ რომლის რეალიზაციაც ადგილს ტოვებს გაუმჯობესება:-))

ნაბიჯი 1: მოკლე აღწერა

გთხოვთ, გაეცნოთ Cardiosim Instructable– ის 1 – ლი საფეხურს LFMC (დაბალი სიხშირის მაგნიტური კომუნიკაციის) ტექნოლოგიის შესახებ, რომელიც გამოიყენება ამგვარი მოწყობილობების მიერ.

ჩემი პირველი განზრახვა იყო Sparkfun RMCM01 მოდულის გამოყენება მიმღების ინტერფეისად, მაგრამ ეს პროდუქტი აღარ არის ხელმისაწვდომი (რომ აღარაფერი ვთქვათ, რომ ის მაინც საკმაოდ ძვირი ღირდა).

თუმცა, WEB– ის დათვალიერებისას, ვიპოვე ეს საინტერესო გაკვეთილი, რომელიც აჩვენებს ალტერნატიულ გადაწყვეტილებებს RMCM01– ის შესაცვლელად. მე ავირჩიე მე -3 ვარიანტი ("პიტერ ბორსტის დიზაინი", მადლობა პიტერ!), მივაღწიე შესანიშნავი შედეგს კარდიოსიმის იგივე L/C კომპონენტების გამოყენებით, თუმცა აქ დაკავშირებულია როგორც პარალელური რეზონანსული ავზი. აღმოჩენილი სიგნალი გაძლიერებულია, "გაწმენდილია", გაშიფრულია და გადაეგზავნება Arduino Pro Mini მიკროკონტროლერს. პროგრამა ადასტურებს მიღებულ იმპულსებს, ზომავს გულისცემას (ან უკეთესი ინტერვალი ორ თანმიმდევრულ იმპულსს შორის) და ინახავს ყველა გაზომულ ინტერვალს ASCII ტექსტურ ფაილში (ერთი სტრიქონი მოქმედი იმპულსისთვის, თითოეული 16 სიმბოლო ინტერვალის, დროის ნიშნულისა და LF/CR ჩათვლით) microSD ბარათში. ვთქვათ, საშუალო HR 80 წთ / წთ, ერთსაათიან ჩაწერას სჭირდება მხოლოდ (4800 ტექსტის სტრიქონი x 16 სიმბოლო) = 76800 /1024 = 75 კბაიტი, ამიტომ იაფი 1 GB SD ბარათიც კი გთავაზობთ ჩაწერის უამრავ შესაძლებლობას.

ჩაწერის დროს შეგიძლიათ ჩაწეროთ მარკერის ხაზები, რათა გაიყოს კვალი და ცალკე შეაფასოს სესიის სხვადასხვა ფაზები.

ნაბიჯი 2: LiPo ელექტრომომარაგება - სქემა, ნაწილები და შეკრება

კვების ბლოკი იკავებს საქმის ბოლოში. გარდა ტრიმპოტისა, არცერთი კომპონენტი არ აღემატება 7 მმ სიმაღლეს, რაც საშუალებას გაძლევთ დააყენოთ HR მიმღები და მიკროკონტროლის წრე დენის წყაროს ზემოთ.

მე გამოვიყენე შემდეგი ნაწილები:

• 3.7V LiPo ბატარეა (ტელეფონის ნებისმიერი ბატარეის გადამუშავება შესაძლებელია, შემცირებული ტევადობა აქ არ არის პრობლემა)
• USB TP4056 დატენვის მოდული, მე აქ ვიყიდე
• SX1308 DC გამაძლიერებელი გადამყვანი, მე აქ ვიყიდე
• მცირე ზომის პროტოტიპის დაფა 40 x 30 მმ
• კაბელი JST კონექტორით 2, 54 მმ 2 პინით, როგორც ეს
• (სურვილისამებრ) JST კონექტორი 2 მმ 2 პინი, როგორც ეს

• (სურვილისამებრ) კაბელი JST კონექტორით 2 მმ 2 პინით, როგორც ეს

ბოლო ორი ელემენტის გამოყენება დამოკიდებულია ბატარეაზე, რომელსაც გამოიყენებთ და იმაზე, თუ როგორ აპირებთ მის დაკავშირებას დამტენის მოდულთან. მე ვთავაზობ 2 მმ JST კონექტორს, რადგან ბევრი ბატარეა მიეწოდება უკვე მიმაგრებულ კაბელს და 2 მმ დანამატს, ნებისმიერი სხვა გამოსავალი არის ადეკვატური, რამდენადაც საჭიროების შემთხვევაში იძლევა ბატარეის ადვილად შეცვლის საშუალებას. ნებისმიერ შემთხვევაში, ფრთხილად იყავით, რათა თავიდან აიცილოთ ბატარეის ბოძებს შორის მოკლე ჩართვა შეკრების დროს.

TP4056 მოდული იკვებება მიკრო USB პორტით და შექმნილია მრავალჯერადი დატენვის ლითიუმის ბატარეების დასატენად მუდმივი მიმდინარე / მუდმივი ძაბვის (CC / CV) დატენვის მეთოდის გამოყენებით. ლითიუმის ბატარეის უსაფრთხოდ დატენვის გარდა, მოდული ასევე უზრუნველყოფს ლითიუმის ბატარეების მიერ აუცილებელ დაცვას.

SX1308 არის მაღალი ეფექტურობის DC/DC Step Up რეგულირებადი კონვერტორი, რომელიც ინარჩუნებს გამომავალი ძაბვის მუდმივობას +5V მინიმალური შეყვანის ძაბვის 3V, რითაც იძლევა ბატარეის სიმძლავრის სრულ ექსპლუატაციას. მიკროკონტროლერის მიკროსქემის შეერთებამდე დაარეგულირეთ გამომავალი ძაბვა ტრიმპოტით +5V!

Data Logger– ის მთლიანი მოხმარება არის დაახლოებით 20 mA, ამრიგად, გამოყენებული ბატარეა 200 mAh ნარჩენი ტევადობით (ახალი ტელეფონის ბატარეის საწყისი სიმძლავრის <20%) საშუალებას მოგცემთ ჩაწეროთ 10 საათი. ერთადერთი ნაკლი ის არის, რომ SX1308 წყნარი დენი არის დაახლოებით 2mA, ასე რომ თქვენ უკეთ გათიშეთ ბატარეა, თუ არ იყენებთ Data Logger- ს დიდი ხნის განმავლობაში.

მცირე ზომის გამო, ორივე მოდული უნდა დაფიქსირდეს კავშირის ხვრელების გამოყენებით, როგორც ელექტრული, ასევე მექანიკური კავშირისთვის პროტოტიპის დაფასთან, სპილენძის მავთულის მოკლე ნაჭრების საშუალებით. თავის მხრივ დაფა მიმაგრებულია საქმის ძირზე 3 მმ x 15 მმ ხრახნით (სიგრძე საკმარისია მიკროკონტროლერის მიკროსქემის ზემოთ იმავე ხრახნით დასამაგრებლად). დაფა მასპინძლობს JST 2 მმ კონექტორს ბატარეისთვის (ხელმისაწვდომია მხოლოდ SMD ვერსიაში, მაგრამ ქინძისთავების ვერტიკალურად დასაკეცი შეგიძლიათ "გადააქციოთ" PTH ვერსიაში) და ყველა გაყვანილობა სქემატების მიხედვით. მხოლოდ იმისთვის, რომ დარწმუნებული ვიყო, კონექტორის სხეული დავამატე დაფაზე, რომ მივაღწიო კარგ მექანიკურ ბეჭედს.

ბატარეა მოთავსებულია კორპუსის ქვედა ნაწილში, მის უკან არის მეორე 3 მმ x 15 მმ ხრახნი 8 მმ ვერტიკალური გამყოფით, რათა თავიდან აიცილოთ კონტაქტები ბატარეის თავზე (რომელიც მაინც იზოლირებულია) და ქვედა ნაწილს შორის. ზედა წრე.

ნაბიჯი 3: HR მიმღები და მონაცემთა ჩამწერი - სქემა, ნაწილები და შეკრება

მთავარი დაფა შედგება:

• პროტოტიპის დაფა 40 მმ x 120 მმ
• ინდუქცია 39mH, მე გამოვიყენე BOURNS RLB0913-393K
• 2 x კონდენსატორი 22nF
• კონდენსატორი 4.7nF
• კონდენსატორი 47nF
• კონდენსატორი 39pF
• ელექტროლიტური კონდენსატორი 10uF/25V
• ელექტროლიტური კონდენსატორი 1uF/50V
• 3 x რეზისტორი 10K
• 2 x რეზისტორი 100K
• 3 x რეზისტორი 1K
• 4 x რეზისტორი 220R
• რეზისტორი 1 მ
• რეზისტორი 47K
• რეზისტორი 22K
• ტრიმპოტი 50K
• დიოდი 1N4148
• LED 3 მმ ლურჯი
• 2 x LED 3 მმ მწვანე
• LED ყვითელი 3 მმ
• LED 3 მმ წითელი
• ორმაგი დაბალი ხმაურის JFET- შეყვანის საოპერაციო გამაძლიერებლები TL072P
• Hex ინვერსიული Schmitt Trrigger 74HC14
• JST კონექტორი 2.54 მმ 2 პინი, როგორც ეს
• 2 x მიკრო გადამრთველი, Alcoswitch ტიპის
• მიკროკონტროლი Arduino Pro Mini, 16MHz 5V
• მიკრო SD ბარათის მოდული SPI 5V DFRobots– დან

პარალელური რეზონანსული ავზის რეზონანსული სიხშირე, რომელიც შედგება L1 და C1– ისგან, არის დაახლოებით 5.4 კჰც, რაც საკმარისად ემთხვევა გადაცემული სიგნალის მაგნიტური ველის მატარებლის 5.3 კჰც – ს, რათა ის ძაბვად გადაიქცეს. გახსოვდეთ, რომ უმეტეს შემთხვევაში, გადამზიდავი მოდულირდება მარტივი OOK (On-OFF Keying) ფორმატის საფუძველზე, სადაც თითოეული გულის პულსი გადააქვს გადამზიდავი "ON" დაახლოებით 10 ms. გამოვლენილი სიგნალი ძალზე სუსტია (ტიპიურად 1 მვ – იანი ტალღის ტალღა წყაროდან 60-80 სმ მანძილზე, იმ პირობით, რომ ინდუქციის ღერძი სათანადოდ არის მორგებული მაგნიტურ ველთან), ამიტომ საჭიროა მისი ფრთხილად გაძლიერება, რათა თავიდან ავიცილოთ ჩარევა და ყალბი გამოვლენები შემოთავაზებული წრე არის ჩემი საუკეთესო ძალისხმევის შედეგი და სხვადასხვა პირობებში მრავალსაათიანი ტესტირება. თუ თქვენ დაინტერესებული ხართ ამ ასპექტის გაღრმავებით - და შესაძლოა მისი გაუმჯობესებით - გადახედეთ შემდეგ ნაბიჯს, წინააღმდეგ შემთხვევაში შეგიძლიათ გამოტოვოთ იგი.

Schmitt Trigger– ის შემდეგი კარიბჭე ასრულებს დიგიტალიზაციას და პიკის გამოვლენის ფუნქციას, აღადგენს ორიგინალურ მოდულატორულ სიგნალს, რომელიც გადაეგზავნება Arduino Pro Mini– ს.

Pro Mini მიკროკონტროლის დაფა შესანიშნავია ამ პროექტისთვის, რადგან ბროლი ბორტზე იძლევა გაზომვების მაღალ სიზუსტეს (რაც აუცილებელია "სამედიცინო" თვალსაზრისით, იხილეთ ბოლო ნაბიჯი), და ამავე დროს ის თავისუფალია ნებისმიერი სხვაგან არ არის საჭირო მოწყობილობა, რაც იწვევს დაბალი ენერგიის მოხმარებას. ერთადერთი ნაკლი ის არის, რომ კოდის ჩასატვირთად დაგჭირდებათ FTDI ინტერფეისი Pro Mini– ს თქვენი კომპიუტერის USB პორტთან დასაკავშირებლად. Pro Mini დაკავშირებულია:

• გადართვა S1: დაიწყეთ ჩაწერა
• გადართვა S2: ჩადეთ მარკერი
• ცისფერი LED: ციმციმებს, როდესაც მოქმედებს პულსი
• მწვანე LED: ჩაწერა დაიწყო
• ყვითელი LED: მარკერი ჩასმულია (მოკლე მოციმციმე) / ვადაგასული (ფიქსირებული)
• MicroSD ბარათის მოდული (SPI ავტობუსის საშუალებით)

SD ბარათის მრავალი მოდულისგან განსხვავებით, რომლებიც მუშაობენ 3.3V– ზე, DFRobot მოდული მუშაობს 5V– ზე, ამიტომ დონის შემცვლელი არ არის საჭირო.

რაც შეეხება შეკრებას, შეიძლება შეამჩნიოთ, რომ პროტოტიპის დაფა გავყო ორ ნაწილად, რომელიც დაკავშირებულია მყარი 1 მმ სპილენძის მავთულის ორ პატარა "ხიდთან". ეს აუცილებელი იყო MicroSD ბარათის მოდულის მესამე "სამშენებლო დონემდე" ასამაღლებლად და გასასწორებლად მის ჩარჩოზე, რომელიც მე მოჩუქურთმებული მაქვს, USB პორტის გასასვლელის ზემოთ. გარდა ამისა, მე დავხატე სამი ჩაღრმავება დაფაზე, ერთი DC/DC გადამყვანის პოტენომეტრზე შესასვლელად, მეორე Arduino Pro Mini– ს სერიული ავტობუსის კონექტორზე შესასვლელად (დამონტაჟებული „ქვემოთ“) და მესამე ინდუქციურობა

ნაბიჯი 4: HR მიმღები - Spice სიმულაცია

პიტერ ბორსტის დიზაინიდან, რომელიც ზემოთ ვახსენე, ჩემი მიზანი იყო მაქსიმალურად გამეგრძელებინა გამოვლენის დიაპაზონი, ამავდროულად შემეზღუდა ჩარევისადმი მგრძნობელობა და ცრუ იმპულსების წარმოქმნა.

მე გადავწყვიტე შეცვალო ორიგინალური ერთჯერადი Op-Amp გადაწყვეტა, რადგან ის აღმოჩნდა ძალიან მგრძნობიარე ჩარევის მიმართ, ალბათ იმიტომ, რომ 10M უკუკავშირის რეზისტორის ღირებულება ძალიან მაღალია და საერთო მოგება ორ ეტაპად გავყო.

ორივე საფეხურს აქვს DC მომატება G = 100, მცირდება 70 @5.4KHz, მაგრამ განსხვავებული შეყვანის წინაღობით მგრძნობელობის ოპტიმიზაციისთვის.

მოდით ვივარაუდოთ, რომ LC ავზის მიერ წარმოქმნილი ყველაზე სუსტი სიგნალის ძაბვა არის 1 მვ.

თუ ჩვენ გადავიტანთ მიმღების მთელ წრეს Spice გარემოში (მე ვიყენებ ADIsimPE) შეცვლის LC პარალელურ წრეს სინუსური გენერატორით იგივე ძაბვით და სიხშირით (5.4KHz) და ვაწარმოებთ სიმულაციას, ჩვენ ვამჩნევთ, რომ გამომავალი ძაბვა V1 პირველიდან გამაძლიერებელი ჯერ კიდევ არის ტალღის ტალღა (მასშტაბის ფაქტორიდან გამომდინარე, შეყვანის სიღრმე არ არის შესამჩნევი), ti გამაძლიერებელი მუშაობს ხაზოვან ზონაში. მაგრამ მეორე ეტაპის შემდეგ, გამომავალი ძაბვა V2 გვიჩვენებს, რომ ჩვენ უკვე მივაღწიეთ გაჯერებას (Vhigh = Vcc-1.5V / Vlow = 1.5V). ფაქტობრივად, TL07x ოჯახი არ არის გათვლილი სარკინიგზოდან სარკინიგზო ამოსვლის დიაპაზონისთვის, მაგრამ ეს საკმარისია იმისათვის, რომ უსაფრთხო ზღვარი გადააჭარბოს შმიტ ტრიგერის კარიბჭის ორივე ზღურბლს და შექმნას სუფთა კვადრატული ტალღა (V3).

ნაბიჯი 5: პროგრამული უზრუნველყოფა

მიმღების სტადიის მაღალი მოგების გამო და მიუხედავად პიკის დეტექტორის ეტაპისა, რომელიც ძირითადად მოქმედებს როგორც დაბალი გამავლობის ფილტრი, Arduino Pro Mini pin D3– ზე შეყვანის სიგნალი მაინც ძლიერ შეწუხებულია და საჭიროა ციფრული წინასწარი დამუშავება მოქმედების შემოწმება ცრუ აღმოჩენების წინააღმდეგ. კოდი უზრუნველყოფს ორი პირობის დაკმაყოფილებას პულსის მოქმედებად ჩათვლისთვის:

1. პულსი უნდა გაგრძელდეს მინიმუმ 5 წმ
2. მინიმალური მისაღები ინტერვალი ორ თანმიმდევრულ იმპულსს შორის არის 100 წმ (შეესაბამება 600 წთ / წთ, მძიმე ტაქიკარდიის ზღვარს მიღმა!)

მას შემდეგ რაც პულსი დადასტურდება, წინა ინტერვალი (ms) იზომება და ინახება SD ბარათზე ფაილში "datalog.txt", ერთად დროის ნიშნულს hh: mm: ss ფორმატში, სადაც 00:00: 00 წარმოადგენს მიკროკონტროლერის ბოლო გადატვირთვის დროს. თუ SD ბარათი აკლია, წითელი LED ანათებს შეცდომის მითითებით.

ჩაწერის ახალი კვალის დაწყება/შეჩერება შესაძლებელია Start/Stop გადამრთველით S1 და იდენტიფიცირდება "; დაწყება" და "; გაჩერება" მარკერის ხაზით, შესაბამისად ტექსტის ფაილის დასაწყისში და ბოლოს.

თუ პულსი არ არის გამოვლენილი 2400 ms– ზე მეტი დროის განმავლობაში (25 წთ / წთ), მარკერის ხაზი "; Timeout" მოთავსებულია ფაილში და ყვითელი LED D4 ჩართულია.

თუ მარკერის გადამრთველი S2 დაჭერილია დამატებითი მარკერის ხაზის ჩაწერისას ფორმატში "; MarkerNumber", მარკერის ნომრის ავტომატური გაზრდით 0 -დან, ჩაწერილია ფაილში და ყვითელი LED მალე ციმციმებს.

ერთვის Arduino– ს სრული კოდი.

ნაბიჯი 6: საწყისი დაყენება და ტესტირება

ნაბიჯი 7: გამოყენება - სამედიცინო სიგნალის ანალიზი

გარსაცმის ფორმა, რომელიც მე გამოვიყენე, საკმაოდ ახლოსაა სმარტფონის სმარტფონთან, ასე რომ თქვენ შეგიძლიათ იპოვოთ ბაზარზე უამრავი აქსესუარი მისი ტარების ან სავარჯიშო აღჭურვილობის დასაყენებლად. კერძოდ ველოსიპედისთვის შემიძლია შემოგთავაზოთ სმარტფონის უნივერსალური საყრდენი სახელწოდებით "Finn", რომელიც დამზადებულია ავსტრიული კომპანია Bike Citizens- ის მიერ. იაფია (€ 15, 00) და ადვილი დასაყენებელია, ის მართლაც უნივერსალურია და როგორც სურათზე ხედავთ იდეალურია ასევე კარდიო მონაცემების ჩამწერებისთვის

Data Logger- ის მიერ ჩაწერილი ნედლეული მონაცემების გამოყენების უმარტივესი გზაა მათი შეყვანა გრაფიკში სტანდარტული კომპიუტერული პროგრამების (მაგ. Excel) გამოყენებით. ერთი ვარჯიშის გამეორების შედეგად მიღებული გრაფიკების შედარებისას, ან კორელაციის გაანალიზებით HR ვარიაციებსა და ფიზიკურ ძალისხმევას შორის, შეგიძლიათ გააძლიეროთ ძალების დოზა აქტივობის დროს.

მაგრამ ყველაზე დიდი ინტერესი არის HR, და განსაკუთრებით HR Variablity (HRV) - ის შესწავლა სამედიცინო მიზნებისთვის. ეკგ -სგან განსხვავებით, HR კვალი არ შეიცავს პირდაპირ ინფორმაციას გულის კუნთის ფუნქციონირების შესახებ. თუმცა, მისი ანალიზი სტატისტიკური თვალსაზრისით იძლევა კლინიკური ინტერესის სხვა ინფორმაციის მოპოვების საშუალებას.

HRV– ს შესახებ ცოდნის ყველაზე სრულყოფილი წყარო არის ფინური კომპანია KUBIOS. მათ საიტზე თქვენ ნახავთ უამრავ ინფორმაციას ბიოსამედიცინო სიგნალების შესახებ და შეგიძლიათ ჩამოტვირთოთ "KUBIOS HRV Standard", გულისცემის ცვალებადობის ანალიზის უფასო პროგრამული უზრუნველყოფა არაკომერციული კვლევისა და პირადი მოხმარებისთვის. ეს ინსტრუმენტი არა მხოლოდ გაძლევთ საშუალებას ჩაწეროთ გრაფიკები მარტივი ტექსტური ფაილიდან (თქვენ უნდა ამოიღოთ დროის ნიშნულები), არამედ შეასრულოთ სტატისტიკური და მათემატიკური შეფასებები (მათ შორის FFT) და წარმოადგინოთ წარმოუდგენლად დეტალური და ღირებული ანგარიში, როგორც ქვემოთ მოცემული.

გახსოვდეთ, რომ მხოლოდ სპეციალიზებულ ექიმს შეუძლია გადაწყვიტოს რა გამოცდებია საჭირო სპორტული პრაქტიკისათვის ნებისმიერ დონეზე და შეაფასოს მათი შედეგები.

ეს ინსტრუქცია დაწერილია იმ მიზნით, რომ შექმნას ინტერესი და გართობა ელექტრონიკის გამოყენებაში ჯანდაცვაში.

იმედი მაქვს მოგეწონათ, კომენტარები მისასალმებელია!